电力电子第3章整流电路 (2)

1、l一、单相可控整流电路一、单相可控整流电路 l二、三相可控整流电路二、三相可控整流电路 l三、变压器漏感对整流电路影响三、变压器漏感对整流电路影响l四、大功率可控整流电路四、大功率可控整流电路 l五、有源逆变电路五、有源逆变电路 l六、晶闸管直流电动机系统l七、可控电路的驱动控制七、可控电路的驱动控制 整流电路；交流转换为直流整流电路；交流转换为直流 按照输入交流电源的相数按照输入交流电源的相数: :单相、三相和多相整流电路；单相、三相和多相整流电路； 按电路中组成的电力电子器件控制特性按电路中组成的电力电子器件控制特性: :不可控、半控和全控不可控、半控和全控整流电路；整流电路； 根据整流电

2、路的结构形式根据整流电路的结构形式: :半波、全波和桥式整流电路等类型。半波、全波和桥式整流电路等类型。负载的性质主要有：电阻性、电感性、电容性、反电动势等。负载的性质主要有：电阻性、电感性、电容性、反电动势等。 可控整流电路可控整流电路: :电压可调；电压可调； 二极管整流电路二极管整流电路:电压固定；电压固定； 整流电路的类型整流电路的类型 ：l一、单相可控整流电路一、单相可控整流电路 l二、三相可控整流电路二、三相可控整流电路 l三、变压器漏感对整流电路影响三、变压器漏感对整流电路影响l四、大功率可控整流电路四、大功率可控整流电路 l五、有源逆变电路五、有源逆变电路 l六、晶闸管直流电动

3、机系统l七、可控电路的驱动控制七、可控电路的驱动控制 在单相可控整流电路中，定义晶闸管从承受正向电压起到触在单相可控整流电路中，定义晶闸管从承受正向电压起到触发导通之间的电角度发导通之间的电角度称为控制角称为控制角(或移相角或移相角)，晶闸管在一个周期，晶闸管在一个周期内导通的电角度称为导通角，用内导通的电角度称为导通角，用表示。表示。 tUusin222图图3 3.1.1 单相半波可控整流单相半波可控整流 （1）电阻性负载）电阻性负载（3.1.1） 上式表明，只要改变控制角上式表明，只要改变控制角(即改变触发时即改变触发时刻刻)，就可以改变整流输出电压的平均值，达到，就可以改变整流输出电压的

4、平均值，达到可控整流的目的。可控整流的目的。 电阻性负载时参数计算：电阻性负载时参数计算：根据波形图根据波形图3.1.1 (b)，可求出整流输出电压平均值可求出整流输出电压平均值为为：2cos145. 02cos12)(sin221222UUttdUUd 移相范围：移相范围：整流输出电压整流输出电压Ud的平均值从最大值变的平均值从最大值变化到零时，控制角化到零时，控制角的变化范围为移相范围。的变化范围为移相范围。当当=时，时，Ud=0，当当=0时，时，Ud=0.45U2为最大值。为最大值。单相半波可控整流电路带电阻性负载时移相范围为单相半波可控整流电路带电阻性负载时移相范围为。图图3 3.1.

5、1（b) 单相半波可控单相半波可控 整流波形图整流波形图 电阻性负载时参数计算（续）：电阻性负载时参数计算（续）： 图图3 3.1.1（b) 单相半波可单相半波可控整流波形图控整流波形图 242sin)()sin2(21222 UtdtUU根据有效值的定义，整流输出电压的有效值为根据有效值的定义，整流输出电压的有效值为 （3.1.3）那么，整流输出电流的平均值那么，整流输出电流的平均值Id和有效值和有效值I分别为分别为RUI RUIdd 电流的波形系数电流的波形系数Kf为为 )cos1(2)(22sin2cos12242sin dfIIK（3.1.6）（2.1.4）（3.1.5）上式上式(2.

6、1.6)表明，控制角表明，控制角越大，波形系数越大，波形系数Kf越大。越大。 电阻性负载时参数计算（续）：电阻性负载时参数计算（续）： 图图3 3.1.1 单相半波可控单相半波可控 整流原理整流原理（3.1.7）如果忽略晶闸管如果忽略晶闸管T的损耗，则变压器二次侧输出的的损耗，则变压器二次侧输出的有功功率为有功功率为 电源输入的视在功率为电源输入的视在功率为（3.1.9）（3.1.8） 从上式可知，功率因数是控制角从上式可知，功率因数是控制角的函数，且越的函数，且越大，大，可控整流输出电压越低，功率因数可控整流输出电压越低，功率因数PF越小。越小。 当当=0时，时， =0.707为最大值。这是

7、因为电路的输为最大值。这是因为电路的输出电流中不仅存在谐波，而且基波电流与基波电压出电流中不仅存在谐波，而且基波电流与基波电压(即即电源输入正弦电压电源输入正弦电压)也不同相，即是使电阻性负载，也不同相，即是使电阻性负载， 也不会等于也不会等于1。UIRIPd 2IUS2电路的功率因数电路的功率因数242sin22UUIUUISPCOSCOSCOS （2）电感性负载）电感性负载（等效为电感（等效为电感L和电阻和电阻R串联）串联）图图3.1.2 感性负载单相半波可控整流电路及其波形感性负载单相半波可控整流电路及其波形工作原理工作原理( 2) 电感性负载电感性负载 )(21)(21tdutduUU

