华北电力大学-电力电子技术原理03

1、电力电子技术原理与应用电力电子技术原理与应用电力电子技术原理与应用2022-6-272二极管整流器与晶闸管换流器二极管整流器与晶闸管换流器第三章第三章 工频相控交直换流器工频相控交直换流器 二极管整流器电容器单元二极管整流器电容器单元 晶闸管相控整流器晶闸管相控整流器 晶闸管相控逆变器（有源逆变）晶闸管相控逆变器（有源逆变） 晶闸管无源逆变器（负载换相或强制换相）晶闸管无源逆变器（负载换相或强制换相） 晶闸管交交换流器（周波变换器）晶闸管交交换流器（周波变换器）电力电子技术原理与应用电力电子技术原理与应用2022-6-273基本原理：单相半波不控整流基本原理：单相半波不控整流第三章第三章 工频

2、相控交直换流器工频相控交直换流器纯电阻负载：电路纯电阻负载：电路电力电子技术原理与应用电力电子技术原理与应用2022-6-274第三章第三章 工频相控交直换流器工频相控交直换流器00.0050.010.0150.020.02510.50.51vst ( )i t ( )vdt ( )vDt ( )t基本原理：单相半波不控整流基本原理：单相半波不控整流第三章第三章 工频相控交直换流器工频相控交直换流器纯电阻负载：波形纯电阻负载：波形电力电子技术原理与应用电力电子技术原理与应用2022-6-275基本原理：单相半波不控整流基本原理：单相半波不控整流第三章第三章 工频相控交直换流器工频相控交直换流器

3、阻感负载：电路阻感负载：电路电力电子技术原理与应用电力电子技术原理与应用2022-6-27600.0050.010.01510.50.511.11.1vst ( )iLt ( )vRt ( )vLt ( )vdt ( ).020t基本原理：单相半波不控整流基本原理：单相半波不控整流第三章第三章 工频相控交直换流器工频相控交直换流器阻感负载：波形阻感负载：波形电力电子技术原理与应用电力电子技术原理与应用2022-6-277电感反电势负载：电路电感反电势负载：电路基本原理：单相半波不控整流基本原理：单相半波不控整流第三章第三章 工频相控交直换流器工频相控交直换流器电力电子技术原理与应用电力电子技术

4、原理与应用2022-6-278电感反电势负载：波形电感反电势负载：波形00.0050.010.01510.50.511.11.1vst ( )iLt ( )Edt ( )vLt ( ).020t基本原理：单相半波不控整流基本原理：单相半波不控整流第三章第三章 工频相控交直换流器工频相控交直换流器电力电子技术原理与应用电力电子技术原理与应用2022-6-279单相桥式全波不控整流器单相桥式全波不控整流器第三章第三章 工频相控交直换流器工频相控交直换流器电力电子技术原理与应用电力电子技术原理与应用2022-6-2710单相桥式全波不控整流器单相桥式全波不控整流器第三章第三章 工频相控交直换流器工频

5、相控交直换流器电力电子技术原理与应用电力电子技术原理与应用2022-6-2711单相桥式全波不控整流器：电压、电流波形单相桥式全波不控整流器：电压、电流波形第三章第三章 工频相控交直换流器工频相控交直换流器电力电子技术原理与应用电力电子技术原理与应用2022-6-2712单相桥式全波不控整流器单相桥式全波不控整流器第三章第三章 工频相控交直换流器工频相控交直换流器电力电子技术原理与应用电力电子技术原理与应用2022-6-2713单相桥式全波不控整流器单相桥式全波不控整流器第三章第三章 工频相控交直换流器工频相控交直换流器电力电子技术原理与应用电力电子技术原理与应用2022-6-2714单相桥式

6、全波不控整流器单相桥式全波不控整流器第三章第三章 工频相控交直换流器工频相控交直换流器电力电子技术原理与应用电力电子技术原理与应用2022-6-2715单相桥式全波不控整流器单相桥式全波不控整流器第三章第三章 工频相控交直换流器工频相控交直换流器电力电子技术原理与应用电力电子技术原理与应用2022-6-2716单相桥式全波不控整流器单相桥式全波不控整流器第三章第三章 工频相控交直换流器工频相控交直换流器11() cosssPV IssSV I1111() cos()PFcosssssssV IIPSV II1()PFDPFssIIDPF电力电子技术原理与应用电力电子技术原理与应用2022-6-

