《AC／DC变换》PPT课件.ppt

第3章 AC/DC变换电路,3.1 单相相控整流电路,3.2 三相相控整流电路,3.3 变压器漏感对相控整流电路的影响,3.4 不可控整流电路,3.6 大功率整流电路,3.7 相控整流电路的有源逆变工作状态,3.8 相控整流电路的晶闸管触发电路,3.5 整流电路的谐波分析,整流电路概述,整流器（或整流装置）电力半导体开关电路及其辅助元器件构成的实现整流的系统。,整流将交流电（AC）转换为直流电（DC）的变换。,整流电路实现整流的电路。,整流电路概述-分类,按组成的器件可分为不可控、半控、全控 三种。 按电路结构可分为桥式电路和零式电路。 按交流输入相数分为单相电路和多相电路。 按变压器二次侧电流的方向是单向或双 向，分为单拍电路和双拍电路。,按控制方式不同，AC/DC变换分为相控整流和PWM整流两种形式。,PWM整流技术是一种新型AC/DC变换技术，它采用全控型功率器件和现代控制技术，使输入电流波形接近正弦波，功率因数接近，性能优良，具有广泛的应用前景。,相控整流-通过控制晶闸管导通的相位控制输出电压 PWM整流-通过控制一周期中器件导通的时间比例控制输出电压。,相控整流电路结构简单、控制方便、性能稳定，利用它可以方便地得到大、中、小各种容量的直流电能，是目前获得直流电能的主要方法，得到了广泛的应用。,整流电路概述-分类,主要内容： 单相/三相相控整流电路 大容量相控整流电路 整流电路的谐波分析,电路结构、基本工作原理 主要电压/电流波形、数量关系 整流电路的特点及应用,整流电路概述,整流电路概述-性能指标,整流器的主要性能指标有：,1、输出直流电压 2、输出电流 3、输出电压纹波系数 4、稳压精度 5、输入电流总畸变率 6、输入功率因数,整流电路概述-性能指标,电压纹波系数：,输出电压的有效值：U,输出电压的直流平均值：UD,输出电压的交流纹波有效值：UH,整流电路概述-性能指标,输入电流总畸变率：是除基波电流以外的所有谐波电流有效值与基波电流有效值之比,整流电路概述-性能指标,输入功率因数：交流电源输入有功功率平均值P与视在功率S之比,只要电流存在谐波, 有 PF1,3.1 单相相控整流电路,3.1.1 单相半波可控整流电路,电阻性负载,分析要点: 晶闸管开/关条件 相位控制方法 分段线性分析,3.1.1 单相半波可控整流电路,电阻性负载,变压器作用: 隔离电网与负载 匹配电压 提高功率因数,3.1.1 单相半波可控整流电路,电阻性负载,分段线性分析：将VT看作理想器件,电阻性负载,sim,工作原理,u2的正半周, VT承受正电压，给VT触发脉冲，VT导通, u2加到负载上,u2的负半周到来时,负载电阻承受负电压，电流应反向,但VT只能通过正向电流, 故u2变负时,VT截止,电阻性负载,改变晶闸管触发脉冲到来的时刻，ud的波形也跟着变化,ud波形只在电源电压正半周出现，因此称为单相半波可控整流电路。,输出电压ud是极性不变但幅值变化的脉动直流电压,电阻性负载,单相半波可控整流电路,从晶闸管开始承受正向电压起到加上触发脉冲，这一电角度称为控制角，用表示。,晶闸管在一个周期内导通的电角度称为导通角，用表示.对单相半波可控整流电路电阻负载时 ： = 。,相位控制方式通过改变触发脉冲相位来控制直流输出电压大小的方式.,基本术语:,电阻性负载,单相半波可控整流电路,移相范围: 整流平均输出电压为正的控制角变化范围。,基本术语:,单相半波可控整流电路的移相范围:,自然换相点: 将晶闸管换成二极管,二极管导通的时刻称为自然换相点.,自然换相点是控制角计算的起点.,不同电路、不同位置晶闸管自然换相点不同.,电阻性负载,单相半波可控整流电路,整流输出电压的平均值：,数量关系,晶闸管承受的最大正反向电压uVT为 。