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1、1,第二章可控整流及有源逆变电路,2,本章主要内容,单相可控整流电路 三相可控整流电路 变压器漏感对整流电路的影响 电容滤波的不可控整流电路 整流电路的有源逆变工作状态 整流电路的谐波和功率因数,3,传统电力技术如何将交流电变为直流电？交流机组实现电力变换。,2.1 概述,4,整流电路的定义：一种把交流电源电压转换成所需的直流电压的一种电路。出现最早的电力电子电路。,整流电路的性能指标： 直流输出电压的平均值 直流输出中的交流分量 功率因数 网侧谐波电流等,2.1 概述,5,按电路结构分 半波电路：每根电源进线流过单向电流，又称为零式电路或单拍电路。 全波电路：每根电源进线流过双向电流，又称为

2、桥式电路或双拍电路。 按电源相数分类 单相电路：单脉波或双脉波 三相电路：三脉波或六脉波 多相电路：多脉波 按电路的工作范围分类 单象限电路 多象限电路,整流电路的分类,6,按电路控制特点分类 不可控电路：电路的直流输出电压平均值同交流电源电压的比值固定不变，且功率流向只能由电源流向负载，为单向变流器。这种电路的控制器件一般是二极管。 半控电路：电路的直流输出电压平均值与交流电源电 压的比值可以改变，但功率流向仍为单向，只能由电源侧流向负载侧。这种电路的控制器件一般是晶闸管和二极管同时存在。 全控电路：电路的直流输出电压值可以改变，且功率 流向是双向的。全控整流电路中控制器件主要为晶闸管,整流

3、电路的分类,7,2.2 单相可控整流电路,整流电路形式 单相半波可控整流电路 单相桥式全控整流电路 单相全波可控整流电路 单相桥式半控整流电路 负载形式：阻性负载，阻感负载，反电动势负载,8,2.2.1单相半波可控整流电路,(Single Phase Half Wave Controlled Rectifier),假定：开关器件为理想器件，不考虑变压器漏抗对电路的影响 。 电路的工作状态 阻性负载 感性负载 反电动势负载,9,单相半波可控整流电路阻性负载,变压器的作用 电阻负载的特点：电压与电流成正比，两者波形相同。 注意：输出电压和电流波形，晶闸管承受的电压波形,10,单相半波可控整流电路阻

4、性负载,波形分析 电源电压一个周期中，负载上得到脉动的直流电压，脉动频率与电源频率一致，故此电路是单脉波整流电路（若整流输出电压的脉动频率是电源频率的二、三或六倍，则分别称为二脉波、三脉波或六脉波电路）。 电路只在交流电源电压的正半周内整流，电源进线电流为单方向，又称为半波可控整流电路。,11,单相半波可控整流电路阻性负载,几个基本概念： 触发延迟角a 导 通角 移相：改变触发角的大小，即改变触发脉冲电压出现的相位。,12,单相半波可控整流电路阻性负载,同步：要使整流输出电压稳定，则要求每个周期中触发角都相同，所以要求触发脉冲信号与电源电压在频率和相位上要协调配合，这种相互协调配合的关系，称之

5、为同步。,移相范围：触发角 从 开始到最大触发电角度的区间称为移相范围。,几个基本概念：,13,单相半波可控整流电路阻性负载,a 移相范围为180。 通过控制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。,基本数量关系,直流输出电压平均值为,14,单相半波可控整流电路阻性负载,基本数量关系,负载电流有效值,负载电流平均值,整流输出电压有效值,15,单相半波可控整流电路阻性负载,基本数量关系,负载电流波形系数,整流变压器二次电流有效值,16,单相半波可控整流电路阻性负载,晶闸管电流有效值,基本数量关系,晶闸管选用： a） 有效值相等的原则，并考虑一定裕量。 b） 考虑

6、散热，选择与之相应的散热器。,晶闸管电流平均值,17,单相半波可控整流电路阻性负载,晶闸管承受的最大正向和反向电压,基本数量关系,整流电路的功率因数,18,例21. 单相半波可控整流电路，电阻性负载，不经整流变压器直接与220V交流电源相接，要求输出的直流平均电压为85V，最大输出直流平均电流为20A，求此电路中 、R、U、I2、IT、IdT和 ，并选择晶闸管（考虑2倍裕量）。,解：1. 已知 ,根据公式,2. 已知 ， ，可计算负载电阻,单相半波可控整流电路阻性负载,3. 整流输出电压有效值,19,4. 交流侧电流有效值,单相半波可控整流电路阻性负载,5. 流过晶闸管的电流有效值和平均值,晶

