第二章整流电路2

1、2.2 三相可控整流电路交流测由三相电源供电。负载容量较大，或要求直流电压脉动较小、容易滤波。基本的是三相半波可控整流电路，三相桥式全控整流电路应用最广 。2.2.1 三相半波可控整流电路1)电阻负载b)c)d)e)f)u2Riduaubuca =0Owt1wt2wt3uGOudOOuabuacOiVT1uVT1wtwtwtwtwt 图2-12 三相半波可控整流电路共阴极接法电阻负载时的电路及a =0时的波形 电路的特点：1、变压器二次侧接成星形得到零线，而一次侧接成三角形避免3次谐波流入电网。2、三个晶闸管分别接入a、b、c三相电源，其阴极连接在一起共阴极接法 。自然换相点：二极管换相时刻为

2、自然换相点，是各相晶闸管能触发导通的最早时刻，将其作为计算各晶闸管触发角a的起点，即a =0。a =0时的工作原理分析变压器二次侧a相绕组和晶闸管VT1的电流波形，变压器二次绕组电流有直流分量。晶闸管的电压波形，由3段组成。a=30的波形（图2-13） 特点：负载电流处于连续和断续之间的临界状态。a =30u2uaubucOwtOwtOwtOwtOwtuGuduabuacwt1iVT1uVT1uac a30的情况（图2-14 ）a =60 特点：负载电流断续，晶闸管导通角小于120 。wwttwtwtu2uaubucOOOOuGudiVT1整流电压平均值的计算 a30时，负载电流连续，有：当a

3、=0时，Ud最大，为 a30时，负载电流断续，晶闸管导通角减小，此时有：负载电流平均值为晶闸管承受的最大反向电压，为变压器二次线电压峰值，即晶闸管阳极与阴极间的最大正向电压等于变压器二次相电压的峰值，即2）阻感负载特点：阻感负载，L值很大，id波形基本平直。a30时：整流电压波形与电阻负载时相同。a30时（如a=60时的波形如图2-16所示）。u2过零时，VT1不关断，直到VT2的脉冲到来，才换流，ud波形中出现负的部分。id波形有一定的脉动，但为简化分析及定量计算，可将id近似为一条水平线。阻感负载时的移相范围为90。udiauaubucibiciduacOwtOwtOOwtOOwtawtw

4、t图2-16 三相半波可控整流电路，阻感负载时的电路及a =60时的波形数量关系由于负载电流连续， Ud 变压器二次电流即晶闸管电流的有效值为晶闸管的额定电流为晶闸管最大正、反向电压峰值均为变压器二次线电压峰值三相半波的主要缺点在于其变压器二次电流中含有直流分量，为此其应用较少。2.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥是应用最为广泛的整流电路共阴极组阴极连接在一起的3个晶闸管（VT1，VT3，VT5）共阳极组阳极连接在一起的3个晶闸管（VT4，VT6，VT2）导通顺序：VT1VT2VT3 VT4VT5VT61）带电阻负载时的工作情况当a60时，ud波形均连续，对于电阻负载，id波形与ud波形形状

5、一样，也连续 波形图： a =0 当a60时，ud波形每60中有一段为零，ud波形不能出现负值 波形图： a =90带电阻负载时三相桥式全控整流电路a角的移相范围是120iuwwwwu2ud1ud2u2Luduabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuaucubwt1OtOtOtOta = 0VT1VT1a =0 （图217 ）晶闸管及输出整流电压的情况如表21所示时 段IIIIIIIVVVI共阴极组中导通的晶闸管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共阳极组中导通的晶闸管VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流输出电压udua-

6、ub=uabua-uc=uacub-uc=ubcub-ua=ubauc-ua=ucauc-ub=ucb请参照图217三相桥式全控整流电路的特点（1）2管同时通形成供电回路，其中共阴极组和共阳极组各1，且不能为同1相器件。（2）对触发脉冲的要求：按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，相位依次差60。共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差120，共阳极组VT4、VT6、VT2也依次差120。同一相的上下两个桥臂，即VT1与VT4，VT3与VT6，VT5与VT2，脉冲相差180。三相桥式全控整流电路的特点（3）ud一周期脉动6次，每次脉动的波形都一样，故该电路为6脉波整流电路。

7、（4）需保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲可采用两种方法：一种是宽脉冲触发 一种是双脉冲触发（常用） (5）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、反向电压的关系也相同。2) 阻感负载时的工作情况a60时ud波形连续，工作情况与带电阻负载时十分相似。主要包括：各晶闸管的通断情况、输出整流电压ud波形、晶闸管承受的电压波形。a 60时阻感负载时的工作情况与电阻负载时不同。 电阻负载时，ud波形不会出现负的部分。 阻感负载时，ud波形会出现负的部分。带阻感负载时，三相桥式全控整流电路的a角移相范围为90 。区别在于：得到的负载电流id波形不同。当电感足够大的时候， id的波形可近似为

