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,第2章 晶闸管可控整流电路电力电子技术课程的主要内容 是该课程的重点和难点章节,本章主要问题1.整流的概念，单相和三相可控整流电路各种负载时电压、电流波形分析、参数计算；2.有源逆变的概念，逆变电路的电压电流波形分析、参数计算；3.交流电源回路电感效应；4.大功率可控整流电路的接线形式及波形分析；5.由变流器耦合供电的直流电动机的机械特性。本章重点：单相和三相可控整流电路工作原理、参数计算；有源逆变电路的工作原理，电压电流波形分析、参数计算。本章难点：有源逆变电路的电压电流波形分析。本章学习方法：加强练习，掌握工作原理和波形分析，数值计算。勤问、勤动手、勤思考。,一、单相可控整流电路的分析,主要内容：整流电路的相关概念、单相半波可控整流电路电阻性负载工作原理、电压电流波形分析和参数计算、阻感负载的工作原理、电压电流波形分析和参数计算目的：掌握整流电路概念、学会分析单相半波可控整流电路电阻性和阻感负载的电压电流波形分析和参数计算。要求：熟悉单相整流电路的基本分析方法。重点：基本概念、工作原理、波形分析。不同负载对电路的影响，难点：阻感负载的工作原理、波形分析。教学方法：先用黑板教学，然后用多媒体演示，加强理解。,第三章 晶闸管可控整流电路,（1）晶闸管电路的基本类型,原理：利用VD、VT、GTR、IGBT等电子元件的单相导电开关特性构成输出单一方向的电流的变流电路，从而将交流信号变换成直流信号，实现交流 直流变换,（2）单相可控整流电路,一、单相半波可控整流电路1.电阻性负载 VT1）电路 R 22）工作原理不同时间发触发脉冲时，输出电压波形的分析，概念：控制角；移相；移项范围；同步,导通角。,可以看出输出电压的大小与控制角的关系是成反比。3）概念：控制角：从VT承受正压起到VT导通的时间，换算成电角度即控制角。移相：改变角的过程。移相范围：的有效移项范围同步：触发电路的频率、相位与主电路电压频率、相位具有一定相互配合的关系。该配合关系称为同步。在正常工作时，触发电路应准确地，周期性地发脉冲。导通角：VT导通的角度=-单相半波电路 移相范围为0在0范围内晶闸管所承受的正反向最大电压值为。,4）输出电压、电流值及其他数量关系（1）输出直流电压通过控制触发脉冲的相位来改变电压的大小，相位控制（2）输出直流电流 但计算晶闸管的电流定额时要计算电流有效值IVT,可用此值计晶闸管的电流定额。,变流装置功率因数是指其交流侧的功率因数。当控制角为零时，功率因数仅为，所以其功率因数很低。,3.2单相可控整流电路,一、单相半波可控整流电路1.电阻性负载 VT1）电路 R 22）工作原理不同时间发触发脉冲时，输出电压波形的分析，概念：控制角；移相；移项范围；同步,导通角。,2.阻感性负载及续流二极管1）电路 VT2）工作原理 L u1 u2 ud uL 当idR=u2 时，电流下降.电感释放储能，阻止电流下降，感应电势极性反向，上负下正。只要uLu2，能使晶闸管继续承受正向电压而导通直到UL=u2，此时电流为零，晶闸管关断。,2,+,由于存在电感，电流只能从零开始上升，电感储存能量，感应电势上正下负，,注意：在电源电压负半周时，晶闸管之所以能导通是因为电感的作用，但由于电感的存在，使输出电压值减小，甚至当电感足够大时，电感正半周吸收的能量等于负半周放出的能量，负载上将得不到电压值。为此，必须加续流二极管，来续流负半周时电感释放的储能，消去负半周的电压。,当VT处于通态时，如下方程成立：,b)VT处于导通状态,（2-2）,（2-3）,（2-4）,初始条件：t=a，id=0。求解式（2-2）并将初始条件代入可得,当t=+a 时，id=0，代入式（2-3）并整理得,单相半波可控整流电路,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。,单相半波可控整流电路,为避免Ud太小，在整流电路的负载两端并联续流二极管 当u2过零变负时，VDR导通，ud为零。此时为负的u2通过VDR向VT施加反压使其关断，L储存的能量保证了电流id在L-R-VDR回路中流通，此过程通常称为续流。续流期间ud为零，ud中不再出现负的部分。,图2-4 单相半波带阻感负载有续流二极管的电路及波形,单相半波可控整流电路,L 充分大时，加需流二极管,提高输出电压单相半波整流电路电流波形。,t,+,-,VT,VDR,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（小功率）。