可控硅整流電路分析報(bào)告

1、實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)第2章整流電路主要內(nèi)容：?jiǎn)蜗嗫煽卣麟娐返墓ぷ髟怼⒉ㄐ畏治黾坝?jì)算，續(xù)流二極管的作用及有 關(guān)波形分析。三相半波整流電路的波形分析及計(jì)算。三相全控橋的工作原理、波形分析及 計(jì)算。整流變壓器原、附邊繞組電流有效值及容量計(jì)算。帶平衡電抗器的雙反星性大功率 整流電路工作原理及波形分析。變壓器漏抗對(duì)整流電路的影響。電路中諧波的產(chǎn)生、組成 及抑制方法。整流電路的諧波和功率因數(shù)。整流電路的有源逆變工作原理及實(shí)施逆變的條 件，逆變顛覆及防止措施。觸發(fā)脈沖與主回路電壓的同步，移相工作原理。重點(diǎn)：?jiǎn)蜗嗫煽卣麟娐返墓ぷ髟怼⒉ㄐ畏治黾坝?jì)算。三相半波整流電路的波形分 析及計(jì)算。三相全控橋的工作原理、波形分析

2、及計(jì)算。變壓器漏抗對(duì)整流電路的影響。電 路中諧波的產(chǎn)生、組成及抑制方法。整流電路的諧波和功率因數(shù)。整流電路的有源逆變工 作原理及實(shí)施逆變的條件，逆變顛覆及防止措施。觸發(fā)脈沖與主回路電壓的同步，移相工 作原理。難點(diǎn)：三相半波整流電路的波形分析及計(jì)算。三相全控橋的工作原理、波形分析及計(jì) 算。整流電路的有源逆變工作原理及實(shí)施逆變的條件，逆變顛覆及防止措施。觸發(fā)脈沖與 主回路電壓的同步，移相工作原理。基本要求：掌握單相各、三相半波、三相全控整流電路在不同性質(zhì)負(fù)載下的工作原理 及波形分析，控制角移相范圍，電流有效值、平均值的計(jì)算，對(duì)相位控制觸發(fā)脈沖的基本 要求。理解以帶平衡電抗器的雙反星性電路為代表的大

3、功率整流電路工作原理。掌握變壓 器漏抗對(duì)整流電路的影響。了解電路中諧波的產(chǎn)生、組成及擬制方法。掌握整流電路的諧 波和功率因數(shù)。掌握整流電路的有源逆變工作狀態(tài)及實(shí)施逆變的條件，逆變狀態(tài)時(shí)的能量 分析及其物理概念；掌握三相橋式逆變電路對(duì)觸發(fā)脈沖的要求，逆變顛覆及防止措施。掌 握觸發(fā)脈沖與主回路電壓的同步問題，移相工作原理及移相范圍，了解集成觸發(fā)器的工作 原理及應(yīng)用。整流電路：出現(xiàn)最早的電力電子電路，將交流電變?yōu)橹绷麟姡话唇M成的器件可分為不可控、半控、全控三種；按電路結(jié)構(gòu)可分為橋式電路和零式電路；按交流輸入相數(shù)分為單相電路和多相電路；按變壓器二次側(cè)電流的方向是單向或雙向，又分為單拍電路和雙拍電路。1

4、單相可控整流電路主要內(nèi)容：?jiǎn)蜗嗫煽卣麟娐返墓ぷ髟?、波形分析及?jì)算，續(xù)流二極管的作用及有 關(guān)波形分析。重點(diǎn)：?jiǎn)蜗嗫煽卣麟娐返墓ぷ髟?、波形分析及?jì)算?；疽螅赫莆諉蜗嗫卣麟娐吩诓煌再|(zhì)負(fù)載下的工作原理及波形分析，控制角移 相范圍，電流有效值、平均值的計(jì)算，對(duì)相位控制觸發(fā)脈沖的基本要求。整流電路：出現(xiàn)最早的電力電子電路，將交流電變?yōu)橹绷麟姟?1) 單相橋式半波整流電路a、帶電阻負(fù)載的工作情況Si ngle Phase Half Wave Con trolled Rectifier.變壓器T起變換電壓和隔離的作用。電阻負(fù)載的特點(diǎn)：電壓與電流成正比，兩者波形相同結(jié)合圖2-1進(jìn)行工作原理及波形

5、分析。幾個(gè)概念的解釋：Ud為脈動(dòng)直流，波形只在U2正半周內(nèi)出現(xiàn)，故稱 半波”整流。采用了可控器件晶閘管，且交流輸入為單相，故該 電路為單相半波可控整流電路。Ud波形在一個(gè)電源周期中只脈動(dòng)1次，故該電路 為單脈波整流電路。幾個(gè)重要的基本概念：觸發(fā)延遲角：從晶閘管開始承受正向陽極電壓起到 施加觸發(fā)脈沖止的電角度，用a表示，也稱觸發(fā)角或 控制角。導(dǎo)通角：晶閘管在一個(gè)電源周期中處于通態(tài)的電角度稱為，用B表示?；緮?shù)量關(guān)系。直流輸出電壓平均值為：sin dd(ai) = 1(1+ cosa) = 0.45?72 1 +(?)VT的a移相范圍為180這種通過控制觸發(fā)脈沖的相位來控制直流輸出電壓大小的方式稱

6、為相位控制方式，簡(jiǎn) 稱相控方式。直流回路的平均電流為：回路中的電流有效值為：RR 2(2-2)(2-3)文檔大全由式2. 2、式2. 3可得流過晶閘管的電流波形系數(shù):IJ2兀 si i2a +4兀(兀一a)Kf(2-4)Id2(1 cos)電源供給的有功功率為：P = |Rr=UI(2-5)其中U為R上的電壓有效值:1 2u ： , 一 I 伽2 Sin，t d，t =U電源側(cè)的輸入功率為：1 sin 2:- ：-：:4 二2 二S 二 S2 二 U 2 I功率因素為:cos J=12,1 si 2: ：-：S U24二2二(2-6).2當(dāng) a =0 時(shí) cos : 2率因素也不為1。這是單相

