第2章+三相整流电路

1、电力电子技术电力电子技术第二章第二章 三相相控整流电路三相相控整流电路电力电子技术第二章 三相相控整流电路2.1 三相半波相控整流电路2.2 三相桥式相控整流电路2.3 整流电路的换相压降 2.4 晶闸管的保护与容量扩展2.5 晶闸管相控整流电路（实验）电力电子技术2.0 三相相控整流电路引言 使用场合：负载容量较大（通常4kw以上），要求直流电压脉动较小，交流测由三相电源供电。 三相相控整流电路形式：三相半波、三相桥式、双反星形等，其中：三相半波相控整流电路是最基本的组成形式；三相桥式全控整流电路是应用最广泛的整流电路电力电子技术三相半波相控整流电路一、三相半波不可控整流电路一、三相半波不可

2、控整流电路 电路图及波形如图所示 由三相变压器供电，表达式为：22sinauUt222sin()3cuUt222sin()3buUt图图2-1 三相半波不可控整流电路三相半波不可控整流电路及波形及波形电力电子技术n工作过程： 整 流 二 极 管 导 通 的 条 件是 。 如：对于VD1 t1t2: A相的瞬时电压值最高； VD1导通； A点K点电位相等，VD2和VD3承受的是反向压降，无法导通； 负载电压为： ud =ua 导通角度：120图图2-1 三相半波不可控整流电路三相半波不可控整流电路及波形及波形电力电子技术n工作过程： t2t3: B相电压最高，VD2导通 导通角度：120 负载电

3、压为ub t3t4: C相电压最高，VD3导通 负载电压为uc 导通角度：120图图2-1 三相半波不可控整流电路及波形三相半波不可控整流电路及波形电力电子技术二级管二级管VD1的电压波形的电压波形uVD1：VD1导通期间：为一管压降，uVD1=0VD2导通期间：uVD1=ua-ub=uab，为线电压最大反向电压为： 。VD3导通期间：为另一段线电压uac图图2-1 三相半波不可控整流电路及波形三相半波不可控整流电路及波形电力电子技术由以上分析：只有与阳极电压最高的一相相连的整流管导通按电源相序VD1、VD2、VD3轮流导通，且导通时间为120o 负载Rd上得到的电压为三相二次相电压波形正半周

4、包络线1.1. 自然换相点自然换相点：变压器二次相电压正半周相邻波形的交点即t1、t2、t3、电力电子技术 负载直流平均电压值为：5622261362sin()1.17223UUtdtUUd电力电子技术 电路结构：晶闸管代替二极管； 三相半波不可控整流电路，相当于可控整流电路a=0 时的工作情况。 电路及波形图。三相半波相控整流电路二、三相半波可控整流电路二、三相半波可控整流电路 电阻负载电阻负载电力电子技术0 30 时的波形特点： 负载电流断续，晶闸管导通角减小 = 150- a小于120 tttta=60u2uaubucOOOOuGudiVT1图2-2-2 三相半波可控整流电路，电阻负载，

5、a =60时的波形 3030时，负载电流断续，晶闸管导通角减小， 此时电压平均值电压平均值： 26212sin()233 21 cos()260.675 1 cos()6UUtdtUaaad当a=150时，Ud为0，移相范围为tttta=60u2uaubucOOOOuGudiVT10150电力电子技术图2-3-1 三相半波可控整流电路，阻感负载时的电路及a =30时的波形阻感负载，且L值很大，id 波形基本平直。 电压波形与电阻负载时相同 电流波形基本为一直线二、三相半波可控整流电路二、三相半波可控整流电路 - 阻感负载阻感负载电力电子技术图2-3-2 三相半波可控整流电路，阻感负载时的电路及

6、a =60时的波形u2过零时，由于L的作用，id 近似直线，VT1不会自动关断直到VT2的触发脉冲到来，换流后由VT2导通向负载供电(图中青色部分)VT1承受反压而关断三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路- 阻感负载阻感负载a30时电力电子技术图2-3-2 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 晶闸管导通角度为120三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路- 阻感负载阻感负载 a30时电力电子技术数量关系数量关系负载侧直流电压 Ud （2-4）aaaacos17. 1cos263)(sin23212

