第3章 整流电路精选PPT.ppt

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1、第第3章章 整流整流电路路第1页，本讲稿共69页第第3 3章章 整流电路整流电路3.13.1单相可控整流电路单相可控整流电路单相可控整流电路单相可控整流电路 3.23.2三相可控整流电路三相可控整流电路三相可控整流电路三相可控整流电路 3.33.3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 3.43.4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 3.53.5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 3.63.6大功率可控整流

2、电路大功率可控整流电路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 3.83.8整流电路相位控制的整流电路相位控制的整流电路相位控制的整流电路相位控制的实现实现第2页，本讲稿共69页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引言引言随着电力电子技术的发展，其应用日益广泛，由此带来的随着电力电子技术的发展，其应用日益广泛，由此带来的谐波谐波(harmonics)和和无功无功(reactivepower)问题日益严重，引起了关注。问题日益严重，引起了关注。无功的危害：无功的危害：导致设备容量增加。导致设备容量增加。使使设设备备和和线线路

3、路的的损损耗耗增增加。加。线线路路压压降降增增大大，冲冲击击性性负负载使电压剧烈波动。载使电压剧烈波动。谐波的危害：谐波的危害：降低设备的效率。降低设备的效率。影响用电设备的正常工作。影响用电设备的正常工作。引引起起电电网网局局部部的的谐谐振振，使使谐谐波放大，加剧危害。波放大，加剧危害。导导致致继继电电保保护护和和自自动动装装置置的的误误动作。动作。对通信系统造成干扰。对通信系统造成干扰。第3页，本讲稿共69页1）谐波谐波正弦波正弦波电压可表示为电压可表示为式中式中U为电压有效值；为电压有效值；u为初相角；为初相角；为角频率，为角频率，=2 f=2/T；f为频率；为频率；T为周期。为周期。非

4、正弦非正弦电压电压u(t)分解为如下形式的傅里叶级数分解为如下形式的傅里叶级数 3.5.1 谐波和无功功率分析基础谐波和无功功率分析基础式中式中n=1,2,3(3-54)(3-55)第4页，本讲稿共69页3.5.1 谐波和无功功率分析基础谐波和无功功率分析基础基波（基波（fundamental）：频率与工频相同的分量。：频率与工频相同的分量。谐波谐波：频率为基波频率大于：频率为基波频率大于1整数倍的分量。整数倍的分量。谐波次数谐波次数：谐波频率和基波频率的整数比。：谐波频率和基波频率的整数比。n次谐波电流含有率以次谐波电流含有率以HRIn（Harmonic Ratio for In）表示）表示

5、 电流谐波总畸变率电流谐波总畸变率THDi（Total Harmonic distortion）分别定义为）分别定义为（Ih为总谐波电流有效值）为总谐波电流有效值）(3-57)(3-58)第5页，本讲稿共69页3.5.1 谐波和无功功率分析基础谐波和无功功率分析基础2）功率因数功率因数正弦电路中的情况正弦电路中的情况（3-59）视在功率为电压、电流有效值的乘积，即视在功率为电压、电流有效值的乘积，即S=UI （3-60）无功功率定义为：无功功率定义为：Q=U I sin （3-61）功率因数功率因数 定义为有功功率定义为有功功率P和视在功率和视在功率S的比值：的比值：（3-62）此时无功功率此

6、时无功功率Q与有功功率与有功功率P、视在功率、视在功率S之间有如下关系：之间有如下关系：（3-63）功率因数是由电压和电流的相位差功率因数是由电压和电流的相位差j j 决定的决定的：=cos （2-64）第6页，本讲稿共69页3.5.1 谐波和无功功率分析基础谐波和无功功率分析基础非正弦电路中的情况非正弦电路中的情况不考虑电压畸变，研究电压为正弦波、电流为非正弦波的不考虑电压畸变，研究电压为正弦波、电流为非正弦波的情况有很大的实际意义。情况有很大的实际意义。非正弦电路的有功功率非正弦电路的有功功率：P=U I1 cos 1 （3-65）功率因数为功率因数为：（3-66）基波因数基波因数 =I1

7、/I，即基波电流有效值和总电流有效值之比，即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）位移因数（基波功率因数）cos 1功率因数由功率因数由基波电流相移基波电流相移和和电流波形畸变电流波形畸变这两个因素共同决定的。这两个因素共同决定的。第7页，本讲稿共69页3.5.1 谐波和无功功率分析基础谐波和无功功率分析基础非正弦电路的无功功率非正弦电路的无功功率定义很多，但尚无被广泛接受的科学而权威的定义。定义很多，但尚无被广泛接受的科学而权威的定义。一种简单的定义是仿照式（一种简单的定义是仿照式（3-63）给出的：）给出的：（3-67）无功功率无功功率Q反映了能量的流动和交换，目前被较

