第3章整流电路3

1、第第3章章 整流电路整流电路 3.1 3.1 单单相可控整流电路相可控整流电路 3.2 3.2 三相可控整流电路三相可控整流电路 3.3 3.3 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 3.4 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 3.5 3.5 整流电路的谐波与功率因数整流电路的谐波与功率因数 3.6 3.6 大功率可控整流电路大功率可控整流电路 3.7 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 3.8 3.8 整整流电路相位控制的实现流电路相位控制的实现3.5 整流电路的谐波和功率因数整流电路的谐波和功率因数 随着各种电力电子装置在电力

2、系统、工业、随着各种电力电子装置在电力系统、工业、交通等众多领域的广泛应用，带来的交通等众多领域的广泛应用，带来的谐波谐波和和无功无功问题问题日益严重，也引起了越来越广泛的关注。日益严重，也引起了越来越广泛的关注。 无功功率对公网的影响：无功功率对公网的影响： 无功功率会导致电流增大，视在功率增加，无功功率会导致电流增大，视在功率增加，导致设备容量增加。导致设备容量增加。 无功功率增加，会使总电流增加，从而使线无功功率增加，会使总电流增加，从而使线路和设备的损耗增加。路和设备的损耗增加。 使线路压降增大，冲击性无功负载还会使电使线路压降增大，冲击性无功负载还会使电压剧烈波动。压剧烈波动。 3.

3、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 谐波对公网的危害：谐波对公网的危害： 谐波使电网中的元件产生附加的谐波使电网中的元件产生附加的谐波损耗谐波损耗，降低发电、输电及用电设备的效率，较大的降低发电、输电及用电设备的效率，较大的3次次谐波流过中性线会使线路过热甚至发生火灾。谐波流过中性线会使线路过热甚至发生火灾。 谐波会影响各种电气设备的正常工作，如可谐波会影响各种电气设备的正常工作，如可使电机发生机械振动、噪声和过热，使变压器局使电机发生机械振动、噪声和过热，使变压器局部过热，使电容器、电缆等设备过热、绝缘老化、部过热，使电容器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短以至损坏。寿命

4、缩短以至损坏。3.5 整流电路的谐波和功率因数整流电路的谐波和功率因数 谐波对公网的危害：谐波对公网的危害： 谐波会在电网中引起局部的谐波会在电网中引起局部的并联谐振并联谐振和和串联串联谐振谐振，从而使谐波放大，导致上述两种危害大大，从而使谐波放大，导致上述两种危害大大增加，甚至引起严重事故。增加，甚至引起严重事故。 谐波会导致继电保护和自动装置产生谐波会导致继电保护和自动装置产生误动作误动作，并使电气测量仪表计量不准确。并使电气测量仪表计量不准确。 谐波会对邻近的谐波会对邻近的通信系统通信系统产生产生干扰干扰，轻者产，轻者产生噪声、降低通信质量，重者导致信息丢失，使生噪声、降低通信质量，重者

5、导致信息丢失，使通信系统无法正常工作。通信系统无法正常工作。3.5 整流电路的谐波和功率因数整流电路的谐波和功率因数谐波分析谐波分析 在供电系统中，通常总是希望交流电压和交流在供电系统中，通常总是希望交流电压和交流电流呈电流呈正弦波形正弦波形。正弦波电压可表示为。正弦波电压可表示为)sin(2)(u tUtu 当正弦波电压施加在当正弦波电压施加在线性无源元件线性无源元件电阻、电感电阻、电感和电容上时，其电流和电压分别为比例、积分和微和电容上时，其电流和电压分别为比例、积分和微分关系，仍为同频率的正弦波。但当正弦波电压施分关系，仍为同频率的正弦波。但当正弦波电压施加在加在非线性电路非线性电路上时

6、，电流就变为非正弦波，非正上时，电流就变为非正弦波，非正弦电流在电网阻抗上产生压降，会使电压波形也变弦电流在电网阻抗上产生压降，会使电压波形也变为非正弦波。为非正弦波。3.5 整流电路的谐波和功率因数整流电路的谐波和功率因数谐波分析谐波分析 对于周期为对于周期为 的非正弦电压的非正弦电压 ，可分，可分解为如下形式的解为如下形式的付里叶级数付里叶级数 1nn0sincos)(ntnbtnaatu /T2 )( tu 200)d(21ttua 20n)d()cos(1ttntua 20n)d()sin(1ttntub,n321 其中其中3.5 整流电路的谐波和功率因数整流电路的谐波和功率因数谐波分

7、析谐波分析 付里叶级数的另一种表达方式付里叶级数的另一种表达方式 1nn0sin)(ntncatu 200)d(21ttua nnnarctanba nnnnnncossin cb,ca 其中其中2n2nnbac 3.5 整流电路的谐波和功率因数整流电路的谐波和功率因数谐波定义谐波定义 上述的傅里叶级数中，频率与工频相同的分量上述的傅里叶级数中，频率与工频相同的分量称为称为基波基波（fundamental），频率为基波频率整数倍），频率为基波频率整数倍（大于（大于1）的分量称为）的分量称为谐波谐波，谐波次数谐波次数为谐波频率和为谐波频率和基波频率的整数比。基波频率的整数比。 第第n次谐波电流含

