第3章整流电路3

1、1/1313.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路原理图原理图 阴极连接在一起的阴极连接在一起的3个个晶闸管（晶闸管（VT1，VT3，VT5）称为称为共阴极组共阴极组；阳极连接在；阳极连接在一起的一起的3个晶闸管（个晶闸管（VT4，VT6，VT2）称为）称为共阳极组共阳极组。 共阴极组中与共阴极组中与a，b，c三相电源相接的三相电源相接的3个晶闸管个晶闸管分别为分别为VT1，VT3，VT5，共，共阳极组中与阳极组中与a，b，c三相电三相电源相接的源相接的3个晶闸管分别为个晶闸管分别为VT4，VT6，VT2。 晶闸管的导通顺序为晶闸管的导通顺序为VT1-VT2-VT3-VT4-VT5

2、-VT6。 图图3-18 三相桥式全控整流电路原理图三相桥式全控整流电路原理图2/1313.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路带电阻负载时的工作情况带电阻负载时的工作情况 电路分析电路分析 各自然换相点既是各自然换相点既是相电压相电压的交点，同时也是的交点，同时也是线电压线电压的交点。的交点。 当当 60 时时 ud波形均波形均连续连续，对于电阻负载，对于电阻负载，id波形与波形与ud波形的形状是一样波形的形状是一样的，也的，也连续连续。 =0 时，时，ud为线电压在正半周的为线电压在正半周的包络线包络线。波形见。波形见图图3-19 时段时段共阴极组中导通的晶闸管共阴极组中导通的

3、晶闸管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共阳极组中导通的晶闸管共阳极组中导通的晶闸管VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流输出电压整流输出电压udua-ub=uabua-uc=uacub-uc=ubcub-ua=ubauc-ua=ucauc-ub=ucb表表3-1 三相桥式全控整流电路电阻负载三相桥式全控整流电路电阻负载 =0 时晶闸管工作情况时晶闸管工作情况3/1313.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路 =30 时，晶闸管起始导通时刻推迟了时，晶闸管起始导通时刻推迟了30 ，组成，组成ud的每的每一段线电压因此推迟一段线电压因此推迟30 ，ud平均值降低，波形见平均值降低

4、，波形见图图3-20。 =60 时，时，ud波形中每段线电压的波形继续向后移，波形中每段线电压的波形继续向后移，ud平平均值继续降低。均值继续降低。 =60 时时ud出现了出现了为零的点为零的点，波形见，波形见图图3-21。当当 60 时时 因为因为id与与ud一致，一旦一致，一旦ud降为至零，降为至零，id也降至零，晶闸管也降至零，晶闸管关断，输出整流电压关断，输出整流电压ud为零为零，ud波形不能出现负值。波形不能出现负值。 =90 时的波形见时的波形见图图3-22。 4/1313.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路的一些特点三相桥式全控整流电路的一些特点

5、 每个时刻均需每个时刻均需2个个晶闸管同时导通，形成向负载供电的晶闸管同时导通，形成向负载供电的回路，共阴极组的和共阳极组的回路，共阴极组的和共阳极组的各各1个个，且不能为同一相，且不能为同一相的晶闸管。的晶闸管。 对触发脉冲的要求对触发脉冲的要求 6个晶闸管的脉冲按个晶闸管的脉冲按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，的顺序，相位依次差相位依次差60 。 共阴极组共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差的脉冲依次差120 ，共阳极，共阳极组组VT4、VT6、VT2也依次差也依次差120 。 同一相的上下两个桥臂，即同一相的上下两个桥臂，即VT1与与VT4，VT3与与VT6，

6、VT5与与VT2，脉冲相差，脉冲相差180 。5/1313.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路整流输出电压整流输出电压ud一周期一周期脉动脉动6次次，每次脉动的波形都一样，每次脉动的波形都一样，故该电路为故该电路为6脉波整流电路脉波整流电路。在整流电路合闸启动过程中或电流断续时，为确保电路在整流电路合闸启动过程中或电流断续时，为确保电路的正常工作，需保证同时导通的的正常工作，需保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲个晶闸管均有脉冲 宽脉冲宽脉冲触发触发 ：使脉冲宽度大于：使脉冲宽度大于60 （一般取（一般取80 100 ） 双脉冲双脉冲触发触发 ：用两个窄脉冲代替宽脉冲，两个窄脉冲的：

7、用两个窄脉冲代替宽脉冲，两个窄脉冲的前沿相差前沿相差60 ，脉宽一般为，脉宽一般为20 30 。 常用的是双脉冲触发。常用的是双脉冲触发。 晶闸管承受的电压波形与三相半波时相同，晶闸管承受晶闸管承受的电压波形与三相半波时相同，晶闸管承受最大正、反向电压的关系也一样。最大正、反向电压的关系也一样。6/1313.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路阻感负载时的工作情况阻感负载时的工作情况 电路分析电路分析 当当 60 时时 ud波形连续，电路的工作情况与带电阻负载时十分波形连续，电路的工作情况与带电阻负载时十分相似，各晶闸管的通断情况、输出整流电压相似，各晶闸管的通断情况、输出整流电压

8、ud波形、晶波形、晶闸管承受的电压波形等都一样。闸管承受的电压波形等都一样。 区别在于区别在于电流电流，当电感足够大的时候，当电感足够大的时候，id、iVT、ia的的波形在导通段都可近似为一条水平线。波形在导通段都可近似为一条水平线。 =0 时的波形见时的波形见图图3-23， =30 时的波形见时的波形见图图3-24。 当当 60 时时 由于电感由于电感L的作用，的作用，ud波形会出现波形会出现负的部分负的部分。 =90 时的波形见时的波形见图图3-25。 7/1313.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路基本数量关系基本数量关系 带电阻负载时三相桥式全控整流电路带电阻负载时三相桥

