晶闸管相控变换器.ppt

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1、10-1,第十章 晶闸管相控变换器,整流电路的分类：按组成的器件可分为不可控、半控、全控三种。按电路结构可分为桥式电路和零式电路。按交流输入相数分为单相电路和多相电路。按变压器二次侧电流的方向是单向或双向，又分为单拍电路和双拍电路。,整流电路：出现最早的电力电子电路，将交流电变为直流电。,10-2,逆变的概念 逆变与整流相对应，直流电变成交流电。交流侧接电网，为有源逆变。交流侧接负载，为无源逆变。逆变与变频变频电路：分为交交变频和交直交变频两种。交直交变频由交直变换（整流）和直交变换两部分组成，后一部分就是逆变。主要应用各种直流电源，如蓄电池、干电池、太阳能电池等。交流电机调速用变频器、不间断

2、电源、感应加热电源等电力电子装置的核心部分都是逆变电路。,10-3,第一节 晶闸管相控整流电路的相控原理,图10.1-1 单相半波可控整流电路及波形,变压器B起变换电压和电气隔离的作用。,一、电阻性负载下单相半波整流电路的相控原理,交流输入为单相，直流输出电压波形只在交流输入的正半周内出现，故称为单相半波可控整流电路。,特点：电压与电流成正比，两者波形相同,2-4,一、电阻性负载下单相半波可控整流电路,VT的a 移相范围为180通过控制触发脉冲的相位来控制直流输出电压大小的方式称为相位控制方式，简称相控方式。,首先，引入两个重要的基本概念：控制角：从晶闸管开始承受正向阳极电压起到施加触发脉冲止

3、的电角度,用a表示,也称触发角或触发延迟角。导通角：晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度，用表示。,基本数量关系,直流输出电压平均值为,(10.1-3),2-5,二、电感性负载的工作情况,图10.1-2 带阻感负载的 单相半波电路及其波形,阻感负载的特点：电感对电流变化有抗拒作用，使得流过电感的电流不发生突变。,讨论负载阻抗角j、触发角a、晶闸管导通角的关系。,2-6,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。,图 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,电力电子电路

4、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。器件的每种状态对应于一种线性电路拓扑。,电力电子电路中存在非线性的电力电子器件，决定了电力电子电路时非线性电路。,2-7,当VT处于通态时，如下方程成立：,b)VT处于导通状态,（2-2）,（2-4）,初始条件：t=，id=0。求解式（2-2）并将初始条件代入可得,当t=+时，id=0，代入式（2-3）并整理得,2-8,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

5、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。为避免Ud太小，在整流电路的负载两端并联续流二极管,2-9,2.1.1 单相半波可控整流电路,续流二极管,u2 0时：VDR反向截止，不影响整流电路工作。,2-10,2.1.1 单相半波可控整流电路,续流二极管,2-11,2.1.1 单相半波可控整流电路,续流二极管,图10.1-4 单相半波带阻感负载有续流二极管的电路及波形,数量关系,（10.1-5）,（10.1-7）,（10.1-6）,（10.1-8）,若近似认为id为一条水平线，恒为Id，则有,2-12,2.1.1 单

6、相半波可控整流电路,VT的a 移相范围为180。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建立起整流电路的基本概念。,单相半波可控整流电路的特点,2-13,第二节 单相桥式相控整流电路,（一)电阻性负载,工作原理及波形分析VT1和VT4组成一对桥臂，在u2正半周承受电压u2，得到触发脉冲即导通，当u2过零时关断，ud=u2。VT2和VT3组成另一对桥臂，在u2正半周承受电压-u2，得到触发脉冲即导通，当u2过零时关断，ud=-u2。,电路结构,一、单相桥式全控整流电路,2-14,第二节 单相桥式相控整流电路,（一)电阻

