交流直流變換電路實用教案

1、3.2 單相(dn xin)可控整流電路第1頁/共105頁第一頁，共106頁。3-23.2.1 3.2.1 單相半波可控整流(zhngli)(zhngli)電路一、電阻(dinz)(dinz)性負載電爐、電焊機及白熾燈等均屬于電阻(dinz)(dinz)性負載變壓器T T起變換電壓和電氣隔離的作用。電阻(dinz)(dinz)負載的特點：電壓與電流成正比，兩者波形相同。工作原理分析圖3-2-1 單相半波可控整流電路（電阻性負載(fzi)）及波形wwwwtTVTR0a)u1u2uVTudidwt1p2 ptttu2uguduVTaq0b)c)d)e)00第2頁/共105頁第二頁，共106頁。3-

2、3工作原理分析在電源電壓正半周，晶閘管承受正向電壓，在t=t=處觸發(fā)晶閘管，晶閘管開始導(dǎo)通；負載上的電壓等于變壓器輸出電壓u2u2。在t=t=時刻，電源電壓過零，晶閘管電流小于維持電流而關(guān)斷，負載電流為零。在電源電壓負半周，uAKuAK0 0，晶閘管承受反向電壓而處于關(guān)斷狀態(tài)，負載電流為零，負載上沒有輸出電壓，直到電源電壓u2u2的下一周期，直流輸出電壓udud和負載電流idid的波形相位相同。通過(tnggu)(tnggu)改變觸發(fā)角 的大小，直流輸出電壓udud的波形發(fā)生變化，負載上的輸出電壓平均值發(fā)生變化，顯然=180=180時，Ud=0Ud=0。由于晶閘管只在電源電壓正半波內(nèi)導(dǎo)通，輸出

3、電壓udud為極性不變但瞬時值變化的脈動直流，故稱“半波”整流。3.2.1 3.2.1 單相半波可控整流(zhngli)(zhngli)電路wwwwtTVTR0a)u1u2uVTudidwt1p2ptttu2uguduVTaq0b)c)d)e)00圖3-2-1 單相半波可控整流電路(dinl)（電阻性負載）及波形第3頁/共105頁第三頁，共106頁。3-4 首先，引入兩個重要的基本概念：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 表示, ,也稱觸發(fā)角或控制角。導(dǎo)通角：晶閘管在一個電源周期中處于通態(tài)的電角度稱為導(dǎo)通角，用 表示 。 通過控制觸發(fā)脈沖的相位來控制直流

4、輸出電壓大小的方式稱為相位控制方式，簡稱相控方式。 在單相半波可控整流電阻性負載(fzi)(fzi)電路中, ,移相角 的控制范圍為:0:0 ，對應(yīng)的導(dǎo)通角 的可變范圍是 0 0，兩者關(guān)系為 =。3.2.1 3.2.1 單相半波可控整流(zhngli)(zhngli)電路第4頁/共105頁第四頁，共106頁。3-52. 2. 基本數(shù)量關(guān)系(gun x)(gun x)(1) (1) 直流輸出電壓平均值UdUd與輸出電流平均值IdId3.2.1 3.2.1 單相半波可控整流(zhngli)(zhngli)電路n 輸出(shch)(shch)電流平均值Id :Id :n 直流輸出電壓平均值U Ud

5、d : :第5頁/共105頁第五頁，共106頁。3-6(2) (2) 輸出(shch)(shch)電壓有效值U U與輸出(shch)(shch)電流有效值I I3.2.1 3.2.1 單相半波(bn b)(bn b)可控整流電路n 輸出(shch)(shch)電流有效值I :I :n 直流輸出電壓有效值U :第6頁/共105頁第六頁，共106頁。3-7(3) (3) 晶閘管電流有效值和變壓器二次側(cè)電流有效值單相半波(bn b)(bn b)可控整流電路中，負載、晶閘管和變壓器二次側(cè)流過相同的電流，故其有效值相等，即：3.2.1 3.2.1 單相半波可控整流(zhngli)(zhngli)電路第7

6、頁/共105頁第七頁，共106頁。3-8(4) (4) 功率(gngl)(gngl)因數(shù)coscos整流器功率(gngl)(gngl)因數(shù)是變壓器二次側(cè)有功功率(gngl)(gngl)與視在功率(gngl)(gngl)的比值式中 P P變壓器二次側(cè)有功功率(gngl)(gngl)，P=UI=I2RP=UI=I2R S S變壓器二次側(cè)視在功率(gngl)(gngl)，S=U2I2 S=U2I2 (5) (5) 晶閘管承受的最大正反向電壓UTMUTM晶閘管承受的最大正反向電壓UTMUTM是相電壓峰值。3.2.1 3.2.1 單相(dn xin)(dn xin)半波可控整流電路第8頁/共105頁第八

7、頁，共106頁。3-9例3-13-1 如圖所示單相半波可控整流器，電阻性負載，電源(dinyun)(dinyun)電壓U2U2為220V220V，要求的直流輸出電壓為50 V50 V，直流輸出平均電流為20A20A。 試計算：(1) (1) 晶閘管的控制角。(2) (2) 輸出電流有效值。(3) (3) 電路功率因數(shù)。(4) (4) 晶閘管的額定電壓和額定電流。3.2.1 3.2.1 單相半波(bn b)(bn b)可控整流電路第9頁/共105頁第九頁，共106頁。3-10解 : (1) 當當=90=90時，輸出時，輸出(shch)(shch)電流有效值電流有效值505. 022020504

8、.44cos2222UUIUUISP(3) 5 . 22050 ddIUR(2)則=90第10頁/共105頁第十頁，共106頁。3-11(4) 晶閘管電流(dinli)有效值IT 與輸出電流(dinli)有效值相等，即：V311220222mUUV 933622311)32()32(mTNUU（5）晶閘管承受的最高電壓：）晶閘管承受的最高電壓：考慮考慮(23)倍安全裕量，晶閘管的額定電壓為倍安全裕量，晶閘管的額定電壓為根據(jù)計算結(jié)果可以根據(jù)計算結(jié)果可以(ky)(ky)選取滿足要求的晶閘管。選取滿足要求的晶閘管。取取2 2倍安全倍安全(nqun)(nqun)裕量，晶閘管的額定電流為：裕量，晶閘管的