,电阻性负载,单相半波可控整流电路,数量关系,整流输出电压有效值为：,整流输出电流有效值为：,电阻性负载,单相半波可控整流电路,数量关系,变压器二次侧输出有功功率：,输入功率因数为：,控制角大时,输入功率因数很低!,2电感性负载,单相半波可控整流电路,电感特点: 电感中的电流不能突变。,u2的负半周到来时,只要电感电流不为零, VT将保持导通,直到电感电流减少到零时VT截止,sim,导通角 ,2电感性负载,单相半波可控整流电路,导通角计算,初值:,负载电流满足:,令id(a+q)/w)=0,2电感性负载,导通角计算,令id(a+q)/w)=0,其中:,单相半波可控整流电路,2电感性负载,数量关系,输出电压平均值：,输出电流平均值：,单相半波可控整流电路,2电感性负载,由于负载中存在电感，使负载电压波形出现负值部分，晶闸管导通角变大，且负载中L越大，越大，输出电压波形图上负值的面积越大，从而使输出电压平均值减小。,在大电感负载时，负载电压波形中正负面积接近相等，Ud0。,sim,单相半波可控整流电路,2电感性负载,单相半波可控整流电路,为使大电感负载时输出电压平均值与电阻负载情形相同，可在负载两端并联续流二极管 .,sim,整流输出电压的平均值：,设加了续流二极管以后,电感电流基本不变,则有:,流过晶闸管的平均电流：,流过续流二极管的平均电流：,流过续流二极管电流的有效值：,流过晶闸管电流的有效值：,3.1.2 单相桥式全控整流电路,电阻性负载,晶闸管承受的最大反向电压为 ，承受的最大正向压降为 。,sim,单相桥式全控整流电路,电阻性负载,数量关系,整流输出电压平均值：,整流输出电压有效值：,电阻性负载,数量关系,输出直流电流平均值：,输出直流电流有效值：,变压器二次绕组电流有效值：,电阻性负载,数量关系,变压器二次绕组电流有效值：,流过每个晶闸管的电流有效值为：,电阻性负载,数量关系,有功功率为：,电路功率因数为：,2电感性负载,单相桥式全控整流电路,L=0.05,sim,U2反向时,只要电感电流不为零, T将保持导通,直到电感电流减少到零时T截止,2电感性负载,数量关系,负载电流连续时，整流输出电压平均值为：,整流输出电压有效值为：,2电感性负载,数量关系,设负载电流Id近似不变.,变压器二次绕组电流有效值：,晶闸管的电流有效值：,电路功率因数为：,3反电动势负载,sim,对反电势负载,晶闸 管承受的电压不仅 和电源有关,还和反 电势有关!存在停 止导电角d,L=0,L0,单相桥式全控整流电路,3反电动势负载,停止导电角:,数量关系,整流电压平均值(电流连续)：,负载电流平均值：,单相桥式全控整流电路,例：单相桥式全控整流电路计算示例,单相桥式全控整流电路，U2=100V，负载中R=2，L值极大，反电势E=60V，当=30时，要求： 作出ud、id和i2的波形； 求整流输出平均电压Ud、电流Id，变压器二次侧电流有效值I2； 考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。,例：单相桥式全控整流电路计算示例,U2=100V，R=2，L极大，E=60V，=30,解：ud、id和i2的波形,例：单相桥式全控整流电路计算示例,U2=100V，R=2，L极大，E=60V，=30,解：整流输出平均电压Ud,Ud0.9 U2 cos0.9100cos3077.97(A),例：单相桥式全控整流电路计算示例,U2=100V，R=2，L极大，E=60V，=30,解： 晶闸管选择,晶闸管承受的最大反向电压为变压器二次电压的峰 值，即：,故晶闸管的额定电压为： UN(23)141.4283424 V 晶闸管的额定电流为： IN(1.52)6.361.5768 A,晶闸管电流有效值为：,3.1.3 单相全波可控整流电路,电阻负载情形 电路分析 变压器Tr带中心抽头。 在u2正半周，VT1工作。 u2负半周，VT2工作。 变压器不存在直流磁化的 问题。 负载波形与全控桥式电路 相同。