第2章整流电路

1、第第2章章 整流电路整流电路第第2章章 整流电路整流电路引言引言整流电路的分类：整流电路的分类： 按组成的器件可分为按组成的器件可分为不可控不可控、半控半控、全控全控三种。三种。 按电路结构可分为按电路结构可分为桥式电路桥式电路和和零式电路零式电路。 按交流输入相数分为按交流输入相数分为单相电路单相电路和和多相电路多相电路。按变压器二次侧电流的方向是单向或双向，又分为按变压器二次侧电流的方向是单向或双向，又分为单拍电路单拍电路和和双拍电路双拍电路。整流电路整流电路： 出现最早的电力电子电路，将交流电变为直流电。出现最早的电力电子电路，将交流电变为直流电。 。TVTR0a)u1u2uVTudid

2、t12ttttu2uguduVT0b)c)d)e)00单相半波可控整流电路及波形TVTR0a)u1u2uVTudidt12ttttu2uguduVT0b)c)d)e)00工作过程和特点：工作过程和特点：（1）在）在U2的正半周，的正半周，VT承受正向电压，承受正向电压，0t1期期间，无触发脉冲，间，无触发脉冲，VT处于处于正向阻断状态，正向阻断状态，UVTU2，Ud=0;（2） t1以后，以后，VT由于触由于触发脉冲发脉冲UG的作用而导通，的作用而导通，则则Ud=U2, UVT=0,Id=UId=U2 2/R/R，一直到一直到时刻；时刻；（3） 22期间，期间，U2反反向，向，VT由于承受反向

3、电压由于承受反向电压而关断而关断,UVT=U2,Ud=0。以后不断重复以上过程。以后不断重复以上过程。特点特点：为单拍电路，易出为单拍电路，易出现变压器直流磁化，应用现变压器直流磁化，应用较少。较少。若干概念若干概念“半波半波”整流：整流：u ud d为脉动直流，波形只在为脉动直流，波形只在u u2 2正半周内出现正半周内出现 触发延迟角触发延迟角 ：从晶闸管开始承受正向阳极电压起，到施加：从晶闸管开始承受正向阳极电压起，到施加触发脉冲止的电角度触发脉冲止的电角度, ,也称触发角或控制角。也称触发角或控制角。导通角导通角 ：晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度：晶闸管在一个电源周期中处于通态

4、的电角度的的移相范围移相范围：指触发角：指触发角可以变化的角度范围。可以变化的角度范围。 相控方式相控方式：这种通过控制触发脉冲的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。基本数量关系基本数量关系直流输出电压平均值直流输出电压平均值Ud 说明：使用万用表直流档测量说明：使用万用表直流档测量Ud即为该数值；即为该数值； U2为电源电压有效值（为电源电压有效值（220V）；）；时，时，U Ud d=0=0，可见可以通过调整，可见可以通过调整调整调整Ud。直流输出电压有效值直流输出电压有效值U

5、 2cos145. 0)cos1 (22)(sin221222UUttdUUd22sin41sin221222UtdtUUSCR的若干参数关系：的若干参数关系：(1) I IdTdT （流过（流过SCR电流的平均值）电流的平均值） (2) I IT T （流过（流过SCR电流的有效值）电流的有效值） (3) U VT T （SCR承受的正反向峰值电压）为承受的正反向峰值电压）为2cos145. 02RURUIddT22sin41)sin2(21222RUtdtRUIT22U2. 单相半波电路带电感性负载的工作情况单相半波电路带电感性负载的工作情况电感的特点电感的特点: (1)抗拒电流变化，使得

6、流抗拒电流变化，使得流过电感的电流不能发生突变。过电感的电流不能发生突变。(2)在电感在电感两端产生的感应电动势两端产生的感应电动势Ldi/dt。它的极。它的极性是阻止电流的变化。性是阻止电流的变化。(3)电感在电路的电感在电路的工作过程中，不消耗能量。工作过程中，不消耗能量。负载阻抗角负载阻抗角arctg(L/R) ，反映出负，反映出负载中电感所占的比重，该角度越大载中电感所占的比重，该角度越大（0900之间），则电感量越大。当负载之间），则电感量越大。当负载中的感抗中的感抗L和和R相比不可忽略时，称为相比不可忽略时，称为电感性负载。常见的电感性负载如电机电感性负载。常见的电感性负载如电机的

