《电力电子技术》课件模块二——项目4.ppt

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1、 电力电子技术电力电子技术2010年6月长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系项目四 三相可控整流电源主电路【学习目标学习目标】掌握三相半波和三相全控桥式整流电路的工作原理，能进行波形分析。能根据整流电路形式及元件参数进行输出电压、电流等参数的计算和元器件选择。熟悉整流电路的保护方法。了解同步的概念及实现同步的方法熟悉有源逆变的工作原理和典型的有源逆变电路。长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系一、项目分析一、项目分析对输出容量较大、输出脉动要求较下的三相可控整流电源主电路多采用三相桥式整流电路。三相整流电路的形式有三相半波、三相桥式

2、全控、三相桥式半控、双反星形电路及适合于较大功率应用的12相整流电路等。为什么三相可控整流电路能适用于容量较大、要求输出电压脉动较小、对控制的快速性有要求的场合？这些三相可控整流电路是如何工作的？三相半波可控整流电路是最基本的多相整流电路形式，其他类型的电路可视为三相半波整流电路以不同方式串联或并联而成。本项目重点介绍三相半波整流电路和三相全控桥氏整流电路。长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系二、相关知识二、相关知识（一）三相半波可控整流电路（一）三相半波可控整流电路1电阻性负载电阻性负载三相半波可控整流电路如图2-17所示。Tr为三相整流变压器，晶闸管VT1、

3、VT3、VT5的阳极分别与变压器的U、V、W三相相连，三只晶闸管的阴极接在一起经负载电阻Rd与变压器的中性线相连，它们组成共阴极接法电路。长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系u工作原理长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系结论：结论：t1、t3、t5时刻所对应的1、3、5三个点，称为自然换相点，分别是三只晶闸管轮换导通的起始点。自然换相点也是各相所接晶闸管可能被触发导通的最早时刻，在此之前由于晶闸管承受反向电压，不能导通，因此把自然换相点作为计算触发延迟角的起点，即

4、该点时=0，对应于t=30。长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系 电阻性负载=0时波形 其他控制角的波形分析：点击链接其他控制角的波形分析：点击链接长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系u基本物理量计算长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系2大电感负载大电感负载u工作原理 长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系u基本物理量计算基本物理量计算长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系3大电感负载接续流二极管大电感负载接续流二极管u工作原理工作原理长沙

5、民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系u基本物理量计算长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系5共阳极的三相半波可控整流电路共阳极的三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路，除了上面介绍的共阴极接法外，还有一种是把三只晶闸管的阳极连接在一起，而三个阴极分别接到三相交流电源上(如图2-25所示)，这种接法称为共阳极接法。长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系共阳极接法电路与共阴极接法电路一样，它们都是在晶闸管阳极电位高于阴极电位时才能被触发导通。由于共阳极接法，VT2、VT4和VT6的阴极分别接在三相交流电源Uu

6、、Uv、Uw上，因此只能在电源相电压负半周时工作。显然，共阳极接法的三只晶闸管VT2，VT4和VT6的自然换相点分别为图2-25中的2、4及6点。图2-25所示为=30时，共阳极接法的三相半波可控整流电路的电压与电流波形，在t1时刻W相电压最负，晶闸管VT2被触发导通，输出整流电压ud为-uw。到t2、t3时刻VT4，和VT6管分别被触发导通，负载电压依次为uu、uv。长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系（二）三相桥式全控整流电路（二）三相桥式全控整流电路 u工作原理（点击链接）工作原理（点击链接）三相桥式全控整流电路是由一组共阴极接法和另一组共阳极接法的三相半

7、波可控整流电路串联而成。共阴组VT1、VT3，和VT5在正半周导电，流经变压器的电流为正向电流；共阳组VT4、VT6和VT2在负半周导电，流经变压器的电流为反向电流。变压器每相绕组在正、负半周都有电流流过，因此，变压器绕组中没有直流磁通势，同时也提高了变压器绕组的利用率。长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系u基本物理量计算基本物理量计算电阻性负载电阻性负载长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系电感性负载电感性负载长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系3对触发脉冲的要求对触发脉冲的要求为了保证整流桥在任何

8、时刻共阴极组和共阳极组各有一只晶闸管同时导通，必须对应该导通的一对晶闸管同时给出触发脉冲，为此可用以单宽脉冲或双窄脉冲两种触发方式。如图：长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系（三）触发电路与主电路电压的同步（三）触发电路与主电路电压的同步同步的定义同步的定义前面分析可知，触发脉冲必须在管子阳极电压为正时的某一区间内出现，晶闸管才能被触发导通，而在锯齿波移相触发电路中，送出脉冲的时刻是由接到触发电路不同相位的同步电压us来定位，由控制与偏移电压大小来决定移相。因此必须根据被触发晶闸管的阳极电压相位，正确供给触发电路特定相位的同步电压，才能使触发电路分别在各晶闸管需

