电力电子技术06第2章 相控整流电路

1、12.1 单相可控整流电路单相可控整流电路2.2 三相可控整流电路三相可控整流电路 2.3 变压器漏抗对整流电路的影响变压器漏抗对整流电路的影响2.4 有源逆变电路有源逆变电路2.5 电容滤波的不控整流电路电容滤波的不控整流电路2.6 整流电路的谐波与功率因数整流电路的谐波与功率因数2.7 其他可控整流电路简介其他可控整流电路简介第第2章相控整流电路章相控整流电路22.1单相可控整流电路单相可控整流电路2.1.1 引引 言言2.1.2 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路2.1.3 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路32.1.1 引引 言言（1）整流电路的作用）整流电路的作用其作用是

2、将交流电变为直流电，为应用最早的电力电子电路。（2）整流电路的分类）整流电路的分类l按使用的功率器件不同可分为不控型、半控型和全控型三种形式。l按交流侧输入相数的不同可分为单相整流电路、三相整流电路和多相整流电路。l按电路形式不同可分为半波整流电路和全波整流电路。（3）整流电路的逆运行状态）整流电路的逆运行状态改变整流电路的外部条件和内部控制，可使能量流向改变，即从直流侧流向交流侧，此时称为有源逆变。42.1.2 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路 器件阻断时，正、反向漏电流均为零。 器件导通后，管压降为零。 器件的du/dt、di/dt为无穷大，即满足一定的基本条件时可瞬时开通或关断（

3、不计开通或关断的动态过程）。（1）分析假设）分析假设0DiDu0AKuAi正向导通反向阻断正向导通反向阻断正向阻断电力二极管的理想伏安特性晶闸管的理想伏安特性5电阻负载的特点电阻负载的特点负载中的电流与负载上的电压成正比，两者波形相似。四个重要名词四个重要名词l触发延迟角从晶闸管开始承受正向电压起，到触发脉冲出现时的电角度，用a 表示，称为触发延迟角，简称触发角或控制角。2.1.2 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路（2）带电阻负载时的工作情况）带电阻负载时的工作情况tttt0001t22uguduVTua06四个重要名词四个重要名词l导通角晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度，用 表

4、示。 l移相范围能使输出电压从最大到最小变化的触发延迟角的变化范围。2.1.2 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路（2）带电阻负载时的工作情况）带电阻负载时的工作情况tttt0001t22uguduVTua07四个重要名词四个重要名词l相控方式通过改变触发脉冲的相位，来控制直流输出电压大小的方式，称为相位控制方式，简称相控方式。相控方式要求移相触发脉冲应与电源电压严格保持同步。2.1.2 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路（2）带电阻负载时的工作情况）带电阻负载时的工作情况tttt0001t22uguduVTua08数值分析数值分析l直流输出电压平均值2.1.2 单相半波可控整流电

5、路单相半波可控整流电路（2）带电阻负载时的工作情况）带电阻负载时的工作情况212sin() ()2dUUt dta显而易见：n当a =0，Ud =Ud0= 0.45U2 ；n当a 增大，Ud 减小；n当a = 时， Ud = 0；n所以a 的移相范围为0180；n直流输出电流平均值与直流输出电压平均值成正比。222(1cos)21cos0.452UUaaddUIR9数值分析数值分析l直流输出电压有效值2.1.2 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路（2）带电阻负载时的工作情况）带电阻负载时的工作情况2221sin2 2sin()()224UUtdtUaaal变压器二次电流（即流过晶闸管电流

6、）的有效值22sin224VTUUIIIRRaal变压器二次侧功率因数2222sin224PI RUSU IUaa显而易见：na 越大， 功率因数越低；n 当a =0时，功率因数为0.7071。10阻感负载的特点阻感负载的特点因电感对电流变化的阻碍作用，使得回路电流在器件通断时不能发生突变。分析中着重注意分析中着重注意负载阻抗角j 、触发角a 、晶闸管导通角 间的关系。2.1.2 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路（3）阻感负载时的工作情况）阻感负载时的工作情况单相半波可控整流电路带阻感负载11波形分析波形分析晶闸管导通后的回路方程:（3）阻感负载时的工作情况）阻感负载时的工作情况2.1

7、.2 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路2dLRdduuuudiLi Rdt20, 000dRdddLdiui RdiuuuLdtdidta. 当 ：ta此时负载电流准备上升ttttt00001t22ugududiVTua01uR12波形分析波形分析晶闸管导通后的回路方程:（3）阻感负载时的工作情况）阻感负载时的工作情况2.1.2 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路2dLRdduuuudiLi Rdtb. 当 ：1taattttt00001t22ugududiVTua01uRdddddididiii RLdtdt增加，自感电动势上正下负此时交流电能转变为电感的磁场储能以及电阻耗能。

8、13波形分析波形分析晶闸管导通后的回路方程:（3）阻感负载时的工作情况）阻感负载时的工作情况2.1.2 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路2dLRdduuuudiLi Rdtc. 当 ：1tattttt00001t22ugududiVTua01uR20 0 0RddLuuudiuLdt，此时负载电流及电阻压降最大。14波形分析波形分析晶闸管导通后的回路方程:（3）阻感负载时的工作情况）阻感负载时的工作情况2.1.2 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路2dLRdduuuudiLi Rdtd. 当 ：1taattttt00001t22ugududiVTua01uR此时电感的磁场储能提供

