第1章晶闸管及整流.ppt

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1、1,第1章 晶闸管及可控整流电路,1.1 半控型器件晶闸管1.2 单相桥式可控整流电路1.3三相半波可控整流电路1.4 三相桥式可控整流电路1.5 反电势负载的特点本章作业,2,电子技术的基础 电子器件：晶体管和集成电路电力电子电路的基础 电力电子器件本章主要内容：概述电力电子器件的概念、特点和分类等问题。介绍常用电力电子器件的工作原理、基本特性、主要参数以及选择和使用中应注意问题。,第1章 引言,3,一 电力电子器件的概念和特征二 应用电力电子器件的系统组成三 电力电子器件的分类,引言-电力电子器件概述,4,1）概念:电力电子器件（Power Electronic Device）可直接用于主

2、电路中，实现电能的变换或控制的电子器件。主电路（Main Power Circuit）电气设备或电力系统中，直接承担电能的变换或控制任务的电路。2）分类:电真空器件(汞弧整流器)半导体器件(采用的主要材料硅）仍然,一 电力电子器件的概念和特征,电力电子器件,5,能处理电功率的能力，一般远大于处理信息的电子器件。电力电子器件一般都工作在开关状态。电力电子器件往往需要由信息电子电路来控制。电力电子器件自身的功率损耗远大于信息电子器件，一般都要安装散热器。,一 电力电子器件的概念和特征,3）同处理信息的电子器件相比的一般特征：,6,通态损耗是器件功率损耗的主要成因。器件开关频率较高时，开关损耗可能成

3、为器件功率损耗的主要因素。,主要损耗,通态损耗,断态损耗,开关损耗,关断损耗,开通损耗,一 电力电子器件的概念和特征,电力电子器件的损耗,7,电力电子系统：由控制电路、驱动电路、保护电路 和以电力电子器件为核心的主电路组成。,图1-1 电力电子器件在实际应用中的系统组成,在主电路和控制电路中附加一些电路，以保证电力电子器件和整个系统正常可靠运行,二 应用电力电子器件系统组成,电气隔离,控制电路,8,半控型器件（Thyristor）通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断。全控型器件（IGBT,MOSFET)通过控制信号既可控制其导通又可控制其关 断，又称自关断器件。不可控器件(Power D

4、iode)不能用控制信号来控制其通断,因此也就不需要驱动电路。,三 电力电子器件的分类,按照器件能够被控制的程度，分为以下三类：,9,电流驱动型 通过从控制端注入或者抽出电流来实现导通或者 关断的控制。电压驱动型 仅通过在控制端和公共端之间施加一定的电压信号就可实现导通或者关断的控制。,三 电力电子器件的分类,按照驱动电路信号的性质，分为两类：,10,1.1 普通晶闸管,1.1.1 晶闸管的结构与工作原理1.1.2 晶闸管的基本特性1.1.3 晶闸管的主要参数1.1.4 晶闸管的派生器件,11,1.1 半控器件晶闸管引言,1956年美国贝尔实验室发明了晶闸管。1957年美国通用电气公司开发出第

5、一只晶闸管产品。1958年商业化。开辟了电力电子技术迅速发展和广泛应用的崭新时代。20世纪80年代以来，开始被全控型器件取代。能承受的电压和电流容量最高，工作可靠，在大容量的场合具有重要地位。,晶闸管（Thyristor）：晶体闸流管，可控硅整流器（Silicon Controlled RectifierSCR）,12,图1-2 晶闸管的外形、结构和电气图形符号a)外形 b)结构 c)电气图形符号,1.1.1 晶闸管的结构与工作原理,外形有螺栓型、平板型和模块型三种封装。有三个联接端。螺栓型封装，通常螺栓是其阳极，能与散热器紧密联接且安装方便。平板型晶闸管可由两个散热器将其夹在中间。,13,1

6、.1.1 晶闸管的结构与工作原理,常用晶闸管的结构,螺栓型晶闸管,晶闸管模块,平板型晶闸管外形及结构,14,1.1.1 晶闸管的结构与工作原理,式中1和2分别是晶体管V1和V2的共基极电流增益；ICBO1和ICBO2分别是V1和V2的共基极漏电流。由以上式可得：,图1-3 晶闸管的双晶体管模型及其工作原理a)双晶体管模型 b)工作原理,按晶体管的工作原理，得：,（1-5）,15,1.1.1 晶闸管的结构与工作原理,在低发射极电流下 是很小的，而当发射极电流建立起来之后，迅速增大。阻断状态：IG=0，1+2很小。流过晶闸管的漏电流稍大于两个晶体管漏电流之和。开通状态：注入触发电流使晶体管的发射极

