《電力電子技術(shù)（第二版） 》 課件 項(xiàng)目三 三相可控整流電路-安裝三相全控整流電路

項(xiàng)目三三相可控整流電路—安裝三相全控整流電路【學(xué)習(xí)目標(biāo)】知識(shí)目標(biāo)（1）能說(shuō)出三相半波整流電路的工作原理。（2）能說(shuō)出三相橋式全控整流電路的工作原理。能力目標(biāo)（1）能畫出不同控制角情況下的三相半波可控整流電路各段電壓電流波形。（2）能畫出不同控制角情況下的三相橋式全控整流電路各段電壓電流波形。（3）會(huì)用仿真和分析三相半波可控整流電路三相橋式全控整流電路的輸出波形。素養(yǎng)目標(biāo)（1）培養(yǎng)耐心細(xì)致的工匠精神。（2）培養(yǎng)分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力?！卷?xiàng)目引入】單相可控整流電路的元件少，線路簡(jiǎn)單且調(diào)整方便，同時(shí)其輸出電壓脈動(dòng)大。當(dāng)容量較大、輸出電壓脈動(dòng)要求較小、對(duì)控制的快速性也有要求時(shí)則多采用三相可控整流電路。

三相可控整流電路廣泛應(yīng)用于電力供應(yīng)、工業(yè)控制等領(lǐng)域。請(qǐng)查找資料向同學(xué)們介紹我國(guó)整流電路的應(yīng)用領(lǐng)域。圖3-1三相橋式同相逆并聯(lián)可控硅整流裝置任務(wù)1認(rèn)識(shí)三相半波可控整流電路

三相整流電路的交流側(cè)由三相對(duì)稱電源供電，可以帶較大的負(fù)載容量，對(duì)電網(wǎng)影響小，并且輸出功率比較大。在三相可控整流電路中，有多種類型的電路，如三相半波、三相全控橋、三相半控橋、雙反星形可控整流電路以及適合較大功率應(yīng)用的十二相可控整流電路等。3.1.1分析三相半波可控整流電路（電阻性負(fù)載）1.電路結(jié)構(gòu)電路中變壓器二次側(cè)接到三個(gè)晶閘管的陽(yáng)極，陰極連接在一起，因此這種電路結(jié)構(gòu)被稱為共陰極接法。圖3-2三相半波可控整流電路及波形圖(電阻性負(fù)載)

圖3-2三相半波可控整流電路及波形圖(電阻性負(fù)載)

（3-1）當(dāng)30°<α≤150°時(shí)，負(fù)載電流斷續(xù)，晶閘管導(dǎo)通角減小，Ud的計(jì)算如下：

3.1.2分析三相半波可控整流電路（電感性負(fù)載）

圖3-5的三相半波整流電路及波形(電感性負(fù)載)

圖3-5的三相半波整流電路及波形(電感性負(fù)載)3.計(jì)算相關(guān)參數(shù)(1)輸出電壓平均值Ud在計(jì)算時(shí)是以輸出電壓的面積除以周期2π/3，并且輸出電壓連續(xù)，輸出電壓平均值Ud的計(jì)算公式如下：(2)輸出電流平均值的計(jì)算方法為直流輸出電壓平均值除以負(fù)載電阻。計(jì)算公式如下：(3)大電感負(fù)載時(shí)，電流波形近似于水平線，晶閘管上的電流平均值IdVT為負(fù)載平均電流的1/3。(4)輸出電流連續(xù)時(shí)，晶閘管上電流的有效值計(jì)算如下：（5）晶閘管承受的最大正、反向電壓是變壓器二次側(cè)線電壓的峰值，為：4.共陽(yáng)極接法