8、ULRdLdRd02)(21)(2100 diLtddtdiLtduULdL )(21tduURd故故 （3.1.10）（3.1.11）（3.1.12） (2) 电感性负载（大电感）电感性负载（大电感） 22 0 dU (2) 电感性负载（大电感）电感性负载（大电感） 在电源电压正半周，在电源电压正半周，负载电流由晶闸管导通提负载电流由晶闸管导通提供；供； 电源电压负半周时，电源电压负半周时，续流二极管续流二极管D D维持负载电流；维持负载电流； 因此负载电流是一个因此负载电流是一个连续且平稳的直流电流。连续且平稳的直流电流。大电感负载时，负载电流大电感负载时，负载电流波形是一条平行于横轴的波

9、形是一条平行于横轴的直线，其值为直线，其值为I Id； 晶闸管与续流管承受的最大电压均为晶闸管与续流管承受的最大电压均为 （3）电感性负载（大电感）参数计算）电感性负载（大电感）参数计算22UddTdVTIII22ddDdVDIIIR22ddDVDIIIR22ddTVTIII22（3.1.16）（3.1.13）（3.1.14）（3.1.15）l1）优点：）优点：l 线路简单，调整方便；线路简单，调整方便；l2）缺点：）缺点：l （a）输出电压脉动大，负载电流脉动大（电阻性负）输出电压脉动大，负载电流脉动大（电阻性负载时）。载时）。l （b）整流变压器次级绕组中存在直流电流分量，）整流变压器次级

10、绕组中存在直流电流分量， 使铁芯磁化，变压器容量不能充分利用。若不用变压器，使铁芯磁化，变压器容量不能充分利用。若不用变压器，则交流回路有直流电流，使电网波形畸变引起额外损耗。则交流回路有直流电流，使电网波形畸变引起额外损耗。l3）应用：）应用：l 单相半波可控整流电路只适于小容量、波形要求不单相半波可控整流电路只适于小容量、波形要求不高的场合。高的场合。（4）单相半波可控整流电路特点：）单相半波可控整流电路特点：(1)阻性负载阻性负载图图2 2.1.5 单相全控桥式整流电路单相全控桥式整流电路带电阻性负载的电路与工作波形带电阻性负载的电路与工作波形tUtUumsin2sin222（的移相范围

11、是的移相范围是0 0180180）工作原理分析：工作原理分析：u (i )ttt000i2udidb)c)d)dduVT1,4 单相全控桥式带电阻负载时的电路及波形阻性负载参数计算：阻性负载参数计算：3 3）输出电流的平均值和有效值分别为）输出电流的平均值和有效值分别为2 2）整流输出电压的有效值为）整流输出电压的有效值为 即即U Ud d为最小值时，为最小值时，=180=180，UdUd为最大值时为最大值时=0=0，所以单相全控所以单相全控桥式整流电路带电阻性负载时，桥式整流电路带电阻性负载时，的移相范围是的移相范围是0 0180180。1 1）整流输出电压的平均值）整流输出电压的平均值 2

12、cos19.0)cos1(2)(sin21222 UUttdUUd 22sin)()sin2(1222UtdtUU2cos19 . 02 ddddRURUI 22sin2ddRURUI（3.1.17）（3.1.18）（3.1.19）（3.1.20）阻性负载参数计算：阻性负载参数计算：4 4）流过每个晶闸管的平均电流为输出电流平均值的一半，即）流过每个晶闸管的平均电流为输出电流平均值的一半，即5 5）流过每个晶闸管的电流有效值为）流过每个晶闸管的电流有效值为2cos145. 0212dddVTRUII222sin2)()sin2(21222IRUtdtRUIddVT（3.1.22）（3.1.21

13、）26 6）晶闸管承受的最大反向电压为）晶闸管承受的最大反向电压为 U U2 2。 7 7）在一个周期内每个晶闸管只导通一次，流过晶闸管的电流）在一个周期内每个晶闸管只导通一次，流过晶闸管的电流波形系数为波形系数为 )cos1 (2)(22sin2cos1222sin222dddVTVTfTRURUIIK（3.1.23）阻性负载参数计算：阻性负载参数计算：9） 在一个周期内电源通过变压器两次向负载提供能量，因此负在一个周期内电源通过变压器两次向负载提供能量，因此负载电流有效值与变压器次级电流有效值载电流有效值与变压器次级电流有效值I2相同。那么电路的功率因相同。那么电路的功率因数可以按下式计算

14、数可以按下式计算8 8）负载电流的波形系数为）负载电流的波形系数为)cos1(2)(22sin dfIIK22sin222UUIUUISPCOS（3.1.25）（3.1.24）、 的移相范围相等，均为的移相范围相等，均为0 0180180；、输出电压平均值、输出电压平均值U Ud是半波整流电路的倍；是半波整流电路的倍；、在相同的负载功率下，流过晶闸管的平均电流减、在相同的负载功率下，流过晶闸管的平均电流减 小一半；小一半；、功率因数提高了、功率因数提高了 倍。倍。2 通过上述数量关系的分析，通过上述数量关系的分析，电阻负载时，电阻负载时，对单相全对单相全控桥式整流电路与半波整流电路可作如下比较