9、式全控整流电路 角的移相范围是角的移相范围是120 ，带阻感负载时，三相桥式全控整流电路的，带阻感负载时，三相桥式全控整流电路的 角移相角移相范围为范围为90 。 整流输出电压平均值整流输出电压平均值 带阻感负载时，或带电阻负载带阻感负载时，或带电阻负载 60 时时 带电阻负载且带电阻负载且 60 时时 cos34.2)(sin63123232UttdUUd)3cos(134. 2)(sin63232UttdUUd(3-26)(3-27)8/1313.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路输出电流平均值为输出电流平均值为Id=Ud/R。当整流变压器为图当整流变压器为图3-17中所示采

10、用中所示采用星形接法星形接法，带阻感负，带阻感负载时，变压器二次侧电流波形如图载时，变压器二次侧电流波形如图3-23中所示，为正负中所示，为正负半周各宽半周各宽120 、前沿相差、前沿相差180 的矩形波，其有效值为：的矩形波，其有效值为： 晶闸管电压、电流等的定量分析与三相半波时一致。晶闸管电压、电流等的定量分析与三相半波时一致。三相桥式全控整流电路接三相桥式全控整流电路接反电势阻感负载反电势阻感负载时的时的Id为：为： 式中式中R和和E分别为负载中的电阻值和反电动势的值。分别为负载中的电阻值和反电动势的值。 2221222()0.8162333ddddIIIII REUIdd(3-28)(

11、3-29)9/1313.3 变压器漏感对整流电路的影响变压器漏感对整流电路的影响变压器漏感变压器漏感 实际上变压器绕组总有实际上变压器绕组总有漏感漏感，该漏感可用一个，该漏感可用一个集中的电感集中的电感LB表示，并将其折算到表示，并将其折算到变压器二次侧变压器二次侧。 由于电感对电流的变化起阻碍作用，电感电流由于电感对电流的变化起阻碍作用，电感电流不能突变，因此不能突变，因此换相换相过程不能瞬间完成，而是会过程不能瞬间完成，而是会持续一段时间持续一段时间。 现以三相半波为例来分析，然后将其结论推广现以三相半波为例来分析，然后将其结论推广 假设负载中电感很大，假设负载中电感很大，负载电流为水平线

12、负载电流为水平线。 10/1313.3 变压器漏感对整流电路的影响变压器漏感对整流电路的影响udidtOtOgiciaibiciaIduaubuc分析从分析从VT1换相至换相至VT2的过程的过程 在在 t1时刻之前时刻之前VT1导通，导通， t1时刻触发时刻触发VT2，因，因a、b两相两相均有漏感，故均有漏感，故ia、ib均不能突变，均不能突变，于是于是VT1和和VT2同时导通，相当同时导通，相当于将于将a、b两相短路两相短路，两相间电，两相间电压差为压差为ub-ua，它在两相组成的，它在两相组成的回路中产生回路中产生环流环流ik如图所示。如图所示。 ik=ib是逐渐增大的，而是逐渐增大的，而

13、 ia=Id-ik是逐渐减小的。是逐渐减小的。 当当ik增大到等于增大到等于Id时，时，ia=0，VT1关断，换流过程结束。关断，换流过程结束。 换相过程持续的时间用电换相过程持续的时间用电角度角度g g表示，称为表示，称为换相重叠角换相重叠角。 t1时刻时刻 图图3-26 考虑变压器漏感时的三考虑变压器漏感时的三相半波可控整流电路及波形相半波可控整流电路及波形 11/1313.3 变压器漏感对整流电路的影响变压器漏感对整流电路的影响基本数量关系基本数量关系 换相过程中，整流输出电压瞬时值为换相过程中，整流输出电压瞬时值为 换相压降：与不考虑变压器漏感时相比，换相压降：与不考虑变压器漏感时相比

14、，ud平均值降平均值降低的多少，即低的多少，即 2ddddbabaduutiLutiLuukBkB556655dbdbbB66565BBB d06d13()d()()d()2 /32dd333d()d2d22dkIkkiUuutuuLttiLtL iX It g g g (3-30)(3-31)12/1313.3 变压器漏感对整流电路的影响变压器漏感对整流电路的影响换相重叠角换相重叠角g g 由式（由式（3-30）得出：）得出： 由上式得：由上式得： 进而得出：进而得出： 当当 时，时， ，于是，于是 B2Bab2)65(sin62)(ddLtULuutik2Bd65sin ()d26kiUt

15、tX2256BB6655sin()d()coscos()2626tkUUitttXXgtdIik)cos(cos26B2dgXUI2dB62)cos(cosUIXg(3-32)(3-33)(3-34)(3-35)(3-36)13/1313.3 变压器漏感对整流电路的影响变压器漏感对整流电路的影响 g g随其它参数变化的规律：随其它参数变化的规律： Id越大则越大则g g越大；越大； XB越大越大g g越大；越大； 当当 90 时，时， 越小越小g g越大。越大。其它整流电路的分析结果其它整流电路的分析结果 电路形式电路形式单相全波单相全波单相全控桥单相全控桥三相半波三相半波三相全控桥三相全控桥

