电力电子技术—整流电路.pptx

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1、 3.1单相可控整流电路单相可控整流电路 3.2三相可控整流电路三相可控整流电路 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 3.4电容滤波的不可控整流电路电容滤波的不可控整流电路 3.5整流电路的谐波和功率因数整流电路的谐波和功率因数 3.6大功率可控整流电路大功率可控整流电路 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 3.8整流电路相位控制的实现整流电路相位控制的实现第1页/共114页l 整流电路一种把交流电源电压转换成所需的直流电压的一种电路l 整流电路分类按组成器件分为不可控、半控、全控按电路结构分为桥式和零式(半波)电路按交流输入相数分为单相和多相电

2、路按变压器二次侧电流方向分为单拍电路和双拍电路l 基本内容工作原理、基本数量关系、负载性质影响、变压器漏抗影响、谐波和功率因数l 相控电路、斩控电路第2页/共114页l 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l 负载形式电阻负载阻感负载反电动势负载第3页/共114页1. 单相半波可控整流电路电阻负载l 触发延迟角（触发角或控制角）：从晶闸管VT开始承受正向阳极电压起到施加触发脉冲止的电角度l 导通角 ：VT在一个电源周期中处于通态的电角度l 工作原理 当0t，导通，ud=u2 当t=，关断，ud=0第4页/共114页2221sin2( 2s

3、in)()224UUt dtU21 cos0.452ddUUIRRl 输出电压平均值l 随着 增大，ud减小， 的移相范围为180 l 输出电压有效值l 输出电流平均值l 输出电流有效值1. 单相半波可控整流电路电阻负载2sin224UUIRRl 相控方式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222211cos2sin()(1cos)0.45222dUUUtdtU第5页/共114页1. 单相半波可控整流电路阻感负载l 阻感负载对电流变化有抗拒作用，使得流过电感的电流不能突变l 工作原理VT处于断态, id=0, ud=0, uVT=u2L使id不能突变，从0开始增加u2由正变负过零

4、点处，id处于减小过程，尚未到零，VT仍处于通态直到L能量释放完毕， id降至零，VT关断并立即承受反压ud波形出现负的部分，平均值下降utttt20t12 tug0ud0id0uVT0b)c)d)e)f)+ + +第6页/共114页1. 单相半波可控整流电路阻感负载l 通态方程l 边界条件 t= ，id=0 t= + ，id=0l 超越方程tURitiLsin2dd2dd)sin()sin(tgel 若 (阻抗角)为定值， 角越大，L储能越少， 越小。l 若 为定值， 越大，L储能越多， 越大 ，ud平均值越接近零。关断导通第7页/共114页1. 单相半波可控整流电路阻感负载u2udiduV

5、TiVTIdIdt1ttttttOOOOOO - +b)c)d)e)f)g)iVDRa)l 带续流二极管电路u2正半周时保持不变当u2过零变负，VDR导通，ud为零，VT受反压关断，电流id在L-R- VDR回路中流通，称为续流若L足够大， id连续，波形接近一条水平线VT触发角为 ，则导通角为- - ，VDR导通角为+ + 第8页/共114页1. 单相半波可控整流电路阻感负载l 输出电压平均值与电阻负载相同，移向范围180 l VT电流平均值、有效值l VDR电流平均值、有效值ddVTII22122VTddII d(t )IddVDIIR22dVDIIRl VT可能承受的最大正、反向电压均为

6、 l VDR可能承受的最大反向电压也为 22U22U第9页/共114页2.单相桥式全控整流电路电阻负载l 电路结构VT1和VT4组成一对桥臂，VT2和VT3组成另一对桥臂l 工作原理u2为正半周， VT1和VT4未导通时，串联承受电压u2 ；当 t= ， VT1和VT4导通，ud =u2 ；当 t=，VT1和VT4关断， ud = 0u2为负半周， VT2和VT3未导通时，串联承受电压u2 ；当 t= + ， VT2和VT3导通，ud =-u2 第10页/共114页2.单相桥式全控整流电路电阻负载l 输出电压平均值l 随着 增大，ud减小， 的移相范围为180 l 输出电流平均值l VT电流平