7、励磁绕组。的励磁绕组。电感在电力电子线路中大量使用，大容电感在电力电子线路中大量使用，大容量、大功率电感常常又称为量、大功率电感常常又称为电抗器电抗器。a)u1TVTRLu2uVTudidu20t12tttttug0ud0id0uVT0b)c)d)e)f)+ + +带电感性负载的 单相半波电路及其波形（1）在）在U2的正半周，的正半周，VT承受承受正向电压，正向电压，0t1期间，无触期间，无触发脉冲，发脉冲，VT处于正向阻断状态处于正向阻断状态，UVTU2，Ud=0;（2） t1以后，以后，VT由于触发由于触发脉冲脉冲UG的作用而导通，则的作用而导通，则Ud=U2, UVT=0，一直到，一直到

8、时刻时刻。但由于。但由于L的作用，在的作用，在时刻，时刻，Ud=0，而，而L中仍蓄有磁场能，中仍蓄有磁场能， i id 0；（3） t2期间，期间，L释放释放磁场能，使磁场能，使id逐渐减为逐渐减为0，此时，此时负载反给电源充电，电感负载反给电源充电，电感L感应感应电势极性是上负下正，使电流电势极性是上负下正，使电流方向不变，只要该感应电动势方向不变，只要该感应电动势比比U2大，大，VT仍承受正向电压而仍承受正向电压而继续维持导通，直至继续维持导通，直至L中磁场能中磁场能量释放完毕，量释放完毕， VT承受反向电压承受反向电压而关断；而关断；a)u1TVTRLu2uVTudidu20t12 tt

9、tttug0ud0id0uVT0b)c)d)e)f)+ + +（4） t2 2期间，期间，VT承承受反向电压而处于关断状态，受反向电压而处于关断状态，UVTU2，Ud=0。以后不断重复以上过程。以后不断重复以上过程。a)u1TVTRLu2uVTudidu20t12 tttttug0ud0id0uVT0b)c)d)e)f)+ + +由于电感的存在延迟了由于电感的存在延迟了VT的关断时刻，使的关断时刻，使ud波形出现波形出现负的部分，与带电阻负载时负的部分，与带电阻负载时相比其平均值相比其平均值Ud下降。下降。直流输出电压平均值直流输出电压平均值Ud 输出的平均电压输出的平均电压Ud和电阻负载相比

10、，有所和电阻负载相比，有所下降下降。如果为大电感负载，则如果为大电感负载，则ud中的负面积接近正面积，输出中的负面积接近正面积，输出的直流平的直流平均电压均电压Ud0，id也很小，这样的电路无实际用途。所以，实际的也很小，这样的电路无实际用途。所以，实际的大感电路中，常常在负载两端并联一个大感电路中，常常在负载两端并联一个续流二极管续流二极管。212)(sin221ttdUUd2. 单相半波电路带电感性负载单相半波电路带电感性负载（1 1）在）在U U2 2的正半周，的正半周，VDVDR R承受反向电压，不导通，承受反向电压，不导通，不影响电路的正常工作不影响电路的正常工作; ;（2 2） 2

11、 2 期间，电感期间，电感L L的感应电势（下正上负）的感应电势（下正上负）使使VDVDR R导通，此时，导通，此时，L L释放释放能量，维持负载电流通过能量，维持负载电流通过VDVDR R构成回路，而不通过构成回路，而不通过变压器。称为变压器。称为续流续流。在续在续流期间，流期间，VTVT承受承受u u2 2的负压的负压而关断，此时而关断，此时U Ud d=0=0。 （3) 3) 当当LLR R时，时，iid d不但连不但连续而且基本上维持不变，电续而且基本上维持不变，电流波形接近一条直线。流波形接近一条直线。a)LTVTRu1u2uVTudVDRidu2udiduVTiVTIdIdt1tt

12、ttttOOOOOO - +b)c)d)e)f)g)iVDRiVDR单相半波带电感性负载有续流二极管的电路及波形单相半波带电感性负载有续流二极管的电路及波形 带续流二极管的单相半波电路基本数量关系：带续流二极管的单相半波电路基本数量关系：输出直流电压的平均值输出直流电压的平均值 Ud（和纯阻性负载相同）（和纯阻性负载相同） 输出直流电流的平均值输出直流电流的平均值Id. （和纯阻性负载相同）（和纯阻性负载相同） 若近似认为若近似认为id为一条水平线，恒为为一条水平线，恒为Id，则流过，则流过SCR的电流平均值的电流平均值和有效值分别为：和有效值分别为： ddTII2ddTItdII2)(212

