电力电子第3章

1、第第3章章 整流电路整流电路要求掌握：要求掌握：l整流电路的结构形式、工作原理，工作波形，整流电整流电路的结构形式、工作原理，工作波形，整流电路各参数的计算和设计方法路各参数的计算和设计方法;l整流电路工作在逆变状态时的工作原理、工作波形。整流电路工作在逆变状态时的工作原理、工作波形。l整流电路的功率因数及谐波分析；整流电路的功率因数及谐波分析；l整流电路的控制电路。整流电路的控制电路。l 整流电路功能整流电路功能：输入交流输入交流电源，电源，输出的直流输出的直流电压平均值电压平均值Ud可以从正的最大值到负的最大值连续可控、可调。可以从正的最大值到负的最大值连续可控、可调。l 整流电路类型整流

2、电路类型：1 按整流输出电压波形分按整流输出电压波形分 2 按电源相数分按电源相数分（1）半波整流）半波整流 （1）单相）单相 （2）三相）三相（2）全波整流）全波整流 （3）六相）六相l 整流电路类型整流电路类型：3 按开关器件不同分按开关器件不同分 4 按控制原理不同分按控制原理不同分（1）不控整流）不控整流 （1）相控整流）相控整流（2）半控整流）半控整流（3）全控整流）全控整流 （2）高频整流）高频整流讲解：先单相，再三相；先半波，再全波；先纯阻负载，再阻感讲解：先单相，再三相；先半波，再全波；先纯阻负载，再阻感负载，再电动势负载。负载，再电动势负载。5 按结构不同分按结构不同分（1）

3、零式整流）零式整流（2）桥式整流）桥式整流3.1 单相整流器单相整流器3.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路 实际应用中，某些负载基本上是电阻性的，如实际应用中，某些负载基本上是电阻性的，如电阻加电阻加热炉、电解和电镀热炉、电解和电镀等。电阻性负载的特点是等。电阻性负载的特点是电压与电电压与电流成正比，波形相同并且同相位，电流可以突变流成正比，波形相同并且同相位，电流可以突变。u电阻性负载电阻性负载1 电路结构及工作原理电路结构及工作原理基本概念理解：基本概念理解：，移相，移相， 移相范围，相控整流移相范围，相控整流半波整流半波整流2 基本数量关系基本数量关系2cos10.45

4、2ddRURUI输出电流平均值输出电流平均值Id:2cos145.02cos12dsin221222dUUttUU直流输出电压平均值直流输出电压平均值Ud:(1) 直流输出电压平均值直流输出电压平均值Ud与输出电流平均值与输出电流平均值Id(2) 输出电压有效值输出电压有效值U与输出电流有效值与输出电流有效值I22sin412RURUI输出电流有效值输出电流有效值I:22sin41d2sin22122UttUU输出电压有效值输出电压有效值U:(3) 晶闸管电流有效值和变压器二次侧电流有效值晶闸管电流有效值和变压器二次侧电流有效值22sin4122VTRUIII(4) 功率因数功率因数cos 整

5、流器功率因数是变压器二次侧有功功率与视在功整流器功率因数是变压器二次侧有功功率与视在功率的比值率的比值22mUU(5) 晶闸管承受的最大正反向电压晶闸管承受的最大正反向电压Um22sin41cos222IUUISP例例3-1 单相半波可控整流器，电阻性负载，电源电压单相半波可控整流器，电阻性负载，电源电压U2为为220V,要求直流输出电压为要求直流输出电压为90V，直流输出平均电流，直流输出平均电流为为30A 计算：计算： (1) 晶闸管的控制角。晶闸管的控制角。 (2) 输出电流有效值。输出电流有效值。 (3) 电路功率因数。电路功率因数。 (4) 选取合适的晶闸管。选取合适的晶闸管。u阻感

6、性负载阻感性负载 电机的励磁线圈和负载串联电抗器等。电机的励磁线圈和负载串联电抗器等。 当流过电感的电流变化时，电感两端产生感应电势，当流过电感的电流变化时，电感两端产生感应电势，感应电势对负载电流的变化有阻止作用，使得负载电感应电势对负载电流的变化有阻止作用，使得负载电流不能突变。流不能突变。当电流增大时当电流增大时，电感吸收能量储能电感吸收能量储能，电，电感的感应电势阻止电流增大；感的感应电势阻止电流增大；当电流减小时当电流减小时，电感释电感释放出能量放出能量，感应电势阻止电流的减小，输出电压、电，感应电势阻止电流的减小，输出电压、电流有相位差。流有相位差。3.1.1 单相半波可控整流电路

7、单相半波可控整流电路1 电路结构及工作原理电路结构及工作原理2. 数量关系数量关系)(sin2212ttdUUd从从Ud的波形可以看出，由于电感负载的存在，电源电压由正到负的波形可以看出，由于电感负载的存在，电源电压由正到负过零点也不会关断，输出电压出现了负波形，输出电压和电流的平过零点也不会关断，输出电压出现了负波形，输出电压和电流的平均值减小；当大电感负载时输出电压正负面积趋于相等，输出电压均值减小；当大电感负载时输出电压正负面积趋于相等，输出电压平均值趋于零，则平均值趋于零，则id也很小。也很小。所以，实际的电路中，常常在负载两所以，实际的电路中，常常在负载两端并联一个续流二极管。端并联