7、性负载,工作原理及波形分析VT1和VT4组成一对桥臂，在u2正半周承受电压u2，得到触发脉冲即导通，当u2过零时关断。VT2和VT3组成另一对桥臂，在u2正半周承受电压-u2，得到触发脉冲即导通，当u2过零时关断。,电路结构,一、单相桥式全控整流电路,2-15,第二节 单相桥式相控整流电路,数量关系,（10.2-1）,a 角的移相范围为180。,向负载输出的平均电流值为：,流过晶闸管的电流平均值只有输出直流平均值的一半，即：,(10.2-3),2-16,第二节 单相桥式相控整流电路,流过晶闸管的电流有效值：,变压器二次测电流有效值I2与输出直流电流I有效值相等：,（10.2-4）,（10.2-

8、6）,2-17,第二节 单相桥式相控整流电路,变压器二次测电流有效值I2与输出直流电流I有效值相等：,（10.2-4）,2-18,第二节 单相桥式相控整流电路,上式用于选择晶闸管的额定电流：,当=00时，,选择晶闸管的额定电压：,不考虑变压器的损耗时，要求变压器的容量 S=U2I2。,晶闸管承受的最大正反向电压均为。,2-19,第二节 单相桥式相控整流电路,（二）电感性负载,假设电路已工作于稳态，id的平均值不变。假设负载电感很大，负载电流id连续且波形近似为一水平线。u2过零变负时，晶闸管VT1和VT4并不关断。至t=+a 时刻，晶闸管VT1和VT4关断，VT2和VT3两管导通。VT2和VT

9、3导通后，VT1和VT4承受反压关断，流过VT1和VT4的电流迅速转移到VT2和VT3上，此过程称换相，亦称换流。,u,2,O,w,t,O,w,t,O,w,t,u,d,i,d,I,d,2-20,第二节 单相桥式相控整流电路,（二）电感性负载,u2,O,w,t,O,w,t,O,w,t,u,d,i,d,i,2,O,w,t,O,w,t,u,VT,1,4,O,w,t,O,w,t,I,d,I,d,I,d,I,d,I,d,i,VT,2,3,i,VT,1,4,假设电路已工作于稳态，id的平均值不变。假设负载电感很大，负载电流id连续且波形近似为一水平线。,2-21,第二节 单相桥式相控整流电路,数量关系,（

10、10.2-13）,晶闸管移相范围为90。,晶闸管承受的最大正反向电压均为。,当=0，整流电压平均值最大,当=90，整流电压平均值最小,2-22,第二节 单相桥式相控整流电路,晶闸管导通角与无关，均为180。电流的平均值和有效值：,变压器二次侧电流i2的波形为正负各180的矩形波，其相位由角决定，有效值I2=Id。,2-23,第二节 单相桥式相控整流电路,（三）反电势负载,图10.2-7 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

11、得 晶闸管关断，此后ud=E。,2-24,第二节 单相桥式相控整流电路,直流电压平均值：,图10.2-4b 单相桥式全控整流电路接反电动势电阻负载时的波形,如图10.2-4b所示id波形所示：,（10.2-20）,2-25,第二节 单相桥式相控整流电路,直流电流平均值：,图10.2-4b 单相桥式全控整流电路接反电动势电阻负载时的波形,如图10.2-4b所示id波形所示：,（10.2-21）,直流电流有效值：,（10.2-22）,2-26,第二节 单相桥式相控整流电路,当 d时，触发脉冲到来时，晶闸管承受负电压，不可能导通。,图10.2-4b 单相桥式全控整流电路接反电动势电阻负载时的波形,电

12、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10.2-4b所示id波形所示：,电流连续,2-27,第二节 单相桥式相控整流电路,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。,2-28,第二节 单相桥式相控整流电路,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：,2-29,二、单相桥式半控整流电路,电路结构 单相全控桥中，每个导电回路中有2

13、个晶闸管，1个晶闸管可以用二极管代替，从而简化整个电路。如此即成为单相桥式半控整流电路（先不考虑续流二极管VDR）。,电阻负载 半控电路与全控电路在电阻负载时的工作情况相同。,2-30,（一）电感性负载,图10.2-6 单相桥式半控整流电路，无续流二极管，阻感负载时的电路及波形,在u2正半周，u2经VT1和VD4向负载供电，ud=u2。,二、单相桥式半控整流电路,2-31,（一）电感性负载,图10.2-6 单相桥式半控整流电路，无续流二极管，阻感负载时的电路及波形,在u2正半周，u2经VT1和VD4向负载供电，ud=u2。u2过零变负时，因电感作用电流不再流经变压器二次绕组，而是由VT1和VD