7、均值2cos19 . 02cos122)(dsin21222UUttUUd222 2110 922ddUUUcoscosI.RRR2110 4522dVTdUcosII.R第11页/共114页2.单相桥式全控整流电路电阻负载222211d2222dVTUUI(sin t )(t )sinRRl VT电流有效值l 变压器二次侧电流有效值i2与输出电流有效值i相等222221122UUII(sin t ) d(t )sinRR12dVTIIl VT可能承受的最大正向电压为 l VT可能承受的最大反向电压为 222U22U第12页/共114页2.单相桥式全控整流电路阻感负载l 工作原理u2为正半周，

8、当 t= ， VT1和VT4导通，ud =u2 u2过零变负，L L维持VT1和VT4继续导通t=+ ， VT2和VT3触发导通， VT1和VT4承受反压关断，ud =-u2 换相（换流）流过VT1和VT4的电流迅速转移到VT2和VT3的过程第13页/共114页2.单相桥式全控整流电路阻感负载l 输出电压平均值l 随着 增大，ud减小， 的移相范围为90 l VT电流平均值l VT电流有效值l 变压器二次电流有效值cos9 . 0cos22)(dsin21222dUUttUUdVTd12IIVTdd10 7072II.Il L使输出电流不能突变且波形近似为一条水平线l VT可能承受的最大正反向

9、电压为 l VT导通角与 无关，均为180 22U2dII第14页/共114页2.单相桥式全控整流电路反电动势负载l 工作原理反电动势负载可看成一个直流电压源|u2|E时，才有VT承受正电压，有导通的可能导通后，ud =u2， ；当|u2|=E，id即降至0使得VT关断， ud=E停止导电角与电阻负载相比， VT提前 电角度停止导电ddi = u - ER-12E = sin2U第15页/共114页2.单相桥式全控整流电路反电动势负载l 工作原理 30 负载电流断续，VTVT导通角小于120120 ，为150150 - - 第26页/共114页1.三相半波可控整流电路电阻负载l 输出电压平均值

10、 30 30 l 角的移相范围为150 l VT承受的最大反向电压为变压器二次线电压峰值l VT的最大正向电压为变压器二次相电压的峰值cos17. 1cos263)(sin223222656UUttdUUd622233 22()1()2260 6751()6dUU sin tdtUcos.Ucos2222362 45RMUUU.U22FMUU第27页/共114页1.三相半波可控整流电路电阻负载l 变压器二次侧各相电流有效值 30 30 l VT的电流平均值l VT的电流有效值566222221132234UUI(sin t ) d(t )cosRR 622222153122212288UUI(

11、sin t ) d(t )cossinRR13dVTdII2VTII第28页/共114页1.三相半波可控整流电路阻感负载l 工作原理L L值很大，id波形基本平直，流过VTVT电流接近矩形 3030 ，整流电压波形与电阻负载相同 3030 ，u2过零，VTVT1继续导通，直到VTVT2的触发脉冲到来第29页/共114页cos17. 12dUU 1.三相半波可控整流电路阻感负载l 输出电压平均值l 角的移相范围为90 l ud/u2与 成余弦关系L不是很大，当 30 ，ud中负的部分可能减少，平均值略为增加，移向范围介于90 与150 之间03060901201500.40.81.21.1732

12、1/( )Ud/U21电阻负载 2电感负载 3电阻电感负载第30页/共114页1.三相半波可控整流电路阻感负载l 变压器二次电流即VT电流的有效值l VT电流的额定值l VT承受的最大正反向电压均为变压器二次线电压峰值l 三相半波可控整流电路在变压器二次侧电流有直流分量ddVT2577. 031IIII0 3681 57VTVT(AV)dII.I.22 45FMRMUU.U第31页/共114页2.三相桥式可控整流电路l 电路结构共阴极组阴极连接在一起的3 3个晶闸管(VT(VT1 1，VTVT3 3，VTVT5 5) )共阳极组阳极连接在一起的3 3个晶闸管(VT(VT4 4，VTVT6 6，

13、VTVT2 2) )VTVT1 1、VTVT3 3、VTVT5 5和VTVT4 4 、 VTVT6 6 、 VTVT2 2分别与a a、b b、c c三相电源相接l 工作原理晶闸管的导通顺序为VTVT1 1-VT-VT2 2-VT-VT3 3-VT-VT4 4-VT-VT5 5-VT-VT6 6第32页/共114页2.三相桥式可控整流电路l 要构成id d的通路，必须由属于不同组的VT同时导通如VTVT1 1、VTVT6 6导通，则ud=uabl 各自然换相点既是相电压的交点，也是线电压正半周的交点2.三相桥式可控整流电路电阻负载l 60 id d波形与ud波形的形状是一样的，均连续第33页/

