《相控整流》PPT课件.ppt

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1、3 1,第三章 相控整流电路,3 2,本章内容,3.1概述3.2单相桥式全控整流电路3.3单相桥式半控整流电路3.4三相半波可控整流电路3.5三相桥式全控整流电路3.6三相桥式半控整流电路3.7整流器交流侧电抗对整流电路的影响,3 3,要求及重点,理解和掌握单相桥式、三相半波、三相桥式等整流电路的电路结构、工作原理、波形分析、电气性能、分析方法和参数计算。重点：波形分析和基本电量计算的方法。难点：不同负载对工况的影响和整流器交流侧电抗对整流电路的影响,3 4,3.1 概 述,3.1.1 整流电路的分类不可控整流电路：完全由不可控器件组成整流输出平均电压大小和极性不可变全控整流电路：完全由可控器

2、件组成整流输出平均电压大小和极性都可变半控整流电路：由不可控器件和可控器件组成整流输出平均电压大小可调、极性不能改变,3 5,可控整流电路的分类,按电路结构分类 桥式电路（又称全波电路或双拍电路）零式电路（又称半波电路或单拍电路）按输出电压脉波数分类单脉波电路双脉波电路三脉波电路多脉波电路,3 6,可控整流电路的分类（续）,按控制方式分类相控式电路斩控式电路按组成器件分类全控型电路半控型电路,按工作范围分类单象限电路多象限电路按电网相数分类单相电路三相电路多相电路,3 7,3.1.2 可控整流电路的一般结构,主电路:交流电源：工频电网或整流变压器 滤波器：为保证电流连续 负载：阻性负载、阻感负

3、载、反电势负载等控制电路：模拟控制、数字控制、单片机、DSP,3 8,整流电路在应用中应满足的基本技术要求输出电压的可调范围大，脉动小；交流电源功率因数高，谐波电流小；器件导电时间尽可能长，承受正反向电压低；变压器利用率高，尽量防止直流磁化。研究整流电路的理想条件理想电力电子器件：正向导通时阻抗为零，断态时阻抗为无穷大；理想电源：整流电路的交流输入电压为对称、无畸变的正弦波。,3 9,3.2 单相桥式全控整流电路,3.2.1 单相半波可控 整流电路工作原理波形分析,3 10,基本分析方法,不同电路形式（断路、短路）基本电路分析方法（KVL、KCL、i=U/R）,SCR断态（断路）,SCR通态（

4、短路）,关断(iT0),导通(uT0,ug0),SCR的两个状态（断态、通态、转换条件）,3 11,整流电路的基本概念,控制角 从晶闸管开始承受正向电压到被触发导通这一角度。导通角 晶闸管在一个周期内导通的电角度。移相改变控制角的大小，即改变触发脉冲出现的相位。移相控制,3 12,整流电路的基本概念（续）,移相范围控制角的允许调节范围。同步触发脉冲信号和晶闸管电压（即电源电压）在频率和相位上的协调配合关系。自然换相点当电路中的可控元件全部由不可控元件代替时，各元件的导电转换点。,3 13,3.2.2 单相桥式全控整流电路（电阻负载）,工作原理（正半周）u2 0：T1、T4承受正电压t：发脉冲，

5、T1T4导通t：id=0，T1T4关断,3 14,单相全控桥电路（R负载）电量计算,输出平均电压 Ud移相范围 0 180输出平均电流 IdSCR平均电流 IdT=Id/2,3 15,负载电压有效值 U变压器副边绕组电流有效值 I2流过晶闸管的电流有效值功率因数,3 16,3.2.3 单相桥式全控整流电路（电感负载）,工作原理（正半周）t：发脉冲，T1T4导通t：iT1=iT4=Id，T1T4仍然 导通，T2T3承受正电压t：T2T3导通，T1T4 关断,3 17,单相全控桥电路（L负载）电量计算,输出平均电压 Ud移相范围 0 90输出平均电流 Id,3 18,单相全控桥电路（L负载）电量计