8、有率次谐波电流含有率以（以（Harmonic Ratio for ）表示表示式中，式中，In为第为第n次谐波的电流有效值；次谐波的电流有效值； I1为基波的电为基波的电流有效值。流有效值。%IIHRI1001nn 3.5 整流电路的谐波和功率因数整流电路的谐波和功率因数谐波定义谐波定义 电流谐波总畸变率电流谐波总畸变率THDi（Total Harmonic Distortion）定义为）定义为%IITHD1001hi 式中，式中，Ih为总谐波电流有效值。为总谐波电流有效值。3.5 整流电路的谐波和功率因数整流电路的谐波和功率因数功率因数功率因数 正弦电路中，电路的正弦电路中，电路的有功功率有功

9、功率就是其就是其平均功率平均功率 cos)d(2120UItiuP 式中，式中，U、I 分别为电压和电流的有效值；分别为电压和电流的有效值； 是电流是电流滞后于电压的相位差。滞后于电压的相位差。 视在功率为电压、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UIS 无功功率定义为无功功率定义为 sinUIQ 3.5 整流电路的谐波和功率因数整流电路的谐波和功率因数功率因数功率因数 功率因数定义为有功功率与视在功率的比值功率因数定义为有功功率与视在功率的比值SP 有功功率、无功功率和视在功率满足如下关系有功功率、无功功率和视在功率满足如下关系 在正弦电路中，功率因数是由电压和电流的相在

10、正弦电路中，功率因数是由电压和电流的相位差决定的，其值为位差决定的，其值为 在在非正弦电路非正弦电路中，有功功率、视在功率、功率中，有功功率、视在功率、功率因数的定义与上述定义相同。因数的定义与上述定义相同。222QPS cos 3.5 整流电路的谐波和功率因数整流电路的谐波和功率因数功率因数功率因数 在非正弦电路中，功率因数仍可定义为在非正弦电路中，功率因数仍可定义为SP 在在公用电网公用电网中，电压波形的畸变往往很小，但中，电压波形的畸变往往很小，但电流波形的畸变可能会很大。所以研究时通常不考电流波形的畸变可能会很大。所以研究时通常不考虑电压的畸变，而只研究虑电压的畸变，而只研究电压波形为

11、正弦波电压波形为正弦波、电流电流波形为非正弦波波形为非正弦波的情况。的情况。3.5 整流电路的谐波和功率因数整流电路的谐波和功率因数功率因数功率因数 设正弦波电压有效值为设正弦波电压有效值为U，畸变的电流有效值为，畸变的电流有效值为I，基波电流有效值及其与电压的相位差分别为，基波电流有效值及其与电压的相位差分别为I1和和 ，此时的有功功率为，此时的有功功率为11cos UIP 功率因数为功率因数为1 11111coscoscos IIUIUISP式中，式中， 为基波电流有效值和总电流有效值之比，称为基波电流有效值和总电流有效值之比，称为为基波因数基波因数； 称为称为位移因数位移因数或或基波功率

12、因数基波功率因数。 1cos 3.5 整流电路的谐波和功率因数整流电路的谐波和功率因数单相桥式可控整流电路阻感负载电路分析单相桥式可控整流电路阻感负载电路分析 忽略换相过程和电流脉动，阻感负载单相桥式忽略换相过程和电流脉动，阻感负载单相桥式整流电路如下（整流电路如下（P49页图页图3-6）：）：3.5 整流电路的谐波和功率因数整流电路的谐波和功率因数单相桥式可控整流电路阻感负载电路分析单相桥式可控整流电路阻感负载电路分析 当直流侧电感当直流侧电感 L 足够大时，变压器二次电流波足够大时，变压器二次电流波形近似为理想方波，将电流波形按傅里叶级数分解，形近似为理想方波，将电流波形按傅里叶级数分解，

13、可得可得 ,nn,ntnItnnItttIi531531dd2sin2sin14 5sin513sin31sin4 其中基波和各次谐波的电流有效值为其中基波和各次谐波的电流有效值为dn22InI 3.5 整流电路的谐波和功率因数整流电路的谐波和功率因数单相桥式可控整流电路阻感负载电路分析单相桥式可控整流电路阻感负载电路分析 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为控制角电流基波与电压的相位差为控制角 ，所以位移因，所以位移因数为数为 coscos11 d122II 由前述的分析可知，变压器二次侧电流由前述的分析可知，变压器二次侧电流i2的有效值为的有效值为Id，可得基波因数为，

14、可得基波因数为90221.II 所以电路的功率因数为所以电路的功率因数为 cos90cos221.3.5 整流电路的谐波和功率因数整流电路的谐波和功率因数三相桥式全控整流电路阻感负载电路分析三相桥式全控整流电路阻感负载电路分析 同样忽略换相过程和电流脉动，阻感负载三相同样忽略换相过程和电流脉动，阻感负载三相桥式全控整流电路如下（桥式全控整流电路如下（P56页图页图3-18）：）：3.5 整流电路的谐波和功率因数整流电路的谐波和功率因数三相桥式全控整流电路阻感负载电路分析三相桥式全控整流电路阻感负载电路分析 设交流侧电抗为零，直流侧电感设交流侧电抗为零，直流侧电感L足够大，现以足够大，现以控制角

15、控制角 为例。交流侧电流为正负半周各为例。交流侧电流为正负半周各120的方波，三相电流波形相同，且依次相差的方波，三相电流波形相同，且依次相差120，其，其有效值与直流电流的关系为（有效值与直流电流的关系为（P58页图页图3-20）：）： 30 d32II 同样将电流波形分解为傅里叶级数，以同样将电流波形分解为傅里叶级数，以a相电流相电流为例，将为例，将电流负、正两半波的中点作为时间零点电流负、正两半波的中点作为时间零点（目的是让电压与电流相位差为（目的是让电压与电流相位差为 ），则有），则有3.5 整流电路的谐波和功率因数整流电路的谐波和功率因数三相桥式全控整流电路阻感负载电路分析三相桥式全