將三相半波整流電路的三只晶閘管的陽(yáng)極短接在一起，其他元件接法不變，為三相半波整流電路的共陽(yáng)極接法?？梢园讶痪чl管的陽(yáng)極固定在同一塊大散熱板上，散熱效果好，安裝也方便。但是，該電路不能引出公共的一條接陰極的線，而且輸出脈沖變壓器二次側(cè)繞組也不能有公共線，這給調(diào)試和使用帶來(lái)了不便。圖3-6三相半波整流電路共陽(yáng)極接法電路圖及波形圖(電阻性負(fù)載)3.1.3完成三相半波可控整流電路的MATLAB仿真分析1.參考電路圖建模元件名稱提取路徑脈沖觸發(fā)器Simulink/Sources/PulseGenerator交流電源SimPowerSystems/ElectricalSources/ACVoltagesource示波器Simulink/Sinks/Scope接地端子SimPowerSystems/Elements/Ground信號(hào)組合模塊Simulink/SignalRouting/Mux電壓表SimPowerSystems/Measurements/VoltageMeasurement電流表SimPowerSystems/Measurements/CurrentMeasurement負(fù)載RLCSimPowerSystems/Elements/SeriesRLCBranch晶閘管Simpowersystems/PowerElectronics/DetailedThyristor用戶界面分析模塊Powergui表3-1仿真模塊提取路徑圖3-7三相半波可控整流電路仿真模型（電阻負(fù)載）2.設(shè)置各模塊的參數(shù)各模塊的參數(shù)設(shè)置如下：（1）電源ACVoltagesource：電壓設(shè)置為100V，頻率設(shè)為50Hz。A相的電壓源設(shè)為0，B相的電壓源設(shè)為-120，C相的電壓源設(shè)為-240。（2）脈沖觸發(fā)器PulseGenerator：模型中用到三個(gè)觸發(fā)脈沖，根據(jù)電路原理可知觸發(fā)角依次相差120°。因?yàn)殡娫措妷侯l率為50Hz，故周期設(shè)置為0.02s，脈寬可設(shè)為50，以確保觸發(fā)成功，振幅設(shè)為5。延遲角的設(shè)置要特別注意，其計(jì)算可按以下公式：t=（α+30）T/360α＝0°時(shí)，延時(shí)時(shí)間依次設(shè)置為：0.00167，0.00833，0.015；α＝30°時(shí)，延時(shí)時(shí)間依次設(shè)置為：0.0033，0.01，0.0167；α＝60°時(shí)，延時(shí)時(shí)間依次設(shè)置為：0.005，0.0117，0.0183；α＝90°時(shí)，延時(shí)時(shí)間依次設(shè)置為：0.0067，0.0133，0.02；α＝120°時(shí)，延時(shí)時(shí)間依次設(shè)置為：0.0083，0.015，0.0217；α＝150°時(shí)，延時(shí)時(shí)間依次設(shè)置為：0.01，0.0167，0.0233。3.仿真參數(shù)的設(shè)置點(diǎn)擊仿真參數(shù)配置ConfigurationParameters，打開設(shè)置窗口。然后設(shè)置Starttime為0.0，Stoptime為0.08，算法Solver選擇ode23tb，相對(duì)誤差Relativetolerance為le-3?！銏D3-8帶電阻性負(fù)載的三相半波可控整流電路仿真結(jié)果（a）控制角0°（b）控制角30°5.帶感性負(fù)載的仿真將電阻性負(fù)載改為電阻-電感性負(fù)載即得到帶電感性負(fù)載的三相半波可控整流電路。圖3-9帶電感性負(fù)載的三相半波可控整流電路仿真模型和帶電阻負(fù)載時(shí)相比，仿真模型中將負(fù)載參數(shù)改變，電阻設(shè)置為7Ω，電感值為0.1H，其它參數(shù)設(shè)置不變。（a）控制角0°

（b）控制角30°圖3-10三相半波可控整流電路(電阻性負(fù)載)仿真結(jié)果任務(wù)2認(rèn)識(shí)三相橋式可控整流電路

三相橋式全控整流電路在結(jié)構(gòu)上可以看作是一組共陰接法和另一組共陽(yáng)極接法的三相半波可控整流電路的串聯(lián)。共陰極組VT1、VT3和VT5在正半周導(dǎo)電，流經(jīng)變壓器的電流為正向電流；共陽(yáng)極組VT4、VT6和VT2在負(fù)半周導(dǎo)電，流經(jīng)變壓器的電流為反向電流。3.2.1分析三相橋式可控整流電路（電阻性負(fù)載）

圖3-11三相橋式全控整流電路(電阻性負(fù)載)

