晶闸管相控整流电路.ppt

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1、第1页,第二章 晶闸管相控整流电路,本章所要讲述的内容单相可控整流电路三相可控整流电路变压器漏感对整流电路的影响整流电路的谐波分析电力公害及其抑制措施本章重点 单相桥式全控整流电路和三相桥式全控整流电路组成和工作原理、不同性质的负载下一些重要物理量的波形分析和数值计算。,第2页,2.1 概述,图2.1 部分常用的整流电路,c）d）除c）、d）外a）e）f）、g）b）、f）c）、d）、e）、g）a）、b）、f）c）、d）、e）、g）,整流电路,第3页,不同性质的负载对于整流电路输出的电压电流波形有很大影响。负载的性质大致分为以下几种（p42）电阻性负载如电阻加热炉、电解、电镀和电焊等。电感性负载

2、各种电机的励磁绕组，经电抗器滤波的负载。电容性负载整流输出端接大电容滤波的情况。反电势负载整流装置输出供蓄电池充电或供直流电动机作 电源时用。实际上属于单纯的某一种性质的负载是很少的。确定负载性质必须根据实际情况作具体分析。,2.1 概述,第4页,2.2 单相可控整流电路,2.2.1 单相桥式全控整流电路（p45）,1.电阻负载,电路结构及其工作原理,u2(a),D1,R,D4,u2(b),第5页,单相桥式全控整流电路,u2(b),D3,R,D2,u2(a),第6页,u2(a),VT1,R,VT4,u2(b),单相桥式全控整流电路,第7页,u2(b),VT3,R,VT2,u2(a),单相桥式全

3、控整流电路,第8页,2.2.1 单相桥式全控整流电路,转u2负半周,第9页,转晶闸管电压,2.2.1 单相桥式全控整流电路,波形分析,第10页,转u2负半周,2.2.1 单相桥式全控整流电路,第11页,转i2波形,波形分析,2.2.1 单相桥式全控整流电路,第12页,转u2负半周,2.2.1 单相桥式全控整流电路,第13页,波形分析,2.2.1 单相桥式全控整流电路,第14页,控制角从晶闸管开始承受正向阳极电压起到施加 触发脉冲止的电角度。导通角晶闸管在一个周期中处于通态的电角度。移相改变的大小，即改变触发脉冲出现的时刻。移相范围输出电压平均值大于0所对应的变化 范围。换流（换相）电流从一对桥

4、臂转换到另外一对桥臂。相控变流装置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，这样的变流装 置简称相控变流装置。,基本概念,2.2.1 单相桥式全控整流电路,第15页,整流输出电压平均值Ud 由上式可知，角的移相范围为001800。输出电流的平均值Id,2.2.1 单相桥式全控整流电路,基本数量关系,第16页,流过晶闸管的电流平均值IdT 流过晶闸管的电流有效值IT 晶闸管承受的最大正向电压UFM 晶闸管承受的最大反向电压URM,2.2.1 单相桥式全控整流电路,第17页,晶闸管的额定电压 晶闸管的额定电流 整流电路的功率因数,控制特性,第18页,A、电路结构及其工作

5、原理B、波形分析,图2.6 单相桥式全控整流带电感性负载的电路及波形（p47，图2.4）,2.2.1 单相桥式全控整流电路,2.电感性负载（p47）,第19页,C、基本数量关系输出电压平均值Ud由上式可知的移相范围为00900。晶闸管导通角与a无关，均为180输出电流平均值Id流过晶闸管的电流平均值IdT流过晶闸管的电流有效值IT,2.2.1 单相桥式全控整流电路,第20页,晶闸管承受的最大正向电压UFM晶闸管承受的最大反向电压URM晶闸管的额定电压UT(AV)晶闸管的额定电流IT(AV)整流电路的功率因数,2.2.1 单相桥式全控整流电路,第21页,A、电路结构B、波形分析,图2.7 单相桥

6、式全控整流带反电势负载时的电路及波形（p49，图2.6）,2.2.1 单相桥式全控整流电路,3.反电势负载（p49）,第22页,C、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D、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，为保证电 流连续,在主电路中直流输出 侧串联一个平波电抗器,所需 的电感量L:,2.2.1 单相桥式全控整流电路,电流断续,电流连续,第23页,2.2.2 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。,半控电路与全控电路在电阻性

