第二章 整流电路

1、第第1页页第二章第二章 整流电路整流电路v 本章所要讲述的内容本章所要讲述的内容1)1) 单相可控整流电路单相可控整流电路2)2) 三相可控整流电路三相可控整流电路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4)4) 整流电路的谐波分析整流电路的谐波分析5)5) 有源逆变的基本原理有源逆变的基本原理6)6) 三相有源逆变电路分析和计算三相有源逆变电路分析和计算7)7) 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8)8) 相控变流装置的触发电路相控变流装置的触发电路v 本章重点本章重点 单相和三相桥式全控整流电路、有源逆变单相和三相桥式全控整流电路、有源逆变电路组成和

2、工作原电路组成和工作原理理、不同性质负载不同性质负载下重要物理量的下重要物理量的波形分析和数值计算波形分析和数值计算。第第2页页2.1 概述概述图图2.1 部分常用的整流电路部分常用的整流电路c）d）除除c）、）、d）外外a）e）f）、）、g）b）、）、f） c）、）、d）、）、e）、）、g）a）、）、f）b）、）、 c）、）、d）、）、e）、）、g）不可控整流按组成器件半控整流可控整流全控整流单相三相按电源相数六相零式按电路结构桥式半波按变压器绕组电流全波整流电路整流电路第第3页页不同性质的负载不同性质的负载对于整流电路输出的电压电流波形有很大对于整流电路输出的电压电流波形有很大影响影响。负

3、载的性质负载的性质大致分为以下几种大致分为以下几种a) 电阻性负载电阻性负载如电阻加热炉、电解、电镀和电焊等。如电阻加热炉、电解、电镀和电焊等。b) 电感性负载电感性负载各种电机的励磁绕组，经电抗器滤波各种电机的励磁绕组，经电抗器滤波的负载。的负载。c) 电容性负载电容性负载整流输出端接大电容滤波的情况。整流输出端接大电容滤波的情况。d) 反电势负载反电势负载整流装置输出供蓄电池充电或供直流整流装置输出供蓄电池充电或供直流电动机作电源用时。电动机作电源用时。实际上属于单纯的某一种性质的负载是很少的。实际上属于单纯的某一种性质的负载是很少的。确定负载性质必须根据实际情况作具体分析。确定负载性质必

4、须根据实际情况作具体分析。2.1 概述概述第第4页页2.2 单相可控整流电路单相可控整流电路2.2.1 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路1. 电阻负载电阻负载电路结构及其工作原理电路结构及其工作原理 图图2.2 单相桥式整流带电阻负载时的电路及工作原理（不可控）单相桥式整流带电阻负载时的电路及工作原理（不可控）aD4D1i22ubTu1D3idRudD2u2 (a)D1RD4u2 (b)u2 0第第5页页图图2.2 单相桥式整流带电阻负载时的电路及工作原理（不可控）单相桥式整流带电阻负载时的电路及工作原理（不可控）aD4D1i22ubTu1D3idRudD2u2 02.2.1 单相桥式

5、全控整流电路单相桥式全控整流电路RTu1u2i2abVT1VT3VT2VT4udid图图2.3 单相桥式全控整流带电阻负载时的电路及工作原理（全控）单相桥式全控整流带电阻负载时的电路及工作原理（全控）第第7页页RTu1u2i2abVT1VT3VT2VT4udid图图2.3 单相桥式全控整流带电阻负载时的电路及工作原理（全控）单相桥式全控整流带电阻负载时的电路及工作原理（全控）u2 (b)VT3RVT2u2 (a)u2 0b)c)d)wtwtwtpaa000i2udiduVT1,4u( i )dd转转u2负半周负半周第第9页页图图2.4 单相桥式全控整流带电阻负载时的电路及波形（单相桥式全控整流

6、带电阻负载时的电路及波形（ ud、id ）RTu1u2i2abVT1VT3VT2VT4udida)u2 02.2.1 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路第第11页页图图2.4 单相桥式全控整流带电阻负载时的电路及波形（单相桥式全控整流带电阻负载时的电路及波形（ uVT1，4 ）RTu1u2i2abVT1VT3VT2VT4udida)u2 02.2.1 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路第第13页页图图2.4 单相桥式全控整流带电阻负载时的电路及波形（单相桥式全控整流带电阻负载时的电路及波形（ i2 ）RTu1u2i2abVT1VT3VT2VT4udida)u2 30300 0，负载

