整流電路2008的資料

整流電路2008的資料第1頁/共100頁單相半波可控整流電路結(jié)構(gòu)變壓器Tr起變換電壓和電氣隔離的作用。u2二次側(cè)電壓瞬時值，U2為有效值;VT:晶閘管，可控器件，理想化開關(guān)，導(dǎo)通時壓降為零，阻斷時電阻無窮大；ud為直流輸出電壓瞬時值；id為直流輸出電流瞬時值TrVT負(fù)載a)idu2uVTud2.1.1單相半波可控整流電路第2頁/共100頁單相半波可控整流電路電阻負(fù)載電路波形

TrVTRa)idu2uVTudwt0p2paqb)c)d)e)ωt1wtwtwtu2ugωt1uduVTpp2p2p電阻負(fù)載的特點：電壓與電流成正比，兩者波形相同。ud穩(wěn)定的極性不變的瞬時值變化的周期性的脈動直流電壓第3頁/共100頁幾個基本概念觸發(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：晶閘管在一個電源周期中處于通態(tài)的電角度，用θ表示。

半波整流：單相半波可控整流：單脈波整流：第4頁/共100頁a)TrVTRLuVTidpqab)c)d)e)f)++ωt2ωt1ωt1ωt3ωt3ωt3ωt2ωtωtωtωtωtppuVTidudugu2單相半波可控整流電路、阻感性負(fù)載電路波形udu2阻感負(fù)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。第5頁/共100頁單相半波可控整流電路

阻感負(fù)載帶續(xù)流二極管波形wtwtwtwtwtwtOOOOOOπ

-ab)c)d)e)f)g)π

+au2udidiDVRiVTππππωt12π2π2πId1Id2Id1a)第6頁/共100頁單相全控橋式可控整流電路及電阻負(fù)載波形p000b)c)d)aaudiduVT1,4i2ωtωtωtu2p0aau2ωtug14ug23ug14a)VT14VT23第7頁/共100頁單相全控橋式可控整流電路及阻感負(fù)載波形OOOOOOOu2ωtωtωtωtωtωtudidIdiVT1.4iVT2.3i2uVT1,4π2παπ+ααπ+αVT1,4VT23gg1,4gg2,3IdId-Id第8頁/共100頁單相全控橋式可控整流電路及反電動勢負(fù)載波形b)idOEudwtIdOwtaqdE第9頁/共100頁圖2-8

單相橋式全控整流電路帶反電動勢負(fù)載串平波電抗器，電流連續(xù)的臨界情況twwOud0Eidtpdaq=pE第10頁/共100頁圖2-9

單相全波可控整流電路及波形(電阻性負(fù)載)wtwaudi1OOt

單相全波可控整流電路（SinglePhaseFullWaveControlledRectifier)，又稱單相雙半波可控整流電路。第11頁/共100頁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。變壓器不存在直流磁化的問題。單相全波中變壓器結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，材料的消耗多。單相全波只用2個晶閘管，比單相全控橋少2個，相應(yīng)地，門極驅(qū)動電路也少2個；但是晶閘管承受的最大電壓是單相全控橋的2倍。單相全波導(dǎo)電回路只含1個晶閘管，比單相橋少1個，因而管壓降也少1個。

單相全波與單相全控橋的區(qū)別：單相全波電路有利于在低輸出電壓的場合應(yīng)用。第12頁/共100頁單相橋式半控整流電路

單相橋式半控整流電路，電阻負(fù)載時的電路及波形p0b)aaudidωt0c)i2ωtp0aau2ωtug1ug2ug1a)第13頁/共100頁單相橋式半控整流電路單相橋式半控整流電路，阻感負(fù)載時的電路TabRLu2i2udidVT1VT2VD3VD4第14頁/共100頁單相橋式半控整流電路，有續(xù)流二極管，阻感負(fù)載時的電路及波形Ob)u2OudidIdOOOOOi2IdIdIdIdIdawtwtwtwtwtwtwtap-ap-aiVT1iVD4iVT2iVD3iVDR第15頁/共100頁單相橋式半控整流電路的另一接法

圖2-11單相橋式半控整流電路的另一接法第16頁/共100頁2.2三相可控整流電路2.2.1三相半波可控整流電路2.2.2三相橋式全控整流電路第17頁/共100頁2.2三相可控整流電路·引言交流測由三相電源供電。負(fù)載容量較大，或要求直流電壓脈動較小、容易濾波?；镜氖侨喟氩煽卣麟娐?，三相橋式全控整流電路應(yīng)用最廣

。第18頁/共100頁2.2.1三相半波可控整流電路電路的特點：變壓器二次側(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。負(fù)載三相半波可控整流電路共陰極接法第19頁/共100頁2.2.1三相半波可控整流電路三相半波不可控整流電路共陰極接法電阻負(fù)載時的電路的波形

