【电力电子技术】课件第3章晶闸管可控整流电路.ppt

第三章 晶闸管可控整流电路,3.1 整流电路的构成原理 3.2 单相可控整流电路分析 3.3 三相可控整流电路分析 3.4 电动势负载三相可控整流电路分析 3.5 交流电源回路电感效应 3.6 全控变流电路的有源逆变工作状态,3.1 整流电路的构成原理,整流电路的整流原理 整流电路的基本类型 整流电路的换相规律 负载性质对电路工作的影响 分析整流电路的假设条件 整流电路研究、学习的基本内容,一.整流电路的整流原理,原理：利用整流管和晶闸管的单相导电开关特性，构成输出单一极性的电力变换电路，从而将输入的交流电能转换为输出的直流电能。整流电路通常由整流变压器将电源电压变换为适宜的电压幅值，为负载提供需要的直流电压及合理的电压调整范围。,二.整流电路的基本类型,图1：单相半波不可控整流电路,图3：单相半波可控整流电路,图2：三相半波不可控整流电路,图4：三相半波可控整流电路,图6：三相全桥可控整流电路,图5：单相全桥可控整流电路,整流电路的原理图,1.桥式整流电路,半波整流电路的电源变压器次级绕组只通过单方向电流，变压器利用率低，且有的电路存在直流磁势，造成铁芯直流磁化。利用开关器件的单向导电开关特性可构成整流桥，可使电源变压器次级绕组通过正反两个方向的电流。由于变压器次级绕组正负半周都工作，从而提高了变压器的利用率。,2半波整流电路,据整流电路中开关元件的连接方式，可分为共阴极组接法和共阳极组接法。当整流电路中各开关元件的阴极接于一 点，而阳极分别接于各相电源时，称为共阴极组接法。共阴极组接法为高通电路，输出电压极性为共阴极点为正，变压器次级中点为负。当整流电路中各开关元件的阳极接于一点，而阴极分别接于各相电源时，称为共阳极组接法。共阳极组接法为低通电路，输出电压极性为共阳极点为负，变压器次级中点为正。,三相半波电路a)共阴极接法b)共阳极接法,三.整流电路的换相规律,对电源系统电压的要求 整流电路在工作过程中，要按照电源电压的变化规律周期性地切换整流工作回路。为保证在稳定工作状态下能均衡工作，使输出电压电流波形变化尽可能小，要求电源系统为对称的，且电压波动在一定范围之内。,2自然换相与自然换相点,自然换相点:在不可控整流电路中，整流管将按电源电压变化规律自然换相，自然换相的时刻称为自然换相点。控制角：从自然换相点计起，到发出控制脉冲使晶闸管导通为止的时间间隔，以电角度表示，称为控制角。,对于共阴极组接法的半波不可控整流电路而言，为高通电路，即总是相电压最高的一相元件导通。所以，自然换相点在相邻两相工作回路电源电压波形正半周交点，输出电压波形为电源电压波形正半周包络线。对于共阳极组接法的半波不可控整流电路而言，为低通电路，即总是相电压最低的一相元件导通。所以，自然换相点在相邻两相工作回路电源电压波形负半周交点，输出电压波形为电源电压波形负半周包络线。,四.负载性质对电路工作的影响,、电阻负载 特点：电压、电流的波形形状相同、电感性负载（主要指电感与电阻串联的电路）特点：负载电流不能突变，波形分为连续和不连续两种情况。、电容性负载（整流输出接大电容滤波）特点：由于电容电压也不能突变，所以晶闸管刚一触发导通时，电容电压为零，相当于短路，因而就有很大的充电电流流过晶闸管，电流波形呈尖峰状。因此为了避免晶闸管遭受过大的电流上升率而损坏，一般不宜在整流输出端直接接大电容。,负载性质对电路工作的影响,、反电势负载（整流输出供蓄电池充电或直流电动机，即负载有反电势）特点：只有当输出电压大于反电动势时才有电流流通，电流波形也呈较大的脉动。,五.分析整流电路的假设条件,1、假定开关元件的开关特性是理想的的开关特性 饱和压降为零,漏电流为零 2、电源变压器是理想变压器 内阻为零，漏抗为零3、电源为理想电动势 内阻为零 在理想条件下所得出的结论，大都适用于实际的电路。