14、共114页u2ud1ud2u2Luduabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuaucubt1OtOtOtOt = 0iVT1uVT1时段时段共阴极组中导通的晶闸管共阴极组中导通的晶闸管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共阳极组中导通的晶闸管共阳极组中导通的晶闸管VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流输出电压整流输出电压udua-ub=uabua-uc=uacub-uc=ubcub-ua=ubauc-ua=ucauc-ub=ucbl =0 ud为线电压在正半周的包络线第34页/共114页u2ud1ud2u2Luduabuac

15、uabuacubcubaucaucbuabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuaucubt1OtOtOtOt = 0iVT1uVT1l 换相a a相为例换相前VTVT5 5、VTVT6 6导通，ud= ucb换相前VTVT6 6、VTVT1 1导通，ud= uabl 由于VTVT1 1位于a a相，则其自然换相点为ucb与uab在正半周的交点(ua的30o处，即uab的60o处)l VTVT2 2的自然换相点为uab与uac的交点l VTVT3 3：uac与ubc的交点l VTVT4 4：ubc与uba的交点l VTVT5 5：uba与uca的交点l VTVT6 6：uca

16、与ucb的交点123456第35页/共114页时段时段共阴极组中导通的晶闸管共阴极组中导通的晶闸管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共阳极组中导通的晶闸管共阳极组中导通的晶闸管VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流输出电压整流输出电压udua-ub=uabua-uc=uacub-uc=ubcub-ua=ubauc-ua=ucauc-ub=ucb考虑uVT1l VTVT1 1导通 ud=uab、uac， uVT1=0l VTVT3 3导通 ud=ubc、uba， uVT1=uabl VTVT5 5导通 ud=uca、ucb， uVT1=uac第36页/共114页ud1ud2 = 30iaOt

17、OtOtOtuduabuacuaubuct1uabuacubcubaucaucbuabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuVT1l =30 ud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30 ，ud平均值降低161223453456第37页/共114页 = 60ud1ud2uduacuacuabuabuacubcubaucaucbuabuacuaubucOtt1OtOtuVT1l =60 ud波形中每段线电压的波形继续向后移，ud平均值继续降低， =60 时，ud出现零点第38页/共114页l 60 ( =90 )因为id与ud一致，一旦ud降为至零，i

18、d也降至零，VT关断，输出整流电压ud为零，ud波形不能出现负值l 该电路连续与断续的分界点是 =60=60 ud1ud2uduaubucuaubtOtOtOtOtOiaiduabuacubcubaucaucbuabuacubcubaiVT11612第39页/共114页2.三相桥式可控整流电路电阻负载l ud一周期脉动6次，每次波形都一样，故为6脉波整流电路l 移相范围是120 l VT承受电压波形与三相半波相同， 最大正、反向电压关系也相同l 对脉冲要求6个VT相位依次差60 共阴极组、共阳极组脉冲各分别依次差120 同一相上下两个桥臂的脉冲相差180 l 保证同时导通的2个VT均有脉冲宽脉

19、冲触发：脉冲宽度大于60 ，一般为80 120 双脉冲触发（常用）：两脉冲前沿相差60 ，脉宽一般为20 30 第40页/共114页2.三相桥式可控整流电路阻感负载l 60 与带电阻负载时相似点：ud波形连续，各VTVT的通断情况、输出整流电压ud波形、VTVT承受的电压波形等都一样。不同点：在于电流，当L L足够大的时候，id、iVT、ia的波形在导通段都可近似为一条水平线。l 60 由于L L的作用，ud波形会出现负的部分l 带阻感负载时，三相桥式全控整流电路的 角移相范围为9090 第41页/共114页ud1u2ud2u2LudidtOtOtOtOua = 0ubuct1uabuacub