7、负载时的工作情况相同。,1.电阻性负载,第24页,2.电感性负载,2.2.2 单相桥式半控整流电路,在u2正半周，u2经VT1和VD4向负载供电。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VD2续流。在u2负半周触发角a时刻触发VT3，VT3导通，u2经VT3和VD2向负载供电。u2过零变正时，VD4导通，VD2关断。VT3和VD4续流，ud又为零。,第25页,2.2.2 单相桥式半控整流电路,图2.10 单相桥式半控整流电路电感性负载带续流二极管时的电路（p49，图2.6）,“失控”问题及其解决方法,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

8、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。解决方法负载侧并联一个续流二极管VDR，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。,第26页,输出电压平均值Ud输出电流平均值Id流过晶闸管和二极管的电流有效值流过续流二极管的电流有效值变压器二次绕组电流有效值,2.2.2 单相桥式半控整流电路,基本数量关系,第27页,电路和波形分析,图2.11 单相半波可控整流电路及波形(P43,图2.1),2.2.3 单相半波可控整流电路,第28页,2.3 三相可控整流电路,交流侧由三相电源供电。用于负载容量较大，或要

9、求直流电压脉动较小的场合。不会引起电网三相间的不平衡。谐波得到有效控制。最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。,第29页,2.3.1三相半波可控整流电路,1.电阻性负载,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u、v、w三相电源，其阴极连接在一起共阴极接法。,电路特点,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。,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=00的波形（p52，图2.9）,第30页,2.3.1三相半波可控整流电路,

10、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=00的波形（p52，图2.9）,波形分析（=00）,变压器二次侧u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。,第31页,波形分析（=30o）,图2.13=300的波形（p53，图2.10）,2.3.1 三相半波可控整流电路,特点：负载电流处于连续和断续之间的临界状态。,第32页,波形分析（=600）,图2.14=600的波形（p53，图2.11）,2.3.1 三相半波可控整流电路,特点：负载电流断续，晶闸管导通角小于120。,第33页,整流电压平均值Uda）300，负载电流连续b）3

11、00，负载电流断续的移相范围:001500。负载电流平均值Id,2.3.1 三相半波可控整流电路,基本数量关系,第34页,晶闸管承受的最大反向电压URM 晶闸管承受的最大正向电压UFM 晶闸管的额定电压UT(AV)晶闸管的额定电流IT(AV),2.3.1 三相半波可控整流电路,第35页,图2.15 三相半波可控整流电路共阴极接法电感负载时的电路及=600的波形,2.3.1 三相半波可控整流电路,2.电感性负载（p54）,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2-16所示）。u2过零时，VT1不关断，直到VT2的脉冲到

12、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近似为一条水平线。阻感负载时的移相范围为90。,第36页,输出电压平均值Ud 由上式，a的移相范围 00900。输出电流平均值Id I2即晶闸管电流的有效值IT 晶闸管电流的平均值IdT,2.3.1 三相半波可控整流电路,基本数量关系,第37页,晶闸管最大正反向电压 晶闸管的额定电流 晶闸管的额定电压 三相整流电路的功率因数,2.3.1 三相半波可控整流电路,第38页,图2.16 三相桥式全控整流电路(p57，图2.15),2.3.2 三相桥式全控整流电路,电感性负载（p56）,共阴极组阴极连接在一起的3

13、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）,导通顺序：VT1VT2 VT3 VT4 VT5VT6,电路,第39页,工作原理1,2.3.2 三相桥式全控整流电路,第40页,工作原理2,图2.17 三相桥式全控整流电路工作原理(p57，图2.15),w,u,2,u,u,u,w,u,v,w,t,1,O,t,a,=0,2.3.2 三相桥式全控整流电路,第41页,工作原理3,图2.17 三相桥式全控整流电路工作原理(p57，图2.15),w,u,2,u,u,u,w,u,v,w,t,1,O,t,a,=0,2.3.2 三相桥式全控整流电路,第42页,工作