7、半波電路的缺陷。a越大，cos a越低，a = n。可見，盡管是電阻負(fù)載，電源的功例2-1單相半波可控整流電路，電阻負(fù)載，由 220V交流電源直接供電。負(fù)載要求的 最高平均電壓為60V，相應(yīng)平均電流為20A，試選擇晶閘管元件，并計(jì)算在最大輸出情況 下的功率因數(shù)。解：(1)先求出最大輸出時(shí)的控制角a，根據(jù)式(2-1)可得：2Ud200cos-11 =0.21277.80.45U 20.45X220求回路中的電流有效值，根據(jù)式(2-4)可得:I 2Kf 2 =2.06I-It =12 =2.06 20 =41.2A(3)求晶閘管兩端承受的正、反向峰值電壓Um：U m = 2U 2 =311V(4)

8、 選擇晶閘管：晶閘管通態(tài)平均電流，可按下式計(jì)算與選擇：ItIt(av) = (1.5 2)39.4 52.5A1.57取 1 T (AV) - 50A晶閘管電壓定額可按下式計(jì)算與選擇：Ute (2 3) Um =622 933V取Utn =1 00V可選用KP50-10型晶閘管。(5) 由式(2-6)計(jì)算最大輸出情況下功率因數(shù)：cosI2R= 0.562b帶阻感負(fù)載的工作情況:阻感負(fù)載的特點(diǎn)：電感對(duì)電流變化有抗拒作用, 使得流過電感的電流不能發(fā)生突變。電力電子電路的一種基本分析方法。通過器件的理想化，將電路簡(jiǎn)化為分段線性電路，c? _bV-II分段進(jìn)行分析計(jì)算對(duì)單相半波電路的分析可基于上述方法

9、進(jìn)行： 當(dāng)VT處于斷態(tài)時(shí)，相當(dāng)于電路在 VT處斷開，id=O。 當(dāng)VT處于通態(tài)時(shí)，相當(dāng)于 VT短路。圖2-2帶阻感負(fù)載的單相半波電路及其波形a)b)圖2-3單相半波可控整流電路的分段線性等效電路a) VT處于關(guān)斷狀態(tài)b) VT處于導(dǎo)通狀態(tài)為避免Ud太小，在整流電路的負(fù)載兩端并聯(lián)續(xù)流二極管與沒有續(xù)流二極管時(shí)的情況 比較，在U2正半周時(shí)兩者工作情況一樣。當(dāng)U2過零變負(fù)時(shí)，VDr導(dǎo)通，Ud為零。此時(shí)為負(fù)的U2通過VDr向VT施加反壓使其 關(guān)斷，L儲(chǔ)存的能量保證了電流id在L-R-VDr回路中流通，此過程通常稱為續(xù)流。續(xù)流期 間Ud為0，Ud中不再出現(xiàn)負(fù)的部分。數(shù)量關(guān)系若近似認(rèn)為id為一條水平線，恒為

10、Id，則有：( 2-8)單相半波可控整流電路的特點(diǎn)簡(jiǎn)單， 但輸出脈動(dòng)大，變壓器二次側(cè)電流中含直流分量, 造成變壓器鐵芯直流磁化實(shí)際上很少應(yīng)用此種電路。分析該電路的主要目的在于利用其簡(jiǎn)單易學(xué)的特點(diǎn)，建立起整流電路的基本概念。實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)VTa)r.iTRJb)c)d)e)0*嚴(yán)Iver!:圖2-4單相半波帶阻感負(fù)載有續(xù)流二極管的電路及波形(2) 單相橋式全控整流電路單相整流電路中應(yīng)用較多的a帶電阻負(fù)載的工作情況工作原理及波形分析見圖2-5：VT1和VT4組成一對(duì)橋臂，在U2正半周承受電壓U2,得到觸發(fā)脈沖即導(dǎo)通，當(dāng)U2過 零時(shí)關(guān)斷；VT2和VT3組成另一對(duì)橋臂，在U2正半周承受電壓-U2，得到觸發(fā)脈

11、沖即導(dǎo)通，當(dāng)U2 過零時(shí)關(guān)斷。數(shù)量關(guān)系:sin Ed(皿)二2近6 1 + COSor _ qtp 1 + cosct(2-9)a角的移相范圍為180文檔大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)圖2-5單相全控橋式帶電阻負(fù)載時(shí)的電路及波形OS _ 23(7； l + cos 亍2(2-10)(2-11)J丄（警_血昉咕（皿）=E 口(2-12)(2-14)不考慮變壓器的損耗時(shí)，要求變壓器的容量為 S=U2l2 。b帶阻感負(fù)載的工作情況為便于討論，假設(shè)電路已工作于穩(wěn)態(tài)，id的平均值不變。假設(shè)負(fù)載電感很大，負(fù)載電流id連續(xù)且波形近似為一水平線U2過零變負(fù)時(shí)，由于電感 的作用晶閘管VT1和VT4中仍流過電流id,并不關(guān)斷。至s

12、 t= na時(shí)刻，給VT2和VT3加觸發(fā)脈沖，因VT2和VT3本已承受正電壓，故兩管 導(dǎo)通。VT2和VT3導(dǎo)通后，U2通過VT2和VT3分別向VT1和VT4施加反壓使VT1和VT4關(guān)斷, 流過VT1和VT4的電流迅速轉(zhuǎn)移到VT2和VT3上，此過程稱換相，亦稱換流。(2-15)E 二丄廣Q sindfd(-cosr=叫 cosa晶閘管移相范圍為90晶閘管承受的最大正反向電壓均為. 2U2晶閘管導(dǎo)通角B與a無關(guān)，均為180。變壓器二次側(cè)電流i2的波形為正負(fù)各180的矩形波，其相位由a角決定，有效值b=ldb)圖2-6單相全控橋帶阻感負(fù)載時(shí)的電路及波形文檔大全C帶反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載時(shí)的工作情況在|U2|E