14、3续流，ud为零。,二、单相桥式半控整流电路,2-32,（一）电感性负载,图10.2-6 单相桥式半控整流电路，无续流二极管，阻感负载时的电路及波形,在u2负半周触发角a时刻触发VT2，VT2导通，u2经VT2和VD3向负载供电，ud=-u2。u2过零变正时，VD4导通，VD3关断。VT2和VD4续流，ud又为零。,二、单相桥式半控整流电路,2-33,（一）电感性负载,图10.2-6 单相桥式半控整流电路，无续流二极管，阻感负载时的电路及波形,在u2负半周触发角a时刻触发VT2，VT2导通，u2经VT2和VD3向负载供电，ud=-u2。u2过零变正时，VD4导通，VD3关断。VT2和VD4续流

15、，ud又为零。,二、单相桥式半控整流电路,2-34,续流二极管的作用,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。为避免可能发生的失控现象，电路中加入续流二极管VDR。有续流二极管VDR时，续流过程由VDR完成，避免了失控的现象。,二、单相桥式半控整流电路,2-35,续流二极管的作用,二、单相桥式半控整流电路,续流期间导电回路中只有一个管压降，有利于降低损耗。,图10.2-6 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,2-36,续流二极管的作用,二、单相桥式半控

16、整流电路,续流期间导电回路中只有一个管压降，有利于降低损耗。,图10.2-6 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,晶闸管和二极管的电流波形宽度都是-，其电流有效值：,（10.2-23）,续流二极管的电流波形宽度，每个周期出现两次，其电流有效值：,（10.2-24）,2-37,续流二极管的作用,二、单相桥式半控整流电路,续流二极管承受反向最大电压为,图10.2-6 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,变压器二次电流有效值：,（10.2-25）,2-38,单相桥式半控整流电路的另一种接法,省去-续流二极管VDR，续流由VD3和VD4来实现。,单相半控

17、桥式有续流二极管时的电路,单相桥式半控整流电路的另一接法,二、单相桥式半控整流电路,2-39,2002,27.（6分）单相桥式半控整流电路如图所示，负载L足够大。试绘出=90时输出电压ud、流过晶闸管VT1的电流iT1以及流过二极管VD4的电流iD4的波形。,2-40,2003,12单相桥式全控整流电路带反电势负载，串L，工作在有源逆变状态，的工作范围是（）B.C.D.13可控整流电路输出直流电压可调，主要取决于晶闸管触发脉冲的（）A.幅值B.移相 C.形状D.脉宽14单相桥式全控整流电路带电阻性负载，电源电压有效值为U2，晶闸管承受最大反向电压是（）A.U2/2B.U2 C.D.,2-41,

18、2003,40题40图为单相桥式全控整流电路带电阻性负载，R=20，U2=280V（1）计算Ud、Id；（）（2）选取电路中晶闸管电压及电流定额。（计算中数值取整数）,2-42,2004,13.单相半波可控整流电路带电阻性负载，的移相范围是【】A.090 B.0120 C.0150D.018014.单相桥式全控整流电路带电阻性负载，电源电压有效值为U2，电路中晶闸管SCR承受的最大反向电压为【】U2B.C.D.,2-43,2004,32.题32图所示为单相桥式半控整流电路，带R负载。（1）绘出=30时的ud、id、iT1、i2波形；（2）写出的移相范围。,2-44,2004,33.题33图所示

19、为单相桥式全控整流电路带R、L负载，LR，忽略id的脉动。（1）绘出=30时ud、id、iT1、i2波形；（2）写出的移相范围。,2-45,2004,37.题37图所示为单相桥式全控整流电路带电感性负载，LR，忽略id的脉动。已知R=2，=60时，ud=90V，求SCR的额定电压及额定电流。,2-46,2005,13.单相桥式半控整流电路带电阻性负载，的移相范围是【】A.090 B.0120 C.0150D.0180,2-47,2005,33.题33图所示为单相桥式半控整流电路带电感性负载，LR。（1）绘出=30时ud波形，并在图中标出各管子导通的区间；（2）正值VT1导通时VT1、VT2脉冲