8、一条水平线。3) 定量分析当整流输出电压连续时（即带阻感负载时，或带电阻负载a60时）的平均值为：带电阻负载且a 60时，整流电压平均值为：输出电流平均值为 ：Id=Ud /R当整流变压器为图2-17中所示采用星形接法，带阻感负载时，变压器二次侧电流波形如图2-23中所示，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。接反电势阻感负载时，在负载电流连续的情况下，电路工作情况与电感性负载时相似，电路中各处电压、电流波形均相同。仅在计算Id时有所不同，接反电势阻感负载时的Id为：式中R和E分别为负载中的电阻值和反电动势的值。ik=ib是逐渐增大的， 而ia=Id-ik是逐渐减小的。当i

9、k增大到等于Id时，ia=0，VT1关断,换流过程结束。2.3 变压器漏感对整流电路的影响三相半波可控整流电路及波形考虑包括变压器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LB表示。现以三相半波为例，然后将其结论推广。udidwtOwtOgiciaibiciaIduaubuca图2-18 考虑变压器漏感时的电路波形VT1换相至VT2的过程：因a、b两相均有漏感，故ia、ib均不能突变。于是VT1和VT2同时导通，相当于将a、b两相短路，在两相组成的回路中产生环流ik。换相重叠角换相过程持续的时间，用电角度g表示。换相过程中，整流电压ud为同时导通的两个晶闸管所对应的两个相电压的平均值

10、。换相压降与不考虑变压器漏感时相比，ud平均值降低的多少。变压器漏感对整流电路影响的一些结论:出现换相重叠角g ，整流输出电压平均值Ud降低。整流电路的工作状态增多。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du/dt，可能使晶闸管误导通，为此必须加吸收电路。 换相使电网电压出现缺口，成为干扰源。2.4 电容滤波的不可控整流电路在交直交变频器、不间断电源、开关电源等应用场合中，大量应用。最常用的是单相桥和三相桥两种接法。由于电路中的电力电子器件采用整流二极管，故也称这类电路为二极管整流电路。2.4.1电

11、容滤波的单相不可控整流电路常用于小功率单相交流输入的场合，如目前大量普及的微机、电视机等家电产品中。1） 工作原理及波形分析b)0iudqdp2pwti,uda)+RCu1u2i2VD1VD3VD2VD4idiCiRuda) 电路 b) 波形图2-19 电容滤波的单相桥式不可控整流电路及其工作波形基本工作过程：在u2正半周过零点至wt=0期间，因u2EM b）两电动势同极性EM EG c）两电动势反极性，形成短路图2-20 直流发电机电动机之间电能的流转（P80） 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，回路电阻小，可在两个电动势间交换很大的功率。3) 逆变产生的条

12、件单相全波电路代替上述发电机交流电网输出电功率 电动机输出电功率图2-21 单相全波电路的整流和逆变从上述分析中，可以归纳出产生逆变的条件有二：半控桥或有续流二极管的电路，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动势，故不能实现有源逆变。欲实现有源逆变，只能采用全控电路。2.5.2三相桥整流电路的有源逆变工作状态逆变和整流的区别：控制角 a 不同0a /2 时，电路工作在整流状态。 /2 a /2时的控制角用- a = 表示， 称为逆变角。逆变角和控制角a的计量方向相反，其大小自 =0的起始点向左方计量。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管两端电

13、压波形如图2-22所示。uabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbuabuacubcuaubucuaubucuaubucuaubu2udwtOwtOb =p4b =p3b =p6b =p4b =p3b =p6wt1wt3wt2图2-22 三相桥式整流电路工作于有源逆变状态时的电压波形有源逆变状态时各电量的计算：当逆变工作时，由于EM为负值，故Pd一般为负值，表示功率由直流电源输送到交流电源。2.5.3 逆变失败与最小逆变角的限制逆变失败（逆变颠覆）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，或使变流器的输出平均电压

14、和直流电动势变成顺向串联，形成很大短路电流。1) 逆变失败的原因触发电路工作不可靠，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，致使晶闸管不能正常换相。晶闸管发生故障，该断时不断，或该通时不通。交流电源缺相或突然消失。换相的裕量角不足，引起换相失败。换相重叠角的影响：udOOidwtwtuaubucuaubpbgb giVT1iVTiVT3iVTiVT322图2-23 交流侧电抗对逆变换相过程的影响当 时，换相结束时，晶闸管能承受反压而关断。如果 时（从图2-47右下角的波形中可清楚地看到），该通的晶闸管（VT2）会关断，而应关断的晶闸管（VT1)不能关断，最终导致逆变失败。 2) 确定最小逆变角min的依据逆变时允许采用的最小逆变角 应等于min=+q （2-109） 晶闸管的关断时间tq折合的电角度 换相重叠角q安全裕量角tq大的可达200300ms，折算到电角度约45。随直流平均电流和换相电抗的增加而增大。主要针对脉