16、m脉波整流电路脉波整流电路 dU)cos(cosgdBIXdB2IXdB23IXdB3IXdB2ImX2Bd2UXI2Bd22UXI2dB62UIX2dB62UIXmUXIsin22Bd注：单相全控桥电路中，注：单相全控桥电路中，XB在一周期的两次换相中都起作用，等效为在一周期的两次换相中都起作用，等效为m=4； 三相桥等效为相电压等于三相桥等效为相电压等于 的的6脉波整流电路，故其脉波整流电路，故其m=6，相电压按，相电压按 代入。代入。23U23U表表3-2 各种整流电路换相压降和换相重叠角的计算各种整流电路换相压降和换相重叠角的计算 14/1313.3 变压器漏感对整流电路的影响变压器漏

17、感对整流电路的影响变压器漏感对整流电路影响的一些结论变压器漏感对整流电路影响的一些结论: 出现换相重叠角出现换相重叠角g g，整流输出电压平均值，整流输出电压平均值Ud降低。降低。 整流电路的工作状态增多。整流电路的工作状态增多。 晶闸管的晶闸管的di/dt减小，有利于晶闸管的安全开通，有时人为串入进减小，有利于晶闸管的安全开通，有时人为串入进线电抗器以抑制晶闸管的线电抗器以抑制晶闸管的di/dt。 换相时晶闸管电压出现缺口，产生正的换相时晶闸管电压出现缺口，产生正的du/dt，可能使晶闸管误导，可能使晶闸管误导 通，为此必须加通，为此必须加吸收电路吸收电路。 换相使电网电压出现缺口，成为换相

18、使电网电压出现缺口，成为干扰源干扰源。15/1313.3 变压器漏感对整流电路的影响变压器漏感对整流电路的影响例：三相桥式不可控整流电路，阻感负载，例：三相桥式不可控整流电路，阻感负载，R=5，L=，U2=220V，XB=0.3，求求Ud、Id、IVD、I2和和g g的值并作出的值并作出ud、iVD和和i2的波形。的波形。解：三相桥式不可控整流电路相当于三相桥式可控整流电路解：三相桥式不可控整流电路相当于三相桥式可控整流电路 0时的情况。时的情况。 Ud3.34U2cos Ud Ud3XBId IdUdR 解方程组得：解方程组得： Ud3.34U2cos （13XB/ R）486.9（V） I

19、d97.38（A） 又又 =2 U2 即得出即得出 =0.892 换流重叠角换流重叠角g g26.93 二极管电流和变压器二次测电流的有效值分别为二极管电流和变压器二次测电流的有效值分别为 IVDId397.38333.46（A） I2a Id79.51（A） ud、iVD1和和i2a的波形如的波形如图图3-27所示。所示。cos)cos(gBdXI6gcos3216/1313.4 电容滤波的不可控整流电路电容滤波的不可控整流电路 3.4.1 电容滤波的单相不可控整流电路电容滤波的单相不可控整流电路 3.4.2 电容滤波的三相不可控整流电路电容滤波的三相不可控整流电路 17/1313.4 电容

20、滤波的不可控整流电路电容滤波的不可控整流电路引言引言交交直直交变频器、不间断电源、开关电交变频器、不间断电源、开关电源等应用场合大都采用源等应用场合大都采用不可控整流电路不可控整流电路。最常用的是最常用的是单相桥式单相桥式和和三相桥式三相桥式两种接法。两种接法。 由于电路中的电力电子器件采用由于电路中的电力电子器件采用整流二极整流二极管管，故也称这类电路为，故也称这类电路为二极管整流电路二极管整流电路。18/1313.4.1 电容滤波的单相不可控整流电路电容滤波的单相不可控整流电路工作原理及波形分析工作原理及波形分析 基本工作过程基本工作过程 在在u2正半周过零点至正半周过零点至 t=0期间，

21、因期间，因u2 和和 RC 分别是电流分别是电流id断续和连续的条件。断续和连续的条件。 通常只有通常只有R是可变的，它的大小反映了是可变的，它的大小反映了负载的轻重负载的轻重，因此在，因此在轻载轻载时直流侧时直流侧获得的充电电流是获得的充电电流是断续断续的，的，重载重载时是时是连续连续的。的。 32=+t)-32( - tRC1232=+t2t)(d32sin6d)(d)+tsin(6deUtU333a)b)ttttaidaidOOOO图图3-33电容滤波的三相电容滤波的三相桥式整流电路当桥式整流电路当 RC等于等于和小于时和小于时 的电流波形的电流波形a） RC= b） RCua，VT6导

22、通，导通，此电流在流经此电流在流经LP时，时，LP上要上要感应一电动势感应一电动势up，其方向是要，其方向是要阻止电流增大阻止电流增大。可导出。可导出Lp两端两端电压、整流输出电压的数学电压、整流输出电压的数学表达式如下：表达式如下：12ddpuuu2112111()222ddpdpdduuuuuuu(3-97)(3-98) t1时刻时刻51/1313.6.1 带平衡电抗器的双反星形可控整流电路带平衡电抗器的双反星形可控整流电路图图3-39 平衡电抗器作用下输出电压的平衡电抗器作用下输出电压的波形和平衡电抗器上电压的波形波形和平衡电抗器上电压的波形图图3-40 平衡电抗器作用下两平衡电抗器作用

