电力电子复习资料

1、第第3 3章章 整流电路整流电路S H E N Y A N G U N I V E R S I T Y O F T E C H N O L O G Y单相半波可控整流电路及波形wt1p2paq(Single Phase Half Wave Controlled Rectifier)(Single Phase Half Wave Controlled Rectifier)一、带电阻负载的工作情况一、带电阻负载的工作情况udugu2uVTwtwtwtwtTVTRu1u2uVTidud两个概念：两个概念：变压器变压器T T起变换电压和电气隔离的作用起变换电压和电气隔离的作用电阻负载特点：电压电流成正

2、比电阻负载特点：电压电流成正比, ,两者波形相同两者波形相同触发角或控制角从晶闸管开始承受正向电压触发角或控制角从晶闸管开始承受正向电压起到施加触发脉冲止的电角度起到施加触发脉冲止的电角度, ,用用a 表示表示导通角：晶闸管在一个电源周期中处于通态导通角：晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度，用的电角度，用表示表示两个概念：两个概念： a 表示表示-触发角或控制角触发角或控制角 表示表示-导通角导通角 a + =1800 输出电压平均值输出电压平均值:Ud2cos145. 02aUVTVT的的a 移相范围为移相范围为180180 通过控制触发脉冲的相位来控制直流通过控制触发脉冲的相位来控制直

3、流输出电压大小的方式称为相控方式。输出电压大小的方式称为相控方式。 1.电路电路2.工作原理及波形工作原理及波形3.3.基本数量关系基本数量关系3.1.1 3.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路带阻感负载的单相半波波形带阻感负载的单相半波波形阻感负载的特点：电感对电流变化有抗拒阻感负载的特点：电感对电流变化有抗拒作用，使得流过电感的电流不发生突变。作用，使得流过电感的电流不发生突变。二、二、带阻感负载的工作情况带阻感负载的工作情况wt2uwtduwtdiwtVTuwtgu当当VTVT处于断态时处于断态时VTRLu2VTRLu2du1.电路电路2.工作原理及波形工作原理及波形3.3

4、.基本数量关系基本数量关系不要求不要求当当VTVT处于通态时处于通态时0du2uud3.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路T T 副边电流有效值副边电流有效值I I2 2与输出电流有效值与输出电流有效值I I相相等：等：2II 周而复始周而复始一、一、 带电阻负载的工作情况带电阻负载的工作情况电路结构电路结构(Single Phase Bridge Controlled Rectifier)工作原理及波形分析工作原理及波形分析a0VTVT1,41,4承受正向电压但无触发信号关断承受正向电压但无触发信号关断, , VTVT2,32,3承受反向电压关断承受反向电压关断 paVTVT1

5、,41,4承受正向电压有触发信号导通，承受正向电压有触发信号导通， VTVT2,32,3承受反向电压关断承受反向电压关断appVTVT2,32,3承受正向电压无触发信号关断承受正向电压无触发信号关断VTVT1,41,4承受反向电压关断，承受反向电压关断， pap2VTVT2,32,3承受正向电压有触发信号导通承受正向电压有触发信号导通VTVT1,41,4承受反向电压关断，承受反向电压关断， duwt4, 1VTuGuwtdi2uwt2iwtp2p0du2uud0du2uudadi4, 1VTu数量关系数量关系pawwp)(sin212ttdUUd2cos19 . 02aURUIdd角的移相范围

6、为角的移相范围为180180 ddVTII21流过晶闸管的电流有效值流过晶闸管的电流有效值VTIpawwp)(d)sin2(2122ttRUIVTpapap2sin2122RUpawwp)()sin2(1222tdtRUIIpapap2sin212RUII21VT不考虑不考虑T T 的损耗时，要求的损耗时，要求T T 的容量的容量 S S= =U U2 2I I2 23.1.2单相桥式全控单相桥式全控整流电路整流电路二、带阻感负载的工作情况二、带阻感负载的工作情况 单相全控桥单相全控桥 阻感负载阻感负载 duwt4, 1VTuGuwt2uwtdiwtp2pawt4, 1VTiwt2i3 , 2

7、VTiwt假设电路已达稳态，假设电路已达稳态，i id d平均值不变。平均值不变。电感很大，电流电感很大，电流i id d连续且波形近似为水平线连续且波形近似为水平线电路结构电路结构工作原理及波形分析工作原理及波形分析周而复始周而复始2uudapppap2paVTVT1,41,4正压导通正压导通,VT,VT2,32,3反压关断反压关断2uudVTVT1,41,4正压导通正压导通,VT,VT2,32,3正压关断正压关断2uudVTVT1,41,4反压关断反压关断,VT,VT2,32,3正压导通正压导通流过流过VTVT1 1, ,4 4的电流迅速转移到的电流迅速转移到VTVT2,32,3上，上，此

8、过程称换相，亦称换流。此过程称换相，亦称换流。数量关系数量关系晶闸管移相范围为晶闸管移相范围为9090 。晶闸管导通角晶闸管导通角与与a无关，均为无关，均为180180 T T 二次电流二次电流i i2 2为正负各为正负各180180 的矩形波的矩形波, ,相位由相位由a角决定角决定, ,有效值有效值I I2 2= =I Id dddVT21IIddVT707.021III承受最大正反向电压均为承受最大正反向电压均为 22Uapawwp)(dsin212dttUU电流的平均值和有效值：电流的平均值和有效值：acos9 . 02U 3.1.2单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路反电动势电阻负