对因与假定理想条件不符合而产生的影响，可进一步根据实际特性进行修正。,六.整流电路研究、学习的基本内容,依据开关元件的理想开关特性和负载性质，分析电路的工作过程。根据电路工作过程分析波形，包括输出电压 ud、各晶闸管端电压 uVT、负载电流 id、通过各晶闸管电流 iVT、以及变压器次级和初电流 i2 和 i1 等。在波形分析基础上，求得一系列电量间的基本数量关系，以便对电路进行定量分析。在设计整流电路时，数量关系可作为选择变压器和开关元件的依据。,3.2 单相可控整流电路分析,3.2.2 单相桥式全控整流电路,3.2.1 单相半波可控整流电路,3.2.3 单相桥式半控整流电路,3.2.4 单相整流电路电动势负载,单相可控整流电路,基本特点：交流侧接单相电源重点注意：主电路形式、工作过程及波形分析、数量关系、不同负载的影响。,3.2.1 单相半波可控整流电路,单相半波可控整流电路是组成各种类型可控整流电路的基础，所有可控整流电路的工作回路都可等效为单相半波可控整流电路。因此，对于单相半波可控整流电路的分析是十分重要的，可作为研究各种可控整流电流的基础。单相半波可控整流电路可以为各种性质的负载供电。,单相半波可控整流电路及波形,单相半波可控整流电路,一.电阻性负载,1.主电路 输入为单相正弦交流电压源，经整流变压器变压，设次级电压为：,2.工作过程及波形分析：分为三个阶段,(1),控制角：从晶闸管开始承受正向电压到开始导通的这一角度，以 表示。,电阻性负载,(2),(3),单相半波可控整流电路及波形,导通角：晶闸管在一个周期中处于导通的电角度，以表示。,电阻性负载,移相范围：控制角 的有效变化范围。,电阻性负载移相范围：,电阻性负载导通角：,电阻性负载,3.数量关系,电阻性负载,整流电路的功率因数主要受控制角 的影响。当=0 时 当=时 可见，尽管是电阻负载，由于存在谐波电流，电源的功率因数也不会是1，而且 越大，功率因越数小。,阻感负载的波形,单相半波可控整流电路,1.主电路 输入为单相正弦交流电压源，经整流变压器变压，设次级电压为：,2.工作过程及波形分析：分为三个阶段,(1),二.阻感负载,阻感负载,(2),(3),阻感负载,阻感负载移相范围：,阻感负载导通角：,电力电子电路的一种基本分析方法 通过器件的理想化，将电路简化为分段线性电路，分段进行分析计算。对单相半波电路的分析可基于上述方法进行：当VT处于断态时，相当于电路在VT处断开，id=0。当VT处于通态时，相当于VT短路。,单相半波可控整流电路的分段线性等效电路a)VT处于关断状态 b)VT处于导通状态,阻感负载,3.数量关系,当VT处于通态时，如下方程成立：,VT处于导通状态,（3-1）,（3-2）,（3-3）,初始条件：t=a，id=0。求解式（3-1）并将初始条件代入可得,当t=+a 时，id=0，代入式（3-2）并整理得,阻感负载,阻感负载（数量关系）,阻感负载,负载阻抗角j、触发角a、晶闸管导通角的关系,若j为定值，a 越大，在u2正半周L储能越少，维持导电的能力就越弱，越小。若a为定值，j 越大，则L贮能越多，越大；且j 越大，在u2负半周L维持晶闸管导通的时间就越接近晶闸管在u2正半周导通的时间，ud中负的部分越接近正的部分，平均值Ud越接近零，输出的直流电流平均值也越小。,阻感负载,4.纯电感负载（L R）,特点：电源不做功 因为Ud=0，改变a 不能控制Ud,但可控制Id的大小。,有续流二极管电流断续,三.有续流二极管的阻感负载,1.主电路2.工作过程及波形分析,有电流断续和电流连续两种情况。电流断续：L作用较小或控制角较大时，在VD续流期间，Id衰减较快，等到下次触发VT时，Id已经下降到零。