13、時(shí)，才有晶閘管承受正電壓，有導(dǎo)通的可能，導(dǎo)通之后，Ud=u2 ,，直至|U2|=E, id即降至0使得晶閘管關(guān)斷，此后Ud=E與電阻負(fù)載時(shí)相比，晶閘管提前了電角度 S停止導(dǎo) 電，S稱為停止導(dǎo)電角。R(2-16)a)b)圖2-7單相橋式全控整流電路接反電動(dòng)勢(shì)一電阻負(fù)載時(shí)的電路及波形在a角相同時(shí)，整流輸出電壓比電阻負(fù)載時(shí)大。如圖2-7b所示id波形在一周期內(nèi)有部分時(shí) 間為0的情況，稱為電流斷續(xù)。與此對(duì)應(yīng)，若 id波形不出現(xiàn)為0的點(diǎn)的情況，稱為電流連 續(xù)。當(dāng)觸發(fā)脈沖到來時(shí)，晶閘管承受負(fù)電壓，不可能導(dǎo)通。為了使晶閘管可靠導(dǎo)通，要求 觸發(fā)脈沖有足夠的寬度，保證當(dāng)wt=S時(shí)刻有晶閘管開始承受正電壓時(shí)，觸發(fā)

14、脈沖仍然存在。 這樣，相當(dāng)于觸發(fā)角被推遲為負(fù)載為直流電動(dòng)機(jī)時(shí)，如果出現(xiàn)電流斷續(xù)則電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性將很軟。為了克服此缺點(diǎn)，一般在主電路中直流輸出側(cè)串聯(lián)一個(gè)平波電抗器，用來減少電流的脈動(dòng)和延長(zhǎng)晶閘管導(dǎo)通的時(shí)間。這時(shí)整流電壓ud的波形和負(fù)載電流id的波形與電感負(fù)載電流連續(xù)時(shí)的波形相同，ud的計(jì)算公式亦一樣。為保證電流連續(xù)所需的電感量L可由下式求出：-迴L存腫生卄，( 2-17)圖2-8單相橋式全控整流電路帶反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載串平波電抗器，電流連續(xù)的臨界情況(3) 單相全波可控整流電路alb)圖2-9單相全波可控整流電路及波形單相全波與單相全控橋從直流輸出端或從交流輸入端看均是基本一致的。兩者的區(qū)別：（1）

15、單相全波中變壓器結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，繞組及鐵芯對(duì)銅、鐵等材料的消耗多；（2） 單相全波只用2個(gè)晶閘管，比單相全控橋少2個(gè)，相應(yīng)地，門極驅(qū)動(dòng)電路也少 2 個(gè)；但是晶閘管承受的最大電壓為 ，是單相全控橋的2倍；（3） 單相全波導(dǎo)電回路只含1個(gè)晶閘管，比單相橋少1個(gè)，因而管壓降也少1個(gè) 從上述（2）、（ 3）考慮，單相全波電路有利于在低輸出電壓的場(chǎng)合應(yīng)用。（4）單相橋式半控整流電路匸raTa)3-J iVDAis圖2-10單相橋式半控整流電路，有續(xù)流二極管，阻感負(fù)載時(shí)的電路及波形1I I: 1 11111J,1iI111 F111I;r*!1 1do單相全控橋中，每個(gè)導(dǎo)電回路中有 2個(gè)晶閘管，為了對(duì)每個(gè)導(dǎo)電

16、回路進(jìn)行控制，只需1個(gè)晶閘管就可以了，另1個(gè)晶閘管可以用二極管代替，從而簡(jiǎn)化整個(gè)電路。如此即成為 單相橋式半控整流電路（先不考慮 VDr）。半控電路與全控電路在電阻負(fù)載時(shí)的工作情況相同，單相半控橋帶阻感負(fù)載的情況， 假設(shè)負(fù)載中電感很大，且電路已工作于穩(wěn)態(tài)。在U2正半周，觸發(fā)角a處給晶閘管VT1加觸發(fā)脈沖，U2經(jīng)VT1和VD4向負(fù)載供電U2 過零變負(fù)時(shí)，因電感作用使電流連續(xù)，VT1繼續(xù)導(dǎo)通。但因a點(diǎn)電位低于b點(diǎn)電位，使得電流從VD4轉(zhuǎn)移至VD2, VD4關(guān)斷，電流不再流經(jīng)變壓器二次繞組，而是由和VD2續(xù)流在U2負(fù)半周觸發(fā)角a時(shí)刻觸發(fā)VT3，VT3導(dǎo)通，則向VT1加反壓使之關(guān)斷，七經(jīng)VT3和 VD

17、2向負(fù)載供電。U2過零變正時(shí)，VD4導(dǎo)通，VD2關(guān)斷。VT3和VD4續(xù)流，Ud又為零續(xù)流 二極管的作用。若無續(xù)流二極管，則當(dāng)a突然增大至180。或觸發(fā)脈沖丟失時(shí)，會(huì)發(fā)生一個(gè)晶閘管持續(xù) 導(dǎo)通而兩個(gè)二極管輪流導(dǎo)通的情況，這使 Ud成為正弦半波，即半周期Ud為正弦，另外半周 期Ud為零，其平均值保持恒定，稱為失控。有續(xù)流二極管VDr時(shí)，續(xù)流過程由VDr完成，晶閘管關(guān)斷，避免了某一個(gè)晶閘管持續(xù) 導(dǎo)通從而導(dǎo)致失控的現(xiàn)象。同時(shí)，續(xù)流期間導(dǎo)電回路中只有一個(gè)管壓降，有利于降低損耗 單相橋式半控整流電路的另一種接法相當(dāng)于把圖 2-4a中的VT3和VT4換為二極管VD3和圖2-11單相橋式半控整流電路的另一接法2