7、26562dUUttdUU当a=90时，Ud=0；此时电压波形正负面积相等，所以大电感负载时，触发脉冲移相范围为090。电力电子技术数量关系数量关系13dTIId晶闸管电流的有效值为： 流过晶闸管的平均电流为：输出电流的平均值：10.5773IIITddId =Ud / Rd电力电子技术三、共阳极接法三相半波可控整流电路三、共阳极接法三相半波可控整流电路 电路及波形图如下，接法与共阴极类似；图2-5 共阴极、共阳极三相半波可控整流电路电力电子技术三、共阳极接法三相半波可控整流电路三、共阳极接法三相半波可控整流电路 工作情况：在电源负半周期工作，注意 的起始位置； 特点：可以与共阴极接法的电路结

8、合起来使用，从而在电源正负周期时，都能够工作-即三相桥式整流电路。图2-5 共阳极三相半波可控整流电路及波形图2022-5-2422电力电子技术电力电子技术第二章第二章 整流电路整流电路三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路电力电子技术上节内容回顾n三相半波可控整流电路nThree-phase half-wave controlled rectifier（一）电阻性负载电压电流波形图直流输出电压的计算（二）大电感负载电压电流波形图电压平均值的计算电力电子技术三相半波可控整流电路nResistive load, =0n公共阴极，阳极电位最高的一相导通电力电子技术Resistive loadn=

9、 30 电力电子技术Resistive loadn= 60 电力电子技术Inductive load, L is large enough 电感性负载有哪些？电力电子技术Inductive load, L is large enough 电力电子技术a 30时，电阻负载电阻负载/电感负载电感负载电压波形均连续连续，有： aaaacos17. 1cos263)(sin2321226562dUUttdUUn整流电压平均值的计算（整流电压平均值的计算（1）电力电子技术a 30时 n整流电压平均值的计算（整流电压平均值的计算（2） 电阻负载，电阻负载，波形断续波形断续 电感电感负载，电压波形负载，电压

10、波形连续电力电子技术n 26212sin()233 21 cos()260.675 1 cos()6UUtdtUaaad 电阻负载，电阻负载，波形断续波形断续 电力电子技术aaaacos17. 1cos263)(sin2321226562dUUttdUU电感电感负载，电压波形负载，电压波形连续电流波形及相关参数计算请自行复习。电流波形及相关参数计算请自行复习。电力电子技术 学习方法学习方法1波形分析法：波形分析法：学会利用波形分析来分析桥式整流电路工作原理。2分析计算法：分析计算法：电路中各电量的计算要通过工作原理分析来推导。 3对比法：对比法：将各种电路波形和工作原理对比分析。4讨论分析法：

11、讨论分析法：要学习与他人讨论分析问题，并了解其他同学的学习方法和学习收获，提高学习效率。电力电子技术 同步： 每个周期内，触发信号相对于正弦波出现的位置相同； 由同步电路实现； 详见第一章单结晶体管触发电路。电力电子技术 本节内容：本节内容： 不同负载时：不同负载时：电路结构电路结构工作原理工作原理波形分析波形分析相关计算相关计算2.2 2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路电力电子技术2.2 2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路 三相半波电路三相半波电路 共共阴阴极极组组共共阳阳极极组组电力电子技术2.2 2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路 组合在一起，当

12、参数一致时组合在一起，当参数一致时( (负载、晶闸管负载、晶闸管 控制角等控制角等) )两组的电流大小、波形相同，方向相反两组的电流大小、波形相同，方向相反零线电流为零线电流为0 0，可以去除；即形成了桥式整流电路。，可以去除；即形成了桥式整流电路。 变压器：正负半周均有电流，利用率提高，无直流分量变压器：正负半周均有电流，利用率提高，无直流分量图图2-6 三相半波电路串联形成桥式电路三相半波电路串联形成桥式电路电力电子技术2.2 2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路图2-6 三相桥式全控整流电路原理图共阴极组共阴极组 阴极连接在一起的阴极连接在一起的3个晶闸管个晶闸管（VT1，V