7、电流断续，负载电流断续的移相范围的移相范围:0:00 01501500 0。 负载电流平均值负载电流平均值I Id dU.td(t)UUdcos171sin21223265662232612sin0 6751 cosdUUtd(t).U()RUIdd2.3.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路基本数量关系基本数量关系a =30u2uaubucOwtOwtOwtOwtOwtuGuduabuacwt1iVT1uVT1uacwwttwtwta =60u2uaubucOOOOuGudiVT1第第36页页晶闸管承受的最大反向电压晶闸管承受的最大反向电压U URMRM 晶闸管承受的最大正向电压晶闸

8、管承受的最大正向电压U UFMFM 晶闸管的额定电压晶闸管的额定电压U UT(AV)T(AV)晶闸管的额定电流晶闸管的额定电流I IT(AV)T(AV)26UUFM2632U)(UT(AV)571251.I).(ITT(AV)26UURM2.3.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路a =30u2uaubucOwtOwtOwtOwtOwtuGuduabuacwt1iVT1uVT1uac第第37页页图图2.15 三相半波可控整流电路共阴极接法电感负载三相半波可控整流电路共阴极接法电感负载时的电路及时的电路及=600的波形的波形uvwTRLu2udeLidVT1VT2VT32.3.1 三相半

9、波可控整流电路三相半波可控整流电路2.电感性负载（电感性负载（p54）特点特点：阻感负载，：阻感负载，L L值很大，值很大，i id d波形基本平直。波形基本平直。a a3030 时：整流电压波形与电时：整流电压波形与电阻负载时相同。阻负载时相同。a a3030 时（如时（如a a=60=60 时的波形如时的波形如图图2-162-16所示）。所示）。u u2 2过零时，过零时，VTVT1 1不关断，直不关断，直到到VTVT2 2的脉冲到来，才换的脉冲到来，才换流，流，u ud d波形中出现负波形中出现负的部分。的部分。i id d波形有一定的脉动，但波形有一定的脉动，但为简化分析及定量计算，为

10、简化分析及定量计算，可将可将i id d近似为一条水平线。近似为一条水平线。阻感负载时的移相范围为阻感负载时的移相范围为9090 。udiauaubucibiciduacOwtOwtOOwtOOwtawtwt第第38页页输出电压平均值输出电压平均值U Ud d 由上式，由上式，a a的移相范围的移相范围 0 00 090900 0。 输出电流平均值输出电流平均值I Id d I I2 2即晶闸管电流的有效值即晶闸管电流的有效值I IT T 晶闸管电流的平均值晶闸管电流的平均值I IdTdTRUIddawwpappcos17. 1)(sin22326562UttdUUd32165622ddTIt

11、dIIIapapwpdddVTItdII3121656apapwp2.3.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路基本数量关系基本数量关系udiauaubucibiciduacOwtOwtOOwtOOwtawtwt第第39页页 晶闸管最大正反向电压晶闸管最大正反向电压 晶闸管的额定电流晶闸管的额定电流 晶闸管的额定电压晶闸管的额定电压 三相整流电路的功率因数三相整流电路的功率因数2RMFM6UUU571251.I).(ITT(AV)223cosIUIUSPdd2632U)(UT(AV)2.3.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路udiauaubucibiciduacOwtOwtOO

12、wtOOwtawtwt第第40页页图图2.16 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路(p54，图2.17)2.3.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路电阻负载电阻负载共阴极组共阴极组阴极连接在一起阴极连接在一起的的3 3个晶闸管（个晶闸管（VTVT1 1，VTVT3 3，VTVT5 5）共阳极组共阳极组阳极连接阳极连接在 一 起 的在 一 起 的 3 3 个 晶 闸 管个 晶 闸 管（VTVT4 4，VTVT6 6，VTVT2 2）导通顺序：导通顺序： VTVT1 1VTVT2 2VTVT3 3 VTVT4 4VTVT5 5VTVT6 6VT1VT1电路电路第第41页页工作原理工作

13、原理1 12.3.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路u2w wu2uaucubOta a = 0w wt1图图2.17 2.17 三相桥式全控整流电路工作原理三相桥式全控整流电路工作原理(p54，图2.17)第第42页页工作原理工作原理2 2w wu2uaucubw wt1Ota a = 02.3.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路图图2.17 2.17 三相桥式全控整流电路工作原理三相桥式全控整流电路工作原理(p54，图2.17)第第43页页工作原理工作原理3 3wu2uaucubwt1Ota = 02.3.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路图图2.17 2.1