7、电流增大以致1+2趋近于1的话，流过晶闸管的电流IA，将趋近于无穷大，实现饱和导通。IA实际由外电路决定。,16,1.1.1 晶闸管的结构与工作原理,阳极电压升高至相当高的数值造成雪崩效应阳极电压上升率du/dt过高结温较高光触发光触发可以保证控制电路与主电路之间的良好绝缘而应用于高压电力设备中，称为光控晶闸管（Light Triggered ThyristorLTT）。只有门极触发是最精确、迅速而可靠的控制手段。,其他几种可能导通的情况：,17,1.1.2 晶闸管的基本特性,承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通。承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能开通。晶

8、闸管一旦导通，门极就失去控制作用。要使晶闸管关断，只能使晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下并承受反压。,晶闸管正常工作时的特性总结如下：,18,1.1.2 晶闸管的基本特性,（1）正向特性IG=0时，器件两端施加正向电压，只有很小的正向漏电流，为正向阻断状态。正向电压超过正向转折电压Ubo，则漏电流急剧增大，器件开通。随着门极电流幅值的增大，正向转折电压降低。晶闸管本身的压降很小，在1V左右。,1）静态特性,图1-4 晶闸管的伏安特性IG2IG1IG,19,1.3.2 晶闸管的基本特性,反向特性类似二极管的反向特性。反向阻断状态时，只有极小的反相漏电流流过。当反向电压达到反向击穿电压后，可

9、能导致晶闸管发热损坏。,图1-4 晶闸管的伏安特性IG2IG1IG,（2）反向特性,20,1.1.2 晶闸管的基本特性,1)开通过程延迟时间td(0.51.5s)上升时间tr(0.53s)开通时间tgt以上两者之和，tgt=td+tr（1-6）,2)关断过程反向阻断恢复时间trr正向阻断恢复时间tgr关断时间tq以上两者之和tq=trr+tgr（1-7)普通晶闸管的关断时间约几百微秒,2）动态特性,图1-5 晶闸管的开通和关断过程波形,21,1.1.3 晶闸管的主要参数,断态重复峰值电压UDRM 在门极断路而结温为额定值时，允许重复加在器件上的正向峰值电压。反向重复峰值电压URRM 在门极断路

10、而结温为额定值时，允许重复加在器件上的反向峰值电压。通态（峰值）电压UT 晶闸管通以某一规定倍数的额定通态平均电流时的瞬态峰值电压。,通常取晶闸管的UDRM和URRM中较小的标值作为该器件的额定电压。选用时，一般取额定电压为正常工作时晶闸管所承受峰值电压23倍。,使用注意：,1）电压定额,22,1.1.3 晶闸管的主要参数,通态平均电流 IT(AV）在环境温度为40C和规定的冷却状态下，稳定结温不超过额定结温时所允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。标称其额定电流的参数。使用时应按有效值相等的原则来选取晶闸管。,2）电流定额,23,1.1.3 晶闸管的主要参数,通态平均电流 IT的计算,24

11、,1.1.3 晶闸管的主要参数,通态平均电流 IT的计算,电流有效值相等原则,25,额定电流IT=200A的晶闸管,工作波形如下图所示,计算所允许负载电流Id为多少?,例题,26,27,1.1.3 晶闸管的主要参数,维持电流 IH 使晶闸管维持导通所必需的最小电流。擎住电流 IL 晶闸管刚从断态转入通态并移除触发信号后，能维持导通所需的最小电流。对同一晶闸管来说，通常IL约为IH的24倍。浪涌电流ITSM指由于电路异常情况引起的并使结温超过额定结温的不重复性最大正向过载电流。,28,例题,例题：型号为KP100-3的晶闸管，维持电流IH=4mA，使用下图电路中是否合理？说明理由。（不考虑电压、

12、电流裕量）,解：KP100-3 UN=300V;IT=100A;IN=157A；Il=(24)4mA=(816)mAU=Um=100V300 VI=100/50000=2mAIlmin所以，该电路中晶闸管不能导通。,29,1.1.3 晶闸管的主要参数,除开通时间tgt和关断时间tq外，还有：断态电压临界上升率du/dt 指在额定结温和门极开路的情况下，不导致晶闸管从断态到通态转换的外加电压最大上升率。电压上升率过大，使充电电流足够大，就会使晶闸管误导通。通态电流临界上升率di/dt 指在规定条件下，晶闸管能承受而无有害影响的最大通态电流上升率。如果电流上升太快，可能造成局部过热而使晶闸管损坏。

