《电力电子技术》第五版第3章整流电路正.ppt

《《电力电子技术》第五版第3章整流电路正.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《电力电子技术》第五版第3章整流电路正.ppt（67页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、1.1单相可控整流电路单相可控整流电路1.2三相可控整流电路三相可控整流电路1.3整流电路的谐波和功率因数整流电路的谐波和功率因数1.4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整流电路整流电路（Rectifier）是将交流电能变为直流电能供给直流用电设备。）是将交流电能变为直流电能供给直流用电设备。整流电路的分类整流电路的分类按组成的器件可分为按组成的器件可分为不可控不可控、半控半控、全控全控三种。三种。按电路结构可分为按电路结构可分为桥式桥式电路和电路和零式零式电路。电路。按交流输入相数分为按交流输入相数分为单相单相电路和电路和多相多相电路电路。按变压器二次侧电流的方向是单向或双

2、向，分为按变压器二次侧电流的方向是单向或双向，分为单拍单拍电路和电路和双拍双拍电路。电路。1.1单相可控单相可控整流电路整流电路1.1.1单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路1.1.2单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路1.1.3单相全波可控整流电路单相全波可控整流电路1.1.4单相桥式半控整流电路单相桥式半控整流电路1.1.1单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路重点注意：工作原理（波形分析）、定量计算、不同负载的影响。重点注意：工作原理（波形分析）、定量计算、不同负载的影响。交流侧接单相电源交流侧接单相电源,变压器变压器T起变换起变换电压和隔离电压和隔离的作用。的作用。1wwww

3、tTVTR0a)u1u2uVTudidwt1p2 ptttu2uguduVTaq0b)c)d)e)00一、电阻性负载一、电阻性负载1、工作原理及波形分析、工作原理及波形分析特点：电压与电流成正比，两者波形相同特点：电压与电流成正比，两者波形相同图图1-1单相半波可控整流电路及波形单相半波可控整流电路及波形2、几个重要的基本概念、几个重要的基本概念1）自然换相点：元件开始承受正向电压的）自然换相点：元件开始承受正向电压的时刻。时刻。2）控制角）控制角：从晶闸管开始承受正向阳极电：从晶闸管开始承受正向阳极电压起到施加触发脉冲止的电角度，也称触发压起到施加触发脉冲止的电角度，也称触发延迟角。延迟角。

4、3）导通角）导通角：晶闸管在一个电源周：晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度。期中处于通态的电角度。特点：特点：+=4）触发脉冲移相范围：）触发脉冲移相范围：ud从最大到从最大到0变化变化时，时，变化范围。变化范围。5）同步同步：脉冲与晶闸管的阳极电压在相位：脉冲与晶闸管的阳极电压在相位和频率的配合关系。和频率的配合关系。6）整流输出电压为平均值。）整流输出电压为平均值。23、基本数量关系、基本数量关系1)直流输出电压平均值、电流平均值直流输出电压平均值、电流平均值=0 Ud=0.45U2，=180 Ud=0 移相范围为移相范围为0 180 2)直流输出电压有效值直流输出电压有效值U、电流有

5、效值、电流有效值I3当当=0 说明谐波严重。说明谐波严重。3)功率因数与功率因数与 的关系的关系=0 cos=0.707，=180 cos=0说明：虽然是纯电阻负载，由于谐波的存在，即使说明：虽然是纯电阻负载，由于谐波的存在，即使=0，cos 1。二、阻感性负载二、阻感性负载1、工作原理及波形分析、工作原理及波形分析特点：特点：电感对电流变化有抗拒作用，使得流过电感的电流不能发生突变。电感对电流变化有抗拒作用，使得流过电感的电流不能发生突变。电感使电流波形平滑（滤波作用）。电感使电流波形平滑（滤波作用）。4uwttwwtwtw20wt1p2ptug0ud0id0uVT0qab)c)d)e)f)

6、+图图3-2带阻感负载的单相半波可控带阻感负载的单相半波可控整流电路及其波形整流电路及其波形晶闸管晶闸管VT处于断态处于断态,id=0，ud=0，uVT=u2在在 t1时刻，即触发角时刻，即触发角 处处 ud=u2。L的存在使的存在使id不不能突变，能突变，id从从0开始增加。开始增加。u2由正变负的过零点处，由正变负的过零点处，id已经处于减小的过程中，已经处于减小的过程中，但尚未降到零，因此但尚未降到零，因此VT仍处于通态仍处于通态。t25 t2时刻，电感能量释放完毕，时刻，电感能量释放完毕，id降至零，降至零，VT关关断并立即承受反压断并立即承受反压。由于电感的存在延迟了由于电感的存在延