16、控整流电路阻感负载电路分析 ,kknnk,kknktnItItnnItItttttIi32116132116dddasin2)1(sin2 sin1)1(32sin32 13sin13111sin1117sin715sin51sin32 于是可得：于是可得：d16II ,kknInI321 , 16 , 6dn 3.5 整流电路的谐波和功率因数整流电路的谐波和功率因数三相桥式全控整流电路阻感负载电路分析三相桥式全控整流电路阻感负载电路分析 由此可得，电流中仅含由此可得，电流中仅含 次谐波（次谐波（k为正整为正整数），各次谐波有效值与谐波次数成反比，且与基数），各次谐波有效值与谐波次数成反比，且

17、与基波有效值的比值为谐波次数波有效值的比值为谐波次数n的倒数。的倒数。16 k电流基波与电压的相位差为控制角电流基波与电压的相位差为控制角 ，所以位移因，所以位移因数为数为 coscos11 基波因数为基波因数为955032361.II 所以电路的功率因数为所以电路的功率因数为 55cos90cos31.3.6 大功率可控整流电路大功率可控整流电路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 在电解电镀等工业应用中，经常需要在电解电镀等工业应用中，经常需要低电压大低电压大电流电流的可调直流电源。如果采用三相桥式电路，整的可调直流电源。如果采用三相桥式电路，整流器件数量很

18、多，还有两个管压降损耗，降低了效流器件数量很多，还有两个管压降损耗，降低了效率。为此可采用带平衡电抗器的双反星形可控整流率。为此可采用带平衡电抗器的双反星形可控整流电路，简称双反星形电路。电路，简称双反星形电路。3.6 大功率可控整流电路大功率可控整流电路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 双反星形可控整流电路原理及波形图：双反星形可控整流电路原理及波形图：3.6 大功率可控整流电路大功率可控整流电路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 整流变压器的二次侧每相有两个整流变压器的二次侧每相有两个匝数相同匝数相同、极性极性相反相反的

19、绕组，分别接成两组三相半波电路，即的绕组，分别接成两组三相半波电路，即a、b、c 组和组和a、b、c 组。组。a和和a 绕在同一相铁心上，图中绕在同一相铁心上，图中的的“”表示表示同名端同名端。同样。同样b和和b 、c和和c 都绕在同一相都绕在同一相铁心上，所以称为铁心上，所以称为双反星形电路双反星形电路。变压器二次侧两套。变压器二次侧两套绕组相反的极性可以消除铁心的直流磁化，平衡电抗绕组相反的极性可以消除铁心的直流磁化，平衡电抗器器 Lp 可保证两组三相半波整流电路能同时导电，每可保证两组三相半波整流电路能同时导电，每组可承担一半的负载。组可承担一半的负载。 与三相桥式电路相比，在采用相同晶

20、闸管的条件与三相桥式电路相比，在采用相同晶闸管的条件下，双反星形电路的输出电流可增大一倍下，双反星形电路的输出电流可增大一倍。3.6 大功率可控整流电路大功率可控整流电路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 当当 时，两组整流电压、电流波形如图时，两组整流电压、电流波形如图338所示。图中，变压器两绕组的相电压相差所示。图中，变压器两绕组的相电压相差180，所以电流亦相差所以电流亦相差180，且幅值相等，均为，且幅值相等，均为Id/2。 以以 a 相为例，相电流相为例，相电流 与与 出现的时刻虽然不出现的时刻虽然不同，但它们的平均值均为同，但它们的平均值均为Id

21、/6 。正因为平均电流相等。正因为平均电流相等而绕组的极性相反，所以而绕组的极性相反，所以直流安匝直流安匝相互抵消。可见相互抵消。可见本电路本电路是利用绕组的极性相反来消除直流磁势的是利用绕组的极性相反来消除直流磁势的。aiia 03.6 大功率可控整流电路大功率可控整流电路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 并联电路中，两个星形的中间点接有带中间抽并联电路中，两个星形的中间点接有带中间抽头的平衡电抗器，这是因为两个直流电源并联运行头的平衡电抗器，这是因为两个直流电源并联运行时，只有当两个电源的电压平均值和瞬时值相等时，时，只有当两个电源的电压平均值和瞬时值相

22、等时，才能使负载电流平均分配。在双反星形电路中，虽才能使负载电流平均分配。在双反星形电路中，虽然两组整流电压的平均值然两组整流电压的平均值Ud1和和Ud2是相等的，但它们是相等的，但它们的脉动波相差的脉动波相差60，它们的瞬时值不同。，它们的瞬时值不同。 现将六个晶闸管的阴极连在一起，则两个星形现将六个晶闸管的阴极连在一起，则两个星形的中点的中点n1和和n2间的电压便等于间的电压便等于ud1和和ud2之差，其波形之差，其波形是三倍频的近似三角波，如下图所示。是三倍频的近似三角波，如下图所示。 3.6 大功率可控整流电路大功率可控整流电路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