,单相全波可控整流电路,3.1.3 单相全波可控整流电路,单相全波与单相全控桥的区别: 单相全波中变压器结构较复 杂，材料的消耗多。 单相全波只用2个晶闸管， 比单相全控桥少2个，但是晶 闸管承受的最大电压是单相 全控桥的2倍。 单相全波导电回路只含1个 晶闸管，比单相桥少1个，因而管压降也少1个。,单相全波可控整流电路,单相全波电路有利于在低输出 电压的场合应用。,3.1.4 单相桥式半控整流电路,sim,工作特点： 晶闸管在触发时刻被迫换流，二极管则在电源电压过零时自然换流。 由于自然续流的作用，整流输出电压ud的波形没有负值的部分。,单相桥式半控整流电路,3.1.4 单相桥式半控整流电路,T1/D4通,T1/T3关断,停止触发后,如电流在负半周内下降到零, 则晶闸管停止导通,电路工作正常.,单相桥式半控整流电路,3.1.4 单相桥式半控整流电路,失控现象,T1/D4通,T1/D4通,停止触发后,如电流在负半周内不能下降到零, 则导通的晶闸管会保持导通失控现象.,单相桥式半控整流电路,3.1.4 单相桥式半控整流电路,失控现象,为了避免失控情况，可以在负载侧并联一个续流二极管D，使负载电流通过D续流，而不再经过T1和D2，这样就可使晶闸管恢复阻断能力.,u2,id,ud,T3/D4通,p,a,p+a,T1/D4通,T1/D2通,T1/D4通,单相桥式半控整流电路,3.1.4 单相桥式半控整流电路,负载侧并联续流二极管VDR，半控整流电路不再存在失控现象.,?,单相桥式半控整流电路,单相整流电路 小结,优点: 电路简单, 控制方便, 成本低廉,缺点: 输出电压脉动大, 适用于小功率应用场合,3.2 三相相控整流电路,交流侧由三相电源供电。 当整流负载容量较大，或要求直流电压脉动较小、易滤波时，应采用三相整流电路。 最基本的是三相半波可控整流电路。 广泛应用有：三相桥式全控整流电路、以及双反星形可控整流电路、十二脉波可控整流电路等。,三相整流电路概述：,3.2 三相相控整流电路,3.2.1 三相半波可控整流电路,电阻性负载,=0时，负载电流连续，各相导电120电角度。,自然换相点=?,sim,三相半波可控共阴极整流电路,3.2 三相相控整流电路,3.2.1 三相半波可控整流电路,电阻性负载,=30时，负载电流临界连续，各相导电120电角度。,三相半波可控共阴极整流电路,3.2 三相相控整流电路,3.2.1 三相半波可控整流电路,电阻性负载,a30时，负载电流断续，各相导电120电角度。,晶闸管承受的最大反向电压为变压器二次绕组线电压的峰值电压 。,电阻性负载数量关系,整流电压平均值应分为两种情况计算,当30时，ud波形连续,负载电流平均值：,三相半波可控共阴极整流电路,电阻性负载数量关系,整流电压平均值应分为两种情况计算,当30时，ud波形断续,负载电流平均值：,三相半波可控共阴极整流电路,2电感性负载,大电感负载的三相半波可控整流电路在30时，ud的波形与电阻性负载相同。 当30时，由于电感性负载作用, ud的波形中会出现负的电压部分。,sim,2电感性负载,整流输出电压平均值为：(电流连续情形),2电感性负载,为提高整流输出电压平均值,可在负载侧并接续流二极管.,接续流二极管后，ud的波形与纯电阻性负载时一样，Ud的计算公式也一样,3 三相半波可控共阳极整流电路,=30时，整流电压为负,负载电流连续，各相导电120电角度。,自然换相点=?,sim,3 三相半波可控共阳极整流电路,=60波形,a30时，整流电压为负,负载电流断续，各相导电120电角度。,3 三相半波可控共阳极整流电路,从整流电压波形可知, 三相半波可控共阳极整流电路输出电压平均值计算公式与共阴极整流电路的绝对值相同,但符号相反。