14、7 三相桥式全控整流电路工作原理三相桥式全控整流电路工作原理(p54，图2.17)第第44页页工作原理工作原理4 4wu2uaucubwt1Ota = 02.3.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路图图2.17 2.17 三相桥式全控整流电路工作原理三相桥式全控整流电路工作原理(p54，图2.17)第第45页页工作原理工作原理5 5wu2uaucubwt1Ota = 02.3.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路图图2.17 2.17 三相桥式全控整流电路工作原理三相桥式全控整流电路工作原理(p54，图2.17)第第46页页工作原理工作原理6 6uuuwu2acbwt1Ota

15、= 02.3.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路图图2.17 2.17 三相桥式全控整流电路工作原理三相桥式全控整流电路工作原理(p54，图2.17)第第47页页2.3.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路波形分析波形分析1（=00 ）电阻负载电阻负载wwwwu2ud1ud2u2Luduabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuaucubwt1OtOtOtOta = 0iVT1uVT1图图2.182.18 三相桥式全控整流电三相桥式全控整流电路电阻负载路电阻负载=0=0o o时的波形时的波形第第48页页波形分析

16、波形分析2（=300 ）2.3.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路wwwwud1ud2a = 30iaOtOtOtOtuduabuacuaubucwt1uabuacubcubaucaucbuabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuVT1图图2.12.19 9 三相桥式全控整流电三相桥式全控整流电路电阻负载路电阻负载=30=30o o时的波形时的波形第第49页页2.3.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路波形分析波形分析3（=600 ）w ww ww wa a = 60ud1ud2uduacuacuabuabuacubcubaucaucbuabuacuaub

17、ucOtw wt1OtOtuVT1图图2.2.20 20 三相桥式全控整流电三相桥式全控整流电路电阻负载路电阻负载=60=60o o时的波形时的波形第第50页页波形分析波形分析1（=00 ）2.3.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路cbaw ww wu2u2Luduabuacubcubaucaucbuabuacuuuw wt1OtOta a = 0u ud d波形波形图图2.21 三相桥式全控整流电三相桥式全控整流电路电感性负载路电感性负载=00时的波形时的波形（p55，图2.18）电感负载电感负载第第51页页w ww wuabuacuabuacubcubaucaucbuabuacO

18、tOtiT1uT1波形分析波形分析1（=00 ）2.3.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路idw wtOcbaw wu2uuuw wt1Ota a = 0id d、iT1、uT1波形波形图图2.21 三相桥式全控整流电三相桥式全控整流电路电感性负载路电感性负载=00时的波形时的波形（p55，图2.18）第第52页页cba波形分析波形分析2（=300 ）w wu2uuuw wt1Ot2.3.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路w wtuduabuacubcubaucaucbuabuacw wtOidw wtOa a = 30iT1w wtOw wtOud 、id d、iT1波形

19、波形图图2.22 三相桥式全控整流电三相桥式全控整流电路电感性负载路电感性负载=300时的波形时的波形（p56，图2.19）第第53页页cba波形分析波形分析2（=300 ）w wu2uuuw wt1Ot2.3.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路w wtu T1abacbcbacacbabacw wtOi2w wtOa a = 30uT1 、i2波形波形iT1iT4图图2.22 三相桥式全控整流电三相桥式全控整流电路电感性负载路电感性负载=300时的波形时的波形（p56，图2.19）第第54页页图图2.23 三相桥式全控整流电路电感性负载三相桥式全控整流电路电感性负载=600时的波形

20、时的波形 （p57，图2.20）波形分析波形分析3（=600 ）cbaw wu2uuuw wt1Otw wtuduabuacubcubaucaucbuabuacw wtOidw wtOa a = 60iT1w wtO2.3.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路第第55页页波形分析波形分析3（=600 ）cbaw wu2uuuw wt1Otw wtuabuacubcubaucaucbuabuacw wtOOa a = 60i2w wtO2.3.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路u T1iT4iT1图图2.23 三相桥式全控整流电路电感性负载三相桥式全控整流电路电感性负载=600