23、控整流电路 3.6 大功率可控整流电路大功率可控整流电路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 两绕组中点电压之差加在平衡电抗器两绕组中点电压之差加在平衡电抗器Lp上，产上，产生电流生电流ip，它通过两组星形电路自成回路，不流入负，它通过两组星形电路自成回路，不流入负载，称为载，称为环流环流或或平衡电流平衡电流。考虑了。考虑了ip后，每组三相半后，每组三相半波承担的电流分别为波承担的电流分别为 。为了使两组电流尽可。为了使两组电流尽可能平均分配，通常令能平均分配，通常令Lp的值足够大，以限制环流在的值足够大，以限制环流在其负载额定电流的其负载额定电流的12以内。以

24、内。 电路工作原理及平衡电抗器的作用分析如下。电路工作原理及平衡电抗器的作用分析如下。 pd2i/I 3.6 大功率可控整流电路大功率可控整流电路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 平衡电抗器的作用平衡电抗器的作用 在上页图中任取一瞬间在上页图中任取一瞬间 ，此时电压，此时电压ud1和和ud2均为正，均为正， ud1ud2 ，如果两组三相半波整流电路的，如果两组三相半波整流电路的中点中点n1和和n2直接相连，则必然只有一相晶闸管导通。直接相连，则必然只有一相晶闸管导通。但接了平衡电抗器后，但接了平衡电抗器后， n1和和n2间的电位差加在了间的电位差加在了Lp的

25、两端，它补偿了的两端，它补偿了ud1和和ud2的电动势差，使得两相晶的电动势差，使得两相晶闸管能同时导通，如下图所示。闸管能同时导通，如下图所示。 1t 3.6 大功率可控整流电路大功率可控整流电路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 平衡电抗器的作用平衡电抗器的作用 3.6 大功率可控整流电路大功率可控整流电路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 平衡电抗器的作用平衡电抗器的作用 由于在由于在 时电压时电压ub 比比ua 高，高，VT6导通，此电流导通，此电流在流经在流经Lp时，在其上产生感应电动势时，在其上产生感应电动势up

26、，其方向是，其方向是阻止电流的增大，其极性如图所示（左负右正）。阻止电流的增大，其极性如图所示（左负右正）。平衡电抗器两端电压和整流输出电压之间的数学表平衡电抗器两端电压和整流输出电压之间的数学表达式如下达式如下1t d1d2puuu d2d1pd1pd2d212121uuuuuuu 3.6 大功率可控整流电路大功率可控整流电路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 平衡电抗器的作用平衡电抗器的作用 虽然此时虽然此时ubua ，使得，使得ud1ud2 ，但由于，但由于Lp的的平衡作用使得晶闸管平衡作用使得晶闸管VT6和和VT1都承受正向电压而同都承受正向电压而同时

27、导通。随着时间推移，至时导通。随着时间推移，至ub与与ua的交点时，两晶的交点时，两晶闸管继续导电，闸管继续导电，up=0 。之后，则流经。之后，则流经b相的电流要相的电流要减小，但减小，但Lp有阻止此电流减小的作用，有阻止此电流减小的作用，up的极性与图的极性与图示的相反，由于示的相反，由于Lp的平衡作用使得晶闸管的平衡作用使得晶闸管VT6继续导继续导通，直到通，直到uc ub ，电流由，电流由VT6换至换至VT2，晶闸管，晶闸管VT1和和VT2导通。导通。3.6 大功率可控整流电路大功率可控整流电路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 平衡电抗器的作用平衡电

28、抗器的作用 这样，电路每隔这样，电路每隔60会有一个晶闸管换相，而会有一个晶闸管换相，而每一组中的晶闸管仍每一组中的晶闸管仍按三相半波按三相半波的导电规律各轮流的导电规律各轮流导电导电120。以平衡电抗器中点作为整流输出电压的。以平衡电抗器中点作为整流输出电压的负端，其输出的整流电压瞬时值为两组三相半波整负端，其输出的整流电压瞬时值为两组三相半波整流电压瞬时值的平均值。流电压瞬时值的平均值。 d2d1d21uuu 3.6 大功率可控整流电路大功率可控整流电路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 将将 时的时的ud1和和ud2的波形用傅里叶级数展开，的波形用傅里叶

29、级数展开，可得可得 tttUu 9cos4016cos3523cos4112632d1 0 tttUu 9cos4016cos3523cos4112632d2于是可得：于是可得： ttUu 9cos2013cos212632p tUu 6cos35212632d3.6 大功率可控整流电路大功率可控整流电路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 可见，负载电压可见，负载电压ud中的谐波分量比直流分量小得中的谐波分量比直流分量小得多，而且最低次谐波为六次谐波，其直流分量为该多，而且最低次谐波为六次谐波，其直流分量为该式中的常数项，即直流平均电压式中的常数项，即直流平均

30、电压 当需要分析各种控制角的输出波形时，可先作当需要分析各种控制角的输出波形时，可先作出两组三相半波电路的出两组三相半波电路的ud1和和ud2的波形，然后再求平的波形，然后再求平均值即可。均值即可。 22d0171263U.UU 3.6 大功率可控整流电路大功率可控整流电路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 3.6 大功率可控整流电路大功率可控整流电路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 从波形可以看出，双反星形电路的输出电压波从波形可以看出，双反星形电路的输出电压波形与三相半波比较，脉动的程度减小了，但脉动频形与三相半波比较，