6、算（续）,SCR平均电流 IdT=Id/2流过晶闸管的电流有效值 IT 变压器副边绕组电流有效值 I 2功率因数,3 19,电流断续时特性分析,负载电流断续时整流电压、电流波形电流断续时、的关系：越大，越小 越大，越大（tg=L/R),3 20,单相全控桥（R、L、E负载）,工作原理 ud 0，T1T4维持导通t：T2T3导通，T1T4关断电量计算（电感型负载相同）,3 21,3.3 单相桥式半控整流电路（L）,工作原理波形分析,3 22,单相桥式半控整流（L）电量计算,Ud、Id、U计算公式与全控桥（R）一样流过变压器副边绕组的电流有效值 I2流过SCR和整流管的电流平均值和有效值,3 23

7、,失 控 现 象 分 析,产生原因突然将触发脉冲切断将 角增大到 180 实质：对晶闸管的工作失去控制作用避免方法：加续流二极管,3 24,带续流二极管的单相半控桥,工作原理波形分析,3 25,其它形式的单相桥式半控电路,3 26,反电势负载单相半控桥式整流电路,波形分析（b）电流连续时的电压电流波形（c）电流断续时的电压电流波形,3 27,单相整流电路总结（分类、名称、负载、波形、特点、计算）,单相整流电路的优、缺点优点：结构简单对触发电路的要求较低缺点：输出直流电压脉动大易造成电网负载不平衡,3 28,整流电路的分析方法（一）针对非标准情况举例整流电路的分析方法（二）针对标准情况举例,3

8、29,整流电路的分析方法（二）,波形分析法：根据电源电压 u2 和控制角 以及负载性质，作出负载电压 ud、负载电流 id、和整流元件的电压、电流波形图，从而导出基本电量的计算公式及数量关系。具体步骤：1、绘出主电路原理图，标出元件序号和各电量的参考方向；2、画出相（线）电压波形图，确定自然换相点；,3 30,整流电路的分析方法（续）,3、根据控制角 在相应位置上绘出触发脉冲，并 标明相应序号；4、根据可控整流电路的工作原理以及负载性质，绘出负载电压ud、负载电流 id、SCR电流 iT 等波形；5、根据波形图，导出基本电量的计算式；6、对整流电路进行综合评价。例如：电路的优、缺点；电路的可控

9、移相范围；负载电流是否连 续；整流元件承受的最大正、反向电压值等。,3 31,3.4 三相半波可控整流电路,3.4.1 电阻负载（R）电路结构 共阴极接法工作原理（0）自然换相点(t 30 处)波形分析正半周包络线,3 32,三相半波可控整流（R负载）（续）,30 的工作情况t 30+时，T1导通B相的t 30+时，T2导通，T1受反压关断。30 的工作情况ua0 时，T1关断负载电流处于连续和断续的临界状态。,3 33,三相半波可控整流（R）（续）,30的工作情况ua0 时，T1关断，输出电压、电流波形断续移相范围为0150,3 34,三相半波可控整流（R）电量计算,0 30 30 150,

10、3 35,3.4.2 三相半波可控整流电路（L负载）,假设：L=，电流平直工作原理（30）波形分析（输出电压连续）,3 36,三相半波可控整流（L）电量计算,整流电压 Ud整流电流 Id变压器的相电流 I2，SCR的电流有效值 IT,3 37,三相半波可控整流（L）电量计算,变压器副边容量S2=3U2I2=1.48Ud0Id=1.48Pd0变压器原边容量 S1=3U1I1=3U2I1=1.21 Pd0(假设W1=W2）变压器容量,3 38,三相半波可控整流电路的优、缺点,优点：输出电压脉动小输出功率大三相负载平衡缺点变压器利用率低容易出现直流磁化现象零线上通过较大的负载电流,3 39,3.5