9、額定電流為：則第11頁/共105頁第十一頁，共106頁。3-123.2.1 3.2.1 單相半波可控整流(zhngli)(zhngli)電路2）電感性負載電感性負載通常是電機的勵磁(l c)線圈和負載串聯(lián)電抗器等。電感性負載的特點：電感對電流變化有抗拒作用，使得流過電感的電流不發(fā)生突變。 圖3-2-2 帶阻感負載的 單相半波電路及其波形a)u1TVTRLu2uVTudidu20wt1p2pwtwtwtwtwtug0ud0id0uVT0qab)c)d)e)f)+ + +第12頁/共105頁第十二頁，共106頁。3-13 圖3-2-3 帶阻感負載(不接續(xù)流管)的 單相半波電路及其波形1. 無續(xù)流二

10、極管時無續(xù)流二極管時工作工作(gngzu)原理原理0：uAK大于零，但門極沒有觸發(fā)信號，晶閘管處大于零，但門極沒有觸發(fā)信號，晶閘管處于正向關(guān)斷狀態(tài)，輸出電壓、電流都等于零。于正向關(guān)斷狀態(tài)，輸出電壓、電流都等于零。在在t=時，門極有觸發(fā)信號，晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通，負時，門極有觸發(fā)信號，晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通，負載電壓載電壓ud= u2。當當t=時，交流電壓時，交流電壓u2過零，由于有電感電勢的存在，過零，由于有電感電勢的存在，晶閘管的電壓晶閘管的電壓uAK仍大于零，晶閘管會繼續(xù)導(dǎo)通，仍大于零，晶閘管會繼續(xù)導(dǎo)通，電感的儲能全部釋放完后，晶閘管在電感的儲能全部釋放完后，晶閘管在u2反壓作用反壓作用下而截止。直

11、到下一個周期的正半周。下而截止。直到下一個周期的正半周。3.2.1 3.2.1 單相(dn xin)(dn xin)半波可控整流電路有負面積(min j)第13頁/共105頁第十三頁，共106頁。3-14v數(shù)量關(guān)系v 直流輸出電壓平均值UdUd為v v 從UdUd的波形可以看出，由于電感負載(fzi)(fzi)的存在，電源電壓由正到負過零點也不會關(guān)斷，輸出電壓出現(xiàn)了負波形，輸出電壓和電流的平均值減?。划敶箅姼胸撦d(fzi)(fzi)時輸出電壓正負面積趨于相等，輸出電壓平均值趨于零，則IdId也很小。所以，實際的大電感電路中，常常在負載(fzi)(fzi)兩端并聯(lián)一個續(xù)流二極管。3.2.1 3.

12、2.1 單相(dn xin)(dn xin)半波可控整流電路第14頁/共105頁第十四頁，共106頁。3-152.2.接續(xù)流二極管時工作原理u2u20 0：uAKuAK0 0。在t=t=處觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通， ud= u2 ud= u2續(xù)流二極管VDRVDR承受反向電壓而處于斷態(tài)。u2u20 0：電感的感應(yīng)電壓使VDRVDR承受正向電壓導(dǎo)通續(xù)流，晶閘管承受反壓關(guān)斷,ud=0,ud=0。如果電感足夠大，續(xù)流二極管一直導(dǎo)通到下一周期(zhuq)(zhuq)晶閘管導(dǎo)通，使idid連續(xù)。3.2.1 3.2.1 單相(dn xin)(dn xin)半波可控整流電路 圖3-2-4 帶阻感負載(接續(xù)流管)的 單

13、相(dn xin)半波電路及其波形u2udiduVTiVTIdIdwt1wtwtwtwtwtwtOOOOOOp-ap+ab)c)d)e)f)g)iVDRa)第15頁/共105頁第十五頁，共106頁。3-16 由以上分析可以(ky)(ky)看出，電感性負載加續(xù)流二極管后，輸出電壓波形與電阻性負載波形相同，續(xù)流二極管可以(ky)(ky)起到提高輸出電壓的作用。在大電感負載時負載電流波形連續(xù)且近似一條直線，流過晶閘管的電流波形和流過續(xù)流二極管的電流波形是矩形波。 對于電感性負載加續(xù)流二極管的單相半波可控整流器移相范圍與單相半波可控整流電路電阻性負載相同為0 0180180，且有+=180+=180。

14、3.2.1 3.2.1 單相(dn xin)(dn xin)半波可控整流電路第16頁/共105頁第十六頁，共106頁。3-17v基本數(shù)量關(guān)系v(1) (1) 輸出(shch)(shch)電壓平均值UdUd與輸出(shch)(shch)電流平均值IdIdv輸出(shch)(shch)電壓平均值UdUdv輸出(shch)(shch)電流平均值IdId3.2.1 3.2.1 單相半波(bn b)(bn b)可控整流電路第17頁/共105頁第十七頁，共106頁。3-18(2) (2) 晶閘管的電流(dinli)(dinli)平均值IdTIdT與晶閘管的電流(dinli)(dinli)有效值ITIT晶閘

15、管的電流(dinli)(dinli)平均值IdT IdT ：晶閘管的電流(dinli)(dinli)有效值ITIT：3.2.1 3.2.1 單相(dn xin)(dn xin)半波可控整流電路第18頁/共105頁第十八頁，共106頁。3-19(3) (3) 續(xù)流二極管的電流(dinli)(dinli)平均值IdDIdD與續(xù)流二極管的電流(dinli)(dinli)有效值IDID3.2.1 3.2.1 單相半波(bn b)(bn b)可控整流電路第19頁/共105頁第十九頁，共106頁。3-203.2.1 單相半波可控整流(zhngli)電路第20頁/共105頁第二十頁，共106頁。3.2.2