9、电阻耗能，并回馈电网。0dddddididiii RLdtdt 减小，自感电动势反相，上负下正反向增大15波形分析波形分析晶闸管导通后的回路方程:（3）阻感负载时的工作情况）阻感负载时的工作情况2.1.2 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路2dLRdduuuudiLi Rdte. 其中特别是当 ：tttttt00001t22ugududiVTua01uR此时晶闸管正偏继续导通。22LLuuuu虽然过零，但电感释能未完，上负下正，并且16波形分析波形分析晶闸管导通后的回路方程:（3）阻感负载时的工作情况）阻感负载时的工作情况2.1.2 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路2dLRddu

10、uuudiLi Rdtf.当 ：tattttt00001t22ugududiVTua01uR200dLRddiuLuuidt此时电感的磁场储能释放完毕，流过晶闸管的电流小于维持电流而关断。17ttttt00001t22ugududiVTua01uR112212LtWu d tLa a aa 当：磁场释能关于磁场储能的进一步说明关于磁场储能的进一步说明（3）阻感负载时的工作情况）阻感负载时的工作情况2.1.2 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路1122201122mIdLtWLdiu d tLa aaa当：磁场储能11()()()dRdRLdRuud tuud tuuua a aa 得：=

11、即：=波形正负面积相等。dLLddiuuLdidtdtL其中：因，故LdRWWuuu由：,18输出电压平均值输出电压平均值（3）阻感负载时的工作情况）阻感负载时的工作情况2.1.2 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路ttttt00001t22ugududiVTua01uR2212sin() ()2coscos()0.452dUUt dtUa aaa因输出电压波形出现负的面积，故其平均值比纯电阻负载时有所降低。19三点结论三点结论（3）阻感负载时的工作情况）阻感负载时的工作情况2.1.2 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路l电感的存在延迟了晶闸管的关断时刻。l导通角的大小与触发角及负

12、载阻抗角的大小有关，其一般规律是：l导通角越大，输出电压平均值越小，此处与纯电阻负导通角越大，输出电压平均值越小，此处与纯电阻负载时载时恰恰相反恰恰相反。n 当j 角一定时，a 角越小 角越大。n 当a 角一定时，j 角越大 角越大。n 其物理概念为：储能时间越长或电感量越大，电感线圈储存的磁场能量越多，则释放能量的时间越长。20原理分析原理分析（4）阻感负载加续流二极管）阻感负载加续流二极管2.1.2 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路tttt0001t22uguduVTua0t0diVTiVDiaal当u2过零变负时，VD导通使ud为零，VT承受反压而关断。l当电感足够大时，电感中储

13、存的能量保证了电流id在LRVD回路中继续流通，此过程称为续流。l提供续流通路的二极管称为续流二极管。21数值分析数值分析（4）阻感负载加续流二极管）阻感负载加续流二极管2.1.2 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路tttt0001t22uguduVTua0t0diVTiVDiaal假设电感足够大，id 近似平直，其值恒为Id 。l流过晶闸管的电流平均值为：dVTdd1()22II dtIaal流过续流二极管的电流平均值为：2dVDdd1()22II dtIaadI22数值分析数值分析（4）阻感负载加续流二极管）阻感负载加续流二极管2.1.2 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路tt

14、tt0001t22uguduVTua0t0diVTiVDiaal流过晶闸管的电流有效值为：l流过续流二极管的电流有效值为：2VTdd1()22II dtIaa22VDdd1d()22IItIaa23显而易见显而易见：阻感负载加续流二极管后，直流输出电压平均值与纯电阻负载时完全相同。数值分析数值分析（4）阻感负载加续流二极管）阻感负载加续流二极管2.1.2 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路tttt0001t22uguduVTua0t0diVTiVDiaal输出直流电压平均值为：2212sin() ()21cos0.452UUt dtUaad24（5）单相半波可控整流电路的特点）单相半波可

15、控整流电路的特点2.1.2 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路l移相范围：n 纯电阻负载时为0180。n 阻感负载加续流二极管时也为0180。l电路简单，功率器件少，但整流输出电压脉动大。l变压器二次侧电流中含有直流分量，造成变压器铁芯的直流磁化，磁路过饱和后磁导减小，激磁电流增大。l目前此种电路实际应用较少。l分析该电路的主要目的：n 建立起整流电路的基本概念（基本术语）。n 初步掌握电力电子技术波形分析的基本方法。 252.1.3 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路（1）带电阻负载时的工作情况）带电阻负载时的工作情况工作原理及波形分析工作原理及波形分析lVT1与VT4组成一对桥