15、：控桥式整流电路与半波整流电路可作如下比较：（2）大电感负载大电感负载 图图2.1.6 .1.6 单相全控桥式整流电路带电感性负载电路与波形图单相全控桥式整流电路带电感性负载电路与波形图工作原理分析：工作原理分析：电路控制角的电路控制角的移相范围移相范围为为0 0/2/22OtOtOtudidi2b)OtOtuVT1,4OtOtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4大电感负载大电感负载参数计算：参数计算：1 1）在电流连续的情况下整流输出电压的平均值为）在电流连续的情况下整流输出电压的平均值为2 2）整流输出电压有效值为）整流输出电压有效值为3 3）晶闸管承受的最大正反向电压为）晶闸管承

16、受的最大正反向电压为 U U2 2。 cos22)(sin2122UttdUUd cos9 . 02U (0(09090) )222)()sin2(1UtdtUU 2(3.1.26) (3.1.27) 4）在一个周期内每组晶闸管各导通）在一个周期内每组晶闸管各导通180180，两组轮流导通，两组轮流导通，变压器次级中的电流是正负对称的方波，电流的平均值变压器次级中的电流是正负对称的方波，电流的平均值I Id d和和有效值有效值I I相等，其波形系数为。相等，其波形系数为。大电感负载大电感负载参数计算：参数计算：5 5）在电流连续的情况下晶闸管电流的平均值和有效值为）在电流连续的情况下晶闸管电流

17、的平均值和有效值为(3.1.28) (3.1.29) 单相全控桥式整流电路具有输出电流脉动小，功率因数高，单相全控桥式整流电路具有输出电流脉动小，功率因数高，变压器次级中电流为两个等大反向的半波，没有直流磁化问题，变压器次级中电流为两个等大反向的半波，没有直流磁化问题，变压器的利用率高。变压器的利用率高。 在大电感负载情况下，在大电感负载情况下，接近接近/2时，输出电压的平均值接时，输出电压的平均值接近于零，负载上的电压太小。且理想的大电感负载是不存在的，近于零，负载上的电压太小。且理想的大电感负载是不存在的，故实际电流波形不可能是一条直线，而且在故实际电流波形不可能是一条直线，而且在之前，电

18、流就之前，电流就出现断续。电感量越小，电流开始断续的出现断续。电感量越小，电流开始断续的值就越小。值就越小。dddTdVTIIII2122dddTVTIIII2122 结论：结论：图图3.1.7 单相全控桥式整流电路带反电势负载电路与波形图单相全控桥式整流电路带反电势负载电路与波形图（3）反电势负载工作原理反电势负载工作原理 反电动势负载：反电动势负载：对于可控整流对于可控整流电路来说，被充电的蓄电池、电容电路来说，被充电的蓄电池、电容器、正在运行的直流电动机的电枢器、正在运行的直流电动机的电枢（电枢旋转时产生感应电动势（电枢旋转时产生感应电动势E）等本身是一个直流电压的负载。等本身是一个直流

19、电压的负载。dddRiEu dddREui 图图3.1.7 单相全控桥式整流电路单相全控桥式整流电路 带反电势负载电路波形图带反电势负载电路波形图（3 3）反电势负载工作原理）反电势负载工作原理 导电角导电角时，整流电流波形出时，整流电流波形出现断流。其波形如图现断流。其波形如图3.1.7(.1.7(c)c)所示，所示，图中的图中的为停止导电角。也就是说为停止导电角。也就是说与电阻负载时相比，晶闸管提前了与电阻负载时相比，晶闸管提前了电角度停止导电。电角度停止导电。 22arcsinUE (3.1.30) 时，若触发脉冲到来，晶闸时，若触发脉冲到来，晶闸管因承受负电压不可能导通。为了管因承受负

20、电压不可能导通。为了使晶闸管可靠导通，要求触发脉冲使晶闸管可靠导通，要求触发脉冲有足够的宽度，保证当有足够的宽度，保证当 时刻晶闸管开始承受正电压时，触时刻晶闸管开始承受正电压时，触发脉冲仍然存在。这样就要求触发发脉冲仍然存在。这样就要求触发角角。 t反电势负载参数计算反电势负载参数计算(3.1.32) (3.1.31) l1）整流器输出端直流电压平均值）整流器输出端直流电压平均值 l2）整流电流平均值）整流电流平均值 )()cos(cos21)()sin2(122 EUEtdEtUEUd EU )cos(cos2212 dddREtUtdiIsin21)(12 EURd )cos(cos21

21、2（1 1）大电感负载时的工作情况）大电感负载时的工作情况 图图3 3.1.8 单相半控桥式整流电路带单相半控桥式整流电路带大电感负载时的电压、电流波形图大电感负载时的电压、电流波形图 晶闸管在触发时刻被迫换流，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，然换流；由于自然续流的作用，整流输出电压整流输出电压u ud的波形没有负的波形没有负半波的部分，与全控桥电路带半波的部分，与全控桥电路带电阻性负载相同。电阻性负载相同。 的移相范围为的移相范围为0 0180180，U Ud、d d的计算公式和全控桥带电的计算公式和全控桥带电阻性负载