16、單相(dn xin)全控橋式整流電路1) 帶電阻負載(fzi)的工作情況a)u (i )pwtwtwt000i2udidb)c)d)ddaauVT1,4圖3-2-5 單相全控橋式帶電阻負載時的電路及波形工作原理及波形分析工作原理及波形分析VT1和和VT4組成一對橋臂，組成一對橋臂，在在 u 2 正 半 周 承 受正 半 周 承 受(chngshu)電壓電壓u2，得到，得到觸發(fā)脈沖即導(dǎo)通，當觸發(fā)脈沖即導(dǎo)通，當u2過零過零時關(guān)斷。時關(guān)斷。VT2和和VT3組成另一對橋臂，組成另一對橋臂，在在 u 2 正 半 周 承 受正 半 周 承 受(chngshu)電壓電壓-u2，得，得到觸發(fā)脈沖即導(dǎo)通，當?shù)接|

17、發(fā)脈沖即導(dǎo)通，當u2過過零時關(guān)斷。零時關(guān)斷。電路結(jié)構(gòu)單相全控橋式整流電路單相全控橋式整流電路(Single Phase Bridge Contrelled Rectifier)第21頁/共105頁第二十一頁，共106頁。3-22數(shù)量關(guān)系(gun x)1)輸出直流電壓平均值Ud及有效值U（a 角的移相范圍為180。）3.2.2 3.2.2 單相(dn xin)(dn xin)全控橋式整流電路2) 輸出輸出(shch)直流電流平均值直流電流平均值Id 3) 晶閘管電流平均值晶閘管電流平均值IdT和有效值和有效值ITpwtwtwt000i2udidb)c)d)ddaauVT1,4第22頁/共105頁

18、第二十二頁，共106頁。3-233.2.2 3.2.2 單相(dn xin)(dn xin)全控橋式整流電路5) 5) 功率因數(shù)(n l yn sh)(n l yn sh)4)4)變壓器二次測電流有效值變壓器二次測電流有效值I2I2與輸出與輸出(shch)(shch)直流電流直流電流I I有效值相等：有效值相等：不考慮變壓器的損耗時，要求不考慮變壓器的損耗時，要求變壓器的容量變壓器的容量 S=U2I2。pwtwtwt000i2udidb)c)d)ddaauVT1,4第23頁/共105頁第二十三頁，共106頁。3.2.2 單相全控橋式整流(zhngli)電路2）帶阻感負載的工作(gngzu)情況

19、 u2OwtOwtOwtudidi2b)OwtOwtuVT1,4OwtOwtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4圖3-2-6 單相全控橋帶阻感負載時的電路(dinl)及波形 假設(shè)電路已工作于穩(wěn)態(tài)，假設(shè)電路已工作于穩(wěn)態(tài)，id的平均值的平均值不變。不變。假設(shè)負載電感很大，負載電流假設(shè)負載電感很大，負載電流id連續(xù)且波形近似為一水平線連續(xù)且波形近似為一水平線。u2過零變負時，晶閘管過零變負時，晶閘管VT1和和VT4并并不關(guān)斷。不關(guān)斷。至至t=+a a 時刻，晶閘管時刻，晶閘管VT1和和VT4關(guān)斷，關(guān)斷，VT2和和VT3兩管導(dǎo)通兩管導(dǎo)通。VT2和和VT3導(dǎo)通后，導(dǎo)通后，VT1和和VT4承受承受

20、反壓關(guān)斷，流過反壓關(guān)斷，流過VT1和和VT4的電流迅的電流迅速轉(zhuǎn)移到速轉(zhuǎn)移到VT2和和VT3上，上，此過程稱此過程稱換換相相，亦稱，亦稱換流換流。第24頁/共105頁第二十四頁，共106頁。3.2.2 單相全控橋式整流(zhngli)電路 數(shù)量(shling)關(guān)系apaaapwwpcos9 . 0cos22)(dsin21222dUUttUU晶閘管移相范圍晶閘管移相范圍(fnwi)為為90。晶閘管導(dǎo)通角晶閘管導(dǎo)通角與與a無關(guān)，均為無關(guān)，均為180 。電流的平均值和有效值：電流的平均值和有效值：變壓器二次側(cè)電流變壓器二次側(cè)電流i2的波形為正負各的波形為正負各180 的矩形波，其相位的矩形波，其相

21、位由由a角決定，有效值角決定，有效值I2=Id。ddT21IIddT707. 021III晶閘管承受的最大正反向電壓均為晶閘管承受的最大正反向電壓均為 。22U2OwtOwtOwtudidi2b)OwtOwtuVT1,4OwtOwtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4第25頁/共105頁第二十五頁，共106頁。3-26第26頁/共105頁第二十六頁，共106頁。3-27第27頁/共105頁第二十七頁，共106頁。3-28圖3-2-8 單相全控橋式整流電路接反電動勢(fn din dn sh)電阻負載時的電路及波形 電流斷續(xù)與電阻負載時相比，晶閘管提前了電角度與電阻負載時相比，晶閘管提前

22、了電角度停止導(dǎo)電，停止導(dǎo)電， 稱為停止導(dǎo)電角，稱為停止導(dǎo)電角，212sinUE在a 角相同時，反電動勢整流輸出電壓比電阻負載時大。b)idOEudwtIdOwtaq第28頁/共105頁第二十八頁，共106頁。3.2.2 單相(dn xin)全控橋式整流電路負載為直流電動機時，如果出現(xiàn)電流斷續(xù)，則電動機 的機械(jxi)特性將很軟 。為了克服此缺點，一般在為了克服此缺點，一般在主電路中直流輸出側(cè)串聯(lián)主電路中直流輸出側(cè)串聯(lián)(chunlin)一個平波電抗器。一個平波電抗器。這時整流電壓這時整流電壓ud的波形和負載電流的波形和負載電流id的波形與阻感負載電流連續(xù)的波形與阻感負載電流連續(xù)時的波形相同，時