21、时的波形时的波形 （p57，图2.20）第第56页页触发脉冲分析触发脉冲分析图图2.24 三相桥式全控整流电三相桥式全控整流电路的触发脉冲路的触发脉冲（p58，图2.17）2.3.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路 对触发脉冲的要求：对触发脉冲的要求：按按VTVT1 1-VT-VT2 2-VT-VT3 3-VT-VT4 4-VT-VT5 5-VT-VT6 6的顺序，相位的顺序，相位依次差依次差6060 。共阴极组共阴极组VTVT1 1、VTVT3 3、VTVT5 5的脉冲依次差的脉冲依次差120120 ，共阳极组，共阳极组VTVT4 4、VTVT6 6、VTVT2 2也依次差也依次差

22、120120 。同一相的上下两个桥臂，即同一相的上下两个桥臂，即VTVT1 1与与VTVT4 4，VTVT3 3与与VTVT6 6，VTVT5 5与与VTVT2 2，脉冲相差脉冲相差180180 。第第57页页触发脉冲分析触发脉冲分析 需保证同时导通的需保证同时导通的2个晶闸管均个晶闸管均有脉冲，可采用两种方法：一种有脉冲，可采用两种方法：一种是宽脉冲触发，一种是双窄脉冲是宽脉冲触发，一种是双窄脉冲触发（常用）触发（常用）2.3.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路第第58页页 输出电压平均值输出电压平均值U Ud d（连续时）（连续时） 带电阻负载且带电阻负载且60600 0时，整流

23、电压平均值时，整流电压平均值U Ud d 输出电流平均值输出电流平均值I Id d 如果是反电势负载带平波电抗器，则输出电流如果是反电势负载带平波电抗器，则输出电流I Id dawwpapapcos34. 2)(sin63123232UttdUUd)3cos(134. 2)(sin631232apwwppapUttdUUdRUIddREUIdd2.3.2 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第第59页页 流过晶闸管的电流值有效值流过晶闸管的电流值有效值I IT T 晶闸管承受的最大正向电压晶闸管承受的最大正向电压 晶闸管承受的最大反向电压晶闸管承受的最大反向电压 晶

24、闸管的额定电压晶闸管的额定电压26UUFMdTII3126UURM2632U)(UT(AV)2.3.2 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第第60页页工作原理小结工作原理小结表表21晶闸管及输出整流电压的情况晶闸管及输出整流电压的情况时时 段段I IIIIIIIIIIIIVIVV VVIVI共阴极组中导通共阴极组中导通的晶闸管的晶闸管VTVT1 1VTVT1 1VTVT3 3VTVT3 3VTVT5 5VTVT5 5共阳极组中导通共阳极组中导通的晶闸管的晶闸管VTVT6 6VTVT2 2VTVT2 2VTVT4 4VTVT4 4VTVT6 6整流输出电压整流输出电

25、压u ud du ua a- -u ub b= =u uababu ua a- -u uc c= =u uacacu ub b- -u uc c= =u ubcbcu ub b- -u ua a= =u ubabau uc c- -u ua a= =u ucacau uc c- -u ub b= =u ucbcb2.3.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路第第61页页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（1 1）2 2管同时导通形成供电回路，其中共阴极组和管同时导通形成供电回路，其中共阴极组和共阳极组各共阳极组各1 1，且不能为同，且不能为同1 1相器件。相器件。工作原

26、理小结工作原理小结（2 2）u ud d一周期脉动一周期脉动6 6次，每次脉动的波形都一样，次，每次脉动的波形都一样，故该电路为故该电路为6 6脉波整流电路。脉波整流电路。2.3.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路第第62页页2.4 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 考虑包括变压器漏感（包含源边和副边漏感）在内的交考虑包括变压器漏感（包含源边和副边漏感）在内的交流侧电感的影响，该漏感可用一个集中的电感流侧电感的影响，该漏感可用一个集中的电感LB表示。表示。 以三相半波为例，将其结论推广。以三相半波为例，将其结论推广。LRabcTLudicibiaBLBLBikVT

27、1VT2VT3 ik=ib是逐渐增大的，是逐渐增大的， 而而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关断关断,换流过程结束。换流过程结束。VTVT1 1换相至换相至VTVT2 2的过程：的过程： 因因a、b两相均有漏感，故两相均有漏感，故ia、ib均不能突变。于是均不能突变。于是VT1和和VT2同时导通，相当于将同时导通，相当于将a、b两相两相短路，在两相组成的回路中产短路，在两相组成的回路中产生环流生环流ik。图图2.25 考虑变压器漏抗时的三相半波可控整流考虑变压器漏抗时的三相半波可控整流电路及波形（电路及波形（p60，图，图2