22、时相同；流过晶闸管阻性负载时相同；流过晶闸管和二极管的电流都是宽度为和二极管的电流都是宽度为180180的方波且与无关，交流的方波且与无关，交流侧电流为正负对称的交变方波。侧电流为正负对称的交变方波。 工作特点：工作特点：（1 1）大电感负载时的工作情况）大电感负载时的工作情况 图图3 3.1.8 单相半控桥式整流电路带单相半控桥式整流电路带大电感负载时的电压、电流波形图大电感负载时的电压、电流波形图 在实际运行中，当突然在实际运行中，当突然把控制角把控制角 增大到增大到180以以上或突然切断触发电路时，上或突然切断触发电路时，会发生正在导通的晶闸管会发生正在导通的晶闸管一直导通两个二极管轮导

23、一直导通两个二极管轮导通的失控现象。此时触发通的失控现象。此时触发信号对输出电压失去了控信号对输出电压失去了控制作用，失控在使用中是制作用，失控在使用中是不允许的，为了消除失控，不允许的，为了消除失控，带电感性负载的半控桥式带电感性负载的半控桥式整流电路还需加接续流二整流电路还需加接续流二极管。极管。 续流二极管的作用：续流二极管的作用：消除失控消除失控大电感负载时参数计算大电感负载时参数计算 输出电压平均值为输出电压平均值为2cos19 . 0)cos1 (2)(sin21222 UUttdUUd输出电压有效值为输出电压有效值为 22sin)()sin21222UtdtUU（(3.1.34)

24、 (3.1.33) 在控制角为在控制角为时，每个晶闸管一周期内的导通角为时，每个晶闸管一周期内的导通角为 ，续，续流管的流通角为流管的流通角为 ，大电感负载时参数计算大电感负载时参数计算 ddTdVTIII22ddTVTIII22ddDdVDIIIR2ddDVDIIIR2流经续流二极管的平均电流和有效电流分别为流经续流二极管的平均电流和有效电流分别为(3.1.36) (3.1.35) (3.1.38) (3.1.37) 则流过晶闸管的电流平均值和有效值分别为则流过晶闸管的电流平均值和有效值分别为 T 2 Dl一、单相可控整流电路一、单相可控整流电路 l二、三相可控整流电路二、三相可控整流电路

25、l三、变压器漏感对整流电路影响三、变压器漏感对整流电路影响l四、大功率可控整流电路四、大功率可控整流电路 l五、有源逆变电路五、有源逆变电路 l六、晶闸管直流电动机系统l七、可控电路的驱动控制七、可控电路的驱动控制 l 1 1）在）在t1t2期间，相电压比、相都高，如果在期间，相电压比、相都高，如果在t1时刻触发晶闸管时刻触发晶闸管导通，负载上得到相电压导通，负载上得到相电压uA。l 2 2）在）在t2t3期间，相电压最高，若在期间，相电压最高，若在t2时刻触发时刻触发导导通，负载上得到通，负载上得到B相电压相电压uB， 关断关断 。l 3 3）在）在t3 t4时期间，时期间，C C相电压最高

26、，若在相电压最高，若在t3刻触发刻触发导导通，负载上得到相电压通，负载上得到相电压uC，并关断，并关断。 （1 1）电阻性负载工作原理分析）电阻性负载工作原理分析图图3.2.1 .2.1 电阻性负载的三相半波可控整流电路及波形电阻性负载的三相半波可控整流电路及波形( (=0=0) )l 自然换流点：自然换流点：tt1 1、tt2 2和和tt3 3时刻距相电压波形过零点时刻距相电压波形过零点3030电角度，它是各相晶闸管能被正常触发导通的最早时刻，在该点电角度，它是各相晶闸管能被正常触发导通的最早时刻，在该点以前，对应的晶闸管因承受反压，不能触发导通，所以把它叫做以前，对应的晶闸管因承受反压，不

27、能触发导通，所以把它叫做自然换流点。自然换流点。l 在三相相控整流电路中，把自然换流点作为计算控制角在三相相控整流电路中，把自然换流点作为计算控制角的的起点，即该处起点，即该处=0=0（注意：这与单相可控整流电路是不同的）。（注意：这与单相可控整流电路是不同的）。 （1 1）电阻性负载工作原理分析）电阻性负载工作原理分析图图3.2.1 .2.1 电阻性负载的三相半波可控整流电路及波形电阻性负载的三相半波可控整流电路及波形( (=0=0) )（1 1）电阻性负载工作原理分析）电阻性负载工作原理分析当当=30=30时，时，u ud、i id波形临界连续。波形临界连续。 当当=150=150时，整流