23、下两个晶闸管同时导电的情况个晶闸管同时导电的情况虽然虽然ud1ud2，但由于，但由于Lp的平衡作用，的平衡作用，使得晶闸管使得晶闸管VT6和和VT1同时导通。同时导通。时间推迟至时间推迟至ub与与ua的交点时，的交点时，ub =ua，up=0。之后之后ub ub，电流才从，电流才从VT6换至换至VT2，此时此时VT1、VT2同时导电。同时导电。每一组中的每一个晶闸管仍按每一组中的每一个晶闸管仍按三相三相半波的导电规律半波的导电规律而各轮流导电。而各轮流导电。平衡电抗器中点作为整流电压输出平衡电抗器中点作为整流电压输出的负端，其输出的整流电压瞬时值为的负端，其输出的整流电压瞬时值为两组三相半波整

24、流电压瞬时值的平均两组三相半波整流电压瞬时值的平均值。值。 tupud1,ud2OO60360 t1 tb)a)uaubucucuaubub52/1313.6.1 带平衡电抗器的双反星形可控整流电路带平衡电抗器的双反星形可控整流电路谐波分析谐波分析 将图将图3-38中中ud1和和ud2的波形用傅氏级数展开，可得当的波形用傅氏级数展开，可得当 =0 时的时的ud1、ud2，即，即9cos4016cos3523cos411 26321 tttUud9cos4016cos3523cos411 263)60(9cos401)60(6cos352)60( 3cos411 263222 tttUtttUu

25、d由式（由式（3-97）和（）和（3-98）可得）可得 9cos2013cos212632 ttUup6cos3521 2632 tUud 负载电压负载电压ud中的中的谐波分量谐波分量比比直流分量直流分量要小得多，而且要小得多，而且最低次谐波最低次谐波为为六次六次谐谐波。波。 直流平均电压为直流平均电压为 22017. 1)2(63UUUd(3-99)(3-100)(3-101)(3-102)53/1313.6.1 带平衡电抗器的双反星形可控整流电路带平衡电抗器的双反星形可控整流电路。90。60。30udududtOtOtOuaubucucuaububucucuaububucucuaub =3

26、0 、 =60 和和 =90 时输出时输出电压的波形分析电压的波形分析 当需要分析各种控制角时的当需要分析各种控制角时的输出波形时，可根据式（输出波形时，可根据式（3-98）先求出两组三相半波电路的先求出两组三相半波电路的ud1和和ud2波形，然后做出波形波形，然后做出波形(ud1+ud2)/2。 输出电压波形与三相半波电输出电压波形与三相半波电路比较，路比较，脉动程度减小了脉动程度减小了，脉动脉动频率加大一倍频率加大一倍，f=300Hz。 在电感负载情况下，移相范在电感负载情况下，移相范围是围是90 。 在电阻负载情况下，移相范在电阻负载情况下，移相范围为围为120 。 整流电压平均值为整流

27、电压平均值为Ud=1.17图图3-41 当当 =30 、60 、90 时，双时，双反星形电路的输出电压波形反星形电路的输出电压波形U2cos 54/1313.6.1 带平衡电抗器的双反星形可控整流电路带平衡电抗器的双反星形可控整流电路将双反星形电路与三相桥式电路进行比较可得出将双反星形电路与三相桥式电路进行比较可得出以下结论以下结论 三相桥为两组三相半波三相桥为两组三相半波串联串联，而双反星形为两，而双反星形为两组三相半波组三相半波并联并联，且后者需用，且后者需用平衡电抗器平衡电抗器。 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是单相桥的是单相桥的2倍

28、。倍。 两种电路中，晶闸管的导通及触发脉冲的分配两种电路中，晶闸管的导通及触发脉冲的分配关系一样，关系一样，ud和和id的波形形状一样。的波形形状一样。55/1313.6.2 多重化整流电路多重化整流电路可采用多重化整流电路减轻整流装可采用多重化整流电路减轻整流装置所产生的谐波、无功功率等对电网置所产生的谐波、无功功率等对电网的的干扰干扰，将几个整流电路多重联结可，将几个整流电路多重联结可以减少交流侧输入以减少交流侧输入电流谐波电流谐波，而对晶，而对晶闸管多重整流电路采用顺序控制的方闸管多重整流电路采用顺序控制的方法可提高法可提高功率因数功率因数。 移相多重联结移相多重联结 有有并联多重联结并

29、联多重联结和和串联多重联结串联多重联结。 可减少可减少输入电流谐波输入电流谐波，减小，减小输出输出电压电压中的中的谐波谐波并提高并提高纹波频率纹波频率，因而，因而可减小平波电抗器。可减小平波电抗器。 使用使用平衡电抗器平衡电抗器来平衡来平衡2组整流组整流器的电流。器的电流。 图图3-42的电路是的电路是2个三相桥并联而个三相桥并联而成的成的12脉波整流电路脉波整流电路。图图3-42 并联多重联结并联多重联结的的12脉波整流电路脉波整流电路56/1313.7 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 逆变的概念逆变的概念 3.7.2 三相桥整流电路的三相桥整流电路的 有源

30、逆变工作状态有源逆变工作状态 3.7.3 逆变失败与最小逆逆变失败与最小逆 变角的限制变角的限制 57/1313.7.1 逆变的概念逆变的概念什么是逆变？为什么要逆变？什么是逆变？为什么要逆变？ 逆变（逆变（invertion）：把直流电转变成交流电的：把直流电转变成交流电的过程。过程。 逆变电路：把直流电逆变成交流电的电路。逆变电路：把直流电逆变成交流电的电路。 当交流侧和电网连结时，为当交流侧和电网连结时，为有源逆变有源逆变电路。电路。 变流电路的交流侧不与电网联接，而直接接变流电路的交流侧不与电网联接，而直接接到负载，即把直流电逆变为某一频率或可调频率到负载，即把直流电逆变为某一频率或可