7、迟了VT的关断时刻，使的关断时刻，使ud波形出现负的部分波形出现负的部分，与带电阻负，与带电阻负载时相比其平均值载时相比其平均值Ud下降下降。uwttwwtwtw20wt1p2ptug0ud0id0uVT0qab)c)d)e)f)+图图3-2带阻感负载的单相半波可控带阻感负载的单相半波可控整流电路及其波形整流电路及其波形 t2三、加接续流二极管，提高三、加接续流二极管，提高Ud1）在整流电路的负载两端并联一个二极）在整流电路的负载两端并联一个二极管，称为管，称为续流二极管续流二极管，用，用VDR表示。表示。2）VDR的工作情况的工作情况当当u2过零变负时，过零变负时，VDR导通，导通，ud为零

8、，此为零，此时为负的时为负的u2通过通过VDR向向VT施加反压使其施加反压使其关断。关断。a）6L储存的能量保证了电流储存的能量保证了电流id在在L-R-VDR回路回路中流通，中流通，此过程此过程通常称为通常称为续流续流。u2udiduVTiVTIdIdwt1wtwtwtwtwtwtOOOOOOp-ap+ab)c)d)e)f)g)iVDR图图3-4单相半波带阻单相半波带阻感负载有续流二极管感负载有续流二极管的电路及波形的电路及波形 加接加接VDR后，后，整流电压波形与整流电压波形与纯电阻负载时相同。纯电阻负载时相同。电流波形变电流波形变平，若平，若L足够大，足够大，id连续连续，且，且id波波

9、形接近形接近一条水平线一条水平线。3）整流电压和电流）整流电压和电流74）基本数量关系）基本数量关系流过晶闸管的电流平均值流过晶闸管的电流平均值IdT和有效值和有效值IT续流二极管的电流平均值续流二极管的电流平均值IdDR和有效值和有效值IDR其移相范围为其移相范围为0 180，其承受的，其承受的最大正反向电压最大正反向电压均为均为u2的峰值的峰值即即。续流二极管承受的电压为续流二极管承受的电压为-ud，其最大反向电压为，其最大反向电压为，亦为，亦为u2的的峰值。峰值。单相半波可控整流电路的特点：单相半波可控整流电路的特点：结构简单，输出电压低，脉动大，结构简单，输出电压低，脉动大，变压器二次

10、侧电流中含直流分量，造成变压器铁芯变压器二次侧电流中含直流分量，造成变压器铁芯直流磁化直流磁化。81.1.2单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路一、电阻性负载一、电阻性负载1、工作原理及波形分析、工作原理及波形分析在在u2为正半周，为正半周，VT1和和VT4经触发导通，电流经触发导通，电流id从从aVT1RVT4ba。在在u2为负半周，为负半周，VT2和和VT3经触发导通，电流经触发导通，电流id从从bVT3RVT2ab。a)9u(i)pwtwtwt000i2udidb)c)d)ddaauVT1,4图图3-5单相全控桥式单相全控桥式带电阻负载时的电路及波形带电阻负载时的电路及波形VT2和和

11、VT3的的=0处处为为 t=102、基本数量关系、基本数量关系晶闸管承受的最大晶闸管承受的最大正向电压正向电压反向电压反向电压整流电压平均值、电流平均值整流电压平均值、电流平均值=0 时，时，Ud=0.9U2。=180 时，时，Ud=0。角的角的移相范围移相范围为为0 180。11晶闸管电流平均值晶闸管电流平均值IdT、电流有效值、电流有效值IT负载电压有效值负载电压有效值U、电流有效值、电流有效值I=0，cos=1变压器二次侧电流有效值变压器二次侧电流有效值I I2 2、功率因数功率因数12变压器得到充分利用，无直流磁化，体积小。变压器得到充分利用，无直流磁化，体积小。在一个周期内有二个整流

12、波头，比单相半波脉动小。在一个周期内有二个整流波头，比单相半波脉动小。cos 高，高，IT小小。优优点点2OwtOwtOwtudidi2OwtOwtuVT1,4OwtOwtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4u图图3-6单相桥式全控整流电流带单相桥式全控整流电流带阻感负载时的电路及波形阻感负载时的电路及波形二、阻感性负载二、阻感性负载1、工作原理及波形分析、工作原理及波形分析13在在u2正半周期正半周期触发角触发角 处给晶闸管处给晶闸管VT1和和VT4加触发脉冲使其开通，加触发脉冲使其开通，ud=u2。负载电感很大，负载电感很大，id不能突变且不能突变且波形近似为一条水平线。波形近似为