8、一个续流二极管。当当L一定，一定，越大，越大，越小越小当当一定，一定，L L越大，越大，越大越大直流输出电压平均值直流输出电压平均值Ud为为u阻感性负载加续流二极管（大电感）阻感性负载加续流二极管（大电感）R1. 电路结构及工作原理电路结构及工作原理3.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路2. 基本数量关系基本数量关系2cos10.45 dddRURUI输出电流平均值输出电流平均值Id 2cos145. 02cos122dsin22212dUUttUU输出电压平均值输出电压平均值Ud(1) 输出电压平均值输出电压平均值Ud与输出电流平均值与输出电流平均值Id(2) 器件电流平均值器

9、件电流平均值IdVT与有效值与有效值IVTd2)(2d21VTItdII晶闸管的电流有效值晶闸管的电流有效值I VTd2-dVTII晶闸管的电流平均值晶闸管的电流平均值IdVT ddVDR2 II续流二极管的电流平均值续流二极管的电流平均值IdVDR续流二极管的电流有效值续流二极管的电流有效值IVDRd02dVDR2)(21ItdII(3) 晶闸管和续流二极管承受的最大正反向电压晶闸管和续流二极管承受的最大正反向电压 晶闸管和续流二极管承受的最大正反向电压均为电源晶闸管和续流二极管承受的最大正反向电压均为电源电压的峰值电压的峰值.2m2UU 单相半波可控整流器的特点：单相半波可控整流器的特点：

10、（1）优点：电路简单，调整方便，容易实现。）优点：电路简单，调整方便，容易实现。（2）缺点：）缺点：整流整流电压脉动大电压脉动大，每周期脉动一次。，每周期脉动一次。变压器二次侧流过单方向的电流，存在变压器二次侧流过单方向的电流，存在直流磁化直流磁化、利用率低的问题。利用率低的问题。为使变压器不饱和，必须增大铁心截面，这样就导为使变压器不饱和，必须增大铁心截面，这样就导致致设备容量增大设备容量增大。 u电阻性负载电阻性负载 3.1.2 单相桥式全控整流器单相桥式全控整流器 1 电路结构及工作原理电路结构及工作原理2. 基本数量关系基本数量关系2cos19 . 02ddRURUI 输出电流平均值输

11、出电流平均值Id为为2cos19 . 02cos122dsin21222dUUttUUl 输出电压平均值输出电压平均值Ud为为(1) 输出电压平均值输出电压平均值Ud与输出电流平均值与输出电流平均值Id(2) 输出电压有效值输出电压有效值U2sin21dsin22122UttUU2sin2122RURUII(3) (3) 输出电流有效值输出电流有效值I与变压器二次侧电流与变压器二次侧电流I2(4) 晶闸管的电流平均值晶闸管的电流平均值IdVT与晶闸管电流有效值与晶闸管电流有效值IVTddVT21II22VT2122sin41IRUI2sin21cos2IUUISP(5) 功率因数功率因数cos

12、显然功率因数与显然功率因数与相关，相关，=0时，时，cos=1。 1 电路结构及工作原理电路结构及工作原理u阻感性负载（大电感）阻感性负载（大电感） 3.1.2 单相桥式全控整流器单相桥式全控整流器 2. 基本数量关系基本数量关系cos9 . 0cos22dsin21222dUUttUU2ddIRUI(2) 输出电流平均值输出电流平均值Id和变和变压器副边电流压器副边电流I2 (1) 输出电压平均值输出电压平均值Ud(3) 晶闸管的电流平均值晶闸管的电流平均值IdVT 由于晶闸管轮流导电，所以流过每个晶闸管的平均电流由于晶闸管轮流导电，所以流过每个晶闸管的平均电流只有负载上平均电流的一半。只有

13、负载上平均电流的一半。ddVTI21IdVT21II)25 . 1 (57. 1TT(AV)VII(4) 晶闸管的电流有效值晶闸管的电流有效值IVT 与通态平均电流与通态平均电流 IT(A V) u自学：反电势负载自学：反电势负载 单相全控桥式整流器主要适用于单相全控桥式整流器主要适用于4kW左右左右的应用场合，的应用场合，与单相半波可控整流器相比，整流与单相半波可控整流器相比，整流电压脉动减小电压脉动减小，每周，每周期脉动两次。变压器二次侧流过正反两个方向的电流，期脉动两次。变压器二次侧流过正反两个方向的电流，不存在直流磁化不存在直流磁化，利用率高。，利用率高。 a)TabRLOb)u2i2

14、udidVT1VT2VD3VD4VDRu2OudidIdOOOOOi2IdIdIdIdIdtttttttiV T1iV D4iV T2iV D3iV DR 3.1.3 单相桥式单相桥式 半控整流电路半控整流电路思考：没有续流思考：没有续流二极管会怎样？二极管会怎样？失控失控负载Tu2VD3VD4VT1VT2 3.1.3 单相桥式半控整流电路单相桥式半控整流电路（另一种接法）（另一种接法） a)b)u1TRu2u2i1VT1VT2ududi1OOtt 3.1.4 单相全波可控整流电路单相全波可控整流电路带中心抽头变压器带中心抽头变压器单相全波与单相全控桥的区别单相全波与单相全控桥的区别 （1）单

