相控整流幻灯片.ppt

相控整流课件相控整流课件 March 3,2000北方交通大学电气工程系2-1第1页，共69页，编辑于2022年，星期一 March 3,2000北方交通大学电气工程系2-2要求及重点要求及重点理解和掌握理解和掌握单相桥式、三相半波、三相桥式等单相桥式、三相半波、三相桥式等整流电路的电路结构、工作原理、波形分析、整流电路的电路结构、工作原理、波形分析、电气性能、分析方法和参数计算。电气性能、分析方法和参数计算。重点：重点：波形分析和基本电量计算的方法。波形分析和基本电量计算的方法。难点：难点：不同负载对工况的影响和整流器交流侧不同负载对工况的影响和整流器交流侧电抗对整流电路的影响电抗对整流电路的影响第2页，共69页，编辑于2022年，星期一 March 3,2000北方交通大学电气工程系2-3整流电路的分类整流电路的分类不可控整流电路不可控整流电路直流整流电压和交流电源电压的比固定直流整流电压和交流电源电压的比固定全控整流电路全控整流电路直流整流电压的平均值和极性可调直流整流电压的平均值和极性可调半控整流电路半控整流电路负载电压平均值可调、极性不能改变负载电压平均值可调、极性不能改变第3页，共69页，编辑于2022年，星期一 March 3,2000北方交通大学电气工程系2-4可控整流电路的分类可控整流电路的分类按电路结构分类按电路结构分类桥式电路（又称全波电路或双拍电路）桥式电路（又称全波电路或双拍电路）零式电路（又称半波电路或单拍电路）零式电路（又称半波电路或单拍电路）按输出电压脉波数分类按输出电压脉波数分类单脉波电路单脉波电路双脉波电路双脉波电路三脉波电路三脉波电路多脉波电路多脉波电路第4页，共69页，编辑于2022年，星期一 March 3,2000北方交通大学电气工程系2-5可控整流电路的分类（续）可控整流电路的分类（续）按控制方式分类按控制方式分类相控式电路相控式电路斩控式电路斩控式电路按组成器件分类按组成器件分类全控型电路全控型电路半控型电路半控型电路按工作范围分类按工作范围分类单象限电路单象限电路多象限电路多象限电路按电网相数分类按电网相数分类单相电路单相电路三相电路三相电路多相电路多相电路第5页，共69页，编辑于2022年，星期一 March 3,2000北方交通大学电气工程系2-6可控整流电路的一般结构可控整流电路的一般结构整流电路在应用中，应满足的整流电路在应用中，应满足的基本技术要求基本技术要求整流电路的理想条件：整流电路的理想条件：理想器件理想器件理想电源理想电源第6页，共69页，编辑于2022年，星期一 March 3,2000北方交通大学电气工程系2-7整流电路的分析方法整流电路的分析方法波形分析法：波形分析法：根据电源电压根据电源电压 u2 和控制角和控制角 以及负载性质，作以及负载性质，作出负载电压出负载电压 ud、负载电流、负载电流 id、和整流元件的电、和整流元件的电压、电流波形图，从而导出基本电量的计算公压、电流波形图，从而导出基本电量的计算公式及数量关系。式及数量关系。具体步骤：具体步骤：1、绘出、绘出主电路原理图主电路原理图，标出各电量和元件序号；，标出各电量和元件序号；2、画出、画出相（线）电压波形图相（线）电压波形图，确定自，确定自然换相点然换相点；第7页，共69页，编辑于2022年，星期一 March 3,2000北方交通大学电气工程系2-8整流电路的分析方法整流电路的分析方法（续）（续）3、根据控制角、根据控制角 在相应位置上绘出在相应位置上绘出触发脉冲触发脉冲，并，并 标明相应序号；标明相应序号；4、根据可控整流电路的工作原理，、根据可控整流电路的工作原理，绘出负载电压绘出负载电压 ud、负载电流、负载电流 id、SCR电流电流 iT 等波形等波形；5、根据波形图，导出基本、根据波形图，导出基本电量的计算式电量的计算式；6、对整流电路进行、对整流电路进行综合评价综合评价。例如：电路的优、。例如：电路的优、缺点；电路的可控移相范围；负载电流是否连缺点；电路的可控移相范围；负载电流是否连 续；整流元件承受的最大正、反向电压值；整续；整流元件承受的最大正、反向电压值；整 流电压流电压 ud 的纹波系数的纹波系数 w 和脉动系数和脉动系数 m 等。等。