7、闸管电流定额，应选额定电流为50A的晶闸管；,6. 功率因数,7. 选择晶闸管定额,晶闸管的电压定额，应选额定电压为700V左右的晶闸管。,20,单相半波可控整流电路感性负载,当负载的感抗（ ）与电阻R相比不可 忽略时称为感性负载，例如各种电机的励磁绕 组、电磁铁线圈等。 电感存在对电路的影响：对电流的变化起抗拒作用，流过电感器件的电流不能突变，当电感中电流增加时，电感产生一自感电势阻止电流增加，而当电感中电流减小时，自感电势又将阻止电流的减小。,21,单相半波可控整流电路感性负载,讨论负载阻抗角j、触发角a、晶闸管导通角的关系。,波形分析 由于电感的存在，使晶闸管导通角度加大，其大小与负载电

8、感大小有关。 输出电压波形中出现负值，输出电压减小。,22,单相半波可控整流电路感性负载,单相半波可控整流电路带大电感负载，输出直流电压总是很小，平均电流也很小。所以此电路是无法使用的。 为了解决这个问题，通常是在整流电路的负载两端并联一个硅整流二极管DR，称为续流二极管。,23,单相半波可控整流电路感性负载,带续流二极管电路,当u2过零变负时，VDR导通，ud为零，VT承受反压关断。 L储存的能量保证了电流id在L-R-VDR回路中流通，此过程通常称为续流。,24,若晶闸管触发角为 ，则导通角为 ，续流二极管导通角即为 。,单相半波可控整流电路感性负载,带续流二极管电路,整流输出电压平均值,

9、25,单相半波可控整流电路感性负载,带续流二极管电路,晶闸管电流平均值,续流二极管的电流平均值,26,晶闸管可能承受的最大正、反向电压均为 ，续流二极管可能承受的最大反向电压也为 。,单相半波可控整流电路感性负载,晶闸管电流有效值,续流二极管电流有效值,带续流二极管电路,27,当整流电路接大电感负载时，由于晶闸 管触发导通瞬间，电流从零开始缓慢上升，如 触发脉冲宽度不够，有可能发生电流未上升到 晶闸管擎住电流，触发脉冲就已消失的情况， 使晶闸管在触发脉冲消失后又恢复正向阻断状 态，所以要求触发脉冲有足够的宽度。,单相半波可控整流电路感性负载,28,VT移相范围为180。 简单，但输出脉动大，变

10、压器二次侧电流中含直流分量，造成变压器铁芯直流磁化，为使变压器铁芯不饱和，需加大铁芯的截面积，所以设备容量大。 实际上很少应用此种电路。 分析该电路的主要目的建立起整流电路的基本概念。,单相半波可控整流电路的特点,29,2.2.2 单相桥式全控整流电路-阻性负载,Single Phase Bridge Contrelled Rectifier,工作原理及波形分析 VT1、VT4在u2正半周承受电压u2，得到触发脉冲即导通，当u2过零时关断。 VT2、VT3在u2负半周承受电压-u2，即正向阳极电压，得到触发脉冲即导通，当u2过零时关断。,电路结构,30,2.2.2 单相桥式全控整流电路-阻性负

11、载,结论： 电路在交流电压的正、负半周都能实现整流，为全波可控整流电路。 又由于输出整流电压在一个周期内脉动两次，又称为双脉波整流电路。其输出整流电压脉动程度比半波整流电路要小。 变压器二次侧绕组中不存在单相半波整流电路中的直流磁化现象，变压器利用率较高。,31,电路移相范围是 。,单相桥式全控整流电路-阻性负载,数量关系,整流输出电压平均值 是单相半波整流电路的2倍。,32,单相桥式全控整流电路-阻性负载,数量关系,负载平均电流值,晶闸管电流平均值 晶闸管承受的最大正向电压 为电源电压峰值的一半，最 大反向电压为电源电压峰值。,33,晶闸管电流有效值,变压器二次测电流有效值I2,单相桥式全控

12、整流电路-阻性负载,数量关系,不考虑变压器的损耗时，要求变压器的容量 S=U2I2,34,例22. 单相全控桥式整流电路，阻性负载，要求输出直流电压 连续可调，负载平均电流恒定为20A，晶闸管最小触发角限制为，计算变压器二次侧电压、电流值，估算其容量以及晶闸管导通角的变化范围并选择晶闸管。,单相桥式全控整流电路-阻性负载举例,解题思路： 1.本题给出了输出电压调节范围和最小触发角，需要注意的是最小触发角对应最大输出电压。 2.负载电流恒定，即最低电压时同样需要输出直流电流20A，而最低电压对应最大触发角，此时晶闸管导通时间很短，显然，平均值一定情况下，晶闸管导通角小其电流有效值大，而变压器容量

13、应该考虑最高电压和最大电流情况。,35,例22. 单相全控桥式整流电路，阻性负载，要求输出直流电压 连续可调，负载平均电流恒定为20A，晶闸管最小触发角限制为，计算变压器二次侧电压、电流值，估算其容量以及晶闸管导通角的变化范围并选择晶闸管。,单相桥式全控整流电路-阻性负载举例,解：1. 已知,对应的,所以,36,晶闸管导通角的变化范围为,当 一定时， 越大，所需 越大， 时有,2. 在整个可调电压范围内， 恒为20A，考虑严重情 况，即在 时，电路仍能输出20A电流，据此可求出最大触发角,所以变压器二次侧绕组的电流为,单相桥式全控整流电路-阻性负载举例,37,本题中应注意，若按 计算，则变压器