13、一条水平线。u2过零变负时，由于过零变负时，由于电感的作用电感的作用晶闸管晶闸管VT1和和VT4中仍流过电流中仍流过电流id，并不关断。并不关断。t=+时刻，触发时刻，触发VT2和和VT3，VT2和和VT3导通，导通，VT1和和VT4承受反承受反压关断压关断，流过，流过VT1和和VT4的电流迅速转移到的电流迅速转移到VT2和和VT3上，此过程称为上，此过程称为换相（换流）。换相（换流）。2、基本数量关系、基本数量关系整流电压平均值整流电压平均值当当 =0 时，时，Ud0=0.9U2。=90 时，时，Ud=0。移相范围为移相范围为0 90 晶闸管承受的最大晶闸管承受的最大正反向电压正反向电压均为

14、均为14变压器二次侧电流变压器二次侧电流i2的波形为正负各的波形为正负各180 的矩形波，其相位由的矩形波，其相位由 角决定。角决定。晶闸管导通角晶闸管导通角 与与 无关，均为无关，均为180。1.1.3单相全波可控整流电路单相全波可控整流电路一、电阻性负载一、电阻性负载1、工作原理及波形分析、工作原理及波形分析a)wtwab)udi1OOt图图3-10单相全波可控整流电路及单相全波可控整流电路及波形波形15变压器变压器T带带中心抽头中心抽头。u2正半周，正半周，VT1工作，变压器二次绕组上半部分流过电流。工作，变压器二次绕组上半部分流过电流。u2负半周，负半周，VT2工作，变压器二次绕组下半

15、部分流过反方向的电流。工作，变压器二次绕组下半部分流过反方向的电流。变压器变压器不存在直流磁化不存在直流磁化的问题。的问题。单相全波与单相全控桥的区别单相全波与单相全控桥的区别单相全波中变压器结构较复杂，材料的消耗多。单相全波中变压器结构较复杂，材料的消耗多。单相全波只用单相全波只用2个晶闸管，比单相全控桥少个晶闸管，比单相全控桥少2个，相应地，门极个，相应地，门极驱动电路也少驱动电路也少2个；但是晶闸管承受的最大电压是单相全控桥的个；但是晶闸管承受的最大电压是单相全控桥的2倍。倍。单相全波导电回路只含单相全波导电回路只含1个晶闸管，比单相桥少个晶闸管，比单相桥少1个，因而管压个，因而管压降也

16、少降也少1个。个。单相全波电路有利于在低输出电压的场合应用。单相全波电路有利于在低输出电压的场合应用。161.1.4单相桥式半控整流电路单相桥式半控整流电路1、（先不考虑、（先不考虑VDR）晶闸管触发导通和二极）晶闸管触发导通和二极管自然导通，形成了自然续流支路（管自然导通，形成了自然续流支路（VT1、VD2；VT3和和VD4）。整流电压波形与全控电。整流电压波形与全控电路电阻负载时的工作情况相同。路电阻负载时的工作情况相同。在在u2正正半周，半周，处触发处触发VT1，u2经经VT1和和VD4向负载供向负载供电。电。图图3-11单相桥式半控整流电路，有续流二极管，阻感负载时的电路及波形单相桥式

17、半控整流电路，有续流二极管，阻感负载时的电路及波形Ob)2OudidIdOOOOOi2IdIdIdIIdawtwtwtwtwtwtwtap-ap-aiVT1iVD4iVT2iVD3iVDRud17u2过零变负时，过零变负时，VD2自然导通，因电感放能，自然导通，因电感放能，VT1继续导通，由继续导通，由VT1和和VD2续流续流，ud=0。在在u2负半周，负半周，处触发触发处触发触发VT3，向，向VT1加反压使之关断，加反压使之关断，u2经经VT3和和VD2向向负载供电。负载供电。u2过零变正时，过零变正时，VD4导通，导通，VD2关断。关断。VT3和和VD4续流，续流，ud=0。2、失控现象、

18、失控现象若无续流二极管，则当若无续流二极管，则当 突然增大至突然增大至180 或触发脉冲丢失或触发脉冲丢失时，会发生一个晶闸管时，会发生一个晶闸管持续导通而两个二极管轮流导通的情况，这使持续导通而两个二极管轮流导通的情况，这使ud成为成为正弦半波正弦半波，即半周期，即半周期ud为正弦，为正弦，另外半周期另外半周期ud为零，其平均值保持恒定，相当于单相半波不可控整流电路时的波形，为零，其平均值保持恒定，相当于单相半波不可控整流电路时的波形，称为称为失控失控。3、加接续流二极管、加接续流二极管VDR，杜绝失控，杜绝失控有有续流二极管续流二极管VDR时，续流过程由时，续流过程由VDR完成，避免了失控