8、广泛的接受。反映了能量的流动和交换，目前被较广泛的接受。也可仿照式（也可仿照式（3-61）定义无功功率，为和式（）定义无功功率，为和式（3-67）区别，采用符）区别，采用符号号Qf，忽略电压中的谐波时有：，忽略电压中的谐波时有：Q f=U I 1 sinj j 1 (3-68）在非正弦情况下，在非正弦情况下，因此引入，因此引入畸变功率畸变功率D，使得：，使得：（3-69）Q f为由基波电流所产生的无功功率，为由基波电流所产生的无功功率，D是谐波电流产生的无功功是谐波电流产生的无功功率。率。第8页，本讲稿共69页3.6 大功率可控整流电路大功率可控整流电路3.6.1 带平衡电抗器的双反星形带平衡

9、电抗器的双反星形 可控整流电路可控整流电路3.6.2 多重化整流电路多重化整流电路第9页，本讲稿共69页3.6 大功率可控整流电路大功率可控整流电路引言引言带平衡电抗器的双反星形可控整流电路的特点：带平衡电抗器的双反星形可控整流电路的特点：适用于适用于低电压低电压、大电流大电流的场合。的场合。多重化整流电路的特点：多重化整流电路的特点：在采用相同器件时可达到更大的功率。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。小对供电电网的干扰。第10页，本讲稿共69页3.6.1带平衡电抗器的双反星形可

10、控整流电路带平衡电抗器的双反星形可控整流电路电路结构的特点电路结构的特点图图3-35 带平衡电抗器的带平衡电抗器的双反星形可控整流电路双反星形可控整流电路二二次次侧侧为为两两组组匝匝数数相相同同极极性性相相反反的的绕阻，分别接成两组三相半波电路。绕阻，分别接成两组三相半波电路。二二次次侧侧两两绕绕组组的的极极性性相相反反可可消消除除铁铁芯芯的直流磁化的直流磁化。平平衡衡电电抗抗器器是是为为保保证证两两组组三三相相半半波波整流电路能同时导电。整流电路能同时导电。与与三三相相桥桥式式电电路路相相比比，双双反反星星形形电电路的输出电流可路的输出电流可大一倍大一倍。第11页，本讲稿共69页3.6.1带

11、平衡电抗器的双反星形可控整流电路带平衡电抗器的双反星形可控整流电路接平衡电抗器的原因：接平衡电抗器的原因：两组整流电压两组整流电压平均值相等平均值相等，但，但瞬时值不等瞬时值不等。保证两组三相半波整流电路能同时导电保证两组三相半波整流电路能同时导电,电流平均分配。电流平均分配。t tud1uaubuciaud2iaucuaubucO tOO tOId12Id16Id12Id16第12页，本讲稿共69页3.6.1带平衡电抗器的双反星形可控整流电路带平衡电抗器的双反星形可控整流电路平衡电抗器使得两组三相半波整流电路同时导电的平衡电抗器使得两组三相半波整流电路同时导电的原理分析原理分析：图图3-37

12、 平衡电抗器作用下输出电压的波形和平衡电抗器作用下输出电压的波形和平衡电抗器上电压的波形平衡电抗器上电压的波形 upud1,ud2OO60360 t1 ttb)uaubucucuaubub 时时，ubua，VT6导导通通，此此电电流流在在流流经经LP时时，LP上上要要感感应应一一电电动动势势up，其其方方向向是是要阻止电流增大要阻止电流增大:第13页，本讲稿共69页3.6.1带平衡电抗器的双反星形可控整流电路带平衡电抗器的双反星形可控整流电路（3-97）（3-98）图图3-38 平衡电抗器作用下平衡电抗器作用下两个晶闸管同时导电的情况两个晶闸管同时导电的情况虽然虽然，但由于，但由于Lp的平衡作

13、用，使得晶闸管的平衡作用，使得晶闸管VT6和和VT1同时导通。同时导通。第14页，本讲稿共69页3.6.1带平衡电抗器的双反星形可控整流电路带平衡电抗器的双反星形可控整流电路原理分析原理分析(续续)：图图3-37 平衡电抗器作用下输出电压的波形和平衡电抗器作用下输出电压的波形和平衡电抗器上电压的波形平衡电抗器上电压的波形时间推迟至时间推迟至ub与与ua的交点时，的交点时，ub=ua，。之之后后ubub，电电流流才才从从VT6换换至至VT2。此时此时VT1、VT2同时导电。同时导电。每每一一组组中中的的每每一一个个晶晶闸闸管管仍仍按按三三相相半半波波的导电规律而各轮流导电。的导电规律而各轮流导电