11、三相桥式全控整流电路,结构：共阴极三相半波 加共阳极三相半波,3 40,一、三相桥式全控整流电路（L）,工作原理波形分析（=0）自然换相点相电压t 30 线电压t 60,3 41,结构：由两个（一个为共阴极，一个为共阳极）三相半波整流电路组成。优点：六脉波电路，输出电压脉动更小；变压器绕组无直流磁势；变压器绕组正负半周都工作，效率高。,3 42,三相桥式全控整流电路的触发要求,本组内SCR每隔 120换流一次；共阴极与共阳极组的换流点相隔 60。SCR的导通顺序：(6-1)(1-2)(2-3)(3-4)(4-5)(5-6)自然换相点为相电压（或线电压）的交点。必须使用双窄脉冲或宽脉冲（见下页）

12、。,3 43,三相桥式全控整流的触发要求（续）,（a）变压器副边 三相电压波形（b）宽脉冲触发（c）双窄脉冲触发,3 44,三相桥式全控整流电路输出波形（L）,=30=60=90=120,3 45,三相桥式全控整流（L）电量计算,整流电压 Ud变压器的相电流 I2,3 46,二、三相桥式全控整流电路（R）,工作原理波形分析（a）=60 临界连续（b）60 120 输出电压、电流断续,3 47,三相桥式全控整流（R）电量计算,整流电压 Ud 0 60 60 120,3 48,3.6 三相桥式半控整流电路,工作原理 由一个三相半波不控整流电路与一个三相半波可控整流电路串联而成,3 49,一、三相桥

13、式半控整流电路（R负载）,=30=120,3 50,三相桥式半控整流（R）电量计算,整流电压 Ud输出电压为不可控半波电路输出电压与可控的三相半波电路输出电压之和,3 51,二、三相桥式半控整流电路（L负载）,60 60 180,3 52,三相桥式半控整流（L）电量计算,整流电压 Ud同电阻性负载输出电压为不可控半波电路输出电压与可控的三相半波电路输出电压之和,3 53,三相桥式半控（L）电量计算（续）,SCR电流的有效值 IT、整流管电流有效值 IDSCR电流的平均值 IdD、整流管电流平均值 IdT,3 54,三相桥式半控（L）电量计算（续）,变压器副边绕组电流有效值 I2 60 60 1

14、80,3 55,三、三相桥式半控整流的失控现象,产生原因突然将触发脉冲切断将 角增大到 180 实质：对晶闸管的工作失去控制作用避免方法：加续流二极管,3 56,例 题,三相半控桥式整流电路，三相电源对称，滤波电感 Ld 充分大，负载电流id近似平直。UAB=380V，R=2，E=40V，=90，试求：（1）绘出负载电压ud、交流侧电流iA的波形；（2）求负载电压平均值Ud、负载电流平均值Id；（3）求电源侧的功率因数。,3 57,（1）电路图波形图（90）,3 58,解：,3 59,3.7 整流器交流侧电抗的影响,原因变压器存在一定的漏电感交流回路存在一定的电感结果出现重迭导通现象（两条支路

15、同时导电）简化考虑把所有交流侧的电感都折算到变压器副边，用集中电感 LB 表示。,3 60,3.7.1 换流期间电压电流波形分析,以电感负载，三相半波可控整流电路为例,3 61,换相过程：Id 0 或 0 Id换相重叠角：换相过程所对应的相角换相电压：换相过程中两相间电位差瞬时值 uba=ub-ua换相电压的作用：强制导通元件中的电流下降为零；保证退出导通的元件恢复阻断能力。,3 62,重迭对输出波形的影响换相过程中，整流电压的瞬时值与=0时相比，产生了换相压降 Ud,3 63,3.7.2 换相压降的计算,对于单相全控桥，必须用 2Id 代替 Id式中符号定义见下页整流输出电压的平均值,3 6