19、的现象。完成，避免了失控的现象。续流期间导电回路中只有一个管压降，少了一个管压降，有利于降低损耗。续流期间导电回路中只有一个管压降，少了一个管压降，有利于降低损耗。18相当于把图相当于把图3-5(a)中的中的VT3和和VT4换为二极管换为二极管VD3和和VD4，可以省去续流二极，可以省去续流二极管管VDR，续流由续流由VD3和和VD4来实现。来实现。两个晶闸管两个晶闸管阴极电位阴极电位不同，二者的触发电路需要不同，二者的触发电路需要隔离隔离。图图2-11单相桥式半控整流单相桥式半控整流电路的另一接法电路的另一接法图图3-4(a)单相全控桥式单相全控桥式电路电路单相桥式半控整流电路的另一种接法单

20、相桥式半控整流电路的另一种接法1.2三相可控整流电路三相可控整流电路1.2.1三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路1.2.2三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路191.2三相可控整流电路三相可控整流电路引言引言其交流侧由其交流侧由三相电源三相电源供电。供电。当整流负载容量较大，或要求直流电压脉动较小、易滤波时，应采用当整流负载容量较大，或要求直流电压脉动较小、易滤波时，应采用三相整流电路。三相整流电路。最基本的是最基本的是三相半波三相半波可控整流电路可控整流电路。应用最为广泛的应用最为广泛的三相桥式三相桥式全控整流电路、以及全控整流电路、以及双反星形双反星形可控整流电路、可控整流电路、

21、十二脉波十二脉波可控整流电路等。可控整流电路等。1.2.1三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路一、电阻性负载一、电阻性负载（共阴极接法为例）（共阴极接法为例）1、整流变压器的连接型式、整流变压器的连接型式 a)Rid为得到零线，变压器二次侧必须接成为得到零线，变压器二次侧必须接成星形星形，而一次侧接成，而一次侧接成三角形三角形，避免，避免3次次谐波谐波流入电网。流入电网。2、工作原理、工作原理1）自然换相点）自然换相点在相电压的交点在相电压的交点 t1、t2、t3处，将处，将其作为其作为 的起点的起点，即，即=0。20b)c)d)e)f)u2uaubuca=0Owt1wt2wt3uGOud

22、OOuabuacOiVT1uVT1wtwtwtwtwt图图3-13三相半波可控整流电路共阴极接法电阻负载时的电路及三相半波可控整流电路共阴极接法电阻负载时的电路及=0 时的波形时的波形 2）=0 三个晶闸管轮流导通三个晶闸管轮流导通120，ud波形为三个相电压在正半周期的波形为三个相电压在正半周期的包络线包络线。对脉冲的安排：每隔对脉冲的安排：每隔120 依次给晶闸管门极送出依次给晶闸管门极送出Ug。晶闸管承受的电压由一段晶闸管承受的电压由一段管压降管压降和两段和两段线电压线电压组成。组成。正向峰值正向峰值反向峰值反向峰值21a=30u2uaubucOwtOwtOwtOwtOwtuGuduab

23、uacwt1iVT1uVT1uac2)=30 负载电流处于负载电流处于连续和断续的临界状态连续和断续的临界状态，各相仍导电，各相仍导电120。图图3-14三相半波可控整流电路，电阻负载，三相半波可控整流电路，电阻负载，=30 时的波形时的波形22wwttwtwta=60u2uaubucOOOOuGudiVT1图图3-15三相半波可控整流电路，电阻负载，三相半波可控整流电路，电阻负载，=60 时的波形时的波形4)30 23当导通一相的相电压过零变负时，该相晶闸管关断，但下一相晶闸管当导通一相的相电压过零变负时，该相晶闸管关断，但下一相晶闸管因未触发而不导通，此时输出电压电流为零。因未触发而不导通

24、，此时输出电压电流为零。负载电流负载电流断续断续，各晶闸管导通角，各晶闸管导通角小于小于120。每个元件导通角每个元件导通角=150-电阻负载时电阻负载时 角的角的移相范围移相范围0 150 整流电压平均值整流电压平均值 30 时，负载电流连续。时，负载电流连续。当当=0时，时，Ud最大，为最大，为Ud=Ud0=1.17U2。30 时，负载电流断续，晶闸管导通角减小。时，负载电流断续，晶闸管导通角减小。3、基本数量关系、基本数量关系24负载电流平均值负载电流平均值晶闸管承受的最大反向电压为变压器二次晶闸管承受的最大反向电压为变压器二次线电压线电压峰值峰值 晶闸管阳极与阴极间的最大电压等于变压器