23、的波形相同，ud的計算公式也一樣。的計算公式也一樣。為保證電流連續(xù)所需的電感量為保證電流連續(xù)所需的電感量L可由下式求出：可由下式求出：dmin23dmin21087.222IUIULpw圖3-2-9 單相全控橋式整流電路帶反電動勢負載串平波電抗器，電流連續(xù)的臨界情況twwOud0Eidtpaq = p第29頁/共105頁第二十九頁，共106頁。3-30為了使電流連續(xù)，一般在主電路中直流輸出側(cè)串聯(lián)(chunlin)一個平波電抗器，用來減少電流的脈動和延長晶閘管導(dǎo)通的時間。電感量足夠大時，電流波形近似一直線。3.2.2 3.2.2 單相(dn xin)(dn xin)全控橋式整流電路電流(dinl

24、i)連續(xù)有負面積 由于電感存在由于電感存在Ud波形出現(xiàn)負面積，使波形出現(xiàn)負面積，使Ud下降。下降。 可調(diào)范圍：可調(diào)范圍： 0 90 圖3-2-9 單相全控橋式整流電路帶反電動勢負載串平波電抗器，電流連續(xù)的臨界情況twwOud0Eidtpaq = p第30頁/共105頁第三十頁，共106頁。3-313.2.2 3.2.2 單相全控橋式整流(zhngli)(zhngli)電路接入接入VD：擴大移相范圍，不讓：擴大移相范圍，不讓(b rn)ud出出現(xiàn)負面積?，F(xiàn)負面積。移相范圍：移相范圍：0 180ud波形與電阻性負載相同波形與電阻性負載相同Id由由VT1和和VT4，V2和和VT3，以及，以及VD輪流

25、導(dǎo)通輪流導(dǎo)通形成。形成。 圖3-2-10 單相全控橋式整流電路，有反電動勢負載串平波電抗器、接續(xù)流二極管第31頁/共105頁第三十一頁，共106頁。3-32 單相全波可控整流(zhngli)(zhngli)電路 單相全波可控整流電路(dinl)（Single Phase Full Wave Controlled Rectifier)，又稱單相雙半波可控整流電路(dinl)。單相全波與單相全控橋從直流輸出端或從交流(jioli)輸入端看均是基本一致的。變壓器不存在直流磁化的問題。圖3-2-11 單相全波可控整流電路及波形a)wtwab)udi1OOt第32頁/共105頁第三十二頁，共106頁。3

26、-33 單相全波可控整流(zhngli)(zhngli)電路單相(dn xin)全波與單相(dn xin)全控橋的區(qū)別：單 相 全 波 中 變 壓 器 結(jié) 構(gòu) 較 復(fù) 雜 ， 材 料 的 消 耗單 相 全 波 中 變 壓 器 結(jié) 構(gòu) 較 復(fù) 雜 ， 材 料 的 消 耗(xioho)多。多。單相全波只用單相全波只用2個晶閘管，比單相全控橋少個晶閘管，比單相全控橋少2個，相個，相應(yīng)地，門極驅(qū)動電路也少應(yīng)地，門極驅(qū)動電路也少2個；但是晶閘管承受的最個；但是晶閘管承受的最大電壓是單相全控橋的大電壓是單相全控橋的2倍。倍。單相全波導(dǎo)電回路只含單相全波導(dǎo)電回路只含1個晶閘管，比單相橋少個晶閘管，比單相橋少

27、1個，個，因而管壓降也少因而管壓降也少1個。個。從上述后兩點考慮，單相全波電路有利于在從上述后兩點考慮，單相全波電路有利于在低輸出電壓低輸出電壓的場合的場合應(yīng)用。應(yīng)用。第33頁/共105頁第三十三頁，共106頁。3-343.2.3 3.2.3 單相半控橋式整流(zhngli)(zhngli)電路 圖3-2-12 單相橋式半控整流電路，有續(xù)流二極管，阻感負載(fzi)時的電路及波形第34頁/共105頁第三十四頁，共106頁。3-35流，ud又為零。 圖3-2-12 單相橋式半控整流(zhngli)電路，有續(xù)流二極管，阻感負載時的電路及波形3.2.3 3.2.3 單相(dn xin)(dn xin

28、)半控橋式整流電路a)TabRLOb)u2i2udidVT1VT2VD3VD4VDRu2OudidIdOOOOOi2IdIdIdIdIdawtwtwtwtwtwtwtapapaiVT1iVD4iVT2iVD3iVDR第35頁/共105頁第三十五頁，共106頁。3-363.2.3 3.2.3 單相(dn xin)(dn xin)橋式可控整流電路第36頁/共105頁第三十六頁，共106頁。3-37圖圖3-2-13 單相半控橋電感性負載不接續(xù)流二極管的情況單相半控橋電感性負載不接續(xù)流二極管的情況(qngkung)分析分析 返回(fnhu)第37頁/共105頁第三十七頁，共106頁。3-383.2.3

29、 單相(dn xin)半控橋式整流電路單相半控橋式整流電路(dinl)的另一種接法把圖把圖3-5a中的中的VT3和和VT4換為二極管換為二極管VD3和和VD4，這樣，這樣可以可以(ky)省去續(xù)流二極管省去續(xù)流二極管VDR，續(xù)流由，續(xù)流由VD3和和VD4來來實現(xiàn)。實現(xiàn)。圖3-2-14 單相全控橋式帶電阻負載時的電路及波形圖3-2-15 單相橋式半控整流電路的另一接法第38頁/共105頁第三十八頁，共106頁。3-393.3 三相可控整流電路(dinl)引言交流測由三相電源供電。負 載 容 量 較 大 ， 或 要 求 直 流 電 壓 脈 動(midng)較小、容易濾波?；镜氖侨喟氩煽卣麟娐?/p>

30、，三相全控橋式整流電路應(yīng)用最廣 。第39頁/共105頁第三十九頁，共106頁。3-403.3 三相可控整流(zhngli)電路第40頁/共105頁第四十頁，共106頁。3-413.3.1 三相半波(bn b)可控整流電路電路的特點：變壓器二次側(cè)接成星形得到(d do)零線，而一次側(cè)接成三角形避免3次諧波流入電網(wǎng)。三個晶閘管分別接入a、b、c三相電源，其陰極連接在一起共陰極接法 。圖3-3-1 三相半波可控整流電路共陰極接法電阻(dinz)負載時的電路及a =0時的波形 1、電阻負載自然換相點自然換相點：二極管換相時刻為二極管換相時刻為自然換相點自然換相點，是各，是各相晶閘管能觸發(fā)導(dǎo)通的最早時刻