13、,3）动态参数,30,1.1.4 晶闸管的派生器件,有快速晶闸管和高频晶闸管。开关时间以及du/dt和di/dt耐量都有明显改善。普通晶闸管关断时间数百微秒，快速晶闸管数十微秒，高频晶闸管10s左右。高频晶闸管的不足在于其电压和电流定额都不易做高。由于工作频率较高，不能忽略其开关损耗的发热效应。,1）快速晶闸管（Fast Switching Thyristor FST),31,1.1.4 晶闸管的派生器件,2）双向晶闸管（Triode AC SwitchTRIAC或Bidirectional triode thyristor）,图1-6 双向晶闸管的电气图形符号和伏安特性a)电气图形符号 b)

14、伏安特性,可认为是一对反并联联接的普通晶闸管的集成。有两个主电极T1和T2，一个门极G。在第和第III象限有对称的伏安特性。触发排序:I+I_+。,32,1.1.4 晶闸管的派生器件,逆导晶闸管（Reverse Conducting ThyristorRCT）,a),K,G,A,图1-7 逆导晶闸管的电气图形符号和伏安特性a)电气图形符号 b)伏安特性,将晶闸管反并联一个二极管制作在同一管芯上的功率集成器件。具有正向压降小、关断时间短、高温特性好、额定结温高等优点。,33,1.3.4 晶闸管的派生器件,光控晶闸管（Light Triggered ThyristorLTT）,A,G,K,a),A

15、K,图1-8 光控晶闸管的电气图形符号和伏安特性a)电气图形符号 b)伏安特性,又称光触发晶闸管，是利用一定波长的光照信号触发导通的晶闸管。光触发保证了主电路与控制电路之间的绝缘，且可避免电磁干扰的影响。因此目前在高压大功率的场合。,34,1.2晶闸管器件的串联和并联使用,1.2.1 晶闸管的串联1.2.2 晶闸管的并联,35,1.2.1 晶闸管的串联,问题：理想串联希望器件分压相等，但因特性差异，使器件电压分配不均匀。静态不均压：串联的器件流过的漏电流相同，但因静态伏安特性的分散性，各器件分压不等。动态不均压：由于器件动态参数和特性的差异造成的不均压。,目的：当晶闸管额定电压小于要求时，可以

16、串联。,36,1.2.1 晶闸管的串联,静态均压措施：选用参数和特性尽量一致的器件。采用电阻均压，Rp的阻值应比器件阻断时的正、反向电阻小得多。,图1-41晶闸管的串联a)伏安特性差异b)串联均压措施,动态均压措施：选择动态参数和特性尽量一致的器件。用RC并联支路作动态均压。采用门极强脉冲触发可以显著减小器件开通时间的差异。,37,1.2.2 晶闸管的并联,问题：会分别因静态和动态特性参数的差异而电流分配不均匀。均流措施：挑选特性参数尽量一致的器件。采用均流电抗器。用门极强脉冲触发也有助于动态均流。当需要同时串联和并联晶闸管时，通常采用先串后并的方法联接。,目的：多个器件并联来承担较大的电流,

17、38,1.3 整流电路引言,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。,39,1.3 单相可控整流电路,1.3.1 电阻负载 1.3.2 电阻电感负载 1.3.3 带续流二极管的电阻电感负载,40,1.3.1 单相半波可控整流电路,图1-9 单相半波可控整流电路及波形,带电阻负载的工作情况,变压器T起变换电压和电气隔离的作用。电阻负载的特点：电压与电流成正比，两者波形相同。,单相半波可控

18、整流电路(Single Phase Half Wave Controlled Rectifier),41,1.3.1 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：触发延迟角：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,用a表示,也称触发角或控制角。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,(1-1),42,1.3.2 单相半波可控整流电路,带阻感负载的工作情况,图1-10 带阻感负载的 单相半波电路及其波形,阻感负

19、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。,43,1.3.3 单相半波可控整流电路,续流二极管,图1-12 单相半波带阻感负载有续流二极管的电路及波形,当u2过零变负时，VDR导通，ud为零，VT承受反压关断。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。,数量关系(id近似恒为Id）,（1-2）,（1-3）,（1-4）,（1-5）,44,1.3 单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

20、相半波可控整流电路的特点,45,1.4 单相桥式全控整流电路,1.4.1 单相全控桥式整流电路 1.4.2 单相半控桥式整流电路,46,1.4.1 单相全控桥式整流电路,1)带电阻负载的工作情况,a),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,单相桥式全控整流电路(Single Phase Bridge Contrelled Rectifier),47,1.4.1 单相全控桥式整流电路,数量关系,（1-6）,a 角的移相