13、T3，VT5）共阳极组共阳极组 阳极连接在一起的阳极连接在一起的3个晶闸管个晶闸管（VT4，VT6，VT2）电力电子技术1.带电阻负载带电阻负载 a =0时的工作情况时的工作情况晶闸管晶闸管 二极管二极管相当于触发角相当于触发角aa=0 共共阴阴极组（上）极组（上） 阳极电压瞬时值最阳极电压瞬时值最高高的一的一个导通；个导通； 共共阳阳极组：阴极电压最极组：阴极电压最低低的导的导通通 任意时刻，共阳和共阴极组中任意时刻，共阳和共阴极组中各有一个各有一个导通导通负载上的电压为一线电压负载上的电压为一线电压图2-6-1 三相桥式整流电路电力电子技术 导通顺序导通顺序：VT1VT2VT3 VT4VT

14、5VT6 电力电子技术u2u2 Lua bub cuc aua buaucubO tO t图图2-6-2 三相电路三相电路相电压与线电压向量关系相电压与线电压向量关系及波形及波形电力电子技术图图2-6-2 三相电路相电压与线电压向量关系三相电路相电压与线电压向量关系 UABUAUBUA+(-UB)电力电子技术图2-6-3 三相桥式全控整流电路带电阻负载 a = 0时的输出电压波形工作过程分析 电力电子技术图2-6-3 三相桥式全控整流电路带电阻负载 a = 0时的输出电压波形工作过程分析 电力电子技术图2-6-3 三相桥式全控整流电路带电阻负载 a = 0时的输出电压波形工作过程分析 电力电子

15、技术图2-6-3 三相桥式全控整流电路带电阻负载 a = 0时的输出电压波形工作过程分析ud电力电子技术晶闸管导通情况及输出整流电压值时 段IIIIIIIVVVI共阴极组VT1VT1VT3VT3VT5VT5共阳极组VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流输出电压udua-ub = uabua-uc=uacub-uc=ubcub-ua=ubauc-ua=ucauc-ub=ucb表2-1 晶闸管导通情况电力电子技术 =0时的自然导通顺序为时的自然导通顺序为： VT1VT2VT3 VT4VT5VT6因此为因此为VT4，VT6，VT2电力电子技术VT1仅在第 工作区间导通？ 每周期导通 非导通期间，承

16、受 电压 晶闸管电流、电压波形晶闸管电流、电压波形电力电子技术直接直接从线电压波从线电压波形看：形看：ud为线电压中最大的一个，ud波形为线电压的包络线；晶闸管电流、电压波形晶闸管电流、电压波形每个周期导通120导通期间，电流波形iVT与负载电流id波形相同。电压uVT为两个相电压相减仍可以分段考虑图2-6-3 三相桥式全控整流电路带电阻负载a= 0 时的波形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）2个晶闸管同时导通形成供电回路，其中共阴极组和共阳极组各1个，且不能为同一相的器件（2）对触发脉冲的要求： 按VTVT1 1-VT-VT2 2-VT-VT3 3-VT-VT4 4-

17、VT-VT5 5-VT-VT6 6的顺序，相位依次差60 共阴极组VTVT1 1、VTVT3 3、VTVT5 5的脉冲依次差120 共阳极组VTVT4 4、VTVT6 6、VTVT2 2也依次差120 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180。 （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。 （4）需要保证同时导通的2个晶闸管均有触发脉冲宽脉冲触发双脉冲触发（图2-7c）可采用两种方法（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