一.電阻負(fù)載自然換相點：二極管換相時刻為自然換相點，是各相晶閘管能觸發(fā)導(dǎo)通的最早時刻，將其作為計算各晶閘管觸發(fā)角a的起點，即a=0。VD1VD2VD3idb)c)d)uaOωt1OOiVD1ubucuaωt2ωt3ωtωtωtu2ud第20頁/共100頁2.2.1三相半波可控整流電路1.工作原理分析每個晶閘管在自然換相點開始導(dǎo)通，每個電源周期導(dǎo)通120°；輸出電壓是相應(yīng)相電壓的一部分，恰好是電源電壓在正半周的包絡(luò)線；晶閘管的電壓波形，由3段組成。其他兩管的電壓波形與此相同，在相位上依次相差120°；三個晶閘管電流波形相同，相位上依次相差120°；圖2-12三相半波可控整流電路共陰極接法電阻負(fù)載時的電路及a=0時的波形

a)Rb)c)d)e)f)uaOωt1OOOOiVT1uVT1ubucuauabuacωt2ωt3ωtωtωtωtωtu2ugudα=0°1）a

=0時第21頁/共100頁三相半波可控整流電路，電阻負(fù)載，a=30時的波形a=30°u2uaubucOwtOwtOwtOwtOwtuGuduabuacwt1iVT1uVT1uac2.2.1三相半波可控整流電路2）a=30時每個晶閘管導(dǎo)通時刻比a=0時推遲了30，每個電源周期仍導(dǎo)通120°；輸出電壓是相應(yīng)相電壓的一部分；晶閘管的電壓波形，仍然由3段組成。其他兩管的電壓波形與此相同，在相位上依次相差120°；三個晶閘管電流波形相同，相位上依次相差120°；負(fù)載電流處于連續(xù)和斷續(xù)之間的臨界狀態(tài)第22頁/共100頁2.2.1三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路，電阻負(fù)載，

a=60時的波形wwttwtwta=60°u2uaubucOOOOuGudiVT13）a=60時每個晶閘管導(dǎo)通時刻比a=0時推遲了60，每個電源周期導(dǎo)通90°（π-α-30

），小于120°；輸出電壓是相應(yīng)相電壓的一部分；3個晶閘管的電壓波形相同，相位依次相差120°，不再由3段組成；三個晶閘管電流波形相同，相位上依次相差120°；負(fù)載電流斷續(xù)；α角的移相范圍：150°。第23頁/共100頁2.2.1三相半波可控整流電路（2-18）當(dāng)a=0時，Ud最大，為。(2-19)1）整流電壓平均值的計算a≤30時，負(fù)載電流連續(xù)，有：a>30時，負(fù)載電流斷續(xù)，晶閘管導(dǎo)通角減小，此時有：2.數(shù)值計算第24頁/共100頁2.2.1三相半波可控整流電路Ud/U2隨a變化的規(guī)律如圖2-15中的曲線1所示。圖2-15三相半波可控整流電路Ud/U2隨a變化的關(guān)系1－電阻負(fù)載2－電感負(fù)載3－電阻電感負(fù)載第25頁/共100頁2.2.1三相半波可控整流電路2）負(fù)載電流平均值為3）晶閘管承受的最大反向電壓，為變壓器二次線電壓峰值，即4）晶閘管承受的最大正向電壓等于變壓器二次相電壓的峰值，即（2-20）（2-21）（2-22）5）α角的移相范圍：150°。第26頁/共100頁2.2.1三相半波可控整流電路二.阻感負(fù)載圖2-16

三相半波可控整流電路，阻感負(fù)載時的電路及a=60時的波形阻感負(fù)載，L值很大，id波形基本平直，有一定的脈動；電路已工作在穩(wěn)態(tài)；a≤30時：整流電壓波形與電阻負(fù)載時相同；a>30時（如a=60時的波形如圖2-16所示）；

u2過零時，VT1不關(guān)斷，直到VT2的脈沖到來，才換流，——ud波形中出現(xiàn)負(fù)的部分。1.工作原理分析OwtOwtOOwtOOwtawtwtuaucubuaubudiaibiciduVT1uacuabuacuab第27頁/共100頁2.2.1三相半波可控整流電路每個晶閘管的導(dǎo)通角為120；3個晶閘管的電壓波形相同，相位依次相差120°，均由3段組成；3個晶閘管的電流波形相同，相位依次相差120°α

移相范圍為90；id波形基本平直，有一定的脈動，但為簡化分析及定量計算，可將id近似為一條水平線。阻感負(fù)載時特點：OwtOwtOOwtOOwtawtwtuaucubuaubudiaibiciduVT1uacuabuacuab圖2-16

