第1章三相可控整流逆变优秀课件.ppt

第1章 三相可控整流逆变第1页，本讲稿共37页3.2.1三相半波可控整流电路n 一、三相半波可控整流电路n 1.电阻负载n(1)电路 第2页，本讲稿共37页3.2.1三相半波可控整流电路n 变压器二次侧接成星形得到零线，而一次侧接成三角形避免3次谐波流入电网。n 三个晶闸管分别接入a、b、c三相电源，其阴极连接在一起共阴极接法。n(2)工作原理:n=0时的工作原理分析(波形图=00）n 假设将电路中的晶闸管换作二极管.n 一周期中，n 在t1t2期间，VD1导通，Ud=Uan 在t2t3期间，VD2导通，Ud=Ub n 在t3t4期间，VD3导通，Ud=Uc 第3页，本讲稿共37页3.2.1三相半波可控整流电路n 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的起点，即=00。n 晶闸管电压:n 晶闸管的电压波形，由3段组成：n 第1段，VT1导通期间，为一管压降，可近似为UT1=0n 第2段，在VT1关断后，VT2导通期间，UT1=Ua-Ub=Uab，为一段线电压n 第3段，在VT3导通期间，UT1=Ua-Uc=Uac为另一段线电压n 增大值,将脉冲后移,整流电路的工作情况相应地发生变化。n 变压器二次绕组的电流:n 变压器二次侧a相绕组和晶闸管VT1的电流波形相同，变压器二次绕组电流有直流分量。第4页，本讲稿共37页3.2.1三相半波可控整流电路负载电流处于连续负载电流断续，和断续之间的临界状态晶闸管导通角小于1200第5页，本讲稿共37页3.2.1三相半波可控整流电路n(3)输出电压电流:n 300时，负载电流连续，有n 当=0时，Ud最大，为n 300时，负载电流断续，晶闸管导通角减小，此时有：n 因此：电阻负载时,的变化范围:001500n 第6页，本讲稿共37页3.2.1三相半波可控整流电路n 负载电流平均值为n n n 晶闸管中的电流:n 晶闸管承受的最大反向电压：由波形图不难看出晶闸管承受的最大反向电压为变压器二次线电压峰值，即n 2.阻感负载n 特点：阻感负载，当L值很大时，id波形基本平直n(1)工作原理:n 300时：整流电压波形与电阻负载时相同。n 300时（如=600时的波形如图所示）第7页，本讲稿共37页3.2.1三相半波可控整流电路n 三相半波可控整流n 电路及波形第8页，本讲稿共37页3.2.1三相半波可控整流电路n u2过零时，VT1不关断，直到VT2的脉冲到来，才换流，由VT2导通向负载供电，同时向VT1施加反压使其关断u2波形中出现负的部分,波形仍然连续。n 阻感负载时的移相范围为900。n(2)输出电压电流:n 输出电压 n 积分区间应为/6+5/6+n=900时,正负半波相等,Ud=0n 的移相范围:00900n 输出电流：Id=Ud/R=In 第9页，本讲稿共37页3.2.1三相半波可控整流电路n 晶闸管的电流：n 平均值：n 有效值：n 晶闸管最大正反向电压峰值均为变压器二次线电压峰值:n 第10页，本讲稿共37页3.2.1三相半波可控整流电路n 晶闸管的额定电流为：n id波形有一定的脉动，但为简化分析及定量计算，可将id近似为一条水平线。n 三相半波的主要缺点在于其变压器二次电流中含有直流分量，为此其应用较少。第1 1页，本讲稿共37页3.2.2三相全控桥整流电路n 二、三相桥式全控整流电路n 电路如图：应用最为广泛n 共阴极组阴极连接在一起的3个晶闸管（VT1，VT3，VT5）n 共阳极组阳极连接在一起的3个晶闸管（VT4，VT6，VT2）n 编号：1、3、5，4、6、2第12页，本讲稿共37页3.2.2三相全控桥整流电路n 1.带电阻负载时的工作情况n=00时的情况(如图所示)n 分析：与将电路中的晶闸管换作n 二极管的情况相同。