7、2717单相桥式全波不控整流器单相桥式全波不控整流器第三章第三章 工频相控交直换流器工频相控交直换流器电力电子技术原理与应用电力电子技术原理与应用2022-6-2718单相桥式全波不控整流器单相桥式全波不控整流器第三章第三章 工频相控交直换流器工频相控交直换流器电力电子技术原理与应用电力电子技术原理与应用2022-6-2719三相桥式不控整流器：电路三相桥式不控整流器：电路第三章第三章 工频相控交直换流器工频相控交直换流器电力电子技术原理与应用电力电子技术原理与应用2022-6-2720三相桥式不控整流器：直流输出波形三相桥式不控整流器：直流输出波形第三章第三章 工频相控交直换流器工频相控交直

8、换流器电力电子技术原理与应用电力电子技术原理与应用2022-6-2721三相桥式不控整流器三相桥式不控整流器第三章第三章 工频相控交直换流器工频相控交直换流器电力电子技术原理与应用电力电子技术原理与应用2022-6-2722三相桥式不控整流器三相桥式不控整流器第三章第三章 工频相控交直换流器工频相控交直换流器电流间断电流间断电流连续电流连续电力电子技术原理与应用电力电子技术原理与应用2022-6-2723三相桥式不控整流器三相桥式不控整流器第三章第三章 工频相控交直换流器工频相控交直换流器电力电子技术原理与应用电力电子技术原理与应用2022-6-2724三相桥式不控整流器三相桥式不控整流器第三

9、章第三章 工频相控交直换流器工频相控交直换流器电力电子技术原理与应用电力电子技术原理与应用2022-6-2725单相半波可控整流器单相半波可控整流器第三章第三章 工频相控交直换流器工频相控交直换流器00.0050.010.0150.020.02510.50.51vst ( )i t ( )vdt ( )vDt ( )t电力电子技术原理与应用电力电子技术原理与应用2022-6-2726单相半波可控整流单相半波可控整流第三章第三章 工频相控交直换流器工频相控交直换流器00.0050.010.01510.50.51vst ( )iLt ( )vRt ( )vLt ( )vdt ( )t电力电子技术原

10、理与应用电力电子技术原理与应用2022-6-2727三相桥式可控整流三相桥式可控整流器：电路图三相桥式可控整流器：电路图第三章第三章 工频相控交直换流器工频相控交直换流器电力电子技术原理与应用电力电子技术原理与应用2022-6-2728第三章第三章 工频相控交直换流器工频相控交直换流器三相桥式换流器的优点三相桥式换流器的优点 晶闸管承受的电压峰值较低晶闸管承受的电压峰值较低 换流变压器容量较小换流变压器容量较小 换流变压器接线较简单换流变压器接线较简单 晶闸管的伏安容量较小晶闸管的伏安容量较小 直流电压纹波较小直流电压纹波较小晶闸管的利用率高晶闸管的利用率高变压器的利用率高变压器的利用率高电力

11、电子技术原理与应用电力电子技术原理与应用2022-6-2729第三章第三章 工频相控交直换流器工频相控交直换流器晶闸管导通条件晶闸管导通条件 正向偏置正向偏置 合适的触发信号合适的触发信号电力电子技术原理与应用电力电子技术原理与应用2022-6-2730第三章第三章 工频相控交直换流器工频相控交直换流器晶闸管关断条件晶闸管关断条件 通过的电流小于某一值通过的电流小于某一值 偏置电压为零或为负值并保持一段时间偏置电压为零或为负值并保持一段时间电力电子技术原理与应用电力电子技术原理与应用2022-6-2731第三章第三章 工频相控交直换流器工频相控交直换流器三相桥式换流器中重要的量三相桥式换流器中

12、重要的量 交流侧相电压：交流侧相电压： vA、 vB、 vC 晶闸管电压：晶闸管电压： vT1 vT6 vd vP vN：直流侧电压：直流侧电压 Vd ：换流器直流输出电压：换流器直流输出电压 晶闸管电流：晶闸管电流： i1 i6 交流侧电流：交流侧电流： iA、 iB、 iC桥交流端对桥交流端对 “n”点电位点电位“P”、“N”点之间的电位差点之间的电位差T1 T6阳极阴极之间电压阳极阴极之间电压vd 的平均值的平均值电力电子技术原理与应用电力电子技术原理与应用2022-6-2732第三章第三章 工频相控交直换流器工频相控交直换流器交流侧电源线电压过零点交流侧电源线电压过零点vAC 过零点过

13、零点vBA 过零点过零点vCB 过零点过零点vBA 过零点过零点vCB 过零点过零点计时起点计时起点vAC 过零点过零点电力电子技术原理与应用电力电子技术原理与应用2022-6-2733第三章第三章 工频相控交直换流器工频相控交直换流器三相桥式换流器中晶闸管的触发三相桥式换流器中晶闸管的触发触发触发T1前导通前导通1 TACvvv18010ACTvvv电力电子技术原理与应用电力电子技术原理与应用2022-6-2734第三章第三章 工频相控交直换流器工频相控交直换流器触发滞后角触发滞后角a a1aP13aP3电力电子技术原理与应用电力电子技术原理与应用2022-6-2735第三章第三章 工频相控

