10可控整流与直流调速

1、 10 10 可控整流电路与直流调速可控整流电路与直流调速10.1 10.1 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路1 1、带电阻负载的工作情况带电阻负载的工作情况VT1VT1和和VT4VT4组成一对桥臂，在组成一对桥臂，在u u2 2正半正半 周承受正向电压，在周承受正向电压，在时得到时得到 触发脉冲即导通，当触发脉冲即导通，当u u2 2过零时关断。过零时关断。VT2VT2和和VT3VT3组成另一对桥臂，在组成另一对桥臂，在u u2 2 负半周承受正向电压，在负半周承受正向电压，在+ + 时得到触发脉冲即导通，当时得到触发脉冲即导通，当u u2 2过零过零 时关断。时关断。电路特点：电路

2、特点：1 1）在交流电源正、负半周中，均有电流流过负载，属全波整流。）在交流电源正、负半周中，均有电流流过负载，属全波整流。 一个周期中，一个周期中，ud d有两个波头，脉动小。有两个波头，脉动小。2 2）变压器二次绕组中，正、负半周电流方向相反，波形对称，）变压器二次绕组中，正、负半周电流方向相反，波形对称， 无直流分量，利用率高。无直流分量，利用率高。整流电压平均值：整流电压平均值： = 0= 0，Ud = 0.9UUd = 0.9U2 2；= 180= 180 Ud = 0 Ud = 0 移相范围为移相范围为180180 移相范围移相范围负载平均电压的最大值、最小值所对应的控制负载平均电

3、压的最大值、最小值所对应的控制角角的变化范围。的变化范围。2cos19 . 02cos122)(sin21222UUttdUUd2 2、带阻感负载的工作情况、带阻感负载的工作情况假设负载电感很大，负载电流假设负载电感很大，负载电流idid 连续且波形近似为一水平线。连续且波形近似为一水平线。u u2 2过零变负时，由于电感的作用过零变负时，由于电感的作用 晶闸管晶闸管VT1VT1和和VT4VT4中仍有电流中仍有电流idid流流 过，不能关断，过，不能关断，使使u ud d出现负波。出现负波。至至t=t=+ + 时刻，时刻，VT2VT2和和VT3VT3 触发导通，触发导通，VT1VT1和和VT4

4、VT4承受反压承受反压 关断。关断。TabRLa )u1u2i2VT1VT3VT2VT4udidu2OtOtOtudidi2b )OtOtuV T1 , 4OtOtIdIdIdIdIdiV T2 , 3iV T1 , 4 负载电流从负载电流从VT1VT1和和VT4VT4的电流迅速转移到的电流迅速转移到VT2VT2和和VT3VT3，此过程称换此过程称换相亦称换流。相亦称换流。这种不采用任何措施的换流称为自然换流这种不采用任何措施的换流称为自然换流整流电压平均值：整流电压平均值：= 0= 0，U Ud d = 0.9U = 0.9U2 2； = 90= 90，U Ud d = 0 = 0 移相范围

5、为移相范围为90903 3、带反电动势负载时的工作情况、带反电动势负载时的工作情况 电路特点：电路特点：1 1）只有在）只有在u u2 2瞬时值大于瞬时值大于E E，即即 | |u u2 2| |E E时，晶闸管承受正时，晶闸管承受正 压，才能触发导通。压，才能触发导通。cos9 . 0cos22)(sin21222UUttdUUda)b)REidudidOEudtIdOt2 2）当）当u u2 2=E=E，id=0id=0晶闸管关断，此时晶闸管关断，此时ud=Eud=E（ud0ud0）3 3）在在区间内晶闸管停止导电，区间内晶闸管停止导电，称为停止导电角称为停止导电角4 4）idid电流波形

6、，导通角电流波形，导通角减小，电流断续。减小，电流断续。 造成电动机的机械特性将很软；峰值电流大，换相时火花大造成电动机的机械特性将很软；峰值电流大，换相时火花大为了克服此缺点：一般在主电路中直流输出侧串联一个平波为了克服此缺点：一般在主电路中直流输出侧串联一个平波 电抗器，以减少电流的脉动电抗器，以减少电流的脉动 和延长晶闸管导通的时间和延长晶闸管导通的时间有了电感，当有了电感，当u u2 2E E甚至甚至 u u2 2变负，晶闸管仍能延续变负，晶闸管仍能延续 导通导通=180=180（如右图）（如右图）Oud0Eidtt=10.2 10.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路1 1