14、。upud1,ud2OO60 360 t1 tta)uaubucucuaubub第15页，本讲稿共69页3.6.1带平衡电抗器的双反星形可控整流电路带平衡电抗器的双反星形可控整流电路由上述分析可得：由上述分析可得：图图3-37 平衡电抗器作用下输出电压的平衡电抗器作用下输出电压的波形和平衡电抗器上电压的波形波形和平衡电抗器上电压的波形平衡电抗器中点作为整流电压输出的负端平衡电抗器中点作为整流电压输出的负端:。（3-98）谐波分析谐波分析分析详见分析详见P78。ud中的谐波分量比直流分量中的谐波分量比直流分量要小得多，且最低次谐波为要小得多，且最低次谐波为六次谐波。六次谐波。直流平均电压为：直流

15、平均电压为：u,u upd1d2OO60 360 t1 ttb)a)uaubucucuaubub第16页，本讲稿共69页3.6.1带平衡电抗器的双反星形可控整流电路带平衡电抗器的双反星形可控整流电路 =30、=60 和和 =90 时输出电压的波形分析时输出电压的波形分析图图3-39当当 =30、60、90 时，双时，双反星形电路的输出电压波形反星形电路的输出电压波形分分析析输输出出波波形形时时，可可先先求求出出ud1和和ud2波波形形，然然后后根根据据式式（3-98）做做出出波形波形(ud1+ud2)/2。输输出出电电压压波波形形与与三三相相半半波波电电路路比比较较，脉动频率加大一倍脉动频率加

16、大一倍，f=300Hz。电感负载电感负载情况下，移相范围是情况下，移相范围是90。电阻负载电阻负载情况下，移相范围为情况下，移相范围为120。9090=。6060=。3030=ududud tO tO tOuaubucucuaububucucuaububucucuaub第17页，本讲稿共69页3.6.1带平衡电抗器的双反星形可控整流电路带平衡电抗器的双反星形可控整流电路整流电压平均值与三相半波整流电路相等整流电压平均值与三相半波整流电路相等，为，为:Ud=1.17 U2cos 将双反星形电路与三相桥式电路进行比较可得出以下结论：将双反星形电路与三相桥式电路进行比较可得出以下结论：三相桥为两组三

17、相半波三相桥为两组三相半波串联串联，而双反星形为两组三相半波，而双反星形为两组三相半波并联并联，且后者，且后者需用平衡电抗器。需用平衡电抗器。当当U2相等时，双反星形的相等时，双反星形的Ud是三相桥的是三相桥的1/2，而，而Id是三相半波电路是三相半波电路的的2倍。倍。两种电路中，晶闸管的导通及触发脉冲的分配关系一样，两种电路中，晶闸管的导通及触发脉冲的分配关系一样，ud和和id的的波形形状一样波形形状一样。第18页，本讲稿共69页3.6.1带平衡电抗器的双反星形可控整流电路带平衡电抗器的双反星形可控整流电路双反星形电路中如不接平衡电抗器，即成为双反星形电路中如不接平衡电抗器，即成为六相半波整

18、流电六相半波整流电路路：只只能能有有一一个个晶晶闸闸管管导导电电，其其余余五五管管均均阻阻断断，每每管管最最大大导导通通角为角为60o，平均电流为，平均电流为Id/6。当当=0o时时，Ud为为1.35U2，比比三三相相半半波波时时的的1.17U2略略大大些。些。因晶闸管导电时间短，变压器利用率低，极少采用。因晶闸管导电时间短，变压器利用率低，极少采用。平衡电抗器的作用：平衡电抗器的作用：使得两组三相半波整流电路同时导电。使得两组三相半波整流电路同时导电。第19页，本讲稿共69页3.6.2 多重化整流电路多重化整流电路概述概述：整整流流装装置置功功率率进进一一步步加加大大时时，所所产产生生的的谐

19、谐波波、无无功功功功率率等等对对电电网网的的干干扰扰也也随随之之加加大大，为为减减轻轻干干扰扰，可可采用采用多重化整流电路。多重化整流电路。原理：原理：按照一定的规律将两个或更多的相同结构的按照一定的规律将两个或更多的相同结构的整流电路整流电路 进行组合得到。进行组合得到。第20页，本讲稿共69页3.6.2 多重化整流电路多重化整流电路1)移相多重联结移相多重联结图图3-40 并联多重联结的并联多重联结的12脉波整脉波整流电路流电路有有并联多重联结并联多重联结和和串联多重串联多重联结。联结。可减少输入电流谐波，减小可减少输入电流谐波，减小输出电压中的谐波并提高纹输出电压中的谐波并提高纹波频率，

20、因而可减小平波电波频率，因而可减小平波电抗器。抗器。使用使用平衡电抗器平衡电抗器来平衡来平衡2组组整流器的电流。整流器的电流。2个三相桥并联而成的个三相桥并联而成的12脉波脉波整流电路整流电路。第21页，本讲稿共69页3.6.2 多重化整流电路多重化整流电路移相移相30 构成的串联构成的串联2重联结电路重联结电路图图3-41 移相移相30 串联串联2重联结电路重联结电路 图图3-42 移相移相30 串联串联2重联结电路电重联结电路电流波形流波形整流变压器二次绕组分别采用星形和三角形接法构成相位相差整流变压器二次绕组分别采用星形和三角形接法构成相位相差30、大小相等、大小相等的两组电压。的两组电