13、2cos145. 02UUd2cos145. 02RURUIdd2.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路 VT的的 移相范围为移相范围为180 。 简单，但输出脉动大，变压器二次侧电流中含直流简单，但输出脉动大，变压器二次侧电流中含直流分量，造成变压器铁芯分量，造成变压器铁芯直流磁化直流磁化。 实际上很少应用此种电路。实际上很少应用此种电路。 分析该电路的主要目的建立起整流电路的基本概念。分析该电路的主要目的建立起整流电路的基本概念。 单相半波可控整流电路的特点单相半波可控整流电路的特点152.1.2 单相桥式全控整流电路u (i )ttt000i2udidb)c)d)dduVT1

14、,4图图2-5 单相全控桥式单相全控桥式带电阻负载时的电路及波形带电阻负载时的电路及波形a)带电阻负载的工作情况带电阻负载的工作情况 电路分析电路分析 闸管闸管VT1和和VT4组成一对桥臂，组成一对桥臂，VT2 和和VT3组成另一对桥臂。组成另一对桥臂。 在在u2正半周（即正半周（即a点电位高于点电位高于b点电点电位）位） 若若4个晶闸管均不导通，个晶闸管均不导通，id=0,ud=0,VT1、VT4串联承受电压串联承受电压u2。 在触发角在触发角 处给处给VT1和和VT4加触发加触发 脉脉冲，冲，VT1和和VT4即导通，电流从电源即导通，电流从电源a端经端经VT1、R、VT4流回电源流回电源b

15、端。端。 当当u2过零时，流经晶闸管的电流也降过零时，流经晶闸管的电流也降到零，到零，VT1和和VT4关断。关断。 在在u2负半周，仍在触发角负半周，仍在触发角 处触发处触发VT2和和VT3，VT2和和VT3导通，电流从电源导通，电流从电源b端流出，经端流出，经VT3、R、VT2流回电源流回电源a端。端。 到到u2过零时，电流又降为零，过零时，电流又降为零，VT2和和VT3关断。关断。 VT2和和VT3的的 =0处为处为 t= 2.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路 数量关系数量关系2cos19 . 02cos122)( dsin21222dUUttUUa 角的移相范围为角的移相

16、范围为180 。 向负载输出的平均电流值为：向负载输出的平均电流值为： 流过晶闸管的电流平均值只有流过晶闸管的电流平均值只有输出直流平均值的输出直流平均值的一半一半，即：，即：2cos145.0212ddVTRUII2cos19 . 02cos12222ddRURURUIttt000i2udidb)c)d)dduVT1,42.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路 流过晶闸管的电流有效值：流过晶闸管的电流有效值： 变压器二次测电流有效值变压器二次测电流有效值I2与输出直流电流与输出直流电流I有效值相等：有效值相等： 由上面两式可得：由上面两式可得：不考虑变压器的损耗时，要不考虑变压器

17、的损耗时，要求变压器的容量求变压器的容量 S=U2I2。2sin212)(d)sin2(21222VTRUttRUI2sin21)()sin2(12222RUtdtRUIIII21VT t t t000i2udidb)c)d)dd uVT1,4182OtOtOtudidi2OtOtuVT1,4OtOtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4u图图2-6 单相桥式全控整流电流带单相桥式全控整流电流带阻感负载时的电路及波形阻感负载时的电路及波形带阻感负载的工作情况带阻感负载的工作情况 电路分析电路分析 在在u2正半周期正半周期 触发角触发角 处给晶闸管处给晶闸管VT1和和VT4加加触发脉冲使其

18、开通，触发脉冲使其开通，ud=u2。 负载电感很大，负载电感很大，id不能突变且波不能突变且波形近似为一条水平线。形近似为一条水平线。 u2过零变负时，由于电感的作用过零变负时，由于电感的作用晶闸管晶闸管VT1和和VT4中仍流过电流中仍流过电流id，并不，并不关断。关断。 t= + 时刻，触发时刻，触发VT2和和VT3，VT2和和VT3导通，导通，u2通过通过VT2和和VT3分别分别向向VT1和和VT4施加反压使施加反压使VT1和和VT4关断，关断，流过流过VT1和和VT4的电流迅速转移到的电流迅速转移到VT2和和VT3上，此过程称为上，此过程称为换相换相，亦称，亦称换流换流。 假设电路已工作

19、于稳态，假设电路已工作于稳态，id的平均值不变。的平均值不变。假设负载假设负载电感很大电感很大，负载电流，负载电流id连续且波形近似为一水平线。连续且波形近似为一水平线。2.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路2.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路 数量关系数量关系cos9 . 0cos22)(dsin21222dUUttUU 晶闸管移相范围为晶闸管移相范围为90 。 晶闸管导通角晶闸管导通角与与a无关，均为无关，均为180 。电流的平均值和有效值：电流的平均值和有效值： 变压器二次侧电流变压器二次侧电流i2的波形为正负各的波形为正负各180 的矩形波，其相的矩形波，