14、交直换流器工频相控交直换流器触发滞后角与开通滞后角触发滞后角与开通滞后角a a 理想情况下，理想情况下，a a1 a a6 相等，记为相等，记为a a 触发滞后角：触发脉冲时刻触发滞后角：触发脉冲时刻 P 与与 C 间的电角度间的电角度 开通滞后角：晶闸管开通时刻开通滞后角：晶闸管开通时刻 T 与与 C 间的电角度间的电角度正常运行情况下：正常运行情况下： 开通滞后角开通滞后角 触发滞后角触发滞后角电力电子技术原理与应用电力电子技术原理与应用2022-6-2736第三章第三章 工频相控交直换流器工频相控交直换流器三相可控整流器的直流电压（三相可控整流器的直流电压（a a 变化，变化，u 0 0

15、）电力电子技术原理与应用电力电子技术原理与应用2022-6-2737第三章第三章 工频相控交直换流器工频相控交直换流器三相可控整流器的直流电压（三相可控整流器的直流电压（a a 0 0，u 0 0）6606600=2cos d2sin23 2 1.353LLLLLLdLLLLAVVVAVVV 电力电子技术原理与应用电力电子技术原理与应用2022-6-2738第三章第三章 工频相控交直换流器工频相控交直换流器三相可控整流器的直流电压（三相可控整流器的直流电压（a a 0 0，u 0 0）660=2cos d2sincos2cos63 2 cos1.35coscos3LLLLLLdLLLLdAVV

16、VAVVVVaaa aaaaa电力电子技术原理与应用电力电子技术原理与应用2022-6-2739第三章第三章 工频相控交直换流器工频相控交直换流器三相可控整流器换相过程三相可控整流器换相过程换相前换相前换相中换相中换相后换相后电力电子技术原理与应用电力电子技术原理与应用2022-6-2740第三章第三章 工频相控交直换流器工频相控交直换流器三相可控整流器换相过程（局部电路）三相可控整流器换相过程（局部电路）换相前换相前换相中换相中换相后换相后电力电子技术原理与应用电力电子技术原理与应用2022-6-2741换相中换相中第三章第三章 工频相控交直换流器工频相控交直换流器iAiC整流器换相过程（整

17、流器换相过程（T5 T1 ）dddd; CAssACACAuCduiiLLvvvttiiiIidd()ddd22sindudussACusACLLiIiLLvttiLvVtt22coscos222: 0; cos2LLLLussLLAusVVitAtALXVtiiAXaa 22(coscos)22AusLLssiiItVIXa电力电子技术原理与应用电力电子技术原理与应用2022-6-2742第三章第三章 工频相控交直换流器工频相控交直换流器整流器换相过程（整流器换相过程（T5 T1 ）短路电流直流分量短路电流直流分量短路电流强制分量短路电流强制分量两相短路电压两相短路电压换相开始换相开始换相结

18、束换相结束电力电子技术原理与应用电力电子技术原理与应用2022-6-2743第三章第三章 工频相控交直换流器工频相控交直换流器 iu ：换相电流（两相短路电流）：换相电流（两相短路电流） vAC ：换相电压（两相短路电压）：换相电压（两相短路电压） Xs ：换相电抗：换相电抗 换相期间三晶闸管导通；非换相期间两晶换相期间三晶闸管导通；非换相期间两晶闸管导通闸管导通换相过程：六个电子开关轮流工作换相过程：六个电子开关轮流工作电力电子技术原理与应用电力电子技术原理与应用2022-6-2744第三章第三章 工频相控交直换流器工频相控交直换流器换相重叠角换相重叠角u 换相过程所经历的电角度换相过程所经

19、历的电角度 2 3工况下小于工况下小于 60 2arccos cos 2sdLLX IuVaa 电力电子技术原理与应用电力电子技术原理与应用2022-6-2745第三章第三章 工频相控交直换流器工频相控交直换流器换相重叠角换相重叠角u其它参数不变的情况下：其它参数不变的情况下： Id 、VLL 、 Xs 、 a a u 2arccos cos 2sdLLX IuVaa 电力电子技术原理与应用电力电子技术原理与应用2022-6-2746第三章第三章 工频相控交直换流器工频相控交直换流器换相重叠角换相重叠角u（a a 变化时）变化时）电力电子技术原理与应用电力电子技术原理与应用2022-6-274