18、相同。晶闸管一周期中有1200处于通态，2400处于断态电阻负载时，导通时的电流波形与相应时段的ud波形相同。电力电子技术 带电阻负载带电阻负载 a 为不同值时的工作情况为不同值时的工作情况当当a 60 时时，ud波形均连续，对于电阻负载，id波形与ud波形形状一样，也连续 波形图： a =0 （图2-6-3 ） a =30 （图2-6-4） a =60 （图2-6-5）电力电子技术图2-6-3 三相桥式全控整流电路带电阻负载a= 0 时的波形a = 300 晶闸管起始导通时刻推迟了30 每一段导通晶闸管的编号仍符合表2-1的规律区别在于：区别在于： 组成ud的每一段线电压推迟300 ud平均

19、值降低。图2-6-4 三相桥式全控整流电路带电阻负载 a= 300 时的波形a = 600ud波形中每段线电压的波形继续向后移，平均值降低。 a = 600 时Ud出现了零点图2-6-5 三相桥式全控整流电路带电阻负载 a= 600 时的波形a 60 时，ud波形每60中有一段为零；ud0时，id0 iVT0 时，晶闸管关断，则ud为零，波形ud不会出现负值。带电阻负载时三相桥式全控整流电路a角的移相范围是120图2-6-5 三相桥式全控整流电路带电阻负载 a= 900 时的波形a 60 时时电力电子技术2.2 2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路 小结电阻负载小结电阻负载 当a6

20、0 时，ud波形均连续，对于电阻负载，id波形与ud波形形状一样，也连续当a60 时，ud波形每60中有一段为零，ud波形不能出现负值带电阻负载时三相桥式全控整流电路a 角的移相范围是120图2-7 三相桥式全控整流电路带阻感负载 a = 0时的波形a =0负载电流为一直线晶闸管VT1导通段，iVT1波形由负载电流id波形决定iVT1波形与ud波形不同，为一矩形波2 2阻感负载时的工作情况阻感负载时的工作情况图2-7 三相桥式全控整流电路变压器二次侧的电流波形变压器二次侧电流波形 正负半周均有电流流过图2-7 三相桥式全控整流电路变压器一次侧的电流波形变压器一次侧电流波形角-星型接法变比 1:

21、1ib1=ia- iba =30变压器二次侧a相电流id波形图2-7-2 三相桥式全控整流电路带阻感负载 a = 300 时的波形a =60电压波形与电阻负载时相同电力电子技术当a 60 时，如： 图2-7 a=0 ；图2-7-2 a =30 ud波形均连续，电路的工作情况与电阻负载时相似 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 一样一样区别区别: 负载不同时，得到的负载电流id波形不同小结小结电力电子技术l电阻负载时id波形与的ud波形形状一样。l阻感负载时，由于电感的作用，使得负载电流波形变得平直，当电感足够大的时候，负载电流id的波形可近似为一条水平线。电力电子技

22、术a 60 时时由于电感由于电感L的作的作用，用，ud波形会出波形会出现负的部分现负的部分当当a =90 时时, Ud=0带阻感负载时，带阻感负载时，a 角移相范围为角移相范围为90 图2-8-2 三相桥式整流电路带阻感负载，a =90时的波形 电力电子技术2.2 2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路3定量分析定量分析 当整流输出电压连续连续时 带阻感负载时，或带电阻负载a60 时 每段导通角度为60 222616sin()2.34cos3UUtdtUaaad电力电子技术2.2 2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路 带电阻负载且a 60时，整流电压平均值为： 输出电流平

23、均值为 ：Id=Ud /R5622636sin()2.341 cos()3UUtdtUaad电力电子技术三相桥式半控整流电路三相桥式半控整流电路 1电路电路 2.工作原理工作原理 三相桥式全控整流电路中，共阳极组晶闸管换为整流二极管管，就构成为三相桥式半控整流电路，右图3为其主电路图。 该电路适用于只要求输出电压大小可控的整流电源，由于结构简单、经济，得到了广泛应用。 该电路由共阴极组的一相晶闸管和共阳极组的另一相整流二极管构成一条可控整流回路，整流回路电源为两个元件所在相间的线电压。 该电路共有6条可对负载供电的整流回路，按电源电压相序轮流工作，实现整流目的。 bacTni2idudVT1V