31、脉动的程度减小了，但脉动频率加大一倍，为率加大一倍，为300Hz。在电感负载下，当控制角为。在电感负载下，当控制角为90时，输出电压波形的正负面积相等，时，输出电压波形的正负面积相等，Ud=0，所，所以控制角的移相范围为以控制角的移相范围为90。如果是电阻负载，则。如果是电阻负载，则ud波形不会出现负的部分。可以得出，当控制角为波形不会出现负的部分。可以得出，当控制角为120时，时，Ud=0 ，所以电阻负载时控制角的移相范围，所以电阻负载时控制角的移相范围为为120。整流电压平均值与三相半波相同，即。整流电压平均值与三相半波相同，即 cos1712dU.U 3.6 大功率可控整流电路大功率可控

32、整流电路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 双反星形电路与三相桥式电路比较：双反星形电路与三相桥式电路比较： 三相桥式电路是两组三相半波电路串联，而双三相桥式电路是两组三相半波电路串联，而双反星形电路是两组三相半波电路并联，且后者需用反星形电路是两组三相半波电路并联，且后者需用平衡电抗器。平衡电抗器。 当变压器二次电压有效值当变压器二次电压有效值U2相等时，双反星形相等时，双反星形电路的整流电压平均值电路的整流电压平均值Ud是三相桥式电路的是三相桥式电路的12，而整流电流平均值而整流电流平均值Id是三相桥式电路的是三相桥式电路的2倍。倍。 两种电路中，晶闸管的

33、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是一样的，整流电压和整流电流的波形形状一关系是一样的，整流电压和整流电流的波形形状一样。样。3.6 大功率可控整流电路大功率可控整流电路六相半波可控整流电路六相半波可控整流电路 在双反星形电路中，若不接平衡电抗器在双反星形电路中，若不接平衡电抗器Lp ，则电，则电路成为六相半波整流电路，在任一瞬间只有一个晶闸路成为六相半波整流电路，在任一瞬间只有一个晶闸管导通，其余五个由于承受反压而关断。此时每个晶管导通，其余五个由于承受反压而关断。此时每个晶闸管的导通角为闸管的导通角为60，每个管子的平均电流为，每个管子的平均电流为Id/6 。

34、当当 时，六相半波整流电路的时，六相半波整流电路的Ud为为1.35U2，比三，比三相半波的相半波的1.17U2略大一些，其电压波形为各相电压的略大一些，其电压波形为各相电压的包络线。包络线。 由于六相半波整流电路中晶闸管的导电时间短，由于六相半波整流电路中晶闸管的导电时间短，变压器利用率低，所以较少使用。变压器利用率低，所以较少使用。 0 3.6 大功率可控整流电路大功率可控整流电路六相半波可控整流电路电压波形六相半波可控整流电路电压波形 3.6 大功率可控整流电路大功率可控整流电路多重化整流电路多重化整流电路 移相多重联结移相多重联结 整流电路的多重联接有整流电路的多重联接有并联多重联接并联

35、多重联接和和串联多串联多重联接重联接之分。下图给出了由之分。下图给出了由2个三相全控桥整流电路个三相全控桥整流电路并联联接而成的并联联接而成的12脉波整流电路原理图，该电路使脉波整流电路原理图，该电路使用了平衡电抗器来平衡各组整流器的电流，其原理用了平衡电抗器来平衡各组整流器的电流，其原理与双反星形电路中的平衡电抗器一样。与双反星形电路中的平衡电抗器一样。 两套整流装置两套整流装置线电压互错线电压互错30，两组整流装置，两组整流装置同时工作，负载两侧的整流电压为相应的两个线电同时工作，负载两侧的整流电压为相应的两个线电压的均值。压的均值。3.6 大功率可控整流电路大功率可控整流电路多重化整流电

36、路多重化整流电路 移相多重联结移相多重联结 并联多重联结的并联多重联结的12脉波整流电脉波整流电路原理图。路原理图。3.6 大功率可控整流电路大功率可控整流电路多重化整流电路多重化整流电路 三相变压器接法及钟点数三相变压器接法及钟点数3.6 大功率可控整流电路大功率可控整流电路多重化整流电路多重化整流电路 移相移相30串联串联2重联结电路重联结电路3.6 大功率可控整流电路大功率可控整流电路多重化整流电路多重化整流电路 移相移相30串联串联2重联结电路重联结电路 电路利用变压器二次绕组接法的不同，使两组电路利用变压器二次绕组接法的不同，使两组三相交流电源间的相位错开三相交流电源间的相位错开30

37、，从而使输出电压，从而使输出电压在每个交流电源周期中脉动在每个交流电源周期中脉动12次，所以该电路也称次，所以该电路也称为为12脉波整流电路。整流变压器二次侧绕组分别采脉波整流电路。整流变压器二次侧绕组分别采用星形和三角形接法构成相位相差用星形和三角形接法构成相位相差30、大小相等、大小相等的两组电压，接到相互串联的的两组电压，接到相互串联的2组整流桥上。因为绕组整流桥上。因为绕组接法不同，变压器一次绕组和两组二次绕组的匝组接法不同，变压器一次绕组和两组二次绕组的匝数比为数比为 。 3:1:13.6 大功率可控整流电路大功率可控整流电路多重化整流电路多重化整流电路 移相移相30串联串联 2重联