9、要触发脉冲的时刻输出脉冲。这种正确选择同步信号电压相位以及得到不同相位同步信号电压的方法，称为晶闸管装置的同步或定相。长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系触发电路同步电压的确定触发电路同步电压的确定触发电路同步电压的确定包括两方面内容：（1）根据晶闸管主电路的结构、所带负载的性质及采用的触发电路的形式，确定出该触发电路能够满足移相要求的同步电压与晶闸管阳极电压的相位关系。（2）用三相同步变压器的不同连接方式或再配合阻容移相得到上述确定的同步电压。长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系3实现同步的方法实现同步的方法实现同步的方法步骤如

10、下（1）根据主电路的结构、负载的性质及触发电路的型式与脉冲移相范围的要求，确定该触发电路的同步电压us与对应晶闸管阳极电压uu之间的相位关系。（2）根据整流变压器TR的接法，以定位某线电压作参考矢量，画出整流变压器二次电压也就是晶闸管阳极电压的矢量，再根据步骤确定的同步电压us与晶闸管阳极电压uu的相位关系，画出电源的同步相电压和同步线电压矢量。（3）根据同步变压器二次线电压矢量位置，定出同步变压器TS的钟点数的接法，然后确定出usu、usv、usw分别接到VT1、VT3、VT5管触发电路输入端；确定出us(-u)、us(-v)、us(-w)分别接到VT4、VT6、VT2管触发电路的输入端，这

11、样就保证了触发电路与主电路的同步。长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系4同步举例同步举例例例2-2 三相全控桥整流电路，直流电动机负载，不要求可逆运转，整流变压器TR为D，y1接线组别，触发电路采用本书锯齿波同步的触发电路，考虑锯齿波起始段的非线性，故留出60度余量。试按简化相量图的方法来确定同步变压器的接线组别及变压器绕组联结法。解 以VT1管的阳极电压与相应的1CF触发电路的同步电压定相为例。1）根据题意，要求同步电压us相位应滞后阳极电压uu180。2）根据相量图，同步变压器接线组别应为Dyn7,Dyn1。3）根据已求得同步变压器结线组别，就可以画出变压器

12、绕组的结线组别，再将同步电压分别接到相应触发电路的同步电压接线端，即能保证触发脉冲与主电路的同步 长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系（四）整流电路的保护（四）整流电路的保护 1过电压保护过电压保护过电压保护有交流侧保护、直流侧保护和器件保护。过电压保护设置如图所示。其中H属于器件保护，H左边设置的是交流侧保护、H右边设置的为直流侧保护。长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系（1）晶闸管的关断过电压及其保护）晶闸管的关断过电压及其保护u uT1T1VT1VT1由导由

13、导由导由导通关断通关断通关断通关断VT1VT1VT2VT2L L长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系（2）交流侧过电压保护）交流侧过电压保护 由于交流侧电路在接通或断开时感应出过电压，一般情况下，能量较大，常用的保护措施为1）阻容吸收保护电路，应用广泛，性能可靠，但正常运行时，电阻上消耗功率，引起电阻发热，且体积大，对于能量较大的过电压不能完全抑制。一次根据稳压管的稳压原理，目前较多采用非线性电阻吸收装置，常用的有硒堆与压敏电阻。2）硒堆就是成组串联的硒整流片。单相时用两组对接后再与电源并联，三相时用三组对接成Y形或用六组接成D形。3）压敏电阻是由氧化锌、氧化铋

14、等烧结而成，每一颗氧化锌晶粒外面裹着一层薄薄的氧化锌，构成象硅稳压管一样的半导体结构，具有正反向都很陡的稳压特性。长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系2过电流保护过电流保护晶闸管装置出现的元件误导通或击穿、可逆传动系统中产生环流、逆变失败以及传动装置生产机械过载及机械故障引起电机堵转等，都会导致流过整流元件的电流大大超过其正常管子电流，即产生所谓的过电流。I II I进线电抗限流进线电抗限流电流检测和过电流检测和过流继电器流继电器快速熔断器快速熔断器快速熔断器快速熔断器快速熔断器快速熔断器过流继电器过流继电器直流快速开关直流快速开关长沙民政职业技术学院电子信息工