28、.25）udidwtOwtOgiciaibiciaIduaubucat1第第63页页dBdIXmUp222coscos6dU()U2.4.1 换相过程中的输出电压换相过程中的输出电压两个概念两个概念换相压降换相压降与不考虑变压器漏感时相比，与不考虑变压器漏感时相比，u ud d平均值降低的多少。平均值降低的多少。 换相重叠角换相重叠角g g 换相过程所对应的电角度，用换相过程所对应的电角度，用g g表示。表示。换相压降的计算换相压降的计算角的计算角的计算第第64页页2.5 谐波和无功功率分析谐波和无功功率分析2.5.1 谐波分析目的谐波分析目的 随着电力电子技术的发展，其应用日益广泛，由此带来

29、的随着电力电子技术的发展，其应用日益广泛，由此带来的无功无功(reactive power) 和和谐波谐波(harmonics)问题日益严重，引起了关注。问题日益严重，引起了关注。 在电力电子装置接入电网前，必须进行谐波分析，弄清楚谐波分布和在电力电子装置接入电网前，必须进行谐波分析，弄清楚谐波分布和注入电网的谐波值，以便制定谐波治理方案，使电力电子装置能够满足注入电网的谐波值，以便制定谐波治理方案，使电力电子装置能够满足标准所规定的允许值。标准所规定的允许值。谐波的定义谐波的定义对于非正弦波电压，满足狄里赫利条件，可分解为傅里叶级数：对于非正弦波电压，满足狄里赫利条件，可分解为傅里叶级数：正

30、弦波电压可表示为：正弦波电压可表示为：)sin(2)(utUtuw 基波基波（fundamentalfundamental）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 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第第65页页2.5.2 几个重要的物理概念几个重要的物理概念%IInn100HRI1（1）n次谐波电流含有率次谐波电流含有率HRIn%100THD1iIIh（2）电流谐波总畸变率）电流谐波总畸变率THDi （3）电压纹波因数）电压纹波因数u12222012sinsin24sinRudmmm

31、mUmmUppppgppm23612u/%48.218.274.180.9940表表1 1 不同脉波数不同脉波数m m时的电压纹波因数值时的电压纹波因数值第第66页页 m脉波整流电压脉波整流电压ud0的谐波的谐波次数为次数为mk (k=1,2,3,)次，即次，即m的整数倍次。的整数倍次。 当当m一定时，随着谐波次一定时，随着谐波次数的增加，谐波幅值迅速数的增加，谐波幅值迅速减小。减小。 各次谐波幅值与各次谐波幅值与角的关角的关系如图系如图2.26所示。所示。图图2.26 三相全控桥电流连续时三相全控桥电流连续时n次谐波幅值与次谐波幅值与的关系的关系（p73，图2.34） 2.5.3 谐波分析几

32、个重要结论谐波分析几个重要结论第第67页页 2.5.4 无功功率分析无功功率分析功率因数功率因数n正弦电路中的情况u 电路的有功功率有功功率就是其平均功率平均功率：pwp20cos)(21UItuidPu视在功率视在功率为电压、电流有效值的乘积，即S=UI u无功功率无功功率定义为： Q=U I sin u功率因数功率因数l 定义为有功功率P和视在功率S的比值：SPlu 此时无功功率Q与有功功率P、视在功率S之间有如下关系：222QPSu功率因数是由电压和电流的相位差 决定的：l l =cos 第第68页页n非正弦电路中的情况u有功功率、视在功率、功率因数的定义均和正弦电路相同，功有功功率、视

33、在功率、功率因数的定义均和正弦电路相同，功率因数仍由式率因数仍由式 定义。定义。SPlu非正弦电路的有功功率 ：P=U I1 cos 1 u功率因数功率因数为：11111coscoscoslIIUIUISP u 基波因数基波因数n =I1 / I，即基波电流有效值和总电流有效值之比即基波电流有效值和总电流有效值之比u 位移因数位移因数（基波功率因数）（基波功率因数）cos 1u功率因数由基波电流相移基波电流相移和电流波形畸变电流波形畸变这两个因素共同决定的。 2.5.4 无功功率分析无功功率分析第第69页页n非正弦电路的无功功率u定义很多，但尚无被广泛接受的科学而权威的定义。定义很多，但尚无被