9、载时波形 | |u u2 2|E E 时，有晶闸管承受正电压，有导通可能有晶闸管承受正电压，有导通可能在在a 角相同时，整流输出电压比电阻负载时大。角相同时，整流输出电压比电阻负载时大。直至直至|u2|=E，id降至降至0,0,使使晶闸管关断此后晶闸管关断此后ud=E REuidd与电阻负载时相比，晶闸管提前了电角度与电阻负载时相比，晶闸管提前了电角度 停止停止 导电导电, 称为停止导电角，称为停止导电角，212sinUEb)idOEudwtIdOwtaq3.1.2 3.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路导通后导通后,ud=u2,触发脉冲有足够的宽度，保证当触发脉冲有足够的宽度，

10、保证当w wt= 时刻有晶闸管开始承受正电压时，时刻有晶闸管开始承受正电压时，触发脉冲仍然存在。这样，相当于触发角被推迟为触发脉冲仍然存在。这样，相当于触发角被推迟为 。 当当 30 时，负载电流断续时，负载电流断续3.2.1 3.2.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路晶闸管最大正向电压晶闸管最大正向电压RUIdd222RM45.2632UUUU22UUFM负载电流平均值为负载电流平均值为晶闸管承受最大反向电压晶闸管承受最大反向电压2）阻感负载）阻感负载三相半波三相半波,阻感负载阻感负载,a a =60 a3030 时：时：u ud d波形与电阻负载时相同波形与电阻负载时相同a303

11、0 时：时：u u2 2过零时过零时VTVT1 1不关断，不关断，u ud d波形波形 中有负值，中有负值，i id d波形近似水平线波形近似水平线移相范围为移相范围为9090 udiduacOwtOwtOOwtOOwtawtwt3.2.1 3.2.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路uaubuciaibicacos17. 12UUUd0dddVT2577. 031IIIIT 二次电流有效值二次电流有效值dVTVT(AV)368. 057. 1III晶闸管的额定电流晶闸管的额定电流2RMFM45. 2UUU最大正、反向电压最大正、反向电压主要缺点主要缺点:其其T二次电流中含有直流分量，

12、因此应用较少二次电流中含有直流分量，因此应用较少特点：特点：L L值很大，值很大，id波形基本平直波形基本平直是应用最为广泛的整流电路是应用最为广泛的整流电路共 阴 极共 阴 极组组共 阳 极共 阳 极组组三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路3.2.2 3.2.2 三相桥式全控整流电路三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a a6060 ，u ud d波形连续波形连续, ,i id d与与u ud d波形波形 形状一样形状一样a a6060 ，u ud d波形不连续波形不连续三相桥三相桥R 负载负载, , 移相范围是移相范围是120120 Rid=00时波形

13、？时波形？=300时波形？时波形？=600时波形？时波形？=900时波形？时波形？ 三相桥式全控整流电路的特点三相桥式全控整流电路的特点（1 1）2 2管同时通形成供电回路，其中共阴极组管同时通形成供电回路，其中共阴极组和共阳极组各和共阳极组各1 1。（2 2）对触发脉冲的要求：）对触发脉冲的要求：按VTVT1 1-VT-VT2 2-VT-VT3 3-VT-VT4 4-VT-VT5 5-VT-VT6 6的顺序，相位依次差的顺序，相位依次差6060 VTVT1 1、VTVT3 3、VTVT5 5的脉冲依次差的脉冲依次差120120 ，共阳极组，共阳极组VTVT4 4、VTVT6 6、VTVT2

14、2也依次差也依次差120120 同一相的上下桥臂，即同一相的上下桥臂，即VTVT1 1与与VTVT4 4，VTVT3 3与与VTVT6 6，VTVT5 5与与VTVT2 2，脉冲相差，脉冲相差180180 3.2.2 3.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路（3 3）u ud d一周期脉动一周期脉动6 6次，又称次，又称6 6脉波整流电路。脉波整流电路。（4 4）需保证同时导通的）需保证同时导通的2 2个晶闸管均有脉冲个晶闸管均有脉冲可采用两种方法：可采用两种方法： 60600 0的宽脉冲触发；或双窄脉冲触发（常用）的宽脉冲触发；或双窄脉冲触发（常用） (5(5）管子承受的电压同三

15、相半波，最大正、反向电压也同。）管子承受的电压同三相半波，最大正、反向电压也同。=00时波形？时波形？=300时波形？时波形？=600时波形？时波形？=900时波形？时波形？a60 时时（a =0 ；a =30 ）ud连续，情况与连续，情况与R 负载时相似负载时相似2) 阻感负载时的工作情况阻感负载时的工作情况a a 60 时时（ a =90）u ud d波形会出现负值波形会出现负值区别：区别：i id d波形不同。电感足够大时波形不同。电感足够大时, ,i id d近似水平线近似水平线。3.2.2 3.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路a a移相范围移相范围:90:90 3)

16、定量分析定量分析当电压波形连续时（即当电压波形连续时（即RL负载时，或负载时，或R 负载负载a a6060 时）：时）： 带带R R负载且负载且a a 6060 时，整流电压平均值为：时，整流电压平均值为：电流平均值电流平均值 ：Id=Ud /Racos34.22UUd)3cos(134. 22apUUd=00时波形？时波形？=300时波形？时波形？=900时波形？时波形？ddddIIIII816.03232)(3221222ppp晶闸管电压、电流等的定量分析与三相半波时一致。晶闸管电压、电流等的定量分析与三相半波时一致。接反电势阻感负载时，在负载电流连续的情况下，电路工作情况与接反电势阻感负