,当30时，ud波形连续,当30时，ud波形断续,三相半波可控整流电路特点,电路简单,三相电源负载平衡,变压器副边绕组通过直流电流,存在直流磁化问题,且最多导电120度,变压器利用率低,3.2.2 三相桥式可控整流电路,电阻性负载,三相桥式可控整流电路,三相桥式可控整流电路可看作是三相半波可控共阴极整流电路与三相半波可控共阳极整流电路串联组合而成.,电阻性负载,三相桥式可控整流电路,电路工作特点：,分析要点：,自然换相点,触发顺序,每个时刻需两个晶闸管同时导通:宽脉冲触发或双窄脉冲触发,(2) 触发脉冲顺序,共阴极组T1、T3、T5的触发脉冲之间互差120， 共阳极组T2、T4、T6的触发脉冲之间也互差120。 上下桥臂之间互差180,(1)自然换相点,电阻性负载,三相桥式可控整流电路,电路工作特点：,分析要点：,自然换相点,触发顺序,每个时刻需两个晶闸管同时导通:宽脉冲触发或双窄脉冲触发,(3)必须对两组中应导通的一对晶闸管同时给触发脉冲,可采用两种办法： 1. 使每个触发脉冲的宽度大于60，称为宽脉冲触发；,2. 触发某一晶闸管的同时，给前一个晶闸管补发一个脉冲，相当于用两个窄脉冲等效替代大于60的宽脉冲，称为双脉冲触发。通常采用双窄脉冲触发。,电阻性负载,三相桥式可控整流电路,电路工作特点：,(4)输出整流电压 分段线电压组成,sim,晶闸管承受的最大反向电压是, ud一周期脉动6次，称 该电路为6脉波整流电路,电阻性负载,三相桥式可控整流电路,a60负载电流断续,电阻性负载,三相桥式可控整流电路,移相范围: 0 a 120,电阻性负载,三相桥式可控整流电路,(1) 060,数量关系,电阻性负载,三相桥式可控整流电路,uab,数量关系,() 60120,=90波形,2电感性负载,三相桥式可控整流电路,当060时，由于负载电压、电流连续，这时输出电压ud波形与电阻性负载一样.,当 60时，由于电感负载作用, 负载输出电压ud波形出现负的电压部分.,2电感性负载,三相桥式可控整流电路,整流输出电压平均值：,负载电流连续时,有:,2电感性负载,三相桥式可控整流电路,晶闸管电流有效值:,负载电流连续idId有:,变压器副边相电流有效值:,2电感性负载,设负载要求最高电压为Udmax,晶闸管最小触发角为amin,滤波电感值计算:,通常根据输出最小电流值时电流应临界连续来确定.,变压器副边电压计算:,对三相桥式整流电路,滤波电感值最小值为:,？,3.2.3 相控整流电源设计,(1)选择整流电路,整流电路选择主要原则： 整流器开关元件的电流容量和电压容量做到充分利用。 整流器直流侧的纹波越小越好，以减小整流直流电压的脉动分量，从而减少或省去平波电抗器。 使整流器引起的交流侧谐波电流，特别是低次谐波电流越小越好，以保证整流器有较高的功率因数，减小对电网和弱电系统的干扰。 整流变压器的容量应得到充分利用，并避免产生磁通直流分量。,3.2.3 相控整流电源设计,(2)计算整流变压器参数,变压器副边线电压、电流的计算。 变压器原边线电压的确定及线电流的计算。,(3)开关器件的选用与计算原则,计算每臂开关管的正反向峰值电压。 计算每臂器件的电流。 根据整流器的用途、使用场合及特殊要求确定电流和电压的安全裕量系数。 根据开关器件参数、经济技术指标选用开关器件。,3.2.3 相控整流电源设计,(4) 主要部件和器件的计算及选用,电压调节器的设计； 触发器的选用； 确定电压、电流检测方式； 平波电抗器的计算。,(5) 保护系统设计 保护系统是整流装置的重要组成部分，其功能就是及时发现并切除故障，防止故障进一步扩大，造成重大经济损失。保护系统主要包括过压抑制，过流及负载短路保护，电压电流上升率的限制等。,例,设计一直流电动机驱动用晶闸管整流装置， 设计要求有:,负载要求 额定负载电压UN = 220V 额定负载电流IN = 25A，要求启动电流限制在60A，并且当负载电流降到3A时，电流仍然连续。 整流器的电源参数 电网频率为工频50Hz，电网额定线电压UL = 380V，电网电压波动10。,试确定整流装置主要电参数.,例,额定负载电压UN = 220V 额定负载电流IN = 25A，要求启动电流限制在60A，并且当负载电流降到3A时，电流仍然连续。 