7、电阻负载：电阻负载： 工作原理：（控制角工作原理：（控制角= 0= 0） 为分析方便，把一个周期分成为分析方便，把一个周期分成6 6个时段，每时段个时段，每时段6060。 共阴极组：共阴极组：阳极相电压最高的管子，承受正向阳极电压阳极相电压最高的管子，承受正向阳极电压 共阳极组：共阳极组：阴极相电压最低的管子，承受正向阳极电压阴极相电压最低的管子，承受正向阳极电压* * 时段：时段：* * 时段：时段： VT1 VT1仍导通仍导通c c相电压最低，相电压最低， 发出发出u ug g2 2脉冲，脉冲，VT2VT2导通，导通， VT6 VT6受反压关断，受反压关断，idid换相，换相， 由由aVT

8、1RVT2aVT1RVT2c c。 u ud d = = u uacac线电压线电压结论：结论：1 1）整流电压）整流电压udud为三相线电压在正半周的包络线，一周脉动为三相线电压在正半周的包络线，一周脉动6 6次。次。2 2）触发脉冲顺序：）触发脉冲顺序：u ug g1 1- -u ug g2 2- -u ug g3 3- -u ug g4 4- -u ug g5 5- -u ug g6 6，相位依次差相位依次差6060 3 3）任何瞬间必须有）任何瞬间必须有2 2个晶闸管同时导通，其中个晶闸管同时导通，其中1 1只在共阳极组，只在共阳极组， 1 1只在共阴极组，这样才能保证电源与负载构成回

9、路。只在共阴极组，这样才能保证电源与负载构成回路。 如何保证任何瞬间有如何保证任何瞬间有2 2个晶闸管导通？个晶闸管导通？ 广泛采用双脉冲触发：在触发某个晶闸管同时，按顺序给前广泛采用双脉冲触发：在触发某个晶闸管同时，按顺序给前 一个晶闸管补发一个脉冲。一个晶闸管补发一个脉冲。4 4）晶闸管电流波形）晶闸管电流波形i iVT1VT1：每只晶闸管一个周期导通每只晶闸管一个周期导通1201205 5）晶闸管管压降波形）晶闸管管压降波形u uVT1VT1：可分为三段来分析可分为三段来分析。2 2 定量分析定量分析（说明二点）（说明二点） 负载电压波形负载电压波形u ud d一周内脉动一周内脉动6 6

10、次，因此只计算一个脉波。次，因此只计算一个脉波。 以线电压以线电压u uabab零点作坐标原点。（则零点作坐标原点。（则（当整流输出电压连续时（即阻感负载或电阻负载当整流输出电压连续时（即阻感负载或电阻负载6060 时）的平均值为：时）的平均值为：（2 2）阻感负载时：）阻感负载时：cos34.2)(sin63123232dUttdUU 10. 10.3 3 同步信号为锯齿波的触发电路同步信号为锯齿波的触发电路电路有三个基本环节：电路有三个基本环节： 脉冲的形成与放大、锯齿波的形成和脉冲移相、同步环节。脉冲的形成与放大、锯齿波的形成和脉冲移相、同步环节。1.1.脉冲形成与放大环节：脉冲形成与放

11、大环节：1 1）控制电压）控制电压ucoco加在加在V4V4基极上。基极上。 uco=0co=0时，时，V4V4截止。截止。V5V5导通。导通。 uc c5 5-15v-15v，V7V7、V8V8截止，截止， 无脉冲输出。无脉冲输出。 +15 +15v v经经R9R9、V5V5发射结对电容发射结对电容 C3C3充电，充电，uc c3 3=30v=30v。（稳态）稳态）2 2）u uco=0.7V co=0.7V 时，时，V4V4导通，导通，A A点点 电位由电位由+15V +15V 1.0V 1.0V左右。由左右。由 于于u uc c3 3两端电压不能突变，两端电压不能突变，V5V5 基极电位

12、基极电位 到到-30V-30V， V5V5截止。截止。 u uc c5 5 +2.1V +2.1V，V7V7、V8V8导通，导通， 经脉冲变压器经脉冲变压器TPTP输出触发脉冲。输出触发脉冲。 （电路处于电路处于暂稳态）暂稳态）电容电容C3C3经经+15V+15V、R R1111、VD4VD4、 V4 V4放电和反向充电放电和反向充电，使，使u ub5b5 , , 当当u ub5b5-15V-15V，V5V5又重新导通，又重新导通， u uc5c5又降到又降到-15V-15V，使，使V7V7、V8V8截止，截止， 输出脉冲终止。输出脉冲终止。（电路电路又处稳态）又处稳态）结论：结论：1 1）脉