28、输出电压为零。时，整流输出电压为零。 在在30时，输出电压和电流波形将时，输出电压和电流波形将不再连续；不再连续；在电源交流电路中不存在电感在电源交流电路中不存在电感情况下，晶闸管之间的电流转移是在情况下，晶闸管之间的电流转移是在瞬间完成的；瞬间完成的；负载上的电压波形是相电压的负载上的电压波形是相电压的一部分；一部分；晶闸管处于截止状态时所承受晶闸管处于截止状态时所承受的电压是线电压而不是相电压。的电压是线电压而不是相电压。整流输出电压的脉动频率为整流输出电压的脉动频率为 HZ( (脉波数脉波数m=3)。结论：结论：图图3 3.2.2 .2.2 三相半波相控整流三相半波相控整流=18=18、

29、6060时的波形图时的波形图150503 电阻性负载数量关系电阻性负载数量关系 若若A相电源输入相电压相电源输入相电压 ，B、C相相相相应滞后应滞后 则有如下数量关系：则有如下数量关系：tUuA sin222 120)300(cos17. 1)(sin23/2126562 UttdUUd 式中式中为整流变压器二次侧相电压有效值。为整流变压器二次侧相电压有效值。 (3.2.1) 当当3030时，负载电流连续，各相晶闸管每周期时，负载电流连续，各相晶闸管每周期轮流导电轮流导电120120，即导通角，即导通角T T =120=120。输出电压平均值为输出电压平均值为 当当=0时整流输出电压平均值时整

30、流输出电压平均值d最大。增大最大。增大，Ud减小，当减小，当=150时，时，Ud=0。所以带电阻性负载的三相所以带电阻性负载的三相半波相控整流电路的半波相控整流电路的移相范围为移相范围为0150电阻性负载数量关系电阻性负载数量关系(3.2.2) 当当30时，负载电流断续，时，负载电流断续， ，输出电压平均值输出电压平均值d为为150 62)(sin23/21ttdUUd3)30cos(117. 12 U)15030( (4) 晶闸管承受的最大反向电压为电源线电压峰值，晶闸管承受的最大反向电压为电源线电压峰值，即即 ，最大正向电压为电源相电压，即最大正向电压为电源相电压，即 。22U26U电阻性

31、负载数量关系电阻性负载数量关系(3.2.4) （5 5）负载电流的平均值）负载电流的平均值 dddRUI ddVTII31)2cos2332(212dVTRUI30 o)2sin412cos4365(212dVTRUI15030 流过每个晶闸管的平均电流流过每个晶闸管的平均电流流过每个晶闸管的电流有效值为流过每个晶闸管的电流有效值为(3.2.5) (3.2.3) (3.2.6) （2 2）大电感负载）大电感负载 ( (a)a)在在3030时，时，u ud d的波形与电的波形与电阻性负载时相同。阻性负载时相同。 (b)30 (b)30时时u ud d波形出现部分负压。波形出现部分负压。 ( (c

32、)c)尽管尽管3030，由于大电感负由于大电感负载的作用，仍然使各相晶闸管导通载的作用，仍然使各相晶闸管导通120120，保证了电流的连续。，保证了电流的连续。 电路特点：电路特点：图图3.2.33.2.3 大电感负载的三相半波整流电路及波形大电感负载的三相半波整流电路及波形 （2 2）大电感负载（无续流二极管）数量关系）大电感负载（无续流二极管）数量关系流过每个晶闸管的平均电流与有效电流分别为流过每个晶闸管的平均电流与有效电流分别为 65622cos17. 1)(sin23/21UttdUUd 当当=0时时Ud最大最大，当当=90时，时，Ud=0。因此，大电感因此，大电感负载时，负载时，三相

33、半波整流电路的移相范围为三相半波整流电路的移相范围为090。整流输出电压平均值整流输出电压平均值ud为为dddTdVTIIII313601202dddTVTIIII577. 0312(3.2.8) (3.2.7) (3.2.9) （3 3）大电感负载接续流二极管时）大电感负载接续流二极管时4 4）续流二极管在一周期内导通三）续流二极管在一周期内导通三次，其导通角次，其导通角D D=3(=3(3030) )。 1）ud的波形与纯电阻性负载时一样，的波形与纯电阻性负载时一样，Ud的计算公式也一样。的计算公式也一样。)300(cos17. 1)(sin23/2126562 UttdUUd图图3.2.

34、4 大电感负载的大电感负载的 三相半波整流电路三相半波整流电路2 2）负载电流）负载电流i id=i=iT1+i+iT2+i+iT3+i+iD。3 3）一周期内晶闸管的导通角）一周期内晶闸管的导通角 T=150=150。（3 3）大电感负载接续流二极管时）大电感负载接续流二极管时图图3.2.4 大电感负载的大电感负载的 三相半波整流电路三相半波整流电路（3.2.13）5 5）流过晶闸管的平均电流和有效电流分别为）流过晶闸管的平均电流和有效电流分别为6 6）流过续流管的平均电流和）流过续流管的平均电流和有效电流分别为有效电流分别为ddTdVTIII3601502ddTVTIII3601502dd

35、DdVDIITIR12030ddDVDIITIR12030（3.2.10）（3.2.11）（3.2.12） 共阴极组的自然换流点共阴极组的自然换流点( (=0=0) )在在tt1 1、tt、tt时刻，分别时刻，分别触发触发、晶闸管。晶闸管。 共阳极组的自然换流点共阳极组的自然换流点( (=0=0) )在在tt、tt、tt时刻，分别时刻，分别触发触发、晶闸管。晶闸管。 晶闸管的导通顺序为：晶闸管的导通顺序为：1 12 23 34 45 56 6。 图图3.2.5.2.5 三相桥式相控整流电路三相桥式相控整流电路 带电阻负载带电阻负载 时的情况时的情况0（1 1）电阻性负载工作原理电阻性负载工作原