,(1),有续流二极管的阻感负载,(2),(3),有续流二极管电流断续,有续流二极管的阻感负载,电流连续：,有续流二极管电流连续,(1),(2),(3),有续流二极管的阻感负载,3.数量关系,电流断续：L作用较小或控制角较大时，在VD续流期间，Id衰减较快，等到下次触发VT时，Id已经下降到零。,有续流二极管的阻感负载,3.数量关系,电流连续：,有续流二极管的阻感负载,电感L充分大时（LR）负载电流id可近似为一条水平线，恒为Id，则有,图-L充分大、带续流二极管单相半波可控整流电路电流波形,有续流二极管的阻感负载,电感L充分大时（LR）,图-L充分大、带续流二极管单相半波可控整流电路电流波形,单相半波可控整流电路,单相半波可控整流电路的特点简单，但输出脉动大，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。实际上很少应用此种电路。分析该电路的主要目的在于利用其简单易学的特点，建立起整流电路的基本概念。,3.2.2 单相桥式全控整流电路,单相全控桥式带电阻负载时的电路及波形,一.电阻性负载,1.主电路,2.工作过程及波形分析：分为四个阶段,VT1和VT4组成一对桥臂，在u2正半周承受电压 u2，得到触发脉冲时导通，当u2过零时关断。VT2和VT3组成另一对桥臂，在u2负半周承受电压-u2，得到触发脉冲时导通，当u2过零时关断。,(1),(2),0,电阻性负载,单相全控桥式带电阻负载时的电路及波形,(3),(4),电阻性负载,3.数量关系,电阻性负载（数量关系）,0,电阻性负载（数量关系）,例3-3 某电源装置采用单相桥式全控整流电路,向电阻负载供电,若该装置可输出在12v 30v 连续可调平均电压;触发电路最小控制角min=20;输出平均电流Id均可达20A。按下列两种条件求变压器次级电压和电流定 额、晶闸管电压和电流定额：理想条件；整流回路两只晶闸管总通态平均压降2V、线路电压损失1V、电源电压波动范围5%U2。,解 1.理想条件 据最高输出平均电压Ud=30 V和最小控制角min=20，由式（3-31）可求得满足工作要求的整流变压器次级电压为,变压器次级电流定额应按严重工作条件考虑，故以输出平均电压Ud=12V、输出平均电流Id=20A为依据。Ud=12 V时的控制角最大，由式（3-31）可得,电阻性负载,=arccos(-0.224)=102.95,可见,按理想条件计算时,变压器次级电压定额应为U2=34.37 V;次级电流定额应为I2=34.28 A。严重工作条件下，通过晶闸管电流有效值应为,例3-3,0,Ue=(23)URm=(97.20145.80)V,按理想条件计算时，可选用KP30-2型晶闸管。,则晶闸管通态平均电流 ITa应为,例3-3,2.考虑晶闸管通态平均压降等条件 考虑到晶闸管通态平均压降（2V）、线路电压损失（1V）时，为保证整流装置能输出最高平均电压为30V，要求最高整流平均电压为 Ud=30+2+1=33 V为保证在电源电压波动范围内，均能输出要求的电压，应按电源电压要求最低（0.95U2）的条件确定变压器次级电压定额，由式（3-31）可得,同样，以输出平均电压为12V、输出平均电流为20A为严重工作条件，计算变压器次级电流定额。为保证输出平均电压为12V，整流平均电压应为,例3-3,Ud=12+2+1=15V,在电源电压为最高（1.05U2）时，Ud=15V对应的控制角最大，由式（3-31）可得,=arccos(-0.202)=101.68,例3-3,0,则晶闸管通态平均电流ITa应为,Ue=(23)URm=(118.2177.3)V,可选用KP30-2型晶闸管。