20、7第三章第三章 工频相控交直换流器工频相控交直换流器换相角对直流输出电压的影响换相角对直流输出电压的影响Au电力电子技术原理与应用电力电子技术原理与应用2022-6-2748第三章第三章 工频相控交直换流器工频相控交直换流器整流器的换相压降（整流器的换相压降（a a 0 0，g g 0 0）12=2sin dcoscos()223 2 coscos()23coscos()sinsin222336uuLLLLuLLddsdsdsdudAVVuAVVuVuuuVLVIX IfL IR Iaaaa aaaaaaa等值换相电阻等值换相电阻电力电子技术原理与应用电力电子技术原理与应用2022-6-274

21、9第三章第三章 工频相控交直换流器工频相控交直换流器整流器的直流电压（整流器的直流电压（a a 0 0，u 0 0）0000 coscos()coscos2223coscosdddsdddu dVuuVuVXVIVR Iaaaaa等值换相电阻等值换相电阻电力电子技术原理与应用电力电子技术原理与应用2022-6-2750第三章第三章 工频相控交直换流器工频相控交直换流器整流器的等值电路整流器的等值电路无相控理想空载电压无相控理想空载电压有相控理想空载电压有相控理想空载电压有相控带载输出电压有相控带载输出电压等值换相电阻等值换相电阻电力电子技术原理与应用电力电子技术原理与应用2022-6-2751

22、第三章第三章 工频相控交直换流器工频相控交直换流器整流器的直流电压（整流器的直流电压（a a 变化，变化，u 0 0）电力电子技术原理与应用电力电子技术原理与应用2022-6-2752第三章第三章 工频相控交直换流器工频相控交直换流器间断电流的影响间断电流的影响电力电子技术原理与应用电力电子技术原理与应用2022-6-2753第三章第三章 工频相控交直换流器工频相控交直换流器有源逆变工作方式有源逆变工作方式电力电子技术原理与应用电力电子技术原理与应用2022-6-2754第三章第三章 工频相控交直换流器工频相控交直换流器有源逆变器电压波形有源逆变器电压波形 （a a 90）电力电子技术原理与应

23、用电力电子技术原理与应用2022-6-2755第三章第三章 工频相控交直换流器工频相控交直换流器有源逆变器直流输出电压波形有源逆变器直流输出电压波形 （a a 90）电力电子技术原理与应用电力电子技术原理与应用2022-6-2756第三章第三章 工频相控交直换流器工频相控交直换流器相控换流器直流输出电压波形相控换流器直流输出电压波形 （整流（整流逆变）逆变）电力电子技术原理与应用电力电子技术原理与应用2022-6-2757第三章第三章 工频相控交直换流器工频相控交直换流器逆变器的触发越前角逆变器的触发越前角b b 与关断越前角与关断越前角g gb b ：晶闸管的触发时刻越前于相应的线电压过零：

24、晶闸管的触发时刻越前于相应的线电压过零点的电角度，点的电角度， b b 180 a ag g ：晶闸管关断时刻到相应的线电压过零点的电：晶闸管关断时刻到相应的线电压过零点的电角度，又称为熄弧角角度，又称为熄弧角电力电子技术原理与应用电力电子技术原理与应用2022-6-2758第三章第三章 工频相控交直换流器工频相控交直换流器逆变器的直流输出电压（逆变器的直流输出电压（反电压反电压）00000 coscos()coscos2223coscoscosdddsddds dds dVuuVuVXVIVR IVR Igggggb180()ua180a电力电子技术原理与应用电力电子技术原理与应用2022-

25、6-2759第三章第三章 工频相控交直换流器工频相控交直换流器逆变器的直流电压（逆变器的直流电压（a a 90 90 ，u 0 0） 将逆变器电压波形旋转将逆变器电压波形旋转180180 g g a a ，u u 得到得到Vd 的负值的负值电力电子技术原理与应用电力电子技术原理与应用2022-6-2760第三章第三章 工频相控交直换流器工频相控交直换流器逆变器换相过程（逆变器换相过程（T5 T1 ）122222(coscos)cos()coscoscoscos()cos22ussssLLssiiItItItIutVIXabbgiA电力电子技术原理与应用电力电子技术原理与应用2022-6-2761第三章第三章 工频相控交直换流器工频相控交直换流器晶闸管电压波形（逆变器：晶闸管电压波形（逆变器：T1）电力电子技术原理与应用电力电子技术原理与应用2022-6-2762第三章第三章 工频相控交直换流器工频相控交直换流器逆变器的关断越前角与换相失败逆变器的关断越前角与换相失败