第8页，共69页，编辑于2022年，星期一 March 3,2000北方交通大学电气工程系2-9整流电路的基本概念整流电路的基本概念控制角控制角 从晶闸管开始承受正向电压到被触发导从晶闸管开始承受正向电压到被触发导通这一角度。通这一角度。导通角导通角 晶闸管在一个周期内导通的电角度。晶闸管在一个周期内导通的电角度。移相移相改变控制角改变控制角 的大小，即改变触发脉冲出的大小，即改变触发脉冲出现的相位。现的相位。移相控制移相控制第9页，共69页，编辑于2022年，星期一 March 3,2000北方交通大学电气工程系2-10整流电路的基本概念整流电路的基本概念（续）（续）移相范围移相范围控制角控制角 的允许调节范围的允许调节范围。同步同步触发脉冲信号和晶闸管电压（即电源电压）触发脉冲信号和晶闸管电压（即电源电压）在频率和相位上的协调配合关系。在频率和相位上的协调配合关系。自然换相点自然换相点当电路中的可控元件全部由不可控元件代替当电路中的可控元件全部由不可控元件代替时，各元件的导电转换点。时，各元件的导电转换点。第10页，共69页，编辑于2022年，星期一 March 3,2000北方交通大学电气工程系2-11单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路工作原理工作原理波形分析波形分析第11页，共69页，编辑于2022年，星期一 March 3,2000北方交通大学电气工程系2-12单相半波整流电路的基本电量单相半波整流电路的基本电量直流平均电压直流平均电压 Ud 与控制角与控制角 的关系的关系:Ud=f()直流平均电流直流平均电流 Id 与与 的关系的关系:I d=f()负载两端的电压有效值负载两端的电压有效值U与与 的关系：的关系：U=f()第12页，共69页，编辑于2022年，星期一 March 3,2000北方交通大学电气工程系2-13单相半波整流电路的基本电量单相半波整流电路的基本电量（续）（续）副边绕组电流有效值副边绕组电流有效值 I2 与与 的关系：的关系：I d=f()流过流过SCR的电流有效值的电流有效值 IT 和平均值和平均值 IdT SCR承受的最大正向电压承受的最大正向电压UDM和最大反向电压和最大反向电压URM第13页，共69页，编辑于2022年，星期一 March 3,2000北方交通大学电气工程系2-14单相半波整流电路的基本电量单相半波整流电路的基本电量（续）（续）电路的功率因数电路的功率因数 cos 与与 的关系的关系 P-有效输出功率有效输出功率 S-次级视在功率次级视在功率第14页，共69页，编辑于2022年，星期一 March 3,2000北方交通大学电气工程系2-15单相半波整流电路的基本电量单相半波整流电路的基本电量（续）（续）整流电压的纹波系数整流电压的纹波系数 w（=0）整流电压的脉动系数整流电压的脉动系数 m（=0）第15页，共69页，编辑于2022年，星期一 March 3,2000北方交通大学电气工程系2-16单相半波整流电路的特点单相半波整流电路的特点结构简单结构简单单脉波电路单脉波电路电压脉动率高电压脉动率高变压器利用率低变压器利用率低变压器存在直流磁化问题变压器存在直流磁化问题第16页，共69页，编辑于2022年，星期一 March 3,2000北方交通大学电气工程系2-17单相全控桥式整流电路（单相全控桥式整流电路（R负载）负载）工作原理工作原理波形分析波形分析第17页，共69页，编辑于2022年，星期一 March 3,2000北方交通大学电气工程系2-18单相全控桥式电路（单相全控桥式电路（R负载）电量计算负载）电量计算输出平均电压输出平均电压 Ud移相范围移相范围 0 180输出平均电流输出平均电流 IdSCR平均电流平均电流 IdT=Id/2第18页，共69页，编辑于2022年，星期一 March 3,2000北方交通大学电气工程系2-19负载电压有效值负载电压有效值 U变压器副边绕组电流有效值变压器副边绕组电流有效值 I2流过晶闸管的电流有效值流过晶闸管的电流有效值功率因数功率因数 cos 第19页，共69页，编辑于2022年，星期一 March 3,2000北方交通大学电气工程系2-20课堂思考（一）课堂思考（一）试分析下面电路的输出电压波形：试分析下面电路的输出电压波形：第20页，共69页，编辑于2022年，星期一 March 