20、cubaucaucbuabuaciVT1 =0 第42页/共114页 =30 ud1 = 30ud2uduabuacubcubaucaucbuabuactOtOtOtOidiat1uaubuc第43页/共114页 =90 = 90ud1ud2uacubcubaucaucbuabuacuabuduacuabuactOtOtOubucuat1uVT1考虑uVT1l VTVT1 1导通ud=uab、uac， uVT1=0l VTVT3 3导通ud=ubc、uba， uVT1=uabl VTVT5 5导通ud=uca、ucb， uVT1=uac233445561612第44页/共114页l 输出电压平

21、均值 带阻感负载或电阻负载 60 电流连续 带电阻负载且 60 电流断续 电阻负载 角移相范围120 ，阻感负载移相范围90 l 输出电流平均值2.三相桥式可控整流电路阻感负载2322336sin()2.34cosdUUtdtU)3cos(134. 2)(sin63232UttdUUdddUIR第45页/共114页l 变压器二次侧电流有效值整流变压器采用星形接法，带阻感负载时，变压器二次侧电流波形为正负半周各宽120 、前沿相差180 的矩形波l VT电压、电流等分析与三相半波时一致，电流有效值与平均值为2.三相桥式可控整流电路阻感负载2221222()0.8162333ddddIIIII 2

22、110.57732VTddIIII13dVTdII第46页/共114页l 接反电势阻感负载时，在L足够大以使负载电流连续情况下，电路工作情况与阻感负载时相似，电路中各处电压、电流波形均相同，只是计算Id不同，为2.三相桥式可控整流电路反电动势负载ddUEIR第47页/共114页举例uabuacubc解：(1) 假设VT1不导通 (2) 假设VT1被击穿而短路，则当VT3或VT5导通时，将发生电源相间短路，使得VT3 和VT5也可能被击穿。第48页/共114页三相半波三相半波三相桥式三相桥式电阻负电阻负载输出载输出电压电压连续连续 30 1.17U2cos 60 2.34U2cos 断续断续 3

23、0 0.675U21+cos(60 + ) 60 2.34U21+cos(60 + )阻感负载输出阻感负载输出电压电压1.17U2cos 2.34U2cos 脉波数脉波数36移相范移相范围围电阻电阻负载负载150 120 阻感阻感负载负载90 90 最大导通角最大导通角120 120 输出电压类型输出电压类型相电压相电压线电压线电压承受最大电压承受最大电压2.45U22.45U2三相可控整流电路总结第49页/共114页l 变压器漏感变压器绕组有漏感，用一个集中电感L LB B表示，折算到变压器二次侧为漏抗X XB B= = L LB B电感对电流变化起阻碍作用，电感电流不能突变，因此换相过程不

24、能瞬间完成，而是持续一段时间l 以三相半波为例假设负载中电感L L很大，负载电流为水平线第50页/共114页l 换相重叠角换相过程持续的时间，用电角度 表示udidtOtOiciaibiciaIduaubuc t1时刻时刻 l 换相过程：VT1VT2 t t1 1时刻之前VTVT1 1导通， t t1 1时刻触发VTVT2 2换相重叠：a a、b b两相均有漏感L LB B，故ia、ib均不能突变，则VTVT1 1和VTVT2 2同时导通，即a a、b b两相短路，电压差为ub- -ua，在两相组成的回路中产生环流ikib= =ik ，ia= =id- -ik 当ik= =id时，ia=0=0

25、，VTVT1 1关断，换流过程结束第51页/共114页l 换相过程中的输出电压瞬时值 ud(瞬时值)为同时导通的两个VT所对应的两个相电压的平均值l 换相压降 ud平均值降低的多少abdabdddd2kkBBiiuuuuLuLtt556655dbdbbB66565BBBd06d13()d()()d()2/32dd333d()d2d22dkIkkiUuutuuLttiLtLiX It dU第52页/共114页l 换相重叠角 的计算 当 时，有 则2baBB56sin()d6() 2d2kUtiuuLtL2Bd65sin()d26kiUttX2256BB6655sin()d()coscos()26

26、26tkUUitttXX56tdkiI2dB6coscos()2UIXBd22coscos()6X IU第53页/共114页l 随其它参数变化的规律Id越大，则 越大XB越大， 越大当 90 时， 越小， 越大 电路形式电路形式单相全波单相全波单相全控桥单相全控桥三相半波三相半波三相全控桥三相全控桥m脉波整流电路脉波整流电路 dU)cos(cosdBIXdB2IXdB23IXdB3IXdB2ImX2Bd2UXI2Bd22UXIBd226XIUBd226XIUmUXIsin22BdB d22coscos()6X IU第54页/共114页l 影响出现 ，使得Ud降低整流电路的工作状态增多，如三相桥