34、广泛接受的科学而权威的定义。u一种简单的定义：一种简单的定义： 22PSQu无功功率无功功率Q反映了能量的流动和交换，目前被较广泛地接受。反映了能量的流动和交换，目前被较广泛地接受。u也可采用符号也可采用符号Qf，忽略电压中的谐波时有：忽略电压中的谐波时有：Q f =U I 1 sin 1 在非正弦情况下，在非正弦情况下， ，因此引入，因此引入畸变功率畸变功率D，使得：使得： 222fQPS2222DQPSfQ f为由基波电流所产生的无功功率，为由基波电流所产生的无功功率，D是谐波电流产生的无功功率。是谐波电流产生的无功功率。 2.5.4 无功功率分析无功功率分析第第70页页n逆变、有源逆变的

35、基本概念逆变、有源逆变的基本概念n有源逆变产生的基本条件有源逆变产生的基本条件 n有源逆变电路的分析方法有源逆变电路的分析方法n逆变失败和最小逆变角逆变失败和最小逆变角2.7 有源逆变电路有源逆变电路第第71页页n逆变逆变（Invertion）将直流电能转变成交流电能，是整流将直流电能转变成交流电能，是整流的逆过程。的逆过程。n逆变电路逆变电路把直流电能逆变成交流电能的电路。把直流电能逆变成交流电能的电路。 n有源逆变有源逆变将直流变为交流之后，输出端与交流电网相连。将直流变为交流之后，输出端与交流电网相连。 应用应用：直流可逆调速系统、交流绕线转子异步电动机串级：直流可逆调速系统、交流绕线转

36、子异步电动机串级调速以及高压直流输电等。调速以及高压直流输电等。 n无源逆变无源逆变 将直流变为交流之后，输出端与负载相连将直流变为交流之后，输出端与负载相连(第第5章内容章内容)。2.7.1 基本概念基本概念 对于可控整流电路，满足一定条件就可工作于有源逆变，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。既工作在整流状其电路形式未变，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，称为态又工作在逆变状态，称为变流电路变流电路。2.7 有源逆变电路有源逆变电路第第72页页2.7.2 有源逆变电路的应用有源逆变电路的应用直流可逆电力拖动系统直流可

37、逆电力拖动系统图图2.29 两组变流器的反并联可逆电路及工作状态（两组变流器的反并联可逆电路及工作状态（p89,图图2.53）第第73页页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图2.30 直流发电机电动机之间电能的流转a）两电动势同极性EG EM b）两电动势同极性EM EG c）两电动势反极性，形成短路 电路过程分析。电路过程分析。 两个电动势同极性相接时，电流总是从电动势高的流向低的，回路两个电动势同极性相接时，电流总是从电动势高的流向低的，回路电阻小，可在两个电动势间交换很大的功率。电阻小，可在两个电动势间交换很大的功率。2.7.3 2.7.3 有源逆变的基本原理有

38、源逆变的基本原理第第74页页用单相全波电路代替上述发电机用单相全波电路代替上述发电机有源逆变产生的条件有源逆变产生的条件a)b)u10udu20u10aOOwtwtIdidUdEMu10udu20u10OOwtwtIdidUdEMaiVT1iVT2iVT2id=iVT +iVT12id=iVT +iVT12iVT1iVT2iVT1图图2.31 单相全波电路的整流和逆变运行过程（单相全波电路的整流和逆变运行过程（p81，图图2.45） t t1 1 t t1 1 t t2 2 t t3 3 t t2 2t4电动机电动机M M电动运行电动运行电动机电动机M M发电发电回馈制动运行回馈制动运行2.7

39、.3 2.7.3 有源逆变的基本原理有源逆变的基本原理第第75页页（1）外部条件外部条件有直流电动势源，其极性必须和晶闸管有直流电动势源，其极性必须和晶闸管的导通方向一致，其值应稍大于变流器直流侧平均电压。的导通方向一致，其值应稍大于变流器直流侧平均电压。（2）内部条件内部条件要求晶闸管的控制角要求晶闸管的控制角/2，使，使Ud为负为负值。值。从上述分析中，可以归纳出产生逆变的条件：从上述分析中，可以归纳出产生逆变的条件： 半控桥或有续流二极管的电路，因其整流电压半控桥或有续流二极管的电路，因其整流电压ud不能不能出现负值，也不允许直流侧出现负极性的电动势，故不能出现负值，也不允许直流侧出现负