24、T3VT5VD4VD6VD2d2d1RLVDR电力电子技术三相桥式半控整流电路三相桥式半控整流电路电力电子技术从换相规律看，共阴极组三相元件为晶闸管按自然换相点出现顺序控制换相；共阳极组三相元件为整流二极管，在自然换相点处自然换相，总是相电压最低的一相元件导通。在稳定工作状态下，三相晶闸管元件将以相同的控制角触发换相。通过改变控制角可以实现对输出整流电压平均值的控制。由于一组元件是相位控制换相，组元件是自然换相，6条整流回路中的1、3、5与2、4、6的工作通时间不同。电力电子技术电路输出电压，随共阴极组元件导通状态变化，随共阳极组元件导通状态变化。阻感负载时与单相桥式半控整流电路相似，在电路工

25、作过程中，整流回路的电源电压过零变负时，会形成自然续流现象。因此，采用切除触发方式使输出整流电压下降为零时将产生失控工作状态。为了防止出现失控工作状态，必须在负载两端反并联一个续流二极管。电力电子技术第二章 第三节 整流电路的换相压降整流电路的换相压降、外特性和直流电动机的机械特性电力电子技术电力电子技术1 1 整流电路的换相压降整流电路的换相压降 前面的分析，认为晶闸管的换流(Commutation between thyristors)都是瞬时完成 实际上电源也存在内阻抗，主要是变压器漏感(Transformer leakage inductance)及线路的杂散电感(Stray indu

26、ctances) 考虑这些因素对整流电路的影响时，换流过程不能瞬间完成；电力电子技术VTVT1 1换相至换相至VTVT2 2的过程分析，如图：的过程分析，如图： 因a a、b b两相均有漏感,故ia、ib均不能突变，ia、ib。于是VT1和VT2同时导通； 图2-10 考虑变压器漏感时的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,如图2-10。以三相半波为例介绍。1 1 整流电路的换相压降整流电路的换相压降电力电子技术VTVT1 1换相至换相至VTVT2 2的过程分析，如图：的过程分析，如图： 由于VT1和VT2同时导通； 相当于将a、

27、b两相经2LB短路，两相间电压差为ub ua ，在两相组成的回路中产生环流 i ik k ； ik=ib：0 Id 逐渐增大 ia=Id-ik：Id-0逐渐减小当ik kId时，ia=0=0，VT1彻底关断,换流过程结束。 图2-10 考虑变压器漏感时的三相半波可控整流电路及波形电力电子技术换相压降换相压降 换相导致ud均值降低多少，用U Ud d 表示换相重叠角换相重叠角 换相过程持续的时间，用电角度g g表示。在换相期间，整流输出电压瞬时值为2bakBbkBaduudtdiLudtdiLuu（2-102-10）56565656565061()()2/ 33()()2333()222ddbd

28、kbbBIkBBkBdUuudtdiuuLdtdtdiLdtL diX Idtagaagaaga（2-112-11）换重叠角换重叠角g g的计算，由的计算，由（2-10）式得）式得BBabkLtULuudtdi2)65sin(6)2/()(2（2-12-12-12-1）由上式得由上式得)65sin(262tXUtddiBk（2-12-22-12-2）)65cos(cos26)()65sin(262652ataXUtdtXUiBtbk（2-12-32-12-3）进而得出进而得出当当 时，时，ik = Id , 于是于是ga6/5t)cos(cos262gaaBdXUI（2-12-42-12-4）

29、262)cos(cosUIXdBgaa（2-122-12） g g随其它参数变化的规律： 1）当a 一定时，一定时，Id越大则g g越大；换流时间增加； 2）XB越大g g越大； 3）当Id ,XB一定时，a a 越大则g g越小。表2-2 各种整流电路换相压降和换相重叠角的计算注：单相全控桥电路中，环流ik是从-Id变为Id。本表所列通用公式不适用； 三相桥等效为相电压等于3U2 的6脉波整流电路，故其m=6，相电压按 3U2 代入。cosacos(ag)电路形式单相全波单相全控桥三相半波三相全控桥m脉波整流电路 dUdBIXdB2IX2Bd2UXI2Bd22UXI2dB62UIX2dB62