27、增加了三个VT同时导通情况： (VT1,VT2) -(VT1,VT2,VT3)-(VT2,VT3)VT的di/dt减小，有利于安全开通换相时VT电压出现缺口，产生正的du/dt，可能使VT误导通，为此必须加吸收电路换相使电网电压出现缺口，成为干扰源第55页/共114页l 无功的危害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l 谐波的危害降低发电、输电及用电设备的效率影响用电设备的正常工作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第56页/共114页l 谐波正弦波电压经过线

28、性和非线性电路结果不同非正弦电压u( t)分解为傅里叶级数1. 谐波和无功功率分析基础)sin(2)(utUtu01()nnnu(t )aa cosn tb sinn t20020201211nnau(t )d(t )au(t )cosn td(t )bu(t )sinn td(t )n=1, 2, 3第57页/共114页或1. 谐波和无功功率分析基础01()()nnnutac sin n t22()nnnnnnnnnnnncabarctan a / bac sinbc cosn=1, 2, 3第58页/共114页1. 谐波和无功功率分析基础l 定义基波频率与工频相同的分量谐波频率为基波频率大

29、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次谐波电流含有率HRIn电流谐波总畸变率 THDi%1001IIHRInnn n次谐波电流有效值基波电流有效值1100%hiITHDI总谐波电流有效值第59页/共114页l 正弦电路有功功率平均功率视在功率无功功率无功功率Q与有功功率P、视在功率S之间的关系功率因数有功功率P和视在功率S的比值1. 谐波和无功功率分析基础201()cos2Pu idtUISUIsinQUIPcosS222SPQ电流滞后于电压的相位差第60页/共114页l 非正弦电路电压正弦，电流畸变非正弦有功功率功率因数1. 谐波和无功功率分析基础11PUI cos11111

30、UI cosIPcoscosSUII基波电流与电压的相位差1IvI基波因数 基波电流有效值和总电流有效值之比位移因数(基波功率因数) cos 1第61页/共114页l 非正弦电路无功功率反映能量的流动和交换基波无功Qf畸变功率D谐波无功1. 谐波和无功功率分析基础22112222ffQSPQUI sinSPQD22222222ffnnQQDDSPQUI第62页/共114页l 单相桥式全控整流电路忽略换相过程和电流脉动，L为足够大傅里叶分解电流仅含奇次谐波，各次谐波有效值与谐波次数成反比2. 阻感负载可控整流电路交流侧谐波和功率因数分析21,3,5,1,3,5,411(sinsin3sin5)3

31、541sin2sinddnnniItttIn tIn tn2 21,3,5,dnIInn第63页/共114页l 单相桥式全控整流电路基波因数(i2的有效值I=Id)位移因数(电流基波与电压相位差等于触发角 )2. 阻感负载可控整流电路交流侧谐波和功率因数分析12 20.9II11coscos功率因数1112 20.9IcoscoscosI第64页/共114页23dIIl 三相桥式全控整流电路忽略换相过程和电流脉动，L为足够大，以 =30 为例电流有效值傅里叶分解2. 阻感负载可控整流电路交流侧谐波和功率因数分析a161611,2,31,2,32 31111sinsin5sin7sin11sin

32、135711132 32 31sin( 1)sin2sin( 1)2sindkkddnnknkkkiItttttItIntItIntn第65页/共114页l 三相桥式全控整流电路电流基波和各次谐波有效值电流仅含6k 1次谐波，各次谐波有效值与谐波次数成反比，且与基波有效值比值为谐波次数倒数基波因数位移因数2. 阻感负载可控整流电路交流侧谐波和功率因数分析166,61,1,2,3,dndIIIInkkn130.955II11coscos功率因数11130.955IcoscoscosI第66页/共114页l 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，如电解电镀l 多重化整