40、极性的电动势，故不能实现有源逆变。欲实现有源逆变，只能采用实现有源逆变。欲实现有源逆变，只能采用全控全控电路。电路。2.7.3 2.7.3 有源逆变的基本原理有源逆变的基本原理思考：半控桥或有续流二极管的电路能不能实现有源逆变？思考：半控桥或有续流二极管的电路能不能实现有源逆变？第第76页页逆变和整流的区别逆变和整流的区别：控制角：控制角 a a 不同不同 a a以自然换相点作为计量的起始点，并以此向右计量。以自然换相点作为计量的起始点，并以此向右计量。0a a p p /2 时，电路工作在时，电路工作在整流整流状态。状态。 p p /2 a a p p /2时的控制角用时的控制角用pp a

41、a = b b表示表示，b b 称为称为逆变角逆变角。 逆变角逆变角b b和控制角和控制角a a的计量方向相反，其大小自的计量方向相反，其大小自b b =0的起的起始点始点向左方向左方计量。计量。2.7.3 2.7.3 有源逆变的基本原理有源逆变的基本原理第第77页页电路结构、波形分析及基本数量关系电路结构、波形分析及基本数量关系图图2.32 三相桥构成的有源逆变电路三相桥构成的有源逆变电路 cab2.7.4 三相三相有源逆变电路有源逆变电路第第78页页图2.33 三相桥式整流电路工作于有源逆变状态时的电压波形(p82)uabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbu

42、abuacucaubaucaucbuabuacubcuaubucuaubucuaubucuaubu2udwtOwtOb =p4b =p3b =p6b =p4b =p3b =p6wt1wt3wt22.7.4 三相三相有源逆变电路有源逆变电路第第79页页Md|dEUIR22L2.34cos1.35cosdUUUbb 每个晶闸管导通每个晶闸管导通2p p/3，故流过晶闸管的电流有效值为故流过晶闸管的电流有效值为：0.5773dVTdIII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：dMddIEIRP2当逆变工作时，由于当逆变工作时，由于EM为负值为负值，故故Pd一般为

43、负值，表示功率由直一般为负值，表示功率由直流电源输送到交流电源。流电源输送到交流电源。在三相桥式电路中，变压器二次侧线电流的有效值为：在三相桥式电路中，变压器二次侧线电流的有效值为：2220 .8 1 63TddIIII2.7.4 三相三相有源逆变电路有源逆变电路第第80页页2.7.5 逆变失败与最小逆变角逆变失败与最小逆变角（一）逆变失败（逆变颠覆）的概念（一）逆变失败（逆变颠覆）的概念逆变时，一旦换相失败，外接直流电源就会通过晶闸管电路逆变时，一旦换相失败，外接直流电源就会通过晶闸管电路短路短路，或使，或使变流器的输出平均电压和直流电动势变成变流器的输出平均电压和直流电动势变成顺向串联顺向

44、串联，形成很大，形成很大短路电流短路电流。（二）逆变失败的原因（二）逆变失败的原因（1）触发电路工作不可靠，不能适时地、准确地给各晶闸管分配脉冲，触发电路工作不可靠，不能适时地、准确地给各晶闸管分配脉冲，如脉冲丢失、脉冲延迟等，致使晶闸管不能正常换相，使交流电源电压如脉冲丢失、脉冲延迟等，致使晶闸管不能正常换相，使交流电源电压和直流电动势顺向串联，形成短路。和直流电动势顺向串联，形成短路。u10udu20u10OOwtwtIdidUdg g 时，换相结束时，晶闸时，换相结束时，晶闸管能承受反压而关断。管能承受反压而关断。如果如果b b g g ，该通的晶闸管（，该通的晶闸管（VT1）会关断，而

45、应关断的晶闸管（）会关断，而应关断的晶闸管（VT3)不能关断，不能关断，最终导致逆变失败。最终导致逆变失败。 图图2.34 交流侧电抗对逆变换相过程的影响交流侧电抗对逆变换相过程的影响udOOidwtwtuaubucuaubpbg giVT1iVTiVT3iVTiVT322 结论：结论：为了防止为了防止逆变失败，逆变逆变失败，逆变角角不能太小，其不能太小，其最小值必须加以最小值必须加以限制。限制。abc第第83页页（三）最小逆变角（三）最小逆变角确定的依据确定的依据（1）逆变时允许采用的最小）逆变时允许采用的最小min角应等于角应等于 v式中，式中，为晶闸管的关断时间为晶闸管的关断时间tq折合