17、载时，在负载电流连续的情况下，电路工作情况与电感性负载时相似，电路中各处电压、电流波形均相同。电感性负载时相似，电路中各处电压、电流波形均相同。仅在计算仅在计算I Id d时有所不同，接反电势阻感负载时的时有所不同，接反电势阻感负载时的I Id d为：为：REUIdd式中式中R R和和E E分别为负载中的电阻值和反电动势的值。分别为负载中的电阻值和反电动势的值。3.2.2 3.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路当整流变压器为图当整流变压器为图2-172-17中所示采用星形接法，带阻感负载时，变压器二中所示采用星形接法，带阻感负载时，变压器二次侧电流波形如图次侧电流波形如图2-23

18、2-23中所示，其有效值为：中所示，其有效值为：i ik k= =i ib b渐增，渐增，i ia a= =I Id d- -i ik k渐小渐小当当i ik k到到I Id d时，时，i ia a=0=0，VTVT1 1关断关断, ,换流结束换流结束3.3 3.3 变压器漏感对整流电路的影响变压器漏感对整流电路的影响VTVT1 1换至换至VTVT2 2的过程：的过程：因因a a、b b相均有漏感，相均有漏感，i ia a、i ib b均不突变。均不突变。VTVT1 1、VTVT2 2同时通，相当于同时通，相当于a a、b b两相短路，在两两相短路，在两相组成的回路中产生环流相组成的回路中产生

19、环流i ik k。udidwtOwtOgiciaibiciaIduaubuca变压器存在漏感，可用一个集中的电感变压器存在漏感，可用一个集中的电感L LB B表示。表示。三相半波三相半波换相重叠角换相重叠角g g 换相过程持续的时间换相过程持续的时间换相过程中，整流电压换相过程中，整流电压u ud d为同时导通的两个为同时导通的两个 晶闸管所对应的两相电压的平均值。晶闸管所对应的两相电压的平均值。2ddddbakBbkBaduutiLutiLuu换相过程中，换相过程中，u ud d平均值降低平均值降低dBd23IXUp换相重叠角换相重叠角g g的计算的计算B2Bab2)65sin(62)(dd

20、LtULuutipwk由上式得：)65sin(26ddB2pwwtXUtik进而得出：)65cos(cos26)(d)65sin(26B265B2pwawpwwpatXUttXUitk3.3 3.3 变压器漏感对整流电路的影响变压器漏感对整流电路的影响由上述推导过程，已经求得：由上述推导过程，已经求得：)65cos(cos26)(d)65sin(26B265B2pwawpwwpatXUttXUitk 当 时， ，于是65pgawtdkIi)cos(cos26B2dgaaXUI2dB62)cos(cosUIXgaa2dB62)cos(cosUIXgaag g 随其它参数变化的规律：随其它参数变化

21、的规律：3.3 3.3 变压器漏感对整流电路的影响变压器漏感对整流电路的影响 dUdBIXpdB2IXpdB23IXpdB3IXpdB2ImXp)cos(cosgaa2Bd2UXI2Bd22UXI2dB62UIX2dB62UIXmUXIpsin22Bd电路形式电路形式单相单相全波全波单相全单相全控桥控桥三相三相半波半波三相全三相全控桥控桥m m脉波脉波整流电路整流电路 各种整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23U23U注：单相全控桥电路中，环流注：单相全控桥电路中，环流ik是从是从-Id变为变为Id。本表所本表所列通用公式不适用列通用公式不适用； 三相桥等

22、效为相电压等于三相桥等效为相电压等于 的的6 6脉波整流电路，脉波整流电路，故其故其m=6，相电压按，相电压按 代入。代入。23U23U（1） Id越大则g g 越大；（2） XB越大g g 越大；（3） 当a a90 时，a a 越小g g 越大出现换相重叠角出现换相重叠角g g ，整流输出电压平均值，整流输出电压平均值U Ud d降低。降低。整流电路的工作状态增多。整流电路的工作状态增多。晶闸管的晶闸管的d di/i/d dt t 减小，有利于晶闸管的安全开通。减小，有利于晶闸管的安全开通。 有时人为串入进线电抗器以抑制晶闸管的有时人为串入进线电抗器以抑制晶闸管的d di/i/d dt t

23、。换相时晶闸管电压出现缺口，产生正的换相时晶闸管电压出现缺口，产生正的d du/u/d dt t，可能，可能使晶闸管误导通，为此必须加吸收电路。使晶闸管误导通，为此必须加吸收电路。 换相使电网电压出现缺口，成为干扰源。换相使电网电压出现缺口，成为干扰源。3.3 3.3 变压器漏感对整流电路的影响变压器漏感对整流电路的影响变压器漏感对整流电路影响的一些结论变压器漏感对整流电路影响的一些结论:带平衡电抗器的双反星形可控整流电路的特点：带平衡电抗器的双反星形可控整流电路的特点：适用于低电压、大电流的场合。适用于低电压、大电流的场合。多重化整流电路的特点：多重化整流电路的特点：在采用相同器件时可达到更