15、相全波中变压器结构较复杂，绕组及铁芯对铜、铁等材料）单相全波中变压器结构较复杂，绕组及铁芯对铜、铁等材料的消耗多。的消耗多。 （2）单相全波只用）单相全波只用2个晶闸管，比单相全控桥少个晶闸管，比单相全控桥少2个，相应地，门个，相应地，门极驱动电路也少极驱动电路也少2个；但是晶闸管承受的最大电压是单相全控桥个；但是晶闸管承受的最大电压是单相全控桥的的2倍。倍。 （3）单相全波导电回路只含）单相全波导电回路只含1个晶闸管，比单相桥少个晶闸管，比单相桥少1个，因而管个，因而管压降也少压降也少1个。个。 单相全波电路有利于在单相全波电路有利于在低输出电压低输出电压的场合应用。的场合应用。思考思考单相

16、桥式全控整流电路，接大电感负载，加续流单相桥式全控整流电路，接大电感负载，加续流二极管，二极管，U2=220V，R=4，=60（1）做出做出ud，id，iVT, iVDR, uVT波形波形（2）计算计算Ud，Id，IVT，IVDR3.2 三相可控整流电路三相可控整流电路 3.2.1 三相半波可控整流电路（三相零式整流）三相半波可控整流电路（三相零式整流）u电阻性负载电阻性负载1 1 电路结构及工作原理电路结构及工作原理共阴极接法共阴极接法/Y 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路=0时的波形时的波形 三个晶闸管的触发脉冲三个晶闸管的触发脉冲互差互差120，规定，规定t=/6为控制角为控制角

17、的起点，称的起点，称为为自然换相点自然换相点 三相半波可控整流电路电阻负载三相半波可控整流电路电阻负载=30时的波形时的波形 三相半波可控整流电路电阻负载三相半波可控整流电路电阻负载=60 时的波形时的波形 2 数量关系数量关系656cos17.1)(sin23/2122dUttdUU)6/cos(1 675. 0)(sin23/2122d6UttdUU2) 30时时当当=0时，时， Ud= Ud0 =1.17U2当当=150时，时， Ud =01) 30时时思考：晶闸管承受的最大电压为多少？思考：晶闸管承受的最大电压为多少？（6U2 ）3.2.1 三相半波可控整流电路（三相零式整流）三相半波

18、可控整流电路（三相零式整流）u阻感性负载阻感性负载 1 1 电路结构及工作原理电路结构及工作原理（=60）2 数量关系数量关系cos217. 1)(sin223/21656dUttdUUcos17. 112dURI (2) 输出电流平均值输出电流平均值 (1) 输出电压平均值输出电压平均值 由于由于 ud波形是连续的，所以计算输波形是连续的，所以计算输出电压出电压Ud时只需一个计算公时只需一个计算公式：式：=0时，时，Ud=1.17 U2=90时，时，Ud=0(3) 晶闸管电流平均值晶闸管电流平均值 (4) 晶闸管电流有效值晶闸管电流有效值 (5) 晶闸管通态平均电流晶闸管通态平均电流 ddv

19、T31IIdd2vT577. 031IIII)25 . 1 (1.57IvTT(AV)I晶闸管承受的最大电压为晶闸管承受的最大电压为: （6U2 ）三相半波整流主要特点：三相半波整流主要特点： 一个周期内，输出波形有三次换相，输出三个脉波。一个周期内，输出波形有三次换相，输出三个脉波。 一个周期内，电流连续时，一个周期内，电流连续时，SCR轮流导通轮流导通120，电，电流断续时，流断续时，SCR导通小于导通小于120。 SCR承受的最大反向电压为线电压峰值。承受的最大反向电压为线电压峰值。 二次侧存在直流磁化的现象。二次侧存在直流磁化的现象。Eg1：在三相半波可控整流电路的实验中，带纯阻负载时

20、：在三相半波可控整流电路的实验中，带纯阻负载时，一同学从示波器中观察到负载电压，一同学从示波器中观察到负载电压ud波形波形“刚好连续刚好连续”，然后他又将触发脉冲移到使，然后他又将触发脉冲移到使ud波形波形“刚好消失刚好消失”，最后停止移相。试问：他将触发脉冲移了多少角度？最后停止移相。试问：他将触发脉冲移了多少角度？解：刚好连续时触发角为解：刚好连续时触发角为30度，刚好消失时触发角为度，刚好消失时触发角为150度，因此他将触发角移了度，因此他将触发角移了120度。度。 例题解析例题解析Eg2：三相半波电路中，如果：三相半波电路中，如果b相的触发脉冲消失，试画相的触发脉冲消失，试画出电阻性负

21、载时整流电压的波形。出电阻性负载时整流电压的波形。Eg2：P95，10。解：同一相相位相隔解：同一相相位相隔180度。度。Eg2分析：分析：课内思考：课内思考： 如下图三相半波整流电路，电感极大，如下图三相半波整流电路，电感极大，=60， 绘制绘制ud，id，iVT1，uVT1波形。波形。3.2.2 三相桥式可控整流电路三相桥式可控整流电路1 1 电路结构电路结构三相全控桥三相全控桥 共阴极共阴极共阳极共阳极 思考：思考：6 6个器件的触发个器件的触发依次应该间隔多少？依次应该间隔多少？（1）电路工作的基本原则）电路工作的基本原则2 电路工作特点电路工作特点 1) 三相全控桥整流电路三相全控桥