31、调频率的交流电供给负载，称为的交流电供给负载，称为无源逆变无源逆变。 对于对于可控整流电路可控整流电路，满足一定条件就可工作于，满足一定条件就可工作于有源逆变有源逆变，其电路形式未变，只是电路工作条件，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，称转变。既工作在整流状态又工作在逆变状态，称为为变流电路变流电路。58/1313.7.1 逆变的概念逆变的概念图图3-46 直流发电机直流发电机电动机之间电能的流转电动机之间电能的流转a）两电动势同极性）两电动势同极性EGEM b）两电动势同极性）两电动势同极性EMEG c）两电动势反极性，形成短路）两电动势反极性，形成短路

32、直流发电机直流发电机电动机系统电能的流转电动机系统电能的流转 M作作电动运转电动运转，EGEM，电流，电流Id从从G流向流向M，电能由，电能由G流向流向M，转变，转变为为M轴上输出的机械能轴上输出的机械能。 回馈制动回馈制动状态中，状态中，M作发电运转，作发电运转，EMEG，电流反向，从，电流反向，从M流向流向G， M轴上输入的机械能转变为电能反送给轴上输入的机械能转变为电能反送给G。 两电动势两电动势顺向串联顺向串联，向电阻，向电阻R供电，供电，G和和M均输出功率，由于均输出功率，由于R一般都很一般都很小，实际上形成短路，在工作中必须严防这类事故发生。小，实际上形成短路，在工作中必须严防这类

33、事故发生。 两个电动势两个电动势同极性相接同极性相接时，电流总是从电动势高的流向电动势低的，由时，电流总是从电动势高的流向电动势低的，由于回路电阻很小，即使很小的电动势差值也能产生大的电流，使两个电动势于回路电阻很小，即使很小的电动势差值也能产生大的电流，使两个电动势之间交换很大的功率，这对分析有源逆变电路是十分有用的。之间交换很大的功率，这对分析有源逆变电路是十分有用的。 59/1313.7.1 逆变的概念逆变的概念EM逆变产生的条件逆变产生的条件 以单相全波电路代替上述发以单相全波电路代替上述发电机来分析电机来分析 电动机电动机M作作电动机电动机运行，运行，全波电路应工作在全波电路应工作在

34、整流状态整流状态， 的范围在的范围在0 /2间，直流侧输出间，直流侧输出Ud为正值，并且为正值，并且UdEM，交流电，交流电网输出电功率，电动机则输入电网输出电功率，电动机则输入电功率。功率。 电动机电动机M作作发电回馈制动发电回馈制动运行，由于晶闸管器件的运行，由于晶闸管器件的单向导单向导电性电性，电路内，电路内Id的方向依然不变，的方向依然不变， 而而M轴上输入的机械能转变为电轴上输入的机械能转变为电能反送给能反送给G，只能改变，只能改变EM的极性的极性，为了避免两电动势顺向串联，为了避免两电动势顺向串联，Ud的极性的极性也必须反过来，故也必须反过来，故 的范的范围在围在 /2 ，且，且|

35、EM|Ud|。 uuua)b)u10udu20u10OO tIdidUdEM10ud2010OOIdidUd /2，使，使Ud为负值。为负值。 两者必须同时具备才能实现有源逆变。两者必须同时具备才能实现有源逆变。半控桥或有续流二极管的电路半控桥或有续流二极管的电路，因其整流电压，因其整流电压ud不能出现负值，也不允许直流侧出现负极性的电不能出现负值，也不允许直流侧出现负极性的电动势，故不能实现有源逆变，欲实现有源逆变，动势，故不能实现有源逆变，欲实现有源逆变，只能采用只能采用全控电路全控电路。61/1313.7.2 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uabuacu

36、bcubaucaucbuabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbuabuacubcuaubucuaubucuaubucuaubu2udtOtOb =4b =3b =6b =4b =3b =6t1t3t2图图3-48 三相桥式整流电路工作于有源逆变状态时的电压波形三相桥式整流电路工作于有源逆变状态时的电压波形 逆变角逆变角 通常把通常把 /2时的控制角用时的控制角用 - =b b表示，表示，b b称为逆变角称为逆变角。 b b的大小自的大小自b b=0的起始点向的起始点向左方左方计量。计量。 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三相桥式电

37、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管两端电压波形如图3-48所示。所示。 62/1313.7.2 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IIIddVT577. 03REUIMdd基本的数量关系基本的数量关系 三相桥式电路的输出电压三相桥式电路的输出电压Ud=-3.34U2cosb b=-1.35U2Lcosb b输出直流电流的平均值输出直流电流的平均值 流过晶闸管的电流有效值流过晶闸管的电流有效值从交流电源送到直流侧负载的有功功率为从交流电源送到直流侧负载的有功功率为变压器二次侧线电流的有效值变压器二次侧线电流的有效值 当逆变工作

38、时，由于当逆变工作时，由于EM为负值，故为负值，故Pd一般为负值一般为负值，表示功率由直流电，表示功率由直流电源输送到交流电源。源输送到交流电源。 (3-105)(3-106)(3-107)(3-108)IEIRPdMdd2IIIIddVT816. 0322263/1313.7.3 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运行时，一旦发生换相失败，外接的直流电逆变运行时，一旦发生换相失败，外接的直流电源就会通过晶闸管电路形成短路，或者使变流器源就会通过晶闸管电路形成短路，或者使变流器的输出平均电压和直流电动势变成顺向串联，由的输出平均电压和直流电动势变成顺向串联，由于逆变电路的