30、UIXmUXIsin22BddB23IXdB3IXdB2ImX变压器漏感对各种整流电路的影响变压器漏感对整流电路影响的一些结论:1) 出现换相重叠角g g ，整流输出电压平均值Ud降低。2) 整流电路的工作状态增多。3) 晶闸管的d di/ i/d dt t 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d di/ i/d dt t。4) 换相时晶闸管电压出现缺口，产生正的d du/u/d dt t，可能使晶闸管误导通，为此必须加吸收电路。5) 换相使电网电压出现缺口，成为干扰源。电力电子技术2.3 2.3 晶闸管直流电动机系统晶闸管直流电动机系统 晶闸管直流电动机系统晶

31、闸管直流电动机系统晶闸管可控整流装置带直流电动机负载组成的系统，是电力拖动系统中主要的一种，也是可控整流装置的主要用途之一； 对该系统的研究包括两个方面：带电动机负载时整流电路的工作情况；由整流电路供电时电动机的工作情况。 电力电子技术1.1.从整流电路的角度分析从整流电路的角度分析 相控整流电路，对负载来说，是一个带有内阻的可变直流电源。 直流输出电压表达式：（2-13） 以上各项分别表示：理想状态下输出电压、晶闸管导通压降（n）、变压器内电阻及漏感引起的压降，后者即是换相压降 参考p51例题。0cos()2dddTBmUUn UIRXa 电力电子技术由Id引起的压降有下列四部分：变压器的电

32、阻压降 IdRT ，其中RT 为变压器的等效电阻，它包括变压器二次绕组本身的电阻以及一次绕组电阻折算到二次侧的等效电阻；晶闸管本身的管压降U ，它基本上是一恒值；电枢电阻压降IdRa ；由重叠角引起的电压降 。 此时，整流电路直流电压的平衡方程为（2-13-2） 式中，)2(3dBIX32BTaXRRRdMdUER IU整流电路接反电动势负载电力电子技术2. 2. 晶闸管相控整流电路供电的直流电动晶闸管相控整流电路供电的直流电动机机械特性机机械特性 整流电路接反电动势负载时，可分为电流连续和电流断续两种情况；电动机的机械特性也各不相同。 通常在电枢回路串联一平波电抗器，保证整流电流在较大范围内

33、连续，如图2-11-1。图2-11-1 三相半波带电动机负载且加平波电抗器时的电压电流波形udOidtuaubucaudOiaibicictEUdidR电力电子技术 转速与电流的机械特性关系式为1) 电流连续时电动机的机械特性电流连续时电动机的机械特性在电机学中，已知直流电动机的反电动势为MeECn可根据整流电路电压平衡方程式，得21.17cosMdEUR IUa201.17cosdeeR IUUnnnCCa图2-11 三相半波电流连续时以电流表示的电动机机械特性其机械特性是一组平行的直线,斜率小，属于硬特性;调节a a 角，即可调节电机转速。电力电子技术 2) 2) 电流断续时电动机的机械特

34、性电流断续时电动机的机械特性 当负载减小时，平波电抗器中的电感储能减小，致使电流不再连续，此时其机械特性也就呈现出非线性。电流连续时的理想空载反电动势（ a a =60 ,忽略晶闸管管压降）： 电动机的实际空载反电动势都是 。 时为： 。 主电路电感足够大，可以只考虑电流连续段，完全按线性处理。 当低速轻载时，可改用另一段较陡的特性来近似处理，等效电阻要大一个数量级。 60a22U 60a)3cos(22aU 当Id减小至某一定值Id min以后，电流变为断续，这个 是不存在的，真正的理想空载点远大于此值。0E图2-12-1 电流断续时电动势的特性曲线220585. 060cos17. 1UU