25、二次晶闸管阳极与阴极间的最大电压等于变压器二次相电压相电压的峰值的峰值 二、阻感负载二、阻感负载1、工作原理、工作原理L值很大，整流电流值很大，整流电流id的波形基本是的波形基本是平直平直的，流过晶闸管的的，流过晶闸管的电流电流接近接近矩形矩形波波。30 时，整流电压波形与电阻负载时相同。时，整流电压波形与电阻负载时相同。30 时，当时，当u2过零时，由于电感的存在，阻止电流下降，因而过零时，由于电感的存在，阻止电流下降，因而VT1继续导通，直到下一相晶闸管继续导通，直到下一相晶闸管VT2的触发脉冲到来，才发生换流，由的触发脉冲到来，才发生换流，由VT2导通向负载供电，同时向导通向负载供电，同

26、时向VT1施加反压使其关断。施加反压使其关断。25图图3-17三相半波可控整流电路，阻感负载时的电路及三相半波可控整流电路，阻感负载时的电路及=60 时的波形时的波形uVT1uuudiaabcibiciduacOwtOwtOOwtOOwtawtwtuabacuu26Ud/U2与与 的关系的关系L很大，如曲线很大，如曲线2所示。所示。L不是很大，则当不是很大，则当 30 后，后，ud中负的中负的部分可能减少，整流部分可能减少，整流电压平均值电压平均值Ud略为增略为增加，如曲线加，如曲线3所示。所示。图图3-16三相半波可控整三相半波可控整流电路流电路Ud/U2与与 的关系的关系2、基本数量关系、

27、基本数量关系 的的移相范围移相范围为为0 90。整流电压平均值整流电压平均值27变压器二次电流即晶闸管电流的有效值变压器二次电流即晶闸管电流的有效值 晶闸管的额定电流晶闸管的额定电流三相半波可控整流电路的三相半波可控整流电路的主要缺点主要缺点在于其变压器在于其变压器二次电流中含有二次电流中含有直流分量直流分量，为此其应用较少。，为此其应用较少。晶闸管最大正反向电压峰值晶闸管最大正反向电压峰值281.2.2三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路三相全控桥是由三相全控桥是由两组三相半波电路两组三相半波电路（一组（一组共阴极共阴极，另另一组一组共阳极共阳极）串联串联而成。而成。图图3-18三相桥式

28、全控整流电路原理图三相桥式全控整流电路原理图一、原理图一、原理图29VT1，VT3，VT5-共阴极组共阴极组VT4，VT6，VT2-共阳极组共阳极组二、工作原理二、工作原理1、自然换相点、自然换相点各自然换相点既是各自然换相点既是相电压相电压的交点，同时也是的交点，同时也是线线电压电压的交点。的交点。2、元件编号：按自然换相点的顺序编号、元件编号：按自然换相点的顺序编号晶闸管的导通顺序晶闸管的导通顺序:VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT630ud波形均波形均连续连续，对于电阻负载，对于电阻负载，id波形与波形与ud波形的波形的形状是一样的，波形形状是一样的，波形连续连续。=0 时，时

29、，ud为线电压在正半周的为线电压在正半周的包络线包络线。波形。波形见见图图3-19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表表3-1三相桥式全控整流电路电阻负载三相桥式全控整流电路电阻负载=0 时晶闸管工作情况时晶闸管工作情况3、电阻性负载、电阻性负载1）当）当 60 时时31=30 时，时，ud平均值平均值降低降低，波形见，波形见图

30、图3-20。=60 时，时，ud平均值继续平均值继续降低降低。=60 时时ud出出现了现了为零的点为零的点，波形见，波形见图图3-21。因为因为id与与ud一致，一旦一致，一旦ud降为至零，降为至零，id也降至零，也降至零，晶闸管关断，输出整流电压晶闸管关断，输出整流电压ud为零，为零，ud波形波形不能不能出现出现负值负值。=90 时的波形见时的波形见图图3-22。2）当）当 60 时时32每个时刻均需每个时刻均需2个个晶闸管同时导通，形成向负晶闸管同时导通，形成向负载供电的回路，共阴极组的和共阳极组的载供电的回路，共阴极组的和共阳极组的各各1个个，且不能为同一相的晶闸管。且不能为同一相的晶闸

31、管。对触发脉冲的要求对触发脉冲的要求 6个晶闸管的脉冲按个晶闸管的脉冲按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，相位依次差的顺序，相位依次差60 。共阴极组共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差的脉冲依次差120，共阳极组，共阳极组VT4、VT6、VT2也依次差也依次差120 。同一相的上下两个桥臂，即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，脉冲相差180 。4、三相桥式全控整流电路的工作特点、三相桥式全控整流电路的工作特点33整流输出电压整流输出电压ud一周期一周期脉动脉动6次次，每次脉动的波，每次脉动的波形都一样，故该电路为