电网频率为工频50Hz，电网额定线电压UL = 380V，电网电压波动10。,解:,(1)整流器主电路设计,因为Pd5KW，所以采用三相桥式整流电路且带整流变压器,例,额定负载电压UN = 220V 额定负载电流IN = 25A，要求启动电流限制在60A，并且当负载电流降到3A时，电流仍然连续。 电网频率为工频50Hz，电网额定线电压UL = 380V，电网电压波动10。,解:,(2)晶闸管的选择 电流参数的选取 电动机在启动过程中电流最大，因此以启动电流作为晶闸管电流参数计算的依据。,有效值：,晶闸管通态平均电流：,取安全裕量，可取晶闸管额定电流为50A,例,额定负载电压UN = 220V 额定负载电流IN = 25A，要求启动电流限制在60A，并且当负载电流降到3A时，电流仍然连续。 电网频率为工频50Hz，电网额定线电压UL = 380V，电网电压波动10。,解:,在三相桥式整流整流电路中，晶闸管承受的峰值电压为 ，U2为变压器二次侧相电压有效值。,电压参数的选取,为可靠换相，取min = 30，则,因为存在10的波动，所以,例,额定负载电压UN = 220V 额定负载电流IN = 25A，要求启动电流限制在60A，并且当负载电流降到3A时，电流仍然连续。 电网频率为工频50Hz，电网额定线电压UL = 380V，电网电压波动10。,解:,电压参数的选取,晶闸管承受的峰值电压值：,取安全裕量为，则晶闸管电压值为588V。晶闸管的确额定电压选取700V.,例,额定负载电压UN = 220V 额定负载电流IN = 25A，要求启动电流限制在60A，并且当负载电流降到3A时，电流仍然连续。 电网频率为工频50Hz，电网额定线电压UL = 380V，电网电压波动10。,解:,(3)变压器的设计 变压器容量计算 根据负载要求可知Id =25A变压器相电流有效值为：,S1 =S2 =7.344KVA，取S为7.5KVA。,取I1=7A U1=380V I2=21A U2=120V S=7.5KVA,变压器原边电流：,例,额定负载电压UN = 220V 额定负载电流IN = 25A，要求启动电流限制在60A，并且当负载电流降到3A时，电流仍然连续。 电网频率为工频50Hz，电网额定线电压UL = 380V，电网电压波动10。,解:,平波电抗器取：L=28(mH) IL=Id=25A,(4)平波电抗器的计算,最小平波电抗器值的计算公式:,3.3 变压器漏感对相控整流电路的影响,变压器漏感的影响: 电感电流不能突变,因此,当负载电流从A相换相到B相时，A相电流逐渐减小，而B相电流是从零逐步增大，这个过程称为换相过程。,考虑变压器漏感的三相半波共阴极整流电路,换相过程所对应的时间用电角度表示，叫换相重叠角，用表示。,3.3 变压器漏感对相控整流电路的影响,考虑变压器漏感的三相半波共阴极整流电路,sim,换相过程影响: (1)输出电压降低 (2)换相时间长短与漏感大小有关, 与负载电流大小有关,换相过程分析,换相过程等效电路: VT1VT2,设控制角为a. 经VT1VT2回路电流为ik,设负载电感较大,负载电流基本上为常数.,回路电流为ik从0增加到Id时换相过程结束.,求得ik即可算出换相重叠角,换相期间，ik=ib,换相过程分析,以自然换相点作为时间原点:,换相过程等效电路,当触发脉冲到来到换流结束时，回路电流为ik从0增加到Id.,换相过程分析,换相压降计算：,换相过程等效电路,换相过程分析,换相压降计算：,换相压降与漏感及负载电流大小成正比,其中变压器漏抗:,换相过程等效电路,换相过程分析,换相重叠角g的计算,因为:,换相过程等效电路,换相过程分析,换相重叠角g的计算,换相过程等效电路,相控整流电路换向压降和换向重叠角的计算,（U2为相电压有效值）,返回,3. 4 不可控整流电路,基本特点：电路中的电力电子器件采用整流二极管。 