16、4,换相压降的计算（续）,符号定义:m 输出电压在一个周期的波头数。xB 整流电路交流侧每相电抗值U2 变压器二次绕组额定相电压I2 变压器二次绕组额定相电流（星接）uK%变压器的短路电压比,3 65,考虑 时的整流器输出特性,输出电压的平均值 Ud整流电路的输出特性如右图所示,3 66,3.7.3 换相重叠角 的计算,3 67,m 输出电压在一个周期的波头数。对于单相全控桥，必须用 2Id 代替 Id 对于三相全控桥，用 线电压（即）代替,3 68,例3-5：单相二极管桥式整流电路，电源电压U2220V，交流侧电抗为 xB，假设滤波电感 Ld 非常大，输出电流 id 连续而平直。当 id=I

17、d 时，重叠角 1=30，如改变负载电阻R，使 id=2Id，试求:1.计算此时的重叠角 2 和输出电压平均值 Ud；2.绘出电流 iD1、iD2 和电压ud的波形。,3 69,解：在该电路中，m=2，Id 2Id,3 70,变压器漏感的作用,利：限制短路电流，使电流变化相对缓和，对 di/dt 和 du/dt 值的限制有利。弊：使电网波形畸变，加大干扰；使功率因数降低。,3 71,习 题,3-1 单相半波可控整流电路中，如晶闸管（1）不加触发脉冲，（2）内部短路，（3）内部断路，试分析元件两端与负载电压波形。3-2 可控整流电路纯电阻负载时，负载电阻上的平均电压和平均电流的乘积是否等于负载功

18、率？大电感负载，当电流基本平直时，在负载电阻上的平均电流的乘积是否等于负载功率？为什么？,3 72,3-4如图所示电路中，US=110V，E=50V，R=2，L=，试按比例画出u0、i0、uD1、iD1、uD2、iD2随时间变化的关系曲线，并计算i0的平均值。,3 73,3-8 整流电路中续流二极管起什么作用？所有整流电路输出端都需加接续流二极管吗？3-11单相桥式全控整流电路，大电感负载，U2=110V，R=2，试计算当=300时，输出电压、电流平均值Ud和Id。如接续流二极管，Ud和Id又各为多少？绘出二种情况的电压、电流波形，两种情况电源侧的功率因数各为多少？3-14 单相半控桥式电路，

19、有续流二级管，对直流电机供电。平波电抗足够大，电源电压220V，控制角60，负载电流30A，计算晶闸管、整流管和续流管的电流平均值、有效值，交流侧电流有效值，容量和功率因数。,3 74,3-16 三相半波整流电路中，相电压U2=110V，负载反电势E=30V，R=15，L非常大，输出电流恒定，控制角60，试求：（1）输出电流的平均值和有效值；（2）a相电流ia的有效值；（3）画出ud、id、ia、uT1随时间变化的关系曲线。3-17 三相半波整流电路，接电阻负载，已知U2=110V，R=2.5，30，若C相因故断开，画出ud波形，并求负载电流平均值。,3 75,3-18 三相桥式整流电路，接电

20、阻负载，已知变压器副边相电压为U2=400V，负载电阻R=1，90，试求（1）输出电压平均值；（2）变压器副边电流有效值。3-20 三相桥式可控整流电路，=0,三相电源对称，Ld=，若T1-T6六个桥臂分别装上快速熔断器 F1-F6，若快熔F1熔断，试绘出ud 的波形并求出Id的表达式，已知u2=Umsint。3-21 上题所述三相桥式可控整流电路，=60，试画出下列故障情况下的ud波形：（1）a相电源缺相；（2）熔断器F3和F5同时熔断。,3 76,3-12 单相桥式全控整流电路，反电势阻感负载，R=1，Ld=，U2=100V，=60，E=40V，LB=5mH，计算Ud、Id和换流重叠角的值。3-22 三相全控桥，反电势阻感负载，U2=220V，=60，E=220V，R=1，Ld=，当交流侧电感（1）LB=0 和（2）LB=1mH两种情况下，试求：（1）绘出输出电压ud、晶闸管电流iT1、iT3的波形；（2）计算Ud、Id和的值。3-26 三相半控整流电路，大电感负载，在稳定整流状态中，突然因故障失去全部触发脉冲，试求：（1）画出故境条件下输出电压ud的稳态波形；（2）计算故障条件下输出电压和电流平均值。,