18、三相可控整流電路主要內(nèi)容：三相半波整流電路的波形分析及計(jì)算。三相全控橋的工作原理、波形分析及計(jì)算。重點(diǎn)：三相全控橋的工作原理、波形分析及計(jì)算。難點(diǎn)：三相半波整流電路的波形分析及計(jì)算。三相全控橋的工作原理、波形分析及計(jì)基本要求：掌握三相半波、三相全控整流電路在不同性質(zhì)負(fù)載下的工作原理及波形分 析，控制角移相范圍，電流有效值、平均值的計(jì)算，對(duì)相位控制觸發(fā)脈沖的基本要求。理 解以帶平衡電抗器的雙反星性電路為代表的大功率整流電路工作原理。負(fù)載容量較大，或要求直流電壓脈動(dòng)較小、易濾波時(shí)基本的是三相半波可控整流電路,三相橋式全控整流電路應(yīng)用最廣。（1）三相半波可控整流電路 a電阻負(fù)載電路的特點(diǎn)：變壓器二次

19、側(cè)接成星形得到 零線，而一次側(cè)接成三角形避免3 次諧波流入電網(wǎng)三個(gè)晶閘管分別 接a、b、c三相電源，其陰極連 接在一起共陰極接a =0 寸的工作原理分析假設(shè)將電路中的 晶閘管換作二極管，成為三相半 波不可控整流電路。此時(shí)，相電 壓最大的一個(gè)所對(duì)應(yīng)的二極管導(dǎo) 通，并使另兩相的二極管承受反 壓關(guān)斷，輸出整流電壓即為該相 的相電壓一周期中，在tlWt2期 間，VD 1 導(dǎo)通，Ud=Ua在 Wt2Wt3 期間，VD2導(dǎo)通，Ud=Ub在Wt3 Wt4期間，VD3導(dǎo)通，Ud=Uc二極 管換相時(shí)刻為自然換相點(diǎn)，是各 相晶閘管能觸發(fā)導(dǎo)通的最早時(shí) 刻，將其作為計(jì)算各晶閘管觸發(fā) 角a的起點(diǎn)，即a =0。變壓器二次

20、 側(cè)a相繞組和晶閘管VTi的電流b)c)d)e)VTivt3g I 11_0JL IIII圖2-12三相半波可控整流電路共陰極接法電阻負(fù)載時(shí)的電路及a =0。時(shí)的波形波形，變壓器二次繞組電流有直流分量晶閘管的電壓波形，由3段組成:OJ1 OJt5rv.O11 1 /St,ihIVT(2-18)(2) a30時(shí)，負(fù)載電流斷續(xù)，晶閘管導(dǎo)通角減小，此時(shí)有:ood圖2-14三相半波可控整流電路，電阻負(fù)載,Va =60。時(shí)的波形圖2-13三相半波可控整a =30。時(shí)的波形第1段，VTi導(dǎo)通期間，為 一管壓降，可近似為UT1=0第2 段,在VTi關(guān)斷后，VT2導(dǎo)通期 間，UT1=Ua-Ub=Uab，為一段

21、線電 壓第3段，在VT3導(dǎo)通期間， UT1 = Ua-Uc= Uac為另一段線電壓增 大a值，將脈沖后移，整流電路 的工作情況相應(yīng)地發(fā)生變 化a=30時(shí)的波形負(fù)載電流處 于連續(xù)和斷續(xù)之間的臨界狀 態(tài)a30的情況。特點(diǎn)：負(fù)載電流斷續(xù)，晶閘 管導(dǎo)通角小于120。電阻負(fù)載時(shí) a角的移相范圍為150整流電 壓平均值的計(jì)算(1) a0時(shí)，負(fù)載電流連 續(xù)，有當(dāng)a=0時(shí)，Ud最大，為S3 叫。(2-18)3 - 2二U21cos(：)=2 二6 0.6751 cos( ) (2-19)6Ud/U2隨a變化的規(guī)律如圖2-15 中的曲線1所示。負(fù)載電流平均值為：晶閘管承受的最大反向電壓，由圖2-13e不難看出為

22、變壓器二次線電壓峰值，即：心込M込收45乞1.2（2-21）由于晶閘管陰極與零點(diǎn)間的 電壓即為整流輸出電壓ud, 其最小值為零，而晶閘管陽 極與零點(diǎn)間的最高電壓等于 變壓器二次相電壓的峰值， 因此晶閘管陽極與陰極間的 最大電壓等于變壓器二次相電壓的峰值， 即扎此. （2-22）b阻感負(fù)載特點(diǎn)：阻感負(fù)載，L 值很大，id波形基本平直：a30 時(shí)（如 a=60 時(shí)的波形如圖2-16所示） U2過零時(shí)，VTi不關(guān)斷， 直到VT2的脈沖到來，才 換流，由VT2導(dǎo)通向負(fù)載 供電，同時(shí)向VTi施加反 壓使其關(guān)斷 Ud波形中 出現(xiàn)負(fù)的部分阻感負(fù)載 時(shí)的移相范圍為90。數(shù)量關(guān)系：Ud/U2與a成余弦關(guān)系， 如

23、圖2-15中的曲線2所 示。如果負(fù)載中的電感量 不是很大，則當(dāng)a30。后, Ud中負(fù)的部分減少，圖2-15三相半波可控整流電路Ud/U2與a的關(guān)系圖2-16三相半波可控整流電路，阻感負(fù)載時(shí)的電路及a =60 時(shí)的波形Ud略為增加，Ud/U2與a 的關(guān)系將介于曲線1和2之間。變壓器二次電流即晶閘管電流的有效值為一=(2-23)晶閘管的額定電流為（2-24）晶閘管最大正反向電壓峰值均為變壓器二次線電壓峰值IV；( 2-25)圖2-16中id波形有一定的脈動(dòng)，但為簡(jiǎn)化分析及定量計(jì)算，可將id近似為一條水平線三相半波的主要缺點(diǎn)在于其變壓器二次電流中含有直流分量，為此其應(yīng)用較少。（2）三相橋式全控整流電