三相半波可控整流電路，阻感負(fù)載a=60時的波形第28頁/共100頁2.2.1三相半波可控整流電路2.數(shù)量關(guān)系由于負(fù)載電流連續(xù)，

Ud可由式（2-18）求出，即

Ud/U2與a成余弦關(guān)系，如圖2-15中的曲線2所示。如果負(fù)載中的電感量不是很大，Ud/U2與a的關(guān)系將介于曲線1和2之間，曲線3給出了這種情況的一個例子。圖2-15三相半波可控整流電路Ud/U2隨a變化的關(guān)系1－電阻負(fù)載2－電感負(fù)載

3－電阻電感負(fù)載（2-18）第29頁/共100頁2.2.1三相半波可控整流電路變壓器二次電流即晶閘管電流的有效值為晶閘管的額定電流為(不考慮安全裕量)晶閘管最大正、反向電壓峰值均為變壓器二次線電壓峰值三.三相半波的主要缺點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。（2-23）（2-24）（2-25）第30頁/共100頁2.2.2三相橋式全控整流電路三相橋是應(yīng)用最為廣泛的整流電路共陰極組——陰極連接在一起的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2-17三相橋式全控整流電路原理圖導(dǎo)通順序：

VT1－VT2

－VT3－

VT4

－VT5－VT6第31頁/共100頁三相橋式全控整流電路電阻負(fù)載α=0波形d1ud2uwwwwu2ud1ud2u2LuabuacⅠⅡⅢⅣⅤⅥuawt1OtOtOtOta=0°iVT1uVT1151336246245ucuaubucubuabuacubcubaucaucbuabuacudⅠⅡⅢⅣⅤⅥuabuacubcubaucaucbuabuac第32頁/共100頁d1ud2u三相橋式全控整流電路電阻負(fù)載α=0波形晶閘管及輸出整流電壓的情況表

時段ⅠⅡⅢⅣⅤⅥ共陰極組中導(dǎo)通的scrVT1VT1VT3VT3VT5VT5共陽極組中導(dǎo)通的scrVT6VT2VT2VT4VT4VT6整流輸出電壓udua-ub=uabua-uc=uacub-uc=ubcub-ua=uabuc-ua=ucauc-ub=ucbwwu2ud1ud2u2LⅠⅡⅢⅣⅤⅥuawt1OtOta=0°151336246245ucuaubucubuabuacubcubaucaucbuabuacud第33頁/共100頁2.2.2三相橋式全控整流電路

三相橋式全控整流電路的特點（1）每個時刻均需2晶閘管同時導(dǎo)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相的晶閘管。第34頁/共100頁三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載α=0波形d1ud2u（2）對觸發(fā)脈沖的要求：按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的順序，相位依次差60。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。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。wwu2ud1ud2u2LⅠⅡⅢⅣⅤⅥuawt1OtOta=0°151336246245ucuaubucubuabuacubcubaucaucbuabuacud第35頁/共100頁三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載α=0波形d1ud2u（3）ud一周期脈動6次，每次脈動的波形都一樣，故該電路為6脈波整流電路。wwu2ud1ud2u2LⅠⅡⅢⅣⅤⅥuawt1OtOta=0°151336246245ucuaubucubuabuacubcubaucaucbuabuacud第36頁/共100頁三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載α=0波形d1ud2u（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。wwu2ud1ud2u2LⅠⅡⅢⅣⅤⅥuawt1OtOta=0°151336246245ucuaubucubuabuacubcubaucaucbuabuacud第37頁/共100頁三相橋式全控整流電路電阻負(fù)載α

=30波形wwwwud1ud2a=30°iaOtOtOtOtuduabuacuaubucwt1uabuacubcubaucaucbuabuacⅠⅡⅢⅣⅤⅥuabuacubcubaucaucbuabuacuVT1與α=0°相比：相同點：一周期中ud波形仍由6段線電壓組成，每一段導(dǎo)通晶閘管的編號仍符合前表格的規(guī)律。區(qū)別在于：晶閘管導(dǎo)通時刻推遲了30°，組成ud的每一段線電壓因此也推遲了30°

。平均值降低。第38頁/共100頁三相橋式全控整流電路電阻負(fù)載α

=60波形wwwa=60°ud1ud2uduacuacuabuabuacubcubaucaucbuabuacuaⅠⅡⅢⅣⅤⅥubucOtwt1OtOtuVT1與α=0°相比：相同點：一周期中ud波形仍由6段線電壓組成，每一段導(dǎo)通晶閘管的編號仍符合前表格的規(guī)律。區(qū)別在于：晶閘管導(dǎo)通時刻推遲了60°，組成ud的每一段線電壓因此也推遲了60°，平均值降低。處于電流連續(xù)與斷續(xù)的臨界狀態(tài)第39頁/共100頁三相橋式全控整流電路電阻負(fù)載α