32、形都一样，故该电路为6脉波整流电路脉波整流电路。在整流电路合闸启动过程中或电流断续时，为确在整流电路合闸启动过程中或电流断续时，为确保电路的正常工作，需保证同时导通的保电路的正常工作，需保证同时导通的2个晶闸个晶闸管均有脉冲。管均有脉冲。34宽脉冲宽脉冲触发触发：使脉冲宽度大于：使脉冲宽度大于60（一般取（一般取80 100）双脉冲双脉冲触发触发：用两个：用两个窄脉冲窄脉冲代替宽脉冲，两个代替宽脉冲，两个窄脉冲的前沿相差窄脉冲的前沿相差60，脉宽一般为，脉宽一般为20 30。常用的是双脉冲触发常用的是双脉冲触发。晶闸管承受的电压波形与三相半波时相同，晶闸晶闸管承受的电压波形与三相半波时相同，晶

33、闸管承受最大正、反向电压的关系也一样。管承受最大正、反向电压的关系也一样。35ud波形连续波形连续，电路的工作情况与带电阻负，电路的工作情况与带电阻负载时十分相似，各晶闸管的通断情况、输出整流载时十分相似，各晶闸管的通断情况、输出整流电压电压ud波形、晶闸管承受的电压波形、晶闸管承受的电压uVT波形等都一波形等都一样。样。区别在于区别在于电流电流，当当电感足够大电感足够大的时候，的时候，id、iVT、ia的波形在导通段都可近似为一条水平线。的波形在导通段都可近似为一条水平线。5、阻感性负载、阻感性负载1）当）当 60 时时36由于电感由于电感L的作用，的作用，ud波形会出现波形会出现负的部分负

34、的部分。=90 时的波形见时的波形见图图3-25。=0 时的波形见时的波形见图图3-23，=30 时的时的波形见波形见图图3-24。2)当当 60 时时37带电阻负载时，带电阻负载时，角的移相范围是角的移相范围是0 120。带阻感负载时，带阻感负载时，角移相范围为角移相范围为0 90。整流输出电压平均值整流输出电压平均值带阻感负载时，或带电阻负载带阻感负载时，或带电阻负载 60 时，时，id 连续。连续。带电阻负载且带电阻负载且 60 时，时，id 断续。断续。三、基本数量关系三、基本数量关系38输出电流平均值输出电流平均值Id=Ud/R带大阻感负载时，带大阻感负载时，id 连续，近似为直线连

35、续，近似为直线39晶闸管承受的峰值电压晶闸管承受的峰值电压接反电势阻感负载时的接反电势阻感负载时的Id电阻性负载电阻性负载阻感性负载阻感性负载401.3.1逆变的概念逆变的概念既可工作在整流状态又可工作在逆变状态的既可工作在整流状态又可工作在逆变状态的晶闸管装置，称为晶闸管装置，称为变流装置或变流器变流装置或变流器。一、变流装置的两种工作状态一、变流装置的两种工作状态整流（整流（rectification):交流交流直流直流逆变（逆变（invertion）：）：直流直流交流交流逆变电路：把直流电逆变成交流电的电路。逆变电路：把直流电逆变成交流电的电路。41 可可控控整整流流电电路路若若满满足足

36、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，电路形式未变，只是电路工作条件转变。，电路形式未变，只是电路工作条件转变。二、逆变的两大类型二、逆变的两大类型1 1、有源逆变、有源逆变变流器的交流侧和电网连结，将直流电能变变流器的交流侧和电网连结，将直流电能变换为与电网同频率的交流电能馈送给电源。换为与电网同频率的交流电能馈送给电源。2 2、无源逆变、无源逆变变流器的交流侧不与电网联接，而直接接到负变流器的交流侧不与电网联接，而直接接到负载，即把直流电逆变为某一频率或可调频率的交载，即把直流电逆变为某一频率或可调频率的交流电供给负载。流电供给负载。42图图3-46直流发电机直流发电机电动

37、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EGEMb）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M作作电动运转电动运转，EGEM，电流，电流Id从从G流向流向M，电能由电能由G流向流向M，转变，转变为为M轴上输出的机械能轴上输出的机械能。回馈制动回馈制动状态中，状态中，M作发电运转，作发电运转，EMEG，电流反向，从电流反向，从M流向流向G，M轴上输入的机械能转轴上输入的机械能转变为电能反送给变为电能反送给G。三、直流发电机三、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43两电动势两电动势顺向串联顺向串联，

