電力電子技術(shù) kPE課件3專業(yè)課教材

第3章三相整流電路§3.1三相半波可控整流電路1.電阻負(fù)載三只晶閘管共陰極聯(lián)接。假設(shè)SCR換為二極管,看半波不可控整流的情況：

三管之間陽極電位高者導(dǎo)通,其他兩只均反偏截止。轉(zhuǎn)波形

t1~t2期間：ua最高，VD1導(dǎo)通，ud=ua。

t2~t3期間：ub最高，VD2導(dǎo)通，迫使VD1關(guān)斷，ud=ub。

t3~t4期間：VD3導(dǎo)通,迫使VD2關(guān)斷，ud=uc

。GobackVD1,2,3輪換導(dǎo)通各120°

，ud為三相電壓在正半周的包絡(luò)線，三脈波整流。t1，t2，t3時(shí)刻均發(fā)生二極管換流，電流由一只向另一只轉(zhuǎn)移。自然換相點(diǎn)：各相晶閘管能觸發(fā)導(dǎo)通的最早時(shí)刻。以此作為控制角

的起點(diǎn)。單相整流的自然換相點(diǎn)是的u2過零點(diǎn)。

=0時(shí)的iVT1波形，每周導(dǎo)通120°。轉(zhuǎn)波形變壓器副邊電流含有直流分量。SCR端電壓波形（三段分析法）：VT1自身導(dǎo)通段，管壓降為0；VT2導(dǎo)通時(shí)，公共陰極電位為ub，uVT1=uab線電壓片段；VT3導(dǎo)通時(shí)，uVT1=uac線電壓片段。轉(zhuǎn)波形

=30o波形：

=30o處VT1觸通，經(jīng)過自然換相點(diǎn)后ub雖最高，但VT2并未觸通，故只有VT1繼續(xù)導(dǎo)通，直到ua過零時(shí)關(guān)斷。id與ud波形相同，臨界斷續(xù)。

Goback

=60o波形：ua過零時(shí)VT1關(guān)斷，至VT2觸通之前，三只管子均不導(dǎo)通，ud=0，id斷續(xù)，各管導(dǎo)通角

=90o。移相范圍：

0~150oGoback輸出電壓平均值：當(dāng)≦30o（電流連續(xù)，恒120o）：當(dāng)a=0時(shí)，Ud最大，為當(dāng)﹥30o(電流斷續(xù)，<120o)：最大耐壓:

（∵共陰極點(diǎn)最低為0V）﹥30o≦30o(線電壓峰值)

Ud/U2～函數(shù)曲線（圖3-4中的曲線1）。Goback2.電感性負(fù)載≦30°時(shí)：整流輸出電壓波形與電阻負(fù)載時(shí)相同,因?yàn)殡娏骶B續(xù)。L對(duì)ud波形的影響主要是通過延續(xù)SCR的導(dǎo)通時(shí)間而作用的，而在電流連續(xù)時(shí)無需延續(xù)。

>30°(=60°)時(shí)：ua過零時(shí),由于L很大,延續(xù)VT1導(dǎo)通，直到b相VT2觸通,發(fā)生換流，ud=ub,同時(shí)使VT1關(guān)斷。

=60

°隨增大，ud中的負(fù)面積增大,直到

=90°

，正負(fù)面積相等，Ud=0。

的移相范圍：每只SCR導(dǎo)通角

=120°,電流近似為120°方波。SCR端電壓波形：同樣采用三段分析法。最高耐壓：

=60

°0~90°

。URM=UFM=2.45U2。

Gobackud平均值：Ud=1.17U2cos。Ud/U2～函數(shù)曲線(圖3-4曲線2，余弦關(guān)系)。若L不很大，當(dāng)

>30°

時(shí)，電流不連續(xù)，ud中負(fù)面積減小，Ud略增，Ud/U2~關(guān)系將介于曲線1和2之間，即曲線3(上述Ud計(jì)算公式不再適用)。轉(zhuǎn)曲線轉(zhuǎn)波形轉(zhuǎn)波形變壓器副邊電流(即SCR電流)有效值：