39、内阻很小，形成很大的短路电流，于逆变电路的内阻很小，形成很大的短路电流，这种情况称为这种情况称为逆变失败逆变失败，或称为，或称为逆变颠覆逆变颠覆。逆变失败的原因逆变失败的原因 触发电路触发电路工作不可靠，不能适时、准确地给各工作不可靠，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。使晶闸管不能正常换相。 晶闸管晶闸管发生故障，该断时不断，或该通时不通。发生故障，该断时不断，或该通时不通。 交流电源交流电源缺相或突然消失。缺相或突然消失。 换相的换相的裕量角裕量角不足，引起换相失败。不足，引起换相失败。64/1313

40、.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udOOidttuaubucuaubpbgb giVT1iVTiVT3iVTiVT322考虑变压器漏抗引起重叠角考虑变压器漏抗引起重叠角对对逆变电路换相的影响逆变电路换相的影响 以以VT3和和VT1的换相过程来分析，的换相过程来分析，在在b bg g时，经过换相过程后，时，经过换相过程后，a相电相电压压ua仍高于仍高于c相电压相电压uc，所以换相结，所以换相结束时，能使束时，能使VT3承受反压而承受反压而关断关断。 当当b bg g时，换相尚未结束，电路时，换相尚未结束，电路的工作状态到达自然换相点的工作状态到达自然换相点p点之后，

41、点之后，uc将高于将高于ua，晶闸管，晶闸管VT1承受反压而承受反压而重新重新关断关断，使得应该关断的，使得应该关断的VT3不能不能关断却继续关断却继续导通导通，且，且c相电压随着时相电压随着时间的推迟愈来愈高，电动势间的推迟愈来愈高，电动势顺向串顺向串联联导致逆变失败。导致逆变失败。 为了防止逆变失败，不仅逆变为了防止逆变失败，不仅逆变角角b b不能等于零，而且不能太小，必不能等于零，而且不能太小，必须限制在某一允许的须限制在某一允许的最小角度最小角度内。内。 图图3-49 交流侧电抗对逆交流侧电抗对逆变换相过程的影响变换相过程的影响 65/1313.7.3 逆变失败与最小逆变角的限制逆变失

42、败与最小逆变角的限制mUXIBdgsin21cos2mUXIBdgsin2)cos(cos2确定最小逆变角确定最小逆变角b bmin的依据的依据 逆变时允许采用的逆变时允许采用的最小逆变角最小逆变角b b应等于应等于 为晶闸管的关断时间为晶闸管的关断时间tq折合的电角度折合的电角度,约约4 5 g g为换相重叠角，可查阅相关手册，也可根据表为换相重叠角，可查阅相关手册，也可根据表3-2计算，即计算，即 根据逆变工作时根据逆变工作时 = -b b，并设，并设b b=g g，上式可改写成，上式可改写成 由此计算出由此计算出g g 为安全裕量角，主要针对脉冲不对称程度（一般可达为安全裕量角，主要针对

43、脉冲不对称程度（一般可达5 ），约取为），约取为10 。设计逆变电路时，必须保证设计逆变电路时，必须保证 ，因此常在触发电路中附加一保护环节，保证，因此常在触发电路中附加一保护环节，保证触发脉冲不进入小于触发脉冲不进入小于b bmin的区域内。的区域内。 minbbmingb(3-109)(3-110)(3-111)66/1313.8 相控电路的驱动控制相控电路的驱动控制 3.8.1 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 3.8.2 集成触发器集成触发器 3.8.3 触发电路的定相触发电路的定相67/1313.8 相控电路的驱动控制相控电路的驱动控制引言引言相控电路相控电路 晶

44、闸管可控整流电路，通过控制晶闸管可控整流电路，通过控制触发角触发角 的大小即控制的大小即控制触发脉冲起始触发脉冲起始相位相位来控制输出电压大小。来控制输出电压大小。 采用晶闸管相控方式时的交流电力变换电路和交交变采用晶闸管相控方式时的交流电力变换电路和交交变频电路（第频电路（第4章）。章）。相控电路的驱动控制相控电路的驱动控制 为保证相控电路正常工作，很重要的是应保证按为保证相控电路正常工作，很重要的是应保证按触发触发角角 的大小在正确的时刻向电路中的晶闸管施加有效的触的大小在正确的时刻向电路中的晶闸管施加有效的触发脉冲。发脉冲。 晶闸管相控电路，习惯称为晶闸管相控电路，习惯称为触发电路触发电

45、路。大、中功率的变流器广泛应用的是大、中功率的变流器广泛应用的是晶体管触发电路晶体管触发电路，其，其中以中以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应用最多。应用最多。68/1313.8.1 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电路输出可为电路输出可为双窄脉冲双窄脉冲（适（适用于有两个晶闸管同时导通的用于有两个晶闸管同时导通的电路），也可为电路），也可为单窄脉冲单窄脉冲。三个基本环节：三个基本环节：脉冲的形成脉冲的形成与放大与放大、锯齿波的形成和脉冲锯齿波的形成和脉冲移相移相、同步环节同步环节。此外，还有。此外，还有强触发和双窄脉冲形成环节强触发和双窄脉冲形成环节。