33、流电路的特点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，从而减小对供电电网的干扰第67页/共114页l 电路结构二次侧为两组三相半波电路并联 两组绕阻匝数相同、极性相反 三相同相不同名(双反星形电路) 两绕组极性相反，可消除铁芯的直流磁化平衡电抗器保证两组三相半波整流电路能同时导电1. 带平衡电抗器的双反星形可控整流电路第68页/共114页l =0 两组相电压 同相互差180 平均值相等，瞬时值不等 脉动波相差60 两组相电流 同相互差180 幅值相等，均为Id/2 对应相电流出现时刻不同，但平均值相同，为Id/61. 带平衡电抗器的双反星形可控整流电路第69页/

34、共114页l 六相半波整流电路无平衡电抗器任一瞬间只有一个VT导通，每个VT导通角为60 ，平均电流为Id/6 =0 时，Ud=1.35U2，略大于三相半波1.17U2VT导电时间短，变压器利用率低，极少采用1. 带平衡电抗器的双反星形可控整流电路udO tuaubucucuaubub第70页/共114页l 平衡电抗器可使两组电流尽可能平均分配，一般Lp足够大，以限制环流在负载额定电流的1%2%以内Lp承担了n1和n2间的电位差，它补偿了ub和ua的电动势差，使得该两相VT能同时导电环流或平衡电流ip两个星形中点n1和n2间的电压等于ud2和ud1之差，该电压加在Lp上，产生电流，通过两组星形

35、自成回路，不经过负载，每组电流 为Id/2ip1. 带平衡电抗器的双反星形可控整流电路第71页/共114页l t1时刻ubuaVT6导通，电流流经LP时，产生感生电动势up，阻止电流增大，up为三倍频近似三角波Lp两端电压、整流输出电压为虽然ud1ud2，但Lp的平衡作用使得VT6和VT1同时导通1. 带平衡电抗器的双反星形可控整流电路12ddpuuu2112111()222ddpdpdduuuuuuu tupud1,ud2OO60360 t1 tuaubucucuaubub第72页/共114页l t2时刻ub=uaub与ua交点， up=0，VT6和VT1继续导通l t2时刻之后ubua流经

36、b相的电流要减小，但Lp阻止此电流减小，up极性反向，Lp仍起平衡作用，使VT6继续导电l t3时刻ubucEM，电流Id从G-M，电能由G-M，转变为M上输出的机械能 b)回馈制动，M发电运转，EMEG， Id从M-G， M上机械能转变为电能反送给G c)两电动势顺向串联，向R供电，G和M均输出功率，R很小，形成短路GMdEEIRMGdEEIR+-+-+-+-+-+-第91页/共114页l 逆变产生的条件单相全波电路代替发电机M作电动机运行，全波电路工作在整流状态， 在0 /2间，直流侧输出Ud为正值，UdEM，才输出Id，交流电网输出电功率，电动机输入电功率 R很小，UdEM，1. 逆变的

37、概念dMdUEIRu10udu20u10OO tIdidUdEMid=iVT + iVT12iVT1iVT2iVT1 t-+第92页/共114页l 逆变产生的条件单相全波电路代替发电机M作发电回馈制动运行，由于VT单向导电性，Id的方向依然不变，要将电能送给交流侧，只能改变EM极性，为避免两电动势串联，Ud极性要反向(负值)，故 在 /2 ，且|EM|Ud|UdEM防止过电流1. 逆变的概念MddEUIR|E|Muuu10ud2010OOIdid|U|d /2，使Ud为负值l 半控桥或有续流二极管电路，其ud不能出现负值，也不允许直流侧出现负电动势，故不能有源逆变，只能采用全控1. 逆变的概念

38、第94页/共114页l 逆变和整流区别 不同0 /2 ，整流； /2 /2时的控制角用 - = 表示， 的大小自 =0的起始点向左方计量2. 三相桥整流电路的有源逆变工作状态uabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbuabuacubcuaubucuaubucuaubucuaubu2udtOtO =4 =3 =6 =4 =3 =6t1t3t2 =0 =0161216121612第95页/共114页l 三相桥式电路的输出电压l 输出直流电流的平均值l 每个VT导通2 /3，VT电流有效值l 从交流电源送到直流侧负载的有功功率当逆变时