3,2000北方交通大学电气工程系2-21单相全控桥式整流电路（单相全控桥式整流电路（L负载）负载）工作原理工作原理波形分析波形分析第21页，共69页，编辑于2022年，星期一 March 3,2000北方交通大学电气工程系2-22单相全控桥式电路（单相全控桥式电路（L）电量计算）电量计算输出平均电压输出平均电压 Ud移相范围移相范围 0 90输出平均电流输出平均电流 Id第22页，共69页，编辑于2022年，星期一 March 3,2000北方交通大学电气工程系2-23单相全控桥式电路（单相全控桥式电路（L）电量计算）电量计算（续）（续）SCR平均电流平均电流 IdT=Id/2流过晶闸管的电流有效值流过晶闸管的电流有效值 IT 变压器副边绕组电流有效值变压器副边绕组电流有效值 I 2第23页，共69页，编辑于2022年，星期一 March 3,2000北方交通大学电气工程系2-24电流断续时特性分析电流断续时特性分析负载电流断续时整流电压、电流波形负载电流断续时整流电压、电流波形电流断续时电流断续时、的关系：的关系：越大，越大，越小越小 越大，越大，越大越大第24页，共69页，编辑于2022年，星期一 March 3,2000北方交通大学电气工程系2-25单相全控桥式整流电路（反电势负载）单相全控桥式整流电路（反电势负载）工作原理工作原理波形分析波形分析第25页，共69页，编辑于2022年，星期一 March 3,2000北方交通大学电气工程系2-26单相全控桥式电路（单相全控桥式电路（E）电量计算）电量计算最小起始导电角最小起始导电角 时时 30的工作情况的工作情况移相范围为移相范围为150 触发失败的原因触发失败的原因触发脉冲在自然换触发脉冲在自然换相点之前且很窄相点之前且很窄 角过小角过小解决措施解决措施限制限制 min第37页，共69页，编辑于2022年，星期一 March 3,2000北方交通大学电气工程系2-38三相半波可控整流（三相半波可控整流（R）电量计算）电量计算0 30 30 150 第38页，共69页，编辑于2022年，星期一 March 3,2000北方交通大学电气工程系2-39三相半波可控整流电路（三相半波可控整流电路（L负载）负载）工作原理工作原理波形分析（波形分析（30）第39页，共69页，编辑于2022年，星期一 March 3,2000北方交通大学电气工程系2-40三相半波可控整流（三相半波可控整流（L）电量计算）电量计算整流电压整流电压 Ud整流电流整流电流 Id变压器的相电流变压器的相电流 I2，SCR的电流有效值的电流有效值 IT第40页，共69页，编辑于2022年，星期一 March 3,2000北方交通大学电气工程系2-41三相半波可控整流（三相半波可控整流（L）电量计算）电量计算变压器副边容量变压器副边容量 S2=3U2I2=1.48 Pd变压器原边容量变压器原边容量 S2=3U1I1=3U2I1=1.21 Pd (假设假设W1=W2）变压器容量变压器容量 第41页，共69页，编辑于2022年，星期一 March 3,2000北方交通大学电气工程系2-42三相半波可控整流电路的优、缺点三相半波可控整流电路的优、缺点优点：优点：输出电压脉动小输出电压脉动小输出功率大输出功率大三相负载平衡三相负载平衡缺点缺点变压器利用率低变压器利用率低容易出现直流磁化现象容易出现直流磁化现象零线上通过较大的负载电流零线上通过较大的负载电流第42页，共69页，编辑于2022年，星期一 March 3,2000北方交通大学电气工程系2-43三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路第43页，共69页，编辑于2022年，星期一 March 3,2000北方交通大学电气工程系2-44三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路（续）（续）结构：结构：由两个（一个为共阴极，一个为共阳极）由两个（一个为共阴极，一个为共阳极）三相半波整流电路组成。三相半波整流电路组成。优点：优点：变压器绕组无直流磁势；变压器绕组无直流磁势；变压器绕组正负半周都工作，效率高。变压器绕组正负半周都工作，效率高。