14、原理4,图2.17 三相桥式全控整流电路工作原理(p57，图2.15),w,u,2,u,u,u,w,u,v,w,t,1,O,t,a,=0,2.3.2 三相桥式全控整流电路,第43页,工作原理5,图2.17 三相桥式全控整流电路工作原理(p57，图2.15),w,u,2,u,u,u,w,u,v,w,t,1,O,t,a,=0,2.3.2 三相桥式全控整流电路,第44页,工作原理6,图2.17 三相桥式全控整流电路工作原理(p57，图2.15),u,u,u,2.3.2 三相桥式全控整流电路,第45页,2.3.2 三相桥式全控整流电路,工作原理小结,表21晶闸管及输出整流电压的情况,第46页,三相桥式

15、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。,2.3.2 三相桥式全控整流电路,工作原理小结,（2）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。,第47页,波形分析1（=00）,2.3.2 三相桥式全控整流电路,w,v,u,w,w,u,2,u,2L,u,d,u,uv,u,uw,u,vw,u,vu,u,wu,u,wv,u,uv,u,uw,u,u,u,w,t,1,O,t,O,t,a,=0,图2.18 三相桥式全控整流电路电感性负载=00时的波形（p57，图2.16）,ud波形,第48页,w,w,u,uv,u,uw,u,u

16、v,u,uw,u,vw,u,vu,u,wu,u,wv,u,uv,u,uw,O,t,O,t,i,T,1,u,T,1,图2.18 三相桥式全控整流电路电感性负载=00时的波形（p57，图2.16）,波形分析1（=00）,2.3.2 三相桥式全控整流电路,id,w,t,O,w,v,u,w,u,2,u,u,u,w,t,1,O,t,a,=0,id、iT1、uT1波形,第49页,w,v,u,波形分析2（=300）,w,u,2,u,u,u,w,t,1,O,t,2.3.2 三相桥式全控整流电路,w,t,图2.19 三相桥式全控整流电路电感性负载=300时的波形（p57，图2.16）,u,d,uuv,uuw,u

17、vw,uvu,uwu,uwv,uuv,uuw,w,t,O,id,w,t,O,iT1,w,t,O,w,t,O,ud、id、iT1波形,第50页,w,v,u,波形分析2（=300）,w,u,2,u,u,u,w,t,1,O,t,2.3.2 三相桥式全控整流电路,w,t,图2.19 三相桥式全控整流电路电感性负载=300时的波形（p57，图2.16）,u T1,uv,uw,vw,vu,wu,wv,uv,uw,w,t,O,i2,w,t,O,uT1、i2波形,iT1,iT4,第51页,图2.20 三相桥式全控整流电路电感性负载=600时的波形（p58，图2.17）,波形分析3（=600）,w,v,u,w,

18、u,2,u,u,u,w,t,1,O,t,w,t,u,d,uuv,uuw,uvw,uvu,uwu,uwv,uuv,uuw,w,t,O,id,w,t,O,a,=60,iT1,w,t,O,2.3.2 三相桥式全控整流电路,第52页,图2.20 三相桥式全控整流电路电感性负载=600时的波形（p58，图2.17）,波形分析3（=600）,w,v,u,w,u,2,u,u,u,w,t,1,O,t,w,t,uuv,uuw,uvw,uvu,uwu,uwv,uuv,uuw,w,t,O,O,a,=60,i2,w,t,O,2.3.2 三相桥式全控整流电路,u T1,iT4,iT1,第53页,触发脉冲分析,图2.21

19、 三相桥式全控整流电路的触发脉冲（p58，图2.17）,2.3.2 三相桥式全控整流电路,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。,第54页,触发脉冲分析,需保证同时导通的2个晶闸管均有脉 可采用两种方法：一种是宽脉冲触发，一种是双窄脉冲触发（常用）,2.3.2 三相桥式全控整流电路,第55页,输出电压平均值Ud（连续时）带电阻负载且600时，整流电压平均值Ud 输出电流平均值Id 如果是反电势负载带平波电抗器，则输出电流Id,2.3.2 三相桥式全控整流电路,基本数量关系,第56页,流过晶闸管的电流值有效值IT 晶闸管承受的最大正向电压 晶闸管承受的最大反向电压 晶闸管的额定电压,2.3.2 三相桥式全控整流电路,基本数量关系,第57页,本章小结,可控整流电路，重点掌握：单相全控桥式整流电路和三相全控桥式整流电路的原理分析与计算、各种负载对整流电路工作情况的影响；,第58页,课间休息,