39、，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l 变压器二次侧线电流的有效值2. 三相桥整流电路的有源逆变工作状态22222 342 34() =2 341 35dlU.U cos.U cos.U cos.Ucos MddUEIR0 5773dVTdII.I2ddMdPR IE I2220 8163VTddIII.I第96页/共114页l 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VT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，由于逆变电路的内阻很小，形成很大短路电流l 逆变失败条件顺向串联短路触发电路工作不可靠，不能适时、准确地给各VT分

40、配脉冲，如脉冲丢失、脉冲延时等，致使VT不能正常换相，使电源与直流电动势顺向串联短路导通不正常VT故障，该断时不断，或该通时不通VT短路交流电源缺相或突然消失，VT仍导通，直流电动势与VT短路顺向串联短路换相的裕量角不足，引起换相失败3. 逆变失败与最小逆变角的限制第97页/共114页l 变压器漏抗换相失败以VT3和VT1换相分析 ，经过换相过程，a相电压ua仍高于c相电压uc，换相结束，VT3承受反压而关断 ，换相未结束，工作状态到达p点之后，uc将高于ua，VT1承受反压而重新关断，VT3不能关断继续导通，且uc愈来愈高，电动势顺向串联导致逆变失败为防止逆变失败， 不能等于零，而且不能太小

41、，必须限制在某一允许的最小角度内3. 逆变失败与最小逆变角的限制udOOidttuaubucuaubp iVT1iVTiVT3iVTiVT322第98页/共114页l 最小逆变角 min的确定逆变时允许采用的最小逆变角 min 为VT的关断时间tq折合的电角度,约4 5 ； 为换相重叠角； 为安全裕量角，主要针对脉冲不对称程度，约为10 重叠角 确定 = - ，设 = l 设计逆变电路，必须保证 ，则常在触发电路中附加一保护环节，保证触发脉冲不进入小于 min的区域内3. 逆变失败与最小逆变角的限制min22dBI Xcoscos()U sinm212dBI XcosU sinm min第99

42、页/共114页l 相控电路通过控制触发角 的大小即控制触发脉冲起始相位来控制输出电压大小晶闸管可控整流电路、交流电力变换电路和交交变频电路l 触发电路(驱动电路)实现对相控电路相位控制的电路为保证相控电路正常工作，按触发角 的大小在正确的时刻，向晶闸管施加有效的触发脉冲l 以同步信号为锯齿波的触发电路应用最多第100页/共114页l 电路输出双窄脉冲：适用于有两个晶闸管同时导通的电路，如三相全控桥单窄脉冲l 触发电路基本环节脉冲形成与放大锯齿波形成和脉冲移相同步环节强触发和双窄脉冲形成环节1. 同步信号为锯齿波的触发电路脉冲形成环节锯齿波形成与脉冲移相环节同步环节双窄脉冲形成环节第101页/共

43、114页l 脉冲形成环节 V4、V5脉冲形成，V7、V8脉冲放大 Uco=0， V4截止，V5经R11饱和导通， Uc5=-15V， V7、V8截止，无脉冲输出 C3由+15V、R9、V5、-15V充电至30V Uco=0.7V: V4导通 UA由+15V下降到1V，Uc3不能突变，使得Ub5=-30V， V5截止， Uc5上升到3.1V， V7、V8导通，输出脉冲 C3由+15V、R11、VD4、V4放电并反向充电，当Ub5上升到-15V， V5导通， V7、V8截止，脉冲结束1. 同步信号为锯齿波的触发电路SCRuco+15V-15V第102页/共114页l 锯齿波形成与脉冲移相环节 锯齿

44、波形成 V2截止，V1、VS、RP2和R3为恒流源电路，对C2充电，使得ub3线性增长，调节RP2改变锯齿波斜率 V2导通，C2通过R4、V2放电，使ub3接近0 当V2周期性导通和关断， V3为射极跟随器， ue3形成锯齿波1. 同步信号为锯齿波的触发电路VS第103页/共114页l 锯齿波形成与脉冲移相环节 脉冲移相由uco和up确定 V4基极由uh、up和uco确定1. 同步信号为锯齿波的触发电路 up的作用：确定uco=0时脉冲的初始相位，保证此时ud=0，如三相全控阻感负载初始相位 =90o，则M点在锯齿波中间240o处 uco的作用：固定up，改变uco来改变控制角 。如uco0，