22、整流电路任一时刻必须有两只晶闸任一时刻必须有两只晶闸管同时导通，才能形成负管同时导通，才能形成负载电流，其中一只在共阳载电流，其中一只在共阳极组，另一只在共阴极组。极组，另一只在共阴极组。2)六只晶闸管每间隔六只晶闸管每间隔60 有一只晶闸管换流。触发顺有一只晶闸管换流。触发顺序为序为1，2，3，4，5，6整流输出电压整流输出电压ud波形是由波形是由电源线电压电源线电压uab 、uac、 ubc 、uba 、uca和和ucb的轮流输出的轮流输出所组成的所组成的.3 电路工作波形电路工作波形u带电阻负载时的工作情况带电阻负载时的工作情况 （1）波形图：）波形图： a =0 a =60 a =90

23、 三相桥式全控整流电路带电阻负载三相桥式全控整流电路带电阻负载=0时的波形时的波形 三相桥式全控整流电路带电阻负载三相桥式全控整流电路带电阻负载 =60时的波形时的波形 三相桥式全控整流电路带电阻负载三相桥式全控整流电路带电阻负载 =90时的波形时的波形 l对触发脉冲宽度的要求：整流桥开始工作时以及电流中断后，对触发脉冲宽度的要求：整流桥开始工作时以及电流中断后，要使电路正常工作，需保证应同时导通的要使电路正常工作，需保证应同时导通的2个晶闸管均有脉冲，常个晶闸管均有脉冲，常用的方法有两种：一种是用的方法有两种：一种是宽脉冲触发宽脉冲触发，它要求触发脉冲的宽度大，它要求触发脉冲的宽度大于于60

24、(一般为一般为80100)，另一种是，另一种是双窄脉冲触发双窄脉冲触发，即触发一个晶，即触发一个晶闸管时，向小一个序号的晶闸管补发脉冲。宽脉冲触发要求触发闸管时，向小一个序号的晶闸管补发脉冲。宽脉冲触发要求触发功率大，易使脉冲变压器饱和，所以多采用双窄脉冲触发。功率大，易使脉冲变压器饱和，所以多采用双窄脉冲触发。 l 电阻性负载电阻性负载60时的时的ud波形连续，波形连续，60时时ud波形断波形断续。晶闸管元件两端承受的最大电压是变压器二次线续。晶闸管元件两端承受的最大电压是变压器二次线电压的峰值电压的峰值. 22245.2632UUUUURMFM（2）参数计算）参数计算cos35. 1cos

25、34. 2)(sin323/12L22d323UUttdUU当当=0时，时， Ud= Ud 0 =2.34U2(1) 60 )3/cos(1 34. 2)(sin2233/12d3UttdUU 当当=120时，时， Ud =0 (2) 60 u带阻感负载时的工作情况（大电感）带阻感负载时的工作情况（大电感）（1）波形图：）波形图：a =90 （2） 参数计算参数计算cos35. 1cos34. 2)(sin63/12L22d323UUttdUUcos34.212dURI (2) 输出电流平均值输出电流平均值 =0时，时， Ud0=2.34U2， =90时，时， Ud0=0 。(1) 输出电压平

26、均值输出电压平均值(3) 晶闸管电流平均值晶闸管电流平均值 (4) 晶闸管电流有效值晶闸管电流有效值 (5) 晶闸管额定电流晶闸管额定电流 (6) 变压器二次电流有效值变压器二次电流有效值 ddVT31IIddT577. 031IIIV)25 . 1 (368. 0)25 . 1 (57. 1d)T(AVIIITddVT2816. 0322IIII三相全控桥式整流电路的特点总结：三相全控桥式整流电路的特点总结：l 输出电压输出电压ud由六段线电压组成，每周期脉动六次，每周期脉动频由六段线电压组成，每周期脉动六次，每周期脉动频率为率为300HZ。l 晶闸管承受的电压波形与三相半波时相同，它只与晶

27、闸管导通情晶闸管承受的电压波形与三相半波时相同，它只与晶闸管导通情况有关，其波形由况有关，其波形由3段组成：一段为零段组成：一段为零(忽略导通时的压降忽略导通时的压降)，两，两段为线电压。段为线电压。l 变压器二次绕组流过正负两个方向的电流，消除了变压器的直流变压器二次绕组流过正负两个方向的电流，消除了变压器的直流磁化，提高了变压器的利用率。磁化，提高了变压器的利用率。思考思考1：a,b,c相序接成相序接成a,c,b, 希望输出波形相序正常，试画出双窄希望输出波形相序正常，试画出双窄触发脉冲的波形。触发脉冲的波形。bacTn负载iaidudVT1VT3VT5VT4VT6VT2d2d1思考思考2

