第5章 基于晶闸管的电网换流型整流电路

5.1 单相桥式全控整流电路,5.2 三相整流电路,5.3 多脉冲整流电路,5.4 其它电路结构,5.5 网络换流整流电路的应用,第五章 基于晶闸管的电网换流型整流电路,小结,基于晶闸管的电网换流型整流电路,图中所示单相全控桥整流电路是一个理想的电路形式，是后续电路分析的一个基础。,下 页,返回,5.1 单相桥式全控整流电路,注：此处直流侧负载简单的用直流电压来表示，事实上可以将直流负载看成是纯电阻负载、阻感负载，或是这类负载带有直流电压源，以模拟不同的运行工况。,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,5.1.1 单相全控桥整流电路的结构及理想化分析,理想化的单相全控桥整流电路结构及电流、电压波形,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,图中各符号的意义：,理想的正弦波电源，无内阻抗,无内阻抗的恒定直流电压源,整流桥输出的直流电压,直流平波电抗器,直流电流,晶闸管,电感量应足够大，保证Id通过时不会饱和,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,假定系统交流电源为理想电压源，且所有的晶闸管、电感没有任何损失，可得到如图所示的电压和电流波形。,控制角,交流电压自然过零点到触发脉冲输出之间的时间间隔所对应的角度。,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,当控制角为a 时，输出电压的平均值可为：,Us：交流电源有效值直流侧输出的有功功率为：,不考虑损耗，直流输出功率等于交流侧输入的有功功率。,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,Usm为电压峰值，Us为有效值，原式变为：,假设Is1m 为is(t)傅里叶级数展开的基波电流峰值则：Is1m = (4/p)Id,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,假定基波滞后功率因数为cosj1则从图中推得：,Is1：交流电流基波分量有效值,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,整流电路输入的交流电压矢量为：,交流侧基波电流矢量为：,当a p /2时，基波有功电流分量Is1d变为负值。,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,当单相全控桥整流电路工作在a =90时，直流侧与交流侧没有有功功率的交换，交流线路上只存在无功电流。单相全控桥整流电路的电压、电流波形可根据傅立叶级数分解描述:,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,5.1.2 单相全控桥整流电路的换流,单相全控桥整流电路结构图及换流波形,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,换流重叠过程,wt = a时，VT1、VT3触发,4个晶闸管同时导通，流过VT2、VT4的电流逐渐下降到零，VT1、VT3中的电流值逐渐上升到Id的过渡过程。,换流重叠过程,换流重叠过程过渡时间所对应的角度,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,换流重叠期间，整流输出电压Uda为零，直流电流Id保持不变。若忽略4个晶闸管的导通管压降，is(t) 为：,令Xs = wLs，wt = a时，is(t) = Id，解上式得：,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,换流结束时，wt =a+ g，is(t) = Id，由此可得：,整理后可得：,令 上式可写成：,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,对整流电路的输出起到非常重要的作用，它也是控制整流电路换流的起始点。,控制角a,换流重叠角g为控制角a的函数,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,换流重叠期间，a 取不同数值,is(t) 过渡过程的波形交流电流is(t)总是为余弦电流过零的一段波形。,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,当a = p/2时，换流重叠过程最短，换流电压幅值最高。当a = 0时， g = g0，则有：,dx和g0表明实际交流侧对电流的电抗性能。,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,给定变压器，在相对短路电压UxN和所呈现的额定电流下，dx可写为：,例如: UxN = 5%则可推算出： dxN = 3.54% g0 = 21.7,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,图中Aw表示由于Xs的存在，直流输出电压所损失电压对应的面积。将方程(5.5)进行积分，可得,相对于方程,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,将方程 进行积分,得：,即：,考虑到关系式,和,将电压方程修改为：,即：,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,考虑线路电抗Xs后，直流输出电压的平均值随负载电流成正比地增加的工作特性,及相应的短路状态(Uda=0，dx = 1),下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,两个不同直流电流Id下，相应的两个控制角不同时的换流波形,稳定的逆变运行波形,由逆变向整流的转移,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,换流期间，保持IVT1=IVT3 和IVT2=IVT4的假设前提已经不能成立。,可推得临界工作状态a + g = p 的输出电压方程:,根据,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,晶闸管中电流由导通至截止、又到重新施加正向电压的时间，对应的电角度用s表示。