相控型整流和逆变电路part1

1、电气工程系电气工程系电气工程教研室电气工程教研室 重点和难点 1、相控整流电路的原理和分析方法2、相控逆变电路的原理和分析方法第第4 4章章 相控型整流和逆变电路相控型整流和逆变电路 4.1 整流器的定义和分类整流器的定义和分类 4.2 整流器的性能指标整流器的性能指标 4.3 单相相控整流电路单相相控整流电路 4.4 三相相控整流电路三相相控整流电路 4.5 大容量相控整流电路大容量相控整流电路 4.6 相控整流电路的换相压降相控整流电路的换相压降 4.7 整流电路的谐波分析整流电路的谐波分析 4.8 有源逆变电路有源逆变电路 4.9 晶闸管相控电路的驱动控制晶闸管相控电路的驱动控制 4.1

2、 整流器的定义和分类整流器的定义和分类 （1）输出的直流电压大小可以控制；）输出的直流电压大小可以控制； （2）输出直流侧电压和交流侧电流中的纹波都）输出直流侧电压和交流侧电流中的纹波都必须限制在允许范围内；必须限制在允许范围内； （3）整流器的效率要高。）整流器的效率要高。 利用电力电子器件的可控开关特性把交流电能利用电力电子器件的可控开关特性把交流电能变为直流电能的整流电路构成的系统称为变为直流电能的整流电路构成的系统称为整流器整流器。2、整流器电路性能和控制方式必须满足的要求：、整流器电路性能和控制方式必须满足的要求：1、定义：、定义：4.1 整流器的定义和分类整流器的定义和分类 整流电

3、路整流电路: :交流转换为直流交流转换为直流 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、半控和不可控、半控和全控整流电路；全控整流电路； 根据整流电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半波、全波和桥式整流电路等类型。类型。 相控整流电路相控整流电路: :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 ：第第4 4章章 整流电路整流电路1 1 4.1 整流器的定义和分类

4、整流器的定义和分类 4.2 整流器的性能指标整流器的性能指标 4.3 单相相控整流电路单相相控整流电路 4.4 三相相控整流电路三相相控整流电路 4.5 大容量相控整流电路大容量相控整流电路 4.6 相控整流电路的换相压降相控整流电路的换相压降 4.7 整流电路的谐波分析整流电路的谐波分析 4.8 有源逆变电路有源逆变电路 4.9 晶闸管相控电路的驱动控制晶闸管相控电路的驱动控制 4.2 整流器的性能指标整流器的性能指标 整流器的输出电压是脉动的，其中除了有主要的直流成分外，整流器的输出电压是脉动的，其中除了有主要的直流成分外，还有一定的交流谐波成分。定义整流器的输出电压的交流纹波有还有一定的

5、交流谐波成分。定义整流器的输出电压的交流纹波有效值效值UH与直流平均值与直流平均值UD之比为电压纹波系数之比为电压纹波系数u。即。即 1、电压纹波系数、电压纹波系数u（4.2.1）如果直流输出电压有效值用如果直流输出电压有效值用U表示，则表示，则 ， 因此有：因此有：若第若第n次谐波峰值为次谐波峰值为Unm, 则定义则定义Unm与与UD之比为电压脉动系数之比为电压脉动系数Sn，（ 4.2.3）（4.2.2）DHuUU 22DHUUU 12 DuUU 2、电压脉动系数、电压脉动系数SnDnmnUUS 4.2 整流器的性能指标整流器的性能指标 整流电路输入断为各次谐波电流之和。整流电路输入断为各次

6、谐波电流之和。 输入电流总畸变率输入电流总畸变率THD（Total Harmonic Distortion）又称谐波因数又称谐波因数HF（Harmonic Factor），是指除基波电流），是指除基波电流以外的所有谐波电流有效值与基波电流有效值之比，即以外的所有谐波电流有效值与基波电流有效值之比，即 3、 输入电流总畸变率输入电流总畸变率THD（ 4.2.4） 2122212112121nssnsnsssssIIIIIIIITHD式中式中Isn为为n次谐波电流有效值。次谐波电流有效值。4、 输入功率因数输入功率因数PF 定义交流电源输入有功功率平均值定义交流电源输入有功功率平均值P与其视在功率