,可见，考虑到有关条件时，变压器次级电压定额应为U2=39.8V；次级电流定额应为I2=34 A。严重工作条件时，通过晶闸管电流有效值为,例3-3,单相桥式全控整流电路,二.阻感负载,1.主电路2.工作过程及波形分析根据L作用不同，有电流断续和电流连续两种情况。电流断续：L作用较小，,(1),(2),阻感负载电流断续,阻感负载,阻感负载电流断续,(3),(4),阻感负载,阻感负载电流断续,(5),(6),阻感负载（电流断续）,3.数量关系,导通角：,移项范围：,阻感负载,阻感负载电流连续,电流连续：,(1),(2),阻感负载,阻感负载电流连续,电流连续：,(3),(4),阻感负载（电流连续）,3.数量关系,阻感负载（电流连续）,数量关系,当a j 时，I00，id连续,有效移项范围：要使id连续:,导通角：=,阻感负载（电流连续）,数量关系,3.2.3 单相桥式半控整流电路,阻感负载电路及波形,1.主电路半控：将全控中的VT3,VT4换成VD3,VD4；这样，VT1和VT2控制换相，VD3和VD4自然换相。VT1和VD4 构成一整流回路，VT2和VD3构成一整流回路。,2.工作过程及波形分析,一.阻感负载,a.自然续流现象：（以id连续为例）,(1),阻感负载,(2),阻感负载,(3),阻感负载,(4),阻感负载(工作过程及波形分析),b.失控现象及续流二极管,当控制角突然增大至180或触发脉冲丢失时，会发生一个晶闸管持续导通而两个二极管在正、负半周轮流导通的情况，这使ud成为正弦半波，即半周期ud为正弦，另外半周期ud为零，其平均值保持恒定，这种异常现象称为失控。例如：若在运行中，VT1和VD4导通时，切除触发脉冲。当u20时，VD4和VD3自然换相，则VT1和VD4又构成电源对负载供电的回路。这样，VT1一直导通，VD3和VD4交替导通，无法实现关断，产生失控现象。,失控工作状态的电路波形,阻感负载,b.失控现象及续流二极管,为了防止失控的发生，必须消除自然续流现象：负载两端反并联续流二极管VDR，提供另外一条通路。有续流二极管VDR时，续流过程由VDR完成，晶闸管关断，避免了某一个晶闸管持续导通从而导致失控的现象。同时，续流期间导电回路中只有一个管压降，有利于降低损耗。应当指出，实现这一功能的条件是VDR的通态电压低于自然续流回路开关元件通态电压之和，否则不能消除自然续流现象，关断导通的晶闸管。,单相桥式半控整流电路,二.阻感负载加续流二极管,阻感负载-有续流二极管,1.主电路2.工作过程及波形分析,(1),(2),阻感负载加续流二极管,(3),(4),阻感负载-有续流二极管,阻感负载加续流二极管,工作过程可表示为：,该电路电流波形的表示式比较复杂，在讨论有关电流的数量关系时，常以负载参数满足L R 为条件。这时，负载电流的变化量相对于平均电流是很小的，可以认为负载电流波形是平直的。相关波形见图。,阻感负载-有续流二极管,阻感负载加续流二极管,3.数量关系：,单相桥式半控整流电路,单相桥式半控整流电路 的另一种接法 把单相桥式全控整流电路中的VT2和VT4换为二极管VD2和VD4，这样可以省去续流二极管VDR，续流由VD2和VD4来实现。两个晶闸管的阴极电位不同,触发电路需要隔离.,0,3.2.4 单相整流电路电动势负载,整流电路的负载中，有一种带直流电动势的含源负载，由整流电路供给电能，实现能量传递与转换功能。作为负载的电动势，对整流电路而言为反向电势性质，故常称之为反电动势负载。从负载的构成看，带电动势E的负载可分为RE和RLE两种类型。,一、RE负载 1、电动势对晶闸管开、关条件的影响,半波可控整流电路RE负载及桥式全控整流电路如图所示。