21、压。该电路为该电路为12脉波整流电路。脉波整流电路。星形星形三角形三角形0a)b)c)d)ia1Id180360ia2iab2iAIdiab2 t t t t000Id2333Id33IdId323(1+(1+)Id323(1+(1+)Id33Id13第22页，本讲稿共69页3.6.2 多重化整流电路多重化整流电路利利用用变变压压器器二二次次绕绕阻阻接接法法的的不不同同，互互相相错错开开20，可可将将三组桥构成三组桥构成串联串联3重联结电路重联结电路：整流变压器采用星形三角形组合无法移相整流变压器采用星形三角形组合无法移相20，需采用，需采用曲折接法曲折接法。整整流流电电压压ud在在每每个个电

22、电源源周周期期内内脉脉动动18次次，故故此此电电路路为为18脉脉波波整整流流电电路路。交交流流侧侧输输入入电电流流谐谐波波更更少少，为为18k1次次（k=1,2,3），ud的的脉脉动动也也更更小。小。输入位移因数和功率因数分别为：输入位移因数和功率因数分别为：cos 1 1=cos =0.9949cos 第23页，本讲稿共69页3.6.2 多重化整流电路多重化整流电路将将整整流流变变压压器器的的二二次次绕绕组组移移相相15，可可构构成成串串联联4重重联联结结电路电路：为为24脉波整流电路脉波整流电路。其交流侧输入电流谐波次为其交流侧输入电流谐波次为24k1，k=1，2，3。输入位移因数功率因数

23、分别为：输入位移因数功率因数分别为：cos 1 1=cos =0.9971cos 采采用用多多重重联联结结的的方方法法并并不不能能提提高高位位移移因因数数，但但可可使使输输入入电电流流谐谐波波大大幅幅减减小小，从从而而也也可可以以在在一一定定程程度度上上提提高高功功率率因数。因数。第24页，本讲稿共69页3.6.2 多重化整流电路多重化整流电路2)多重联结电路的顺序控制多重联结电路的顺序控制只只对对一一个个桥桥的的 角角进进行行控控制制，其其余余各各桥桥的的工工作作状状态态则则根根据据需需要输出的整流电压而定。要输出的整流电压而定。或者不工作而使该桥输出直流电压为零。或者不工作而使该桥输出直流

24、电压为零。或者或者 =0而使该桥输出电压最大。而使该桥输出电压最大。根根据据所所需需总总直直流流输输出出电电压压从从低低到到高高的的变变化化，按按顺顺序序依依次次对对各各桥进行控制，因而被称为桥进行控制，因而被称为顺序控制顺序控制。不能降低输入电流谐波，但是不能降低输入电流谐波，但是总功率因数可以提高总功率因数可以提高。我国电气机车的整流器大多为这种方式。我国电气机车的整流器大多为这种方式。第25页，本讲稿共69页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3.7.1 逆变的概念逆变的概念3.7.2 三相桥整流电路的有源逆变工作状态三相桥整流电路的有源逆变工作状态3.7.3 逆

25、变失败与最小逆变角的限制逆变失败与最小逆变角的限制第26页，本讲稿共69页3.7.1 逆变的概念逆变的概念1)什么是逆变？为什么要逆变？什么是逆变？为什么要逆变？逆逆变变（Invertion）把把直直流流电电转转变变成成交交流流电电，整整流流的的逆过程逆过程。逆变电路逆变电路把直流电逆变成交流电的电路。把直流电逆变成交流电的电路。有源逆变电路有源逆变电路交流侧和电网连结。交流侧和电网连结。应应用用：交交流流绕绕线线转转子子异异步步电电动动机机串串级级调调速速、可可再再生生能能源源发发电电以以及高压直流输电等。及高压直流输电等。无无源源逆逆变变电电路路变变流流电电路路的的交交流流侧侧不不与与电电

26、网网联联接接，而直接接到负载而直接接到负载。对对于于可可控控整整流流电电路路，满满足足一一定定条条件件就就可可工工作作于于有有源源逆逆变变，其电路形式未变，只是电路工作条件转变。其电路形式未变，只是电路工作条件转变。既工作在整流状态又工作在逆变状态，称为既工作在整流状态又工作在逆变状态，称为变流电路变流电路。第27页，本讲稿共69页3.7.1 逆变的概念逆变的概念2)直流发电机直流发电机电动机系统电能的流转电动机系统电能的流转图图3-44直流发电机直流发电机电动机之间电能的流转电动机之间电能的流转a）两电动势同极性）两电动势同极性EG EMb）两电动势同极性）两电动势同极性EMEG c）两电动