14、二次侧绕组中电流 ，较上面的42.8A小得多，据此计算的变压器容量偏小，显然无法满足运行要求。,单相桥式全控整流电路-阻性负载举例,3. 变压器容量估算,38,晶闸管承受的最大反向电压为 若考虑2倍裕量为338V，则可选取型号为KP50-5的晶闸管，其通态平均电流为50A，正向重复峰值电压为5级（500V）。,单相桥式全控整流电路-阻性负载举例,4. 选择晶闸管 流过晶闸管的电流有效值,所以，考虑2倍裕量时晶闸管额定电流,39,单相桥式全控整流电路-感性负载,假设电路稳态，id的平均值不变。 假设负载电感很大，id连续且近似为一水平线。,40,单相桥式全控整流电路-感性负载,u2过零变负时，V

15、T1和VT4不关断。 t=+a ，VT1和VT4关断，VT2和VT3导通。 VT2和VT3导通后，VT1和VT4承受反压关断，流过VT1、VT4的电流迅速转移到VT2、VT3上，此过程称换相，亦称换流。,41,单相桥式全控整流电路-感性负载,数量关系,晶闸管移相范围为90。,晶闸管承受的最大正反向电压均为 。,整流输出电压为,42,单相桥式全控整流电路-感性负载,与a无关，为180。 晶闸管电流：,变压器二次电流：,数量关系,43,单相桥式全控整流电路-感性负载,电感不足够大，负载电流断续。 负载电压 最小电感,数量关系,44,单相桥式全控整流电路-感性负载,结论：可提高输出电压。为什么？,带

16、续流二极管电路,45,单相桥式全控整流电路-带反电动势负载,在|u2|E时，晶闸管承有导通可能。,Electro-motive-force (EMF) load,46,单相桥式全控整流电路-带反电动势负载,晶闸管导通后，有,|u2|=E，id降至0使晶闸管关断，则,47,单相桥式全控整流电路-带反电动势负载,结论：相同a 角时，整流输出电压比电阻负载时大。,与电阻负载时比，晶闸管提前了电角度停止导电，称为停止导电角。,48,单相桥式全控整流电路-带反电动势负载,结论：相同a 角时，整流输出电压比电阻负载时大。,晶闸管导通角 输出电压,49,单相桥式全控整流电路-带反电动势负载,当 d时，触发脉

17、冲宽度不够，晶闸管不导通。,触发脉冲有宽度足够，wt=d脉冲仍然存在，相当于触发角被推迟为d。,50,单相桥式全控整流电路-带反电动势负载,负载为直流电动机时，如电流断续，电机 的机械特性将很软 。,直流侧串联平波电抗器。,ud的波形和id的波形与阻感负载电流连续时相同，ud的计算也一样，电流计算为,51,2.2.3 单相全波可控整流电路-阻性负载,单相全波与单相全控桥从直流端或从交流输入端看均基本一致，电路结构特点是变压器采用二次侧有中心抽头的变压器。 变压器不存在直流磁化的问题。,52,2.2.3 单相全波可控整流电路-阻性负载,注意晶闸管承受的电压：阻性负载时，最大正向电压为 ，最大反向

18、电压为 。,53,2.2.3 单相全波可控整流电路-感性负载,电路工作特点：两个晶闸管各导通 ，晶闸管承受的最大正、反向电压均为 。,54,2.2.3 单相全波可控整流电路-感性负载,思考：阻感负载带续流二极管电路分析,55,单相全波与单相全控桥的区别：,单相全波电路变压器结构较复杂，有中心抽头，材料的消耗多，二次侧绕组每周期只工作半个周期，利用率低，故只适用于小容量场合。 单相全波只用2个晶闸管，比单相全控桥少2个，相应的门极驱动电路也少2个；但晶闸管承受的最大电压是单相全控桥的2倍。 单相全波导电回路只含1个晶闸管，管压降小。,单相全波电路有利于在低电压大电流的场合应用。,单相全波可控整流

19、电路,56,2.2.4 单相桥式半控整流电路-阻性负载,Single-phase bridge half-controlled rectifier,电路结构 单相全控桥中，每个导电回路有2个晶闸管，其中之一可用二极管代替，从而简化整个电路。即为单相桥式半控整流电路,57,2.2.4 单相桥式半控整流电路-阻性负载,半控电路与全控电路在电阻负载的工作情况基本相同，不同之处在晶闸管承受的电压。 难点：晶闸管、二极管的电压波形。,58,2.2.4 单相桥式半控整流电路-阻感负载,输出电压波形与阻性负载时相同。 电流波形平直。 注意：晶闸管和二极管的导通角和导通区间。,59,2.2.4 单相桥式半控整