28、：P95，12思考思考2分析：分析：3.7 整流电路的有源逆变工作状态整流电路的有源逆变工作状态3.7.1 逆变的概念、条件逆变的概念、条件3.7.2 典型整流电路的有源逆变典型整流电路的有源逆变3.7.3 逆变失败与最小逆变角的限制逆变失败与最小逆变角的限制3.7.1逆变的概念逆变的概念1. 什么是逆变？为什么要逆变？什么是逆变？为什么要逆变？逆变逆变:把直流电转变成交流电，整流的逆过程。把直流电转变成交流电，整流的逆过程。 无源逆变电路无源逆变电路变流电路的交流侧不与电网联变流电路的交流侧不与电网联接，而直接接到负载，将在第接，而直接接到负载，将在第4章介绍章介绍. 有源逆变电路有源逆变电

29、路交流侧和电网联接，能量反馈交流侧和电网联接，能量反馈到电网。到电网。对于可控整流电路，满足一定条件就可工作于有源逆对于可控整流电路，满足一定条件就可工作于有源逆变，其电路形式未变，只是电路工作条件转变。既工变，其电路形式未变，只是电路工作条件转变。既工作在整流状态又工作在逆变状态，称为作在整流状态又工作在逆变状态，称为变流电路。变流电路。2.有源逆变的模拟电路有源逆变的模拟电路结论：能量反馈的条件是：结论：能量反馈的条件是：（1）EBEA，且极性一致。且极性一致。（2）电路中电流的方向必须满足器件的单向导电性。）电路中电流的方向必须满足器件的单向导电性。3 整流电路中有源逆变产生的条件整流电

30、路中有源逆变产生的条件 （1）单相全波电路带电动势负载代替上述电路）单相全波电路带电动势负载代替上述电路v从上述分析中，可以归纳出产生逆变的条件为：从上述分析中，可以归纳出产生逆变的条件为： （1）有直流电动势，其极性和晶闸管导通方向一）有直流电动势，其极性和晶闸管导通方向一致，其值大于变流器直流侧平均电压。致，其值大于变流器直流侧平均电压。 （2）晶闸管的控制角）晶闸管的控制角 /2，使使Ud为负值。为负值。思考：半控桥或有续流二极管的电路，能不能思考：半控桥或有续流二极管的电路，能不能实现逆变？实现逆变？逆变和整流的区别：控制角逆变和整流的区别：控制角 不同不同 0 /2 时，电路工作在整

31、流状态。时，电路工作在整流状态。 /2 /2时的控制角用时的控制角用- = 表示，表示，称为逆变角。称为逆变角。 逆变角逆变角和控制角和控制角a的计量方向相反，其大小自的计量方向相反，其大小自=0的的起始点向左方计量。起始点向左方计量。三相桥式电路工作于有源逆变状态，不同逆变角时三相桥式电路工作于有源逆变状态，不同逆变角时的输出电压波形及晶闸管两端电压波形如图所示。的输出电压波形及晶闸管两端电压波形如图所示。 3.7.2三相桥整流电路的有源逆变工作状态三相桥整流电路的有源逆变工作状态v有源逆变状态时各电量的计算：有源逆变状态时各电量的计算：（3）每个晶闸管导通）每个晶闸管导通/3，故流过晶闸管

32、的电流有效，故流过晶闸管的电流有效值为值为IVT= 1/3 Id =0.577Id （4）在三相桥式电路中，变压器二次侧线电流的有效）在三相桥式电路中，变压器二次侧线电流的有效值为值为I2=2/3 Id =0.816 Id（2）输出直流电流的平均值亦可用整流的公式：）输出直流电流的平均值亦可用整流的公式：Id=(E-Ud)/R（1）输出直流电流的平均值）输出直流电流的平均值Ud= -2.34U2cos = -1.35U2Lcos 3.7.3 逆变失败与最小逆变角的限制逆变失败与最小逆变角的限制逆变失败（逆变颠覆）逆变失败（逆变颠覆） （1）触发电路工作不可靠，不能适时、准确地给各晶闸管分）触发

33、电路工作不可靠，不能适时、准确地给各晶闸管分配脉冲，如脉冲丢失、脉冲延时等，致使晶闸管不能正常换相。配脉冲，如脉冲丢失、脉冲延时等，致使晶闸管不能正常换相。 （2）晶闸管发生故障，该断时不断，或该通时不通。）晶闸管发生故障，该断时不断，或该通时不通。 （3）交流电源缺相或突然消失。）交流电源缺相或突然消失。 （4）换相的裕量角不足，引起换相失败。）换相的裕量角不足，引起换相失败。 1. 逆变失败的原因逆变失败的原因 ？换相重叠角的影响：换相重叠角的影响： 当当 时，逆变顺利。时，逆变顺利。 如果如果 = 时逆变刚好完成。时逆变刚好完成。 如果如果 时导致逆变失败。时导致逆变失败。分析结论：分析