35、E电力电子技术 电流断续时电动机机械特性电流断续时电动机机械特性的特点：的特点： 电动机的理想空载转速抬高 机械特性变软，即负载电流变化很小也可引起很大的转速变化 随着a 的增加，进入断续区的电流值加大这是由于a a 愈大，变压器加给晶闸管阳极上的负电压时间愈长， 电流要维持导通，必须要求平波电抗器储存较大的磁能，而电抗器的L为一定值的情况下，要有较大的电流Id才行图2-12 考虑电流断续时不同a时反电动势的特性曲线a a 1 a 2 a 3 a 460 Oa3a2a1Id分界线断续区连续区a5a4E0E电力电子技术电流断续时电动机机械特性可由下面三个式子准确地得出电流断续时电动机机械特性可由

36、下面三个式子准确地得出 式中， arctan ， ，L为回路总电感。jqjqjajqajctanctanMeeUE1)6sin()6sin(cos22jqjqjajqajctanctaneeMeeCUCEn1)6sin()6sin(cos222)6cos()6cos(cos22322nUCZUIedqqaajRLj22LRZ电力电子技术3. 3. 临界电流与平波电抗的选择临界电流与平波电抗的选择 临界电流 机械特性上连续区与断续区交界线上对应的电流。 为了得到较为理想的机械特性，需要减小临界电流，使电动机始终保持工作在电流连续区域。 常用的方法：串入平波电抗器Ld。 Ld选取方法： 根据直流电

37、动机拖动的生产机械在最小负载时对应的最小电流来选择。Idmin一般取电动机额定电流的5%10%。电力电子技术 整流电路为三相半波时，在最小负载电流为Id min时，为保证电流连续所需的主回路电感量为 （mH） （2-16） 对于三相桥式全控整流电路带电动机负载的系统，有（mH） min246.1dIUL min2693. 0dIUL 具体计算公式详见课本。电力电子技术本节小结 理解：整流电路的换相压降理解：整流电路的换相压降 了解：电路分析，波形分析，公式计算。 了解：由于换相压降引起的整流电路外特性和直流电动机的机械特性2022-5-2492电力电子技术电力电子技术电子教案电子教案第第2章章

38、 整流电路整流电路 2.4 2.4 晶闸管的保护与容量扩展晶闸管的保护与容量扩展电力电子技术2.4 2.4 电力电子器件器件的保护电力电子器件器件的保护 2.4.1 2.4.1 过电压的产生及过电压保护过电压的产生及过电压保护2.4.2 2.4.2 过电流保护过电流保护2.4.3 2.4.3 电压及电流上升率的限制电压及电流上升率的限制2.4.4 2.4.4 晶闸管的容量扩展晶闸管的容量扩展 晶闸管承受过电压、过电流的能力很差，这是晶闸管承受过电压、过电流的能力很差，这是它的主要缺点。它的主要缺点。 ，一旦发生过电流时，温，一旦发生过电流时，温度急剧上升，可能将度急剧上升，可能将PNPN结烧坏

39、，造成元件内部短路结烧坏，造成元件内部短路或开路。或开路。例如一只例如一只100A的晶闸管过电流为的晶闸管过电流为400A400A时，仅时，仅允许持续秒，否则将因过热而损坏；允许持续秒，否则将因过热而损坏； 电力电子技术常用晶闸管的结构螺栓型晶闸管晶闸管模块平板型晶闸管外形及结构P1N1P2N2J1J2J3AGKA AK KG电力电子技术电压超过其电压超过其反向击穿电压时，即使时间极短，也容易损反向击穿电压时，即使时间极短，也容易损坏。坏。 若正向电压超过转折电压时，则晶闸管误导若正向电压超过转折电压时，则晶闸管误导通，导通后的电流较大，使器件受损。通，导通后的电流较大，使器件受损。图1-8