16、臂，在u2正半周时承受正向电压，触发后即可导通，当u2过零时自然关断。lVT2和VT3组成另一对桥臂，在u2负半周时承受正向电压，触发后即可导通，当u2过零时自然关断。t022uaaudidt1,4VTu0t02i262.1.3 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路（1）带电阻负载时的工作情况）带电阻负载时的工作情况数值分析数值分析l直流输出电压平均值222212sin()()1cos21.co0s229dUUt dtUUaaa显而易见：a 角的移相范围为（0180）。t022uaaudidt1,4VTu0t02i272.1.3 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路（1）带电阻负载时的

17、工作情况）带电阻负载时的工作情况数值分析数值分析l直流输出电流平均值21co9s20.ddUUIRRal流过晶闸管电流平均值2121cos0.452dVTdIIURat022uaaudidt1,4VTu0t02i282.1.3 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路（1）带电阻负载时的工作情况）带电阻负载时的工作情况数值分析数值分析l流过晶闸管电流有效值l变压器二次电流有效值22221(sin) d()21sin 222VTUIttRURaaa222221(sin)()1sin 22UItdtRUIRaaa直流输出电流有效值t022uaaudidt1,4VTu0t02i292.1.3 单相桥

18、式全控整流电路单相桥式全控整流电路（1）带电阻负载时的工作情况）带电阻负载时的工作情况数值分析数值分析l流过晶闸管电流有效值l变压器二次电流有效值22221(sin) d()21sin 222VTUIttRURaaa222221(sin)()1sin 22UItdtRUIRaaa直流输出电流有效值请比较l 流过晶闸管电流平均值与输出电流平均值：l 流过晶闸管电流有效值与输出电流有效值：12d V TdII12V TII302.1.3 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路（2）带阻感负载时的工作情况）带阻感负载时的工作情况 工作原理及波形分析工作原理及波形分析l假设电路已工作处于稳定状态。l

19、负载电感足够大，不仅使负载电流连续，而且使其波形近似为一水平线。lVT1和VT4导通后，在u2过零变负时，因电感的作用二者并不能关断，结果使输出电压波形出现负值。t02duaat0didI312.1.3 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路（2）带阻感负载时的工作情况）带阻感负载时的工作情况 工作原理及波形分析工作原理及波形分析l当ta 时，VT2和VT3正偏，触发后二者导通。lVT2和VT3导通后，使得VT1和VT4承受反压而关断。l原来流过VT1和VT4的电流迅速转移到VT2和VT3中。l电流转移的过程称为换相，亦称换流。t02duaat0didIt02,3VTit01,4VTit02

20、i322.1.3 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路（2）带阻感负载时的工作情况）带阻感负载时的工作情况 t02duaat0didIt02,3VTit01,4VTit02i数值分析数值分析l直流输出电压平均值22212sin() ()2 2cos0.9cosdUUt dtUU aaaa显而易见：a 角的移相范围为（090）。l晶闸管承受最大正、反向电压为：uVT1,422U332.1.3 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路（2）带阻感负载时的工作情况）带阻感负载时的工作情况 t02duaat0didIt02,3VTit01,4VTit02i数值分析数值分析l晶闸管的导通角与触发角无

21、关，恒为180。l晶闸管电流平均值及有效值12dVTdII12VTdIIl变压器二次电流为正负各180的方波，其相位由a 角决定。且有效值2dII342.1.3 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路（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 工作原理及波形分析工作原理及波形分析l仅在|u2|E 时，才使晶闸管承受正向电压，为导通提供条件。l导通之后，ud=u2，直至|u2|=E，即id降至0，使得晶闸管关断，此后ud=E 。l与纯电阻负载相比，晶闸管提前了 电角度停止导电，故称 称为停止导电角。212sinUEt0duaEt0didI352.1.3 单相桥式全控整流电路单

22、相桥式全控整流电路几点说明几点说明l当变压器副边电压一定时，反电动势越高，则停止导电角越大，导通角越小，输出电流波形越瘦高，电流断续越为严重。（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 t0duaEt0didIl当触发角小于停止导电角时，触发被推迟，故触发脉冲应有足够的宽度。l加入平波电抗器可使导通角增大，从而改善导电情况。l若电感足够大可使电流连续，则整流电压和负载电流波形与阻感负载时相同，计算公式也完全相同。36&自学与自测自学与自测（1）单相桥式半控整流电路）单相桥式半控整流电路见见教材第教材第44页页（2）单相全波可控整流电路）单相全波可控整流电路见教材第见教

23、材第45页页37&自学与自测自学与自测（3）自学中需注意的问题）自学中需注意的问题 晶闸管与二极管的承压问题晶闸管与二极管的承压问题l 晶闸管反偏承受反压，正偏未导通时承受正压，导通后管压降很小。l 二极管反偏承受反压，正偏即导通，管压降很小，比晶闸管少一种状态。 桥式电路晶闸管与二极管的换流问题桥式电路晶闸管与二极管的换流问题l 晶闸管是在正偏且有触发时换流，在阻感负载横向换流情况下，是靠后导通的管子来关断先导通的管子。l 二极管是在电源电压过零正偏时自动换流。 桥式半控电路阻感负载无续流二极管的桥式半控电路阻感负载无续流二极管的“失控失控”现象现象当脉冲丢失而出现一只晶闸管与两只二