34、结论：2 最小逆变角最小逆变角确定的方法确定的方法 最小逆变角最小逆变角的大小要考虑以下因素：的大小要考虑以下因素：(1) 换相重叠角换相重叠角。 (2) 晶闸管关断时间晶闸管关断时间 tq 所对应的电角度所对应的电角度。大的可达。大的可达200300ms，折算到电角度约，折算到电角度约45 (3) 安全裕量角安全裕量角 考虑到脉冲调整时不对称、电网波动、畸变与温度等影响，考虑到脉冲调整时不对称、电网波动、畸变与温度等影响，还必须留一个安全裕量角，一般取还必须留一个安全裕量角，一般取为为10左右。左右。 综上所述，最小逆变角为：综上所述，最小逆变角为： 为了可靠防止为了可靠防止进入进入min区

35、内，在要求较高的场合，可在触发区内，在要求较高的场合，可在触发电路中加一套保护线路，使电路中加一套保护线路，使在减小时移不到在减小时移不到min区内，或在区内，或在min处设置产生附加安全脉冲的装置，万一当工作脉冲移入处设置产生附加安全脉冲的装置，万一当工作脉冲移入min区内时，则安全脉冲保证在区内时，则安全脉冲保证在min处触发晶闸管，防止逆变处触发晶闸管，防止逆变失败。失败。 00min3530思考：对于三相全控桥：写出下列三种情况下触发脉冲的有效移相范围：电阻性负载大电感负载有源逆变工作状态既工作在整流又工作在有源逆变3.4 电容滤波的不可控整流电路电容滤波的不可控整流电路v电容滤波的单

36、相桥式不可控整流电路电容滤波的单相桥式不可控整流电路v电容滤波的三相桥式不可控整流电路电容滤波的三相桥式不可控整流电路实际应用：间接变频器，实际应用：间接变频器，UPS, 开关电源开关电源3.4.1 电容滤波的单相桥式不可控整流电路电容滤波的单相桥式不可控整流电路a)+RCu1u2i2VD1VD3VD2VD4idiCiRudb)0iud2ti,ud基本工作过程：基本工作过程：a)+RCu1u2i2VD1VD3VD2VD4idiCiRudb)0iud2ti,udRC0151040100500014.540.351.76975.383.790180120.5614422.514.35.40Ud/U

37、20.90.961.181.271.361.391.42Ud在在0.9U21.414U2之间变化，通常在设计时使之间变化，通常在设计时使RC(35)T/2 ,T为交流电源的周期，此时输出电压为交流电源的周期，此时输出电压为：为：Ud1.2 U23.4.2 电容滤波的三相桥式不可控整流电路电容滤波的三相桥式不可控整流电路a)+abcTiaRCudidiCiRVD4VD6VD1VD3VD5VD2b)Oiaudiduduabuac0t3ta)+abcTiaRCudidiCiRVD4VD6VD1VD3VD5VD2b)Oiaudiduduabuac0t3tUd在（在（2.34U2 2.45U2）之间变化

38、，一般取）之间变化，一般取Ud=2.4U23.5 整流电路的谐波和功率因数整流电路的谐波和功率因数 3.5.1 谐波和无功功率分析基础谐波和无功功率分析基础3.5.2 带阻感负载时可控整流电路交流侧谐波和带阻感负载时可控整流电路交流侧谐波和功率因数分析功率因数分析 3.5.4 整流输出电压和电流的谐波分析整流输出电压和电流的谐波分析电流谐波总畸变率电流谐波总畸变率THDi定义为定义为N次谐波电流有次谐波电流有效值效值总谐波电流有效值总谐波电流有效值基波电流基波电流有效值有效值 1. 谐波谐波满足狄里赫利条件，可分解为傅里叶级数满足狄里赫利条件，可分解为傅里叶级数 基波（基波（fundament

39、al）频率与工频相同的分量频率与工频相同的分量 谐波谐波频率为基波频率大于频率为基波频率大于1整数倍的分量整数倍的分量 谐波次数谐波次数谐波频率和基波频率的整数比谐波频率和基波频率的整数比 n次谐波电流含有率以次谐波电流含有率以HRIn表示表示 3.5.1 谐波和无功功率分析基础谐波和无功功率分析基础功率因数是由电压和电流的相位差功率因数是由电压和电流的相位差决定的：决定的：=cos此时无功功率此时无功功率Q与有功功率与有功功率P、视在率、视在率S之间有如之间有如下关系下关系2. 功率因数功率因数正弦电路中电路的有功功率就是其平均功率：正弦电路中电路的有功功率就是其平均功率： v视在功率为电压

40、、电流有效值的乘积，即视在功率为电压、电流有效值的乘积，即S=UI v无功功率定义为：无功功率定义为：Q=UIsinv功率因数功率因数定义为定义为:有功功率有功功率P和视在功率和视在功率S的比值：的比值：l 可见，功率因数由基波电流相移和电流波形畸变可见，功率因数由基波电流相移和电流波形畸变这两个因素共同决定的。这两个因素共同决定的。 公用电网中，通常电压的波形畸变很小，而电流波公用电网中，通常电压的波形畸变很小，而电流波形的畸变可能很大。因此，主要研究电压波形为正形的畸变可能很大。因此，主要研究电压波形为正弦波、电流波形为非正弦波的情况。弦波、电流波形为非正弦波的情况。l 有功功率、视在功率