45、M点前移， 90o，整流； uco90o，逆变783678heR / /RuuRR / /RUe3单独作用67867ppR / /RuuRR / /R Up单独作用68768cocoR / /RuuRR / /R Uco单独作用第104页/共114页l 同步环节 要求锯齿波频率与主电路电源频率相同且相位关系确定。即V2通断与主电路同步：V2断确定锯齿波斜边，V2通确定直角边 在uTS负半周下降段，VD1导通，C1迅速充电，uR=uQ0，V2反偏截止 在uTS负半周上降段， C1通过+15V、R1反向充电，uQ上升速度比uTS慢，则VD1截止。当uQ达到1.4V，V2导通，uQ上升速度决定锯齿波

46、宽度1. 同步信号为锯齿波的触发电路R1+15V第105页/共114页l 双窄脉冲形成环节 强触发脉冲：提高脉冲前沿陡度 双脉冲形成：V5、V6形成或门，任一截止，都使V7、V8导通，输出脉冲 第一个触发脉冲由uco对应 产生，X输出，来触发第二个脉冲 第二个脉冲由后一相触发单元产生，Y输入第二个脉冲 三相全控桥触发电路：VT1、 VT2、 VT3、 VT4、 VT5、 VT6按顺序触发1. 同步信号为锯齿波的触发电路第106页/共114页l 触发电路的定相除频率一致外，触发电路应保证每个VT触发脉冲与施加于VT的交流电压保持固定、正确的相位关系利用一个同步变压器保证触发电路和主电路频率一致l

47、 选择同步电压信号的相位，以保证触发脉冲相位正确关键是确定同步信号与VT阳极电压的关系l 以三相全控桥带直流电动机调速系统、采用锯齿波同步触发电路为例2. 触发电路的定相第107页/共114页l 主电路与同步电路电压关系以VT1为例VT1所接主电路电压为ua，触发脉冲从0 至180 的范围为 t1 t2锯齿波与定相关系 锯齿波上升段为240 ，起始30 和终了30 舍去不用，使用中间180 ，锯齿波的中点与同步信号的300 位置对应2. 触发电路的定相Ott1t2uaubucu2ua-第108页/共114页将 =90 确定为锯齿波的中点，锯齿波向前向后各有90 的移相范围 =90 与同步电压的

48、300 对应 =0 与同步电压的210 对应，并对应于ua的30 ，则同步信号的180 与ua的0 对应，说明VT1的同步电压比ua应滞后180 2. 触发电路的定相Ott1t2uaubucu2ua-对于三相全控桥的其它5个VT，也存在同样的对应关系，即同步电压应滞后于主电路电压180 210o180o第109页/共114页D,y 11D,y 5-11TRTSuAuBuCuaubuc- usa- usb- usc- usa- usb- uscUcUsc-UsaUbUsb-Usc-UsbUaUsaUABl 主电路变压器为Dy-11联结，同步变压器为Dy5y11联结2. 触发电路的定相晶闸管晶闸管

49、VT1VT2VT3VT4VT5VT6主电路电压主电路电压+ua -uc +ub -ua +uc -ub 同步电压同步电压-usa +usc -usb +usa -usc +usb Dy-11Dy5y11第110页/共114页D,y 11D,y 5-11TRTSuAuBuCuaubuc- usa- usb- usc- usa- usb- uscUcUsc-UsaUbUsb-Usc-UsbUaUsaUABl 为防止电网电压波形畸变对触发电路产生干扰，可对同步电压进行R-C滤波，当R-C滤波器滞后角为60 时2. 触发电路的定相晶闸管晶闸管VT1VT2VT3VT4VT5VT6主电路电压主电路电压+u

50、a -uc +ub -ua +uc -ub 同步电压同步电压+usb -usa +usc -usb +usa -usc Dy-11Dy5y11第111页/共114页 单相、三相整流电路单相、三相整流电路(重点重点)：在不同负载条件下，电压、电流波形绘制及计算：在不同负载条件下，电压、电流波形绘制及计算 变压器漏感影响变压器漏感影响：换相压降、重叠角计算：换相压降、重叠角计算 整流电路谐波和功率因数整流电路谐波和功率因数：谐波和功率因数分析：谐波和功率因数分析 大功率可控整流电路大功率可控整流电路：原理：原理 整流电路有源逆变整流电路有源逆变：逆变条件、逆变失败：逆变条件、逆变失败 整流相位控制