20、流电路-阻感负载,失控分析：失控后成为单相半波不可控整流电路。 解决措施：接续流二极管。,60,2.2.4 单相桥式半控整流电路-阻感负载,u2正半周触发VT1 ，u2经VT1、VD4向负载供电； u2过零变负时，VDR续流，； u2负半周触发VT2，VT2导通，u2经VT2和VD3向负载供电； u2过零变正时，VDR续流。,电路工作过程,61,2.2.4 单相桥式半控整流电路-阻感负载,注意：晶闸管和整流二极管、续流二极管的导通角和导通区间。,62,2.2.4 单相桥式半控整流电路-阻感负载,续流二极管的作用,避免可能发生的失控现象 若无续流二极管，当触发脉冲突然增大至180或丢失，会发生一

21、个晶闸管持续导通而两个二极管轮流导通的单相半波整流情况，ud成为正弦半波，平均值保持恒定，称为失控。失控的原因在于已导通晶闸管的关断是依靠后一晶闸管的开通实现的，若后一管子不能开通，则正导通的管子无法关断，从而失控。 有VDR时，续流由VDR完成，避免了失控。 续流期间导电回路只有一个管压降，可降低损耗。,63,2.2.4 单相桥式半控整流电路-阻感负载,基本数量关系,输出电压,负载电流,晶闸管和整流二极管电流,64,2.2.4 单相桥式半控整流电路-阻感负载,基本数量关系,续流二极管电流,变压器二次绕组电流,65,单相桥式半控整流电路的另一种电路接法,电路特点： 可省去VDR，续流由VD3和

22、VD4实现。 两个晶闸管阴极电位不等，触发电路需要隔离。,66,例24. 有一大电感负载采用单相半控桥有续流二极管的整流电路，负载电阻 ，电源电压 ，晶闸管触发角 ，求流过晶闸管、二极管的电流平均值及有效值。,单相桥式半控整流电路例题,解：整流输出电压平均值,负载电流平均值,流过晶闸管和整流二极管的电流平均值为,有效值为,67,由上述计算可知，当 时，流过续流二极管的电 流与流过晶闸管的电流相等。当 时，流过晶闸 管的电流大于续流二极管的电流。当 时，流 过续流二极管的电流大于流过晶闸管的电流。所以选 续流二极管容量时，必须考虑续流二极管中实际流过 的电流大小，有时选用与晶闸管定额相同的管子，

23、有 时可能要求大一些。,单相桥式半控整流电路例题,流过续流二极管的电流平均值为,有效值为,68,单相可控整流电路总结,69,2.3 三相可控整流电路,三相半波可控整流电路 三相桥式全控整流电路 三相桥式半控整流电路 负载形式：阻性负载，阻感负载，反电动势负载. 应用场所：整流负载容量较大或要求直流电压脉动较小时。,70,2.3.1 三相半波可控整流电路,Three-phase controlled (controllable) rectifier,又叫三相零式可控整流电路 电路结构特点 晶闸管共阴极连接，触发电路无需隔离； 晶闸管共阳极连接结构，触发电路需隔离； 整流变压器二次侧接成星形，一般

24、一次侧接三角形，可减少高次谐波。,71,2.3.1 三相半波可控整流电路-阻性负载,二极管电路工作情况 共阴极接法二极管导通原则是：阳极电位最高的管子导通。,72,2.3.1 三相半波可控整流电路-阻性负载,自然换相点：二极管换相时刻为自然换相点，是各相晶闸管能触发导通的最早时刻，将其作为计算各晶闸管触发角a的起点，即a =0。,73,2.3.1 三相半波可控整流电路-阻性负载,a=0时的工作原理分析,三个管子轮流导通，各导通120。 输出电压波形为相电压在正半周的包络线。 变压器二次绕组电流有直流分量。 晶闸管承受电压波形由3段组成，为线电压。,74,a=30时的波形分析,2.3.1 三相半

25、波可控整流电路-阻性负载,特点：负载电流处于连续和断续之间的临界状态。,75,a30时的波形分析,2.3.1 三相半波可控整流电路-阻性负载,特点：负载电流断续，晶闸管导通角小于120 ，为 ，移相范围为150 。,76,2.3.1 三相半波可控整流电路-阻性负载,基本数量关系,整流输出电压平均值,当a=0时，,77,2.3.1 三相半波可控整流电路-阻性负载,负载电流平均值为,整流变压器二次侧各相绕组电流有效值,电流连续时,电流断续时,78,三相半波可控整流电路-阻性负载,晶闸管的电流平均值及有效值,79,2.3.1 三相半波可控整流电路-阻性负载,晶闸管承受的最大反向电压,晶闸管承受的最大