20、其相位由位由a角决定，有效值角决定，有效值I2=Id。ddT21IIddT707. 021III 晶闸管承受的最大正反向电压均为晶闸管承受的最大正反向电压均为 。22U2O tO tO tudidi2b)O tO tuVT1,4O tO tIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,420带反电动势负载时的工作情况带反电动势负载时的工作情况 当负载为蓄电池、直流电动机的电枢（忽略其中的电感）等时，负载可看当负载为蓄电池、直流电动机的电枢（忽略其中的电感）等时，负载可看成一个直流电压源，对于整流电路，它们就是反电动势负载。成一个直流电压源，对于整流电路，它们就是反电动势负载。 电路分析电路分析 |

21、u2|E时，才有晶闸管承受正电压，有导通的可能。时，才有晶闸管承受正电压，有导通的可能。 晶闸管导通之后，晶闸管导通之后，ud=u2， ，直至，直至|u2|=E，id即降至即降至0使得晶闸管使得晶闸管关断，此后关断，此后ud=E。 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电角度 停止导电，停止导电， 称为称为停止导电角停止导电角。 当当 30 当导通一相的相电压过零变负时，该相晶闸管关断，但当导通一相的相电压过零变负时，该相晶闸管关断，但下一相晶闸管因未触发而不导通，此时输出电压电流为零。下一相晶闸管因未触发而不导通，此时输出电压电流为零。 负载电流负载电流断续断续，

22、各晶闸管导通角，各晶闸管导通角小于小于120 。 332.2.1 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电阻负载时电阻负载时 角的角的移相范围移相范围为为150 。 整流电压平均值整流电压平均值 30 时，负载电流时，负载电流连续连续，有，有 当当 =0时，时，Ud最大，为最大，为Ud=Ud0=1.17U2。 30 时，负载电流时，负载电流断续断续，晶闸管导通角减小，此时有，晶闸管导通角减小，此时有 cos17.1cos263)(sin2321226562UUttdUUd)6cos(1675.0)6cos(1223)(sin2321262UttdUUd(2-18)(2

23、-19)342.2.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路Ud/U2随随 变化的规律变化的规律 03060901201500.40.81.21.17321/( )Ud/U2图图2-16 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路Ud/U2与与 的关系的关系电阻电阻负载负载电感电感负载负载电阻电电阻电感负载感负载352.2.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路负载电流平均值为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晶闸管承受的最大反向电压为变压器二次线电压峰值,即即 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晶闸管阳极与阴极间的最大正向电压等于变压器二次

24、相电压的峰值，即压的峰值，即 RUIdd22245. 2632UUUURM22UUFM(2-20)(2-21)(2-22)362.2.1 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 电路分析电路分析 特点：特点：L值很大，整流电值很大，整流电流流id的波形基本是平直的，的波形基本是平直的，流过晶闸管的电流接近流过晶闸管的电流接近矩形矩形波波。 30 时，整流电压波形时，整流电压波形与电阻负载时相同。与电阻负载时相同。 30 时，当时，当u2过零时，过零时，由于电感的存在，阻止电流由于电感的存在，阻止电流下降，因而下降，因而VT1继续导通，继续导通，直到下一相晶闸管直到下一相晶闸管

25、VT2的触的触发脉冲到来，才发生换流，发脉冲到来，才发生换流，由由VT2导通向负载供电，同导通向负载供电，同时向时向VT1施加反压使其关断。施加反压使其关断。 uuuudiaabcibiciduacOtOtOOtOOtttu图图2-17 三相半波可控整流电路，阻三相半波可控整流电路，阻感负载时的电路及感负载时的电路及 =60 时的波形时的波形372.2.1 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 的的移相范围移相范围为为90 。 整流电压平均值整流电压平均值 Ud/U2与与 的关系的关系 L很大，如曲线很大，如曲线2所示。所示。 L不是很大，则当不是很大，则当 30

26、后，后，ud中负的部分中负的部分可能减少，整流电压平均可能减少，整流电压平均值值Ud略为增加，如曲线略为增加，如曲线3 所示。所示。cos17.12dUU03060901201500.40.81.21.17321/( )Ud/U2图图2-16 三相半波可控整三相半波可控整流电路流电路Ud/U2与与 的关系的关系382.2.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路 变压器二次电流即晶闸管电流的变压器二次电流即晶闸管电流的 有效值为有效值为 晶闸管的额定电流为晶闸管的额定电流为 晶闸管最大正反向电压峰值均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，即变压器二次线电压峰值，即 三相半波