20、突然消失，绘出此时ud的波形，并在图中标出各管子的导通区间。,2-48,2005,37.题37图所示为单相桥式全控整流电路带电感性负载，LR，忽略id的脉动。已知R=1，=30时，ud=60V。（1）计算变压器容量S；（2）计算SCR的额定电压及额定电流。,2-49,2006,13.单相桥式全控整流电路带电阻性负载，触发脉冲的移相范围是【】A.090 B.0120 C.0150D.0180A.U2B.C.D.15将交流电能变换成可调的直流电能称为【】A.逆变B.整流C.斩波D.调压,2-50,2006,36.题36图所示为单相桥式全控整流电路带电感性负载，LR，电流连续，R=5，U2=200V

21、，=30。（1）计算Ud、Id值；（2）选择电路中晶闸管的电流及电压额定值。,2-51,2007,32.题32图所示单相半波可控整流电路带电阻性负载。（1）绘出=30时ugk、ud、id的波形；（2）Ud在0 udmax间变化的移相范围。,2-52,2007,37.题37图所示单相桥式半控整流电路带电阻性负载。已知U2=400V，R=10。求：（1）=30时，Ud、Id值；（2）选取晶闸管的额定电压及额定电流（I/Id=1.17）。,2-53,2008,13.单相桥式全控整流电路带电阻性负载，电源电压有效值为U2，则晶闸管承受的最大正向电压值是【】B.C.D.,2-54,2008,37.题37

22、图为单相桥式全控整流电路带电阻性负载，R=5，U2=300V，控制角=60（I2/Id=1.33）。（1）计算Ud、Id；（2）选取电路中晶闸管电压及电流定额。,题37图,37.（1）,（1分）,（1分）,（1分）,（1分）,（2）,（1分）,2-55,2009,13.单相桥式全控整流电路带电阻性负载，电源电压有效值为U2，电路中晶闸管承受的最大电压值是【】B.C.D.,2-56,2009,33.题33图所示单相半波可控整流电路，带电阻性负载，已知U2=200V，R=5，,60。（1）绘出时ug、ud、id、uT的波形；（2）求Ud及Id值。,2-57,2009,37.题37图为单相桥式全控整

23、流电路，带电感性负载，忽略idd的脉动，R=2，要求输出直流电压平均值Ud=80V（=30）。求：（1）电源电压U2；（2）晶闸管的额定电压及额定电流。,题37图,2-58,第三节 三相半波相控整流电路引言,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。,2-59,第三节 三相半波相控整流电路,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10.3-1 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

24、时的波形,（一)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。,一、共阴极三相半波相控整流电路,2-60,a=0时的工作原理分析,变压器二次侧a相绕组和晶闸管VT1的电流波形，变压器二次绕组电流有直流分量。晶闸管的电压波形，由3段组成。,图10.3-1 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,a=30的波形（图10.3-2）特点：负载电流处于连续和断续之间的临界状态。a30的情况（图10.3-3）特点：负载电流断续，晶闸管导通角小于120。,动画演示,（一)电阻负载,一、共阴极三相半波相

25、控整流电路,2-61,（10.3-1）,当a=0时，Ud最大，为。,(10.3-2),整流电压平均值的计算,a30时，负载电流连续，有：,a30时，负载电流断续，晶闸管导通角减小，此时有：,（一)电阻负载,一、共阴极三相半波相控整流电路,2-62,负载电流平均值为,由于晶闸管是交替工作的，所以 流过每个晶闸管的平均电流：,（一)电阻负载,一、共阴极三相半波相控整流电路,a30时，晶闸管电流连续，其有效值为：,a30时，晶闸管电流断续，此时其有效值为：,控制角增大则电流波形变窄；在输出平均电流相同的情况下，控制角愈大则电流的有效值增大得愈厉害。,2-63,通过晶闸管的电流就是通过对应变压器二次绕