26、正向电压,80,2.3.1 三相半波可控整流电路-阻感负载,特点：阻感负载，L值很大，id波形基本平直。 a30时：整流电压波形与电阻负载时相同。,81,2.3.1 三相半波可控整流电路-阻感负载,a30时 ud波形中出现负的部分 id波形有一定的脉动，可近似为一条水平线。 移相范围为90。 各管均导通120。 晶闸管承受的最高正反向电压均为线电压峰值。,82,2.3.1 三相半波可控整流电路-阻感负载,数量关系,输出电压为 当a00时， 。,Ud/U2与a成余弦关系。,83,变压器二次电流,晶闸管的额定电流为,2.3.1 三相半波可控整流电路-阻感负载,晶闸管电流,84,晶闸管最大正、反向电

27、压,2.3.1 三相半波可控整流电路-阻感负载,整流变压器容量,85,2.3.1 三相半波可控整流电路,结论： 只用三个晶闸管，接线和控制简单。 输出相同的电压时，晶闸管承受的都较高（与三相桥式电路比较）。 整流变压器二次侧绕组一周期仅导电120，绕组利用率低，绕组中电流为单方向，存在直流分量，使铁心直流磁化，产生较大的漏磁通，引起附加损耗。 多用于中等偏小容量的设备上。,86,例25. 已知三相半波可控整流电路带大电感负载， ， ，整流变压器二次侧绕组电压 u2=200V，求不接续流二极管和接续流二极管两种情况下的Id值，并选择晶闸管元件。,三相半波可控整流电路例题,解：1.不接续流二极管时

28、,大电感负载下,有,87,可选型号为KP5010的晶闸管,三相半波可控整流电路例题,流过晶闸管电流有效值,考虑2倍裕量，晶闸管电流定额,考虑2倍裕量，晶闸管电压定额,88,可选型号为KP5010的晶闸管。 结论：有续流二极管后，流过整流变压器二次侧绕组的电流即流过晶闸管的电流，较不接二极管时减小，当输出相同负载电流时，晶闸管和变压器容量相应减小。,三相半波可控整流电路例题,2. 接续流二极管,按阻性负载电流断续公式计算，有,89,电路结构,2.3.2 三相桥式全控整流电路,90,不可控整流情况工作原理及波形分析 将电路中的晶闸管均换作二极管。 注意：二极管导通原则。,2.3.2 三相桥式全控整

29、流电路-阻性负载,91,不可控整流情况工作原理及波形分析 六个阶段,2.3.2 三相桥式全控整流电路-阻性负载,92,六个阶段,2.3.2 三相桥式全控整流电路-阻性负载,93,2.3.2 三相桥式全控整流电路-阻性负载,94,2.3.2 三相桥式全控整流电路-阻性负载,三相桥式全控整流电路带电阻负载a= 30 时的波形,95,2.3.2 三相桥式全控整流电路-阻性负载,96,2.3.2 三相桥式全控整流电路-阻性负载,三相桥式全控整流电路带电阻负载a= 60 时的波形,97,2.3.2 三相桥式全控整流电路-阻性负载,98,2.3.2 三相桥式全控整流电路-阻性负载,三相桥式全控整流电路带电

30、阻负载a= 90 时的波形,99,2.3.2 三相桥式全控整流电路-阻性负载,总结： 当a60时，ud波形连续，id波形与ud波形形状相同； 当a60时，ud波形每60中有一段为零，ud波形不能出现负值； 移相范围是120。,100,2.3.2 三相桥式全控整流电路-阻性负载,共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差120，共阳极组VT4、VT6、VT2也依次差120。 按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，相位依次差60。 同一相的上下两个桥臂，即VT1与VT4，VT3与VT6，VT5与VT2，脉冲相差180。,三相桥式全控整流电路的特点,共阴极组和共阳极组各有一个管子导

31、通才能构成回路。 器件换相在本组进行。,101,脉冲触发方式：需保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲。 可采用两种方法：一种是宽脉冲触发 一种是双脉冲触发（常用） Ud为线电压的一部分，一周期脉动6次，每次脉动的波形都一样，故该电路为6脉波整流电路。,三相桥式全控整流电路的特点,2.3.2 三相桥式全控整流电路-阻性负载,102,数量关系,输出电压为,2.3.2 三相桥式全控整流电路-阻性负载,103,变压器二次电流,2.3.2 三相桥式全控整流电路-阻性负载,104,晶闸管电流,2.3.2 三相桥式全控整流电路-阻性负载,整流变压器容量,105,2.3.2 三相桥式全控整流电路-阻感负载,106

32、,2.3.2 三相桥式全控整流电路-阻感负载,107,2.3.2三相桥式全控整流电路-阻感负载,108,2.3.2 三相桥式全控整流电路-阻感负载,109,2.3.2 三相桥式全控整流电路-阻感负载,110,2.3.2 三相桥式全控整流电路-阻感负载,a60时 ud波形连续，工作情况与带电阻负载时相似。,区别在于：得到的负载电流id波形不同 当电感足够大的时候， id的波形可近似为一条 水平线。,a 60时 阻感负载时的工作情况与电阻负载时不同，ud波形会出现负的部分。 阻感负载时，移相范围为90 。,111,基本数量关系 整流输出电压平均值 负载电流平均值,2.3.2 三相桥式全控整流电路-