,恢复时间,最小的恢复时间smin和工作临界状态为：,因此：,输出电压的平均值为：,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,控制角a均为常数的单相全控桥整流电路特性曲线,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,5.1.3 单相全控桥整流电路的工作原理分析,假定所有的电路元件均为理想元件，且认为平波电感中流过的电流为恒定的理想电流，在稳定的直流电流作用下，该电感相当于短路状态，它只是在电路动态过程中起到遏制电流突变的作用。,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,单相全控桥整流电路电压、电流波形,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,设整流电路的工作区间为:输出电压为:,输出电流与电压的关系可表示为:,将 带入上式后得:,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,IdA: 换流结束时的直流电流值在换流区间，电角度变量的取值范围为,换流区间的微分方程为：,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,对方程求解得：,换流开始时: wt = a ， IdE = Is = Id换流结束时: wt = a + g, Id = Is = IdA,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,5.1.4 单相全控桥整流电路的间断运行问题,间断运行,控制角a在某一恒定的角度运行，若直流输出电压Ud增加，则输出的平均直流电流Id就会减少，甚至使直流电流不再连续，即在某时段没有电流运行的现象。,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,导通角,电流导通对应的角度,在间断运行方式下，单相全控桥整流电路的导通角q Ud时，最小控制角为：,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,在awta+q 区间，当两个桥臂都有一个功率器件有电流导通时，对应的输出电压为：,输出电流为：,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,在(a+q)wt(p+a)区间，无电流工作桥路，此时的输出电压为：,Uda = Ud,输出电流为：,Id = 0,在间断工作状态下，输出电压的平均值保持恒定值：,Uda = Ud,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,Xd / Xs= 5 时,单相全控桥整流电路运行特性,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,5.1.5 不可控两脉冲整流电路,单相全控桥式整流电路用4个二极管来代替4个晶闸管的两脉冲整流电路不可控。,这种电路在直流侧并上一个平波电容得到直流电压。,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,根据电容滤波的整流原理实现的电路结构,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,理想情况下，整流桥中任何时候总是有两个二极管导通，而另外两个二极管截止。,只有当电流is过零后，另一对二极管才能导通。当直流电压Ud 很高时，会出现电流断续。,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,在区间aminwtamin+q ，对应的电流方程为：,在wt=amin+q 时，sinamin=Ud/Usm，直流电压方程为：,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,平均电流为：,当电压Ud降低时，且q = p，则q不再变化，Ud进一步减小，二极管的导通时序依次后移。,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,设触发角为a ，则输出电压为：,当wt = a 时，Id = 0，直流电流为：,通过积分得到的直流电流平均值为：,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,标幺值表示的电压、角度与电流之间的关系,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,5.1.6 半控整流电路,用两个可控半导体器件和两个不可控半导体器件组成半控整流电路,共阳极组（或共阴极组）的晶闸管都换成不可控的二极管,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,将某个桥臂都转换成二极管,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,桥臂可控整流电路及理想化电压、电流波形,注：此时的波形相当于直流电动机,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,假定在理想条件下，直流电压的平均值为：,即,网络电流的基波有功分量为：,无功分量为：,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,半控桥整流电路在恒定工作电压下交流侧基波分量矢量关系,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,5.1.7 半控整流电路的正常工作特性分析,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,换流过程的微分方程,wt = a 时，is(t) = 0,所以：,换流结束时：is(t) = Id,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,半波结束时：由此可得：,换流期间is(t) 在Id附近变化换流重叠角较小 直流电压的降低为单相全控桥整流电路的一半,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,采用5.1.2节类似的方法可以推得减小的电压面积：,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,整流电路在每个半波开始的换流不产生附加压降，但会随时间的推移呈逐渐下降的趋势，并最终到零。