15、程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系三、项目实施（一）三相半波整流电路及其调试（一）三相半波整流电路及其调试1认识三相半波整流电路 长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系2触发电路的调试1）打开总电源开关，操作“电源控制屏”上的“三相电网电压指示”开关，观察输入的三相电网电压是否平衡。2）将“电源控制屏”上“调速电源选择开关”拨至“直流调速”侧。3）用10芯的扁平电缆，将触发电路中的“三相同步信号输出”端和“三相同步信号输入”端相连,打开电源开关，拨动“触发脉冲指示”钮子开关，使“窄”的发光管亮。4）观察A、B、C三相的锯齿波，并调节A、B、C三相锯齿波斜率调节

16、电位器（在各观测孔左侧），使三相锯齿波斜率尽可能一致。5）将“给定”输出Uf直接与移相控制电压Uct相接，将给定开关S2拨到接地位置（即Uct=0），调节偏移电压电位器，用双踪示波器观察A相同步电压信号和“双脉冲观察孔”VT1的输出波形，使(注意此处的表示三相晶闸管电路中的移相角，它的是从自然换流点开始计算，前面实验中的单相晶闸管电路的移相角表示从同步信号过零点开始计算，两者存在相位差，前者比后者滞后)。长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系6）适当增加给定Uf的正电压输出，观测“脉冲观察孔”的波形，此时应观测到单窄脉冲和双窄脉冲。7）用8芯的扁平电缆，将面板上“

17、触发脉冲输出”和“触发脉冲输入”相连，使得触发脉冲加到正反桥功放的输入端。8）将面板上的Ulf端接地，用20芯的扁平电缆，将“正桥触发脉冲输出”端和“正桥触发脉冲输入”端相连，并将“正桥触发脉冲”的六个开关拨至“通”，观察正桥VT1VT6晶闸管门极和阴极之间的触发脉冲是否正常。长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系3三相半波整流电路的调试（1）电阻性负载时电路调试按图2-37接线，将电阻器放在最大阻值处，按下“启动”按钮，将“给定”从零开始，慢慢增加移相电压，使能从30到180范围内调节，用示波器观察并纪录三相电路中=30、60、90、120、150时整流输出电压

18、和晶闸管两端电压的波形，并记录相应的电源电压及的数值于下表2-3中。（2）电阻电感性负载时电路调试将700mH的电抗器与负载电阻R串联后接入主电路，观察不同移相角时、id的输出波形，记录相应的电源电压U2及Ud、值，记录于表2-4中。长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系4注意事项(1)调试时触发脉冲是从外部接入晶闸管的门极和阴极的，此时,应将所用晶闸管对应的正桥触发脉冲或反桥触发脉冲的开关拨向“断”的位置，并将及悬空，避免误触发。(2)整流电路与三相电源连接时，要注意相序，必须一一对应。（3）在主电路未接通时，首先要调试触发电路，只有触发电路工作正常后，才可以接

19、通主电路。在接通主电路前，必须先将控制电压调到零，且将负载电阻调到最大阻值处；接通主电路后，才可逐渐加大控制电压，避免过流。（4）要选择合适的负载电阻和电感，避免过流。在无法确定的情况下，应尽可能选用大的电阻值。长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系(5)由于晶闸管持续工作时，需要有一定的维持电流，故要使晶闸管主电路可靠工作，其通过的电流不能太小，否则可能会造成晶闸管时断时续，工作不可靠。调试时要保证晶闸管正常工作，负载电流必须大于50mA以上。(6)调试时要注意同步电压与触发相位的关系，在单结晶体管触发电路中，触发脉冲产生的位置是在同步电压的上半周，而在锯齿波触

20、发电路中，触发脉冲产生的位置是在同步电压的下半周，所以在主电路接线时应充分考虑到这个问题。(7)使用电抗器时要注意其通过的电流不要超过1A，保证线性。长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系（二）三相全控桥式整流电路及其调试（二）三相全控桥式整流电路及其调试1.认识三相全控桥式整流电路 长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系2三相全控桥式整流电路调试（1）触发电路调试同三相半波整流电路触发电路调试(2)三相桥式全控整流电路调试按图接线，将“给定”输出调到零(逆时针旋到底)，使电阻器放在最大阻值处，按下“启动”按钮，调节给定电位器，增加移

21、相电压，使角在30150范围内调节，同时，根据需要不断调整负载电阻R,使得负载电流保持在0.6A左右(注意不得超过0.65A)。用示波器观察并记录=30、60及90时的整流电压和晶闸管两端电压的波形，并记录相应的Ud数值于下表2-5中。长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系（三）项目实施标准（三）项目实施标准1三相半波整流电路及其调试 长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系2三相全控桥式整流电路及其调试长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系