41、、功率因数的定义均和正弦有功功率、视在功率、功率因数的定义均和正弦电路相同电路相同.p/s=UI1cos1/UI,令令I1/I, cos1（其中（其中 I1为基波电流有效值，为基波电流有效值， 1为基波电流与电为基波电流与电压的相位差，压的相位差，I为畸变电流有效值）为畸变电流有效值）非正弦电路中的情况非正弦电路中的情况v变压器二次侧电流谐波分析：变压器二次侧电流谐波分析：电流中仅含奇次谐波电流中仅含奇次谐波n=1,3,5,7各次谐波有效值与谐波次数成反比，且与基各次谐波有效值与谐波次数成反比，且与基波有效值的比值为谐波次数的倒数波有效值的比值为谐波次数的倒数基波和各次谐波有效值：基波和各次谐

42、波有效值：3.5.2 带阻感负载时可控整流电路交流侧谐波带阻感负载时可控整流电路交流侧谐波和功率因数分析和功率因数分析1.单相桥式全控整流电路（电流单相桥式全控整流电路（电流i2的波形见图的波形见图3-6）功率因数计算功率因数计算 基波电流有效值为基波电流有效值为 电流基波与电压的相位差就等于控制角电流基波与电压的相位差就等于控制角 ，故位移故位移因数为因数为所以，功率因数为所以，功率因数为i2的有效值的有效值I= Id，结合前定义可得基波因数为，结合前定义可得基波因数为三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路带阻感负载带阻感负载a=30 时的波形时的波形2. 三相桥式全控整流电路（图三相桥式

43、全控整流电路（图3-24） 变压器二次侧电流谐波分析变压器二次侧电流谐波分析： 电流基波和各次谐波有效值分别为电流基波和各次谐波有效值分别为电流中仅含电流中仅含6 6k k 1 1（k k为正整数）次谐波为正整数）次谐波各次谐波有效值与谐波次数成反比，且与基波有效值的各次谐波有效值与谐波次数成反比，且与基波有效值的比值为谐波次数的倒数比值为谐波次数的倒数功率因数计算功率因数计算 由前推倒可得基波因数为由前推倒可得基波因数为 功率因数为功率因数为电流基波与电压的相位差仍为电流基波与电压的相位差仍为 ，故位移因数仍为故位移因数仍为a =0 时，时，m(m=3)脉波整流电路的整流电压波形脉波整流电路

44、的整流电压波形3.5.4 整流输出电压和电流的谐波分析整流输出电压和电流的谐波分析整流电路的输出电压中主要成分为直流，同时包含整流电路的输出电压中主要成分为直流，同时包含各种频率的谐波，这些谐波对于负载的工作是不利各种频率的谐波，这些谐波对于负载的工作是不利的。的。对该整流输出电压进行傅里叶级数分解，得出：对该整流输出电压进行傅里叶级数分解，得出： 式中，式中，k=1，2，3；且：；且： =0 时，时，m脉波整流电路的整流电压和整流电流的谐脉波整流电路的整流电压和整流电流的谐波分析波分析 1) 整流输出电压谐波分析：整流输出电压谐波分析： 将纵坐标选在整流电压的峰值处，整流电压的表达式将纵坐标

45、选在整流电压的峰值处，整流电压的表达式为：为： m23612u（%）48.218.274.180.9940不同脉波数不同脉波数m时的电压纹波因数值时的电压纹波因数值为了描述整流电压为了描述整流电压ud0中所含谐波的总体情况，定中所含谐波的总体情况，定义义电压纹波因数电压纹波因数为为ud0中谐波分量有效值中谐波分量有效值UR与整流与整流电压平均值电压平均值Ud0之比：之比： 结论：结论： =0 时整流电压、电流中的谐波有如下规律：时整流电压、电流中的谐波有如下规律：（1）m脉波整流电压脉波整流电压ud0的谐波次数为的谐波次数为mk（k=1，2，3.）次，）次，即即m的倍数次；整流电流的谐波由整流

46、电压的谐波决定，也为的倍数次；整流电流的谐波由整流电压的谐波决定，也为mk次；次；（2）当）当m一定时，随谐波次数增大，谐波幅值迅速减小，表明一定时，随谐波次数增大，谐波幅值迅速减小，表明最低次（最低次（m次）谐波是最主要的，其它次数的谐波相对较少；次）谐波是最主要的，其它次数的谐波相对较少；当负载中有电感时，负载电流谐波幅值当负载中有电感时，负载电流谐波幅值dn的减小更为迅速；的减小更为迅速；（3） m增加时，最低次谐波次数增大，且幅值迅速减小，电压增加时，最低次谐波次数增大，且幅值迅速减小，电压纹波因数迅速下降。纹波因数迅速下降。 3.8 相控电路相控电路 3.8.1 驱动电路驱动电路3.