因a 不能小于g0，整流电路工作范围的临界电压方程为：,根据,可得：,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,单相半控桥式整流电路工作特性,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,因为从a 到p 所包含的电压面积并不总是非常大，所以换流过程并不总是相同。整流电路的工作不像单相全控桥整流电路那样进入整流全控状态。,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,三相整流电路是将三相交流电转变为直流电的一种整流装置。,5.2 三相整流电路,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,三相桥式整流电路及输出电压、电流波形,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,5.2.1 理想工作状态,三相桥式整流电路的输出电压可从直流端电压的极性得到。最简单方法就是用直流侧的正极性端电位减去负极性端电位。以三相电源中性点为电位参考点，假定正常工作时:直流侧的电流 Id 为恒定直流晶闸管的控制角a = 0,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,共阴极组P点的电位是三相电源中瞬时值的幅值最高一相的电位； 共阳极组N点的电位就是三相电源中瞬时值最低一相的电位。,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,除了交叉点外，任何时刻只有一相电源的电压幅值最高，一相电源的电压幅值最低。,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,三相桥式整流电路导通顺序及输出电压,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,每隔p/3有一次换流，每个周期共有6次换流，一个周期重复一个周期，无穷循环。直流输出电压波形是由各区间对应的线电压“拼凑”而成。,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,控制角a=0的起点不是定在电压的正向过零点，而是定在两个相电压的相交点。,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,晶闸管的控制角一般不为零，随着控制角的改变，输出电压的波形会出现前后移动，对应的幅值也会发生上下偏移。根据分段线性法的方式分析输出电压和输出电流。,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,输出电压的平均值为：,即：,Ua: a 相相电压有效值Uam: a 相相电压的幅值,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,用U2表示三相对称系统相电压的有效值，三相桥式整流电路输出电压的表达式为:,比较,单相整流输出电压的表达式和三相整流输出电压表达式基本上相同，只是单相整流输出电压的系数小一些。,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,每个晶闸管的导通角都是2p/3，同一桥臂的上、下两个晶闸管之间相隔p/3电角度，并具有对称性。如果三相系统的中性点不接地，三相电流应满足：,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,用傅立叶级数将图中的线电流展开后得：,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,线电流的波形与变压器的连接方式有关,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,D/Y-11连接方式下的三相整流电路的电流波形,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,5.2.2 一般条件下的整流,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,VT5过渡到VT1的换流期间,短路电压 Uk=Usa-Usc 直接加在线路电抗2wLs上，其电流表达式可写为:,假定直流电流Id为恒定值，dId / dwt=0，且在换流期间isa+ isc = Id,上式可改写为：,即,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,t 与t 之间的0参考点不同，用Usm表示线电压的幅值，代入初始条件 wt =a ，isc=0 ，解上式得：,系数不同 Id 为恒定直流，换流时一个支路电流上升，另一个支路电流下降。,比较,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,若换流过程持续时间对应的角度仍为g,当换流结束时，,isa=Id,则:,根据电压-角度的面积Aw计算公式，直流输出电压的平均值 Uda可简化为:,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,对 从aa+g 进行积分，得：,换流重叠过程后，直流输出电压的平均值为：,式中：,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,根据三相系统的对称性，用相电压的有效值表示：,三相桥式整流电路的工作特性曲线完全可以借鉴单相桥式整流电路的特性进行分析，但所推得的方程和工作特性不能推广到短路状态。,直流输出电压减小了与单相桥式整流电路的结果基本一致,比较,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,5.2.3 特殊运行状态,三相桥式整流电路同样存在电流间断的问题，它与负载的特性有关。若负载电阻用直流电压ud表示，则在没有电流的区间,用直流电压ud代替计算。此时晶闸管的导通角q 小于p / 3。,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,在三相桥式整流电路的间断运行中，每个晶闸管中通过的电流都会有间断现象，在每个晶闸管2p/3的导通区间内，对晶闸管保持连续触发脉冲，或用双窄脉冲触发方式，持续角度不得小于p/3。