38、向电阻，向电阻R供电，供电，G和和M均均输出功率，由于输出功率，由于R一般都很小，实际上形成短路，一般都很小，实际上形成短路，故障状态。故障状态。两个电动势两个电动势同极性相接同极性相接时，电流总是从电动势时，电流总是从电动势高的流向电动势低的，由于回路电阻很小，即使很高的流向电动势低的，由于回路电阻很小，即使很小的电动势差值也能产生大的电流，使两个电动势小的电动势差值也能产生大的电流，使两个电动势之间交换很大的功率，这对分析有源逆变电路是十之间交换很大的功率，这对分析有源逆变电路是十分有用的。分有用的。44电动机电动机M作作电电动机动机运行，全波电路运行，全波电路应工作在应工作在整流状态整流

39、状态，的范围在的范围在0/2间，间，直流侧输出直流侧输出Ud为正值，为正值，并且并且UdEM，交流电交流电网输出电功率，电动网输出电功率，电动机则输入电功率机则输入电功率。图图3-47单相全波电路的整流单相全波电路的整流四、有源逆变的能量分析四、有源逆变的能量分析45电动机电动机M作作发电回馈发电回馈制动制动运行，由于晶闸管运行，由于晶闸管器件的器件的单向导电性单向导电性，电，电路内路内Id的方向依然不变的方向依然不变，欲改变电能的输送方向，欲改变电能的输送方向，只能改变只能改变EM的极性的极性，为，为了避免两电动势顺向串了避免两电动势顺向串联，联，Ud的极性的极性也必须反也必须反过来，故过来

40、，故 的范围在的范围在/2，且，且|EM|Ud|。图图3-47单相全波电路的逆变单相全波电路的逆变461、要有、要有直流电动势直流电动势，其极性须和晶闸管的导，其极性须和晶闸管的导通方向一致，其值应大于变流器直流侧的平均通方向一致，其值应大于变流器直流侧的平均电压。电压。2、要求晶闸管的控制角、要求晶闸管的控制角 /2，使，使Ud为负值。为负值。3、电路中应、电路中应串接电抗器串接电抗器，以改善电流波形，以改善电流波形，改善有源逆变工作情况。改善有源逆变工作情况。4、凡具有、凡具有二极管二极管的变流器均不能进行有源逆的变流器均不能进行有源逆变，否则，当一只晶闸管导通时，直流电势变，否则，当一只

41、晶闸管导通时，直流电势E便被二极管和这只晶闸管短路。故便被二极管和这只晶闸管短路。故半控桥或有半控桥或有续流二极管的电路续流二极管的电路，不能实现有源逆变，欲实，不能实现有源逆变，欲实现有源逆变，只能采用现有源逆变，只能采用全控电路全控电路。五、实现有源逆变的条件五、实现有源逆变的条件471.3.2三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通常把通常把 /2时的控制角用时的控制角用-=表示，表示，称为逆变角。称为逆变角。以以=180作为逆变角作为逆变角 的起始点，的起始点，的大的大小自小自=0的起始点向的起始点向左方左方计量。计量。+=一、有源逆变电路的工作特征一、有源逆

42、变电路的工作特征1、逆变电压、逆变电压Ud为为“-”2、逆变角、逆变角 48图图3-48三相桥式整流电路工作于有源逆变状态时的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1、输出电压波形、晶闸管两端电压波形、输出电压波形、晶闸管两端电压波形二、三相桥式有源逆变电路二、三相桥式有源逆变电路49三相桥式电路的输出电压三相桥式电路的输出电压 Ud=-2.34U2cos =-1.35U2lcos 输出直流电流的平均值输出直流电流的平均值 流过晶闸管的电流有效值流过晶闸管的电流有效值2、基本的数量关系、基本的数量关系50从交流电源送到直流侧负载的有功功率从交流电源送到直流侧负载的有功功率变压器

43、二次侧线电流的有效值变压器二次侧线电流的有效值 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一般为一般为负值负值，表示功率由直流电源输送到交流电源。，表示功率由直流电源输送到交流电源。511.3.3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运行时，一旦发生换相失败，外接的直逆变运行时，一旦发生换相失败，外接的直流电源就会通过晶闸管电路形成短路，或者使变流电源就会通过晶闸管电路形成短路，或者使变流器的输出平均电压和直流电动势变成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，由于逆变电路的内阻很小，形成很大的短路电流，由于逆变电路的内阻很小，形成很大的短路电