46、的电角度折合的电角度, 为换相重叠角为换相重叠角, 为安全裕量角。为安全裕量角。v晶闸管的关断时间晶闸管的关断时间tq可达可达200300s，折算成电折算成电角度角度约为约为45。而重叠角。而重叠角是随直流平均电是随直流平均电流和换相电抗的增加而增大。流和换相电抗的增加而增大。v一般取一般取10o。qgdbmin2.7.5 逆变失败与最小逆变角逆变失败与最小逆变角第第84页页2.8 相控变流装置的触发电路相控变流装置的触发电路晶闸管相控装置对触发电路的要求晶闸管相控装置对触发电路的要求图图2.35 常见的触发脉冲波形常见的触发脉冲波形（1）触发脉冲必须有）触发脉冲必须有足够的功率足够的功率，保

47、证在允许的整个工作温度范围内，对，保证在允许的整个工作温度范围内，对所有合格的元件都能所有合格的元件都能可靠触发可靠触发。（2）触发脉冲应有）触发脉冲应有足够的宽度足够的宽度，以保证晶闸管，以保证晶闸管可靠导通可靠导通。（3）触发脉冲的）触发脉冲的前沿应尽量陡些前沿应尽量陡些。（4）触发脉冲的相位应能够根据控制信号的要求在规定的范围内）触发脉冲的相位应能够根据控制信号的要求在规定的范围内移动移动。（5）触发脉冲与晶闸管主回路电源电压必须）触发脉冲与晶闸管主回路电源电压必须同步同步。 （6）触发电路与晶闸管主回路之间有必要的）触发电路与晶闸管主回路之间有必要的电气隔离电气隔离。 作用作用：产生符

48、合要求的门极触发脉冲，保证晶闸管在需要的：产生符合要求的门极触发脉冲，保证晶闸管在需要的 时刻由阻断转为导通。时刻由阻断转为导通。第第85页页晶闸管变流装置触发电路简介晶闸管变流装置触发电路简介（1 1）主要有）主要有3 3种类型种类型 A A、由分立元件组成的触发电路，一般称之为、由分立元件组成的触发电路，一般称之为分立式触发电路。分立式触发电路。 B B、由模拟集成电路和少量的外围元件组成的、由模拟集成电路和少量的外围元件组成的模拟集成触发电路。模拟集成触发电路。C C、数字触发电路。、数字触发电路。2.8 相控变流装置的触发电路相控变流装置的触发电路第第86页页（2 2）一种比较典型）一

49、种比较典型的分立式触发电的分立式触发电路路 同步信号同步信号为锯齿波的触发为锯齿波的触发电路电路 1 1） 脉冲形成与放大脉冲形成与放大 环节环节 2 2） 锯齿波的形成锯齿波的形成 和脉冲移相环节和脉冲移相环节 3 3） 同步环节同步环节 4 4） 双窄脉冲形成双窄脉冲形成 环节环节图图2.36 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2.8 相控变流装置的触发电路相控变流装置的触发电路第第87页页1）脉冲形成与放大环节）脉冲形成与放大环节 E1R7E2-E1uco2.8 相控变流装置的触发电路相控变流装置的触发电路n Uco=0V,V4截止，截止，V5饱和导通，饱和导通， V7

50、和和V8截止，没有脉冲输出。截止，没有脉冲输出。n Uco=0.7V,V4导通，导通，V5截止，截止， V7和和V8导通，形成脉冲。导通，形成脉冲。n 脉冲前沿由脉冲前沿由V4导通时刻确定，导通时刻确定，脉冲宽度与反向充电回路时间脉冲宽度与反向充电回路时间常数常数R11C3有关。有关。n 电路的触发脉冲由脉冲变压器电路的触发脉冲由脉冲变压器TP二次侧输出，其一次绕组接二次侧输出，其一次绕组接在在V8集电极电路中。集电极电路中。第第88页页2） 锯齿波的形成锯齿波的形成 和脉冲移相环节和脉冲移相环节 锯齿波电压形成电锯齿波电压形成电路由路由V1、V2、V3和和C2等元件组成，其中等元件组成，其中V1、VS、RP2和和R3为一恒为一恒流源电路。流源电路。2.8 相控变流装置的触发电路相控变流装置的触发电路第第89页页 3） 同步环节同