46、脉冲形成环节脉冲形成环节 由晶体管由晶体管V4、V5组成，组成，V7、V8起起脉冲放大脉冲放大作用。作用。 控制电压控制电压uco加在加在V4基极基极上上 电路的触发脉冲由脉冲电路的触发脉冲由脉冲变压器变压器TP二次侧输出，其一次二次侧输出，其一次绕组接在绕组接在V8集电极电路中。集电极电路中。 脉冲前沿由脉冲前沿由V4导通时刻导通时刻确定，脉冲宽度与反向充电回确定，脉冲宽度与反向充电回路时间常数路时间常数R11C3有关。有关。图图3-50 同步信号为同步信号为锯齿波的触发电路锯齿波的触发电路69/1313.8.1 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锯齿波的形成和脉冲移相锯齿

47、波的形成和脉冲移相环节环节 锯齿波电压形成的方案锯齿波电压形成的方案较多，如采用较多，如采用自举式电路自举式电路、恒流源电路恒流源电路等，本电路采用等，本电路采用恒流源电路。恒流源电路。 恒流源电路方案由恒流源电路方案由V1、V2、V3和和C2等元件组成，其等元件组成，其中中V1、VS、RP2和和R3为一为一恒恒流源电路流源电路同步环节同步环节 触发电路与主电路的同触发电路与主电路的同步是指要求锯齿波的步是指要求锯齿波的频率频率与与主电路电源的主电路电源的频率相同频率相同且且相相位关系位关系确定。确定。 图图3-50 同步信号为锯齿同步信号为锯齿波的触发电路波的触发电路70/1313.8.1

48、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锯齿波是由开关锯齿波是由开关V2管管来控制的来控制的 V2开关的频率就开关的频率就是是锯齿波的频率锯齿波的频率由同步变压器所接的由同步变压器所接的交流电压决定。交流电压决定。 V2由导通变截止由导通变截止期间产生锯齿波期间产生锯齿波锯齿波起点锯齿波起点基本就是基本就是同步电压由正变负的同步电压由正变负的过零点。过零点。 V2截止状态持续截止状态持续的时间就是的时间就是锯齿波的锯齿波的宽度宽度取决于充电取决于充电时间常数时间常数R1C1。图图3-50 同步信号为锯齿同步信号为锯齿波的触发电路波的触发电路71/1313.8.1 同步信号为锯齿波的

49、触发电路同步信号为锯齿波的触发电路双窄脉冲形成环节双窄脉冲形成环节 内双脉冲电路内双脉冲电路：每个触发单元的一个周期内输出两个：每个触发单元的一个周期内输出两个间隔间隔60 的脉冲的电路。的脉冲的电路。 V5、V6构成一个构成一个“或或”门门 当当V5、V6都导通时，都导通时，V7、V8都截止，没有脉冲输出。都截止，没有脉冲输出。 只要只要V5、V6有一个截止，都会使有一个截止，都会使V7、V8导通，有脉导通，有脉冲输出。冲输出。 第一个脉冲由本相触发单元的第一个脉冲由本相触发单元的uco对应的控制角对应的控制角 产产生。隔生。隔60 的第二个脉冲是由滞后的第二个脉冲是由滞后60 相位的后一相

50、触发相位的后一相触发单元产生（通过单元产生（通过V6）。）。 在三相桥式全控整流电路中，器件的导通次序为在三相桥式全控整流电路中，器件的导通次序为VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6，彼此间隔，彼此间隔60 ，相邻器件，相邻器件成双接成双接通通，所以某个器件导通的同时，触发单元需要给前一个，所以某个器件导通的同时，触发单元需要给前一个导通的器件补送一个脉冲。导通的器件补送一个脉冲。 72/1313.8.2 集成触发器集成触发器1112161151413943578R23+15 V+15 V+15 VRP1R24R2R20RP4R5R1R3R4R6R7R8R12R10R11R14R19

51、R13R25R26R27R28R20R22R16R17R21R18R15V3V2V1V18V19V20V4V5V6V12V13V14V15V16V9V10V11V8V7V17VS5VS1VS2VS3VS4VS6VS7VS8VS9VD1VD2VD3VD4VD5VD6VD7C1C2ubucous图图3-52 KJ004电路原理图电路原理图集成电路集成电路可靠性高，技术性能好，体积小，功耗低，调试方便，已逐步取可靠性高，技术性能好，体积小，功耗低，调试方便，已逐步取代代分立式电路分立式电路。 KJ004 与分立元件的锯齿波移相触发电路相似与分立元件的锯齿波移相触发电路相似,分为分为同步同步、锯齿波形

52、成锯齿波形成、移相移相、脉冲形成脉冲形成、脉冲分选脉冲分选及及脉冲放大脉冲放大几个环节。几个环节。73/1313.8.2 集成触发器集成触发器usa1234567111091413128161512345671110914131281615KJ004KJ004-15V+15V12345671110914131281615KJ004RP6RP3(1 6脚为6路单脉冲输入)12345671110914131281615KJ041(1510脚为6路双脉冲输出)至VT1usbuscupucoR19R13R20R14R21R15R9R3R6R18R8R2R5R17R7R1R4R16R10R11R12C7

53、C4C1C8C5C2C9C6C3RP4RP1RP5RP2至VT2至VT3至VT4至VT5至VT6图图3-53 三相全控桥整流电路的集成触发电路三相全控桥整流电路的集成触发电路完整的三相全控桥触发电路完整的三相全控桥触发电路 3个个KJ004集成块集成块和和1个个KJ041集成块集成块，可形成六路双，可形成六路双脉冲，再由六个晶体管进行脉脉冲，再由六个晶体管进行脉冲放大即可。冲放大即可。 KJ041内部是由内部是由12个二极个二极管构成的管构成的6个个或门或门，其作用是，其作用是将将6路单脉冲输入转换为路单脉冲输入转换为6路双路双脉冲输出。脉冲输出。模拟触发电路与数字触发电模拟触发电路与数字触发