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）单相整流电路分析,主要内容：单相桥式全控整流电路电阻性负载和阻感负载工作原理、波形分析和参数计算，与单相半波电路的区别。目的：学会分析单相桥式全控整流电路电阻性负载和阻感负载工作原理的电压电流波形和参数计算。要求：掌握单相整流电路的基本分析方法。重点：桥式电路工作原理、输出电压电流和晶闸管波形分析、与单相半波电路的区别。难点：晶闸管波形分析。教学方法：用黑板教学与多媒体相结合，并讨论桥式全控整流电路电阻性负载和阻感负载区别和联系。思考题：全控桥整流电路的特点。作业题：本章习题3。,要正确使用晶闸管，不仅需要了解晶闸管的工作原理及工作特性，更重要的是要了解晶闸管的主要参数含义，现就经常提到的阳极主要参数介绍如下：（1）额定电压UTn当门极断开，元件处在额定结温时，所测定的正向不重复峰值电压UDSM、反向不重复峰值电压URSM各乘0.9所得的数值，分别称为元件的正向阻断重复峰值电压UDRM和反向阻断重复峰值电压URRM。至于正反向不重复峰值电压和相应的转折电压UBO，击穿电压URO的差值，一般由晶闸管生产厂家自定。,1.1.3 晶闸管的主要参数,9.1 晶闸管,所谓元件的额定电压UTn，是指UDRM和URRM中的较小值，再取相应于标准电压等级中偏小的电压值。例如，晶闸管实测UDRM=736V，URRM=820V，取两者其中小的数值736V，按标准电压等级只能取700V，作为晶闸管的额定电压700V即7级。由于晶闸管的额定电压的瞬时值，若超过反向击穿电压，就会造成元件永久性损坏。若超过正向转折电压，元件就会误导通。同时元件的耐压还会随着结温升高或散热条件恶化而下降，因此，在选择晶闸管的额定电压时应为元件在工作电路中可能承受到的最大瞬时值电压的23倍较安全，即：,1.1 晶闸管,（2）额定电流IT(AV)在室温为40和规定的冷却条件下，元件在电阻性负载的单相工频正弦半波、导通角不小于170的电路中，当结温不超过额定结温且稳定时，所允许的最大通态平均电流，称为额定通态平均电流IT(AV)。将此电流按晶闸管标准系列取相应的电流等级，称为元件的额定电流。由于晶闸管的额定电流以工作波形的平均值定义，而选管时根据有效值相等的原则，这样在选择晶闸管的额定电流时，需要做电流波形的平均值与有效值的换算。对于定义中的正弦半波电流波形，设电流最大值为Im，则电流平均值IT(AV)、电流有效值IT分别为：,=,（1-1）,1.1 晶闸管,由式（1-1）、（1-2）可得：例如，对于一只额定电流IT(AV)=100A的晶闸管，按式（1.3）可知其允许的电流有效值应为157A。因此按照实际电流波形计算其有效值后，再除以1.57作为选择晶闸管的额定电流的依据，并且考虑到实际装置的散热条件和可能的过载现象，留有1.52倍的裕度。,（1-3）,（1-2）,9.1 晶闸管,二、单相桥式整流电路,一、单相桥式全控整流电路 特点：四个管子均为VT二、单相桥式半控整流电路 特点：两个管子均为VT，控制电流导通方向 两个管子VD，提供电流通路,VT3,VD4,1.电阻性负载1）电路,特点：VT1、VT3和VT2、VT4两个桥臂；VT1、VT4 和VT2、VT3组成两个回路。,VT3 VT4,一、单相全控桥整流电路,VT1 VT2,VT1 VT2,VT1 VT2,消除直流磁化现象，提高输出电压,二、单相桥式整流电路,1.电阻性负载1）电路 VT1 VT2 2）工作原理注意,假设晶闸管漏电阻相同的情况下,在电流为零期间,两晶闸管各分担1/2的电源电压.,2,2,VT3 VT4,VT1、VT4,VT2、VT3,2.工作原理,二、单相桥式整流电路,2.工作原理,2,2,VT3 VT4,VT1、VT4,VT2、VT3,注意晶闸管波形特点:假设晶闸管漏电阻相同的情况下,在电流为零期间,两晶闸管各分担1/2的电源电压.,是的VT 1、4自然换相点，是VT2、3 的自然换相点。3.直流输出电压、电流及其它值的计算1)直流输出电压平均值,注意与单相半波整流电路的区别,2)直流平均电流值,VT1 VT2,VT3 VT4,3)电流有效值计算负载电流有效值I=变压器电流有效值I2,2,VT1、VT4,晶闸管电流有效值,计算定额依据,与单相半波电路相比功率因数提高 倍移相范围 0，=-,晶闸管承受的最大正反向电压分别为 和,4.功率因数计算,单相半波功率因数为,2.阻感性负载（L较大，时）电路如前图所示，L较大注意电流连续，电流可看成稳定电流，方波。电流波形出现负半周，出现自然换相现象。工作原理输出电压、电流、功率因数,2,VT1、VT2,VT3、VT4,输出电压、电流、功率因数移相范围：（0）晶闸管在移相范围内承受的最大正反向电压为,单相全控整流电路结构简单、无直流磁化问题。