24、路應(yīng)用最為廣泛，共陰極組 一一陰極連接在一起的3個(gè)晶閘管（VTi, VT3, VT5）共陽 極組一一陽極連接在一起的3個(gè)晶閘管（VT4, VT6, VT2）編號(hào)：1、3、5，4、6、2vt4vt6vt2 d2圖2-17三相橋式全控整流電路原理圖a帶電阻負(fù)載時(shí)的工作情況a =0時(shí)的情況假設(shè)將電路中的晶閘管換作二極 管進(jìn)行分析對(duì)于共陰極阻的3個(gè) 晶閘管，陽極所接交流電壓值最 大的一個(gè)導(dǎo)通對(duì)于共陽極組的 3 個(gè)晶閘管，陰極所接交流電壓值 最低（或者說負(fù)得最多）的導(dǎo)通 任意時(shí)刻共陽極組和共陰極組中 各有1個(gè)晶閘管處于導(dǎo)通狀態(tài) 從相電壓波形看，共陰極組晶閘管導(dǎo)通時(shí)，Ud1為相電壓的正包絡(luò)線，共陽極組導(dǎo)通

25、時(shí)，Ud2 為相電壓的負(fù)包絡(luò)線，Ud=Ud1 - Ud2是兩者的差值，為線電壓在正半周的包絡(luò)線直接從線電壓 波形看，Ud為線電壓中最大的一個(gè)，因此 Ud波形為線電壓的包絡(luò)線。三相橋式全控整流電路的特點(diǎn)：（1） 2管同時(shí)通形成供電回路，其中共陰極組和共陽極組各1,且不能為同1相器件。（2）對(duì)觸發(fā)脈沖的要求：按 VT1 -VT2-VT3-VT4-VT 5-VT6 的順序，相位依次差 60。共陰極組VTi、VT3、VT5的脈沖依次差120,共陽極組VT4、VT6、VT2也依次差120同一相的上下兩個(gè)橋臂，即 VTi與VT4, VT3與VT6, VT5與VT2,脈沖相差180表2-1三相橋式全控整流電

26、路電阻負(fù)載a=0時(shí)晶閘管工作情況時(shí)段共陰極組中導(dǎo)通的晶閘管共陽極組中導(dǎo)通的晶閘管整流輸岀電壓UdIIIVT1VT1VT6VT2Ua-Ub=UabUa-Uc=UacIIIIVVT3VT3VT2VT4Ub-Uc=UbcUb-Ua=UbaVVIVT5VT5VT4VT6Uc-Ua=UcaUc-Ub=Ucb(3) Ud一周期脈動(dòng)6次，每次脈動(dòng)的波形都一樣，故該電路為6脈波整流電路。zL 10QJtMl! : !1r 11 1 1 1 1ab I 1圖2-18三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載a =0。時(shí)的波形V-V! V ! V； )( ；/I八丨八I /“ir Mat1 /x賈y(4) 需保證同時(shí)導(dǎo)通的2

27、個(gè)晶閘管均有脈沖可采用兩種方法：一種是寬脈沖觸發(fā)另 一種方法是雙脈沖觸發(fā)(常用)。(5) 晶閘管承受的電壓波形與三相半波時(shí)相同，晶閘管承受最大正、反向電壓的關(guān)系 也相同a=30時(shí)的工作情況從wt1開始把一周期等分為6段，比波形仍由6段線電壓構(gòu)成， 每一段導(dǎo)通晶閘管的編號(hào)等仍符合表 2-1的規(guī)律區(qū)別在于：晶閘管起始導(dǎo)通時(shí)刻推遲了 30 組成Ud的每一段線電壓因此推遲30。變壓器二次側(cè)電流ia波形的特點(diǎn)：在Vti處于通態(tài)的 120期間，ia為正，ia波形的形狀與同時(shí)段的Ud波形相同，在VT4處于通態(tài)的120。期間，ia 波形的形狀也與同時(shí)段的Ud波形相同，但為負(fù)值。a=60時(shí)工作情況Ud波形中每段

28、線電壓 的波形繼續(xù)后移，Ud平均值繼續(xù)降低。a=60o時(shí)Ud出現(xiàn)為零的點(diǎn)。圖2-19三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載a =30。時(shí)的波形小結(jié)當(dāng)a60時(shí)，Ud波形每60中有一段為零，Ud波形不能出現(xiàn)負(fù)值。帶電阻負(fù)載時(shí)三相橋式全 控整流電路a角的移相范圍是120dl兒/VL氣11/ZCr/z01 _1/III1v/b1iyu7ff=60臥1O.I0圖2-20三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載a =60。時(shí)的波形41* v u V 如.I X/ I I h Ib阻感負(fù)載時(shí)的工作情況a60。時(shí)阻感負(fù)載時(shí)的工作情況與電阻負(fù)載時(shí)不同，電阻負(fù)載時(shí)Ud波形不會(huì)出現(xiàn)負(fù)的部分，而阻感負(fù)載時(shí)，由于電感 L的作用，Ud波形

29、會(huì)出現(xiàn)負(fù)的部分帶阻感負(fù)載時(shí)，三相橋 式全控整流電路的a角移相范圍為90析a60時(shí)，整流電壓平均值為:(2-27)U = -Csin誠(chéng)= 2.34% l+cos(- + )7T Jy+fl3輸出電流平均值為ld=Ud /R當(dāng)整流變壓器為圖2-17中所示采用星形接法，帶阻感負(fù)載時(shí)，變壓器二次側(cè)電流波形 如圖2-23中所示，為正負(fù)半周各寬120、前沿相差180的矩形波，其有效值為：等打=0816/,(2-28)A A爪小代 VV1 VVVV / J / II x 1 /八+ T r T #n!：nLF口L廠1L11110；圖2-22三相橋式整流電路帶阻感負(fù)載，a =30。時(shí)的波形晶閘管電壓、電流等的

30、定量分析與三相半波時(shí)一致。三相橋式全控整流電路接反電勢(shì)阻感負(fù)載時(shí)，在負(fù)載電感足夠大足以使負(fù)載電流連續(xù) 的情況下，電路工作情況與電感性負(fù)載時(shí)相似，電路中各處電壓、電流波形均相同，僅在 計(jì)算Id時(shí)有所不同，接反電勢(shì)阻感負(fù)載時(shí)的Id為：(2-29)廠_、r _、Mc 產(chǎn)一Ha011% PH加、一*yV- /k、一#Y式中R和E分別為負(fù)載中的電阻值和反電動(dòng)勢(shì)的值。a = 90 吐杠壯眨叫 一。圖2-23三相橋式全控整流電路帶阻感負(fù)載a =90時(shí)的波形3變壓器漏感對(duì)整流電路的影響主要內(nèi)容：變壓器漏抗對(duì)整流電路的影響。電路中諧波的產(chǎn)生、組成及抑制方法。整 流電路的諧波和功率因數(shù)。重點(diǎn)：變壓器漏抗對(duì)整流電路