33、阻感负载,112,基本数量关系 二次绕组电流有效值 流过晶闸管的电流有效值和平均值,2.3.2 三相桥式全控整流电路-阻感负载,113,接反电动势阻感负载时，在负载电感足够大，足以使负载电流连续的情况下，电路工作情况与带感性负载时相似，电路中各处电压、电流波形均相同，只有负载电流不同，为,2.3.2三相桥式全控整流电路-反电动势负载,114,2.3.3 三相桥式半控整流电路,电路结构,115,时工作情况与三相全控桥完全相同,2.3.3 三相桥式半控整流电路阻性负载,注意：二极管换流时刻。,116,一周期内有六 个不相同的波头。,2.3.3 三相桥式半控整流电路阻性负载,117,时，波形总是连续

34、的。 时，电压波形中就只剩下三个波头，是临界情况。,2.3.3 三相桥式半控整流电路阻性负载,118,三相桥式半控整流阻性负载 时工作波形,2.3.3 三相桥式半控整流电路阻性负载,119,随着 的增大，器件不导通角度也增大，ud减小。而三相桥式整流电路是对线电压的整流，工作电压为线电压，则判断晶闸管能否被触发导通根据线电压是否过零，所以移相范围为 。,2.3.3 三相桥式半控整流电路阻性负载,120,负载电压平均值 电压波形连续时 电压波形断续时,2.3.3 三相桥式半控整流电路阻性负载,121,三相桥式半控整流电路感性负载， 时的工作波形,2.3.3 三相桥式半控整流电路感性负载,122,

35、2.3.3 三相桥式半控整流电路感性负载,123,突然去掉触发脉冲或将 从某一值突然增大到 ，电路会出现某个晶闸管连续导通，三个二极管轮流导通的失控现象。解决失控问题，只需在负载两端并联一续流二极管即可 。,2.3.3 三相桥式半控整流电路感性负载,124,三相半控桥感性负载失控时 波形,125,2.4 变压器漏抗对整流电路的影响,漏抗的存在对电路电流变化起阻碍作用，换相过程不能瞬时完成。,Effect of transformer leakage inductance on rectifier circuits,126,2.4.1 换相期间的整流输出电压,用集中电感LB表示包括漏感在内的交流

36、侧电感。 以三相半波为例,VT1换相至VT2的过程：,127,2.4.1 换相期间的整流输出电压,ik=ib逐渐增大，ia=Id-ik逐渐减小。 当ikId时，ia=0，VT1关断,换流结束。,VT1换相至VT2的过程：,ia、ib不能突变，VT1和VT2同时导通，相当于a、b两相短路，在两相回路中产生环流ik。,128,换相重叠角换相过程持续的时间，用电角度g表示。 换相过程中整流电压ud,2.4.1 换相期间的整流输出电压,129,换相重叠角换相过程持续的时间，用电角度g表示。 换相过程中整流电压ud,2.4.1 换相期间的整流输出电压,结论：由于变压器漏抗的存在，换相过程不能瞬时完成，导

37、致换相时整流输出电压降低。电压下降的大小用换相压降来表示。,130,2.4.2 换相压降的计算,131,m相整流的情况,2.4.2 换相压降的计算,132,2.4.3 换相重叠角的计算,以自然换相点处作为坐标的原点，对m相普遍形式计算。,133,2.4.3 换相重叠角的计算,换相结束时：,初始条件：,134,g 随其它参数变化的规律： Id越大则g 越大 XB越大g 越大 当a90时， 越小g 越大,2.4.3 换相重叠角的计算,135,变压器漏抗对整流电路的影响,注：单相全控桥电路中，环流ik是从-Id变为Id。本表所列通用公式不适用； 三相桥等效为相电压等于 的6脉波整流电路，故其m=6，

38、相电压按 代入。,136,电容滤波的单相桥式不可控整流电路 电容滤波的三相桥式不可控整流电路,2.5 电容滤波的不可控整流电路,137,交直交变频器、不间断电源、开关电源等应用场合大都采用不可控整流电路。 单相桥式和三相桥式两种接法。 电力电子器件采用整流二极管，也称为二极管整流电路。,2.5 电容滤波的不可控整流电路,138,电路工作特点：只有在电源电压高于电容电压时，二极管才能导通。,2.5.1 电容滤波的单相不可控整流电路,139,至 ，u2ud，VD1、VD4开通，ud=u2，交流电源向电容充电，同时向R供电。 是电源电压过零点与坐标原点之间的角度。,2.5.1 电容滤波的单相不可控整