24、大的功率。在采用相同器件时可达到更大的功率。可减少交流侧输入电流的谐波或提高功率因数，从而可减少交流侧输入电流的谐波或提高功率因数，从而减小对供电电网的干扰减小对供电电网的干扰3.6 大功率可控整流电路大功率可控整流电路双反星形电路，双反星形电路，a a =0=0 twwtud1uaubuciaud2iaucuaubucOwtOOwtOId12Id16Id12Id.1带平衡电抗器的双反星形可控整流电路带平衡电抗器的双反星形可控整流电路两副绕组匝数相同极性相反，接成两组三相半波电路。两副绕组匝数相同极性相反，接成两组三相半波电路。副绕组极性相反可消除铁芯的直流磁化。副绕组极性

25、相反可消除铁芯的直流磁化。平衡电抗器保证两组电路能同时导电。平衡电抗器保证两组电路能同时导电。与三相桥相比，输出电流可大一倍。与三相桥相比，输出电流可大一倍。为使电流平均分配，一般为使电流平均分配，一般L Lp p足够大，足够大，以便限制环流在以便限制环流在I Id d 的的1%1%2%2%以内。以内。d1d2puuu)(212121d2d1pd1pd2duuUuuuuwupud1,ud2OO60 360 wt1wttb)a)uaubucucuaubub环流电流环流电流i ip p，通过两组星形自成回路，通过两组星形自成回路3.6.1带平衡电抗器的双反星形可控整流电路带平衡电抗器的双反星形可控

26、整流电路 平衡电抗器作用下输出电压的波形和平衡电抗器上电压的波形平衡电抗器中点作为整流电压输出的负端，其输出的整流电压瞬时平衡电抗器中点作为整流电压输出的负端，其输出的整流电压瞬时值为两组三相半波整流电压瞬时值的平均值。波形如图值为两组三相半波整流电压瞬时值的平均值。波形如图2-37 a2-37 a。)(212121d2d1pd1pd2duuUuuuu谐波分析谐波分析分析详见分析详见P75-P76P75-P76。u ud d中的谐波分量比直流分量要小得中的谐波分量比直流分量要小得多，且最低次谐波为六次谐波多，且最低次谐波为六次谐波直流平均电压为：直流平均电压为：2017.1UUdu ,uwup

27、d1d2OO60 360 wt1wttb)a)uaubucucuaubub.1带平衡电抗器的双反星形可控整流电路带平衡电抗器的双反星形可控整流电路 当当a a =30=30 、6060 、9090 时，双反星时，双反星形电路的输出电压波形形电路的输出电压波形 先求出先求出u ud1d1和和u ud2d2波形，然后作出波形波形，然后作出波形( ( u ud1d1+ +u ud2 d2 ) / 2) / 2输出电压波形与三相半波电路比较，输出电压波形与三相半波电路比较，脉动程度减小了，脉动频率加大一倍，脉动程度减小了，脉动频率加大一倍，f f=300Hz=300Hz。电感负载情况下

28、，移相范围是电感负载情况下，移相范围是9090 。电阻负载情况下，移相范围为电阻负载情况下，移相范围为120120 。90a。60a。30audududwtOwtOwtOuaubucucuaububucucuaububucucuaub.1带平衡电抗器的双反星形可控整流电路带平衡电抗器的双反星形可控整流电路a a =30=30 、 a a =60=60 和和a a =90=90 时输出电压的波形分析时输出电压的波形分析双反星形电路与三相桥式电路比较：双反星形电路与三相桥式电路比较：三相桥为两组三相半波串联，而双反星形为两组三相桥为两组三相半波串联，而双反星形为两组三相半波并联，且

29、后者需用平衡电抗器。三相半波并联，且后者需用平衡电抗器。当当U U2 2相等时，双反星形的相等时，双反星形的U Ud d是三相桥的是三相桥的1/21/2，而，而I Id d是三相桥的是三相桥的2 2倍。倍。两种电路中，晶闸管的导通及触发脉冲的分配关两种电路中，晶闸管的导通及触发脉冲的分配关系一样，系一样，u ud d和和i id d的波形形状一样。的波形形状一样。.1带平衡电抗器的双反星形可控整流电路带平衡电抗器的双反星形可控整流电路整流电压平均值与三相半波整流电路的相等，为整流电压平均值与三相半波整流电路的相等，为: Ud=1.17 U2 cos a a 3.6.2 3.6.

30、2 多重化整流电路多重化整流电路原理：按规律将两个或更多相同结构的整流电路进行组合原理：按规律将两个或更多相同结构的整流电路进行组合目标：移项多重联结减少交流侧输入电流谐波，串联多重目标：移项多重联结减少交流侧输入电流谐波，串联多重整流电路采用顺序控制可提高功率因数。整流电路采用顺序控制可提高功率因数。1) 移相多重联结移相多重联结有并联多重联结和串联多重联结有并联多重联结和串联多重联结可减少输入电流谐波，减小输出电可减少输入电流谐波，减小输出电压中的谐波并提高纹波频率，因而压中的谐波并提高纹波频率，因而可减小平波电抗器。可减小平波电抗器。使用平衡电抗器来平衡使用平衡电抗器来平衡2 2组整流器