24、极管轮流导通的情况，解决办法加装续流二极管，在续流二极管导通时晶闸管被关断。382.2 三相可控整流电路三相可控整流电路2.2.1 引引 言言2.2.2 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路2.2.3 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路392.2.1 引引 言言（1）三相整流电路的交流侧由三相交流电源供电。（2）适于负载容量较大的工业应用场合，其主要优点是输出直流电压值相对于单相整流电路较高，且脉动较小，滤波相对容易。（3）分析中三相半波可控整流电路是学习基础，而三相桥式全控整流电路在实际应用最为广泛。（4）为了达到工业实际应用的某种需求，三相整流电路又可派生出不同的接线方式。例如大

25、功率整流电路中的多重化技术（本章最后介绍）。402.2.2 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路电路的特点电路的特点l变压器二次侧接成星形以便得到中线，而一次侧接成三角形以避免3次谐波流入电网。（1）纯电阻负载纯电阻负载l三只晶闸管的阳极分别与变压器二次a、b、c三相出线相连，而阴极连接在一起后经负载电阻与中线相连，构成所谓共阴极接线 。l分析中首先将晶闸管想象成二极管。l显然二极管应该是阳极电压最高的一相导通，并且另外两只二极管必然截止。412.2.2 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路自然换相点的概念自然换相点的概念l二极管换相的时刻称为自然换相点。l显然：三相共阴极电路自然换相

26、点是在相电压正半波的交点处且依次互差120。l复习提问：单相整流电路的自然换相点在哪？l联想：三相半波整流共阴接线与共阳极接线相比，自然换相点有何不同？（1）纯电阻负载）纯电阻负载t02uaubucutdu0t01VDit01VDuabuacu1t2t3t422.2.2 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路自然换相点的概念自然换相点的概念l将二极管换成晶闸管。l自然换相点则是各相晶闸管能够被触发导通的最早时刻。l故将各相自然换相点作为计算各晶闸管触发角的起点。l即：此时此刻a 0。（1）纯电阻负载）纯电阻负载t02uaubucutdu0t01VTit01VTuabuacutGu0432.2

27、.2 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路a a 00 时的波形分析时的波形分析l每只晶闸管各导通120，直流输出电压在一个交流电源周期内脉动三次。l流过变压器二次侧a相绕组和晶闸管VT1的电流波形相同。l变压器二次电流为单向脉动电流，存在直流分量。l晶闸管承受的最大电压为线电压的峰值。（1）纯电阻负载）纯电阻负载t02uaubucutdu0t01VTit01VTuabuacutGu0442.2.2 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路a a 3030 时的波形分析时的波形分析l三相触发脉冲从各相自然换相点算起依次移相30。l纯电阻负载输出电流波形与输出电压波形相似。l此时导通角为12

28、0 。l晶闸管的最大承受电压为线电压的峰值。l特点：a =30是负载电流连续或断续的分界点。（1）纯电阻负载）纯电阻负载t02uaubucutGu030atdu0t01VTit01VTuabuacu452.2.2 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路a a 6060 时的波形分析时的波形分析l三相触发脉冲从各相自然换相点算起依次移相60。l导通相电压过零晶闸管关断，后续晶闸管虽为正偏但未触发，故输出电压为零。l负载电流间断，称为“断续”。（“连续” 的反义）l晶闸管导通角小于120。（1）纯电阻负载）纯电阻负载t02uaubucutGu060atdu0t01VTil晶闸管的最大承压仍为线电

29、压的峰值。l注意：当a 150时，Ud 0，即移相范围为0150。462.2.2 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路数值分析数值分析l直流输出电压平均值（1）纯电阻负载）纯电阻负载n0 a 30 ，负载电流连续时：56262232sin() ()23 6cos()1.17cos2dUUt dtUUaaaat02uaubucutGu030atdu0n显然：当 a 0时，Ud最大。max021.17ddUUU472.2.2 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路数值分析数值分析l直流输出电压平均值（1）纯电阻负载）纯电阻负载n30 a 150 ，负载电流断续时：262232sin() ()

30、23 21cos()0.681cos()266dUUt dtUUaaat02uaubucutGu060atdu0l直流输出电流平均值RUIdd482.2.2 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路数值分析数值分析l流过晶闸管的电流有效值（即变压器二次电流有效值）（1）纯电阻负载）纯电阻负载l晶闸管承受的最大反向电压为变压器二次线电压的峰值。即：n请同学根据电流波形自己课后完成。n需要注意：一个电源周期内每只晶闸管仅导通一次。2222362.4495RMUUUUl晶闸管承受的最大正向电压为变压器二次相电压的峰值。即：2221.4142FMUUU以a 60作图说明492.2.2 三相半波可控整流

31、电路三相半波可控整流电路（1）纯电阻负载）纯电阻负载数值分析数值分析1VTudul关于晶闸管承受最大正、反向电压的波形分析（以a 60 为例）5030a当a 90，ud的波形正负面积相等。故阻感负载的移相范围为090。2.2.2 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路（2）阻感负载）阻感负载分析中假设：L值足够大，使整流输出电流波形基本平直。当a30，电感没有释放能量续流的机会，整流电压波形与纯电阻负载时相同。当a 30（例如a 60 ），u2过零时，VT1不关断，直到VT2的脉冲到来时才换流，ud波形中出现负的部分。导通角恒等于120。t0duaubucu60a90a512.2.2 三相半