第44页，共69页，编辑于2022年，星期一 March 3,2000北方交通大学电气工程系2-45三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路的触发要求的触发要求本组内本组内SCR每隔每隔 120 换流一次；换流一次；共阴极与共阳极组的换流点相隔共阴极与共阳极组的换流点相隔 60 。SCR的导通顺序：的导通顺序：(6-1)(1-2)(2-3)(3-4)(4-5)(5-6)自然换相点自然换相点为相电压（或线电压）的交点。为相电压（或线电压）的交点。必须使用必须使用双窄脉冲双窄脉冲或或宽脉冲宽脉冲（见下页）。（见下页）。第45页，共69页，编辑于2022年，星期一 March 3,2000北方交通大学电气工程系2-46三相桥式全控整流三相桥式全控整流的触发要求的触发要求（续）（续）（a）变压器副边）变压器副边 三相电压波形三相电压波形（b）宽脉冲触发）宽脉冲触发（c）双窄脉冲触发）双窄脉冲触发第46页，共69页，编辑于2022年，星期一 March 3,2000北方交通大学电气工程系2-47三相桥式全控整流电路（三相桥式全控整流电路（L）工作原理工作原理波形分析（波形分析（=0）第47页，共69页，编辑于2022年，星期一 March 3,2000北方交通大学电气工程系2-48三相桥式全控整流电路（三相桥式全控整流电路（L）（续）（续）=30 =60 第48页，共69页，编辑于2022年，星期一 March 3,2000北方交通大学电气工程系2-49三相桥式全控整流电路（三相桥式全控整流电路（L）（续）（续）=90 =120 第49页，共69页，编辑于2022年，星期一 March 3,2000北方交通大学电气工程系2-50三相桥式全控整流（三相桥式全控整流（L）电量计算电量计算整流电压整流电压 Ud变压器的相电流变压器的相电流 I2第50页，共69页，编辑于2022年，星期一 March 3,2000北方交通大学电气工程系2-51三相桥式全控整流电路（三相桥式全控整流电路（R）工作原理工作原理波形分析波形分析（a）=60（b）60 120 第51页，共69页，编辑于2022年，星期一 March 3,2000北方交通大学电气工程系2-52三相桥式全控整流（三相桥式全控整流（R）电量计算电量计算整流电压整流电压 Ud 0 60 60 120 第52页，共69页，编辑于2022年，星期一 March 3,2000北方交通大学电气工程系2-53三相桥式半控整流电路三相桥式半控整流电路工作原理工作原理 由一个三相半由一个三相半波不控整流电波不控整流电路与一个三相路与一个三相半波可控整流半波可控整流电路串联而成电路串联而成第53页，共69页，编辑于2022年，星期一 March 3,2000北方交通大学电气工程系2-54三相桥式半控整流电路（三相桥式半控整流电路（R负载）负载）=30 =120第54页，共69页，编辑于2022年，星期一 March 3,2000北方交通大学电气工程系2-55三相桥式半控整流（三相桥式半控整流（R）电量计算电量计算整流电压整流电压 Ud输出电压为不可控半波电路输出电压输出电压为不可控半波电路输出电压与可控的三相半波电路输出电压之和与可控的三相半波电路输出电压之和第55页，共69页，编辑于2022年，星期一 March 3,2000北方交通大学电气工程系2-56三相桥式半控整流电路（三相桥式半控整流电路（L负载）负载）60 60 180 第56页，共69页，编辑于2022年，星期一 March 3,2000北方交通大学电气工程系2-57三相桥式半控整流（三相桥式半控整流（L）电量计算电量计算整流电压整流电压 Ud同电阻性负载同电阻性负载输出电压为不可控半波电路输出电压输出电压为不可控半波电路输出电压与可控的三相半波电路输出电压之和与可控的三相半波电路输出电压之和第57页，共69页，编辑于2022年，星期一 March 3,2000北方交通大学电气工程系2-58三相桥式半控（三相桥式半控（L）电量计算电量计算（续）（续）SCR电流的有效值电流的有效值 IT、整流管电流有效值、整流管电流有效值 IDSCR电流的平均值电流的平均值 IdD、整流管电流平均值、整流管电流平均值 IdT第58页，共69页，编辑于2022年，星期一 March 