,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,大功率整流电路要求有高电压和大电流，只用一个三相桥式整流电路无法满足负载的需求，此时须将整流电路进行合理的串联或并联运行，这样不仅能增加输出功率，同时还能有效降低线路电流和输出电压中的谐波含量、并使最低的谐波频率进一步抬高。实现这样的大功率整流控制，触发脉冲数也会随之提高。,5.3 多脉冲整流电路,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,5.3.1 三相整流电路的串联,两个三相桥式整流电路串联运行的电路结构,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,两个桥式电路输入的三相电源电流是通过两个变压器的副边绕组产生,三角形连接,星形连接,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,不考虑线路压降及变压器漏抗的影响，Usa、Usa1和Uab2的电压矢量方向完全相同 a相、b相和c相电压矢量则依次滞后120。,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,三角形连接的副边绕组的线电压与星形连接副边绕组对应的相电压矢量方向一致，三角形连接的副边绕组的等效相电压滞后对应线电压30。两个副边绕组相同相电压矢量之间有p/6的相角差,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,三相交流电系统的线电压幅值为相电压幅值的 倍 ，为了保证两个副边绕组输出相电压的幅值相同，在变压器的设计上，要求三角形副边绕组的线圈匝数必须是星形副边绕组匝数的 倍 电流矢量之间的关系与负载特性有关，它与对应电压之间相差一个功率因数角，其它的相序关系则与电压矢量完全一致。,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,Uda波形的每段由两个整流电路的输出电压“组装”而成，可用正弦波表示，段与段之间相隔p/6。,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,直流输出电压由12段组成，比三相整流桥路的直流输出电压要平滑。 直流输出电压最低次谐波为输入电网电压频率的12倍。,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,两个三相桥路串联运行时输出的电流波形,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,电流表达式为：有了Iba2后可求得其它电流量分别为：,以iba2作为已知参数，将上面的表达式及相应关系进行重新组合得:,或,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,假定系统工作在对称条件下工作，则iba2、iac2、icb2的波形相同，相位互差120。,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,该系统可看成是零系统，3及3倍数次谐波电流只能在三角形绕组中流过，不会通过变压器的耦合传到原边。,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,若不考虑变压器的饱和效应，则不会出现电压的冲击，此时应有下式成立：,将以上关系式代入 中，则有：,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,5.3.2 两整流电路的并联运行,整流电路并联运行可以保证在较低的电压作用下提供较大的直流电流，并能充分发挥每个功率元件的容量，这对于降低整流电路成本、提高功率元件的利用率非常重要。直流电机或电解设备使用电压在1kV内，可用两个三相整流电路的并联结构形式实现整流。,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,并联结构需要双副边绕组变压器，一个为星形连接，一个为三角形连接，提供相差p/6的两个三相电源，保证并联装置的正确运行。,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,三相整流电路并联运行时的输出电压波形,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,5.3.2 .1 理想电抗器的工作特征,整流电路的输出电压为:,直流电流为：,理想变压器是由两个串行连接的副边绕组所形成的一个等效电抗器，在理想情况下：两个整流电路的输出电压差为:,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,当变压器的磁路处于饱和状态时，它的副边绕组不呈现电抗特性，没有电压、电流之间的相移，UD为纯粹交流电压，即,变压器中的电流也可根据电流叠加原理的假设前提进行叠加分析。 根据功率守恒的原则，变压器原边电流的波形可通过直流电流的叠加得到。,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,5.3.2.2 实际电抗器的工作特征,实际电路中，任何电抗器都有励磁电流Im，两个整流电路的直流输出电流Id1和Id2不完全相同。,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,连接电感励磁电流作用时双整流电路在某一控制角下的电压、电流波形,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,连接电感励磁电流作用时双整流电路在某一控制角下的电压、电流波形的局部特性,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,整流电路的结构基本组成单元基本相同，工作原理基本相似。为了保证电路的正常运行（如桥臂直通保护、恒压、均流等功能），在它们的相互组合时增加了部分电路元件。,5.4 其它电路结构,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,5.4.1 全波整流结构,全波整流电路一般用在功率不大的场合，但此电路需要一个能引出中性点的变压器，且变压器绕组功率较通常情况要大些。,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,此整流电路结构的开关器件中有一半功率元件是由不可控的二极管构成，且对称。二极管只根据电压正、反向决定是否导通，对电路的控制几乎没什么作用。