这类电路也称为二极管整流电路。常采用电容虑波。 交直交变频器、不间断电源、开关电源等应用场合大都采用不可控整流电路。 最常用的是单相桥式和三相桥式两种接法。,3. 4 不可控整流电路,a),感容滤波的单相桥式不可控整流电路及其工作波形,输出电压平均值 空载时， 重载时，Ud逐渐趋近于0.9U2，即趋近于接近电阻负载时的特性。 在设计时根据负载的情况选择电容C值，使 , 此时输出电压为： Ud1.2U2,3. 4 不可控整流电路,考虑感容滤波的三相桥式不可控整流电路及其波形 a）原理图 b）轻载交流侧电流波形 c）重载交流侧电流波形,三相桥式不可控整流电路主要数量关系 输出电压平均值 Ud在（2.34U2 2.45U2）之间变化 电流平均值 二极管电流平均值为Id的1/3，即 ID=Id/3=IR/3,3.5 整流电路的谐波分析,1、谐波问题的提出,2、谐波分析基本方法：傅立叶级数分析方法,3、降低谐波的方法,要点：,谐波的概念,非正弦电压u(wt)分解为如下形式的傅里叶级数：,谐波的概念,非正弦电压u(wt) 傅里叶级数形式：,式中:,基波分量:,n次谐波：,非正弦电流i(wt) 具有相似的傅里叶级数形式,无功与功率因数的概念,式中：为电流滞后于电压的相位差。,功率因数：,无功功率Q与有功功率P、视在功率S之间的关系：,正弦电路,有功功率：,无功与功率因数的概念,非正弦电路 - 假设电压是正弦波,输入功率因数：交流电源输入有功功率平均值P与视在功率S之比,I1/I：称为基波因数 cos1：称为位移因数或基波功率因数,非正弦电路 - 假设电压是正弦波,只要电流存在谐波, 有 PF1,无功与功率因数的概念,3.5.1 问题的提出,谐波和无功的危害：谐波会导致损耗增加、影响周围设备正常工作，无功将浪费电网容量，降低电网系统使用效益。,电力电子器件工作在开关状态，是非线性元件，导致流过器件、电网侧的电流具有非正弦形式，导致输入侧电流谐波(harmonics)与无功(reactive power)增加 。,随着电力电子技术的发展，其应用日益广泛，由此带来的谐波和无功问题日益严重，引起了关注。,3.5. 2 谐波分析,谐波分析基本方法：傅立叶级数分析方法,分析两种方波电流的谐波：,180方波电流谐波分析,单相桥式全控整流电路大电感负载时流过整流变压器的电流即为180方波波形。,注意：坐标右移a不改变各次谐波有效值,180方波电流谐波分析,将电流波形分解为傅里叶级数，可得:,其中基波和各次谐波有效值为:,n=1,3,5,180方波电流谐波分析,功率因数 基波电流有效值为:,i2的有效值I=Id，可得基波因数为:, 位移因数为: (电流基波与电压的相位差就等于控制角),功率因数为：,120方波电流谐波分析,三相桥式全控整流电路大电感负载时流过整流变压器的电流即为120方波波形。,电流波形分解为傅立叶级数,120方波电流谐波分析,电流基波和各次谐波有效值分别为:,120方波电流谐波分析,电流基波与电压的相位差仍为，故位移因数仍为 :,功率因数为:,3.5.3 降低谐波的方法, 采用电力电子补偿装置 如输入侧加装APF装置（有源电力虑波器） 电力电子装置前端直接增加功率因数校正装置,3.6 大功率整流电路,在相控整流电路中如果要实现采用相同器件达到更大的功率，需要采用大功率整流电路。,大功率整流电路中，为减少交流侧输入电流的谐波或提高功率因数，从而减小对供电电网的干扰，常采用多重化整流电路。,3.6 大功率整流电路,在相控整流电路中如果要实现采用相同器件达到更大的功率，需要采用大功率整流电路。,带平衡电抗器的双反星形整流电路,多重化整流电路。,3.6.1 带平衡电抗器的双反星形相控整流电路,关键:理解平衡电抗器LP的作用,3.6.1 带平衡电抗器的双反星形整流电路,在电解电镀等工业应用中，经常需要低压大电流的可调直流电源。如果采用三相桥式电路，电流通道中有两个晶闸管串联，管压降较大，降低了效率。