31、的影響。電路中諧波的產(chǎn)生、組成及抑制方法。難點(diǎn)：無?；疽螅赫莆兆儔浩髀┛箤?duì)整流電路的影響。TbVTLRvt3I I | I % I I c I I S I Iw卅曠r廠圖2-24考慮變壓器漏感時(shí)的三相半波可控整流電路及波形考慮包括變壓器漏感在內(nèi)的交流側(cè)電感的影響，該漏感可用一個(gè)集中的電感Lb表示以三相半波為例，然后將結(jié)論推廣Vti換相至VT2的過程:因a、b兩相均有漏感，故ia、ib均不能突變，于是Vti和Vt2同時(shí)導(dǎo)通，相當(dāng)于將a、b兩相短路，在兩相組成的回路中產(chǎn)生環(huán)流ik。ik=ib是逐漸增大的，而ia=ld-ik是逐漸減小的。當(dāng)ik增大到等于Id時(shí)，ia=O，Vti關(guān)斷，換流過程結(jié)束

32、。換相重疊角 換相過程持續(xù)的時(shí)間，用電角度 丫表示:換相過程中，整流電壓Ud為同時(shí)導(dǎo)通的兩個(gè)晶閘管所對(duì)應(yīng)的兩個(gè)相電壓的平均值:(2-30 )2-31)叫訴+心巴Ft%二沖d a d/ b B d/ 2換相壓降一一與不考慮變壓器漏感時(shí)相比，Ud平均值降低的多少:(2-31)換相重疊角丫的計(jì)算：理二他-甘J/2婦二血s 宀2L(2-32 )2-31)由上式得:進(jìn)而得出:(2-33 )2-31 )人二善。co妝+力(2-34 )2-31)當(dāng) wt=a+ 丫時(shí)，ik=ld，于是cosa-cos(g + /)=(2-35 )2-31)丫隨其它參數(shù)變化的規(guī)律：(1) Id越大則丫越大；(2) Xb越大丫越

33、大；(3) 當(dāng)a 90時(shí)，a越小丫越大。表2-2各種整流電路換相壓降和換相重疊角的計(jì)算電路形式單相全波單相全控橋三相半波三相全控橋m脈波整流電路FTJT?r* imsw - coK*r)幾広菩反幾sm 變壓器漏抗對(duì)各種整流電路的影響注：?jiǎn)蜗嗳貥螂娐分校琗b在一周期的兩次換相中都起作用，等效為 m=4;三相橋等效為相電壓等于 的6脈波整流電路，故其m=6,相電壓按代入變壓器漏 感對(duì)整流電路影響的一些結(jié)論。(1) 出現(xiàn)換相重疊角Y整流輸出電壓平均值Ud降低。(2) 整流電路的工作狀態(tài)增多(3) 晶閘管的di/dt減小，有利于晶閘管的安全開通。有時(shí)人為串入進(jìn)線電抗器以 抑制晶閘管的di/dto(4

34、) 換相時(shí)晶閘管電壓出現(xiàn)缺口，產(chǎn)生正的du/dt，可能使晶閘管誤導(dǎo)通，為此必 須加吸收電路。(5) 換相使電網(wǎng)電壓出現(xiàn)缺口，成為干擾源。5整流電路的諧波和功率因數(shù)隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用日益廣泛，由此帶來的諧波(harm onics)和無功(reactive power)問題日益嚴(yán)重，弓I起了關(guān)注。無功的危害：a導(dǎo)致設(shè)備容量增加。b使設(shè)備和線路的損耗增加。c線路壓降增大，沖擊性負(fù)載使電壓劇烈波動(dòng)。諧波的危害：a降低設(shè)備的效率。b影響用電設(shè)備的正常工作。c引起電網(wǎng)局部的諧振，使諧波放大，加劇危害。d導(dǎo)致繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的誤動(dòng)作。e對(duì)通信系統(tǒng)造成干擾(1)諧波和無功功率分析基礎(chǔ)正弦波電壓可

35、表示為：u (t) = V2u sin( co t + 口)對(duì)于非正弦波電壓，滿足狄里赫利條件，可分解為 傅里葉級(jí)數(shù)：基波(fun dame ntal)頻率與工頻相同的分量諧波一一頻率為基波頻率大于1整數(shù)倍的分量諧波次數(shù)一一諧波頻率和基波頻率的整數(shù)比n次諧波電流含有率以HRIn (Harmonic Ratio for ln)表示 HRI n =100%11電流諧波總畸變率 THDi (Total Harmonic distortion)定義為IhTHDi h 100%11在正弦電路中，電路的 有功功率就是其平均功率：視在功率為電壓、電流有效值的乘積，即2S=UIP =f uidt)=UI co

36、s無功功率定義為：Q=Ulsin功率因數(shù)2一。少 定義為有功功率P和視在功率S的比值: 此時(shí)無功功率=Qp與有功功率P、視在功率S之間有如下關(guān)系：功率因數(shù)是由電壓和電流 的相位差決定的：，二cos在非正弦電路中，有功功率、視在功率、功率因數(shù)的定義均和正弦電路相同，功率因數(shù)仍由式定義。不考慮電壓畸變，研究電壓為正弦波、電流為非正弦波的情況有很大的實(shí)際意義。非正弦電路的有功功率: 流有效值之比二S二UIU=ucosco陰I功率因數(shù)：基波因數(shù):n =l/l，即基波電流有效值和總電位移因數(shù)(基波功率因數(shù))：COS!功率因數(shù)由基波電流相移 和電流波形畸變 這兩個(gè)因素共 同決定的。非正弦電路的無功功率:Q