7、与其视在功率S之比为输入之比为输入功率因数功率因数PF（Power factor）, 即即 对于无畸变的正弦波，谐波电流在一个周期内的平均功率为零，对于无畸变的正弦波，谐波电流在一个周期内的平均功率为零，只有基波电流只有基波电流Is1形成有功功率形成有功功率 SPPF ssIUS 11cos ssIUP 1cos 上式中上式中1是输入电压与输入电流基波分量之间的相位角。则是输入电压与输入电流基波分量之间的相位角。则 称为基波位移因数称为基波位移因数(或基波功率因数或基波功率因数)，于是输入功率因数为，于是输入功率因数为:1111coscos ssssssIIIUIUSPPF （ 4.2.5）（

8、 4.2.6）4.2 整流器的性能指标整流器的性能指标 上式表明：功率因数由基波电流相移和电流波形畸变这两个因素上式表明：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。共同决定。1越小，基波功率因数越小，基波功率因数 越大，相应的越大，相应的PF也越大。另也越大。另一方面，输入电流总畸变率一方面，输入电流总畸变率THD越小，功率因数越小，功率因数PF也越大。也越大。 4、 输入功率因数输入功率因数PF(续续)（ 4.2.7）ssII11111coscos ssssssIIIUIUSPPF 22122221111111THDIIIIIIInssnnsnssss 211cosTHDPF

9、中中 称为基波因数，且有称为基波因数，且有 所以所以式式（ 4.2.6）1cos v4.2 整流器的性能指标整流器的性能指标第第4 4章章 整流电路整流电路1 1 4.1 整流器的定义和分类整流器的定义和分类 4.2 整流器的性能指标整流器的性能指标 4.3 单相相控整流电路单相相控整流电路 4.4 三相相控整流电路三相相控整流电路 4.5 大容量相控整流电路大容量相控整流电路 4.6 相控整流电路的换相压降相控整流电路的换相压降 4.7 整流电路的谐波分析整流电路的谐波分析 4.8 有源逆变电路有源逆变电路 4.9 晶闸管相控电路的驱动控制晶闸管相控电路的驱动控制 在单相相控整流电路中，定义

10、晶闸管从承受正向电压起到触在单相相控整流电路中，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4.3.1 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（4.3.1） 上式上式(4.3.1)表明，只要改变控制角表明，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，达到相控，就可以改变整流输出电压的平均值，达到相控整流的目的。整流的目的。 1. 电阻性负载时参数计算

11、：电阻性负载时参数计算：根据波形图根据波形图.1 (b)，可求出整流输出电压平均值为：，可求出整流输出电压平均值为：2cos145. 02cos12)(sin221222 UUttdUUd 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=0时，时，Ud=0，当，当=时，时，Ud=0.45U2为最大值。为最大值。单相半波相控整流电路带电阻性负载时移相范围为单相半波相控整流电路带电阻性负载时移相范围为。图图.1 单相半波单相半波 可控整流波形图可控整流波形图 这种通过控制触发脉冲的

12、相位来控制直流输出电这种通过控制触发脉冲的相位来控制直流输出电压大小的方式称为相位控制方式，简称相控方式。压大小的方式称为相位控制方式，简称相控方式。v(4.3.2) 1. 电阻性负载时参数计算（续）：电阻性负载时参数计算（续）： 图图.1 单相半波可控单相半波可控 整流波形图整流波形图 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 (4.3.3)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)(

13、22sin2cos12242sin dfIIK(4.3.6)(4.3.4)(4.3.5)上式上式(5.2.7)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。 1. 电阻性负载时参数计算（续）：电阻性负载时参数计算（续）： 图图.1 单相半波可控单相半波可控 整流原理整流原理(4.3.7)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(4.3.9)(4.3.8) 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，相控整流输出电压越低，功