适用于中、小功率的整流电路。理想情况下，移相范围为=/2，实际情况。如果只为了得到单相桥式整流电压波形，可用单相半控桥来实现。,主要内容：单相半控桥整流电路电阻性负载和阻感负载工作原理、电压电流波形分析和参数计算。目的：分析单相半控桥与全控桥的区别。半控桥的用途。要求：半控整流电路的基本分析方法、特点。重点与难点：电压电流波形分析、电路中续流二极管的重要作用。教学方法：用多媒体复习。作业：P164 5、6,3.3 单相整流电路分析,2.1.2 单相桥式全控整流电路,3）带反电动势负载时的工作情况,图2-7 单相桥式全控整流电路接反电动势电阻负载时的电路及波形,在|u2|E时，才有晶闸管承 受正电压，有导通的可能。,在a 角相同时，整流输出电压比电阻负载时大。,导通之后，ud=u2，直至|u2|=E，id即降至0使得 晶闸管关断，此后ud=E。,与电阻负载时相比，晶闸管提前了电角度停止导电，称为停止导电角，,（2-16）,2.1.2 单相桥式全控整流电路,当 d时，触发脉冲到来时，晶闸管承受负电压，不可能导通。,图2-7b 单相桥式全控整流电路接反电动势电阻负载时的波形,电流断续,触发脉冲有足够的宽度，保证当wt=d时刻有晶闸管开始承受正电压时，触发脉冲仍然存在。这样，相当于触发角被推迟为d。,如图2-7b所示id波形所示：,电流连续,2.1.2 单相桥式全控整流电路,负载为直流电动机时，如果出现电流断续，则电动机 的机械特性将很软。,为了克服此缺点，一般在主电路中直流输出侧串联一个平波电抗器。,这时整流电压ud的波形和负载电流id的波形与阻感负载电流连续时的波形相同，ud的计算公式也一样。为保证电流连续所需的电感量L可由下式求出：,（2-17）,三、单相桥式半控整流电路,VT1,VD,VT3,VD4,把单相全控整流电路中的两只晶闸管换成二极管。另外两只晶闸管用于控制换相、切换电路和实现对输出电压的控制。阻感性负载,1.电路2.工作原理 自然续流现象 正半周由VT1、VD4，负半周时自然换到VT1、VD3导通（续流），续流期间输出电压为零。,失控现象：单相半控电路在利用触发电路控制主电路电压时，可能出现不能关断主电路的现象。需加续流二极管，,输出电压波形与电阻性 负载相同但电流波形却大不相同.当电感足够大时，通常可看成水平直线。,VT1VT4,VT1VT3,VT1VT4,VDR,VDR,加续流二极管后的工作原理,此时电流连续，可看成水平直线,2.1.4 单相桥式半控整流电路,续流二极管的作用,避免可能发生的失控现象。若无续流二极管，则当a 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轮流导通的情况，这使ud成为正弦半波，其平均值保持恒定，称为失控。有续流二极管VDR时，续流过程由VDR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，有利于降低损耗。,2.1.4 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,相当于把图2-5a中的VT3和VT4换为二极管VD3和VD4，这样可以省去续流二极管VDR，续流由VD3和VD4来实现。,图2-5 单相全控桥式带电阻负载时的电路及波形,图2-11 单相桥式半控整流电路的另一接法,续流管的平均值、有效值，变压器付边电流有效值及功率因数。,该电路成称为共阴极接法半波整流电路，可用一套触发电路。晶闸管、整流管承受的最大正反向电压值分别为 该电路的特点：经济、方便。,VD,VT1VD4,三、有关值计算,VT1 VT2a b VD3 VD4,电阻性负载的电压波形与单相桥式全控整流电路完全相同但晶闸管上所承受的电压波形却不同。在续流期间，电路发生了变化。,VT1,VD,单相全波可控整流电路,单相全波与单相全控桥从直流输出端或从交流输入端看均是基本一致的。变压器不存在直流磁化的问题。,图2-9 单相全波可控整流电路及波形,单相全波与单相全控桥的区别（1）单相全波中变压器结构较复杂，绕组及铁芯对铜、铁等材料的消耗多。（2）单相全波只用2个晶闸管，比单相全控桥少2个，相应地，门极驱动电路也少2个；但是晶闸管承受的最大电压为，是单相全控桥的2倍。（3）单相全波导电回路只含1个晶闸管，比单相桥少1个，因而管压降也少1个。从上述（2）、（3）考虑，单相全波电路有利于在低输出电压的场合应用。,单相全波可控整流电路,讨论题1.试画出功率二极管和晶闸管的伏安特性。2.晶闸管的外型结构有几种，其结构什么决定？3.为什么晶闸管一旦导通，门极便失去控制作用？4.通态平均值与平均值的概念有什么不同？5.