37、S2 - P2無功功率Q反映了能量的流動(dòng)和交換，目前被較廣泛的接受。忽略電壓中的諧波時(shí)有:Qf =U11 sin 1在非正弦情況下，S2=P2，q2因此引入畸變功率D，使得：Qf為由基波電流所產(chǎn)生的s2 = P2+q2 +D2無功功率，D是諧波電流產(chǎn)生的無功功率。 帶阻感負(fù)載時(shí)可控整流電路交流側(cè)諧波和功率因數(shù)分析a、單相橋式全控整流電路忽略換相過程和電流脈動(dòng)，在阻感負(fù)載且電感 L足夠大時(shí)電流i2的波形見下圖。41 i4,i2 = Id(sin cot+-sin3cot+ sin +L) n3(2-36)41Idsin n t= 2I nsin n t鳥 n 4,3,5, L nn,3,5,L2

38、、21 d其中：In-n =1,3,5,n兀由變壓器二次側(cè)電流諧波分析可知：電流中僅含奇次諧波。各次諧波有效值與諧波次數(shù)成反比，且與基波有效值的比值為諧波次數(shù)的倒數(shù)?；?電流有效值為：i2 的有效胚ll=l d，結(jié)合上式可得基波因數(shù)為：0.9兀I兀電流基波與電壓的相位差就等于控制角a，故位移因數(shù)為 cos 1 = cos 工:0.9 cos j所以，功率因數(shù)為：b、三相橋式全控整流電路osIH以a =30為例，在阻感負(fù)載時(shí)，忽略換相過程和電流脈動(dòng)，且直流電感L為足夠大。此時(shí)，電流為正負(fù)半周各120的方波，如下圖所示，其有效值與直流電流的關(guān)系為：Udi2IdUd2鼻仁訂止;惡;更1! Z!爲(wèi)O

39、TiI * I I I * iiid2丿31 d3 圖 2-25二 i w橋式 全控整流電路O帶阻感負(fù)載a =30。時(shí)的波形由變壓器二次側(cè)電流諧波分析可知，電流基波和各次諧波有效值I =漁|1 二 dI =五1n 二n = 6k _1,k = 1,2,3,分別為：電流中僅含6k （k為正整數(shù)）次諧波各次諧波有效值與諧波次數(shù)成反比，且與基波有效值的比值為諧波次數(shù)的倒數(shù)?；╟os= ：Q955cos：（3）電容濾波的不可控整流電路交流側(cè)諧波和功率因數(shù)分析a單相橋式不可控整流電路實(shí)用的單相不可控整流電路常采用感容濾波。 電容濾波的單相不可控整流電路交流側(cè) 諧波組成有如下規(guī)律：諧波次數(shù)為奇次。諧波次

40、數(shù)越高，諧波幅值越小。諧波與基波的關(guān)系是不固定的。 , LC越大，則諧波越小。電容濾波的單相不可控整流電路的功率因數(shù)具有如下結(jié)論：位移因數(shù)接近1,輕載超前,重載滯后。諧波大小受負(fù)載和濾波電感的影響。b、三相橋式不可控整流電路常用的電容濾波三相不可控整流電路中通常都帶有濾波電感。其交流側(cè)諧波組成有如 下規(guī)律:諧波次數(shù)為6k 1次，k =1, 2, 3 諧波次數(shù)越高，諧波幅值越小。諧波與基波的關(guān)系是不固定的。電路的功率因數(shù)有如下結(jié)論：位移因數(shù)通常是滯后的，但與單相時(shí)相比，位移因數(shù)更接近1整流電路的輸出電壓中主要。a、a =0寸,壓和電流的0皆波對(duì)于負(fù)載的工作是不利的隨負(fù)載加重（wRC的減?。偟?/p>

41、功率因數(shù)提高；同時(shí)，隨濾波電感加大，總功 率因數(shù)也提高。（4）整流輸出 成分為直流，同時(shí)包含各種頻率的諧波,這些諧皆波 m脈波整流電路的整流電壓和整流電流的諧波分析lo如圖2-26，當(dāng)a=0時(shí)，m脈波整流電路時(shí)整流電壓整流電流中的諧波有如下規(guī)律：m脈波整流電壓Udo的諧波次數(shù)為mk （k=1，2, 3.）次，即m的倍數(shù)次；整流電流 的諧波由整流電壓的諧波決定，也為 mk次。當(dāng)m定時(shí)，隨諧波次數(shù)增大，諧波幅值迅速減小，表明最低次（ m次）諧波是最 主要的，其它次數(shù)的諧波相對(duì)較少；當(dāng)負(fù)載中有電感時(shí)，負(fù)載電流諧波幅值 dn的減小更 為迅速。當(dāng)m增加時(shí)，最低次諧波次數(shù)增大，且幅值迅速減小，電壓紋波因數(shù)

42、迅速下降。b、a不為0。時(shí)的情況整流電壓諧波的一般表達(dá)式十分復(fù)雜，下面只說明諧波電壓與a角的關(guān)系。以n為參變量，n次諧波幅值對(duì)a的關(guān)系如圖2-27所示：90當(dāng)a從090變化時(shí)，ud的諧波幅值隨| a增大而增大,a =90時(shí)諧波幅值最大。a從 的諧波幅值隨a增大而減小0.1120 150 180L 0.20306090:/( n=12n=18180。之間電路工作于有源逆變工作狀態(tài)n=6圖2-27三相全控橋電流連續(xù)時(shí)，以n為參變量的與:-的關(guān)系6大功率可控整流電路（1）帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路在電解電鍍等工業(yè)中，常用到低電壓大電流（例如幾十伏，幾千至幾萬安）可調(diào)直流電源。圖2-28為帶平