39、流电路,140,t=，ud=u2，VD1和VD4关断。电容放电。 当t=，放电经-，ud降至开始充电时的初值，VD2和VD3导通，u2又向C充电，与u2正半周的情况一样。 为二极管导通角。,2.5.1 电容滤波的单相不可控整流电路,141,当 时, 和 的确定,2.5.1 电容滤波的单相不可控整流电路,二极管1、4导通时，有,142, 和 的确定,2.5.1 电容滤波的单相不可控整流电路,电容电流为：,负载电阻电流为：,负载电流为：,143,当t=时，VD1和VD4关断，id()=0，有,二极管导通后u2向C充电时的ud与二极管关断后C放电结束时的ud相等，故有：,2.5.1 电容滤波的单相不

40、可控整流电路,144,当t=时，VD1和VD4关断，id()=0，有,二极管导通后u2向C充电时的ud与二极管关断后C放电结束时的ud相等，故有：,2.5.1 电容滤波的单相不可控整流电路,145,基本数量关系 整流输出电压 空载时，输出电压最大 。 负载电阻很小时，电容放电快，几乎无储能作用，输出电压最小 。 一般情况下，输出电压鉴于最大和最小之间。 当电容取值满足 ，则,2.5.1 电容滤波的单相不可控整流电路,146,基本数量关系 负载电流平均值 稳态时电容电流平均值为零，则,2.5.1 电容滤波的单相不可控整流电路,147,基本数量关系 流过二极管的电流平均值 二极管承受的电压峰值,2

41、.5.1 电容滤波的单相不可控整流电路,148,电感电容滤波电路 输出电压和电流波形更加平直，有利于电路工作。,2.5.1 电容滤波的单相不可控整流电路,149,电源电压电容电压时，二极管导通。 输出电压为线电压包络线。,2.5.2 电容滤波的三相桥式不可控整流电路,150,定义ab线电压过零后角为坐标原点； 时，电源线电压为 ，1、6号管导通，输出电压为ab线电压。以此类推。,2.5.2 电容滤波的三相桥式不可控整流电路,151,二极管导通角 时，电流断续。 连续和断续的临界条件,2.5.2 电容滤波的三相桥式不可控整流电路,152,考虑电路电感，电流波形更平滑。,2.5.2 电容滤波的三相

42、桥式不可控整流电路,153,基本数量关系 输出直流电压平均值 空载时，输出电压最大，为线电压峰值 负载增大，输出电压减小，电阻很小时，输出电压几乎与阻性负载相同，为 。 一般情况下，输出电压鉴于二者之间。,2.5.2 电容滤波的三相桥式不可控整流电路,154,基本数量关系 输出电流平均值 流过二极管的电流平均值 二极管承受的最高电压为电源线电压,2.5.2 电容滤波的三相桥式不可控整流电路,155,2.6 整流电路的有源逆变工作状态,Inverter mode operation of rectifiers,逆变的概念 有源逆变产生的条件 三相桥整流电路的有源逆变工作状态 逆变失败与最小逆变角

43、的限制,156,2.6.1 逆变的概念Concept of invertion,把直流电转变成交流电，整流的逆过程 逆变电路(Inverter):把直流电逆变成交流电的电路 有源逆变电路 交流侧和电网连结 应用：直流可逆调速系统、交流绕线转子异步电 动机串级调速以及高压直流输电等 无源逆变电路变流电路的交流侧不与电网联接，而直接接到负载 可控整流电路满足一定条件就可工作于有源逆变，电路形式未变，只是工作条件转变。既工作在整流状态又工作在逆变状态，称为变流电路,What is invertion?,157,2.6.1 逆变的概念Concept of invertion,电源间能量的流转关系,两个

44、电动势同极性相接时，电流总是从电动势高的流 向低的，回路电阻小，可在两个电动势间交换很大的 功率。,158,2.6.1 逆变的概念Concept of invertion,结论 两个电源同极性连接，电流从高电势电源流向低电势电源，大小取决于两个电源电势之差和回路总电阻。回路总电阻很小时，即使两个电源之间电势差很小也可形成很大电流，两个电源之间发生较大的能量交换。 电流从电源的正极流出者，该电源输出电能；电流从电源的正极流入者，该电源吸收电能。输出或吸收的功率由电势与电流的乘积决定，若电势或电流方向改变，电能的传递方向也将改变。 两个电源反极性连接时，若电路总电阻很小，形成电源间短路，将损坏电源

45、，这种情况应予避免。,159,2.6.2 有源逆变产生的条件,有源逆变的工作原理,160,变流器直流侧有直流电动势，其极性和晶闸管导通方向一致，其值大于变流器直流侧平均电压。 晶闸管的控制角 /2，使Ud为负值。,半控桥或有续流二极管的电路，因其整流电压ud不能出现负值，也不允许直流侧出现负极性的电动势，故不能实现有源逆变 欲实现有源逆变，只能采用全控电路,有源逆变产生的条件 Necessary conditions for the inverter mode operation of controlled rectifiers,2.6.2 有源逆变产生的条件,161,三相半波有源逆变电路,2