器件本身所承受的电压与整流输出电压波形相同的（输出电压处于零时除外）。,5.4.2 半控整流结构,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,5.4.3 具有续流支路的整流结构,这种类型的电路中，当输出电压为零时，直流电路中的电流通过续流二极管保护整流元件不受直流侧引起的过电压危害。这种结构能使直流侧的滞后电流与交流电网和变压器原边的无功电流，不产生耦合关系，但该电路产生零电压输出缺口。,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,在电路设计中可将所有已介绍过的简单整流电路都加上续流支路（不包括逆变电路），在续流期间它们同样会产生缺口。,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,工业应用中大量使用网络换流整流电路，以得到所需要的直流电流。 网络换流整流电路在电力系统的直流高压输电系统中也得到实际应用，它实际上是由多个简单整流电路的叠加而成。,5.5 网络换流整流电路的应用,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,5.5.1 双向整流电路,可通过改变施加在电枢上的直流电压方向改变电动机的转向。如采用整流电路实现对直流电机转向的控制，则要求整流电路直流输出电压的极性能够改变。通常应用情况下，一般采用输出相反极性的两组整流电路。,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,两个反并联连接的整流电路,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,两整流电路之间可能出现的直通电流（即环流）用环流电抗器进行限制，并从电抗器的中心抽头引出直流输出端子,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,两整流电路之间没有环流电抗器 两个整流电路可以分别独立控制，以得到两个输出电压和电流的极性。,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,环流短路的存在对电路的运行非常不利，不管是哪种输出电压等级，只要在不同组的整流电路中均有一个桥臂导通（不同相），就会形成环流短路，实质上是一种相间短路形式。,逻辑无环流系统,一组整流电路工作，另一组不工作的两个反并联的整流电路系统。,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,局部环流系统,一个整流电路处于整流输出状态，另一个整流电路处于逆变工作状态，但两个整流电路之间存在有限流电抗器的系统。,自由环流系统,一个整流电路处于整流输出状态，另一个整流电路处于逆变工作状态，但两个整流电路之间不存在环流限制器件的系统。,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,5.5.1.1 局部环流工作方式,在局部环流驱动方式下，可将两组整流电路的直流输出电压平均值控制为完全相同，其表达式为:,由前述的计算公式可得:,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,由于两个整流电路的瞬时输出电压Uda1和Uda2在任何瞬间的值不相等，因此产生两个整流电路之间的环流，该环流通过环流电抗器可以得到有效地抑制。环流的大小与所选择的开关控制形式、控制角或逆变角以及环流电抗器大小有关。为了保证晶闸管在任何情况下都能正常工作，环流电抗器的电感量应选择最大瞬时环流电压作用下所允许的环流电流值。环流电抗器的工作频率可设为交流电源输入频率的12倍。,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,5.5.1.2 自然环流工作方式,在自然环流工作方式下，只要一个整流电路的某个晶闸管有一个截止动作，就会对另一个整流电路的工作产生冲击。此时，当需要改变输出电流的方向，若要触发一个整流电路中的某个晶闸管，就必须先行关断另一个整流电路正在工作的某个晶闸管，否则会产生交流电源的短路。在自然环流工作方式下，电流换向的等待时间比局部环流工作方式下电流换向的等待时间长。,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,5.5.2 交交变频器,直接变频器,交交变频器,在两个反并联连接的整流电路的基础上，通过改变直流输出电压和输出电流的方向使负载得到交流电源。交流电源的频率可调，使一个整流电路输出电流为正半波，另一个整流电路输出电流为负半波，两个整流电路交替作用，周而复始，不断循环。,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,5.5.2.1 带状变频器,带状变频器,交交变频器的两个整流桥交替工作，负载得到一个交流电源，交流输出电压看似一个带状波形。,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,某个整流电路输出电压的极性变化时，它只要从整流状态变为逆变状态即可；输出电流反向时，则必须在一个整流电路到零时，才能开放另一个整流电路。,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,在“死时”时间段内，系统不可控。“死时”的持续时间是可控的，这个时间应根据环流大小、晶闸管的反向恢复时间及晶闸管的驱动速度确定。,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,5.5.2.2 控制变频器,控制变频器能有效地控制变频器输出电压中含有的低次谐波，输出电压能够根据额定正弦输出电压波形的要求进行输出控制。控制变频器可以连续地调节基波电压的输出幅值。因为电路中的功率元件不具备自关断能力，控制变频器无法纠正网侧的功率因数。,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,交交变频器的优点是能够产生低频交流输出电压，并能保证足够的驱动转矩。当采用晶闸管作为逆变电路的功率元件，且带有强迫换流电路时，要使该变频器能够输出较好的波形，交交变频器的最高输出频率只能为输入频率的1/3倍。,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,采用变压器的电路结构，不产生零电流。,下 页,上 页,返 回,基于晶闸管的电网换流型整流电路,单一绕组输入方式，无零电流系统,下 页,上