38、结电路重联结电路 3.6 大功率可控整流电路大功率可控整流电路多重化整流电路多重化整流电路 移相移相30串联串联2重联结电路重联结电路 ab2a23 ii ab2a2b2a233iiii b2a2ab231iii 所以有所以有) (31b2a2ab2iii 3.6 大功率可控整流电路大功率可控整流电路多重化整流电路多重化整流电路 移相移相30串联串联2重联结电路重联结电路 波形图（波形图（c）的）的 是第二组桥电流是第二组桥电流 折算到折算到变压器一次侧变压器一次侧A相绕组的电流值，图（相绕组的电流值，图（d）中总的输）中总的输入电流入电流 等于等于 和和 之和。对之和。对 进行傅里叶分进行傅

39、里叶分析，可得基波幅值和次谐波幅值如下所示：析，可得基波幅值和次谐波幅值如下所示： iab2ab2iAiiab2a1iAid134IIm ,kknInImn321 , 112 , 34d 3.6 大功率可控整流电路大功率可控整流电路多重化整流电路多重化整流电路 移相移相30串联串联2重联结电路重联结电路 该电路输入电流谐波次数为该电路输入电流谐波次数为 ，其幅值与，其幅值与谐波次数成反比。谐波次数成反比。 其他参数：其他参数：112 kcos684cos6622dU.UUcos98860cos1.coscos13.6 大功率可控整流电路大功率可控整流电路多重化整流电路多重化整流电路 移相移相2

40、0串联串联3重联结电路重联结电路 根据相同的原理，利用变压器二次绕组接法的根据相同的原理，利用变压器二次绕组接法的不同，互相错开不同，互相错开20，可将三组桥式电路构成串联，可将三组桥式电路构成串联3重联结。该电路的整流电压重联结。该电路的整流电压ud在每个电源周期内脉动在每个电源周期内脉动18次，故此电路为次，故此电路为18脉波脉波整流电路。整流电路。 其交流侧输入电流中所含谐波更少，其次数其交流侧输入电流中所含谐波更少，其次数为为 ， ，整流电压的脉动也更少。，整流电压的脉动也更少。118 k cos99490. coscos1 ,k321 3.6 大功率可控整流电路大功率可控整流电路多重

41、化整流电路多重化整流电路 移相移相15串联串联4重联结电路重联结电路 若将整流变压器二次绕组移相若将整流变压器二次绕组移相15，即可构成，即可构成串联串联4重联结电路。此电路为重联结电路。此电路为24脉波脉波整流电路，其交整流电路，其交流侧输入电流中谐波次数为流侧输入电流中谐波次数为 ， ，位，位移因数和功率因数如下移因数和功率因数如下124 k cos99710. coscos1 ,k321 3.6 大功率可控整流电路大功率可控整流电路多重联结电路的顺序控制多重联结电路的顺序控制 电路的控制思路电路的控制思路 仅对仅对多重联结的各整流桥中的多重联结的各整流桥中的一个桥一个桥的的 角进角进行控

42、制，其余各桥的工作状态则根据需要输出的整行控制，其余各桥的工作状态则根据需要输出的整流电压而定，流电压而定，或者不工作或者不工作而使该桥输出直流电压为而使该桥输出直流电压为零，零，或者或者 而使该桥输出电压最大。根据所需而使该桥输出电压最大。根据所需总直流输出电压从低到高的变化，按顺序依次对各总直流输出电压从低到高的变化，按顺序依次对各桥进行控制，因而称为桥进行控制，因而称为顺序控制顺序控制。 0 3.6 大功率可控整流电路大功率可控整流电路多重联结电路的顺序控制多重联结电路的顺序控制 用于电气机车的用于电气机车的3 3重整流桥顺序控制重整流桥顺序控制3.6 大功率可控整流电路大功率可控整流电

43、路多重联结电路的顺序控制多重联结电路的顺序控制 用于电气机车的用于电气机车的3 3重整流桥顺序控制重整流桥顺序控制 当需要输出的直流电压低于当需要输出的直流电压低于1/31/3最高电压最高电压时，只时，只对第对第组桥的组桥的 角进行控制，令角进行控制，令VTVT2323、VTVT2424、VTVT3333、VTVT3434持续导通，这样第持续导通，这样第组、第组、第组桥的直流输出电组桥的直流输出电压为零；当需要输出电压为压为零；当需要输出电压为1/31/32/32/3最高电压最高电压时，时，令第令第组桥组桥 ，令，令VTVT3333、VTVT3434持续导通，仅对第持续导通，仅对第组桥的组桥的

44、 角进行控制；当需要输出的直流电压角进行控制；当需要输出的直流电压高于高于2/32/3最高电压最高电压时，将第时，将第组桥、第组桥、第组桥的组桥的 角设置角设置为为0 0，仅对第，仅对第组桥的组桥的 角进行控制。角进行控制。 0 3.6 大功率可控整流电路大功率可控整流电路多重联结电路的顺序控制多重联结电路的顺序控制 使输出电压波形不含负的部分的方法：使输出电压波形不含负的部分的方法： 以第以第组桥为例，当电压相位为组桥为例，当电压相位为 时，触发时，触发VTVT1111、VTVT1414使其导通并流过直流电流，在电压相位为使其导通并流过直流电流，在电压相位为 时，时，触发触发VTVT1313

45、使使VTVT1111关断，电流经关断，电流经VTVT1313、VTVT1414续流续流，整流桥，整流桥的输出电压为零。在电压相位为的输出电压为零。在电压相位为 时，触发时，触发VTVT1212使使VTVT1414关断，晶闸管关断，晶闸管VTVT1212、VTVT1313导通而使电路输出导通而使电路输出整流整流电压。同样，在电压相位为电压。同样，在电压相位为 时，触发时，触发VTVT1111使使VTVT1313关断，电流经关断，电流经VTVT1111、VTVT1212续流续流，桥的输出电压为零，桥的输出电压为零，直至电压相位为直至电压相位为 时下一周期开始，重复上述过时下一周期开始，重复上述过程