14、率因数相控整流输出电压越低，功率因数PF越小。越小。 当当=0时，时，PF=0.707为最大值。这是因为电路的输出为最大值。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电流中不仅存在谐波，而且基波电流与基波电压(即电即电源输入正弦电压源输入正弦电压)也不同相，即是使电阻性负载，也不同相，即是使电阻性负载，PF也也不会等于不会等于1。UIRIPd 2IUS2 242sin22 UUIUUISPPF电路的功率因数电路的功率因数 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.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

15、波形工作原理工作原理 2. 电感性负载电感性负载 )(21)(21tdutduUUULRdLdRd02)(21)(2100 diLtddtdiLtduULdL )(21tduURd故故 (4.3.10)(4.3.11)(4.3.12)(4.3.12) 2. 电感性负载（大电感）电感性负载（大电感）l图图3 22 0 dU 2. 电感性负载（大电感）电感性负载（大电感）l图图4 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

16、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 2. 电感性负载（大电感）参数计算电感性负载（大电感）参数计算22UddTdTIII 22 ddDdDIII 22 ddDDIII 22 ddTTIII 22 (4.3.16)(4.3.13)(4.3.14)(4.3.15) 1）优点：）优点： 线路简单，调整方便；线路简单，调整方便； 2）缺点：）缺点： （1）输出电压脉动大，负载电流脉动大（电阻性负）输出电压脉动

17、大，负载电流脉动大（电阻性负载时）。载时）。 （2）整流变压器次级绕组中存在直流电流分量，）整流变压器次级绕组中存在直流电流分量， 使使铁芯磁化，变压器容量不能充分利用。若不用变压器，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。 3）应用：）应用： 单相半波可控整流电路只适于小容量、波形要求不高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。的场合。3、单相半波可控整流电路特点：、单相半波可控整流电路特点：2 单相桥式相控整流电路单相桥式相控整流电路 1、阻性负载、阻性负载图图4.3.

18、1 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（的移相范围是的移相范围是0 0180180）工作原理分析：工作原理分析：tUtUum sin2sin222 2 单相桥式相控整流电路单相桥式相控整流电路2、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，

19、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 2cos19.0)cos1(2)(sin21222 UUttdUUd 22sin)()sin2(1222UtdtUU2cos19 . 02 ddddRURUI 22sin2ddRURUI(4.3.17)(4.3.18)(4.3.19)(4.3.20)2 单相桥式相控整流电路单相桥式相控整流电路2、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

20、有效值为2cos145. 0212 dddTRUII222sin2)()sin2(21222IRUtdtRUIddT (4.3.22)(4.3.21)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)(22sin2cos1222sin222 dddTTfTRURUIIK(4.3.23)2 单相桥式相控整流电路单相桥式相控整流电路2、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

21、量，因此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负载电流有效值d d与变压器次级电流有效值与变压器次级电流有效值I2相同。那么电路的功相同。那么电路的功率因数可以按下式计算率因数可以按下式计算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 dfIIK 22sin2222UUUUIUIUSPPFddd(4.3.24)(4.3.24)2 单相桥式相控整流电路单相桥式相控整流电路、 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是半波整流电路的是半波整流电路的2倍；倍；、在相同的负载功率下，

22、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：控桥式整流电路与半波整流电路可作如下比较：2 单相桥式相控整流电路单相桥式相控整流电路3大电感负载大电感负载 图图4.3.2 4.3.2 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 0/2/22 单相桥式相控整流电路单相桥

23、式相控整流电路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）晶闸管承受的最大正反向电压为 U U2 2。 cos22)(sin2122UttdUUd cos9 . 02U (0(09090) )222)()sin2(1UtdtUU 2(4.3.25)(4.3.26)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

24、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。2 单相桥式相控整流电路单相桥式相控整流电路4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(4.3.27)(4.3.28) 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

25、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。dddTdTIIII2122 dddTTIIII2122 6）结论：）结论： 图图4.3.3 4.3.3 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5反电势负载工作原理反电势负