3,2000北方交通大学电气工程系2-59三相桥式半控（三相桥式半控（L）电量计算电量计算（续）（续）变压器副边绕组电流有效值变压器副边绕组电流有效值 I2 60 60 180 第59页，共69页，编辑于2022年，星期一 March 3,2000北方交通大学电气工程系2-60三相桥式半控整流的失控现象三相桥式半控整流的失控现象产生原因产生原因突然将触发脉冲切断突然将触发脉冲切断将将 角增大到角增大到 180 实质：实质：对晶闸管的工作对晶闸管的工作失去控制作用失去控制作用避免方法：避免方法：加续流二极管加续流二极管第60页，共69页，编辑于2022年，星期一 March 3,2000北方交通大学电气工程系2-61整流器交流侧电抗的影响整流器交流侧电抗的影响原因原因变压器存在一定的漏电感变压器存在一定的漏电感交流回路存在一定的电感交流回路存在一定的电感结果结果出现重迭导通现象（两条支路同时导电）出现重迭导通现象（两条支路同时导电）简化考虑简化考虑把所有交流侧的电感都折算到变压器副边，把所有交流侧的电感都折算到变压器副边，用集中电感用集中电感 LB 表示。表示。第61页，共69页，编辑于2022年，星期一 March 3,2000北方交通大学电气工程系2-62换流期间电压电流波形分析换流期间电压电流波形分析以电感负载，三相半波可控整流电路为例以电感负载，三相半波可控整流电路为例第62页，共69页，编辑于2022年，星期一 March 3,2000北方交通大学电气工程系2-63换流期间电压电流波形分析换流期间电压电流波形分析（续）（续）换相过程换相过程：Id 0 或或 0 Id换相重叠角换相重叠角 ：换相过程所对应的相角：换相过程所对应的相角换相电压换相电压：换相过程中两相间电位差瞬时值：换相过程中两相间电位差瞬时值 uba=ub-ua换相电压的作用换相电压的作用：强制导通元件中的电流下降为零；强制导通元件中的电流下降为零；保证退出导通的元件恢复阻断能力。保证退出导通的元件恢复阻断能力。第63页，共69页，编辑于2022年，星期一 March 3,2000北方交通大学电气工程系2-64换流期间电压电流波形分析换流期间电压电流波形分析（续）（续）重迭对输出波形的影响重迭对输出波形的影响换相过程中，整流电压的瞬时值换相过程中，整流电压的瞬时值与与 =0时相比，产生了换相压降时相比，产生了换相压降 Ud第64页，共69页，编辑于2022年，星期一 March 3,2000北方交通大学电气工程系2-65换相压降的计算换相压降的计算 对于对于单相全控桥单相全控桥，必须用，必须用 2Id 代替代替 Id式中符号定义见下页式中符号定义见下页整流输出电压的平均值整流输出电压的平均值第65页，共69页，编辑于2022年，星期一 March 3,2000北方交通大学电气工程系2-66换相压降的计算换相压降的计算（续）（续）符号定义符号定义:m 输出电压在一个周期的波头数。输出电压在一个周期的波头数。xB 整流电路交流侧每相电抗值整流电路交流侧每相电抗值U2 变压器二次绕组额定相电压变压器二次绕组额定相电压I2 变压器二次绕组额定相电流（星接）变压器二次绕组额定相电流（星接）uK%变压器的短路电压比变压器的短路电压比第66页，共69页，编辑于2022年，星期一 March 3,2000北方交通大学电气工程系2-67考虑考虑 时的整流器输出特性时的整流器输出特性输出电压的平均值输出电压的平均值 Ud整流电路的输出特性整流电路的输出特性如右图所示如右图所示第67页，共69页，编辑于2022年，星期一 March 3,2000北方交通大学电气工程系2-68换相重叠角换相重叠角 的计算的计算m 输出电压在一个周期的波头数。输出电压在一个周期的波头数。对于对于单相全控桥单相全控桥，必须用，必须用 2Id 代替代替 Id 对于对于三相全控桥三相全控桥，用，用 线电压（即线电压（即 ）代替）代替第68页，共69页，编辑于2022年，星期一 March 3,2000北方交通大学电气工程系2-69变压器漏感的作用变压器漏感的作用利：利：限制短路电流，使电流变化相对缓和，对限制短路电流，使电流变化相对缓和，对 di/dt 和和 du/dt 值的限制有利。值的限制有利。弊：弊：使电网波形畸变，加大干扰；使电网波形畸变，加大干扰；使功率因数降低。使功率因数降低。第69页，共69页，编辑于2022年，星期一