圖3-12α=30°時(shí)三相橋式全控整流電路(電阻性負(fù)載)波形

圖3-13α=60°時(shí)三相橋式全控整流電路(電阻性負(fù)載)波形3.計(jì)算三相橋式可控整流電路相關(guān)參數(shù)由于α≤60°時(shí)，輸出電壓ud波形連續(xù)，α＞60°時(shí)，ud波形斷續(xù)，因此，α=60°是ud波形連續(xù)和斷續(xù)的分界點(diǎn)。所以輸出電壓平均值Ud的計(jì)算應(yīng)分兩種情況分析。(1)α≤60°時(shí)，按周期計(jì)算，每個(gè)周期為2π，其中有六個(gè)相同的波形，計(jì)算公式如下：(2)α＞60°時(shí)，波形在π處結(jié)束，計(jì)算公式為：(3)晶閘管承受的最大正反向電壓UTM是變壓器二次線電壓的峰值：4.電路工作特點(diǎn)可以看出，三相橋式全控整流電路有如下工作特點(diǎn)。(1)電路工作時(shí)共陰和共陽(yáng)極組各有一只晶閘管導(dǎo)通才能形成通路，且每個(gè)晶閘管的導(dǎo)通角度為120°。(2)共陰極組晶閘管VT1、VT3、VT5,按相序依次觸發(fā)導(dǎo)通，相位相差120°，共陽(yáng)極組晶閘管VT2、VT4、VT6相位相差120°，也按相序依次觸發(fā)導(dǎo)通，接在同一相的晶閘管如VT1、VT4相位相差180°。(3)每個(gè)周期內(nèi)輸出電壓ud由六段線電壓組成，每周期脈動(dòng)六次。5.對(duì)觸發(fā)電路要求為保證整流電路工作時(shí)共陰極組和共陽(yáng)極組各有一個(gè)晶閘管導(dǎo)通，必須同時(shí)給應(yīng)導(dǎo)通的晶閘管同時(shí)給觸發(fā)脈沖，觸發(fā)方式主要有兩種：(1)使每個(gè)觸發(fā)脈沖的寬度大于60°而小于120°，稱為寬脈沖觸發(fā)，在相隔60°要換相時(shí)當(dāng)后一個(gè)脈沖出現(xiàn)的時(shí)刻，為前一個(gè)脈沖還沒有消失，因此在任何換相點(diǎn)均能同時(shí)觸發(fā)相鄰的兩只晶閘管。(2)觸發(fā)某一晶閘管的同時(shí)，給前一晶閘管補(bǔ)發(fā)一個(gè)脈沖，相當(dāng)于用兩個(gè)窄脈沖等效代替大于60°的寬脈沖，稱為雙窄脈沖觸發(fā)。3.2.2分析三相橋波可控整流電路（電感性負(fù)載）對(duì)于帶電感性負(fù)載的三相橋式可控整流電路，分析中通常假定負(fù)載電感足夠大，使負(fù)載電流變得連續(xù)平直。2.工作原理電路的工作情況同電阻性負(fù)載時(shí)類似。1）α=0°晶閘管的換相點(diǎn)同電阻性負(fù)載時(shí)的情況，一個(gè)周期內(nèi)按照自然換相點(diǎn)分六個(gè)區(qū)間分別進(jìn)行分析，如圖3-15（b）所示。區(qū)間①內(nèi)：加在負(fù)載上的輸出電壓為ud=ua-ub=uab，即A、B相間線電壓；區(qū)間②內(nèi)：ud=ua-uc=uac，即A、C相間線電壓；區(qū)間③內(nèi)：ud=ub-uc=ubc，即B、C相間線電壓；區(qū)間④內(nèi)：ud=ub-ua=uba，即B、A相間線電壓；區(qū)間⑤內(nèi)：ud=uc-ua=uca，即C、A相間線電壓；區(qū)間⑥內(nèi)：ud=uc-ub=ucb，即C、B相間線電壓。后面周期，循環(huán)以上六個(gè)區(qū)間過(guò)程。

圖3-18三相橋式可控整流電路（電感性負(fù)載）α=90°時(shí)波形圖3.2.3認(rèn)識(shí)電路的換流重疊現(xiàn)象

在換流所需要的這段時(shí)間內(nèi)，正在導(dǎo)通的晶閘管中的電流在增加，正在關(guān)斷的晶閘管電流在衰減，兩器件處于重疊導(dǎo)通狀態(tài)，故稱換流重疊現(xiàn)象。圖3-19三相半波可控整流電路換流重疊現(xiàn)象電路圖及波形圖3.2.4完成三相橋式全控整流電路的MATLAB仿真分析1參考電路圖建模元件名稱提取路徑同步六脈沖觸發(fā)器Simulink/ExtraLibrary/ControlBlocks/Synchronized6-PulseGenerator交流電源SimPowerSystems/ElectricalSources/ACVoltagesource示波器Simulink/Sinks/Scope信號(hào)組合模塊Simulink/SignalRouting/Mux電壓表SimPowerSystems/Measurements/VoltageMeasurement電流表SimPowerSystems/Measurements/CurrentMeasurement負(fù)載RLCSimPowerSystems/Elements/SeriesRLCBranch通用變換器橋Simpowersystems/PowerElectronics/UniversalBridge用戶界面分析模塊Powergui表3-2仿真模塊提取路徑圖3-20帶電阻性負(fù)載的三相橋式全控整流電路模型2.設(shè)置各模塊的參數(shù)(1)同步六脈沖觸發(fā)器Synchronized6-PulseGenerator：同步六脈沖觸發(fā)器的參數(shù)設(shè)置如圖3-21所示。(2)交流電源ACVoltagesource：交流電源UAB設(shè)置為220V,50Hz，UBC和UCA的相位角依次向后120°。(3)通用變換器橋UniversalBridge：通用變換器橋的參數(shù)設(shè)置如圖3-22所示。圖3-21同步六脈沖觸發(fā)器的參數(shù)設(shè)置圖3-22通用變換器橋的參數(shù)設(shè)置3.仿真參數(shù)的設(shè)置點(diǎn)擊仿真參數(shù)配置ConfigurationParameters，打開設(shè)置窗口,設(shè)置Starttime為0.0，Stoptime為0.08，算法Solver選擇ode23tb，相對(duì)誤差Relativetolerance為le-3。（a）控制角0°

（b）控制角30°

圖3-23帶電阻性負(fù)載的三相橋式全控整流電路仿真結(jié)果5.帶感性負(fù)載的仿真