40、晶闸管的伏安特性IG=0-UA0IAUbo正向导通反向击穿IH-IA+UAUDSMUDRMIG1IG2URRMURSMIG2IG1 IG 正向电压超过临界极限即正向转折电压Ubo，漏电流急剧增大，器件开通。称“硬开通”，一般不允许硬开通；正正向特性向特性反反向特性向特性电力电子技术什么是过电压？什么是过电压？-超过正常工作时晶闸管应承受的最大峰值电压，称为过电压。电力电子装置过电压电力电子装置过电压外因过电压、内因过电压外因过电压外因过电压 如来自雷击(Thunder lightening)、电网激烈波动或干扰； 内因过电压内因过电压 主要来自装置内部器件的开关过程，比如晶闸管的关断过电压（换

41、相过电压）； 2.4.1 过电压保护过电压保护 Over-voltage protection电力电子技术产生原因：产生原因：晶闸管在换相结束后不能立刻恢复阻断，有较大的反向电流流过，当恢复了阻断能力时，该反向电流急剧减小反向电流急剧减小，di/dt很大，即使线路电感L很小，也会在器件两端感应出较大的电动势L*di/dt。 关断电流电压波形如图2-13所示。 感应电动势与正常的外电压叠加，反向加在阻断的晶闸管上。 叠加后的波形如图2-14所示。1） 晶闸管的关断过电压（换相过电压）晶闸管的关断过电压（换相过电压） 第1章第100页1.2.2 1.2.2 晶闸管的基本特性晶闸管的基本特性2. 动

42、态特性动态特性 图1-9 晶闸管的开通和关断过程波形100%90%10%uAKttO0tdtrtrrtgrURRMIRMiA电力电子技术处理关断过电压关断过电压的方法：晶闸管两端并接阻容，利用电容电压不能够突变电容电压不能够突变的特性，吸收尖峰过电压，将造成过电压的能量变成电场能量储存到电容中，然后释放到电阻中消耗掉。如图2-15所示。阻容参数经验数据见表2-2。Snubber circuit电力电子技术2） 交流侧过电压及其保护 产生原因：交流侧电路在接通、断开时会出现过电压。 处理方法：外因过电压抑制措施中，RC过电压抑制电路最为常见; 典型连接形式：如图2-16所示。大容量电力电子装置可

43、采用图2-16 d 所示的整流式整流式RC电路电路+-+-a)b)网侧阀侧直流侧图1 -35CaRaCaRaCdcRdcCdcRdcCaRaCaRa电力电子技术3） 过电压保护器件 阻容吸收保护用于峰值不高、过电压能量不很大以及要求不高的场合。 对于电网遭受雷击雷击或从电网侵入的干扰过电压，在要求高的场合常采用阀型避雷器避雷器 lightning arrester；电力电子技术3） 过电压保护器件 常用压敏电阻压敏电阻VDR吸收过电压。 压敏电阻特性：正常电压时呈现高阻状态，仅有很小漏电流；过电压时，呈低阻态，迅速吸收过电压。 压敏电阻应用场合：与阻容吸收回路相同在交、直流侧完全可代替阻容吸收

44、，但不能够作为限制du/dt保护，所以不并接于晶闸管两端。 瞬态电压抑制器瞬态电压抑制器：原理同压敏电阻类似，可吸收能量更大的过电压。电力电子技术2.4.2 过电流保护过电流保护 Over-current protection过电流产生原因：主要是 过载过载和短路短路两种情况常用措施（如图2-18）电力电子技术串接交流进线电抗串接交流进线电抗，限制短路电流。不足之处：电流大时压降大。电流检测和过流继电器电流检测和过流继电器，检测到过流时切断交流开关K，需要数百毫秒，适用于短路电流不大的场合。或控制晶闸管触发脉冲快速后移至a90度区域，使装置工作在逆变状态，迫使故障电流迅速下降。也称为拉逆变保护。电力电子技术直流快速开关直流快速开关，用于装置功率大，且短路常发生的场合，动作快，仅2ms，可先于熔断器。但昂贵。快速熔断器快速熔断器Fuse，当电路发生过流故障时，它能在晶闸管过热损坏之前熔断，切断电流通路