26、载工作原理2 单相桥式相控整流电路单相桥式相控整流电路 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。等本身是一个直流电压的负载。dddRiEu dddREui 图图4.3.4 4.3.4 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5反电势负载工作原理反电势负载工作原理2 单相桥式相控整流电路单相桥式相控整流电路 导电角导电角时，整流电流波形出

27、时，整流电流波形出现断流。其波形如图现断流。其波形如图5.2.9(c)5.2.9(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 (4.3.29) 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

28、在。这样就要求触发角角。 t6 6反电势负载参数计算反电势负载参数计算2 单相桥式相控整流电路单相桥式相控整流电路(4.3.30)(4.3.29)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(cos2127 7大电感负载时的工作情况大电感负载时的工作情况 2 单相桥式相控整流电路单相桥式相控整流电路图图4.3.5 4.3.5 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

29、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

30、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：7 7大电感负载时的工作情况大电感负载时的工作情况 2 单相桥式相控整流电路单相桥式相控整流电路图图4.3.5 4.3.5 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

31、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8 8大电感负载时参数计算大电感负载时参数计算 2 单相桥式相控整流电路单相桥式相控整流电路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（(4.3.32)(4.3.31)2 单相桥式相控整流

32、电路单相桥式相控整流电路 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 ，8 8大电感负载时参数计算大电感负载时参数计算 ddTdTIII 22 ddTTIII 22 ddDdDIII 2ddDDIII 2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(4.3.33)(4.3.33)(4.3.35)(4.3.34)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 D第第4 4章章 整流电路整流电路1 1 4.1 整流器的定义和分类整流器的定义和分类

33、 4.2 整流器的性能指标整流器的性能指标 4.3 单相相控整流电路单相相控整流电路 4.4 三相相控整流电路三相相控整流电路 4.5 大容量相控整流电路大容量相控整流电路 4.6 相控整流电路的换相压降相控整流电路的换相压降 4.7 整流电路的谐波分析整流电路的谐波分析 4.8 有源逆变电路有源逆变电路 4.9 晶闸管相控电路的驱动控制晶闸管相控电路的驱动控制 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时时刻触发晶闸管刻触发晶闸管导通，负载上得到相电压导通，负载上得到相电压uA。 2 2）在）在t2t3期间，相电压最高，若在期间，相电压最高，若在t

34、2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 。 3 3）在）在t3 t4时期间，时期间，C C相电压最高，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。 4.4.1 三相半波相控整流电路三相半波相控整流电路 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4.4.1 4.4.1 电阻性负载的三相半波相控整流电路及波形电阻性负载的三相半波相控整流电路及波形( (=0=0) ) 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

35、，它是各相晶闸管能被正常触发导通的最早时刻，在该点以电角度，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，所以把它叫做自然前，对应的晶闸管因承受反压，不能触发导通，所以把它叫做自然换流点。换流点。 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起的起点，即该处点，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）。 4.4.1 三相半波相控整流电路三相半波相控整流电路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4.4.1 4.4.1 电阻性负

36、载的三相半波相控整流电路及波形电阻性负载的三相半波相控整流电路及波形( (=0=0) )4.4.1 三相半波相控整流电路三相半波相控整流电路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

37、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4.4.2 4.4.2 三相半波相控整流三相半波相控整流=18=18、6060时的波形图时的波形图150503 4.4.1 三相半波相控整流电路三相半波相控整流电路2 2、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)(s

38、in23/2126562 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。 (4.4.1) 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01504.4.1 三相半波相控整流电路三相半波相控整流电

39、路2 2、电阻性负载数量关系、电阻性负载数量关系(4.4.2) 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 。22U26U4.4.1 三相半波相控整流电路三相半波相控整流电路2 2、电阻性负载数量关系、电阻性负载数量关系(4.4.4)（5 5）负载电流的平均值）负载电流的平均值 dddRUI ddTII31

40、 )2cos2332(212 dTRUI30 o)2sin412cos4365(212 dTRUI15030 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(4.4.5)(4.4.3)(4.4.6)4.4.1 三相半波相控整流电路三相半波相控整流电路3 3、大电感负载、大电感负载 (1)(1)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。 (2)30(2)30时时u ud d波形出现部分负压。波形出现部分负压。 (3)(3)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