46、。程。 2 23.6 大功率可控整流电路大功率可控整流电路多重联结电路的顺序控制多重联结电路的顺序控制 用于电气机车的用于电气机车的3 3重整流桥顺序控制重整流桥顺序控制 波形图中（波形图中（b b）、（）、（c c）波形是直流输出电压大于）波形是直流输出电压大于2/32/3最高电压时的最高电压时的总的直流输出电压总的直流输出电压ud和和总的交流输总的交流输入电流入电流 i 的波形。这时第的波形。这时第组桥、第组桥、第组桥的组桥的 角固角固定为定为0 0 ，第，第组桥的控制角为组桥的控制角为 。 对电流波形进行分析可以得出：虽然波形并未得对电流波形进行分析可以得出：虽然波形并未得到改善，仍与单

47、相全控桥时一样含有奇次谐波，但是到改善，仍与单相全控桥时一样含有奇次谐波，但是其基波分量比电压的滞后有所减少，因而位移因数高，其基波分量比电压的滞后有所减少，因而位移因数高，从而提高了总的功率因数。从而提高了总的功率因数。 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逆变的概念逆变的概念 在生产实践中，存在着在生产实践中，存在着与整流过程相反与整流过程相反的要求，的要求，即要求把直流电转变为交流电，这种对应于整流的逆即要求把直流电转变为交流电，这种对应于整流的逆向过程称为向过程称为逆变逆变（Invertion），将直流电逆变成交流），将直流电逆变成交流电的电路称为电的电路称为逆

48、变电路逆变电路。当交流侧。当交流侧与电网相连与电网相连时，这时，这种逆变电路称为种逆变电路称为有源逆变电路有源逆变电路。对于可控整流电路而。对于可控整流电路而言，只要满足一定的条件，就可以工作于有源逆变状言，只要满足一定的条件，就可以工作于有源逆变状态。所以可将有源逆变作为整流电路的一种工作状态态。所以可将有源逆变作为整流电路的一种工作状态来分析。来分析。 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逆变的概念逆变的概念 为叙述方便，将既工作于为叙述方便，将既工作于整流状态整流状态、又工作于、又工作于逆逆变状态变状态的整流电路称为的整流电路称为变流电路变流电路。如果变流电路的交

49、。如果变流电路的交流侧流侧不与电网相连不与电网相连，而直接接到负载，即把直流电逆，而直接接到负载，即把直流电逆变为某一频率或者频率可调的交流电供给负载，则称变为某一频率或者频率可调的交流电供给负载，则称这种电路为这种电路为无源逆变电路无源逆变电路。 无源逆变的内容将在第四章中介绍。无源逆变的内容将在第四章中介绍。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直流发电机直流发电机电动机机组的工作状态电动机机组的工作状态 下图为直流发电机下图为直流发电机电动机系统，电动机系统，M为电动机，为电动机，G为发电机。控制发电机电动势的大小和极性，可实为发电机。控制发电机电动势的大小和极性，

50、可实现电动机的现电动机的四象限运行四象限运行。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直流发电机直流发电机电动机机组的工作状态电动机机组的工作状态 图图(a)中，中，M作电动机运行，作电动机运行， ，电流，电流Id从从G流向流向M， Id的值为的值为MGEE REEIMGd式中式中 为主回路电阻。由于为主回路电阻。由于Id和和EG同方向，与同方向，与EM反反方向，故方向，故G输出电功率输出电功率EG Id，M吸收电功率吸收电功率EM Id，电能由电能由G流向流向M，转变为，转变为M轴上输出的机械能，轴上输出的机械能， 上上是热耗。是热耗。 R R3.7 整流电路的有源逆变工

51、作状态整流电路的有源逆变工作状态直流发电机直流发电机电动机机组的工作状态电动机机组的工作状态 图图(b)是回馈制动状态，是回馈制动状态，M作发电机运行，此作发电机运行，此时时 ，电流，电流Id从从M流向流向G，其值为，其值为GMEE REEIGMd此时此时Id和和EM同方向，与同方向，与EG反方向，故反方向，故M输出电功率，输出电功率，G吸收电功率，吸收电功率，M轴上输出的机械能转变为电能反送轴上输出的机械能转变为电能反送给给G。 上是热耗。上是热耗。 R3.7 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直流发电机直流发电机电动机机组的工作状态电动机机组的工作状态 图图(c)中两个电

52、动势顺向串联，向电阻中两个电动势顺向串联，向电阻 供电，供电，G和和M均输出功率。由于实际中均输出功率。由于实际中 很小，实际上相很小，实际上相当于形成短路，在工作中必须严防这类事故发生。当于形成短路，在工作中必须严防这类事故发生。 可见：两个电动势可见：两个电动势同极性相接同极性相接时，电流总是从时，电流总是从电动势高的流向电动势低的，由于电路的电阻很小，电动势高的流向电动势低的，由于电路的电阻很小，即使即使很小的电动势差值很小的电动势差值也会产生很大的电流，使得也会产生很大的电流，使得两个电动势之间能交换很大的功率，这对分析有源两个电动势之间能交换很大的功率，这对分析有源逆变电路是非常有用