44、流，这种情况称为这种情况称为逆变失败逆变失败，或称为，或称为逆变颠覆逆变颠覆。一、逆变失败一、逆变失败52触发电路触发电路工作不可靠，不能适时、准确地给各工作不可靠，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。使晶闸管不能正常换相。晶闸管晶闸管发生故障，该断时不断，或该通时不通。发生故障，该断时不断，或该通时不通。交流电源交流电源缺相或突然消失。缺相或突然消失。换相的换相的裕量角裕量角不足，引起换相失败。不足，引起换相失败。二、逆变失败的原因二、逆变失败的原因53udOOidwtwtuaubucuaubpbgb

45、giVT1iVTiVT3iVTiVT322考虑变压器漏抗引起重考虑变压器漏抗引起重叠角叠角 对逆变电路换相的对逆变电路换相的影响影响以以VT3和和VT1的换相的换相过程来分析，在过程来分析，在 时，时，经过换相过程后，经过换相过程后，a相电相电压压ua仍高于仍高于c相电压相电压uc，所，所以换相结束时，能使以换相结束时，能使VT3承受反压而承受反压而关断关断。图图3-49交流侧电抗对逆交流侧电抗对逆变换相过程的影响变换相过程的影响54当当 时，换相尚未结束，电路的工作时，换相尚未结束，电路的工作状态到达自然换相点状态到达自然换相点p点之后，点之后，uc将高于将高于ua，晶闸管晶闸管VT1承受反

46、压而重新承受反压而重新关断关断，使得应该，使得应该关断的关断的VT3不能关断却继续不能关断却继续导通导通，且，且c相电压相电压随着时间的推迟愈来愈高，电动势随着时间的推迟愈来愈高，电动势顺向串联顺向串联导致逆变失败。导致逆变失败。为了防止逆变失败，不仅逆变角为了防止逆变失败，不仅逆变角 不能不能等于零，而且不能太小，必须限制在某一允等于零，而且不能太小，必须限制在某一允许的许的最小角度最小角度内。内。55确定最小逆变角确定最小逆变角 min的依据的依据逆变时允许采用的逆变时允许采用的最小逆变角最小逆变角 应等于应等于 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,约约4 5。为

47、换相重叠角，可查阅相关手册，也可为换相重叠角，可查阅相关手册，也可根据表根据表3-2计算，即计算，即56根据逆变工作时根据逆变工作时=-，并设，并设=，上式可改，上式可改写成写成 为安全裕量角，主要针对脉冲不对称程度为安全裕量角，主要针对脉冲不对称程度（一般可达（一般可达5），约取为），约取为10。设计逆变电路时，必须保证设计逆变电路时，必须保证，因此，因此常在触发电路中附加一保护环节，保证触发脉冲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不进入小于 min的区域内。的区域内。57选择可靠性高的选择可靠性高的触发电路触发电路。正确选择正确选择晶闸管的晶闸管的电压等级电压等级。减小减小

48、晶闸管所承受的晶闸管所承受的电压变化率和电流变化率电压变化率和电流变化率。对晶闸管采用对晶闸管采用快速熔断器快速熔断器进行进行短路短路保护。保护。三、防止逆变失败的措施三、防止逆变失败的措施581.3.2三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路wwwwu2ud1ud2u2Luduabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuaucubwt1OtOtOtOta=0iVT1uVT1图图3-19三相桥式全控整流电路带电阻负载三相桥式全控整流电路带电阻负载=0 时的波形时的波形593.2.2三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路wwwwu

49、d1ud2a=30iaOtOtOtOtuduabuacuaubucwt1uabuacubcubaucaucbuabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuVT1图图3-20三相桥式全控整流电路带电阻负载三相桥式全控整流电路带电阻负载=30 时的波形时的波形603.2.2三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路wwwa=60ud1ud2uduacuacuabuabuacubcubaucaucbuabuacuaubucOtwt1OtOtuVT1图图3-21三相桥式全控整流电路带电阻负载三相桥式全控整流电路带电阻负载=60 时的波形时的波形613.2.2三相桥式全控整流电路三相桥式全

50、控整流电路ud1ud2uduaubucuaubwtOwtOwtOwtOwtOiaiduabuacubcubaucaucbuabuacubcubaiVT1图图3-22三相桥式全控整流电路带电阻负载三相桥式全控整流电路带电阻负载=90 时的波形时的波形 623.2.2三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路ud1u2ud2u2LudidwtOwtOwtOwtOuaa=0ubucwt1uabuacubcubaucaucbuabuaciVT1图图3-23三相桥式全控整流电路带阻感负载三相桥式全控整流电路带阻感负载=0 时的波形时的波形633.2.2三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路ud1a=30