n 对于共阴极组的3个晶闸管，阳极n 所接交流电压值最大的一个导通。n 对于共阳极组的3个晶闸管，阴极n 所接交流电压值最低的一个导通。n 图1=00时工作情况n 第13页，本讲稿共37页3.2.2三相全控桥整流电路n=300时的工作情况=600时工作情况n 第14页，本讲稿共37页3.2.2三相全控桥整流电路n=300时的工作情况n 区别在于：晶闸管起始导通时刻推迟了30，组成ud的每一段线电压因此推迟300。从t1开始把一周期等分为6段，ud波形仍由6段线电压构成，每一段导通晶闸管的编号等仍按以上规律变化。n 变压器二次侧电流ia波形的特点：在VT1处于通态的120 期间，ia为正，ia波形的形状与同时段的ud波形相同，在VT4处于通态的1200期间，ia波形的形状也与同时段的ud波形相同，但为负值。n=600时工作情况（图2）n ud波形中每段线电压的波形继续后移，ud平均值继续降低。a=60 时ud出现为零的点 n 600时工作情况，（图3）n 如=900时电阻负载情况下的工作波形如图所示波形出现间断 第15页，本讲稿共37页3.2.2三相全控桥整流电路n=900时电阻负载情况下n 工作波形n 小结n 当a600时，ud波形均连续，n 对于电阻负载，n id波形与ud波形形状一样，也连续。n 当a600时，ud波形每n 600中有一段为零。n 带电阻负载时三相桥式全控n 整流电路a 角的移相范围是1200。第16页，本讲稿共37页3.2.2三相全控桥整流电路n 2阻感负载时的工作情况 n a600时（图4）:Ud波形连续，n 工作情况与带电阻负载时十分相似，n 各晶闸管的通断情况、输出整流电压n Ud波形、晶闸管承受的电压波形等都n 一样。区别在于：当电感足够大的时n 负载电流的波形可近似为一条水平n 线。第17页，本讲稿共37页3.2.2三相全控桥整流电路n a600 时（图5）n 阻感负载时的工作情况n 与电阻负载不同，由于n 电感L的作用，ud波形n 会出现负值部分。带阻n 感负载时，三相桥式全n 控整流电路的角移相n 范围为900 第18页，本讲稿共37页3.2.2三相全控桥整流电路n 3参数计算:n(1)电阻性负载:n 0 0 60 0时:n 波形连续:波形每隔 60 为一周期n 60 0 120 0时:第19页，本讲稿共37页3.2.2三相全控桥整流电路n 当=2/3时,Ud=0n 所以：0 0 120 0n(2)电感性负载:波形总是连续的n 输出电压：n 移相范围:0 0 90 0n 电流：晶闸管的电流与三相半波时一样n 平均值n 有效值：n 第20页，本讲稿共37页3.2.2三相全控桥整流电路n 只要电流连续,每只管子每次导通120 0。n 管子承受的最大反压：n 整流变压器二次侧电流：波形如图4所示，为正负半周各宽1200、前沿相差180的矩形波，其有效值为：n 晶闸管的电压、电流等的定量分析与三相半波时一致。n 三相桥式全控整流电路接反电势阻感负载时，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Id时有所不同，接反电势阻感负载时的Id为：n 式中:R和E分别为负载中的电阻值和反电动势的值。n 第21页，本讲稿共37页3.2.2三相全控桥整流电路n 三相桥式全控整流电路的特点n（1）2管同时通形成供电回路，其中共阴极组和共阳极组各1，且不能为同1相器件。n（2）对触发脉冲的要求：按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，相位依次差60。n 共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差1200，共阳极组VT4、VT6、VT2也依次差120。n 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。