27、可控整流电路的主要缺点在于其变压器二次电三相半波可控整流电路的主要缺点在于其变压器二次电流中含有流中含有直流分量直流分量，为此其应用较少。，为此其应用较少。ddTIIII577. 0312ddAVTIII368. 057. 1)(245. 2UUURMFM(2-23)(2-24)(2-25)udiaabcibiciduacOtOtOOtOOt2.2.2 三相桥式全控整流电路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三相桥是应用最为广泛的整流电路共阴极组共阴极组阴极连接在一起的3个晶闸管（VT1，VT3，VT5）共阳极组共阳极组阳极连接在一起的3个晶闸管（VT4，VT6，VT2）图2-1

28、7 三相桥式全控整流电路原理图导通顺序： VT1VT2 VT3 VT4 VT5VT62.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路1）带电阻负载时的工作情况）带电阻负载时的工作情况当当a60 时，时，ud波形均连续，对于电阻负载，波形均连续，对于电阻负载，id波形波形与与ud波形形状一样，也连续波形形状一样，也连续 波形图：波形图： a =0 （图（图218） a =30 （图（图219） a =60 （图（图220）当当a60 时，时，ud波形每波形每60 中有一段为零，中有一段为零，ud波形不波形不能出现负值能出现负值 波形图：波形图： a =90 （图（图221）带电阻负载时三相桥

29、式全控整流电路带电阻负载时三相桥式全控整流电路a角的移相范角的移相范围是围是120 2.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路晶闸管及输出整流电压的情况如下表所示晶闸管及输出整流电压的情况如下表所示时时 段段IIIIIIIVVVI共阴极组中导通共阴极组中导通的晶闸管的晶闸管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共阳极组中导通共阳极组中导通的晶闸管的晶闸管VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流输出电压整流输出电压udua-ub=uabua-uc=uacub-uc=ubcub-ua=ubauc-ua=ucauc-ub=ucb 请参照图请参照图218a60 时（时（a =0 图图222；a

30、 =30 图图223） ud波形连续，工作情况与带电阻负载时十分相似。波形连续，工作情况与带电阻负载时十分相似。 各晶闸管的通断情况各晶闸管的通断情况 输出整流电压输出整流电压ud波形波形 晶闸管承受的电压波形晶闸管承受的电压波形2.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路2) 阻感负载时的工作情况阻感负载时的工作情况主要主要包括包括a 60 时（时（ a =90 图图224） 阻感负载时的工作情况与电阻负载时不同。阻感负载时的工作情况与电阻负载时不同。 电阻负载时，电阻负载时，ud波形不会出现负的部分。波形不会出现负的部分。 阻感负载时，阻感负载时，ud波形会出现负的部分。波形会出现

31、负的部分。带阻感负载时，三相桥式全控整流电路的带阻感负载时，三相桥式全控整流电路的a角移相角移相范围为范围为90 。 区别在于：得到的负载电流区别在于：得到的负载电流id波形不同。波形不同。 当电感足够大的时候当电感足够大的时候， id的波形可近似为一条水平线的波形可近似为一条水平线。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当整流输出电压连续连续时（即带阻感负载时，或带电阻时（即带阻感负载时，或带电阻负载负载a60 时）的平均值为：时）的平均值为： 带电阻负载且带电阻负载且a 60 时，整流电压平均值为：时，整流电压平均值为：输出电流平均值为输出

32、电流平均值为 ：Id=Ud /Rcos34.2)(sin63123232UttdUUd)3cos(134.2)(sin63232dUttdUU最大正反向电压：最大正反向电压：URM=UFM=2.45U2（ 各种负载）各种负载）2.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路 当整流变压器为图当整流变压器为图2-17中所示采用星形接法，带阻感负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载时，变压器二次侧电流波形如图2-23中所示，其有效中所示，其有效值为：值为：ddddIIIII816.03232)(3221222晶闸管电压、电流等的定量分析与三相半波时一致。晶闸管电压、电流

33、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，电路中各处工作情况与电感性负载时相似，电路中各处电压电压、电流电流波形均相同。波形均相同。仅在仅在计算计算Id时有所不同时有所不同，接反电势阻感负载时的，接反电势阻感负载时的Id为：为：REUIdd式中式中R和和E分别分别为负载中的电阻值和反电动势的值。为负载中的电阻值和反电动势的值。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