=90波形ud1ud2uduaubucuaubwtOwtOwtOwtOwtOiaiduabuacubcubaucaucbuabuacubcubaiVT1帶電阻負(fù)載時三相橋式全控整流電路a角的移相范圍是120當(dāng)a>60時，ud波形每60中有一段為零，ud波形不能出現(xiàn)負(fù)值第40頁/共100頁三相橋式全控整流電路阻感負(fù)載α

=0波形ud1u2ud2u2LudidwtOwtOwtOwtOuaa=0°ubucwt1uabuacubcubaucaucbuabuacⅠⅡⅢⅣⅤⅥiVT1a≤60時ud波形連續(xù)，工作情況與帶電阻負(fù)載時十分相似。各晶閘管的通斷情況輸出整流電壓ud波形晶閘管承受的電壓波形區(qū)別在于：得到的負(fù)載電流id波形不同。

當(dāng)電感足夠大的時候，id的波形可近似為一條水平線。第41頁/共100頁三相橋式全控整流電路阻感負(fù)載α

=30波形ud1a=30°ud2uduabuacubcubaucaucbuabuacⅠⅡⅢⅣⅤⅥwtOwtOwtOwtOidiawt1uaubuc第42頁/共100頁三相橋式全控整流電路阻感負(fù)載α

=90波形a=90°ud1ud2uacubcubaucaucbuabuacuabⅠⅡⅢⅣⅤⅥuduacuabuacwtOwtOwtOubucuawt1uVT1a>60時阻感負(fù)載時的工作情況與電阻負(fù)載時不同。

電阻負(fù)載，ud波形不會出現(xiàn)負(fù)的部分。阻感負(fù)載時，ud波形會出現(xiàn)負(fù)的部分。帶阻感負(fù)載時，三相橋式全控整流電路的a角移相范圍為90

。第43頁/共100頁

定量分析當(dāng)整流輸出電壓連續(xù)時（即帶阻感負(fù)載時，或帶電阻負(fù)載a≤60時）的平均值為：

帶電阻負(fù)載且a>60時，整流電壓平均值為：輸出電流平均值為：Id=Ud/R（2-26）（2-27）2.2.2三相橋式全控整流電路第44頁/共100頁2.2.2三相橋式全控整流電路當(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，變壓器二次側(cè)電流波形如圖2-23中所示，其有效值為：（2-28）晶閘管電壓、電流等的定量分析與三相半波時一致。接反電勢阻感負(fù)載時，在負(fù)載電流連續(xù)的情況下，電路工作情況與電感性負(fù)載時相似，電路中各處電壓、電流波形均相同。僅在計算Id時有所不同，接反電勢阻感負(fù)載時的Id為：（2-29）式中R和E分別為負(fù)載中的電阻值和反電動勢的值。第45頁/共100頁OwtOwtOOwtOOwtawtwtuaucubuaubudiaibiciduVT1uacuabuacuab2.3變壓器漏感對整流電路的影響變壓器漏感：考慮包括變壓器漏感在內(nèi)的交流側(cè)電感的影響，該漏感可用一個集中的電感LB表示。第46頁/共100頁ik=ib是逐漸增大的，而ia=Id-ik是逐漸減小的。當(dāng)ik增大到等于Id時，ia=0，VT1關(guān)斷,換流過程結(jié)束。2.3變壓器漏感對整流電路的影響以三相半波為例，然后將結(jié)論推廣。VT1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VT1和VT2同時導(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。圖2-25

考慮變壓器漏感時的三相半波可控整流電路及波形udidwtOwtOgiciaibiciaIduaubuca一.換相過程：換相重疊角γ——換相過程持續(xù)的時間，用電角度γ表示。+-+-第47頁/共100頁2.3變壓器漏感對整流電路的影響+-+-udidwtOwtOgiciaibiciaIduaubuca二.定量分析：1.換相過程中，整流電壓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。第48頁/共100頁2.換相壓降△Ud

與不考慮變壓器漏感時相比，ud平均值降低的多少。（2-31）2.3變壓器漏感對整流電路的影響udidwtOwtOgiciaibiciaIduaubuca其中為漏電抗第49頁/共100頁3.換相重疊角g的計算由上式得：進(jìn)而得出：（2-32）2.3變壓器漏感對整流電路的影響+-+-第50頁/共100頁2.3變壓器漏感對整流電路的影響由上述推導(dǎo)過程，已經(jīng)求得：