21、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：,（2-10）,(1-7),48,1.4.1 单相全控桥式整流电路,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：,由式（2-12）和式（2-13）得：,不考虑变压器的损耗时，要求变压器的容量 S=U2I2。,（1-8）,（1-9）,（1-10）,49,1.4.1 单相全控桥式整流电路,2）带阻感负载的工作情况,u,图1-13 单相全控桥带阻感负载时的电路及波形,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

22、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VT3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。,50,1.4.1 单相全控桥式整流电路,数量关系,（1-11）,晶闸管移相范围为90。,晶闸管导通角与a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a角决定，有效值I2=Id。,晶闸管承受的最大正反向电压均为。,51,1.4.1 单相全控桥式整流电路,3）带反电动势负载时的工作情况,图1-14 单相桥式全控整

23、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。,52,1.4.1 单相全控桥式整流电路,当 d时，触发脉冲到来时，晶闸管承受负电压，不可能导通。,图1-15b 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1-15b所示id波形所示：,电流连续,53,1.4.1 单相全控桥式整流电路,负

24、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。,54,1.4.1 单相全控桥式整流电路,单相全波可控整流电路（Single Phase Full Wave Controlled Rectifier)，又称单相双半波可控整流电路。,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1-17 单相全波可控整流电路及波形,55,1.4.1 单相全控桥式整流电路,单相全波与单相全控

25、桥的区别：,单相全波中变压器结构较复杂，材料的消耗多。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是单相全控桥的2倍。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。,从上述后两点考虑，单相全波电路有利于在低输出电压的场合应用。,56,1.4.2 单相半控桥式整流电路,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（先不考虑VDR）。,u,d,图1-18 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,电阻负载 半控电路与全控电

26、路在电阻负载时的工作情况相同。,57,1.4.2 单相半控桥式整流电路,单相半控桥带阻感负载的情况,图1-19 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,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。,58,1.4.2 单相半控桥式整流电路,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

27、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。,59,1.4.2 单相半控桥式整流电路,单相桥式半控整流电路的另一种接法,相当于把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。,单相全控桥式带电阻负载时的电路及波形,单相桥式半控整流电路的另一接法,60,1.5 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

28、桥式全控整流电路应用最广。,61,1.5.2 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1-20 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),62,1.5.2 三相半波可控整流电路,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

29、组成。,图1-21 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1-22)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1-23)特点：负载电流断续，晶闸管导通角小于120。,b),c),d),e),f),u,2,u,a,u,b,u,c,a,=0,O,w,t,1,w,t,2,w,t,3,u,G,O,u,d,O,O,u,ab,u,ac,O,i,VT,1,u,VT,1,w,t,w,t,w,t,w,t,w,t,63,1.5.2 三相半波可控整流电路,图1.22 三相半波相控整流电路，阻性负载 a=30 时的波形,图1.23 三相半波相控整流电路，阻

30、性负载 a=60 时的波形,64,1.5.2 三相半波可控整流电路,（1-13）,当a=0时，Ud最大，为。,(1-14),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：,65,电流连续时，整流变压器二次侧各相绕组电流有效值为电流断续时，整流变压器二次侧各相绕组电流有效值为,1.5.2 三相半波可控整流电路,66,1.5.2 三相半波可控整流电路,Ud/U2随a变化的规律如图中的曲线1所示。,图1-24 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,67,1.5.2 三相半波可控整流电路,负载电流平均

31、值为,晶闸管承受的最大反向电压，为变压器二次线电压峰值，即,（1-15）,（1-16）,68,1.5.3 三相半波可控整流电路,2）阻感负载,图1-25 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1-23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近似为一条水平线。阻感负载时的移相范围为90。,u,d,i,a,u,a,u,b,u,c,i,b,i,c,i,d,u,ac,

32、O,w,t,O,w,t,O,O,w,t,O,O,w,t,a,w,t,w,t,69,1.5.3 三相半波可控整流电路,图1.26 三相半波相控整流电路，电感性 负载时的电路及 a=60 时工作波形,70,1.5.3 三相半波可控整流电路,数量关系,由于负载电流连续，Ud可由式（1-13）求出，即,Ud/U2与a成余弦关系，如图1-24中的曲线2所示。如果负载中的电感量不是很大，Ud/U2与a的关系将介于曲线1和2之间，曲线3给出了这种情况的一个例子。,图1-24 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,71,1.5.3 三相半波可控整流电路,变压器二次