53、的。逆变电路是非常有用的。 R R3.7 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逆变产生的条件逆变产生的条件 以单相全波电路代替发电机给电动机供电。设以单相全波电路代替发电机给电动机供电。设电动机电动机M作作电动运行电动运行，全波电路工作在，全波电路工作在整流整流状态，状态， 的移相范围为的移相范围为0/2，直流侧输出直流侧输出Ud为正，为正， 且有且有 Ud EM，输出电流为，输出电流为Id ，电路及波形如下：，电路及波形如下： 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逆变产生的条件逆变产生的条件 若电动机若电动机M作发电回馈制动状态，由于晶闸管的作发电回馈

54、制动状态，由于晶闸管的单向导电性，电路中电流单向导电性，电路中电流Id的方向不能改变，所以欲的方向不能改变，所以欲改变电能的输送方向，只能改变改变电能的输送方向，只能改变EM的极性。电路及的极性。电路及波形如下：波形如下：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逆变产生的条件逆变产生的条件 同时，为防止两电动势顺向串联，同时，为防止两电动势顺向串联，Ud的极性也的极性也必须反过来，即必须反过来，即Ud应为负值，且应为负值，且 ，这样才，这样才能把电能从直流侧送至交流侧，以实现逆变。此时能把电能从直流侧送至交流侧，以实现逆变。此时的电流为的电流为dMUE RUEIdMd此时电

55、动机输出电功率，电网吸收电功率。电动机此时电动机输出电功率，电网吸收电功率。电动机轴上输入的机械功率越大，则逆变的功率也越大。轴上输入的机械功率越大，则逆变的功率也越大。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逆变产生的条件逆变产生的条件 为防止过电流，同样应满足为防止过电流，同样应满足 的条件，的条件，EM的大小取决于电动机转速的高低，而的大小取决于电动机转速的高低，而Ud则可通过则可通过改变改变 来调节。由于逆变状态时来调节。由于逆变状态时Ud为负值，所以为负值，所以 角在逆变时的范围为角在逆变时的范围为 之间。之间。dMUE 在逆变工作状态下，虽然晶闸管的阳极电位大在

56、逆变工作状态下，虽然晶闸管的阳极电位大部分时间处于交流电压为负的半个周期内，但由于部分时间处于交流电压为负的半个周期内，但由于外接直流电动势外接直流电动势EM的存在，使得晶闸管仍能承受正的存在，使得晶闸管仍能承受正向电压而导通。向电压而导通。 2/ 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逆变产生的条件逆变产生的条件 要有直流电动势，其极性须和晶闸管的导通方要有直流电动势，其极性须和晶闸管的导通方向一致，其值应大于变流电路直流侧的平均电压。向一致，其值应大于变流电路直流侧的平均电压。 晶闸管的控制角晶闸管的控制角 ，使，使Ud为负值。为负值。 两者必须同时具备时才能实现有源

57、逆变。两者必须同时具备时才能实现有源逆变。 必须指出必须指出：半控桥或者有续流二极管的电路，：半控桥或者有续流二极管的电路，因为整流电压因为整流电压 ud不能出现负值，也不允许直流侧出不能出现负值，也不允许直流侧出现负极性的电路，所以不能实现有源逆变。现负极性的电路，所以不能实现有源逆变。欲实现欲实现有源逆变，只能采用全控电路。有源逆变，只能采用全控电路。2/ 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 整流电路带反电动势、阻感负载时，整流输出电整流电路带反电动势、阻感负载时，整流输出电压与控制角之间存在余弦关系

58、，即压与控制角之间存在余弦关系，即 逆变与整流的区别仅在于控制角逆变与整流的区别仅在于控制角 的不同。当的不同。当 时，电路工作在整流状态；当时，电路工作在整流状态；当 时，时，电路工作于逆变状态。电路工作于逆变状态。为实现逆变为实现逆变，还需一反向的，还需一反向的EM，因为，因为Ud在在 大于大于 时自动为负值，完全满足时自动为负值，完全满足逆变条件。所以可沿用整流的办法来处理逆变时有关逆变条件。所以可沿用整流的办法来处理逆变时有关波形与参数的计算问题。波形与参数的计算问题。 cosd0dUU 20/ 2/ 2/ 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三相桥式整流电路有

59、源逆变工作状态三相桥式整流电路有源逆变工作状态 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三相桥式整流电路有源逆变工作状态波形三相桥式整流电路有源逆变工作状态波形 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三相桥整流电路有源逆变工作状态参数计算三相桥整流电路有源逆变工作状态参数计算 整流电路有源逆变输出电压整流电路有源逆变输出电压 直流输出电流的平均值为直流输出电流的平均值为在逆变状态时，在逆变状态时， Ud和和EM的极性都与整流状态相反，的极性都与整流状态相反，均为负值。均为负值。 每个晶闸管导通每个晶闸管导通 ，故晶闸管有效电流为：，故晶闸管有效电流为：

60、 cos351cos34222dlU.U.U 32 / REUIMddddVT57703I.II 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三相桥整流电路有源逆变工作状态参数计算三相桥整流电路有源逆变工作状态参数计算 从交流电源送至直流侧负载的有功功率为从交流电源送至直流侧负载的有功功率为dM2ddIEIRP 34 / ddVT28160322I.III 当逆变工作时，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，表示功率由直流电源输送到交流电源。表示功率由直流电源输送到交流电源。 在三相桥式电路中，每个周期内流经电源的线在三相桥式电路中，每个周期