26、组的电流i2。,晶闸管承受的最大反向电压，为变压器二次线电压峰值，即,晶闸管阳极与阴极间的最大正向电压等于变压器二次相电压的峰值，即,（一)电阻负载,一、共阴极三相半波相控整流电路,选择晶闸管的额定电流,选择晶闸管的额定电压,变压器二次侧容量：,2-64,图10.3-4三相半波可控整流电路，阻感负载时的电路及a=60时的波形,特点：阻感负载，L值很大，id波形基本平直。a30时：整流电压波形与电阻负载时相同。a30时（如a=60时的波形如图10.3-4所示）。u2过零时，VT1不关断，直到VT2的脉冲到来，才换流，ud波形中出现负的部分。id波形有一定的脉动，但为简化分析及定量计算，可将id近

27、似为一条水平线。阻感负载时的移相范围为90。,uac,O,O,O,O,O,O,t,a,动画演示,（二)电感性负载,一、共阴极三相半波相控整流电路,t,t,t,t,t,uab,uac,uT1,id,ic,ib,ia,ua,ub,uc,ud,2-65,数量关系,由于负载电流连续，Ud可求出，即,（二)电感性负载,一、共阴极三相半波相控整流电路,（10.3-11）,当=0时，Ud最大，为1.17U2。,当=90时，Ud最小，为0。,所以触发脉冲的移相范围为90。,2-66,变压器二次电流即晶闸管电流的有效值为,晶闸管的额定电流为,晶闸管最大正、反向电压峰值均为变压器二次线电压峰值,三相半波的主要缺点

28、在于其变压器二次电流中含有直流分量，为此其应用较少。,（二)电感性负载,一、共阴极三相半波相控整流电路,晶闸管的额定电压为,2-67,2005,14.三相半波可控整流电路带电感性负载（未接续流二极管），电源电压有效值为U2，则晶闸管承受的最大正反向电压为【】A.U2B.C.D.,2-68,2006,14.三相半波可控整流电路带电阻性负载，相电压有效值为U2，晶闸管承受的最大反向电压为【】A.U2B.C.D.,2-69,2007,14.三相半波相控整流电路带电阻性负载，电源电压有效值为U2，则晶闸管SCR在电路中承受的最大反向电压为【】A.U2B.C.D.,2-70,2008,32.题32图所示

29、为三相半波可控整流电路带电感性负载。（1）绘出=30时ud、id的波形；（2）写出的移相范围。,题32图,（4分）（2）090（1分）,2-71,2009,14.三相半波可控整流电路带电阻性负载，的移相范围是【】A.090 B.0120 C.0150D.0180,2-72,第四节 三相桥式相控整流电路,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）,三相桥式全控整流电路原理图,导通顺序：VT1VT2 VT3 VT4 VT5VT6,2-73,三相桥式整流电路,2.工作原理,在每一瞬间共阴极

30、组中阳极电位最高的二极管导通；共阳极组中阴极电位最低的二极管导通。,1.电路,三相变压器原绕组接成三角形，副绕组接成星形,2-74,在 t1 t2 期间共阴极组中a点电位最高，D1 导通；共阳极组中b点电位最低，D4 导通。,负载两端的电压为线电压uab。,负载电压,2.工作原理,变压器副边电压,在 t2 t3 期间共阴极组中a点电位最高，D1 导通；共阳极组中c点电位最低，D6 导通。,负载两端的电压为线电压uaC。,负载电压,2.工作原理,变压器副边电压,在 t3 t4 期间共阴极组中b点电位最高，D3 导通；共阳极组中c点电位最低，D6 导通。,负载两端的电压为线电压ubC。,负载电压,

31、2.工作原理,变压器副边电压,在 t4 t5 期间共阴极组中b点电位最高，D3 导通；共阳极组中a点电位最低，D2 导通。,负载两端的电压为线电压uba。,负载电压,2.工作原理,变压器副边电压,2.工作原理,结论：在一个周期中，每个二极管只有三分之一的时间导通（导通角为120）。,变压器副边电压,负载电压,负载两端的电压为线电压。,2.工作原理,变压器副边电压,负载电压,整流电压平均值 Uo,2-80,第四节 三相桥式相控整流电路,1）电阻负载,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10.4-a）a=30（图10.4-b）a=60（图