27、势反极性，形成短路）两电动势反极性，形成短路电路过程分析。电路过程分析。两个电动势同极性相接时，电流总是从电动势高的流向低两个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。的，回路电阻小，可在两个电动势间交换很大的功率。第28页，本讲稿共69页3.7.1 逆变的概念逆变的概念3)逆变产生的条件逆变产生的条件单相全波电路代替上述发电机单相全波电路代替上述发电机图图3-45 单相全波电路的整流和逆变单相全波电路的整流和逆变交流交流电网电网输出输出电功电功率率电动电动机输机输出电出电功率功率a)b)u10udu20u10 OO t tIdidUdEMu

28、10udu20u10OO t tIdidUd /2，使，使Ud为为负值负值。半半控控桥桥或或有有续续流流二二极极管管的的电电路路，因因其其整整流流电电压压ud不不能能出出现现负负值值，也也不不允允许许直直流流侧侧出出现现负负极极性性的的电电动动势势，故故不不能能实现有源逆变实现有源逆变。欲实现有源逆变，只能采用欲实现有源逆变，只能采用全控全控电路。电路。第30页，本讲稿共69页3.7.1 逆变的概念逆变的概念逆变和整流的区别：逆变和整流的区别：控制角控制角 不同不同 0 /2 时，电路工作在时，电路工作在整流整流状态。状态。/2 /2时的控制角用时的控制角用-=b b表示，表示，b b 称为逆

29、变角称为逆变角。逆逆变变角角b b和和控控制制角角 的的计计量量方方向向相相反反，其其大大小小自自b b=0的的起起始始点点向左方向左方计量。计量。第31页，本讲稿共69页3.7.2三相半波整流电路的有源逆变工作状态三相半波整流电路的有源逆变工作状态电电动动机机电电动动势势E的的极极性性符符合合有有源源逆逆变变的的条条件件，晶晶闸闸管管VT1、VT3、VT5的的控控制制角角必必须须大大于于90，即即 90，当当EUd时，电路可工作在有源逆变状态。时，电路可工作在有源逆变状态。第32页，本讲稿共69页3.7.2三相半波整流电路的有源逆变工作状态三相半波整流电路的有源逆变工作状态v以以30为例分析

30、其工作过程。为例分析其工作过程。v当当30时，给时，给VT1触发脉冲，触发脉冲，此时此时U相电压相电压UA0，但是整个电路，但是整个电路中，中，VT1晶闸管承受正向电压晶闸管承受正向电压E，满足晶闸管导通条件，满足晶闸管导通条件，VT1导通。导通。+-第33页，本讲稿共69页3.7.2三相半波整流电路的有源逆变工作状态三相半波整流电路的有源逆变工作状态v逆逆变变时时晶晶闸闸管管两两端端电电压压波波形形的的画画法法与与整整流流时时一一样样。在在一一个个周周期期内内导导通通120，由由波波形形可可见见，逆逆变变时时总总是是正正面面积积大大于于负负面面积积，当当=0时时正正面面积积最最大大；而而整整

31、流流时时晶晶闸闸管管两两端端的的电电压压波波形形总总是是负负面面积积大大于于正正面面积积；只只有有当当=时，正负面积才相等。时，正负面积才相等。v晶晶闸闸管管可可能能承承受受的的最最大大正正反反向向电电压压也为也为 。第34页，本讲稿共69页3.7.2三相半波整流电路的有源逆变工作状态三相半波整流电路的有源逆变工作状态v变流器输出的直流电压为变流器输出的直流电压为Ud=Udocos=-Udocos=-1.17U2cos 输出直流电流平均值的计算公式为输出直流电流平均值的计算公式为 v式中式中 R回路的总电阻。回路的总电阻。第35页，本讲稿共69页3.7.3三相桥整流电路的有源逆变工作状态三相桥

32、整流电路的有源逆变工作状态右图为三相全控桥带电动机右图为三相全控桥带电动机负载的电路，当负载的电路，当 90时，时，电路工作在整流状态；当电路工作在整流状态；当 90时，电路工作在逆变状态。时，电路工作在逆变状态。晶闸管的控制过程与三相全控桥晶闸管的控制过程与三相全控桥整流电路原理相同。整流电路原理相同。第36页，本讲稿共69页3.7.3三相桥整流电路的有源逆变工作状态三相桥整流电路的有源逆变工作状态三相桥式电路工作于有源逆变状态，不同逆变角时的输出电压三相桥式电路工作于有源逆变状态，不同逆变角时的输出电压波形如图波形如图3-46所示。所示。图图3-46 三相桥式整流电路工作于有源逆变状态时的

