晶闸管可控整流电路(与“电路”有关的文档共35张)

第二章晶闸管可控整流电路第一页，共35页。第二章晶闸管可控整流电路2.1单相半波可控整流电路2.2单相全波和单相全控桥可控整流电路2.3三相半波可控整流电路2.4三相全控桥式整流电路2.5变压器漏电抗对整流电路的影响第二页，共35页。第二章晶闸管可控整流电路整流电路：能够直接将交流电能转换为直流电能的电路称为整流电路用途：直流电动机的调速，同步电机的励磁，电镀，电焊按照交流电源的相数不同，晶闸管可控整流电路可分为单相，三相和多相整流电路。根据整流电路的结构形式可分为半波，全波和桥式整流整流输出端所接负载的性质对整流电路的输出电压和电流有关，常见有电阻性负载，电感性负载和反电动势负载。晶闸管可控整流装置具有体积小，效率高，容量大，控制方便等优点。第三页，共35页。2.1单相半波可控整流电路1．电阻性负载在单相可控整流电路中，定义晶闸管从承受正向电压起到触发导通之间的电角度α称为控制角（或移相角），晶闸管在一个周期内导通的电角度称为导通角。第四页，共35页。2.1单相半波可控整流电路整流电路输出电压平均值为：Ud2(1+cosα)/2整流电路输出电压有效值为：U=U2[sin2α/4π+(π-α)/2π]1/2整流输出电流的平均值为：Id=Ud/Rd

有效值为：I=U/Rd电流的波形系数为：Kf=I/Id整流电路的功率因数：cosψ=P/S=[sin2α/4π+(π-α)/2π]1/2所以：控制角越大，波形系数越大。功率因数越小。第五页，共35页。2.1单相半波可控整流电路例：有一单相半波可控整流电路，Rd=10Ω，直接接到交流220V电源上，在控制角α＝600时，求输出电压的平均值Ud、输出电流的平均值Id和有效值I、并选择晶闸管（考虑2倍裕量）解：Ud2(1+cosα)/2=0.45×220(1+cos600U=U2[sin2α/4π+(π-α)/2π]1/2=220×[sin1200/4π+(π-600)/2π]1/2Id=Ud/RdI=U/Rd晶闸管承受的最大正反向电压为：UTM=21/2U2=21/2×220=311VUDRM=2×311=622V取700V电流的有效值为：ITnT(AV)>2IIT(AV)第六页，共35页。2.1单相半波可控整流电路2．电感性负载当正半周时，ωt=ωt1=α时触发晶闸管T，u2加到感性负载上，由于电感中的感应电动势的作用，电流id只能从零开始上升，到ωt=ωt2时刻达到最大值，随后id开始减小。到ωt=ωt3时刻u2过零变负时，id并未下降到零，而在继续减小，此时负载上的电压ud为负。直到，ωt=ωt4时刻，电感上的感应电动势与电源电压相等，id下降到零，晶闸管T关断。感性负载上的电压平均值等于负载电阻上的电压平均值。第七页，共35页。2.1单相半波可控整流电路在单相半波可控整流电路中，由于电感的存在，整流输出电压的平均值将减小，特别在大电感时，输出电压平均值接近于零，负载上得不到应有的电压。解决的办法是在负载两端并接续流二极管D。晶闸管和续流二极管承受的最大电压均为21/2U2第八页，共35页。2.1单相半波可控整流电路在单相半波可控整流电路中，由于电感的存在，整流输出电压的平均值将减小，特别在大电感时，输出电压平均值接近于零，负载上得不到应有的电压。解决的办法是在负载两端并接续流二极管D。晶闸管和续流二极管承受的最大电压均为21/2U2第九页，共35页。2.1单相半波可控整流电路设θT和θD分别为晶闸管和续流二极管在一个周期内的导通角，则晶闸管的电流平均值为：IdT=θTId/2π=(π-α)Id/2π流过续流二极管的电流平均值为：IdD=θDId/2π=(π+α)Id/2π流过晶闸管的电流有效值为：IT=(θT/2π)1/2Id＝[(π-α)/2π]1/2Id流过续流二极管的电流有效值为：ID=(θD/2π)1/2Id＝[(π+α)/2π]1/2Id第十页，共35页。2.2单相全波和全控桥可控整流电路2.2.1单相全波可控整流电路当Ua>Ub的半周，在某一时刻可以触通VT1，输出电压与Uab同向当Ua<Ub的半周，在某一时刻可以触通VT2，输出电压与Uab向第十一页，共35页。2.2单相全波和全控桥可控整流电路