31、，將其相晶閘管能觸發(fā)導(dǎo)通的最早時刻，將其作為計算各晶閘管觸發(fā)角作為計算各晶閘管觸發(fā)角a的起點，即的起點，即a =0 。b)c)d)e)f)u2Riduaubuca =0Owt1wt2wt3uGOudOOuabuacOiVT1uVT1wtwtwtwtwta)第41頁/共105頁第四十一頁，共106頁。3-423.3.1 三相半波(bn b)可控整流電路a =0時的工作原理(yunl)分析變壓器二次側(cè)變壓器二次側(cè)a相繞組和晶閘管相繞組和晶閘管VT1的電流波形，變壓器二次繞組電流有的電流波形，變壓器二次繞組電流有直流分量直流分量(fn ling)。晶閘管的電壓波形，由晶閘管的電壓波形，由3段組成。段

32、組成。圖3-3-1 三相半波可控整流電路共陰極接法電阻負載時的電路及a =0 時的波形 a a=30 的波形（的波形（圖圖3-3-2） 特點：負載電流處于連續(xù)和斷續(xù)特點：負載電流處于連續(xù)和斷續(xù)之間的臨界狀態(tài)。之間的臨界狀態(tài)。a a30 的情況（的情況（圖圖3-3-3 ） 特點：負載電流斷續(xù)，晶閘管導(dǎo)特點：負載電流斷續(xù)，晶閘管導(dǎo)通角小于通角小于120 。b)c)d)e)f)u2uaubuca =0Owt1wt2wt3uGOudOOuabuacOiVT1uVT1wtwtwtwtwta)R第42頁/共105頁第四十二頁，共106頁。3-43圖3-3-2 3-3-2 三相半波可控整流電路，電阻負載(f

33、zi)(fzi)， a=30a=30時的波形a =30u2uaubucOwtOwtOwtOwtOwtuGuduabuacwt1iVT1uVT1uaca30a30 時的特點：時的特點：負載負載(zi)(zi)電流電流處于連續(xù)和斷續(xù)處于連續(xù)和斷續(xù)之間的臨界狀態(tài)。之間的臨界狀態(tài)。a)R第43頁/共105頁第四十三頁，共106頁。3-44圖3-3-3 3-3-3 三相(sn xin)(sn xin)半波可控整流電路，電阻負載， a=60a=60時的波形wwttwtwta =60u2uaubucOOOOuGudiVT1a30a30 時的特點：時的特點：負載負載(zi)(zi)電流電流斷續(xù)，晶閘管導(dǎo)斷續(xù)，

34、晶閘管導(dǎo)通角小于通角小于120120 。 a a移相范圍：移相范圍： 0 0 150150 a)R第44頁/共105頁第四十四頁，共106頁。3-453.3.1 三相半波(bn b)可控整流電路aapwwpapapcos17.1cos263)(sin2321226562dUUttdUU當a=0時，Ud最大，為 。2d0d17.1UUU)6cos(1675. 0)6cos(1223)(sin2321262dapappwwppapUttdUU整流(zhngli)電壓平均值的計算a30時，負載電流時，負載電流(dinli)連續(xù)，連續(xù)，有：有：a30 時，負載電流斷續(xù)，晶閘管導(dǎo)通角減小，此時有：時，負

35、載電流斷續(xù)，晶閘管導(dǎo)通角減小，此時有：uuuO2a =30uabcwtuOduuuO2a =60uabcwtud第45頁/共105頁第四十五頁，共106頁。3-46 負載電流(dinli)(dinli)平均值為 流過晶閘管的電流(dinli)(dinli)平均值為 晶閘管承受的最大電壓，為變壓器二次線電壓峰值，即3.3.1 三相半波可控整流(zhngli)電路第46頁/共105頁第四十六頁，共106頁。3-473.3.1 三相半波可控整流(zhngli)電路2、阻感負載(fzi)圖3-3-4 三相半波可控整流電路，阻感負載(fzi)時的電路及a =60時的波形特點：阻感負載，特點：阻感負載，L

36、值很值很大，大，id波形基本平直。波形基本平直。a30 時：整流電壓波形與時：整流電壓波形與電阻負載時相同。電阻負載時相同。a30 時（如時（如a=60 時的時的波形如圖波形如圖3-3-4所示）。所示）。u2過零時，過零時，VT1不關(guān)斷，直不關(guān)斷，直到到V T2的 脈 沖 到 來 ， 才 換的 脈 沖 到 來 ， 才 換流，流，ud波形中出現(xiàn)負的波形中出現(xiàn)負的部分。部分。id波形有一定的脈動，但為波形有一定的脈動，但為簡化分析及定量計算，可簡化分析及定量計算，可將將id近似為一條水平線。近似為一條水平線。udiauaubucibiciduacOwtOwtOOwtOOwtawtwt第47頁/共1

37、05頁第四十七頁，共106頁。3-483.3.1 三相(sn xin)半波可控整流電路2、阻感負載(fzi)圖3-3-4 三相半波可控整流電路，阻感負載(fzi)時的電路及a =60時的波形阻感負載特點：晶閘管阻感負載特點：晶閘管導(dǎo)通角均為導(dǎo)通角均為120，與，與控制角控制角無關(guān)；無關(guān)；移相范圍為移相范圍為90 ；晶閘管電流波形近似為晶閘管電流波形近似為方波。方波。udiauaubucibiciduacOwtOwtOOwtOOwtawtwt第48頁/共105頁第四十八頁，共106頁。3-49第49頁/共105頁第四十九頁，共106頁。3-50各電量計算各電量計算(1) 輸出電壓平均值輸出電壓平