34、程结束。换流过程结束。2.3 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 考虑包括变压器漏感在内的交流侧电感的影响，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该漏感可用一个集中的电感LB表示。表示。 现以三相半波为例，然后将其结论推广。现以三相半波为例，然后将其结论推广。VT1换相至换相至VT2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同时导通同时导通，相当于将，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。udid tO tOg gicia

35、ibiciaIduaubuc u1u2dtdidtdikbdtdidtdidtdibka21uu dtdiLuuuukBab2210222dtidLdtdukBba凹升凸降，baii2.3 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 换相重叠角换相重叠角换相过程持续的时间，用电角度换相过程持续的时间，用电角度g g表示。表示。 换相过程中，整流电压换相过程中，整流电压ud为同时导通的两个晶闸管所对为同时导通的两个晶闸管所对应的两个相电压的平均值。应的两个相电压的平均值。 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，ud平均值平均值降低的多少。降低的多少。2dd

36、ddbakBbkBaduutiLutiLuu（2-30）dB0B6565B6565Bbb6565dbd23d23)(ddd23)(d)dd(23)(d)(3/21IXiLttiLttiLuutuuUIgggdkkk（2-31） u1u2udid tO tOg giciaibiciaIduaubuc 2.3 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 换相重叠角换相重叠角g g的计算的计算B2Bab2)65sin(62)(ddLtULuutik由上式得：由上式得：)65sin(26ddB2tXUtik进而得出：进而得出：)65cos(cos26)(d)65sin(26B265B2tXU

37、ttXUitk（2-32）（2-33）（2-34）2.3 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 由上述推导过程，已经求得：由上述推导过程，已经求得：)65cos(cos26)(d)65sin(26B265B2tXUttXUitk 当当 时，时， ，于是，于是65gtdkIig g 随其它参数变化的规律随其它参数变化的规律： （1） Id越大则越大则g g 越大；越大； （2） XB越大越大g g 越大；越大； （3） 当当 90 时，时， 越小越小g g 越大。越大。)cos(cos26B2dgXUI（2-35）2dB62)cos(cosUIXg（2-36）udid tO tO

38、g giciaibiciaIduaubuc 2.3 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 变压器漏抗对各种整流电路的影响变压器漏抗对各种整流电路的影响 dUdBIXdB2IXdB23IXdB3IXdB2ImX)cos(cosg2Bd2UXI2Bd22UXI2dB62UIX2dB62UIXmUXIsin22Bd电路形式电路形式单相单相全波全波单相全单相全控桥控桥三相三相半波半波三相全三相全控桥控桥m脉波脉波整流电路整流电路 表表2-2 各种整流电路换相压降和换相重叠角的计算各种整流电路换相压降和换相重叠角的计算23U23U注：注：单相全控桥电路中，环流单相全控桥电路中，环流ik是

39、从是从-Id变为变为Id。本表所本表所列通用公式不适用列通用公式不适用； 三相桥等效为相电压等于三相桥等效为相电压等于 的的6脉波整流电路，脉波整流电路，故其故其m=6，相电压按，相电压按 代入。代入。23U23U2.3 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变压器漏感对整流电路影响的一些结论变压器漏感对整流电路影响的一些结论:出现出现换相重叠角换相重叠角g g ，整流输出电压平均值，整流输出电压平均值Ud降低降低。整流电路的整流电路的工作状态增多工作状态增多。晶闸管晶闸管的的di/dt 减小，有利于晶闸管的安全开通。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

40、闸管的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，产生正的换相时晶闸管电压出现缺口，产生正的du/dt，可，可能使晶闸管误导通，为此必须能使晶闸管误导通，为此必须加吸收电路加吸收电路。 换相使电网电压出现换相使电网电压出现缺口缺口，成为干扰源。，成为干扰源。2.5.1 谐波和无功功率分析基础谐波和无功功率分析基础 非正弦电路中的情况非正弦电路中的情况 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。 不考虑电压畸变，研究电压为正弦波、电流为非正弦波的情况不考虑电压畸变

41、，研究电压为正弦波、电流为非正弦波的情况有很大的实际意义。有很大的实际意义。SPv非正弦电路的有功功率非正弦电路的有功功率 ：P=U I1 cosj j1 （2-65）v功率因数为功率因数为：11111coscoscosjjjIIUIUISP（2-66） 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 位移因数（基波功率因数）位移因数（基波功率因数）cosj j 1v功率因数由功率因数由基波电流相移基波电流相移和和电流波形畸变电流波形畸变这两个因素共这两个因素共同决定的。同决定的。2.7 整流电路的有源逆变工作状态整流电路的有源逆变工