31、组整流器的电流。的电流。2 2个三相桥并联而成的个三相桥并联而成的1212脉波整流脉波整流电路。电路。移相移相3030 串联串联2 2重联结电路重联结电路T T 二次绕组分别采用星形和三角形接法构成相位相差二次绕组分别采用星形和三角形接法构成相位相差3030 、大小相等的两组电压。大小相等的两组电压。该电路为该电路为1212脉波整流电路。脉波整流电路。0a)b)c)d)ia1Id180360ia2iab2iAIdiab2wtwtwtwt000Id2333Id33IdId323(1+ )Id323(1+)Id33Id133.6.2 3.6.2 多重化整流电路多重化整流电路移相移相3030 构成的

32、串联构成的串联2 2重联结电路重联结电路逆变（逆变（InvertionInvertion）: DCAC (: DCAC (整流的逆过程整流的逆过程) )3.7.1 3.7.1 逆变的概念逆变的概念1) 1) 什么是逆变？为什么要逆变？什么是逆变？为什么要逆变？3.7 整流电路的有源逆变工作状态整流电路的有源逆变工作状态 0a a p p /2 时，电路工作在整流状态。时，电路工作在整流状态。 p p /2 a a EG 反极性反极性形成短形成短路路同极性同极性EG EM交交流流电电网网输输出出电电功功率率电电动动机机输输出出电电功功率率3.7.1 3.7.1 逆变的概念逆变的概念3) 3) 逆

33、变产生的条件逆变产生的条件有直流电动势有直流电动势E，极性与晶闸管导通方向一致，且幅值，极性与晶闸管导通方向一致，且幅值E Ud控制角控制角a a /2，使使U Ud d为负值。为负值。逆变条件逆变条件半控桥或有续流二极管的电路，不能实现有源逆变。半控桥或有续流二极管的电路，不能实现有源逆变。单相全波电路的整流和逆变单相全波电路的整流和逆变.2三相桥整流电路的有源逆变工作状态三相桥整流电路的有源逆变工作状态uabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbuabuacubcuaubucuaubucuaubucuaubu2

34、udwtOwtOb =p4b =p3b =p6b =p4b =p3b =p6wt1wt3wt2三相桥式电路工作于有源逆变状态三相桥式电路工作于有源逆变状态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REUIdbcos34. 22UUdddVTIII577. 03直流侧负载的有功功率直流侧负载的有功功率dMddIEIRP2三相桥中三相桥中ddVTIIII816.03222计算计算 交流侧电抗对逆变换相过程的影响交流侧电抗对逆变换相过程的影响当b g 时，换相结束时，晶时，换相结束时，晶闸管能承受反压而关断。闸管能承受反压而关断。若若b g ，该通的，该通的VTVT2 2关断关断, ,应关

35、的应关的VTVT1 1不能关断不能关断, ,最终导致逆变失败最终导致逆变失败 udOOidwtwtuaubucuaubpbgb giVT1iVTiVT3iVTiVT3223.7.3 3.7.3 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换相重叠角的影响：换相重叠角的影响：触发电路工作不可靠，如脉冲丢失、脉冲延时等。触发电路工作不可靠，如脉冲丢失、脉冲延时等。晶闸管发生故障，该断时不断，或该通时不通。晶闸管发生故障，该断时不断，或该通时不通。交流电源缺相或突然消失。交流电源缺相或突然消失。换相的裕量角不足，引起换相失败。换相的裕量角不足，引起换相失败。 1 1）逆变失败的原因）逆变失败

36、的原因逆变时，一旦换相失败，使得逆变时，一旦换相失败，使得U Ud d 0,0,形成极大短路形成极大短路电流电流逆变失败逆变失败（逆变颠覆）（逆变颠覆） 晶闸管的关断时间晶闸管的关断时间t tq q折合的电角度约折合的电角度约4 4 5 5 g g 换相重叠角换相重叠角 15200q q安全裕量角安全裕量角主要针对脉冲不对称程度，其值约取主要针对脉冲不对称程度，其值约取1010 3.7.3 3.7.3 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2) 2) 确定最小逆变角确定最小逆变角b bmin的依据的依据逆变时允许采用的最小逆变角逆变时允许采用的最小逆变角b b 应等于应等于b b

37、min= +g g+q q整流电压整流电压 整流电流整流电流变压器容量变压器容量短路电压比短路电压比Uk%g g220V800A240kV。A5%15 20 参照整流时参照整流时g g 的计算方法的计算方法mUXIBdpgaasin2)cos(cos2b bmin一般取一般取29 35 g g 换相重叠角的确定：换相重叠角的确定：1)查阅有关手册查阅有关手册,举例如下：举例如下：3.8 3.8 晶闸管直流电动机系统晶闸管直流电动机系统电动机负载时整流电路的工作情况。电动机负载时整流电路的工作情况。由整流电路供电时电动机的工作情况。由整流电路供电时电动机的工作情况。晶闸管直流电动机系统晶闸管直流

38、电动机系统可控整流装置带直流电动机负载组成的系统。可控整流装置带直流电动机负载组成的系统。电力拖动系统中的一种，整流的用途之一。电力拖动系统中的一种，整流的用途之一。引言引言研究研究通常在电枢回路串联一平波电通常在电枢回路串联一平波电抗器，保证整流电流在较大范抗器，保证整流电流在较大范围内连续。围内连续。接反电动势负载时接反电动势负载时,负载电流断续负载电流断续,对对整流电路和电动机工作均不利整流电路和电动机工作均不利udOidwtuaubucaudOiaibicicwtEUdidR三相半波带电动机负载且三相半波带电动机负载且加平波电抗器时的电压电流波形加平波电抗器时的电压电流波形2.8.1