38、均值 ud(2）負載電流平均值）負載電流平均值 (3）流過晶閘管的電流平均值）流過晶閘管的電流平均值IdT、有效值、有效值IT 以及承受以及承受(chngshu)的的最高電壓最高電壓UTM分別為分別為 ddTII313.3.1 三相(sn xin)半波可控整流電路第50頁/共105頁第五十頁，共106頁。3-51圖3-3-5 三相半波可控整流電路，阻感負載(不接續(xù)流管)時的波形3、大電感負載(fzi)接續(xù)流二極管為 了 擴 大 移 相 范 圍 并 使 負 載(fzi)電流id 平穩(wěn)，可在電感負載(fzi)兩端并接續(xù)流二極管，由于續(xù)流管的作用，ud波形已不出現(xiàn)負值，與電阻性負載(fzi)ud波形

39、相同。 3.3.1 三相半波可控整流(zhngli)電路接入接入VD圖3-3-6 三相半波可控整流電路，阻感負載(接續(xù)流管)時的波形第51頁/共105頁第五十一頁，共106頁。3-523、大電感負載接續(xù)流二極管在030區(qū)間，電源電壓均為正值，ud波形連續(xù)，續(xù)流管不起作用(zuyng)；當30150區(qū)間，電源電壓出現(xiàn)過零變負時，續(xù)流管及時導(dǎo)通為負載電流提供續(xù)流回路，晶閘管承受反向電源相電壓而關(guān)斷。這樣ud波形斷續(xù)但不出現(xiàn)負值。續(xù)流管VD起作用(zuyng)時，晶閘管與續(xù)流管的導(dǎo)通角分別為： 3.3.1 三相半波(bn b)可控整流電路第52頁/共105頁第五十二頁，共106頁。3-53v各電量計

40、算v (1) 負載電壓(diny)平均值Ud和電流平均值Idv 1) 030時v v v 2) 30150時v v 3)負載電流 Id=Ud/Rd3.3.1 三相(sn xin)半波可控整流電路第53頁/共105頁第五十三頁，共106頁。3-54（2 2）晶閘管電流平均值IdTIdT、有效值IT IT 及晶閘管承受(chngshu)(chngshu)的最高電壓值UTMUTM 1 1）0 03030時 2) 2)3030150150時 （3 3）續(xù)流管平均電流IdDIdD、有效值IDID及承受(chngshu)(chngshu)的最高電壓UDM (30UDM (30150150) ) ddTII

41、31dTII3126UUTM 26UUTM 第54頁/共105頁第五十四頁，共106頁。3-553.3.2 三相橋式全控整流(zhngli)電路三 相 橋 是 應(yīng) 用 最 為 廣 泛 的 整 流(zhngli)電路共陰極組陰極連接(linji)在一起的3個晶閘管（VT1，VT3，VT5）共陽極組陽極連接在一起的3個晶閘管（VT4，VT6，VT2）圖3-3-7 三相橋式全控整流電路原理圖導(dǎo)通順序： VT1VT2 VT3 VT4 VT5VT6陽極電壓最大的導(dǎo)通陽極電壓最大的導(dǎo)通陰極電壓最低的導(dǎo)通陰極電壓最低的導(dǎo)通第55頁/共105頁第五十五頁，共106頁。3-563.3.2 三相橋式全控整流(zh

42、ngli)電路1、帶電阻負載(fzi)時的工作情況當當a60時，時，ud波形均連續(xù)，對于波形均連續(xù)，對于(duy)電阻負載，電阻負載，id波形與波形與ud波形形狀一樣，也連續(xù)波形形狀一樣，也連續(xù) 波形圖：波形圖： a =0 （圖（圖3-3-8 ） a =30 （圖（圖3-3-9） a =60 （圖（圖3-3-10）當當a60時，時，ud波形每波形每60中有一段為零，中有一段為零，ud波形不能波形不能出現(xiàn)負值出現(xiàn)負值 波形圖：波形圖： a =90 （ 圖圖3-3-11）帶電阻負載時三相橋式全控整流電路帶電阻負載時三相橋式全控整流電路a角的移相范圍是角的移相范圍是120第56頁/共105頁第五十六

43、頁，共106頁。3-57圖3-3-8 3-3-8 三相橋式全控整流電路帶電阻負載(fzi)(fzi)a=0a=0時的波形wwwwu2ud1ud2u2Luduabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuaucubwt1OtOtOtOta = 0iVT1uVT1ud波形波形(b xn)連續(xù)，連續(xù)，對于電阻負載，對于電阻負載，id波形波形(b xn)與與ud波形波形(b xn)形形狀一樣，也連續(xù)狀一樣，也連續(xù)每管工作每管工作120 ，每間，每間隔隔60 有一管換流。有一管換流。第57頁/共105頁第五十七頁，共106頁。3-58圖3-3

44、-9 3-3-9 三相橋式全控整流電路帶電阻(dinz)(dinz)負載a= 30 a= 30 時的波形wwwwud1ud2a = 30iaOtOtOtOtuduabuacuaubucwt1uabuacubcubaucaucbuabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuVT1bacTn負載iaidudVT1VT3VT5VT4VT6VT2d2d1第58頁/共105頁第五十八頁，共106頁。3-59圖3-3-10 3-3-10 三相(sn xin)(sn xin)橋式全控整流電路帶電阻負載a= 60 a= 60 時的波形wwwa = 60ud1ud2uduacuacuabuabu

45、acubcubaucaucbuabuacuaubucOtwt1OtOtuVT1bacTn負載iaidudVT1VT3VT5VT4VT6VT2d2d1第59頁/共105頁第五十九頁，共106頁。3-60圖3-3-11 3-3-11 三相橋式全控整流電路(dinl)(dinl)帶電阻負載a= 90 a= 90 時的波形ud1ud2uduaubucuaubwtOwtOwtOwtOwtOiaiduabuacubcubaucaucbuabuacubcubaiVT1bacTn負載iaidudVT1VT3VT5VT4VT6VT2d2d1ud波形波形(b xn)每每60中有一段為零，中有一段為零，ud波形波形