32、波可控整流电路三相半波可控整流电路（2）阻感负载）阻感负载数值分析数值分析l因负载电流连续，Ud与电阻负载电流连续时相同，即：d21.17cosUUal变压器二次电流，即流过晶闸管电流的有效值：2232VTddd011d()0.57723IIItIIl晶闸管的额定电流（未考虑裕度）：dVTVT(AV)368. 057. 1IIIl晶闸管最大正反向电压均为变压器二次线电压峰值：22232.45FMRMUUUU522.2.2 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路（3）其它相关问题）其它相关问题l阻感负载时加续流二极管仍可提高整流输出电压。l优点：线路简单，功率器件少，驱动电路相应较简单。l缺点

33、：n变压器每相绕组仅120有电流通过，其利用率低，且存在直流磁化问题。n整流输出的负载电流须与三相星形中线构成回路，负载较重时需相应加大中线导线的截面。l三相半波可控整流电路也可采用共阳极接线方式，在分析时仅需注意：n只有阴极电压最低一相晶闸管才能被触发导通。n自然换相点在各相电压负半波的交点处。n整流输出电压的波形在横坐标下方。n相关数值计算与共阴极接线方式相同。532.2.3 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路共阴极组共阳极组晶闸管触发晶闸管触发导通的顺序导通的顺序 123456VTVTVTVTVTVT1du2du12ddduuu显然：542.2.3 三相桥式全控整流电路三相桥式全控

34、整流电路l当a60时，ud波形连续，对于电阻负载，id波形与ud波形相似，也为连续。 波形图：a 0，a 30，a 60 。l当a 60时，ud波形每60中有一段为零，但ud波形中不会出现负值。 波形图：a 90。l纯电阻负载时三相桥式全控整流电路的移相范围为0120。（1）纯电阻负载）纯电阻负载550a 02utbuaucul当a60时，ud波形连续。l对于电阻负载，id 波形与ud 波形相似，也为连续。2.2.3 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路（1）纯电阻负载）纯电阻负载02Lutabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbu1du2dudu1VTi0t

35、02Lutabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbu1VTu1du2du12ddduuu5630a02utbuaucu2.2.3 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路（1）纯电阻负载）纯电阻负载1du2du02Lutabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbu02Lutabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbuai0t1dudu1VTu2du12ddduuul当a60时，ud波形连续。l对于电阻负载，id 波形与ud 波形相似，也为连续。5760a02utbuaucu2.2.3 三相桥式全控整流电路三相

36、桥式全控整流电路（1）纯电阻负载）纯电阻负载1du2du02Lutabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbu02Lutabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbuai0t1du2dudu1VTu12ddduuul当a60时，ud波形连续。l对于电阻负载，id 波形与ud 波形相似，也为连续。582.2.3 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路（1）纯电阻负载）纯电阻负载1du2du90aai0t02Lutabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbu1VTi0t02utbuaucu1du2dudul当a 6

37、0时，ud波形每60中有一段为零。l但ud波形中不会出现负值。l显然当a =120时，ud=0。12ddduuu592.2.3 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路（2）三相桥式全控整流电路特点）三相桥式全控整流电路特点 为使电流能在电源与负载之间形成回路，必须使共阴极组和共阳极组中各有一只晶闸管导通。1du2du 根据晶闸管的导通条件，其导通规律是：共阴极组阳极电位最高者与共阳极组阴极电位最低者导通。 在一个交流电源周期内，整流输出电压脉动六次，每次脉动的波形都相同，故该电路称为六脉波整流电路。 晶闸管承受的电压波形与三相半波整流电路相同，晶闸管承受的最高正、反向电压数值也与三相半波整流

38、电路相同。602.2.3 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路（2）三相桥式全控整流电路特点）三相桥式全控整流电路特点 对触发脉冲的具体要求对触发脉冲的具体要求l按VT1VT2 VT3 VT4 VT5 VT6的顺序，相位依次互差60。1du2dul共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲相位依次互差120。 共阳极组VT2、VT6、VT4的脉冲相位也依次互差120。l接于交流电源同一相的上、下两只晶闸管，即VT1与VT4、VT3与VT6以及VT5与VT2，脉冲相位互差180。l为保证需同时导通的两只晶闸管均有触发脉冲，应采用宽脉冲触发，其脉冲宽度大于80；或采用双脉窄冲触发，双窄脉冲前沿相差6

39、0，其宽度约为20左右。61tttttt2.2.3 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路（2）三相桥式全控整流电路特点）三相桥式全控整流电路特点 对触发脉冲的具体要求对触发脉冲的具体要求60a02utbuaucu1du2duVT1VT2VT3VT4VT5VT61du2dul双窄脉冲时的情况622.2.3 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路（3）阻感负载（假设电感足够大）阻感负载（假设电感足够大）l 当a60时，整流输出电压ud波形连续，工作情况与带纯电阻负载时十分相似。n包括各晶闸管的通断情况、整流输出电压ud波形以及晶闸管承受电压的波形。n区别在于电流波形不同，当电感足够大时负载电