39、2.8.1 工作于整流状态时工作于整流状态时3.8.1 3.8.1 工作于整流状态时工作于整流状态时UIREUdMdp23BMBXRRR系统的两种工作状态：电流连续工作状态系统的两种工作状态：电流连续工作状态 电流断续工作状态电流断续工作状态晶闸管压降晶闸管压降电枢电阻电枢电阻T电阻电阻电动机反电势电动机反电势 式中式中 整流电路中整流电路中T漏抗漏抗edeCUIRCUnacos17. 12三相半波电流连续时以三相半波电流连续时以电流表示的电动机机械特性电流表示的电动机机械特性机械特性是一组平行直线机械特性是一组平行直线, ,斜率取决于内阻斜率取决于内阻调节调节a a 角，即可调节电动机的转速

40、。角，即可调节电动机的转速。Ona1a2a3a3a2a1Id(RB+RM+ )IdCe3XB2p转速与电流的机械特性关系式为转速与电流的机械特性关系式为1) 1) 电流连续电流连续 在电机学中在电机学中nCEeM可根据整流电路电压平衡方程式得可根据整流电路电压平衡方程式得UIRUEdMacos17. 12电流断续时电动势的特性曲线电流断续时理想空载转速抬高。电流断续时理想空载转速抬高。机械特性变软，即负载电流变化很小也可引机械特性变软，即负载电流变化很小也可引起很大的转速变化。起很大的转速变化。随着随着a a 的增加，进入断续区的电流值加大。的增加，进入断续区的电流值加大。断续区特性的近似直线

41、断续区连续区EE0E0OIdminId(0.585 U2)( U2)2Oa3a2a1Id分界线断续区连续区a5a4E0E考虑电流断续时不同a 时反电动势的特性曲线a a 1 a 2 a 3 a 460 3.8.1 3.8.1 工作于整流状态时工作于整流状态时电流断续时电动机机械特性的特点：电流断续时电动机机械特性的特点：2) 2) 电流断续时电动机的机械特性电流断续时电动机的机械特性负载减小时，平波电抗器中的电感储负载减小时，平波电抗器中的电感储 能减小，使电流不再连续，此机械特能减小，使电流不再连续，此机械特 性也就呈现出非线性。性也就呈现出非线性。bcos0ddUUME)cos(0RIUE

42、ddMb)cos(10RIUCnddeb电动机在四象限中的机械特性正组变流器反组变流器na3a2a1Ida4b2b3b4b1a =b =p2a =b =p2b3b2b1b4a2a3a4a1a1=b 1;a 1=b1a2=b 2;a 2=b2a 增大方向b 增大方向a 增大方向b 增大方向3.8.2 3.8.2 工作于有源逆变状态时工作于有源逆变状态时1) 电流连续时机械特性电流连续时机械特性 因EM=Cen，得机械特性方程：RIEUdMd机械特性由 决定逆变时逆变电流断续，与整流时相似：逆变电流断续，与整流时相似：空载转速上翘空载转速上翘, ,特性变软特性变软, ,呈非线性呈非线性逆变状态的特

43、性是整流状态的延续逆变状态的特性是整流状态的延续控制角控制角 变化时，机械特性得变化。变化时，机械特性得变化。a第第1 1、4 4和和3 3、2 2象限中特性分属两组变象限中特性分属两组变流器，输出的流器，输出的U Ud d极性相反，故标以正极性相反，故标以正组和反组变流器组和反组变流器3.8.3 3.8.3 直流可逆电力拖动系统直流可逆电力拖动系统正组变流器反组变流器na3a2a1Ida4b2b3b4b1a =b =p2a =b =p2b3b2b1b4a2a3a4a1a1=b 1;a 1=b1a2=b 2;a 2=b2a 增大方向b 增大方向a 增大方向b 增大方向本章小结本章小结1)1)

44、可控整流电路，重点掌握：单相全控桥式整流电路和三相全控桥式整可控整流电路，重点掌握：单相全控桥式整流电路和三相全控桥式整流电路的原理分析与计算、各种负载对整流电路工作情况的影响；流电路的原理分析与计算、各种负载对整流电路工作情况的影响；2)2) 电容滤波的不可控整流电路的工作情况，重点了解其工作特点；电容滤波的不可控整流电路的工作情况，重点了解其工作特点；3)3) 与整流电路相关的一些问题，包括：与整流电路相关的一些问题，包括：(1)(1)变压器漏抗对整流电路的影响，重点建立换相压降、重叠角等概念，变压器漏抗对整流电路的影响，重点建立换相压降、重叠角等概念，(2)(2)整流电路的谐波和功率因数

45、分析，重点掌握谐波的概念、各种整流电整流电路的谐波和功率因数分析，重点掌握谐波的概念、各种整流电路产生谐波情况的定性分析路产生谐波情况的定性分析. .4)4) 大功率可控整流电路的接线形式及特点，熟悉双反星形可控整流电路大功率可控整流电路的接线形式及特点，熟悉双反星形可控整流电路的工作情况，建立整流电路多重化的概念。的工作情况，建立整流电路多重化的概念。5)5) 可控整流电路有源逆变工作状态，重点掌握产生有源逆变的条件、三可控整流电路有源逆变工作状态，重点掌握产生有源逆变的条件、三相有源逆变工作状态的分析计算、逆变失败及最小逆变角的限制等。相有源逆变工作状态的分析计算、逆变失败及最小逆变角的限