单相全控桥式整流电路1．电阻性负载输出电压的平均值为：Ud2(1+cosα)/2当α=00时，Ud为最大值，α＝1800时，Ud为最小值，移相范围为00—1800。整流输出电压的有效值为：U=U2[sin2α/2π+(π-α)/π]1/2输出电流的平均值和有效值分别为：Id=Ud/Rd2(1+cosα)/2RdI=U/Rd流过每个晶闸管的平均电流为输出电流的平均值的一半，即IdT=Id/2第十二页，共35页。2.2单相全波和全控桥可控整流电路流过每个晶闸管的电流有效值为：IT=Id/21/2在一周内晶闸管可能承受的最大正反向电压为21/2U2在一个周期内每个晶闸管只导通一次，其波形系数为KfT=IT/IdT负载电流的波形系数为：Kf=I/Id整流电路的功率因数：cosψ=P/S=[sin2α/2π+(π-α)/π]1/2第十三页，共35页。2.2单相全波和全控桥可控整流电路例:单相全控桥整流电路，Rd=4Ω，要求Id在0－25A之间变化，求：(1)整流变压器TR的变比（不考虑裕量）(2)连接导线的截面积（取允许电流密度J=6A/mm2）(3)选择晶闸管的型号（考虑2倍裕量）(4)在不考虑损耗的情况下，选择整流变压器的容量(5)计算负载电阻的功率(6)计算电路的最大功率因数解：1.负载上的最大平均电压为：Udmax=IdmaxRd=25×4=100VUd2(1+cosα)/2，当α＝00时，Ud最大，Udmax2U2=Udmax/0.9=111V变压器的变比为：K=U1/U2=2第十四页，共35页。2.2单相全波和全控桥可控整流电路2.当α＝0时，id的波形系数为：Kf=[πsin2α+2π(π-α)]1/2/2(1+cosα)=(2π2)1/2所以负载电流有效值为：I=KfId2，选BU-70铜线。3．考虑到IT=Id/21/2，则晶闸管的额定电流为:IT(AV)>IT1/2考虑2倍裕量，取30A。晶闸管承受最大电压为：UTm=21/2U2=157V，取400V.选KP30-4的晶闸管。4.S=U2I2=U2R=U22/Rd26．cosψ=P/S=[sin2α/2π+(π-α)/π]1/2＝1（当α＝00时）第十五页，共35页。2.2单相全波和全控桥可控整流电路2．大电感负载移相范围为：00－900在电流连续的情况下整流输出电压平均值为：Ud2cosα(00<α<900)晶闸管承受的最大正反向电压为21/2U2在一个周期内每组晶闸管各导通1800，两组轮流导通，变压器次级中的电流i2是正负对称的方波。负载电流的平均值和有效值相等，其波形系数为1。流过每个晶闸管的电流平均值和有效值分别为：IdT=Id/2，IT=Id/21/2第十六页，共35页。2.2单相全波和全控桥可控整流电路2.2.3单相半控桥式整流电路将上图中的两个晶闸管T2、T4换成两个二极管即为单相半控桥式整流电路。半控桥式整流电路在电阻性负载时的工作情况与全控桥式整流电路完全相同，各参数计算也一样。现只分析大电感负载的工作情况当u2的正半周，控制角α时，触发T1，则T1、D2导通。当u2第十七页，共35页。2.2单相全波和全控桥可控整流电路下降到零并开始变负时，由于电感的作用，T1将继续导通，但D1正偏导通，而D2反偏截止，负载电流id经D1、T1流通。此时整流桥输出电压为T1、D1的正向压降，接近零，故整流输出电压ud没有负半波，这种现象叫自然续流。u2负半周情况与此相同。综述：晶闸管在触发时刻换流，二极管则在电源电压过零时换流，整流输出电压ud波形与全控桥带电阻负载相同，移相范围00－1800，Ud、Id的计算公式与全桥电阻负载相同。第十八页，共35页。2.2单相全波和全控桥可控整流电路流过晶闸管和二极管的电流宽度都是1800的方波与控制角无关。交流测电流为正负对称的交变方波。但是，当突然把控制角增大到1800以上或突然切断触发电路时，会发生正在导通的晶闸管一直导通，两个二极管轮流导通的现象，此时触发信号对输出电压失去了控制作用，这种现象称为失控。为了消除失控现象，带大电感负载的半控桥整流电路还必须加续流二极管。加续流二极管后，Ud2(1+cosα)/2整流输出电压的有效值为：U=U2[sin2α/2π+(π-α)/π]1/2IdT=(π-α)Id/2πIT=[(π-α)/2π]1/2IdIdD=αId/πID=(α/π)1/2Id第十九页，共35页。2.3三相可控整流电路当负载容量较大时，如果采用单相可控整流电路，将造成电网三相电压的不平衡，影响其他用电设备的正常运行，因此必须采用三相可控整流电路。第二十页，共35页。