當(dāng)時，，于是g隨其它參數(shù)變化的規(guī)律：（1）

Id越大則g越大；（2）

XB越大g越大；（3）

當(dāng)a≤90時，越小g越大。（2-35）（2-36）第51頁/共100頁2.3變壓器漏感對整流電路的影響4.各種整流電路換相壓降和換相重疊角的計算②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①表2-2

各種整流電路換相壓降和換相重疊角的計算注：①單相全控橋電路中，環(huán)流ik是從0變?yōu)?Id。本表所列通用公式不適用；

②三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。第52頁/共100頁2.3變壓器漏感對整流電路的影響三.變壓器漏感對整流電路影響的一些結(jié)論:出現(xiàn)換相重疊角g

，整流輸出電壓平均值Ud降低。整流電路的工作狀態(tài)增多。晶閘管的di/dt減小，有利于晶閘管的安全開通。換相時晶閘管電壓出現(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。換相使電網(wǎng)電壓出現(xiàn)缺口，成為干擾源。第53頁/共100頁2.5整流電路的諧波和功率因數(shù)2.5.1

諧波和無功功率分析基礎(chǔ)2.5.2

帶阻感負(fù)載時可控整流電路交流側(cè)諧波和功率因數(shù)分析2.5.4

整流輸出電壓和電流的諧波分析第54頁/共100頁2.5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(harmonics)和無功(reactivepower)問題日益嚴(yán)重，引起了關(guān)注。1.無功的危害：導(dǎo)致設(shè)備容量增加。使設(shè)備和線路的損耗增加。線路壓降增大，沖擊性負(fù)載使電壓劇烈波動。2.諧波的危害：降低設(shè)備的效率。影響用電設(shè)備的正常工作。引起電網(wǎng)局部的諧振，使諧波放大，加劇危害。導(dǎo)致繼電保護(hù)和自動裝置的誤動作。對通信系統(tǒng)造成干擾。引言第55頁/共100頁2.5.1諧波和無功功率分析基礎(chǔ)一.諧波對于非正弦波電壓，滿足狄里赫利條件，可分解為傅里葉級數(shù)：正弦波電壓可表示為：第56頁/共100頁2.5.1諧波和無功功率分析基礎(chǔ)基波（fundamental）——頻率與工頻相同的分量諧波——頻率為基波頻率大于1整數(shù)倍的分量諧波次數(shù)——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（HarmonicRatioforIn）表示

電流諧波總畸變率THDi（TotalHarmonicdistortion）定義為

第57頁/共100頁2.5.1諧波和無功功率分析基礎(chǔ)

二.功率因數(shù)1.正弦電路中的情況電路的有功功率就是其平均功率：（2-59）視在功率為電壓、電流有效值的乘積，即S=UI

（2-60）功率因數(shù)l定義為有功功率P和視在功率S的比值：（2-62）

此時無功功率Q與有功功率P、視在功率S之間有如下關(guān)系：（2-63）功率因數(shù)是由電壓和電流的相位差j決定的：l=cosj

（2-64）無功功率定義為：Q=UIsinφ

（2-61）第58頁/共100頁有功功率、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。有功功率：P=UI1

cosj1功率因數(shù)：

基波因數(shù)——ν=I1/I，即基波電流有效值和總電流有效值之比位移因數(shù)（基波功率因數(shù)）——cosj1功率因數(shù)由基波電流相移和電流波形畸變這兩個因素共同決定的。2.5.1諧波和無功功率分析基礎(chǔ)2.非正弦電路中的情況3.電壓為正弦波、電流為非正弦波的情況設(shè)正弦電壓有效值為U,畸變電流有效值為I，基波電流有效值及與電壓的相位差為I1和φ1第59頁/共100頁2.5.1諧波和無功功率分析基礎(chǔ)無功功率也可仿照式Q=UIsinφ定義無功功率，為和上式區(qū)別，采用符號Qf：Qf=UI1

sinj

1

無功功率Q反映了能量的流動和交換，目前被較廣泛的接受。定義很多，但尚無被廣泛接受的科學(xué)而權(quán)威的定義。一種簡單的定義是仿照式給出的：在非正弦情況下，，因此引入畸變功率D，使得：Qf為由基波電流所產(chǎn)生的無功功率，D是諧波電流產(chǎn)生的無功功率。第60頁/共100頁2.5.2帶阻感負(fù)載時可控整流電路

交流側(cè)諧波和功率因數(shù)分析一.單相橋式全控整流電路

忽略換相過程和電流脈動，帶阻感負(fù)載，直流電感L為足夠大，電流i2的波形見下圖：OOOu2ωtωtωtudidπ2παπ+αVT1,4VT23gg1,4gg2,3Oωti2Id-Id1.變壓器二次側(cè)電流諧波分析第61頁/共100頁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)。n=1,3,5,…變壓器二次側(cè)電流諧波分析：2.5.2帶阻感負(fù)載時可控整流電路