54、电路路 模拟触发电路模拟触发电路的优点是结的优点是结构简单、可靠构简单、可靠;缺点是易受电缺点是易受电网电压影响，触发脉冲不对称网电压影响，触发脉冲不对称度较高，度较高， 可达可达3 4 ，精度低。，精度低。 数字触发电路数字触发电路的脉冲对称的脉冲对称度很好，如基于度很好，如基于8位单片机的位单片机的数字触发器精度可达数字触发器精度可达0.7 1.5 。74/1313.8.3 触发电路的定相触发电路的定相触发电路的定相：触发电路应保证每个晶触发电路的定相：触发电路应保证每个晶闸管触发脉冲与施加于晶闸管的交流电压闸管触发脉冲与施加于晶闸管的交流电压保持固定、正确的保持固定、正确的相位关系相位关

55、系。触发电路的定相触发电路的定相 利用一个利用一个同步变压器同步变压器保证触发电路和主保证触发电路和主电路频率一致。电路频率一致。 接下来的问题是触发电路的定相，即选接下来的问题是触发电路的定相，即选择同步电压信号的相位，以保证触发脉冲择同步电压信号的相位，以保证触发脉冲相位正确，关键是相位正确，关键是确定同步信号与晶闸管确定同步信号与晶闸管阳极电压的关系阳极电压的关系。 75/1313.8.3 触发电路的定相触发电路的定相Ott1t2uaubucu2ua-图图3-54 三相全控桥中同步电压与主电路电压关系示意图三相全控桥中同步电压与主电路电压关系示意图分析三相全控桥分析三相全控桥 VT1所接

56、主电路电压为所接主电路电压为+ua，VT1的触发脉冲从的触发脉冲从0 至至180 的范围为的范围为 t1 t2。 锯齿波的上升段为锯齿波的上升段为240 ，上升段起始的，上升段起始的30 和终了的和终了的30 线性度不好，舍线性度不好，舍去不用，使用中间的去不用，使用中间的180 ，锯齿波的中点与同步信号的锯齿波的中点与同步信号的300 位置对应位置对应。 将将 =90 确定为锯齿波的中点，锯齿波向前向后各有确定为锯齿波的中点，锯齿波向前向后各有90 的移相范围。于的移相范围。于是是 =90 与同步电压的与同步电压的300 对应，也就是对应，也就是 =0 与同步电压的与同步电压的210 对应对

57、应。 =0 对应于对应于ua的的30 的位置，则同步信号的的位置，则同步信号的180 与与ua的的0 对应，说明对应，说明VT1的同步电压应滞后于的同步电压应滞后于ua180 。 对于其他对于其他5个晶闸管，也存在同样的对应关系。个晶闸管，也存在同样的对应关系。 76/1313.8.3 触发电路的定相触发电路的定相图图3-55给出了变压器接法的一种情况及相应的矢量图，其中主电路给出了变压器接法的一种情况及相应的矢量图，其中主电路整流变压器为整流变压器为D,y-11联结，同步变压器为联结，同步变压器为D,y-11,5联结，同步电压选取联结，同步电压选取的结果如表的结果如表3-4所示，为防止电网电

58、压波形畸变对触发电路产生干扰，所示，为防止电网电压波形畸变对触发电路产生干扰，可对同步电压进行可对同步电压进行R-C滤波，当滤波，当R-C滤波器滞后角为滤波器滞后角为60 时，同步电压时，同步电压选取结果如表选取结果如表3-5所示。所示。 D,y 11D,y 5-11TRTSuAuBuCuaubuc- usa- usb- usc- usa- usb- uscUcUsc-UsaUbUsb-Usc-UsbUaUsaUAB图图3-53 同步变压器和整流变压器的接法及矢量图同步变压器和整流变压器的接法及矢量图 77/1313.8.3 触发电路的定相触发电路的定相表表3-4 三相全控桥各晶闸管的同步电压

59、（采用图三相全控桥各晶闸管的同步电压（采用图3-59变压器接法时）变压器接法时） 表表3-5 三相桥各晶闸管的同步电压（有三相桥各晶闸管的同步电压（有R-C滤波滞后滤波滞后60 ）晶闸管晶闸管VT1VT2VT3VT4VT5VT6主电路主电路电压电压+ua -uc +ub -ua +uc -ub 同步电同步电压压-usa +usc -usb +usa -usc +usb 晶闸管晶闸管VT1VT2VT3VT4VT5VT6主电路主电路电压电压+ua -uc +ub -ua +uc -ub 同步电同步电压压+usb -usa +usc -usb +usa -usc 78/1313.8.3 触发电路的定

60、相触发电路的定相例：三相全控桥，电动机负载，要求可逆，整流变压器的接法是例：三相全控桥，电动机负载，要求可逆，整流变压器的接法是D，y-5，采用，采用NPN锯齿波触发器，并附有滞后锯齿波触发器，并附有滞后30 的的R-C滤波器，决定晶闸管的同步电压和同步变压器的联结形式。滤波器，决定晶闸管的同步电压和同步变压器的联结形式。 解：整流变压器接法如图解：整流变压器接法如图3-56所示所示 abcABC以以a相为例，相为例，ua的的120 对应于对应于=90 ，此时，此时Ud=0，处于整流和逆变的临界点。该点与锯齿波的中点重合，即对应，处于整流和逆变的临界点。该点与锯齿波的中点重合，即对应于同步信号