41、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4.4.34.4.3 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 4.4.1 三相半波相控整流电路三相半波相控整流电路4 4、大电感负载数量关系、大电感负载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，三相半波整流电路的移相范围为负载时，三相半波整流电路的移相范围为090。

42、整流输出电压平均值整流输出电压平均值ud为为dddTdTIIII313601202 dddTTIIII577. 0312 (4.4.8)(4.4.7)(4.4.9)4.4.1 三相半波相控整流电路三相半波相控整流电路5 5、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4.4.3 4.4.3

43、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。4.4.1 三相半波相控整流电路三相半波相控整流电路5 5、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4.4.3 4.4.3 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(4.4.13)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ddTd

44、TIII 3601502 ddTTIII 3601502 ddDdDIII 120302 ddDDIII 120302 (4.4.10)(4.4.11)(4.4.12)4.4.2 三相桥式相控整流电路三相桥式相控整流电路 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4.4.4 4.4.4 三相桥式相控

45、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01 1、电阻性负载工作原理、电阻性负载工作原理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 4.4.2 三相桥式相控整流电路三相桥式相控整流电路 （l l）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； （2）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

46、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, 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 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 4.4.2 三相桥式相控整流电路三相桥式相控整流电路宽脉冲触发：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

47、前沿相差相差60，脉宽一般为，脉宽一般为2030。 （3）全控桥触发脉冲类型：）全控桥触发脉冲类型：（4 4）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 4.4.2 三相桥式相控整流电路三相桥式相控整流电路=30=30时工作波形：时工作波形：图图4.44.4.5 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=30=30 时的情况时的情况3 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 4.4.2 三相桥式相控整流

48、电路三相桥式相控整流电路=60=60时工作波形：时工作波形：图图4.44.4.6 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=60 时的情况时的情况4.4.2 三相桥式相控整流电路三相桥式相控整流电路=90=90时工作波形时工作波形：图图4.44.4.7 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=90=90 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 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4.4.2 三相桥式相控整流电路三相桥式相控整流电路 2）当）当6060时，负载电流不连续，整流输

49、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 。因此当控制角为时，整流输出电压。因此当控制角为时，整流输出电压的平均值为的平均值为tUuAB sin232 3 32 3 cos34. 2cos63)(sin631222323UUttdUUd 3cos134. 23cos163)(sin6312223UUttdUUd(4.4.14)(4.4.15)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

50、 26U5 5、大电感负载、大电感负载 4.4.2 三相桥式相控整流电路三相桥式相控整流电路图图4.44.4.8 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 090905 5、大电感负载、大电感负载 4.4.2 三相桥式相控整流电路三相桥式相控整流电路图图4.44.4.8 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电流电压波形 2 2）=30=30、 9090时工作波形时工作波形6 6

51、、大电感负载参数计算、大电感负载参数计算 4.4.2 三相桥式相控整流电路三相桥式相控整流电路 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：(4.4.16)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）2）负载电流平均值为）负载电流平均值为

52、cos34. 22ddddRURUI (4.4.17)4.4.2 三相桥式相控整流电路三相桥式相控整流电路 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dddTdTIIII313601202 dddTTIIII577. 0312 (4.4.18)(4.4.19)4） 流进变压器次级的电流有效值为流进变压器次级的电流有效值为 3523

53、2022)()(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(4.4.20)6 6、大电感负载参数计算、大电感负载参数计算 第第4 4章章 整流电路整流电路1 1 4.1 整流器的定义和分类整流器的定义和分类 4.2 整流器的性能指标整流器的性能指标 4.3 单相相控整流电路单相相控整流电路 4.4 三相相控整流电路三相相控整流电路 4.5 大容量相控整流电路大容量相控整流电路 4.6 相控整流电路的换相压降相控整流电路的换相压降 4.7 整流电路的谐波分析整流电路的谐波分析 4.8 有源逆变电路有源逆变电路 4.9 晶闸管