46、制等。6)6) 晶闸管直流电动机系统的工作情况，重点掌握各种状态时系统的特性，晶闸管直流电动机系统的工作情况，重点掌握各种状态时系统的特性，了解可逆电力拖动系统的工作情况，建立环流概念。了解可逆电力拖动系统的工作情况，建立环流概念。7)7) 重点熟悉锯齿波移相的触发电路的原理，了解集成触发芯片及其组成重点熟悉锯齿波移相的触发电路的原理，了解集成触发芯片及其组成的三相桥式全控整流电路的触发电路，建立同步的概念的三相桥式全控整流电路的触发电路，建立同步的概念. .三相半波可控，电阻负载，三相半波可控，电阻负载，a=30a=30 时的波形时的波形a =30u2uaubucOwtOwtOwtOwtOw

47、tuGuduabuacwt1iVT1uVT1uac 三相半波可控三相半波可控, ,电阻负载电阻负载,a=60,a=60 时波形时波形wwttwtwta =60u2uaubucOOOOuGudiVT1三相半波可控三相半波可控, ,阻感负载阻感负载, ,a=60 时波形时波形三相半波三相半波,阻感负载阻感负载,a a =60 udiduacOwtOwtOOwtOOwtawtwtuaubuciaibicwwwwud1ud2a = 30iaOtOtOtOtuduabuacuaubucwt1uabuacubcubaucaucbuabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuVT1三相全控桥

48、三相全控桥, ,电阻负载电阻负载,a=30,a=30 时波形时波形wwwa = 60ud1ud2uduacuacuabuabuacubcubaucaucbuabuacuaubucOtwt1OtOtuVT1三相全控桥三相全控桥, ,电阻负载电阻负载,a=60,a=60 时波形时波形ud1u2ud2u2LudidwtOwtOwtOwtOuaa = 0ubucwt1uabuacubcubaucaucbuabuaciVT1三相全控桥三相全控桥, ,阻感负载阻感负载,a=0,a=0 时波形时波形ud1a = 30ud2uduabuacubcubaucaucbuabuacwtOwtOwtOwtOidiaw

49、t1uaubuc三相全控桥三相全控桥, ,阻感负载阻感负载, ,a a=30=30 时波形时波形a = 90ud1ud2uacubcubaucaucbuabuacuabuduacuabuacwtOwtOwtOubucuawt1uVT1三相全控桥三相全控桥, ,阻感负载阻感负载, ,a a=90=90 时波形时波形2.3 2.3 变压器漏感对整流电路的影响变压器漏感对整流电路的影响udidwtOwtOgiciaibiciaIduaubucawt2uwtduwtdiwtVTuwtguwtduwtduwt1VTuwt1VTubcuabucauacubaucbubcuabucauacubaucbuca

50、ubaucbuwt2uwtGuaubucudu自然换相点自然换相点a =0=0 wt1VTubcuabucauacubaucbubcuabucauacubaucbucaubaucbuwt1VTubcuabucauacubaucbubcuabucauacubaucbucaubaucbuwtdu为了克服此缺点，一般在主电路中为了克服此缺点，一般在主电路中直流输出侧直流输出侧串联串联一个一个平波电抗器平波电抗器。这时整流电压这时整流电压u ud d的波形和负载电流的波形和负载电流i id d的波形与阻感负载电流连续时的波形与阻感负载电流连续时的波形相同，的波形相同，u ud d的计算公式也一样。的计

51、算公式也一样。为保证电流连续所需的电感量为保证电流连续所需的电感量L L可由下式求出：可由下式求出：dmin23dmin21087.222IUIULpw单相桥式全控整流电路带反电动势负载串平波电抗器，电流连续的临界情况twwOud0Eidtpaq = p2.1.2 单相桥式全控整流电路负载为直流电动机时，如果出现电流负载为直流电动机时，如果出现电流断续，则电动机断续，则电动机 的机械特性将很软的机械特性将很软单相全波电路的整流和逆变单相全波电路的整流和逆变2.1.4 2.1.4 单相桥式半控整流电路单相桥式半控整流电路 单相桥式半控整流电路，单相桥式半控整流电路，有续流二极管，阻感负载有续流二

52、极管，阻感负载时的电路及波形时的电路及波形带续流二极管带续流二极管wwwwud1ud2a = 30iaOtOtOtOtuduabuacuaubucwt1uabuacubcubaucaucbuabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuVT1三相全控桥三相全控桥, ,电阻负载电阻负载, ,a a=30=30 时波形时波形 第4章 逆变电路本章讲述无源逆变第4章 逆变电路 引言逆变与整流相对应，直流电变成交流电交流侧接电网，为有源逆变。交流侧接负载，为无源逆变。逆变与变频变频电路：分为交交变频和交直交变频两种。交直交变频由交直变换（整流）和直交变换两部分组成，后一部分就是逆变。主要

53、应用直流电源，如蓄电池、干电池、太阳能电池等带交流负载交流电机调速用变频器、不间断电源、感应加热电源等电力电子装置的核心部分都是逆变电路。直流电直流电交流电交流电4.1.1 逆变电路的基本工作原理S S1,41,4闭合，S S2,32,3断开时时S1S4是桥式电路的4个臂，由器件及辅助电路组成。改变开关切换频率，可改变输出交流电频率S S1 1,4,4断开，S S2,32,3闭合时时uo=-Uduo= =UdUduoUd-Udtt开通：适当的门极驱动信号就可使器件开通。关断：全控型器件可通过门极关断。半控型器件晶闸管，必须利用外部条件才能关断。一般在晶闸管电流过零后施加一定时间反压，才能关断研