n（3）ud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。n（4）需保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲,可采用两种方法：n 一种是宽脉冲触发,脉冲宽度应大于60,小于120,一般取90。n 另一种是双脉冲触发（常用）。n（5）晶闸管承受的电压波形与三相半波时相同，晶闸管承受最大正、反向电压的关系也相同。第22页，本讲稿共37页3.3晶闸管触发电路n Ud n 晶闸管整流装置中，需要有一个能产生相位可调、大小合适的触发脉冲电路称触发电路，又称触发器。n 一、对晶闸管触发电路要求n 1、触发脉冲应有足够大的触发电压和触发电流（6-8V，几mA至几百mA）AC、DC或脉冲电压；n 2、足够宽度，前沿陡峭（准确触发）；n 3、不触发时，触发电路残压要小；n 4、触发脉冲必须与晶闸管阳极电压同步，移相范围满足主电路要求。第23页，本讲稿共37页3.3晶闸管触发电路n 同步：触发脉冲频率必须与阳极电压一致，触发脉冲前沿与晶闸管阳极电压保持固定相位关系。n 二、触发电路类型n 阻容移相桥触发电路、单结晶体管触发电路、晶体管触发电路、集成触发电路、数字触发电路等。n 三、单结晶体管触发电路n 中小容量可控电路多应用；n 优：简单、可靠、脉冲前沿陡峭；n 缺点：脉冲不宽、功率不大、单相和要求不高的三相电路中应用。n 1、单结晶体管：一个PN结，b1、b2双基极双基极二极管n e、b1、b2三个极n b1、b2：215K；e、b2正向电阻小；e、b1正向电阻大。第24页，本讲稿共37页3.3晶闸管触发电路n 分压比：=Rb1/(Rb1+Rb2);n Up:峰点电压；Uv:谷点电压（维持单结晶体管导通的最小电压）；n Ie Ue：负阻特性；n 工作特性三区：截止区、负阻区、饱和区n Ue Up 时，单结晶体管导通；n UeUv（且Ie Iv）时，单结晶体管截止。n 2、单结晶体管触发电路及波形n(1)同步电压形成（2）移相控制（3）脉冲形成与输出三环节n 全波整流波形、梯形波、电容充放电波形、输出脉冲波形n 3、同步实现n 当同步交流电压过零时（主电路电压同时过零），Uw过零，Ubb(Ebb)=0,单结晶体管内部UA=0，电容C经e-b1-R1迅速放电，第25页，本讲稿共37页3.3晶闸管触发电路n 每半周开始，C从零开始充电，保证每周期触发电路送出第一个脉冲距离过零的时刻一致（即控制角），实现同步。n 第一个脉冲有效触发，正负半波VT1、VT2均有UG，但各有一只触发无效。n 四、集成触发电路三相触发电路n 分立电路可靠性差，调试复杂。故障率高。n IC集成触发电路体积小、可靠性高、抗扰强。n 1、KC04集成触发电路 16脚双列直插式；n 1脚（正相脉冲输出）、15脚输出（负相脉冲输出）；n 8脚接同步电压US（USA或 USB或 USC）；n 16脚、7脚接+15V电源；Uc（+控制电压）、Ub（-偏移电压）分别经R2、R1接至9脚。第26页，本讲稿共37页3.3晶闸管触发电路n 2、同步电压信号为锯齿波的触发电路n 基本环节：n（1）同步锯齿波形成环节n（2）同步移相控制环节n（3）脉冲形成、整形放大、输出环节n 3、KC41C六路双脉冲发生器 16脚n 一只KC41C与三只KC04组成三相全控桥双脉冲触发电路n 双窄脉冲触发：用两个间隔60度的窄脉冲去触发晶闸管n KC41C：将三只KC04输出的六个单脉冲（相位互差60度）n 六路双脉冲（彼此互差60度）n 五、其它IC触发：TC787；n 数字触发电路第27页，本讲稿共37页3.3晶闸管触发电路n UcA/D 分频器脉冲发生器通道选择（三同步电压USA或 USB或 USC）整形放大脉冲输出。