交流側(cè)諧波和功率因數(shù)分析OOOu2ωtωtωtudidπ2παπ+αVT1,4VT23gg1,4gg2,3Oωti2Id-Id對i2進(jìn)行傅里葉級數(shù)分解：n=1,3,5,…基波i1第62頁/共100頁2.5.2帶阻感負(fù)載時可控整流電路

交流側(cè)諧波和功率因數(shù)分析2.功率因數(shù)計算基波電流有效值為：i2的有效值I=Id，可得基波因數(shù)為：電流基波與電壓的相位差就等于控制角，故位移因數(shù)為：所以功率因數(shù)為：第63頁/共100頁2.5.2帶阻感負(fù)載時可控整流電路

交流側(cè)諧波和功率因數(shù)分析

二.三相橋式全控整流電路圖2-23三相橋式全控整流電路帶阻感負(fù)載a=30時的波形阻感負(fù)載，忽略換相過程和電流脈動，直流電感L為足夠大。以

=30為例，此時，電流為正負(fù)半周各120的方波，其有效值與直流電流的關(guān)系為：tud1a=30°ud2uduabuacubcubaucaucbuabuacⅠⅡⅢⅣⅤⅥwtOwOwtOwtOidiawt1uaubuc（2-78）1.變壓器二次側(cè)電流諧波分析第64頁/共100頁2.5.2帶阻感負(fù)載時可控整流電路

交流側(cè)諧波和功率因數(shù)分析ud1a=30°ud2ⅠⅡⅢⅣⅤⅥwtOwt1uaubucwtOwtOidia（2-78）對i2進(jìn)行傅里葉級數(shù)分解：基波i1=±=L,3,2,1,16kkn?????íì==,66dd1InIIInpp電流中僅含6k1（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)。電流基波和各次諧波有效值分別為：第65頁/共100頁2.5.2帶阻感負(fù)載時可控整流電路

交流側(cè)諧波和功率因數(shù)分析基波因數(shù)：位移因數(shù)仍為：功率因數(shù)為：2.功率因數(shù)計算第66頁/共100頁2.7整流電路的有源逆變工作狀態(tài)2.7.1

逆變的概念2.7.2

三相橋整流電路的有源逆變工作狀態(tài)2.7.3

逆變失敗與最小逆變角的限制第67頁/共100頁2.7.1逆變的概念一.什么是逆變？為什么要逆變？逆變（Invertion）——把直流電轉(zhuǎn)變成交流電，整流的逆過程。逆變電路——把直流電逆變成交流電的電路。有源逆變電路——交流側(cè)和電網(wǎng)連結(jié)。應(yīng)用：直流可逆調(diào)速系統(tǒng)、交流繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)串級調(diào)速以及高壓直流輸電等。無源逆變電路——變流電路的交流側(cè)不與電網(wǎng)聯(lián)接，而直接接到負(fù)載，將在第5章介紹。對于可控整流電路，滿足一定條件就可工作于有源逆變，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)，稱為變流電路。第68頁/共100頁二.直流發(fā)電機(jī)—電動機(jī)系統(tǒng)電能的流轉(zhuǎn)圖2-44直流發(fā)電機(jī)—電動機(jī)之間電能的流轉(zhuǎn)a）兩電動勢同極性EG

>EM

b）兩電動勢同極性EM>EG

c）兩電動勢反極性，形成短路兩個電動勢同極性相接時，電流總是從電動勢高的流向低的，回路電阻小，可在兩個電動勢間交換很大的功率。2.7.1逆變的概念電路過程分析。第69頁/共100頁三.逆變產(chǎn)生的條件圖2-45

單相全波電路的整流和逆變交流電網(wǎng)輸出電功率電動機(jī)輸出電功率a)b)u10udu20u10OOwtwtIdidUd<EMaiVT1iVT2iVT2id=iVT+iVT12u10udu20u10aOOwtwtIdidUd>EMid=iVT+iVT12iVT1iVT2iVT12.7.1逆變的概念單相全波電路代替上述發(fā)電機(jī)第70頁/共100頁從上述分析中，可以歸納出產(chǎn)生逆變的條件有二：有直流電動勢，其極性和晶閘管導(dǎo)通方向一致，其值大于變流器直流側(cè)平均電壓。晶閘管的控制角

>/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)極性的電動勢，故不能實現(xiàn)有源逆變。欲實現(xiàn)有源逆變，只能采用全控電路。2.7.1逆變的概念第71頁/共100頁2.7.2三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：控制角不同