折合為正弦半波通態(tài)平均電流(額定電流)：

IT(AV)=IVT/1.57=0.368Id通常id有脈動(dòng)，選L保證電流連續(xù)即可。共陽極連接方式可輸出負(fù)壓。三相半波可控整流的缺點(diǎn)：變壓器副邊電流僅含正半周，負(fù)半周沒有利用，含直流成分,導(dǎo)致鐵心直流磁化。轉(zhuǎn)波形§3.2三相橋式全控整流電路1.工作原理(R負(fù)載與R-L負(fù)載對(duì)照分析)由兩個(gè)半波電路構(gòu)成，共陰極組VT1,3,5，共陽極組VT4,6,2。先假設(shè)將SCR換成二極管，相當(dāng)于

=0。三相橋共陰組陽極電位最高者導(dǎo)通；共陽組陰極電位最低者導(dǎo)通（以Y接星點(diǎn)n為參考）。任何時(shí)刻總是上下兩組各有一只導(dǎo)通。Goback

Goback三相橋三相橋共陰極組三管間換流發(fā)生在正半周自然換相點(diǎn)；共陽極組三管間換流發(fā)生在負(fù)半周自然換相點(diǎn)。共陰極組(正半波)整流輸出電壓ud1為三個(gè)相電壓正半周的包絡(luò)線；共陽極組(負(fù)半波)整流輸出電壓ud2為三個(gè)相電壓負(fù)半周的包絡(luò)線。負(fù)載電壓ud=ud1-ud2,即線電壓正半周的包絡(luò)線。轉(zhuǎn)波形三相橋?qū)⒁粋€(gè)周期分為6段分析：Ⅰ段：ua最高,共陰極組VT1導(dǎo)通；ub最低,共陽極組VT6通。電流路徑：a-VT1-ZL-VT6-b，ud=uab對(duì)應(yīng)于線電壓峰部，即ud第一個(gè)波頭。Ⅱ段：

ua仍最高，VT1繼續(xù)導(dǎo)通；uc變?yōu)樽畹?，VT2導(dǎo)通，迫使VT6關(guān)斷，電流路徑：a-VT1-ZL-VT2-c,ud=uac,對(duì)應(yīng)于線電壓峰部。ia為正，120o寬(從副邊流出)，ic為負(fù)(從副邊流入)。轉(zhuǎn)波形三相橋Ⅲ段：ub最高,VT3導(dǎo)通,迫使VT1反偏關(guān)斷；uc仍最負(fù)VT2繼續(xù)導(dǎo)通。b,c兩相供電,ud=ubc。ud每周由6個(gè)線電壓波頭拼接而成。工作特點(diǎn):任何時(shí)刻總是上下兩組各有一只SCR導(dǎo)通，形成向負(fù)載供電的回路。兩管不能處在同一相上變壓器一組提供正電流,另一組為負(fù)電流。三相橋脈沖波轉(zhuǎn)波形三種相位關(guān)系：要求觸發(fā)脈沖的順序是VT1-VT2--VT6，相位依次相差60o；共陰極組VT1,3,5的觸發(fā)脈沖依次相差120o,共陽極組VT4,6,2亦然；同一相的上下兩個(gè)橋臂,即VT1,4,VT3,6,VT5,2相差180o。ud每周脈動(dòng)6次,即6脈波整流脈動(dòng)頻率300Hz。三相橋脈沖波轉(zhuǎn)波形兩種觸發(fā)方式：(保證上下兩組各有一只管同時(shí)導(dǎo)通。若上下兩組僅觸發(fā)一只,前已觸通的一只可能會(huì)因?yàn)殡娋W(wǎng)波動(dòng)或負(fù)載變化引起電流過零而關(guān)斷,則無法構(gòu)成流通回路)寬脈沖觸發(fā)：寬度>60o，觸發(fā)2#時(shí),1#管的觸發(fā)脈沖仍起作用。雙脈沖觸發(fā)：間隔60o，在2#管觸發(fā)的同時(shí)，給1#管補(bǔ)發(fā)一個(gè)窄脈沖。脈沖波