n 精度更高，脉冲对称度好，移相特性一致，且不受电网的影响。n 取代模拟式触发电路，第28页，本讲稿共37页第四章 逆变电路4.1 有源逆变电路n 一、逆变的概念n 1.什么是逆变？为什么要逆变？n 逆变（invertion）把直流电转变成交流电。n 逆变电路把直流电逆变成交流电的电路n 变流电路-一套电路，既工作在整流状态又工作在逆变状态，称为变流电路或变流装置。n 有源逆变电路交流侧和电网连结,逆变时可把直流电逆变为50Hz的交流电。n 无源逆变-变流电路的交流侧不与电网联接，而直接接到负载 第29页，本讲稿共37页4.1 有源逆变电路n 2.直流发电机电动机系统电能的传递n a）两电动势同极性EG EMb）两电动势同极性EMEG c）两电动势反极性，形成短路第30页，本讲稿共37页4.1 有源逆变电路n 图a M电动运转，EGEM，电流Id从G流向M，M吸收电功率。n 图b 回馈制动状态，M作发电运转，此时，EMEG，电流反向，从M流向G故M输出电功率，G则吸收电功率，M轴上输入的机械能转变为电能反送给G。n 图c 两电动势顺向串联，向电阻R供电，G和M均输出功率，由于R一般都很小，实际上形成短路，在工作中必须严防这类事故发生。n 3.逆变产生的条件第31页，本讲稿共37页4.1 有源逆变电路n 单相全波电路代替上述发电机 n 图a M电动运行，全波电路工作在整流状态，在0/2间，Ud为正值，并且Ud EM，才能输出Id。此时，交流电网输出电功率，电动机则输入电功率。第32页，本讲稿共37页4.1 有源逆变电路n 图b M回馈制动，由于晶闸管的单向导电性，Id方向不变，欲改变电能的输送方向，只能改变EM极性。为了防止两电动势顺向串联，Ud极性也必须反过来，即Ud应为负值，且|EM|Ud|，才能把电能从直流侧送到交流侧,实现逆变。n 电能的流向与整流时相反,M输出电功率,电网吸收电功率。n Ud可通过改变来进行调节，逆变状态时Ud为负值，逆变时在/2间变化。n 产生逆变的条件有二：n（1）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n（2）晶闸管的控制角/2，使Ud为负值。n 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。第33页，本讲稿共37页4.1 有源逆变电路n 二、三相有源逆变电路n(一)三相半波有源逆变电路:n 要求:/2或 p/2时的控制角用 p a=b 表示，b 称为逆变角。而逆变角b 和控制角a 的计量方向相反，其大小自b=0的起始点向左方计量。n 回路电流的平均值第34页，本讲稿共37页4.1 有源逆变电路n 在逆变状态时,Ud和 EM的极性都与整流状态时相反,均为负值。n 由以上分析可知:n 当移相范围为:0 90 时,为整流状态。90 180 即:090 时,为逆变状态。n 因为有EM的作用,所以即使相电压为负值,VT仍可以承受正向电压而导通,每个管子导通120。n 交流电源与直流电源之间交换的有功功率为:n 或n（二）三相桥整流电路的有源逆变工作状态n 逆变和整流的区别：控制角不同。n 0 p/2时，电路工作在整流状态。p/2 p 时，电路工作在逆变状态。第35页，本讲稿共37页4.1 有源逆变电路n 与整流一样，要求每隔60依次触发管子，脉冲必须是双窄脉冲或宽脉冲。n 第36页，本讲稿共37页4.1 有源逆变电路n 有源逆变状态时各电量的计算：n 输出直流电流的平均值亦可用整流的公式，即n 每个晶闸管导通2p/3，故流过晶闸管的电流有效值为（忽略直流电流id的脉动）n 从交流电源送到直流侧负载的有功功率为：n 在三相桥式电路中，变压器二次侧线电流的有效值为：n 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。第37页，本讲稿共37页