,RE负载单相半波可控整流电路及波形,RE负载,电源正半周u20时：,当0t时 u2E VT反向阻断，不可能导通当t-时 u2E VT正向阻断，具备开通条件通当-t时 u2E VT反向阻断,电源电压为：,0,晶闸管导通时 晶闸管关断时 负载电压：ud=u2，负载电压：ud=E 负载电流：id=（ud-E）/R 负载电流：id=0 终止导电角：从t=起向左计量到终止导电时刻 为止的时间间隔，以电角度表示。可由下式求得表示终止导电的时刻,电动势对晶闸管开、关条件的影响,0,RE负载单相桥式全控整流电路及波形,2.RE负载单相桥式全控整流电路,正半周VT1、VT4触发导通，负半周VT2、VT3触发导通要求控制角：,RE负载单相桥式全控整流电路及波形,RE负载单相桥式全控整流电路,正半周VT1、VT4导通时,RE负载单相桥式全控整流电路及波形,RE负载单相桥式全控整流电路,负半周VT2、VT3导通时,RE负载单相桥式全控整流电路及波形,RE负载单相桥式全控整流电路,VT1VT4处于阻断状态时,基于上述三种工作状态，若以相同的控制角轮流触发VT1、VT4与VT2、VT3两对桥臂，则两条整流回路轮流工作，对电动势负载供电。电路波形如图所示，输出整流电压ud、电流id可用T=的周期量表示为,RE负载单相桥式全控整流电路,3.数量关系,晶闸管端电压为T=2的周期量,数量关系,电路有效移相范围为-,电路输出整流电压平均值的表达式为,输出电流平均值为,输出电流有效值的表达式为,晶闸管元件导通角为,数量关系,二.RLE负载,阻感负载-续流二极管,1.主电路2.工作过程及波形分析,(1),电流断续：电感L作用较小,(2),(3),二.RLE负载,阻感负载-续流二极管,电流连续：,(1),(2),单相可控整流电路小结：,电阻负载 单相半波可控整流电路 阻感负载 单相可控整流电路 电阻负载(工作过程、波形、单相桥式全控整流电路 阻感负载 反电动势负载 数量关系)阻感负载 单相桥式半控整流电路 反电动势负载,0,自然换相与自然换相点,自然换相点:在不可控整流电路中，整流管将按电源电压变化规律自然换相，自然换相的时刻称为自然换相点。控制角：从自然换相点计起，到发出控制脉冲使晶闸管导通为止的时间间隔，以电角度表示，称为控制角。,0,0,3.3 三相可控整流电路分析,3.3.2 三相桥式全控整流电路,3.3.1 三相半波可控整流电路,三相可控整流电路分析,为什么要采用三相整流？对于三相对称电源系统而言，单相可控整流电路为不对称负载，可影响电源三相负载的平衡性和系统的对称性。负载容量较大时，通常采用三相或多相电源整流电路。三相或多相电源可控整流电路是三相电源系统的对称负载，输出整流电压的脉动小，控制响应快，在许多场合得到了广泛应用。,电源变压器的接线方式 三相可控整流电路电源变压器一般采用D,y或Y,d接线方式，以提供一条3及3的倍数次谐波电流通路。对于三相半波可控整流电路而言，次级绕组必须接成星形，以获得整流电源的中性点，故通常采用D,y接线方式。,三相可控整流电路分析,三相对称电源：,3.3.1 三相半波可控整流电路,三相半波-电阻负载a=0,一.电阻负载,1.主电路2.工作过程及波形分析,自然换相点:在不可控整流电路中，整流管将按电源电压变化规律自然换相，自然换相的时刻称为自然换相点。控制角：从自然换相点计起，到发出控制脉冲使晶闸管导通为止的时间间隔，以电角度表示，称为控制角。,0,电阻负载,三相半波-电阻负载a=0,2.工作过程及波形分析,30,0,3.数量关系：,电阻负载（电流连续）,电阻负载（电流断续）,图 三相半波可控整流电路共阴极接法电阻负载 a=60时的波形,3.数量关系：,电阻负载（电流断续）,三相半波可控整流电路电阻负载,三相半波可控整流电路,二.阻感负载,1.主电路,时，电流有两种情况：,电感L作用较大、较小，电流连续电感L作用较小、较大，电流断续,三相半波可控整流电路,二.