46、.6.3三相有源逆变电路,162,三相半波有源逆变电路,2.6.3三相有源逆变电路,整流工作状态 触发角移相范围 。 输出电压瞬时值有可能为负，但平均值一定为正。 电动机运行在电动状态，交流电源输出电能，电机吸收电能。,163,三相半波有源逆变电路,2.6.3三相有源逆变电路,有源逆变工作状态 触发角移相范围 。 输出电压瞬时值有可能为正，但平均值一定为负，但电流方向不变。 电动机运行在发电状态，交流电源吸收电能，电机输出电能。,164,三相半波有源逆变电路,2.6.3三相有源逆变电路,165,三相半波有源逆变电路输出电压计算 逆变角的定义：将 的触发角称为逆变角，它以电源负半周自然换相点做为

47、计量起始点。 不考虑变压器漏抗时输出电压,2.6.3三相有源逆变电路,166,三相半波有源逆变电路输出电压计算 考虑变压器漏抗时输出电压,2.6.3三相有源逆变电路,167,三相桥式有源逆变电路 整流状态下，输出电压为正，逆变状态输出电压为负，整流和逆变的工作原理及过程相同。,2.6.3三相有源逆变电路,168,三相桥式有源逆变电路,2.6.3三相有源逆变电路,169,三相桥式整流电路有源逆变状态时各电量的计算,输出直流电压,考虑漏抗时,2.6.3三相有源逆变电路,170,三相桥式整流电路有源逆变状态时各电量的计算,负载电流平均值,注意输出电压和电动势的极性。 流过晶闸管的电流有效值,从交流电

48、源送到直流侧负载的有功功率为：,2.6.3三相有源逆变电路,171,当逆变工作时，由于EM为负值，故Pd一般为负值，表示功率由直流电源输送到交流电源。,变压器二次侧线电流的有效值,2.6.3三相有源逆变电路,172,逆变失败（逆变颠覆）,逆变时，一旦换相失败，外接直流电源就会通过晶闸管电路短路，或使变流器的输出平均电压和直流电动势变成顺向串联，形成很大短路电流这种情况叫逆变失败或逆变颠覆,Inversion failure and minimum inversion angle,2.6.4 逆变失败的原因分析及最小逆变角的限制,173,触发电路发生故障。 脉冲丢失,逆变失败的可能原因 Poss

49、ible reasons of inversion failures,2.6.4 逆变失败的原因分析及最小逆变角的限制,174,逆变失败的可能原因 Possible reasons of inversion failures,2.6.4 逆变失败的原因分析及最小逆变角的限制,触发电路发生故障。 脉冲延时,175,晶闸管发生故障，该断时不断，或该通时不通,逆变失败的可能原因,2.6.4 逆变失败的原因分析及最小逆变角的限制,176,交流电源缺相或突然消失,逆变失败的可能原因,2.6.4 逆变失败的原因分析及最小逆变角的限制,177,换相的裕量角不足，引起换相失败,逆变失败的可能原因,2.6.4

50、逆变失败的原因分析及最小逆变角的限制,178,确定最小逆变角bmin的依据 逆变时允许采用的最小逆变角b 应等于 bmin=d +g+q,d 晶闸管的关断时间tq折合的电角度,g 换相重叠角,q安全裕量角,tq大的可达200300ms，折算到电角度约45,随直流平均电流和换相电抗的增加而增大,主要针对脉冲不对称程度（一般可达5），值约取为10,2.6.4 逆变失败的原因分析及最小逆变角的限制,179,2.7 整流电路的谐波和功率因数,Harmonics and power factor of rectifier circuits,随着电力电子技术的发展，其应用日益广泛，由此带来的谐波(harm

51、onics)和无功(reactive power)问题日益严重，引起了关注,无功的危害Harmful effects of reactive power 导致电流和视在功率增加，导致设备容量增加 线路总电流增加，使设备和线路的损耗增加 线路压降增大，冲击性无功负载使电压剧烈波动,180,2.7 整流电路的谐波和功率因数,谐波的危害Harmful effects of harmonics 产生附加的谐波损耗，降低设备的效率，大量的3次谐波流过中性线会使线路过热甚至发生火灾 影响用电设备的正常工作，电机发生振动，噪声和过热，变压器局部严重过热，绝缘老化等 引起电网局部的谐振，使谐波放大，加剧危害 导致继电保护和自动装置的误动作 对通信系统造成干扰,181,2.7.1 整流电路的谐波分析,周期性非正弦电压的傅立叶表达式,对于非正弦波电压，满足狄里赫利条件，可分解为傅里叶级数：,正弦波（sinusoidal waveform）电压可表示为：,182,基波（fundamental）频率与工频相同的分量 谐波频率为基波频率大于1整数倍的分量 谐波次数谐波频率和基波频率的整数比,n次谐波电流含有