0<<π

/2

時，電路工作在整流狀態(tài)。

π

/2<

<

π時，電路工作在逆變狀態(tài)?？裳赜谜鞯霓k法來處理逆變時有關(guān)波形與參數(shù)計算等各項問題。把a(bǔ)>

π

/2時的控制角用π

-

=β表示，β稱為逆變角。逆變角β和控制角的計量方向相反，其大小自β=0的起始點向左方計量。有源逆變是整流電路的一種工作狀態(tài)，而不是另一種電路。一.整流與有源逆變第72頁/共100頁2.7.2三相橋整流電路的有源逆變工作狀態(tài)

三相橋式電路工作于有源逆變狀態(tài)，不同逆變角時的輸出電壓波形及晶閘管兩端電壓波形如圖2-46所示。圖2-46

三相橋式整流電路工作于有源逆變狀態(tài)時的電壓波形uabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbuabuacubcuaubucuaubucuaubucuaubu2udwtOwtOb=p4b=p3b=p6b=p4b=p3b=p6wt1wt3wt2二.三相橋整流電路的有源逆變工作波形第73頁/共100頁2.7.2三相橋整流電路的有源逆變工作狀態(tài)三.有源逆變狀態(tài)時各電量的計算：

輸出直流電流的平均值亦可用整流的公式，即每個晶閘管導(dǎo)通2π/3，故流過晶閘管的電流有效值為：從交流電源送到直流側(cè)負(fù)載的有功功率為：當(dāng)逆變工作時，由于EM為負(fù)值，故Pd一般為負(fù)值，表示功率由直流電源輸送到交流電源。

在三相橋式電路中，變壓器二次側(cè)線電流的有效值為：

輸出直流電壓的平均值注意：Ud

、EM均為負(fù)值，EM幅值比Ud大。第74頁/共100頁2.7.3逆變失敗與最小逆變角的限制四.逆變失?。孀冾嵏玻?/p>

逆變時，一旦換相失敗，外接直流電源就會通過晶閘管電路短路，或使變流器的輸出平均電壓和直流電動勢變成順向串聯(lián)，形成很大短路電流。觸發(fā)電路工作不可靠，不能適時、準(zhǔn)確地給各晶閘管分配脈沖，如脈沖丟失、脈沖延時等，致使晶閘管不能正常換相。晶閘管發(fā)生故障，該斷時不斷，或該通時不通。交流電源缺相或突然消失。換相的裕量角不足，引起換相失敗。1.逆變失敗的原因第75頁/共100頁2.7.3逆變失敗與最小逆變角的限制2.換相重疊角的影響：圖2-47交流側(cè)電抗對逆變換相過程的影響當(dāng)b>g時，換相結(jié)束時，晶閘管能承受反壓而關(guān)斷。如果b<g時（從圖2-47右下角的波形中可清楚地看到），該通的晶閘管（VT2）會關(guān)斷，而應(yīng)關(guān)斷的晶閘管（VT1)不能關(guān)斷，最終導(dǎo)致逆變失敗。udOOidwtwtuaubucuaubpbgb<gagbb>giVT1iVTiVT3iVTiVT322第76頁/共100頁2.7.3逆變失敗與最小逆變角的限制逆變時允許采用的最小逆變角βmin

應(yīng)等于

bmin=d+g+q′

d——晶閘管的關(guān)斷時間tq折合的電角度g——

換相重疊角q′——安全裕量角tq大的可達(dá)200~300ns，折算到電角度約4~5。隨直流平均電流和漏電抗的增加而增大。主要針對脈沖不對稱程度（一般可達(dá)5）。值約取為10。3.確定最小逆變角βmin的依據(jù)第77頁/共100頁2.7.3逆變失敗與最小逆變角的限制g——