32、10.4-c）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10.4-e）带电阻负载时三相桥式全控整流电路a角的移相范围是120,2-81,第四节 三相桥式相控整流电路,晶闸管及输出整流电压的情况如表21所示,2-82,第四节 三相桥式相控整流电路,（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

33、）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。,2-83,第四节 三相桥式相控整流电路,（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,2-84,a60时（a=0 图10.4-2；a=30 图10.4-3）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,第四节 三相桥式相

34、控整流电路,2)电感性负载,主要包括,a 60时（a=90图10.4-5）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。,2-85,第四节 三相桥式相控整流电路,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,2-86,第四节 三相桥式相控整流电路,当整流变压器采用星形

35、接法，带阻感负载时，变压器二次侧电流波形如图10.4-2中所示，其有效值为：,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：,式中R和E分别为负载中的电阻值和反电动势的值。,2-87,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。,第五节 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

36、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10.5-1 考虑变压器漏感时的三相半波可控整流电路及波形,2-88,第五节 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。,2-89,第五节 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：,2-90,第五节 变压器漏感对整流电路的影响,由上

37、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。,2-91,第五节 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,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。,2-92,第五节 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

38、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。,2-93,第六节 功率因数,一、功率因数,正弦电路中的情况,电路的有功功率就是其平均功率：,视在功率为电压、电流有效值的乘积，即S=UI）无功功率定义为：Q=U I sinj,功率因数l 定义为有功功率P和视在功率S的比值：,此时无功功率Q与有功功率P、视在功率S之间有如下关系：,功率因数是由电压和电流的相位差j 决定的：l=cos j,2-94,第六节 功率因数,非正弦电路中的情况,有功功率、视在功率、功率

39、因数的定义均和正弦电路相同，功率因数仍由式 定义。不考虑电压畸变，研究电压为正弦波、电流为非正弦波的情况有很大的实际意义。,非正弦电路的有功功率：P=U I1 cosj1功率因数为：,基波因数n=I1/I，即基波电流有效值和总电流有效值之比 位移因数（基波功率因数）cosj 1,功率因数由基波电流相移和电流波形畸变这两个因素共同决定的。,2-95,第六节 功率因数,非正弦电路的无功功率,定义很多，但尚无被广泛接受的科学而权威的定义。一种简单的定义是：）,无功功率Q反映了能量的流动和交换，目前被较广泛的接受。,也可采用符号Qf，忽略电压中的谐波时有：Q f=U I 1 sinj 1 在非正弦情况

40、下，因此引入畸变功率D，使得：,Q f为由基波电流所产生的无功功率，D是谐波电流产生的无功功率。,10-96,第六节 功率因数,1)单相桥式全控整流电路,忽略换相过程和电流脉动，带阻感负载，直流电感L为足够大（电流i2的波形见图2-6）,变压器二次侧电流谐波分析：,n=1,3,5,电流中仅含奇次谐波。各次谐波有效值与谐波次数成反比，且与基波有效值的比值为谐波次数的倒数。,2-97,第六节 功率因数,基波电流有效值为（2-74）i2的有效值I=Id，结合式（2-74）可得基波因数为（2-75）电流基波与电压的相位差就等于控制角，故位移因数为（2-76）所以，功率因数为,（2-77）,功率因数计算

41、,2-98,第七节 晶闸管相控有源逆变电路,7.1 逆变的概念7.2 三相桥整流电路的有源逆变工作状态7.3 逆变失败与最小逆变角的限制,2-99,7.1 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。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。,2

42、-100,7.1 逆变的概念,2)电能的流转,图10.7-1 两个直流电源E1、E2串联电路 A）E1 E2 b）E2 E1 c）E1、E2反极性串联,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。,2-101,7.1 逆变的概念,3)逆变产生的条件单相全波电路代替上述直流电源E1,图10.7-2 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