33、电压波形三相桥式整流电路工作于有源逆变状态时的电压波形uabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbuabuacubcuaubucuaubucuaubucuaubu2ud tO tOb b=4b b=3b b=6b b=4b b=3b b=6 t1 t3 t2第37页，本讲稿共69页3.7.3三相桥整流电路的有源逆变工作状态三相桥整流电路的有源逆变工作状态有源逆变状态时各电量的计算有源逆变状态时各电量的计算：输出直流电流的平均值亦可用整流的公式，输出直流电流的平均值亦可用整流的公式，即即（3-105）每个晶闸管导通每个晶闸管导通2/

34、3，故流过晶闸管的电流有效值为：，故流过晶闸管的电流有效值为：（3-106）第38页，本讲稿共69页3.7.2三相桥整流电路的有源逆变工作状态三相桥整流电路的有源逆变工作状态从交流电源送到直流侧负载的有功功率为：从交流电源送到直流侧负载的有功功率为：（3-107）当逆变工作时，由于当逆变工作时，由于EM为负值，故为负值，故Pd一般为负值一般为负值.（3-108）在三相桥式电路中，变压器二次侧线电流的有效值为：在三相桥式电路中，变压器二次侧线电流的有效值为：变压器副边容量为：变压器副边容量为：S2=S2=第39页，本讲稿共69页3.7.3 逆变失败与最小逆变角的限制逆变失败与最小逆变角的限制逆变

35、失败逆变失败（逆变颠覆）（逆变颠覆）逆变时，一旦换相失败，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外接直流电源就会通过晶闸管电路短路，路，或使变流器的输出平均电压和直流电动势变成或使变流器的输出平均电压和直流电动势变成顺向串联顺向串联，形成很大形成很大短路电流短路电流。第40页，本讲稿共69页3.7.3 逆变失败与最小逆变角的限制逆变失败与最小逆变角的限制触发电路工作不可靠，不能适时、准确地给各晶闸管分配脉冲，如脉冲丢失、脉冲延时等，致使晶闸管不能正常换相。晶闸管发生故障，该断时不断，或该通时不通。交流电源缺相或突然消失。换相的裕量角不足，引起换相失败。1)逆变失败的原因逆变失败

36、的原因第41页，本讲稿共69页3.7.3 逆变失败与最小逆变角的限制逆变失败与最小逆变角的限制换相重叠角的影响：换相重叠角的影响：图图3-47 交流侧电抗对逆变换相过程的影响交流侧电抗对逆变换相过程的影响当当b b 时，换相结束时，晶闸时，换相结束时，晶闸管能承受反压而关断。管能承受反压而关断。如果如果b b 时（时（从图从图3-47右下角的波形中可清楚地看到），该通的晶闸右下角的波形中可清楚地看到），该通的晶闸管（管（VT1）会关断，而应关断的晶闸管（）会关断，而应关断的晶闸管（VT3)不能关断，最终导致逆不能关断，最终导致逆变失败。变失败。udOOid t tuaubucuaubpb b

37、b b iVT1iVTiVT3iVTiVT322第42页，本讲稿共69页3.7.3 逆变失败与最小逆变角的限制逆变失败与最小逆变角的限制2)确定最小逆变角确定最小逆变角b bmin的依据的依据逆变时允许采用的最小逆变角逆变时允许采用的最小逆变角b b 应等于应等于b bmin=d d+q q （3-109）d d 晶闸管的关断时间晶闸管的关断时间tq折合的电角度折合的电角度 换相重叠角换相重叠角q q安全裕量角安全裕量角tq大的可达大的可达200300 s，折算到电角度约，折算到电角度约4 5。随直流平均电流和换相电抗的增加而增大。随直流平均电流和换相电抗的增加而增大。主要针对主要针对脉冲不对

38、称程度（一般可达脉冲不对称程度（一般可达5）。）。值约取为值约取为10。第43页，本讲稿共69页3.7.3 逆变失败与最小逆变角的限制逆变失败与最小逆变角的限制 换相重叠角的确定：换相重叠角的确定：1)查阅有关手册查阅有关手册 整流电压整流电流变压器容量短路电压比Uk%g220V800A240kV。A5%15202)参照整流时参照整流时 的计算方法的计算方法（3-110）（3-111）根据逆变工作时根据逆变工作时 ，并设，并设 ，上式可改写成，上式可改写成这样，这样，b bmin一般取一般取30 35。第44页，本讲稿共69页3.8 整流电路相位控制的实现整流电路相位控制的实现3.8.1 同步