=0o時(shí)各SCR承受的電壓波形與三相半波相同。兩種負(fù)載情況下的波形對(duì)照：

大L-R負(fù)載時(shí)，id近似恒流，iVT1為方波。各電壓波形相同。

Goback

=30o波形：ud1與共陰極組半波獨(dú)立工作時(shí)的波形相同，ud2亦然。直流側(cè)輸出電壓波形：ud=ud1-ud2。轉(zhuǎn)波形Ⅰ段上：前半30o，

ua最高,

ub最低,VT1,6導(dǎo)通,ud=uab；后30o從負(fù)半周自然換相點(diǎn)開始,uc變?yōu)樽畹?，由于VT2尚未觸發(fā)，使VT6不能關(guān)斷，故后30o仍有ud=uab。每周仍6個(gè)波頭但脈動(dòng)加深，為線電壓峰點(diǎn)右側(cè)的60o片段。SCR電壓波形uVT1（三段分析法）:與三相半波相同。轉(zhuǎn)波形三相橋副邊電流ia波形：正半周為iVT1，負(fù)半周為iVT4；阻感負(fù)載時(shí)ia為120o正負(fù)對(duì)稱方波，無直流分量，不存在直流磁化問題。功率因數(shù)低：

ia比ua滯后30o+

，

越大則pf

越低。轉(zhuǎn)波形三相橋

Goback

=60o波形：

I段：VT1,6通，ud1為ua片段，ud2為ub片段,ua>ub

，形成ud=ud1-ud2=uab線電壓片段。在ua與ub交點(diǎn)處ua=ub，故uab=0。II段：

VT1,2通，ud2為uc負(fù)半周片段，ua>uc

，盡管ua過零變負(fù)，即使是純電阻負(fù)載，VT1也可繼續(xù)維持導(dǎo)通（d1端電位變負(fù)，而d2點(diǎn)更負(fù)）。所得ud=uac正半周后沿片段。在II段末刻，ua=uc，uac=0。60o波形30o波形在

=0~60o范圍內(nèi)，ud波形均為連續(xù)（正負(fù)半波電路仍分別為3只SCR各輪流導(dǎo)通恒120o），無論電阻負(fù)載，還是大L-R（E）負(fù)載，ud波形相同，只是id波形有較大差異。id波形的差異：電阻負(fù)載時(shí)id與ud波形相同；而其它兩種負(fù)載時(shí)id近恒流。60o波形30o波形

Goback

>60o（臨界點(diǎn)）時(shí)，分析

=90o情況：（兩種負(fù)載對(duì)照）在

=90o處，VT1,6導(dǎo)通，ua>ub

，ud為uab正半周右側(cè)30o片段。導(dǎo)通30o時(shí)，ua=ub

，uab過零變負(fù)。電阻負(fù)載時(shí)，VT1,6關(guān)斷，ud=0；而在大L-R負(fù)載時(shí)VT1,6繼續(xù)導(dǎo)通，ud等于uab負(fù)半周的起始片段，直到VT1,2觸發(fā)導(dǎo)通為止。R負(fù)載L-R負(fù)載在C相負(fù)半周=90o處,VT1,2同時(shí)觸通，ud為uac片段。ud每周含有6個(gè)線壓片段。電阻負(fù)載時(shí)，ud斷續(xù)間隔30o,=120o時(shí)，ud=0。相移范圍0~120o。在大L-R負(fù)載時(shí)，ud多出了負(fù)面積，且正負(fù)面積相等，ud=0，移相范圍為0~90o。SCR電壓波形：同樣用三段分析法（0V段，uab片段，uac片段）。L-R負(fù)載R負(fù)載

Goback

Goback電流波形：電阻負(fù)載時(shí)，

=60o為id連續(xù)與斷續(xù)的臨界點(diǎn)，

>60o時(shí)各SCR導(dǎo)通角

<120o；大L-R負(fù)載時(shí)，id近似恒流連續(xù)，

>60o時(shí)正負(fù)半波電路仍分別為3只SCR輪換導(dǎo)通120o（1/3周期）。L-R負(fù)載R負(fù)載2.定量分析Ud的計(jì)算公式：（R負(fù)載時(shí)

=0~60o；大L-R（E）負(fù)載時(shí)=0~90o）