36、理（2）三相桥式全控整流电路的特点三相桥式全控整流电路的特点 （a a）每个时刻均需每个时刻均需2 2个不同组的晶闸管同时导通，形个不同组的晶闸管同时导通，形成向负载供电的回路，其中且不能为同一相的晶闸管；成向负载供电的回路，其中且不能为同一相的晶闸管； （b）对触发脉冲的要求：对触发脉冲的要求：6个晶闸管的触发脉冲按个晶闸管的触发脉冲按 ug1ug2ug3ug4ug5ug6的顺序（相位依次差的顺序（相位依次差60） 分别触发晶闸管分别触发晶闸管123456；共阴极组共阴极组1、3、5的触发脉冲依次相差的触发脉冲依次相差120，共阳极组共阳极组、的触发脉冲也依次差的触发脉冲也依次差 120,

37、同一相的上下两个桥臂，即同一相的上下两个桥臂，即 T1、与与T4，T3与与 T6，T5与与 T2脉冲相差脉冲相差180；（2）三相桥式全控整流电路的特点三相桥式全控整流电路的特点 宽脉冲触发：宽脉冲触发：使脉冲宽度大于使脉冲宽度大于60( (一般取一般取80100););双脉冲触发：双脉冲触发：用两个窄脉冲代替宽脉冲，两个窄脉冲的前沿用两个窄脉冲代替宽脉冲，两个窄脉冲的前沿相差相差60，脉宽一般为，脉宽一般为2030。 （c）全控桥触发脉冲类型：全控桥触发脉冲类型：（d d）带电阻负载时三相桥式全控整流电路角带电阻负载时三相桥式全控整流电路角的移相范围的移相范围是是 120。 (3)三相桥式全

38、控整流三相桥式全控整流电路电路不同时工作原理不同时工作原理 =30=30时工作波形：时工作波形：图图3.2.6 三相桥式相控整流电路三相桥式相控整流电路 带电阻负载带电阻负载=30=30 时的情况时的情况（3）三相桥式全控整流三相桥式全控整流电路电路不同时工作原理不同时工作原理 =60=60时工作波形：时工作波形：图图3.2.7 三相桥式相控整流电路三相桥式相控整流电路 带电阻负载带电阻负载=60=60 时的情况时的情况=90=90时工作波形：时工作波形：图图3.2.8 三相桥式相控整流电路三相桥式相控整流电路 带电阻负载带电阻负载=90=90 时的情况时的情况（3）三相桥式全控整流三相桥式全

39、控整流电路电路不同时工作原理不同时工作原理 （4）三相桥式全控整流电路参数计算三相桥式全控整流电路参数计算 2）当）当6060时，负载电流不连续，整流输出电压时，负载电流不连续，整流输出电压的平均值为的平均值为 1）当）当6060时，负载电流连续，负载上承受的是线电时，负载电流连续，负载上承受的是线电压设其表达式为压设其表达式为 ，在，在 内积分上内积分上 、下限为下限为 和和 。因此当控制角为。因此当控制角为时，整流输出电时，整流输出电压的平均值为压的平均值为tUuAB sin232 3 32 3 cos34. 2cos63)(sin631222323UUttdUUd 3cos134. 23

40、cos163)(sin6312223UUttdUUd（3.2.14）（3.2.15）晶闸管承受的最大正、反向峰值电压为晶闸管承受的最大正、反向峰值电压为 26U（5 5）大电感负载）大电感负载 图图3.2.9 3.2.9 带大电感负载的带大电感负载的三相全控桥式三相全控桥式 整流电路及整流电路及=0=0时的电流电压波形时的电流电压波形 1 1）=0=0时工作波形时工作波形电路移向范围为电路移向范围为0 09 90 0（5 5）大电感负载）大电感负载 图图3.2.10 3.2.10 带大电感负载的三相全控桥式整流电路在带大电感负载的三相全控桥式整流电路在=30=30、9090时的电流电压波形时的

41、电流电压波形 2 2）=30=30、 90 90时工作波形时工作波形（6 6）大电感负载参数计算）大电感负载参数计算 在在0 09090范围内负载电流连续，负载上承受的是范围内负载电流连续，负载上承受的是线电压，设其表达式为线电压，设其表达式为 ，而线电压，而线电压超前于相电压超前于相电压3030，在内，在内 积分上、下限为积分上、下限为 和和 。因此当控制角为因此当控制角为时：时：( (3 3.2.16).2.16)tUuAB sin232 cos34. 2cos63)(sin63/1222323UUttdUUd 3 32 31）整流输出电压的平均值为）整流输出电压的平均值为（0 09090