39、信号为锯齿波的触发电路同步信号为锯齿波的触发电路3.8.2 集成触发器集成触发器3.8.3 触发电路的定相触发电路的定相第45页，本讲稿共69页3.8整流电路相位控制的实现：整流电路相位控制的实现：引言引言相位控制：相位控制：晶晶闸闸管管可可控控整整流流电电路路，通通过过控控制制触触发发角角 的的大大小小，即即控控制制触触发脉冲起始相位来控制输出电压大小。发脉冲起始相位来控制输出电压大小。相控电路的驱动控制相控电路的驱动控制为为保保证证相相控控电电路路正正常常工工作作，很很重重要要的的是是应应保保证证按按触触发发角角 的的大大小小在在正正确确的的时时刻刻向向电电路路中中的的晶晶闸闸管管施施加加

40、有有效效的的触触发发脉冲。脉冲。大大、中中功功率率的的变变流流器器广广泛泛应应用用的的是是晶晶体体管管触触发发电电路路，其其中中以以同步信号为锯齿波的触发电路同步信号为锯齿波的触发电路应用最多。应用最多。第46页，本讲稿共69页同步信号为锯齿波的触发电路结构电网电压电网电压同步环节同步环节锯齿波形成锯齿波形成脉冲形成脉冲形成双窄脉冲双窄脉冲放大放大控制信号控制信号3.8.1 同步信号为锯齿波的触发电路同步信号为锯齿波的触发电路第47页，本讲稿共69页3.8.1 同步信号为锯齿波的触发电路输输出出可可为为双双窄窄脉脉冲冲（适适用用于于有有两两个个晶晶闸闸管管同同时时导导通通的的电路），也可为单窄

41、脉冲。电路），也可为单窄脉冲。三三个个基基本本环环节节：脉脉冲冲的的形形成成与与放放大大、锯锯齿齿波波的的形形成成和和脉脉冲移相、同步环节。冲移相、同步环节。此外，还有强触发和双窄脉冲形成环节。此外，还有强触发和双窄脉冲形成环节。图图3-50同步信号为锯齿波的触发电路同步信号为锯齿波的触发电路第48页，本讲稿共69页3.8.1 同步信号为锯齿波的触发电路同步信号为锯齿波的触发电路1)1)脉冲形成环节脉冲形成环节V4、V5 脉冲形成脉冲形成V7、V8 脉冲放大脉冲放大控制电压控制电压uco加在加在V4基基极上极上脉冲前沿由脉冲前沿由V4导通时刻导通时刻确定，脉冲宽度与反向确定，脉冲宽度与反向充电

42、回路时间常数充电回路时间常数R11C3有关。有关。电路的触发脉冲由脉冲变压器电路的触发脉冲由脉冲变压器TP二次侧输出，其一次绕组接在二次侧输出，其一次绕组接在V8集电集电极电路中。极电路中。第49页，本讲稿共69页3.8.1 同步信号为锯齿波的触发电路同步信号为锯齿波的触发电路锯齿波电压形成采用恒流源电路。锯齿波电压形成采用恒流源电路。恒流源电路方案，由恒流源电路方案，由V1、V2、V3和和C2等元件组成等元件组成V1、VS、RP2和和R3为一恒流源电路为一恒流源电路图图3-50 同步信号为锯齿波同步信号为锯齿波的触发电路的触发电路2)2)锯齿波的形成和脉冲移相环节锯齿波的形成和脉冲移相环节第

43、50页，本讲稿共69页3.8.1 同步信号为锯齿波的触发电路锯齿波的形成和脉冲移相锯齿波的形成和脉冲移相环节环节 锯齿波电压形成的方锯齿波电压形成的方案较多，如采用案较多，如采用自举式电自举式电路路、恒流源电路恒流源电路等，本电等，本电路采用恒流源电路。路采用恒流源电路。恒流源电路方案由恒流源电路方案由V1、V2、V3和和C2等元件组成，其等元件组成，其中中V1、VS、RP2和和R3为一为一恒流源电路恒流源电路图图3-50 同步信号为锯齿波的同步信号为锯齿波的触发电路触发电路第51页，本讲稿共69页3.8.1 同步信号为锯齿波的触发电路锯齿波是由开关锯齿波是由开关V2管来管来控制的控制的V2开

44、关的频率就是开关的频率就是锯齿波的频率锯齿波的频率由同由同步变压器所接的交流电压步变压器所接的交流电压决定。决定。V2由导通变截止期间由导通变截止期间产生锯齿波产生锯齿波锯齿波锯齿波起点起点基本就是同步电压基本就是同步电压由正变负的过零点。由正变负的过零点。V2截止状态持续的时截止状态持续的时间就是间就是锯齿波的宽度锯齿波的宽度取决于充电时间常数取决于充电时间常数R1C1。图图3-50 同步信号为锯齿波的触同步信号为锯齿波的触发电路发电路第52页，本讲稿共69页3.8.1 同步信号为锯齿波的触发电路同步信号为锯齿波的触发电路3)同步环节同步环节同同步步要要求求触触发发脉脉冲冲的的频频率率与与主