43、衡電抗器的雙反星形可控整流電路。其變壓器二次側(cè)為兩組匝數(shù)相 同極性相反的繞阻，分別接成兩組三相半波電路。變壓器二次側(cè)兩繞組的極性相反可消除 鐵芯的直流磁化，設(shè)置電感量為 Lp的平衡電抗器是為保證兩組三相半波整流電路能同時(shí) 導(dǎo)電。與三相橋式電路相比，在采用相同晶閘管的條件下，雙反星形電路的輸出電流可大 一倍。i* a圖2-28帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路L -齊T圖2-29雙反星形電路，a=0時(shí)兩組整流電壓、電流波形平衡電抗器的作用：兩個(gè)直流電源并聯(lián)時(shí)，只有當(dāng)電壓平均值和瞬時(shí)值均相等時(shí)，才能使負(fù)載均流，雙反星形電路中，兩組整流電壓平均值相等，但瞬時(shí)值不等，兩個(gè)星形的中點(diǎn)n1和n2間的電壓等

44、于Udi和Ud2之差。該電壓加在Lp上，產(chǎn)生電流 ip,它通過兩組星形自成回路，不流到負(fù)載中去，稱為環(huán)流或平衡電流，考慮到ip后，每組三相半波承擔(dān)的電流分別為。為了使兩組電流盡可能平均分配，一般使Lp值足夠大，以便限制環(huán)流在負(fù)載額定電流的1%2%以內(nèi)。叫妬叫址城叫ubb)八O360圖2-30平衡電抗器作用下輸出電壓的波形和平衡電抗器上電壓的波形%L viIO*,I/i/XI世雙反星形電路中如不接平衡電抗器，即成為六相半波整流電路，只能有一個(gè)晶閘管導(dǎo)電，其余五管均阻斷，每管最大導(dǎo)通角60，平均電流ld/6。當(dāng)a =0寸，Ud為1.35U2,比三相半波時(shí)的1.17U2略大些。六相半波整流電路因晶閘

45、管導(dǎo)電時(shí)間短，變壓器利用率 低，極少采用。雙反星形電路與六相半波電路的區(qū)別就在于有無平衡電抗器，對(duì)平衡電抗器作用的理 解是掌握雙反星形電路原理的關(guān)鍵。由于平衡電抗器的作用使得兩組三相半波整流電路同時(shí)導(dǎo)電的，平衡電抗器Lp承擔(dān)了 n1、n2間的電位差，它補(bǔ)償了 Ub和ua的電動(dòng)勢(shì)差，使得兩相的晶閘管能同時(shí)導(dǎo)電 將圖2-29中Ud1和Ud2的波形用傅氏級(jí)數(shù)展開，可得當(dāng) a =0。時(shí)的Ud1、Ud2,即實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)(2-37)(2-38) CUaitrf13540圖2-32當(dāng)a =30 60 90時(shí)，雙反星形電路的輸出電壓波形: II + CDS 3創(chuàng)-CUs；I加 43540迥乙1+ - cos3(r

46、f - 60)- cos6( - 6(F) + cos9(Em b)兩電動(dòng)勢(shì)同極性Em Eg c)兩電動(dòng)勢(shì)反極性，形成短路a)b)圖2-34單相全波電路的整流和逆變a、直流發(fā)電機(jī)一電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)電能的流轉(zhuǎn)圖2-33a M電動(dòng)，EgEm，電流Id從G流向M , M吸收電功率；圖2-33b回饋制動(dòng) 狀態(tài)，M作發(fā)電運(yùn)轉(zhuǎn)，此時(shí)，EmEg，電流反向，從M流向G,故M輸出電功率，G則 吸收電功率，M軸上輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芊此徒o G;圖2-33C兩電動(dòng)勢(shì)順向串聯(lián)， 向電阻R供電，G和M均輸出功率，由于R 一般都很小，實(shí)際上形成短路，在工作中 必須嚴(yán)防這類事故發(fā)生。b、逆變產(chǎn)生的條件用單相全波電路代替上述發(fā)電

47、機(jī)，如圖 2-34a，M電動(dòng)運(yùn)行，全波電路工作在整流狀 態(tài)，a在0 /2間，Ud為正值，并且Ud Em，才能輸出Id,交流電網(wǎng)輸出電功率，電動(dòng) 機(jī)則輸入電功率。圖2-34b表示在回饋制動(dòng)時(shí)，由于晶閘管的單向?qū)щ娦裕琁d方向不變， 欲改變電能的輸送方向，只能改變 Em極性。為了防止兩電動(dòng)勢(shì)順向串聯(lián)，Ud極性也必須 反過來，即Ud應(yīng)為負(fù)值，且|Em| |Ud I,才能把電能從直流側(cè)送到交流側(cè)，實(shí)現(xiàn)逆變。 電能的流向與整流時(shí)相反，M輸出電功率，電網(wǎng)吸收電功率。Ud可通過改變a來進(jìn)行調(diào) 節(jié)，逆變狀態(tài)時(shí)Ud為負(fù)值，逆變時(shí)a在n /2間。由此而可知產(chǎn)生逆變的條件是：有直流電動(dòng)勢(shì)，其極性和晶閘管導(dǎo)通方向一致

48、，其值大于變流器直流側(cè)平均電壓；晶閘管的控制角a n/2使Ud為負(fù)值。半控橋或有續(xù)流二極管的電路，因其整流電壓Ud不能出現(xiàn)負(fù)值，也不允許直流側(cè)出現(xiàn)負(fù)極性的電動(dòng)勢(shì)，故不能實(shí)現(xiàn)有源逆變。欲實(shí)現(xiàn)有源逆變，只能采用全控電路。- *0 二鄉(xiāng)J #=車-3=百圖2-35三相橋式整流電路工作于有源逆變狀態(tài)時(shí)的電壓(2) 三相橋整流電路的有源逆變工作狀態(tài)逆變和整流的區(qū)別：控制角 a不同0 a n時(shí)，電路工作在整流狀態(tài) n /2 a n /2時(shí)的控制角用B表示，B稱為逆變角，而逆變角B和控制角a的計(jì)量方向相反，其大小自B=0 的起始點(diǎn)向左方計(jì)量。三相橋式電路工作于有源逆變狀態(tài)時(shí)的波形如圖2-35所示。有源逆變狀態(tài)時(shí)各電量的計(jì)算：Ud= -2