54、相控电路的驱动控制晶闸管相控电路的驱动控制 1. 带平衡电抗器的双反星形相控整流电路工作原理带平衡电抗器的双反星形相控整流电路工作原理4.5 大容量相控整流电路大容量相控整流电路图图4.5.1 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2 2、带平衡电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4.5 大容量相控整流电路大容量相控整流电路(4.5.2) )图图4.5.1(a)中如果正、负整流组输出电流和在周期内连续，则中如果正、负整流组输出电流和在周期内连续，则T1、T3、T5和和T4、T6、T2的导电角都为的导

55、电角都为 ，在控制角，在控制角=0 0时时32 ttttUumd 12cos131119cos10816cos7513cos421213321U Ud1、u ud2相差相差6060即即 )3(12cos13111)3( 9cos1081)3( 6cos751)3( 3cos421213322 ttttUumdtUttUuuummddp 3cos4339cos1013cos4332221 则：则：(4.5.1) )(4.5.3) ) 从上面的关系式可知，从上面的关系式可知，如果负载中有大电感，三次谐波很难流入负载，如果负载中有大电感，三次谐波很难流入负载，三次谐波电压产生的三次谐波电流只在两组半

56、波整流电路中流动，称之三次谐波电压产生的三次谐波电流只在两组半波整流电路中流动，称之为环流。为环流。4.5 大容量相控整流电路大容量相控整流电路(4.5.7) )2 2、带平衡电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 4.5.1(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(4.5.1) ) 、 (4.5.2) )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. 1

57、cos26322UUUd (4.5.4) )输出直流电压平均值为输出直流电压平均值为22217. 1263233UUUUmd (4.5.6) )4.5 大容量相控整流电路大容量相控整流电路2. 带平衡电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 由式由式 由于每组三相半波整流电流是负载电流的由于每组三相半波整流电流是负载电流的1/2，故晶闸管的选择和，故晶闸管的选择和变压器二次绕组额定容量的确定只要按变压器二次绕组额定容量的确定只要按Id/2计算即可。流过晶闸管和计算即可。流过晶闸管和变压器二次绕组的电流相同，在电感性负载时都是方波，其等效值为变压器二次绕组的

58、电流相同，在电感性负载时都是方波，其等效值为 dddTIIIII289. 0323222122 晶闸管承受的最大正反向电压的计算，与三相半波时相同。关于变晶闸管承受的最大正反向电压的计算，与三相半波时相同。关于变压器所流过的电流其二次绕组与三相半波时相同，一次绕组则与三相压器所流过的电流其二次绕组与三相半波时相同，一次绕组则与三相桥式相同。桥式相同。(4.5.9) ) 可知，输出电压中的谐波阶次可知，输出电压中的谐波阶次n为为6k，k=1,2,3.，n=6,12,18.，最低谐波为，最低谐波为6次谐波，其值仅为直流平均值的次谐波，其值仅为直流平均值的235。 ttUumd 12cos13112

59、6cos75212332(4.5.8) )4.5 大容量相控整流电路大容量相控整流电路3 3、平衡电抗器、平衡电抗器工作原理：工作原理： 由于平衡电抗器由于平衡电抗器 的接入，瞬时电压差的接入，瞬时电压差 加在电抗加在电抗器两端，器两端， ，当，当 时，时， ， ，使，使 降低降低 后接入负载，后接入负载， ，使使 升高升高 后接入负载，电感使两组整流桥输出到负载后接入负载，电感使两组整流桥输出到负载的电压达到平衡，正、负两组同时导电，故称之为平衡电的电压达到平衡，正、负两组同时导电，故称之为平衡电抗器。抗器。 pu2pdBAduUU 21dduu 021 ddpuuu021 pAduU1du

60、2pu02 pdBuU2du2pupL4.5 大容量相控整流电路大容量相控整流电路4、结论结论 （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）三相桥为两组三相半波串联，而双反星形为两）三相桥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，同时有两相组三相半波并联，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；导电，变压器磁路平衡，不存在直流磁化问题； （2）当