45、主电电路路电电源源的的频频率率相相同同且且相相位关系确定。位关系确定。锯齿波是由开关锯齿波是由开关V2管来控制的。管来控制的。V2开开关关的的频频率率就就是是锯锯齿齿波波的的频频率率由由同同步步变变压压器器所所接接的的交交流流电电压压决决定。定。V2由由导导通通变变截截止止期期间间产产生生锯锯齿齿波波锯锯齿齿波波起起点点基基本本就就是是同同步步电电压压由由正变负的过零点。正变负的过零点。V2截截止止状状态态持持续续的的时时间间就就是是锯锯齿齿波波的的宽宽度度取取决决于于充充电电时时间间常常数数R1C1。第53页，本讲稿共69页3.8.1 同步信号为锯齿波的触发电路同步信号为锯齿波的触发电路4)

46、双窄脉冲形成环节双窄脉冲形成环节内双脉冲电路内双脉冲电路V5、V6构成构成“或或”门门当当V5、V6都导通时，都导通时，V7、V8都截止，没有脉冲输出。都截止，没有脉冲输出。只要只要V5、V6有一个截止，都会使有一个截止，都会使V7、V8导通，有脉冲输出。导通，有脉冲输出。第一个脉冲由本相触发单元的第一个脉冲由本相触发单元的uco对应的控制角对应的控制角 产生。产生。隔隔60 的的第第二二个个脉脉冲冲是是由由滞滞后后60 相相位位的的后后一一相相触触发发单单元元产产生生（通通过过V6）。）。第54页，本讲稿共69页3.8.1 同步信号为锯齿波的触发电路同步信号为锯齿波的触发电路在三相桥式全控整

47、流电路中，器件的导通次序为在三相桥式全控整流电路中，器件的导通次序为VTVT1 1-VT-VT2 2-VT-VT3 3-VT-VT4 4-VT-VT5 5-VT-VT6 6，彼此间隔，彼此间隔6060，相邻器件，相邻器件成成双接通双接通，所以某个器件导通的同时，触发单元需要，所以某个器件导通的同时，触发单元需要给前一个导通的器件补送一个脉冲。给前一个导通的器件补送一个脉冲。第55页，本讲稿共69页正弦波同步的触发电路正弦波同步的触发电路第56页，本讲稿共69页3.8.2 集成触发器集成触发器可靠性高，技术性能好，体积小，功耗低，调试方便。可靠性高，技术性能好，体积小，功耗低，调试方便。晶闸管触

48、发电路的集成化已逐渐普及，已逐步取代分立式电路。晶闸管触发电路的集成化已逐渐普及，已逐步取代分立式电路。图图3-52KJ004电路原理图电路原理图KJ004KJ004与分立元件的锯与分立元件的锯齿波移相触发电路相齿波移相触发电路相似似,分为同步、锯齿波分为同步、锯齿波形成、移相、脉冲形成、形成、移相、脉冲形成、脉冲分选及脉冲放大几脉冲分选及脉冲放大几个环节。个环节。第57页，本讲稿共69页3.8.2 集成触发器集成触发器完整的三相全控桥触发电路完整的三相全控桥触发电路 3个个KJ004集集成成块块和和1个个KJ041集集成成块块，可可形形成成六六路路双双脉脉冲冲，再再由由六六个个晶体管进行脉冲

49、放大即可。晶体管进行脉冲放大即可。图图3-53 三相全控桥整流电路的集成触发电路三相全控桥整流电路的集成触发电路 KJ041内内 部部是是由由12个个二二极极管管构构成成的的6个或门。个或门。第58页，本讲稿共69页3.8.2 集成触发器集成触发器模拟与数字触发电路模拟与数字触发电路以以上上触触发发电电路路为为模模拟拟的的，优优点点：结结构构简简单单、可可靠靠；缺缺点点：易易受受电电网网电电压压影影响响，触触发发脉脉冲冲不不对对称称度度较较高高，可达可达3 4，精度低。，精度低。数数字字触触发发电电路路：脉脉冲冲对对称称度度很很好好，如如基基于于8位位单单片片机机的数字触发器精度可达的数字触发

50、器精度可达0.7 1.5。第59页，本讲稿共69页3.8.3 触发电路的定相触发电路的定相 触触发发电电路路的的定定相相触触发发电电路路应应保保证证每每个个晶晶闸闸管管触触发发脉脉冲冲与与施加于晶闸管的交流电压保持固定、正确的相位关系。施加于晶闸管的交流电压保持固定、正确的相位关系。措施：措施：同步变压器原边接入为主电路供电的电网，保证频率一致。同步变压器原边接入为主电路供电的电网，保证频率一致。触发电路定相的关键是确定同步信号与晶闸管阳极电压的关系。触发电路定相的关键是确定同步信号与晶闸管阳极电压的关系。图图3-54 三相全控桥中同步电压与主电路电压关系示意图三相全控桥中同步电压与主电路电压