在这种情况下，可采用带平衡电抗器的双反星形相控整流电路。,6相半波共阴极整流电路,在A点时刻, T1开始承受正偏电压，给T1触发脉冲，T1导通,自然换相点: 相电压的交点:A、B等时刻,在B点时刻,T2开始承受正偏电压，给T2触发脉冲，T2导通 .T1关断。,触发顺序：T1T2T6T1,晶闸管电流有效值:,带平衡电抗器的双反星形相控整流电路,电路特点:,带平衡电抗器的双反星形相控整流电路,采用对称控制, 有:,一周期中每个晶闸管导通的时间120,带平衡电抗器的双反星形整流电路有以下特点： 两组三相半波电路双反星形并联工作，整流电压的脉动情况比三相半波时小得多。 同时有两相导电，变压器磁路平衡，不存在直流磁化问题。 与六相半波电路相比，变压器二次绕组的利用率提高了一倍，所以变压器的设备容量比六相半波整流时小。 整流器件流过电流的有效值，电感性负载时比六相半波电路小，故提高了整流器件的负载能力。,3.6.2 多重化整流电路,大功率整流电路中，为减少交流侧输入电流的谐波或提高功率因数，从而减小对供电电网的干扰，常采用多重化整流电路。,并联多重联结: 负载电流是各整流电路输出电流之和,串联多重联结: 负载电压是各整流电路输出电压之和,3.6.2 多重化整流电路,并联多重联结,串联多重联结,3.7 相控整流电路的有源逆变工作状态,如把直流电能变为交流电能回馈交流电网，称为有源逆变，完成有源逆变的装置称为有源逆变器。,3.7.1 有源逆变的工作原理,3.7.2 三相半波有源逆变电路,3.7.3 三相桥式有源逆变电路,3.7.4 逆变失败与最小逆变角的限制,把直流电能变为交流电的过程称为逆变。如交流电送普通负载如电机使用，则此种逆变称为无源逆变。,3.7.1 有源逆变的工作原理,把直流电能变为交流电能输出给交流电网，称为有源逆变，完成有源逆变的装置称为有源逆变器。,全波整流电路的整流工作状态,3.7.1 有源逆变的工作原理,全波整流电路的整流工作状态,当控制角在090范围内变化时，直流侧输出电压Ud0。整流器输出功率，电动机吸收功率，此时电动机处于电动工作状态，电流值为：,逆变:因Id方向不能变,要求Ud0,必须E0,全波整流电路的逆变工作状态,设负载电感较大,负载电流连续. E0,输出整流电压平均值:,0,直流电能变为交流电能回馈电网,全波整流电路的逆变工作状态,有源逆变的条件为： 要有直流电动势源，其极性必须与晶闸管的导通方向一致（E0)。 变流器直流侧电压平均值必须小于零，即：Ud0，为此控制角应大于90。,逆变角:,3.7.2 三相半波有源逆变电路,逆变器逆变工作时，直流侧电压计算公式和整流时一样,引入逆变角， 令=-，则：,2,ud,3,考虑控制角a90情况:输出电压为负,但电流方向不变直流侧电能回馈电网,3.7.3 三相桥式有源逆变电路,逆变角: =-,整流电压:,逆变电路波形 (E0),3.7.3 三相桥式有源逆变电路,输出直流电流的平均值:,从交流侧送到直流侧负载的有功功率:,设id=Id , 近似直流,逆变电压:,流过晶闸管电流的有效值:,变压器二次侧线电流有效值:,3.7.4 逆变失败与最小逆变角的限制,由于逆变电路通常内阻很小，逆变运行时，如果出现变流器输出的平均电压和外接的直流电动势变成顺向串联, 或变流器输出的平均电压与直流电源之差过大，就会在ud、R、E等之间形成短路，产生极大的短路电流，从而将损害变流器。这种情况称为逆变失败，或称为逆变颠覆。,逆变电路应用的关键问题就是要防止逆变失败。,逆变颠覆问题:,电源缺相导致逆变失败分析,设T1触发脉冲到来之前a相电源突然掉电. 设b60,1,2,3,ud,逆变失败工作波形,T1触发脉冲到来后T3维持导通,T2触发脉冲到来时因c相电压高于b相电压，T3仍维持导通,逆变失败的原因,主要有： 1、触发电路工作不可靠，致使晶闸管不能正常换相，使交流电压和直流电动势顺向串联，形成短路。