阻感负载,三相半波可控整流电路阻感负载a=90，电流断续时的波形,2.工作过程及波形分析,阻感负载-（电流连续）,三相半波可控整流电路阻感负载a=60，电流连续时的波形,2.工作过程及波形分析,60,3.数量关系：电流连续时,阻感负载-（电流连续）,=0时，Udmax=1.17U2=900时，Ud=0,60,Ud/U2随a 变化的规律。,三相半波可控整流电路Ud/U2随a变化的关系1电阻负载 2电感负载 3电阻电感负载,三相半波可控整流电路,三相半波可控整流电路,三相半波可控整流电路阻感负载时出现负电压，有些场合往往在负载两端并联一个续流二极管，以消除负半周的影响。三相半波可控整流电路还有一种共阳极组接法，其工作原理、电路波形及数量关系与共阴极组相同，但输出电压、电流极性相反。,一.基本工作原理,三相桥式全控整流电路原理图,1.主电路：,由两组桥臂构成：共阴极组阴极连接在一起的3个晶闸管(VT1，VT3，VT5)共阳极组阳极连接在一起的3个晶闸管(VT4，VT6，VT2),通过对两组桥臂晶闸管的有序控制，可构成对负载供电的6条整流回路。每一整流回路中含有2只晶闸管，1只为共阴极组的某相元件，另一只则应为共阳极组的另一相元件。,各整流回路的交流电源电压为两相元件所在相间的线电压。负载上得到的是线电压,3.3.2 三相桥式全控整流电路,三相桥式全控整流电路,6条整流回路的构成如下,下页,2.基本工作原理,三相桥式全控整流电路-基本原理,每60换相一次，顺序为VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6。,共阴极组VT1、VT3、VT5的换相依次差120，共阳极组VT4、VT6、VT2换相也依次差120。,同一相的上下两个桥臂，即VT1与VT4，VT3与VT6，VT5与VT2，换相相差180。,上页,三相桥式全控整流电路,二.电阻负载,1.主电路,2.工作过程及波形分析-电流连续,600,300,00,电阻负载电流连续,数量关系,电阻负载电流断续,对导通的整流回路而言，当交流电源电压过零时，负载电流为零，整流回路的晶闸管自然关断。电路出现 6只晶闸管全为阻断工作状态。,2.工作过程及波形分析-电流断续,900,数量关系,电阻负载电流断续,900,三相桥式全控整流电路,三.阻感负载,1.主电路,2.工作过程及波形分析-电流连续,300,900,阻感负载电流连续,数量关系：,=0时，Udmax=2.34U2=900时，Ud=0,阻感负载电流连续,数量关系：,三相半波可控整流电路共阴极接法电阻负载时的电路及a=0时的波形,返回,三相半波可控整流电路，电阻负载，a=30时的波形,返回,三相半波可控整流电路，电阻负载，a=60时的波形,返回,三相半波可控整流电路阻感负载a=60时的波形,返回,三相对称电源,返回,0,返回,三相桥式全控整流电路-电阻负载=0,返回,三相桥式全控整流电路-电阻负载=300,返回,三相桥式全控整流电路-电阻负载=600,返回,三相桥式全控整流电路-电阻负载=900,返回,返回,三相桥式全控整流电路-阻感负载=300,返回,三相桥式全控整流电路-阻感负载=900,返回,四.三相桥式全控整流电路对触发脉冲的要求,为保证在整流电路任何工作状态下都能可靠触发工作，除顺序触发各晶闸管外，还必须考虑桥式全控电路的特点，使整流回路中两个自然换相点不同的元件同时得到脉冲，以形成电流通路。采用方法：宽脉冲 双窄脉冲1.宽脉冲 一般取为80120但 1202.双窄脉冲 顺序触发某一号元件的同时，为其前一号 元件再补发一个触发脉冲，以保证整流回 路两元件同时具有触发脉冲。这种触发方 式每一晶闸管在一个周期内有两个时间间 隔为60的脉冲，故称为双窄脉冲触发方 式。