42、作状态2.7.1 逆变的概念逆变的概念1) 什么是逆变？为什么要逆变？什么是逆变？为什么要逆变？逆变（逆变（Invertion）把直流电转变成交流电，把直流电转变成交流电，整整流的逆过程流的逆过程。逆变电路逆变电路把直流电逆变成交流电的电路。把直流电逆变成交流电的电路。v有源逆变电路有源逆变电路整流器交流侧与电网相连接，把直流侧吸整流器交流侧与电网相连接，把直流侧吸收的能量，反送回交流电网。收的能量，反送回交流电网。 应用：直流可逆调速系统、交流绕线转子异步电动机串级调应用：直流可逆调速系统、交流绕线转子异步电动机串级调速以及高压直流输电等。速以及高压直流输电等。v无源逆变电路无源逆变电路交流

43、侧不是接电网，而是接负载，把直流电逆变交流侧不是接电网，而是接负载，把直流电逆变为某一频率或可调频率的交流电供给负载，将在第为某一频率或可调频率的交流电供给负载，将在第5章介绍。章介绍。对于可控整流电路，满足一定条件就可工作于有源逆对于可控整流电路，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。既工作在整流状态又工作在逆变状态，称为作在整流状态又工作在逆变状态，称为变流电路变流电路。54直流电机的直流电机的电动状态：电动状态：在外加直流电源的在外加直流电源的作用下，电动运行，作用下，电动运行，EMn0，EMEG，电，电机发出

44、功率，能量的传递方向逆转。直流电源吸机发出功率，能量的传递方向逆转。直流电源吸收功率。收功率。 0nTLTnn位能性负载使 nn0nABCTLT电源电压突减R+MGEaIME_P56通常可调直流电源可通常可调直流电源可采用采用SCR可控整流来实可控整流来实现现。电动状态：电动状态：UdEM， 900，Id从从EM正端流正端流入，入，直流电机的发电反馈制动状态：直流电机的发电反馈制动状态：由于由于SCR的的单导性，单导性，Id方向不变，应使方向不变，应使EM反极性，反极性， Id从从 EM正端流出，正端流出， EM提供能量。提供能量。REUIMddR+dIME_P+_dUR+MGEaIME_P5

45、7 R+dIME_+_dU顺向串联R+dIME_P+_dU58顺向串联：顺向串联：若若EM反极性，而反极性，而Ud仍保持原极性仍保持原极性不变，两电源一起供能给不变，两电源一起供能给R ，形成两电源在回，形成两电源在回路中顺向串联。由于通常路中顺向串联。由于通常R 很小，很小，Id将会很大将会很大（环流）这种情况应禁止。（环流）这种情况应禁止。应使应使Ud与与EM同时都反极性，同时都反极性， =9001800，并，并且，且， | Ud|900时，负面积大，时，负面积大，吞多吐少，平均而言吞多吐少，平均而言吸收能量吸收能量（回馈到电网）。（回馈到电网）。R+dIME_+_dU顺向串联59 R+d

46、IME_P+_dU2.7.1 逆变的概念逆变的概念从上述分析中，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有二（两条件同时具备）：有二（两条件同时具备）：半控桥或有续流二极管的电路半控桥或有续流二极管的电路，因其整流电压，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不能出现负值，也不允许直流侧出现负极性的电动势，故动势，故不能实现有源逆变不能实现有源逆变。欲实现有源逆变，只能采用欲实现有源逆变，只能采用全控全控电路。电路。 EM反接或反接或n反转；反转； 900，使，使Ud反极性，并且反极性，并且|Ud|小于但近于小于但近于|EM| (不允不允许许 | Ud|

47、 EM| ) 。2.7.3 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逆变失败（逆变颠覆）逆变失败（逆变颠覆） 逆变运行时若逆变运行时若Ud平均负值过小或变为平均负值过小或变为0，外接的反电，外接的反电势电源就会通过势电源就会通过SCR形成短路；若输出平均值形成短路；若输出平均值Ud变为正值，变为正值，则会造成顺向串联，同样形成则会造成顺向串联，同样形成很大的环流很大的环流。 v触发电路工作不可靠，不能适时、准确地给各晶闸管分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，致使晶闸管不能正配脉冲，如脉冲丢失、脉冲延时等，致使晶闸管不能正常换相，使常换相