33、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在于其变压器二次电流中含有直流分量，为此其应用较少。,（1-18）,（1-19）,（1-20）,72,三相桥式全控整流电路应用最为广泛，它是由两个三相半波整流电路发展而来的，如图(a)所示，其中一组三相半波整流电路为共阴极连接，一组为共阳极连接。如果两组负载完全相同且触发角一样，则负载电流相等，电路零线中无电流流过，如果将零线去掉，并不影响电路的工作，就成为三相桥式全控整流电路，如图(b)所示。,1.5.3 三相桥式全控整流电路,(a)三相半波共阴极组和共阳极组串联的电路,(b

34、)三相桥式全控整流电路,73,1.6 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1-25 三相桥式全控整流电路原理图,导通顺序：VT1VT2 VT3 VT4 VT5VT6,74,1.6.1 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 a=30 a=60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带电阻负载时三相桥式全控整流电路

35、a角的移相范围是120,75,1.6.1 三相桥式全控整流电路,图 三相桥式全控整流电路 阻性负载 a=0 时的波形,图 a=30 时的波形,76,1.6.1 三相桥式全控整流电路,图 a=60 时的波形,图 a=90 时的波形,77,1.6.1 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11所示,78,1.6.1 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，V

36、T5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。,79,1.6.1 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）,三相桥式全控整流电路的特点,80,d),d,O,w,t,b),u,2,R,i,d,u,a,u,b,u,c,a,=0,O,w,t,1,w,t,2,w,t,3,w,t,c),u,G,O,u,w,t,c),u,1,O,u,w,t,1,3,3,5,5,1

37、,1,2,2,4,4,6,6,6,1,3,2,4,5,6,u,G,O,u,w,t,u,1,O,u,w,t,3,5,1,2,4,6,6,81,1.6.1 三相桥式全控整流电路,实际工程应用中常采用双窄脉冲触发方式，虽然它的触发电路复杂，但可使触发装置输出功率减小，从而减小脉冲变压器铁心的体积。用宽脉冲触发，虽然脉冲次数减少一半，但为使脉冲变压器不饱和，铁心体积做得较大，绕组匝数也多，使漏感加大，脉冲前沿不够陡。(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。,82,1.6.2 三相桥式全控整流电路,电流连续时()，整流输出电压平均值为电流断续时()，整流输出电

38、压平均值为负载电流平均值为,1)阻感负载时的工作情况,（1-21）,（1-22）,（1-23）,83,1.6.2 三相桥式全控整流电路,当 时，变压器二次侧绕组电流有效值为当 时，变压器二次侧绕组电流有效值为流过晶闸管的电流有效值,（1-24）,（1-25）,（1-26）,84,图 三相桥式全控整流电路带电感性负载a=0 时的波形,图 三相桥式全控整流电路带 电感性负载 a=30 时的波形,1.6.2 三相桥式全控整流电路,2)阻感负载时的工作情况,85,1.6.2 三相桥式全控整流电路,三相桥式全控整流电路带电感性负载a=90 时的波形,86,a60时（a=0；a=30）ud波形连续，工作情

39、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,1.6.2 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）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。,87,1.6.2 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0a90，或带电阻负载a60时）的平均值为：,带电阻负载且a 60时

40、，整流电压平均值为：,输出电流平均值为：Id=Ud/R,（1-21）,（1-22）,88,1.6.2 三相桥式全控整流电路,当整流变压器为所示采用星形接法，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：,（1-27）,89,1.6.2 三相桥式全控整流电路,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：,（1-28）,式中R和E分别为负载中的电阻值和反电动势的值。,90,1.6.3 三相半控桥式整流电路,三相桥式半控

41、整流电路如图所示，其电路工作特点是共阴极组晶闸管必须触发才能换流，而共阳极组二极管总是在自然换相点换流。所以，一周期中仍然换流六次，三次为自然换流，其余三次为触发换流。,图 三相桥式半控整流电路,91,1.6.3 三相半控桥式整流电路,1.电阻性负载,图 三相桥式半控整流电路阻性负载 时的波形,图 三相桥式半控整流电路阻性负载 时的波形,92,1.6.3 三相半控桥式整流电路,2.电感性负载,图 三相桥式半控整流电路感性负 载 时的波形,图 三相桥式半控整流电路感性负 载 时的波形,93,（1-29）,当a=0时，Ud最大，为。,整流电压平均值的计算,a60时，有：,a60时，负载电流断续，晶闸管导通角减小，此时有：,1.6.3 三相半控桥式整流电路,（1-30）,