54、究换流方式主要是研究如何使器件关断。本章换流及换流方式问题最为全面集中,因此安排在本章集中讲述。 4.1.2 换流方式分类换流电流从一个支路向另一个支路转移的过程，也称为换相。 4.1.2 换流方式分类1) 器件换流（Device Commutation）利用全控型器件的自关断能力进行换流。在采用IGBT 、电力MOSFET 、GTO 、GTR等全控型器件的电路中的换流方式是器件换流。2) 电网换流（Line Commutation）电网提供换流电压的换流方式。将负的电网电压施加在欲关断的晶闸管上即可使其关断。不需要器件具有门极可关断能力，但不适用于没有交流电网的无源逆变电路。3) 负载换流（

55、Load Commutation）4) 强迫换流（Forced Commutation）负载换流工作波形 ? ?t? ?t? ?t? ?tOOOOiit1 1b)a)uouoioiouVTiVT1iVT4iVT2iVT3uVT1uVT4 4.1.2 换流方式分类由负载提供换流电压的换流方式3）负载换流VT1,4通时，电容上电压：VT2,3承受正向电压此时触发VT2,3 能通VT2,3导通后， VT1,4承受反压 实现负载换流什么样的电路能实现负载换流？关断由换流电路内电容由换流电路内电容直接提供换流电压直接提供换流电压直接耦合式直接耦合式强迫换流强迫换流通过换流电路内电容通过换流电路内电容和电

56、感的耦合来提供和电感的耦合来提供换流电压或换流电流换流电压或换流电流电感耦合式电感耦合式强迫换流强迫换流设置附加的换流电路，给欲关断的晶闸管强迫施加反压或反电流通常利用附加电容上所储存的能量来实现，因此也称为电容换流。 4.1.2 换流方式分类4)强迫换流（Forced Commutation）先使晶闸管电流减为零，然后通过反并联二极管使其加上反向电压。电流在支路内部终止流通而变为零，称为熄灭。电压型逆变电路 Voltage Source Type Inverter-VSTI直流侧是电压源电流型逆变电路 Current Source Type Inverter-CSTI直流侧是电流源4.2 电

57、压型逆变电路1）逆变电路的分类）逆变电路的分类 根据直流侧电源性质的不同2）电压型逆变电路的特点(1)直流侧为电压源或并联大电容， 相当于大电源。(2)输出电压为矩形波，且与无关 输出电流因负载阻抗不同而不同。(3)阻感负载时需提供无功功率。为给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂并联反馈二极管4.2.1 单相电压型逆变电路ttuG1uG2t1t2t3tiouot4t5器件导通情况控制信号u0i0开V1,关V2开V2,关V1V1VD2V2VD1VD1+-+-工作原理1）半桥逆变电路V1和V2栅极信号在一周期内各半周正偏、半周反偏，两者互补，2dU开V1,关V22dU2dU2dU2d

58、U优点：简单，使用器件少V1通，u0=Ud/2VD2通，u0= -Ud/2V2通，u0= -Ud/2VD1通，u0= Ud/2缺点：输出电压幅值为Ud/2，且直流侧需两电容串联，要均压。应用：用于几kW以下的小功率逆变电源。单相全桥、三相桥式都可看成若干个半桥逆变电路的组合。四个桥臂，可看成两个半桥组合而成两对桥臂交替导通180输出电压和电流波形同半桥电路形状改变U0只能通过改变Ud来实现4.2.1 单相电压型逆变电路2) 全桥逆变电路ttuG1,4uG2,3t1t2t3tiouot4t5器件导通情况控制信号u0i0V1,4导通，u0=UdVD2,3导通，u0= -UdV2,3导通，u0= -

59、UdVD1,4导通，u0= Ud开V1,4,关V2,3开V2,3,关V1,4开V1,4,关V2,3V1,4VD2,3V2,3VD1,4VD1,4-Ud-UdUdUdUd+-+-qtuG1tuG2tuG3tuG4t1t2iotuo调q 调输出电压4.2.1 单相电压型逆变电路阻感负载时，可移相调压t3t4t5t6t7t8V1,4V2,3VD2器件导通情况V1V2V1,4VD4VD3VD3VD1VD4 UNWNWUWNVNVWVNUNUVuuuuuuuuu NN WNWN NN VNVN NN UNUNuuuuuuuuuUdtuUN4.2.2 三相电压型逆变电路波形分析)(31)(31WNVNUN

60、 WN VN UN NNuuuuuuu负载对称时uUN+uVN+uWN=0)(31 WN VN UNNNuuuuUd6uVNtuWNtuUVtuNNtuUNtiUtidt2Ud3Ud3负载已知时，可由uUN波形求出iU波形。uVNtuWNt应用最广0)ii(iWVU 一周期内有两个导通阶段和两个换流阶段t1t2：VT1,4稳定导通,i=Id，t2时刻前在C上建立左正右负电压。t2t4:换流阶段电容经两个放电回路同时放电4.3.1 单相电流型逆变电路工作分析t=t4时, 换流结束tg -换流时间。Tb承受反压时间四个桥臂构成,电抗器用来限制开通时的di/dt。工作方式为负载换相。 C L R构成