42、）2）负载电流平均值为）负载电流平均值为 cos34. 22ddddRURUI ( (3 3.2.17).2.17) 三相全控桥式整流电路中，晶闸管换流只在本组内进行，每隔三相全控桥式整流电路中，晶闸管换流只在本组内进行，每隔120120换流一次，即在电流连续的情况下，每个晶闸管的导通角换流一次，即在电流连续的情况下，每个晶闸管的导通角T T=120=120。3）流过晶闸管的电流平均值和有效值）流过晶闸管的电流平均值和有效值dddTdVTIIII313601202dddTVTIIII577. 0312( (3 3.2.18).2.18)( (3 3.2.19).2.19)4） 流进变压器次级的

43、电流有效值为流进变压器次级的电流有效值为 35232022)()(21)(21 tdItdIIddddII816. 032 5）晶闸管承受的最大电压为）晶闸管承受的最大电压为26U( (3 3.2.20).2.20)（6 6）大电感负载参数计算）大电感负载参数计算 l一、单相可控整流电路一、单相可控整流电路 l二、三相可控整流电路二、三相可控整流电路 l三、变压器漏感对整流电路影响三、变压器漏感对整流电路影响l四、大功率可控整流电路四、大功率可控整流电路 l五、有源逆变电路五、有源逆变电路 l六、晶闸管直流电动机系统l七、可控电路的驱动控制七、可控电路的驱动控制 l图3.3.1 考虑变压器的漏

44、抗后可控整流电路l 的等效电路及输出电压电流的波形 实际工作中，整流变实际工作中，整流变压器存在漏抗，晶闸管之压器存在漏抗，晶闸管之间的换流不能瞬时完成，间的换流不能瞬时完成，会出现参与换流的两个晶会出现参与换流的两个晶闸管同时导通的现象，同闸管同时导通的现象，同时导通的时间对应的电角时导通的时间对应的电角度称为换相重叠角度称为换相重叠角。1 1、换相重叠角、换相重叠角L Ll l为变压器的每相绕组为变压器的每相绕组 折合到二次侧的漏抗折合到二次侧的漏抗 l图3.3.1 考虑变压器的漏抗后可控整流电路l 的等效电路及输出电压电流的波形 当当tt时刻触发时刻触发时，相电流不能瞬时上时，相电流不能

45、瞬时上升到升到d d值，相电流不能值，相电流不能瞬时下降到零，电流换相瞬时下降到零，电流换相需要时间需要时间t t，换流重叠角换流重叠角所对应的时间为所对应的时间为t t=/=/。在重叠角期间，在重叠角期间，、同时导通，产生一个虚拟同时导通，产生一个虚拟电流电流I Ik k ， 2 2、工作过程、工作过程L Ll l为变压器的每相绕组为变压器的每相绕组 折合到二次侧的漏抗折合到二次侧的漏抗 l图图2 2.3.1 考虑变压器的漏抗后考虑变压器的漏抗后可控整流电路的等效电路可控整流电路的等效电路1 1）换相压降）换相压降U U 3 3、参数计算、参数计算上式中上式中 是变压器每相漏感折合到二次则的

46、漏电抗。是变压器每相漏感折合到二次则的漏电抗。23232311ddIXILSU11LX在图在图2.2.11(a)所示的三相半波可控整流所示的三相半波可控整流电路中，整流输出电压为电路中，整流输出电压为3相波形组合相波形组合（即一周期内换相（即一周期内换相3次），每个周期次），每个周期内有内有3个阴影面积，这些阴影面积之和个阴影面积，这些阴影面积之和3S除以周期除以周期2，即为换相重叠角期间输即为换相重叠角期间输出平均电压的减少量，称为换相压降出平均电压的减少量，称为换相压降U。 (3.3 .5) 换相压降换相压降U正比于负载电流正比于负载电流d d，它相当于整流电源增加了一项等它相当于整流电源

47、增加了一项等 效电阻效电阻 ，但这个等效内阻并不消耗有功功率。，但这个等效内阻并不消耗有功功率。 231Xl上式表明，当上式表明，当L Ll l或或I Id d增大时，增大时，将增大；当将增大；当增大时，增大时，减小。必减小。必须指出，如果在负载两端并联续流二极管，将不会出现换流重叠的须指出，如果在负载两端并联续流二极管，将不会出现换流重叠的现象，因为换流过程被续流二极管的存在所改变。现象，因为换流过程被续流二极管的存在所改变。 2 2）换相重叠角）换相重叠角 )62(coscos211UId(2.3.6)图图3 3.3.1 考虑变压器的漏抗后相控整流电路的等效电路及输出电压电流的波形考虑变压

48、器的漏抗后相控整流电路的等效电路及输出电压电流的波形l一、单相可控整流电路一、单相可控整流电路 l二、三相可控整流电路二、三相可控整流电路 l三、变压器漏感对整流电路影响三、变压器漏感对整流电路影响l四、大功率可控整流电路四、大功率可控整流电路 l五、有源逆变电路五、有源逆变电路 l六、晶闸管直流电动机系统l七、可控电路的驱动控制七、可控电路的驱动控制 1. 带平衡电抗器的双反星形带平衡电抗器的双反星形可可控整流电路工作原理控整流电路工作原理图图3.4.1 带平衡电抗器的双反星形带平衡电抗器的双反星形 相控整流电路及其波形图相控整流电路及其波形图( (3 3.4.6).4.6)2 2、带平衡电