48、，使Ud变正，变正，顺向串联顺向串联。 v晶闸管发生故障，该断时不断，或该通时不通，使晶闸管发生故障，该断时不断，或该通时不通，使ud的正的正弦片段延续到正半周，正面积增大。弦片段延续到正半周，正面积增大。v交流电源缺相或突然消失，交流电源缺相或突然消失，SCR仍可导通，交流侧失去仍可导通，交流侧失去对直流电动势对直流电动势EM的平衡作用，的平衡作用， EM的上负下正，经的上负下正，经SCR形形成短路成短路。1) 逆变失败的原因逆变失败的原因62换相裕量角不足换相裕量角不足。应考虑变压器的漏抗引应考虑变压器的漏抗引起的起的换流重叠角换流重叠角g g的影响：的影响：由于换相重叠期间输出电压由于换

49、相重叠期间输出电压ud波形为相波形为相邻两电压的算术平均值，邻两电压的算术平均值，g g使使ud的正面积的正面积减小而负面积增大，减小而负面积增大，因此在因此在 900（逆变）时（逆变）时 g g使平均使平均面积面积Ud增加增加Ud。632.7.3 逆变失败与最小逆变角的限制udOOidttuaubucuaubpbgb g g时，经过换相过程后，时，经过换相过程后，a相电相电压压ua仍高于仍高于c相电压相电压uc，所以换相结，所以换相结束时，能使束时，能使VT3承受反压而承受反压而关断关断。 当当b bg g时，换相尚未结束，电路时，换相尚未结束，电路的工作状态到达自然换相点的工作状态到达自然

50、换相点p点之后，点之后，uc将高于将高于ua，晶闸管，晶闸管VT1承受反压而承受反压而重新重新关断关断，使得应该关断的，使得应该关断的VT3不能不能关断却继续关断却继续导通导通，且，且c相电压随着时相电压随着时间的推迟愈来愈高，电动势间的推迟愈来愈高，电动势顺向串顺向串联联导致逆变失败。导致逆变失败。 为了防止逆变失败，不仅逆变为了防止逆变失败，不仅逆变角角b b不能等于零，而且不能太小，必不能等于零，而且不能太小，必须限制在某一允许的须限制在某一允许的最小角度最小角度内。内。 图图3-49 交流侧电抗对逆交流侧电抗对逆变换相过程的影响变换相过程的影响 换相重叠角的影响：换相重叠角的影响：图图

51、2-47 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如果如果b b g g 时（时（从图从图2-47右下角的波形中可清楚地看到），该通的晶闸管右下角的波形中可清楚地看到），该通的晶闸管（VT1）会关断，而应关断的晶闸管（）会关断，而应关断的晶闸管（VT3)不能关断，最终导致逆变不能关断，最终导致逆变失败。失败。 udOOid t tuaubucuaubpb bg gb b g g 时，换相结束时，时，换相结束时，晶闸管能承受反压而晶闸管能承受反压而关断。关断。65v 若若角较大，则换相裕量角充足，能保证角较大，则换相裕量角充足，能保证正常换流。正常换流。三相半波有源逆变电路中

52、三相半波有源逆变电路中 g g时，经时，经VT1触通换相过程后，仍有触通换相过程后，仍有uauc，VT3因承受反压而被迫关断。因承受反压而被迫关断。v 若若g g ，裕量角不足，会造成逆变失败。，裕量角不足，会造成逆变失败。 换相过程尚未结束，到达自然换相换相过程尚未结束，到达自然换相P点之点之后，后，uauc，VT3仍正偏而不能关断，仍正偏而不能关断，VT1因承受反压而重新关断。因承受反压而重新关断。ud因因VT3一直导一直导通而进入通而进入uc正半周，顺向串联。正半周，顺向串联。66 最小逆变角最小逆变角min的确定：的确定： b bmin= + g g + = 30 35 SCR的关断时

53、间的关断时间tq折合的电角度，折合的电角度， =4 5 ，(tq=200300 S) g g 换流重叠角，换流重叠角，g g =1520，g g大小与大小与Id、Xd 有有关。关。 安全裕量角，约取安全裕量角，约取10 。内外部种种原因会影。内外部种种原因会影响响角大小，比如角大小，比如6路触发脉冲的路触发脉冲的角不完全均匀相角不完全均匀相等。等。 逆变角逆变角的安全取值范围：的安全取值范围： 通常通常=30 90 ( =150 90)。转波形2.7.3 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2) 确定确定最小逆变角最小逆变角b bmin的依据的依据逆变时允许采用的最小逆变角逆变时允许采用的最小逆变角b b 应等于应等于b bmin