46、(b xn)不出現(xiàn)不出現(xiàn)負值。負值。第60頁/共105頁第六十頁，共106頁。3-613.3.2 三相(sn xin)橋式全控整流電路晶閘管及輸出整流(zhngli)電壓的情況如表3-3-1所示時 段IIIIIIIVVVI共陰極組中導(dǎo)通的晶閘管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共陽極組中導(dǎo)通的晶閘管VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流輸出電壓udua-ub=uabua-uc=uacub-uc=ubcub-ua=ubauc-ua=ucauc-ub=ucb第61頁/共105頁第六十一頁，共106頁。3-623.3.2 三相(sn xin)橋式全控整流電路1)（2）對觸發(fā)脈沖的要求(yoqi)

47、：2)按VT1-VT3-VT3-VT4-VT5-VT6的順序，相位依次差60。3)共陰極組VT1、VT3、VT5的脈沖依次差120，共陽極組VT4、VT6、VT2也依次差120。4)同一相的上下兩個橋臂，即VT1與VT4，VT3與VT6，VT5與VT2，脈沖相差180。 三相(sn xin)橋式全控整流電路的特點（1）2管同時通形成供電回路，其中管同時通形成供電回路，其中共陰極組和共陽極組各共陰極組和共陽極組各1，且不，且不能為同能為同1相器件。相器件。第62頁/共105頁第六十二頁，共106頁。3-633.3.2 三相橋式全控整流(zhngli)電路（3）ud一周期脈動(midng)6次，每

48、次脈動(midng)的波形都一樣，故該電路為6脈波整流電路。（4）需保證同時導(dǎo)通的2個晶閘管均有脈沖可采用兩種方法：一種是寬脈沖觸發(fā) 一種是雙脈沖觸發(fā)（常用） (5）晶閘管承受的電壓波形與三相半波時相同，晶閘管承受最大正、反向電壓的關(guān)系也相同。 三相(sn xin)橋式全控整流電路的特點第63頁/共105頁第六十三頁，共106頁。3-64a60時（時（a =0 圖圖3-3-12；a =30 圖圖3-3-13）ud波形波形(b xn)連續(xù)，工作情況與帶電阻負載時十分相連續(xù)，工作情況與帶電阻負載時十分相似。似。 各晶閘管的通斷情況各晶閘管的通斷情況 輸出整流電壓輸出整流電壓ud波形波形(b xn)

49、 晶閘管承受的電壓波形晶閘管承受的電壓波形(b xn)3.3.2 三相橋式全控整流(zhngli)電路2、 阻感負載(fzi)時的工作情況主要包括a 60 時（時（ a =90 圖圖3-3-14）阻感負載時的工作情況與電阻負載時不同。阻感負載時的工作情況與電阻負載時不同。 電阻負載時，電阻負載時，ud波形不會出現(xiàn)負的部分。波形不會出現(xiàn)負的部分。 阻感負載時，阻感負載時，ud波形會出現(xiàn)負的部分。波形會出現(xiàn)負的部分。帶阻感負載時，三相橋式全控整流電路的帶阻感負載時，三相橋式全控整流電路的a角移相范圍為角移相范圍為90 。區(qū)別在于：得到的負載電流區(qū)別在于：得到的負載電流id波形不同。波形不同。 當電

50、感足夠大的時候當電感足夠大的時候， id的波形可近似為一條水平線的波形可近似為一條水平線。第64頁/共105頁第六十四頁，共106頁。3-65圖3-3-12 3-3-12 三相(sn xin)(sn xin)橋式全控整流電路帶阻感負載a= 0 a= 0 時的波形ud1u2ud2u2LudidwtOwtOwtOwtOuaa = 0ubucwt1uabuacubcubaucaucbuabuaciVT1第65頁/共105頁第六十五頁，共106頁。3-66圖3-3-13 3-3-13 三相橋式全控整流電路帶阻感負載(fzi)a= 30 (fzi)a= 30 時的波形ud1a = 30ud2uduabu

51、acubcubaucaucbuabuacwtOwtOwtOwtOidiawt1uaubuc第66頁/共105頁第六十六頁，共106頁。3-67圖3-3-14 3-3-14 三相橋式全控整流電路帶阻感負載(fzi)a= 90 (fzi)a= 90 時的波形a = 90ud1ud2uacubcubaucaucbuabuacuabuduacuabuacwtOwtOwtOubucuawt1uVT1第67頁/共105頁第六十七頁，共106頁。3-683.3.2 三相橋式全控整流(zhngli)電路3、 定量分析(dnglingfnx)當整流輸出電壓連續(xù)當整流輸出電壓連續(xù)(linx)時（即帶阻感負載時，或

52、帶電阻時（即帶阻感負載時，或帶電阻負載負載a60時）的平均值為：時）的平均值為： 帶電阻負載且a 60 時，整流電壓平均值為：輸出電流平均值為 ：Id=Ud /Rawwpapapcos34.2)(sin63123232dUttdUU)3cos(134.2)(sin63232dapwwppapUttdUU第68頁/共105頁第六十八頁，共106頁。3-69ik=ib是逐漸是逐漸(zhjin)增大的，增大的， 而而ia=Id-ik是逐漸是逐漸(zhjin)減小的。減小的。當當ik增大到等于增大到等于Id時，時，ia=0，VT1關(guān)斷關(guān)斷,換流過程結(jié)束。換流過程結(jié)束。3.3.3 變壓器漏感對整流電路(

53、dinl)的影響考慮(kol)包括變壓器漏感在內(nèi)的交流側(cè)電感的影響，該漏感可用一個集中的電感LB表示?，F(xiàn)以三相半波為例，然后將其結(jié)論推廣。VT1換相至VT3的過程：因因a、b兩相均有漏感，故兩相均有漏感，故ia、ib均不能突變。于是均不能突變。于是VT1和和VT3同時同時導(dǎo)通，相當于將導(dǎo)通，相當于將a、b兩相短路，兩相短路，在兩相組成的回路中產(chǎn)生環(huán)流在兩相組成的回路中產(chǎn)生環(huán)流ik。圖3-3-15 考慮變壓器漏感時的三相半波可控整流電路及波形udidwtOwtOgiciaibiciaIduaubucaVT1VT3VT5第69頁/共105頁第六十九頁，共106頁。3-703.3.3 變壓器漏感對整