,2,1,3.4 电动势负载三相可控整流电路,3.4.1 RE负载三相半波可控整流电路,3.4.1 RE负载三相半波可控整流电路,电路有四种工作状态：,1.当晶闸管均处于阻断状态时,2.当晶闸管VT1导通时,RE负载三相半波可控整流电路,3.当晶闸管VT2导通时,4.当晶闸管VT3导通时,RE负载三相半波可控整流电路,移相范围,为保证满足整流回路触发导通的主电路条件，要求：,控制角的有效移相范围：,控制角的有效移相范围：,RE负载三相半波可控整流电路,数量关系,该电路的输出整流电压及电流均可用T的周期量表示，分别为,数量关系,输出整流电压与电流平均值：,变压器次级电流平均值与晶闸管电流平均值相等，即,3.5 交流电源回路电感效应,前面在讨论整流电路工作过程和数量关系时,认为换流是瞬间完成的，忽略了交流电源回路的电感。但是，实际交流回路中总要存在一定的电感，如:输电线路的自感，变压器的漏感，专门附加的电感等。在分析其影响时，通常用一个接于变压器出口的等效集中电感表示。由于交流电源回路电感的作用，整流电路的换相不能瞬间完成，存在一个换相过程。各种整流电路都是同一接线组元件间换相，换相过程的等效电路是相同的。现以三相半波为例进行分析，其结论可以推广到其它电路。,交流电源回路电感效应,一.三相半波可控整流电路换相过程分析,图中LS为交流电源回路总电感，在无附加电感的条件下，该电感主要是整流变压器的漏感LT。为简化换相过程的分析，假定:大电感负载 id=Id，忽略回路电阻的影响Rs=0。,三相半波可控整流电路换相过程分析,VT1换相至VT2的过程：,1.换相过程及波形分析,因a、b两相均有漏感,故ia、ib 均不能突变。换相过程不能瞬间完成，于是，VT1和VT2同时导通，相当于将a、b两相短路，ib是逐渐增大的，而i a=Id-ib 是 逐渐减小的，当ib增大到等于Id时，ia=0，VT1关断,换流过程结束。,三相半波可控整流电路换相过程分析,2.换相重叠角,定义：换相过程持续的时间，用电角度g 表示,换相重叠角,换相重叠角,交流电源回路电感效应,二.换相过程对半波可控整流电路的影响,换相过程对半波可控整流电路的影响,换相压降与不考虑变压器漏感时相比，Ud平均值降低的数值。,换相过程对半波可控整流电路的影响,电源回路电感对整流电路影响的一些结论:出现换相重叠角g，整流输出电压平均值Ud降低整流电路的工作状态增多晶闸管的di/dt 减小，有利于晶闸管的安全开通 有时人为串入进线电抗器以抑制晶闸管的di/dt换相时晶闸管电压出现缺口，产生正的du/dt，可能使晶闸管误导通，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。,考虑变压器漏感时的三相半波可控整流电路波形,返回,考虑变压器漏感时的三相半波可控整流电路波形,返回,考虑变压器漏感时的三相半波可控整流电路波形,返回,返回,三相桥式全控整流电路的两种触发方式=0,返回,三相桥式全控整流电路-电阻负载=900,返回,考虑变压器漏感时的三相半波可控整流电路波形,返回,返回,3.6 全控整流电路的有源逆变工作状态,3.6.1 逆变的概念3.6.2 三相桥式变流器逆变工作状态3.6.3 逆变失败与最小逆变角的限制,1.逆变把直流电转变成交流电，即整流的逆过程。2.逆变电路把直流电逆变成交流电的电路（逆变器）。,无源逆变逆变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流电供给负载。（变频器）,有源逆变交流侧和电网连结,电路将直流电逆变成同频率的交流电,反送到电网中去。,3.6.1 逆变的概念,应用：直流可逆调速系统、交流绕线转子异步电动机串 级调速以及高压直流输电等。