40、流波形可近似认为呈一条水平线，简称电流平直。n波形图：a 0，a 30。l 当a 60时，工作情况与电阻负载时不同。n纯电阻负载时，ud的波形不会出现负面积。n而阻感负载时，ud的波形将会出现负面积。n波形图：a 90。632.2.3 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路（3）阻感负载）阻感负载0a 02utbuaucu02Lutabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbu1du2dududi0t0ait1VTi0tl 当a60时ud波形连续，工作情况与带纯电阻负载时十分相似。l 区别在于负载电流波形不同。l 当电感足够大时，负载电流波形可近似认为呈一条水平线。

41、642.2.3 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路（3）阻感负载）阻感负载02utbuaucu02Lutabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbudi0t0ait1VTi0tl 当a60时ud波形连续，工作情况与带纯电阻负载时十分相似。l 区别在于负载电流波形不同。l 当电感足够大时，负载电流波形可近似认为呈一条水平线。30a1du2dudu1VTu652.2.3 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路（3）阻感负载）阻感负载l 当a 60时，工作情况与电阻负载时不同。l 纯电阻负载时，ud的波形不会出现负面积。l 而阻感负载时，ud的波形将会出现负面积。

42、02utbuaucu02Lutabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbu02Lutabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbu90a1du2dudu1VTul 带阻感负载时，三相桥式全控整流电路的移相范围为090 。662.2.3 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路（4）数值分析）数值分析 输出电流平均值 当整流输出电压连续时（阻感负载或纯电阻负载a60）时的平均值2322336sin() ()2.34cosdUUt dtUaaa 电阻负载且a 60时，整流输出电压断续，其平均值22336sin() ()2.341cos()3dU

43、Ut dtUaaddUIR672.2.3 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路（4）数值分析）数值分析 带阻感负载时变压器二次侧电流有效值 晶闸管电压、电流等的定量分析与三相半波时一致。 带反电动势阻感负载（电感足够大）ddddIIIII816.03232)(3221222l 负载电流连续，电路工作情况与阻感负载时相似，电路中各电压、电流 波形均相同。l 仅计算整流输出电流时有所不同。l 设反电动势幅值为E，则：REUIdd68&复习与自测复习与自测（1）复习中需注意比较）复习中需注意比较 三相桥式全控整流电路带纯电阻负载与带阻感负载 移相范围。 带电阻负载整流输出电压连续与断续的

44、分界点。 带阻感负载a 60输出电压仍然连续。 典型移相触发角时的输出电压、晶闸管承压、输出电流、流过晶闸管及变压器二次绕组电流的波形。（2）自测）自测 三相桥式全控整流电路带阻感负载，当VT1脉冲丢失后，输出电压、输出电流以及晶闸管VT1承受电压的波形。692.3 变压器漏抗对整流电路的影响变压器漏抗对整流电路的影响l因变压器存在漏电抗，使换相过程中电流不能突变，从而对整流输出电压波形产生影响。l变压器原、副边漏电抗所对应的漏电感，可以用一个集中参数LB 表示，分析中认为将其归算到变压器的二次侧。 2.3.1 换相期间的波形分析换相期间的波形分析2.3.2 换相压降与换流重叠角的计算换相压降

45、与换流重叠角的计算2.3.3 小结小结702.3.1 换相期间的波形分析换相期间的波形分析l以三相半波可控整流电路带阻感负载为例，各量正方向规定如图所示。l因整流变压器绕组电阻远小于漏抗，故忽略变压器绕组电阻的影响。l直流侧的负载电感足够大，可使整流输出电流平直。l具体分析a相到b相的换流过程，即电流由VT1换相到VT2的过程。l分析中不计晶闸管导通时的管压降。（1）分析假设）分析假设712.3.1 换相期间的波形分析换相期间的波形分析（2）换相过程）换相过程l因变压器漏电感的存在，使得ia、ib均不能突变，在VT2 触发导通时VT1 并未立刻关断。l此时VT1与VT2同时导通，即相当于a、b

46、两相短路。l变压器两相绕组感应电势在VT1和VT2的回路中将产生环流 ik ，其规定正方向如图所示。l当认为负载电流平直时，可得：abdiiIadbiIi或：722.3.1 换相期间的波形分析换相期间的波形分析（2）换相过程）换相过程l显然，在电流变化的过程中， ik=ib将逐渐增大，而ia=Idib =Idik将逐渐减小。l当ib增大到等于Id时，ia=0，VT1关断，换流过程结束。l换相过程持续时间所对应的电角度称为换相重叠角，用g 表示。tdi0dIt02uaubucu30a注意注意dug不计换流重叠影响732.3.1 换相期间的波形分析换相期间的波形分析（3）换相重叠期间的整流输出电压

