相可控整流逆变.ppt

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1、第三章第三章第二节第二节三相可控整流电路三相可控整流电路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三相半波可控整流电路n1.电阻负载电阻负载n(1)电路电路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)工作原理工作原理:n=0时的工作原理分析时的工作原理分析(波形图波形图=00）n假设将电路中的晶闸管换作二极管.n一周期中，一周期中，n在t1t2期间，VD1导通，Ud=Uan在t2t3期间，VD2导通，Ud=Ubn在t3t4期间，VD3导通，Ud=U

2、c3.2.1三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。3.2

3、.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12003.2.1三相半波可控整流电路n(3)输出电压电流输出电压电流:n 300时，负载电流连续，有n当=0时，Ud最大，为n300时，负载电流断续，晶闸管导通角减小，此时有：n因此：电阻负载时因此：电阻负载时,的变化范围的变化范围:001500n3.2.1三相半波可控整流电路n负载电流平均值为负载电流平均值为nnn晶闸管中的电流晶闸管中的电流:n晶闸管承受的最大反向电压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n2.阻感负载阻感负载n特点：阻感负载，当

4、L值很大时，id波形基本平直n(1)工作原理工作原理: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）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3.2.1三相半波可控整流电路nu2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)输出电压电流输出电压电流:n输出电压n积分区间应为积分区间应为/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=In3.2.1三相

5、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:n3.2.1三相半波可控整流电路n晶闸管的额定电流为：nid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。3.2.2三相全控桥整流电路n二、三相桥式全控整流电路二、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、23.2.2三相全控桥整流

6、电路n1.带电阻负载时的工作情况带电阻负载时的工作情况n=00时的情况时的情况(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时工作情况时工作情况n3.2.2三相全控桥整流电路n=300时的工作情况时的工作情况=600时工作情况时工作情况n3.2.2三相全控桥整流电路n=300时的工作情况时的工作情况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

7、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时工作情况时工作情况，（图（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小结小结n当a600时，ud波形均连续，n对于电阻负载，nid波形与ud波

8、形形状一样，也连续。n当a600时，ud波形每n600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。3.2.2三相全控桥整流电路n2阻感负载时的工作情况阻感负载时的工作情况na600时（图（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nUd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。3.2.2三相全控桥整流电路na600时（图时（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

9、角移相角移相n范围为范围为9003.2.2三相全控桥整流电路n3参数计算参数计算:n(1)电阻性负载电阻性负载:n00600时:n波形连续:波形每隔60为一周期n 600 1200时时:3.2.2三相全控桥整流电路n当=2/3时,Ud=0n所以：001200n(2)电感性负载电感性负载:波形总是连续的n输出电压：n移相范围:00900n电流：晶闸管的电流与三相半波时一样n平均值n有效值：n3.2.2三相全控桥整流电路n只要电流连续,每只管子每次导通1200。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、

10、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。n3.2.2三相全控桥整流电路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

11、，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与与VT4，VT3与与VT6，VT5与与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。3.3晶闸管触发电路n Ud 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

12、管触发电路要求一、对晶闸管触发电路要求n1、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；n2、足够宽度，前沿陡峭（准确触发）；n3、不触发时，触发电路残压要小；n4、触发脉冲必须与晶闸管阳极电压同步同步，移相范围满足主电路要求。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单结晶体管触发电路、晶体管触发电路、集成触集成触发电路发电路、数字触发电路等。n三、单结晶体管触发电路单结晶体管触发电路n中小容量可控电路多应用；

13、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。n1、单结晶体管：一个单结晶体管：一个PN结，结，b1、b2双基极双基极双基极二极管双基极二极管ne、b1、b2三个极三个极nb1、b2：215K；e、b2正向电阻小；正向电阻小；e、b1正向电阻大。正向电阻大。3.3晶闸管触发电路n分压比：=Rb1/(Rb1+Rb2);nUp:峰点电压；Uv:谷点电压（维持单结晶体管导通的最小电压）；nIe Ue：负阻特性；n工作特性三区：截止区、负阻区、饱和区nUeUp时，单结晶体管导通；nUeUv（且Ie Iv）时，单结晶体管截止。n2、单结晶体管触发电路及波形n

14、(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n3、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，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、集成触发电路四、集成触发电路三相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。nIC集成触发电路体积小、可靠性高、抗扰强

15、。n1、KC04集成触发电路16脚双列直插式；n1脚（正相脉冲输出）、15脚输出（负相脉冲输出）；n8脚接同步电压US（USA或USB或USC）；n16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。3.3晶闸管触发电路n2、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n3、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nKC41CKC41C：将三只将三只KC04KC04输出

16、的输出的六个单脉冲（相位互差六个单脉冲（相位互差6060度）度）n六路双脉冲（彼此互差六路双脉冲（彼此互差6060度）度）n五、其它五、其它ICIC触发：触发：TC787TC787；n数字触发电路数字触发电路3.3晶闸管触发电路nUcA/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，第四章逆变电路4.1有源逆变电路n一、逆变的概念一、逆变的概念n1.什么是逆变？为什么要逆变？什么是逆变？为什么要逆变？n逆变（逆变（invertion）把直流电转变成交流电。n逆变电路逆变电路把直流电

17、逆变成交流电的电路n变变流流电电路路-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有有源源逆逆变变电电路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4.1有源逆变电路n2.直流发电机直流发电机电动机系统电能的传递电动机系统电能的传递na）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）两电动势反极性，形成短路两电动势反极性，形成短路4.1有源逆变电路n图aM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，EM

18、EG，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。n3.逆变产生的条件逆变产生的条件4.1有源逆变电路n单相全波电路代替上述发电机n图aM电动电动运行，全波电路工作在整流状态整流状态，在0/2间，Ud为正值，并且UdEM，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。4.1有源逆变电路n图bM回馈制动回馈制动，由于晶闸管的单向导电性，Id方向不变方向不变，欲改变电能的输送方向，只能改变改变EM极性极性。为了防止两电动

19、势顺向串联，Ud极性也必须反极性也必须反过来，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。nUd可通过改变来进行调节，逆变状态时Ud为负值为负值，逆变时在/2间变化。n产生逆变的条件有二：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。4.1有源逆变电路n二、三相有源逆变电

20、路二、三相有源逆变电路n(一)三相半波有源逆变电路:n要求要求:/2或 p p/2时的控制角用p p a a=b b表示，b b 称为逆逆变变角角。而逆变角b b 和控制角a 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。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

21、流电路的有源逆变工作状态（二）三相桥整流电路的有源逆变工作状态n逆变和整流的区别逆变和整流的区别：控制角不同。n0 p p/2时，电路工作在整流状态。p p/2 p p 时，电路工作在逆变状态。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。n4.1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 p/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。