对于全控晶闸管整流电路，满足一定条件就可工作于有源 逆变状态，其电路形式未变，只是电路工作条件改变。既工作在整流状态又工作在逆变状态，称为变流电路。,3.逆变产生的条件,逆变的概念,单相全波电路的整流,单相全波电路的逆变,1,逆变产生的条件,单相全波电路的整流,单相全波电路的整流,交流电网输出电功率,电动机输入电功率,逆变产生的条件,单相全波电路的逆变,单相全波电路的逆变,电动机M回馈制动 Id方向不变，欲改变电能的输送方向，只能改变EM极性。为了防止两电动势顺向串联，Ud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。,交流电网输入电功率,电动机输出电功率,逆变产生的条件,从上述分析中，可以归纳出产生逆变的条件：,外部条件：变流器直流侧应有直流电动势，其极性和晶 闸管导通方向一致，其值大于变流器直流平 均电压。内部条件：控制角 使变流器输出电压Ud0。,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。,逆变产生的条件,逆变和整流的区别：控制角 不同0 p/2 时，电路工作在整流状态。p/2 p时，电路工作在逆变状态。,逆变角以a=p 作为计量起点，向左计量到触发脉冲前沿为止的电角度，称为逆变角，用b 表示。b=p-逆变角b 和控制角a 的计量方向相反。,1,3.6.2 三相桥式变流器逆变工作状态,1.主电路,2.工作过程及波形分析,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及晶闸管两端电压波形如图所示。,三相桥式变流器逆变工作状态,3.数量关系,三相桥式变流器逆变工作状态,3.数量关系,三相桥式变流器逆变工作状态,3.数量关系,3.6.3 逆变失败与最小逆变角的限制,逆变失败（逆变颠覆）,变流器为逆变工作状态时，若发生换相失控，就会导致外接电动势通过晶闸管形成短路，或者发生输出平均电压和外接电动势顺向串联形成短路，这种情况称为逆变失败或称为逆变颠覆。,（1）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。（2）晶闸管发生故障，该断时不断，或该通时不通。（3）交流电源缺相或突然消失。（4）换相的裕量角不足，引起换相失败。,逆变失败的原因,换相重叠角的影响：,交流侧电抗对逆变换相过程的影响,逆变失败与最小逆变角的限制,当b g 时，经过换相过程后，a相电压仍高于c相电压，所以换相结束时，能使VT3承受反压而关断。,如果b g 时，换相尚未结束，电路的工作状态到达自然换相点p点之后，c相电压高于a相电压,导通的晶闸管VT1因承受反压而重新关断，使得应关断的晶闸管VT3不能关断而继续导通，且c相电压随着时间的推移越来越高，电动势顺向串联导致逆变失败。,以VT3换相到VT1的过程为例：,综上所述，为了防止逆变失败，不仅逆变角不能等于零，而且不能太小，必须限制在某一允许的最小角度内。,确定最小逆变角bmin的依据逆变时允许采用的最小逆变角b 应等于bmin=d+g+q,d 晶闸管的关断时间tq折合的电角度,g 换相重叠角,q安全裕量角,tq大的可达200300us，折算到电角度约3.65.4。,随直流平均电流和换相电抗的增加而增大。,主要针对脉冲不对称程度，一般取为10。,g 受电源电路和控制角的影响，约为 1520。,设计逆变电路时，通常取bmin 3035，其触发电路必须对最小逆变角予以限制，保证b bmin,逆变失败与最小逆变角的限制,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,