47、8.2 同步信号为锯齿波的触发电路同步信号为锯齿波的触发电路 3.8.3 集成触发电路集成触发电路v相控：通过控制触发角来控制输出电压的大小，相控：通过控制触发角来控制输出电压的大小，称为相控。称为相控。v相位控制相位控制驱动电路驱动电路 控制电路控制电路 触发电路触发电路给主电路提供可靠的，合乎要求的触发信号。给主电路提供可靠的，合乎要求的触发信号。3.8.1 驱动电路驱动电路1 基本概念基本概念驱动电路驱动电路 （1）主电路与控制电路的接口）主电路与控制电路的接口 （2）隔离主电路和控制电路（电气隔离）隔离主电路和控制电路（电气隔离） ( 3 ) 功率放大功率放大电气隔离：主电路，控制电路

48、互不干扰，强弱电电气隔离：主电路，控制电路互不干扰，强弱电隔离。隔离。 （1）光隔离（采用光耦合器进行隔离）光隔离（采用光耦合器进行隔离） （2）磁隔离（采用脉冲变压器进行隔离）磁隔离（采用脉冲变压器进行隔离）2 晶闸管的典型驱动电路晶闸管的典型驱动电路（1）驱动电路满足的要求）驱动电路满足的要求脉冲相位和宽度均应该使晶闸管可靠导通。脉冲相位和宽度均应该使晶闸管可靠导通。触发脉冲应该有足够的宽度和陡度。触发脉冲应该有足够的宽度和陡度。满足定额要求。满足定额要求。好的抗干扰性和温度稳定性。好的抗干扰性和温度稳定性。（2）理想的晶闸管触发脉冲电流的波形）理想的晶闸管触发脉冲电流的波形前沿上升时间前

49、沿上升时间强脉冲宽度强脉冲宽度脉冲宽度脉冲宽度强脉冲幅值强脉冲幅值脉冲平顶幅值脉冲平顶幅值（3）典型的晶闸管驱动电路）典型的晶闸管驱动电路脉冲放大脉冲放大续流续流限流限流输出正脉冲输出正脉冲截断负脉冲截断负脉冲Tm 电气隔离电气隔离3.8.2 同步信号为锯齿波的触发电路同步信号为锯齿波的触发电路 1 脉冲形成与放大环节（脉冲形成与放大环节（V4,V5,V7,V8）结论：结论：v当当Uco电位达电位达到到07V时，时，V4导通，导通，V5截止，截止，V7，V8导通，导通，输出脉冲。输出脉冲。vV7,V8截止，截止，输出脉冲结束，输出脉冲结束，此时此时V5导通。导通。vV5截止多长时间，输出脉冲就

50、维持多长时间，由此截止多长时间，输出脉冲就维持多长时间，由此决定了脉冲宽度。而决定了脉冲宽度。而V5的截止时间又和的截止时间又和C3的反向充电的反向充电时间有关，因此，脉冲宽度由反向充电系数时间有关，因此，脉冲宽度由反向充电系数R11C3决定决定2 锯齿波形成与脉冲移相环节锯齿波形成与脉冲移相环节（1） 锯齿波形成（锯齿波形成（V1，V2，V3组成）组成）结论：结论：vV2截止，锯齿波输出截止，锯齿波输出vV2导通，锯齿波结束导通，锯齿波结束vRP2决定了锯齿波的斜率。决定了锯齿波的斜率。锯齿波形成锯齿波形成 恒流源电路恒流源电路射极跟随器，射极跟随器，输输入阻抗高，对前入阻抗高，对前级电路影

51、响小级电路影响小. . （2） 移相环节移相环节脉冲脉冲 移相移相结论：结论：vUp定初始相位，使定初始相位，使Uco0时，时，Ud00。vUc0用来移相。用来移相。v锯齿波的宽度一般为锯齿波的宽度一般为240度度3 同步环节同步环节结论：结论：vV2截止输出锯齿波截止输出锯齿波vV2导通锯齿波截止导通锯齿波截止vV2的频率和相位与的频率和相位与主电路频率一样，相主电路频率一样，相位固定，达到同步。位固定，达到同步。v锯齿波的宽度由充锯齿波的宽度由充电时间常数电时间常数R1C1决定决定注意：定向问题！注意：定向问题！4 强触发环节强触发环节(单相全控桥）单相全控桥）5 双窄脉冲形成环节双窄脉冲

52、形成环节3.8.3 集成触发电路集成触发电路v集成触发电路优点：可靠性高，性能好，体积小，集成触发电路优点：可靠性高，性能好，体积小，功耗低，调试方便。功耗低，调试方便。v集成触发电路一般有集成触发电路一般有KC系列，系列，KJ系列。系列。vKJ系列中常用的有系列中常用的有KJ004，KJ041vKJ004封装形式：封装形式：1,15脚输出脉冲，脉冲相隔脚输出脉冲，脉冲相隔180度。度。一个一个KJ004可触发两个管子，在三相桥中需选可触发两个管子，在三相桥中需选用三个用三个KJ004vKJ041封装形式：封装形式：16脚输入单脉冲。脚输入单脉冲。1015脚输出双脉冲。脚输出双脉冲。usa12

53、34567111091413128161512345671110914131281615KJ004KJ004-15 V+15 V12345671110914131281615KJ004RP6RP3(1 6 脚为 6路单脉冲输入)12345671110914131281615KJ 041(1510 脚为 6路双脉冲输出)至 VT1usbuscupucoR19R13R20R14R21R15R9R3R6R18R8R2R5R17R7R1R4R16R10R11R12C7C4C1C8C5C2C9C6C3RP4RP1RP5RP2至 VT2至 VT3至 VT4至 VT5至 VT6本章小结本章小结1 重点掌握：单相全控桥式整流电路和三相全控桥重点掌握：单相全控桥式整流电路和