47、波形换相重叠期间的整流输出电压波形tdi0dIt02uaubucudugaadBd+diuuLtbbdBd+diuuLtdab+Iii 常数() 2 2ababdBdd iiuuuLudtabd2uuu即：l由图可见：此时整流输出电压的平均值，与不计换流重叠时相比有所降低。l二者的差值称为换相压降，用 Ud 表示。注意注意注意注意742.3.2 换相压降与换流重叠角的计算换相压降与换流重叠角的计算tdi0dIt02uaubucudug（1）换相压降的确定）换相压降的确定注意注意56563() ()2dbdUuu dta ga 56563() ()2kdBddiuLu dtdta ga 5656

48、3() ()2kBdiLdtdta ga 032dIBkL di32BdX I式中：XB 为变压器归算到二次侧的漏电抗。考虑换相压降后的整流输出电压23cos1.17cos2ddodBdUUUUX IaabbdBd+diuuLtbkii752.3.2 换相压降与换流重叠角的计算换相压降与换流重叠角的计算（2）换相重叠角的计算）换相重叠角的计算由：kadBdiuuLdtkbdBdiuuLdt得：2kbaBdiuuLdt即：22kbabaBBdiuuudtLL特别是若设：或：()22kbabaBBdiuuudtLX22sinauUtuba的幅值：2223326bammUUUU则uba的相位：因为u

49、ab 超前ua 30，所以uba 滞后ua 150。则有：256sin()6bauUt根据正方向规定： ik= ia= ibaUbUcUbUabUbaU7656tag2.3.2 换相压降与换流重叠角的计算换相压降与换流重叠角的计算（2）换相重叠角的计算）换相重叠角的计算kbdiiI结果得：265sin()()226kbaBBdiuUtdtXX22566655sin() ()coscos()2626kBBtUUitdttXXaa特别注意到，当：即：26coscos() 2dBUIXaag则：22coscos() 6dBI XUaag时有：则：772.3.3 小小 结结（1）当U2 一定时，Id

50、越大则 角越大；其物理概念为：电流越大，其增大或减小所需的时间越长。（2）当U2 一定时，XB 越大则 角越大；其物理概念为：电感越大，时间常数越大。（3）当U2 一定时且在移相范围之内，a 角越大则 角越小；其原因是a 越大Id 越小。（4）考虑换流重叠角后，整流输出电压有所降低，输出电压波形中谐波含量增加，功率因数相应降低。（5）整流电路拓扑结构不同，其换流重叠角以及换相压降的计算公式也不相同，详见王兆安教材p61，表22。（6）换流重叠现象的存在，将影响到有源逆变的安全运行。22coscos() 6dBI XUaag78西安交通大学王兆安主编电力电子技术第四版 第61页表表2-2 各种整

51、流电路换相压降和换相重叠角的计算各种整流电路换相压降和换相重叠角的计算2.3.3 小小 结结电路形式电路形式单相单相全波全波单相单相全控桥全控桥三相三相半波半波三相三相全控桥全控桥m脉波脉波整流电路整流电路dU)cos(cosgaadBIX2Bd2UXIdB2IX2Bd22UXIBd32XIB d226X IUdB3IX2dB62UIXBd2mXIdB22sinI XUm792.4 有源逆变电路有源逆变电路2.4.1 逆变的概念及实现有源逆变的条件逆变的概念及实现有源逆变的条件2.4.2 逆变角的定义及其度量方法逆变角的定义及其度量方法2.4.3 三相桥式变流电路工作在有源逆变状态三相桥式变流

52、电路工作在有源逆变状态2.4.4 逆变失败与最小逆变角的限制逆变失败与最小逆变角的限制802.4.1 逆变的概念及实现有源逆变的条件逆变的概念及实现有源逆变的条件（1）有关名词）有关名词l逆变：将直流电转变成交流电的过程称之为逆变。l有源逆变：指逆变电路的交流侧与电网相连。有源逆变典型应用：直流电动机变流器供电回馈制动，交流绕线转子异步电动机串级调速，高压直流输电等。l无源逆变：指逆变电路的交流侧不与电网联接，而直接与用电负荷相联接，具体内容将在第4章中讨论。l对于可控整流电路，在满足一定条件时可工作在有源逆变状态，其电路形式未变，只是电路工作的内部及外部条件发生变化。l变流电路：既可工作在整

53、流状态又可工作在逆变状态的电路，统称为变流电路。812.4.1 逆变的概念及实现有源逆变的条件逆变的概念及实现有源逆变的条件（2）电能的传递）电能的传递（以直流发电机电动机系统为例）l当两个电动势同极性对接时，电流总是从高电位流向低电位。n 电流从高电位流出一侧发出能量。n 电流从高电位流入一侧吸收能量。n 而回路中的电阻总是消耗能量。l当两个电动势顺极性串接时，若回路电阻很小，则相当于电源短路，产生的大电流将引起危害。822.4.1 逆变的概念及实现有源逆变的条件逆变的概念及实现有源逆变的条件（3）实现有源逆变的条件）实现有源逆变的条件l以单相全控桥式整流电路代替上述直流发电机为例加以说明。