三个晶闸管共阴极接法在wt1-wt2期间，A相电压最高，如果在wt1时刻触发T1导通，负载上得到A相电压uA，在wt2-wt3期间，B相电压最高，若在wt2时刻触发T2导通，负载上得到B相电压uB，同时，T1因承受反压而关断。在wt3-wt4期间，C相电压最高，若在wt3时刻触发T3导通，负载上得到C相电压uC，并关断T2。第二十一页，共35页。2.3.1三相可控整流电路从图中可知，wt1,wt2,wt3时刻距相电压波形过零点300电角度，它是各相晶闸管能被触发导通的最早时刻，称为自然换流点。在三相可控整流电路中，把自然换流点作为计算控制角α的起点。右图即为α=00时的输出电压波形和晶闸管两端承受的电压波形。若增大控制角，输出电压波形发生变化。第二十二页，共35页。2.3.1三相可控整流电路当α=300时输出电压波形和晶闸管两端承受的电压波形如下图所示当α=600时输出电压波形和晶闸管两端承受的电压波形如下图所示第二十三页，共35页。2.3.1三相可控整流电路综述：α=00时整流输出电压平均值Ud最大，增大α,Ud减小，当α=1500时，Ud=0。所以移相范围为00-1500。α≤300时，负载电流连续，各相晶闸管每周期轮流导通1200。Ud2φcosα(00≤α≤300)α>300时，负载电流断续，θ=1500-α，输出电压平均值为Ud2φ[1+cos(300+α)]/31/2(300<α≤1500)4.负载电流的平均值为：Id=Ud/Rd流过每个晶闸管的平均电流为：IdT=Id/31/2U2φ第二十四页，共35页。2.3.1三相可控整流电路大电感负载的三相半波可控整流电路在α≤300时，ud波形与电阻性负载时相同。当α>300时,（如右图为α=600的波形）T1导通到wt1时，其阳极电压uA已过零开始变负，但由于电感Ld感应电势的作用，使T1继续导通，直到wt2时刻，触发T2导通，T1才承受反压而关断，从而使ud波形出现部分负压。尽管α>300仍然使各相晶闸管道通1200，保证了电流连续。第二十五页，共35页。2.3.1三相可控整流电路从上图可知：输出电压平均值为：Ud2φcosα移相范围为00—900。因为是大电感负载，电流波形近似于直线，即id=Id.IdT=Id/3，IT=Id/31/2注意：大电感负载时，晶闸管可能承受的最大正反向电压均为61/2U2φ三相半波可控整流电路带大电感负载时，利用续流二极管解决α接近900时，Ud=0的问题。加接续流二极管的大电感负载的输出电压波形与电阻性负载一样，Ud的计算公式也一样，一周期内晶闸管的导通角为θT=1500-α,续流二极管的导通角θD=3(α-300)IdT=(1500-α)Id/3600IT=[(1500-α)/3600]1/2IdIdD=(α-300)Id/1200ID=[(α-300)/1200]1/2Id第二十六页，共35页。2.3.2三相全控桥式整流电路三相全控桥式整流电路是由一组共阴极接法的三相半波可控整流电路和一组共阳极接法的三相半波可控整流电路串联起来组成的。如图所示为α=00的波形1.工作原理；设t=0，T5,T6同时导通，电流波形已形成在wt1-wt2期间，A相电压为正最大值，wt1时刻触发T1，T1导通T5承受反压而关断，T1,T6同时导通，电流从A相流出，经T1，负载，T6流回B相，负载上得到A,B线电压uAB。第二十七页，共35页。2.3.2三相全控桥式整流电路在wt2-wt3期间，A相电压仍为正最大值，C相变为最负在wt2时刻触发T2，T2导通T6承受反压而关断，T1,T2同时导通，负载上得到A,C线电压uAC。在wt3-wt4期间，B相电压变为正最大值，C相仍为最负，在wt3时刻触发T3，T3导通，T1承受反压而关断，T2,T3同时导通，负载上得到B,C线电压uBC。以此类推，在一个周期，负载上得到的输出波形是线电压的正半部分的包络线。第二十八页，共35页。2.3.2三相全控桥式整流电路当α>00时，波形会发生变化Ud2φcosα00≤α≤900Id=Ud/Rd2φcosα/RdIdT=θTId/2π=Id/3，IT=(θT/2π)1/2Id=(1/3)1/2IddI2=(2/3)1/2IddUTM=61/2U2φα=300时的波形如右图：第二十九页，共35页。2.3.2三相全控桥式整流电路α=900时的波形如下图从原理的分析可知，在全控桥启动或电流断续之后，需要再触发导通时，由于全控桥的六个晶闸管全部处于关断