54、流電路(dinl)的影響換相重疊角換相過程持續(xù)的時間，用電角度g表示。換相過程中，整流(zhngli)電壓ud為同時導(dǎo)通的兩個晶閘管所對應(yīng)的兩個相電壓的平均值。換相壓降換相壓降與不考慮變壓器漏感時相比，與不考慮變壓器漏感時相比，ud平均值平均值降低降低(jingd)的多少。的多少。2ddddbakBbkBaduutiLutiLuudB0B6565B6565Bbb6565dbd23d23)(ddd23)(d)dd(23)(d)(3/21IXiLttiLttiLuutuuUIpwpwpwpwppgapapgapapgapadkkkudidwtOwtOgiciaibiciaIduaubuca第70頁

55、/共105頁第七十頁，共106頁。3-713.3.3 變壓器漏感對整流(zhngli)電路的影響換相重疊(chngdi)角g的計算由上式得：進而(jn r)得出：第71頁/共105頁第七十一頁，共106頁。3-723.3.3 變壓器漏感對整流(zhngli)電路的影響由上述推導(dǎo)(tudo)過程，已經(jīng)求得：)65cos(cos26)(d )65sin(26B265B2pwawpwwpatXUttXUitk 當當 時，時， ，于是，于是65pgawtdkIig g 隨其它參數(shù)變化(binhu)(binhu)的規(guī)律： （1 1） I I越大則g g 越大； （2 2） XB XB越大g g 越大；

56、（3 3） 當a a9090 時，a a 越小g g 越大。)cos(cos26B2dgaaXUI2dB62)cos(cosUIXgaa第72頁/共105頁第七十二頁，共106頁。3-733.3.3 變壓器漏感對整流電路(dinl)的影響 變壓器漏抗對各種( zhn)整流電路的影響 dUdBIXpdB2IXpdB23IXpdB3IXpdB2ImXp)cos(cosgaa2Bd2UXI2Bd22UXI2dB62UIX2dB62UIXmUXIpsin22Bd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 表3-3-2 各種整流電路(dinl)換相壓降和換相重疊角的計算23U23U注：單

57、相全控橋電路中，環(huán)流注：單相全控橋電路中，環(huán)流ik是從是從-Id變?yōu)樽優(yōu)镮d。本表所本表所列通用公式不適用列通用公式不適用； 三相橋等效為相電壓等于三相橋等效為相電壓等于 的的6脈波整流電路，脈波整流電路，故其故其m=6，相電壓按，相電壓按 代入。代入。23U23U第73頁/共105頁第七十三頁，共106頁。3-743.3.3 變壓器漏感對整流(zhngli)電路的影響變 壓 器 漏 感 對 整 流 電 路 影 響(yngxing)的一些結(jié)論:出現(xiàn)換相重疊角出現(xiàn)換相重疊角g ，整流輸出電壓平均值，整流輸出電壓平均值Ud降低降低(jingd)。整流電路的工作狀態(tài)增多。整流電路的工作狀態(tài)增多。晶閘

58、管的晶閘管的di/dt 減小，有利于晶閘管的安全開通。減小，有利于晶閘管的安全開通。 有時人為串入進線電抗器以抑制晶閘管的有時人為串入進線電抗器以抑制晶閘管的di/dt。換相時晶閘管電壓出現(xiàn)缺口，產(chǎn)生正的換相時晶閘管電壓出現(xiàn)缺口，產(chǎn)生正的du/dt，可能，可能使晶閘管誤導(dǎo)通，為此必須加吸收電路。使晶閘管誤導(dǎo)通，為此必須加吸收電路。 換相使電網(wǎng)電壓出現(xiàn)缺口，成為干擾源。換相使電網(wǎng)電壓出現(xiàn)缺口，成為干擾源。第74頁/共105頁第七十四頁，共106頁。3-753.4 晶閘管的有源逆變工作(gngzu)狀態(tài)一、有源逆變的概念二、有源逆變電路的工作原理(yunl)三、有源逆變失敗第75頁/共105頁第七

59、十五頁，共106頁。3-76一、一、 有源逆變的概念有源逆變的概念(ginin)(ginin) 逆變：把直流電變成交流電的過程。逆變：把直流電變成交流電的過程。 逆變逆變UPS 3.4 晶閘管的有源逆變(n bin)工作狀態(tài)第76頁/共105頁第七十六頁，共106頁。3-77 1. 1.逆變逆變(n (n bin)bin)分類分類DC AC有源逆變有源逆變(n bin)無源無源(w yun)逆變逆變AC DC AC直流電直流電 交流電交流電 電網(wǎng)電網(wǎng)直流電直流電 交流電交流電 負載負載逆變類型逆變類型對于可控整流電路，滿足一定條件就可工作于有對于可控整流電路，滿足一定條件就可工作于有源逆變，其

60、電路形式未變，只是電路工作條件轉(zhuǎn)源逆變，其電路形式未變，只是電路工作條件轉(zhuǎn)變。既工作在整流狀態(tài)又工作在逆變狀態(tài)，稱為變。既工作在整流狀態(tài)又工作在逆變狀態(tài)，稱為變流電路變流電路。第77頁/共105頁第七十七頁，共106頁。3-782. 2. 電源間能量電源間能量(nngling)(nngling)的流轉(zhuǎn)關(guān)系的流轉(zhuǎn)關(guān)系UdM可用兩個可用兩個(lin )電源相連來反映問題電源相連來反映問題第78頁/共105頁第七十八頁，共106頁。3-792.電源間能量(nngling)的流轉(zhuǎn)關(guān)系Ud: 施能施能 E: 受能受能 R：耗能：耗能整流整流(zhngli)短路短路(dunl)有源逆變有源逆變反極性相連，