13、冲前沿由）脉冲前沿由V4V4导通时刻确定导通时刻确定 2 2）脉冲宽度与反向充电回路时间常数）脉冲宽度与反向充电回路时间常数R R1111C C3 3有关。有关。2. 2. 锯齿波的形成和脉冲移相环节：锯齿波的形成和脉冲移相环节：1 1）锯齿波的形成电路）锯齿波的形成电路 V1V1、VSVS、RP2RP2和和R3R3为一恒流源电路为一恒流源电路 锯齿波的产生由锯齿波的产生由V2V2的截止、导通的截止、导通 来控制。来控制。 V2V2截止时：截止时：恒流源电流恒流源电流1 1c c 对电容对电容C2C2充电。充电。 调节调节RP2RP2，即改变充电电流，即改变充电电流1 1c c， 可调节锯齿波

14、斜率。可调节锯齿波斜率。220 V 36V+BTP+ 15 VAVS+ 15 V- 15 V- 15 VXY接封锁信号RQutsVD1VD2C1R2R4TSV2R5R8R6R7R3R9R10R11R12R13R14R16R15R18R17RP1ucoupC2C3C3C5C6C7R1RP2V1I1cV3V4V6V5V7V8VD4VD10VD5VD6VD7VD9VD8VD15VD11VD14 V2V2导通时导通时: :因因R4R4很小故很小故C2C2迅速放电，迅速放电，u uC2C2便形成一锯齿波。同便形成一锯齿波。同样样u ue e3 3也是一个锯齿波。（射极跟随器也是一个锯齿波。（射极跟随器)

15、 )2 2）脉冲移相环节）脉冲移相环节 V4V4基极电位由锯齿波电压基极电位由锯齿波电压u ue e3 3、控制电压、控制电压u ucoco、直流负偏移电、直流负偏移电压压- -u up p三者叠加作用。当三者叠加作用。当u ub4b4=0.7V=0.7V，V4V4导通，导通，u ub4b4就被嵌位在就被嵌位在 0.7V 0.7V。 三个电压功能如下：三个电压功能如下： 锯齿波电压锯齿波电压u ue e3 3：其宽度决定变流电路的移相范围。其宽度决定变流电路的移相范围。 三相全控桥可逆系统三相全控桥可逆系统: :要求脉冲的移相范围理论上为要求脉冲的移相范围理论上为180180 ，由，由于锯齿波

16、波形两端的非线性，因而要求锯齿波的宽度为于锯齿波波形两端的非线性，因而要求锯齿波的宽度为240240 直流负偏移电压直流负偏移电压-up-up： 是为了确定是为了确定u uco=0co=0时时触发脉冲的初始相位。触发脉冲的初始相位。 即即M M点，点，M M点是点是V4V4由截止到导通的转折点，也就是脉冲的前沿。由截止到导通的转折点，也就是脉冲的前沿。 调试方法：调试方法：在在u uco=0co=0时，调节时，调节-up-up，使，使M M点处于点处于120120，此时，此时= =90=90，Ud=0Ud=0 控制电压控制电压u ucoco：是控制脉冲移相。是控制脉冲移相。 当当u ucoco

17、为正值变化时，为正值变化时，M M点向左移，点向左移，9090在整流工作状态。在整流工作状态。 当当u ucoco为负值变化时，为负值变化时，M M点向右移，点向右移，9090在逆变工作状态。在逆变工作状态。3 3 同步环节：同步环节：同步同步触发脉冲的频率与主电路触发脉冲的频率与主电路电源的频率相同且相位关系确定。电源的频率相同且相位关系确定。锯齿波产生由锯齿波产生由V2V2控制的，控制的，V2V2截止截止产生锯齿波，产生锯齿波，V2V2截止持续的时间截止持续的时间就是锯齿波的宽度。就是锯齿波的宽度。V2V2的开关频率就是锯齿波的频率。的开关频率就是锯齿波的频率。工作原理：工作原理：u uT

18、STS为同步变压器为同步变压器T TS S的二次电压的二次电压220V36V+BTP+15VAVS+15V-15V-15VX Y接封锁信号RQutsVD1VD2C1R2R4TSV2R5R8R6R7R3R9R10R11R12R13R14R16R15R18R17RP1ucoupC2C3C3C5C6C7R1RP2V1I1cV3V4V6V5V7V8VD4VD10VD5VD6VD7VD9VD8VD15VD11VD141 1）u uTSTS负半周下降段时：负半周下降段时：VD1VD1导通，导通，C C1 1被快速充电，被快速充电，u uQ Q与与u uTSTS波形波形相同。相同。V2V2反偏置、截止，产生锯齿波。反偏置、截止，产生锯齿波。2 2）u uTSTS负半周上升段时：负半周上升段时：+15V+15V经经R R1 1向向C C1 1反向充电，反向充电，R R1 1C C1 1较大较大因此因此u uQ Q比比U UR R上升慢，上升慢，u uQ QU UR R，VD1VD1截止，从而延长了截止