54、l关键注意：因晶闸管的单向导电性，直流回路电流 Id 的方向不能改变。电动机运行状态aat0dut0didIMdUEEM能量传递方向83aa2.4.1 逆变的概念及实现有源逆变的条件逆变的概念及实现有源逆变的条件（3）实现有源逆变的条件）实现有源逆变的条件l以单相全控桥式整流电路代替上述直流发电机为例加以说明。l关键注意：因晶闸管的单向导电性，直流回路电流 Id的方向不能改变。回馈制动运行状态t0dut0didIMdUEEM能量传递方向提问：无EM的移相范围？注意注意E EM M 的极性的极性842.4.1 逆变的概念及实现有源逆变的条件逆变的概念及实现有源逆变的条件G变流器直流侧必须外接一极

55、性与整流电压相反的直流电动势（其极性与晶闸管导通方向一致）。 此条件可称之为有源逆变的外部条件。A变流器直流侧输出电压的极性与整流时相反，并且其绝对值小于已存在的外接直流电动势。 此条件可称之为有源逆变的内部条件。n 可见，变流器由整流转变为有源逆变工作状态，是外因通过内因而起作用。（3）实现有源逆变的条件）实现有源逆变的条件l从上述分析中，可以归纳出变流器实现有源逆变的两个条件：852.4.1 逆变的概念及实现有源逆变的条件逆变的概念及实现有源逆变的条件l实现有源逆变的外部条件十分容易满足。l关键是内部条件怎样满足，即如何使变流器直流侧的电压极性与整流时相反且大小可调，此时直流侧电压又称为逆

56、变电压。l值得强调的是n 半控桥或带有续流二极管的整流电路，因其整流电压ud不可能出现负值。n 更不允许直流侧出现与整流电压极性相反的外接电动势。n 所以此类电路不能实现有源逆变。l换言之：要想实现有源逆变，变流电路只能采取全控型电路且不含续流二极管。（3）实现有源逆变的条件）实现有源逆变的条件862.4.2 逆变角的定义及其度量方法逆变角的定义及其度量方法l为方便起见，定义： a （取值范围为090，称为逆变角（又称之为超前角）。（1）逆变与整流的区别在于逆变与整流的区别在于a a 的取值范围不同的取值范围不同l当 0a /2 时，变流电路工作在整流状态。l当 /2 a 时，变流电路工作在有

57、源逆变状态。（2）逆变角的定义及其度量方法）逆变角的定义及其度量方法l注意：a 角是从各自然换相点向右度量。l而有源逆变时 角与 a 角的度量起点与方向不同，其值是从 a （即： 0 ）为起点向左度量。t0duaa87602.4.3 三相桥式变流电路工作在有源逆变状态三相桥式变流电路工作在有源逆变状态（2）不同逆变角时的输出电压波形不同逆变角时的输出电压波形（1）波形分析与整流工作状态相似）波形分析与整流工作状态相似02utbuaucu02Lutabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbudu1du2du（ 60 60）注意注意E EM M 的极性的极性12dddu

58、uu88302.4.3 三相桥式变流电路工作在有源逆变状态三相桥式变流电路工作在有源逆变状态（2）不同逆变角时的输出电压波形不同逆变角时的输出电压波形（1）波形分析与整流工作状态相似）波形分析与整流工作状态相似02utbuaucu02Lutabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbu1du2dudu（ 30 30）注意注意E EM M 的极性的极性12ddduuu892.4.3 三相桥式变流电路工作在有源逆变状态三相桥式变流电路工作在有源逆变状态（4）有源逆变状态时的相关计算）有源逆变状态时的相关计算222.34cos1.35cosdLUUUl输出直流电压的平均值l

59、输出直流电流的平均值dMdUEIRl每只晶闸管导通2/3，流过晶闸管的电流有效值为ddVTIII577. 03l在三相桥式电路中，变压器二次侧线电流的有效值为ddVTIIII816.03222相电压有效值线电压有效值注意：此时Ud 与 EM均取负值。902.4.4 逆变失败与最小逆变角的限制逆变失败与最小逆变角的限制（1）什么是逆变失败）什么是逆变失败（又称逆变颠覆又称逆变颠覆）l在有源逆变工作状态下，一旦出现换相失败，外接直流电源将会通过晶闸管形成短路。l更为严重的是若变流器直流侧平均电压与外加直流电动势变成顺向串联。l由于直流回路总电阻很小，上述两种情况都将形成很大的短路电流。l较大的短路

60、电流对晶闸管的安全构成极大威胁。912.4.4 逆变失败与最小逆变角的限制逆变失败与最小逆变角的限制l触发电路工作不可靠，不能适时、准确地给各只晶闸管分配脉冲，例如脉冲丢失、脉冲延时等，致使晶闸管不能正常换相。l晶闸管发生故障，例如该断时不断，或该通时不通。（2）造成逆变失败的主要原因）造成逆变失败的主要原因l交流网侧出现异常，例如交流电源突然断电或缺相。l换相裕量角不足（主要指换相重叠角的影响），引起换相失败进而造成逆变颠覆。922.4.4 逆变失败与最小逆变角的限制逆变失败与最小逆变角的限制（3）逆变失败的原因分析）逆变失败的原因分析l脉冲丢失或延迟脉冲丢失或延迟（以 = 30且不计换相重叠角为例）n 例1：假