49、抗器的双反星形相控整流电路数量关系、带平衡电抗器的双反星形相控整流电路数量关系根据图根据图 2.4.1(b)得到整流输出电压瞬时值为得到整流输出电压瞬时值为 21112121ddpdAddduuuuuuu 将式（将式（2.4.1）、（）、（2.4.2）代入上式得）代入上式得 ttUumd 12cos131126cos75212332如果控制角为如果控制角为，输出直流电压平均值为输出直流电压平均值为 cos17. 1cos26322UUUd ( (3 3.4.4).4.4)输出直流电压平均值为输出直流电压平均值为22217. 1263233UUUUmd ( (3 3.4.5).4.5)3、结论结

50、论 （4）两种电路中晶闸管的导通及触发脉冲的分配关系）两种电路中晶闸管的导通及触发脉冲的分配关系一样，一样，ud和和id的波形形状一样。的波形形状一样。将双反星形电路与三相桥式电路进行比较：将双反星形电路与三相桥式电路进行比较： （1）三相桥式为两组三相半波串联，而双反星形为）三相桥式为两组三相半波串联，而双反星形为两组三相半波并联，且后者需用平衡电抗器，同时有两两组三相半波并联，且后者需用平衡电抗器，同时有两相导电，变压器磁路平衡，不存在直流磁化问题；相导电，变压器磁路平衡，不存在直流磁化问题； （2）当）当U2相等时，双反星形的相等时，双反星形的Ud是三相桥的是三相桥的1/2，而，而Id是

51、单相桥的是单相桥的2倍；倍； （3）每一整流器件承担负载电流）每一整流器件承担负载电流Id的一半，整流器件的一半，整流器件流过电流的有效值在电感性负载时为流过电流的有效值在电感性负载时为0.289 Id ，所以与所以与其他整流电路相比，提高了整流器件承受负载的能力；其他整流电路相比，提高了整流器件承受负载的能力；l一、单相可控整流电路一、单相可控整流电路 l二、三相可控整流电路二、三相可控整流电路 l三、变压器漏感对整流电路影响三、变压器漏感对整流电路影响l四、大功率可控整流电路四、大功率可控整流电路 l五、有源逆变电路五、有源逆变电路 l六、晶闸管直流电动机系统l七、可控电路的驱动控制七、可

52、控电路的驱动控制 lc、有源逆变器：完成有源逆变的装置、有源逆变器：完成有源逆变的装置l 称为有源逆变器。称为有源逆变器。la、无源逆变电路：将直流电能变为无源逆变电路：将直流电能变为交流电能输出至负载。交流电能输出至负载。lb、有源逆变电路：将直流电能变为交流有源逆变电路：将直流电能变为交流l 电能输出给交流电网。电能输出给交流电网。l3 三相桥式有源逆变电路三相桥式有源逆变电路图图3 3.5.2单相全波整流电路的逆变工作状态单相全波整流电路的逆变工作状态 l图图3 3.5.1单相全波整流电路的整流工作状态单相全波整流电路的整流工作状态 （a）一定要有直流电动势源，其极性必须与晶闸一定要有直

53、流电动势源，其极性必须与晶闸管的导通方向一致，其值应稍大于变流器直流侧的平管的导通方向一致，其值应稍大于变流器直流侧的平均电压。均电压。2(1)有源逆变的条件：有源逆变的条件：（b）变流器必须工作在变流器必须工作在 的区域内，使的区域内，使Ud0。l 因为因为Ra阻值很小阻值很小,其两端电压也很小，因此，其两端电压也很小，因此，UdE，此时电流，此时电流Id从电动机反电势从电动机反电势E的正端注入，直流电机吸收功率。的正端注入，直流电机吸收功率。l 如果在电机运动过程中使控制角如果在电机运动过程中使控制角减小，则减小，则Ud增大，增大，Id瞬时值瞬时值也随之增大，电动机电磁转矩增大，所以电动机

54、转速提高。也随之增大，电动机电磁转矩增大，所以电动机转速提高。l 随着转速升高，随着转速升高，E增大，增大，Id随之减小，最后恢复到原来的数值，随之减小，最后恢复到原来的数值，此时电机稳定运行在较高转速状态。反之，如果使角增大，电动机此时电机稳定运行在较高转速状态。反之，如果使角增大，电动机转速减小。所以，改变晶闸管的控制角，可以很方便地对电动机进转速减小。所以，改变晶闸管的控制角，可以很方便地对电动机进行无级调速。行无级调速。( 2) 全波整流电路工作在整流状态全波整流电路工作在整流状态 当移相控制角当移相控制角在在0范围内变化时，单相全波整流电路直流范围内变化时，单相全波整流电路直流侧输出电压侧输出电压Ud 0，如图如图5.7.1所示，电动机所示，电动机M作电机运行。整流器作电机运行。整流器输出功率，电机吸收功率，电流值为输出功率，电机吸收功率，电流值为：addREUI 式中式中E为电机的反电动势，为电机的反电动势，Ra为电机绕组电阻。为电机绕组电阻。(3.5.1)l (3) 全波整流电路工作在逆变状态全波整流电路工作在逆变状态 l整流电路