換相重疊角的確定：查閱有關(guān)手冊舉例如下：整流電壓整流電流變壓器容量短路電壓比Uk%g220V800A240kV·A5%15~20參照整流時γ

的計算方法根據(jù)逆變工作時，并設(shè)，上式可改寫成這樣，bmin一般取30~35。第78頁/共100頁2.9相控電路的驅(qū)動控制2.9.1

同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路2.9.2

集成觸發(fā)器2.9.3

觸發(fā)電路的定相第79頁/共100頁2.9相控電路的驅(qū)動控制·引言相控電路：晶閘管可控整流電路，通過控制觸發(fā)角a的大小即控制觸發(fā)脈沖起始相位來控制輸出電壓大小。采用晶閘管相控方式時的交流電力變換電路和交交變頻電路（第4章）。相控電路的驅(qū)動控制為保證相控電路正常工作，很重要的是應(yīng)保證按觸發(fā)角a的大小在正確的時刻向電路中的晶閘管施加有效的觸發(fā)脈沖。晶閘管相控電路，習(xí)慣稱為觸發(fā)電路。大、中功率的變流器廣泛應(yīng)用的是晶體管觸發(fā)電路，其中以同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路應(yīng)用最多。第80頁/共100頁2.9.1同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路輸出可為雙窄脈沖（適用于有兩個晶閘管同時導(dǎo)通的電路），也可為單窄脈沖。三個基本環(huán)節(jié)：脈沖的形成與放大、鋸齒波的形成和脈沖移相、同步環(huán)節(jié)。此外，還有強(qiáng)觸發(fā)和雙窄脈沖形成環(huán)節(jié)。圖2-54同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路第81頁/共100頁2.9.1同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路一.觸發(fā)脈沖的要求與強(qiáng)觸發(fā)環(huán)節(jié)作用：產(chǎn)生符合要求的門極觸發(fā)脈沖，保證晶閘管在需要的時刻由阻斷轉(zhuǎn)為導(dǎo)通。晶閘管觸發(fā)電路應(yīng)滿足下列要求：脈沖的寬度應(yīng)保證晶閘管可靠導(dǎo)通。觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠的幅度。不超過門極電壓、電流和功率定額，且在可靠觸發(fā)區(qū)域之內(nèi)。有良好的抗干擾性能、溫度穩(wěn)定性及與主電路的電氣隔離。tIIMt1t2t3t4圖1-26理想的晶閘管觸發(fā)脈沖電流波形t1~t2脈沖前沿上升時間（<1s）t1~t3強(qiáng)脈寬度IM強(qiáng)脈沖幅值（3IGT~5IGT）t1~t4脈沖寬度I脈沖平頂幅值（1.5IGT~2IGT）第82頁/共100頁2.9.1同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路強(qiáng)觸發(fā)環(huán)節(jié)第83頁/共100頁2.9.1同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路二.脈沖形成環(huán)節(jié)V4、V5—脈沖形成V7、V8—脈沖放大控制電壓uco加在V4基極上電路的觸發(fā)脈沖由脈沖變壓器TP二次側(cè)輸出，其一次繞組接在V8集電極電路中。脈沖形成與放大環(huán)節(jié)脈沖前沿由V4導(dǎo)通時刻確定；脈沖寬度與反向充電回路時間常數(shù)R11C3有關(guān)。+30v--15v-30v2.1v第84頁/共100頁2.9.1同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路三.鋸齒波的形成和脈沖移相環(huán)節(jié)鋸齒波電壓形成的方案較多，如采用自舉式電路、恒流源電路等；本電路采用恒流源電路。恒流源電路方案，由V1、V2、V3和C2等元件組成V1、VS、RP2和R3為一恒流源電路鋸齒波的形成和脈沖移相環(huán)節(jié)鋸齒波與V2的開關(guān)頻率相同；up是為確定控制電壓uco=0時脈沖的初始相位；up為固定值時，改變uco便可改變M點的時間坐標(biāo)，即改變了脈沖產(chǎn)生的時刻，脈沖被移相。第85頁/共100頁V2開關(guān)的頻率就是鋸齒波的頻率——

由同步變壓器所接的交流電壓決定。V2由導(dǎo)通變截止期間產(chǎn)生鋸齒波——

鋸齒波起點基本是同步電壓由正變負(fù)的過零點。V2截止?fàn)顟B(tài)持續(xù)的時間就是鋸齒波的寬度——

取決于充電時間常數(shù)R1C1。2.9.1同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路四.同步環(huán)節(jié)同步——要求觸發(fā)脈沖的頻率與主電路電源的頻率相同且相位關(guān)系確定。環(huán)節(jié)構(gòu)成：TS,VD1,VD2,C1同步環(huán)節(jié)第86頁/共100頁2.9.1同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路五.雙窄脈沖形成環(huán)節(jié)

內(nèi)雙脈沖電路

V5、V6構(gòu)成“或”門+30v--30v+第一個脈沖由本相觸發(fā)單元的uco對應(yīng)的控制角

產(chǎn)生隔60的第二個脈沖由滯后60的后一相觸發(fā)單元產(chǎn)生（通過V6)。第87頁/共100頁1CFug1XY2CFug2XY3CFug3XY4CFug4XY5CFug5XY6CFug6XY三相橋式全控整流電路6個觸發(fā)電路X、Y端的連接2.9.1同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路第88頁/共100頁2.9.2集成觸發(fā)器可靠性高，技術(shù)性能好，體積小，功耗低，調(diào)試方便。晶閘管觸發(fā)電路的集成化已逐漸普及，已逐步取代分立式電路。KJ004

與分立元件的鋸齒波移相觸發(fā)電路相似,分為同步、鋸齒波形成、移相、脈沖形成、脈沖分選及脈沖放大幾個環(huán)節(jié)。圖2-56KJ004電路原理圖