试画出单相半控桥式整流电路阻感性负载，控制角为30度时输出电压、电流波形。写出平均电压、电流表达式，晶闸管电流表达式。6.试画出单相全控桥式整流电路阻感性负载，控制角为90度时，输出电压、电流波形。写出平均电压、电流表达式，晶闸管电流表达式。7.在单相半波整流电路，电感性负载时，电路中所加续流二极管的作用与单相半控桥式整流电路阻感性负载中续流二极管的作用有和不同。,主要内容：三相半波整流电路电阻性负载和阻感负载工作原理、波形分析和参数计算。目的：学会分析三相半波整流电路电阻性负载和阻感负载工作原理的电压电流波形和参数计算。要求：熟悉三相整流电路的基本分析方法。重点：三相整流电路=0 位置的确定。难点：三相波形的分析，工作原理。教学方法：用黑板教学，然后用多媒体复习。作业题：本章习题。,3.3 单相整流电路分析,2.2 三相可控整流电路,2.2.1 三相半波可控整流电路2.2.2 三相桥式全控整流电路,2.2 三相可控整流电路引言,交流测由三相电源供电。负载容量较大，或要求直流电压脉动较小、容易滤波。基本的是三相半波可控整流电路，三相桥式全控整流电路应用最广。,2.2.1 三相半波可控整流电路,电路的特点：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。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。,图2-12 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,1)电阻负载,自然换相点：二极管换相时刻为自然换相点，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a的起点，即a=0。,a),3.3 三相可控整流电路,三相可控整流电路变压器一般采用D、Y或y、d联结，提供3及3倍次谐波电流通路，对于三相半波采用有中性点的D、Y联结，且三相负载对称。一、三相半波（零式）可控整流电路1.电阻性负载 1)电路 该电路有三条通路，相当于三个单相半波电路，三相轮流导通，输出电压 波形为三相交流相电压的包络线。,共阴极组阴极连接在一起,高通,任意瞬间只有一个晶闸管导通,2)工作原理共阴极：电压在正半周时，晶闸管才能导通。特点:=0在电源电压/6，而不在零度。电源电压一周期内，输出电压有三个波头，即频率提高3倍，脉动程度降低。,三个晶闸管轮流导通。每隔120 发一脉冲，0时，电路不能正常工作。=30(/6)时 输出电压断续。晶闸管所承受的电压分为三段，导通是可认管压降为零，另外两相晶闸管导通时所承受的线电压uab、uac，每段均为120。,图2-13 三相半波可控整流电路，电阻负载，a=30时的波形,图2-14 三相半波可控整流电路，电阻负载，a=60时的波形,动画演示,输出电压连续时，各晶闸管每周期导通2/3移相范围为5/6。电阻性负载晶闸管一周所承受的最大正向电压为，最大反向电压为,3）输出电压、电流数值/6时，电压波形连续，每只晶闸管导通2/3。/6时，电流波形不连续，晶闸管导通小于2/3。平均电流、有效值,2阻感性负载(L远大于R）特点是电流平稳，在0至/6时，id肯定是连续的，与电阻性负载同。/6 时，当电源电压 u2 0时，由于电感作用，晶闸管维持导通，输出电压出现负半波。当感较小时，或较大时，电流波形出现断续，使晶闸管的导通角小于2/3。,VT1,VT2,VT3,+,ud,R L,变压器容量计算，直流分量，,练习=/2时的波形 在L远大于R的情况下，当=/2时，输出电压Ud=0，所以在理想情况下其移相范围为=/2。但在阻感性负载下，不同的电路参数其移相范围不同。晶闸管所承受的最大正反向电压分别为。电流连续，可看成平稳直线。电压、电流值计算,3.3（二)（3学时）,主要内容：三相全控桥式整流电路电阻性负载和阻感负载工作原理、电压电流波形分析和参数计算。目的：分析三相全控桥式整流电路电阻性和阻感负载的电压电流波形分析和计算参数。要求：掌握三相整流电路的基本分析方法。重点：电压电流波形分析、参数计算。难点：输出电压计算公式推导。教学方法：先用黑板教学，然后用多媒体复习。作业：本章习题7.8。,2.2.2 三相桥式全控整流电路,三相桥是应用最为广泛的整流电路,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）,图2-17 三相桥式全控整流电路原理图,导通顺序：VT1VT2 VT3 VT4 VT5VT6,2.2.2 三相桥式全控整流电路,晶闸管及输出整流电压的情况如表21所示,请参照图218,2.2.2 三相桥式全控整流电路,（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。