43、,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,1,2-102,7.1 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。,整流与逆变状态,当 0 0，整流状态，电功率从交流侧输送

44、到直流侧；当/2 max 时，Ud0 0，有源逆变状态，电功率反向传送。,7.1 逆变的概念,2-104,7.1 逆变的概念,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。,2-105,三、单相桥式全控有源逆变电路,2-106,三、单相桥式全控有源逆变电路,2-107,三、单相桥式全控有源逆变电路,2-108,第二节 单相桥式相控整流电路,数量关系,（10.2

45、-13）,令=-,当0/2，整流电压平均值为正，整流工作状态。,当/2，整流电压平均值为负，逆变状态。,当=0,当=/2,2-109,7.3 逆变的颠覆,逆变颠覆（逆变失败）,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,2-110,7.3 逆变的颠覆,换相重叠角的影响：,图2-47 交流侧电

46、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。,2-111,7.3 逆变的颠覆,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。,2-112,7.3 逆变的颠覆

47、,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。,2-113,相控电路：晶闸管可控整流电路，通过控制触发角a的大小即控制触发脉冲起始相位来控制输出电压大小。采用晶闸管相控方式时的交流电力变换电路和交交变频电路（第4章）。,相控电路的驱动控制为保证相控电路正常工作，很重要的是应保证按触发角a的大小在正确的时刻向电路中的晶闸管施加有效的触发脉冲。晶闸管相控电路，习惯称为触发电路。大、中功率的变流器广泛应用的是晶体管触发电路，其中以同步信号为锯齿波的触发电路应用最多。,第八节 晶闸管的触发电路,2-114,8.1 同步信号为锯

48、齿波的触发电路,输出可为双窄脉冲（适用于有两个晶闸管同时导通的电路），也可为单窄脉冲。三个基本环节：脉冲的形成与放大、锯齿波的形成和脉冲移相、同步环节。此外，还有强触发和双窄脉冲形成环节。,图2-54 同步信号为锯齿波的触发电路,2-115,8.1 同步信号为锯齿波的触发电路,1)脉冲形成环节,V4、V5 脉冲形成V7、V8 脉冲放大控制电压uco加在V4基极上,图2-54 同步信号为锯齿波的触发电路,脉冲前沿由V4导通时刻确定，脉冲宽度与反向充电回路时间常数R11C3有关。,电路的触发脉冲由脉冲变压器TP二次侧输出，其一次绕组接在V8集电极电路中。,2-116,8.1 同步信号为锯齿波的触发

49、电路,2)锯齿波的形成和脉冲移相环节锯齿波电压形成的方案较多，如采用自举式电路、恒流源电路等；本电路采用恒流源电路。,恒流源电路方案，由V1、V2、V3和C2等元件组成,V1、VS、RP2和R3为一恒流源电路,图2-54 同步信号为锯齿波的触发电路,2-117,8.1 同步信号为锯齿波的触发电路,3)同步环节,同步要求触发脉冲的频率与主电路电源的频率相同且相位关系确定。锯齿波是由开关V2管来控制的。V2开关的频率就是锯齿波的频率由同步变压器所接的交流电压决定。V2由导通变截止期间产生锯齿波锯齿波起点基本就是同步电压由正变负的过零点。V2截止状态持续的时间就是锯齿波的宽度取决于充电时间常数R1C

50、1。,2-118,8.1 同步信号为锯齿波的触发电路,4)双窄脉冲形成环节,内双脉冲电路 V5、V6构成“或”门当V5、V6都导通时，V7、V8都截止，没有脉冲输出。只要V5、V6有一个截止，都会使V7、V8导通，有脉冲输出。第一个脉冲由本相触发单元的uco对应的控制角 产生。隔60的第二个脉冲是由滞后60相位的后一相触发单元产生（通过V6）。三相桥式全控整流电路的情况(自学),2-119,8.2 集成触发器,可靠性高，技术性能好，体积小，功耗低，调试方便。晶闸管触发电路的集成化已逐渐普及，已逐步取代分立式电路。KJ004 与分立元件的锯齿波移相触发电路相似,分为同步、锯齿波形成、移相、脉冲形