,2、晶闸管发生故障，器件失去阻断能力，或应导通时刻不能导通，造成逆变失败。,3、在逆变工作时，交流电源发生缺相或突然消失，由于直流电动势的存在，晶闸管仍可导通，此时变流器交流侧由于失去了同直流电动势极性相反的交流电压，因此直流电动势将经晶闸管电路而短路。,4、换相裕量角不足，引起换相失败，应考虑变压器漏抗引起的换相重叠角对逆变电路换相的影响。,逆变失败的防止,最小逆变角min的选取要考虑以下因素： 换相重叠角，一般取1525电角度。 晶闸管关断时间tq所对应的电角度，一般tq大的可达200300s，折算电角度为45。 安全裕量角。考虑脉冲调整时不对称、电网波动等因素影响，还必须留有一个安全裕量角，一般选取为10。,最小逆变角min为：,1、硬件工作可靠,2、设置最小控制角，确保可靠换相,3.7.5 晶闸管-直流电动机系统工作原理,3.7.5 晶闸管-直流电动机系统工作原理,第一象限：电流Id大于零，电动机电磁转矩与电流成正比，因此电动机电磁转矩大于零，转矩方向是驱动电动机正转；电机正转，反电动势EM与电动机转速成正比。组桥工作在整流状态，EM，。电流从Ud正极性端流出，故整流桥输出电能；电流从EM正极性端流入，电动机吸收电能，处于正转电动状态。,正转整流,3.7.5 晶闸管-直流电动机系统工作原理,第二象限：电流Id小于零，组桥工作；转速大于零，电动机正转，EM极性不变，由电流方向可知，UdEM，电流从EM正极性端流出，电动机输出电能，电磁转矩为负，电机处于正转发电制动状态；组桥电流从Ud正极性端流入，吸收电能，处于逆变状态。,正转逆变,3.7.5 晶闸管-直流电动机系统工作原理,第三象限：电磁转矩小于零，电流Id小于零，组桥工作；转速小于零，电动机反转，EM极性改变，由电流方向可知，UdEM，电流从EM正极性端流入，电动机吸收电能，电机处于反转电动状态；组桥电流从Ud正极性端流出，输出电能，处于整流状态。,反转整流,3.7.5 晶闸管-直流电动机系统工作原理,第四象限：电流Id大于零，组桥工作；转速小于零，电动机反转，EM极性不变，由电流方向可知，UdEM，电流从EM正极性端流出，电动机输出电能，电磁转矩为正，电机处于反转发电制动状态；组桥电流从Ud正极性端流入，吸收电能，处于逆变状态。,反转逆变,3.8 相控整流电路的晶闸管触发电路,主电路对门极触发电路的要求主要有： 触发脉冲应有合适的功率、波形要符合要求。对感性负载，脉冲的宽度要宽一些，一般达到50Hz的18。,触发脉冲的相位应能在规定的范围内移动。,触发脉冲与晶闸管主电路电源必须同步: 两者频率相同，而且具有要求的相位关系。,3.8.1 同步信号为锯齿波的触发电路,脉冲放大 强触发,1同步环节,触发电路与主电路同步是指锯齿波的频率相位要与主回路电源的频率相位相同。,在uTB负半周的下降段，D1导通，电容C1被迅速充电。uQ uTB,T2截止。,在uTB负半周的上升段，+E1通过R1给C1反向充电， uQ上升,选择R1使uQ上升速度比uTB波形慢，因此D1截止, T2截止。,在uTB正半周前期，uQ依然小于1.4V, D1、T2保持截止。,当Q点电位达到1.4V时，T2导通,uQ变化与电源同频率、相位,2锯齿波的形成环节,T1、Dz、RP2和R3为一恒流源。C2两端电压Uc为:,Q点电压1.4V时, T2导通,Q点电压1.4V时, T2截止,3脉冲移相环节,ue3是与主电路频率同步的锯齿波电压,根据叠加原理，T4基极电压为：,ub4 =(ue3upuco)/3,T4导通后,T4基极电压为0.7V,4脉冲的形成与放大环节,T4基极控制电压ub4 0.7V,ub40.7V,无脉冲输出,T4截止, T5饱和导通， uc5接近于-E1,T7、T8处于截止状态，无脉冲输出,C3充电，充满后电容电压接近2E1,t1,4脉冲的形成与放大环节,电容C3经电源+E1、R11、D4、T4放电和反向充电，使T5基极电位又逐渐上升.,ub4 0.7V, u