共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差120，共阳极组VT4、VT6、VT2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，脉冲相差180。,三相桥式全控整流电路的特点,（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。,2.2.2 三相桥式全控整流电路,（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。（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：一种是宽脉冲触发 一种是双脉冲触发（常用）(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。,三相桥式全控整流电路的特点,2.2.2 三相桥式全控整流电路,1）带电阻负载时的工作情况,当a60时，ud波形均连续，对于电阻负载，id波形与ud波形形状一样，也连续 波形图：a=0（图218）a=30（图219）a=60（图220）当a60时，ud波形每60中有一段为零，ud波形不能出现负值 波形图：a=90（图221）带电阻负载时三相桥式全控整流电路a角的移相范围是120,图2-18 三相桥式全控整流电路带电阻负载a=0时的波形,图2-19 三相桥式全控整流电路带电阻负载a=30 时的波形,图2-20 三相桥式全控整流电路带电阻负载a=60 时的波形,图2-21 三相桥式全控整流电路带电阻负载a=90 时的波形,a60时（a=0 图222；a=30 图223）ud波形连续，工作情况与带电阻负载时十分相似。各晶闸管的通断情况 输出整流电压ud波形 晶闸管承受的电压波形,2.2.2 三相桥式全控整流电路,2)阻感负载时的工作情况,主要包括,a 60时（a=90图224）阻感负载时的工作情况与电阻负载时不同。电阻负载时，ud波形不会出现负的部分。阻感负载时，ud波形会出现负的部分。带阻感负载时，三相桥式全控整流电路的a角移相范围为90。,区别在于：得到的负载电流id波形不同。当电感足够大的时候，id的波形可近似为一条水平线。,2.2.2 三相桥式全控整流电路,3)定量分析,当整流输出电压连续时（即带阻感负载时，或带电阻负载a60时）的平均值为：,带电阻负载且a 60时，整流电压平均值为：,输出电流平均值为：Id=Ud/R,（2-26）,（2-27）,2.2.2 三相桥式全控整流电路,当整流变压器为图2-17中所示采用星形接法，带阻感负载时，变压器二次侧电流波形如图2-23中所示，其有效值为：,（2-28）,晶闸管电压、电流等的定量分析与三相半波时一致。接反电势阻感负载时，在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：,（2-29）,式中R和E分别为负载中的电阻值和反电动势的值。,ik=ib是逐渐增大的，而ia=Id-ik是逐渐减小的。当ik增大到等于Id时，ia=0，VT1关断,换流过程结束。,2.3 变压器漏感对整流电路的影响,考虑包括变压器漏感在内的交流侧电感的影响，该漏感可用一个集中的电感LB表示。现以三相半波为例，然后将其结论推广。,VT1换相至VT2的过程：,因a、b两相均有漏感，故ia、ib均不能突变。于是VT1和VT2同时导通，相当于将a、b两相短路，在两相组成的回路中产生环流ik。,图2-25 考虑变压器漏感时的三相半波可控整流电路及波形,2.3 变压器漏感对整流电路的影响,换相重叠角换相过程持续的时间，用电角度g表示。换相过程中，整流电压ud为同时导通的两个晶闸管所对应的两个相电压的平均值。,换相压降与不考虑变压器漏感时相比，ud平均值降低的多少。,（2-30）,（2-31）,2.3 变压器漏感对整流电路的影响,换相重叠角g的计算,由上式得：,进而得出：,（2-32）,（2-33）,（2-34）,2.3 变压器漏感对整流电路的影响,由上述推导过程，已经求得：,当 时，于是,g 随其它参数变化的规律：（1）Id越大则g 越大；（2）XB越大g 越大；（3）当a90时，越小g 越大。,（2-35）,（2-36）,2.3 变压器漏感对整流电路的影响,变压器漏抗对各种整流电路的影响,表2-2 各种整流电路换相压降和换相重叠角的计算,注：单相全控桥电路中，环流ik是从-Id变为Id。本表所列通用公式不适用；三相桥等效为相电压等于 的6脉波整流电路，故其m=6，相电压按 代入。,2.3 变压器漏感对整流电路的影响,变压器漏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。,2.7 整流电路的有源逆变工作状态,逆变的概念 三相桥整流电路的有源逆变工作状态 逆变失败与最小逆变角的限制,逆变的概念,1)什么是逆变？为什么要逆变？,逆变（Invertion）把直流电转变成交流电，整流的逆过程。逆变电路把直流电逆变成交流电的电路。有源逆变电路交流侧和电网连结。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。无源逆变电路变流电路的交流侧不与电网联接，而直接接到负载，将在第5章介绍。对于可控整流电路，满足一定条件就可工作于有源逆变，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，称为变流电路。,逆变的概念,2)直流发电机电动机系统电能的流转,图2-44 直流发电机电动机之间电能的流转a）两电动势同极性EG EM b）两电动势同极性EM EG c）两电动势反极性，形成短路,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的，回路电阻小，可在两个电动势间交换很大的功率。,逆变的概念,3)逆变产生的条件单相全波电路代替上述发电机,图2-45 单相全波电路的整流和逆变,交流电网输出电功率,电动机输出电功率,a),b),u,10,u,d,u,20,u,10,a,O,O,w,t,w,t,I,d,i,d,U,d,E,M,u,10,u,d,u,20,u,10,O,O,w,t,w,t,I,d,i,d,U,d,E,M,a,i,VT,1,i,VT,2,i,VT,2,i,d,=,i,VT,+,i,VT,1,2,i,d,=,i,VT,+,i,VT,1,2,i,VT,1,i,VT,2,i,VT,1,逆变的概念,从上述分析中，可以归纳出产生逆变的条件有二：,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。晶闸管的控制角/2，使Ud为负值。,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。,三相桥整流电路的有源逆变工作状态,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。,可沿用整流的办法来处理逆变时有关波形与参数计算等各项问题。把a p/2时的控制角用p-=b表示，b 称为逆变角。逆变角b和控制角a的计量方向相反，其大小自b=0的起始点向左方计量。,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波形及晶闸管两端电压波形如图2-46所示。,图2-46 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：,输出直流电流的平均值亦可用整流的公式，即,（2-105）,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。,逆变失败与最小逆变角的限制,逆变失败（逆变颠覆）,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路，或使变流器的输出平均电压和直流电动势变成顺向串联，形成很大短路电流。,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,逆变失败与最小逆变角的限制,换相重叠角的影响：,图2-47 交流侧电抗对逆变换相过程的影响,当b g 时，换相结束时，晶闸管能承受反压而关断。,如果b g 时（从图2-47右下角的波形中可清楚地看到），该通的晶闸管（VT2）会关断，而应关断的晶闸管（VT1)不能关断，最终导致逆变失败。,逆变失败与最小逆变角的限制,2)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（2-109）,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200300ms，折算到电角度约45。,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（一般可达5）。值约取为10。,逆变失败与最小逆变角的限制,g 换相重叠角的确定：查阅有关手册 举例如下：,参照整流时g 的计算方法,（2-110）,这样，bmin一般取3035。,本章结束,