电力电子技术第五版课件整流电路7

1、13.6 大功率可控整流(zhngli)电路3.6.1 带平衡(pnghng)电抗器的双反星形 可控整流电路3.6.2 多重化整流电路共三十二页23.6 大功率可控整流电路(dinl)引言带平衡电抗器的双反星形可控整流电路的特点：适用于低电压、大电流的场合。多重化整流电路的特点：在采用相同器件时可达到更大的功率。可减少交流侧输入(shr)电流的谐波或提高功率因数，从而减小对供电电网的干扰。共三十二页33.6.1带平衡(pnghng)电抗器的双反星形可控整流电路电路(dinl)结构的特点图3-37 带平衡电抗器的双反星形可控整流电路二次侧为两组匝数相同极性相反的绕阻，分别接成两组三相半波电路。二

2、次侧两绕组的极性相反可消除铁芯的直流磁化。平衡电抗器是为保证两组三相半波整流电路能同时导电。与三相桥式电路相比，双反星形电路的输出电流可大一倍。共三十二页4绕组的极性相反的目的：消除直流磁通势如图可知，虽然两组相电流的瞬时值不同(b tn)，但是平均电流相等而绕组的极性相反，所以直流安匝互相抵消。图3-38 双反星形电路(dinl)， =0时两组整流电压、电流波形twwtud1uaubuciaud2iaucuaubucOwtOOwtOId12Id16Id12Id163.6.1带平衡电抗器的双反星形可控整流电路共三十二页5接平衡(pnghng)电抗器的原因：两组整流电压平均值相等，但瞬时值不等。

3、当电压平均值和瞬时值均相等时，负载电流才能平均分配。两个星形的中点n1和n2间的电压等于ud1和ud2之差。该电压加在Lp上，产生电流ip，它通过两组星形自成回路，不流到负载中去，称为环流(hun li)或平衡电流。为了使两组电流尽可能平均分配，一般使Lp值足够大，以便限制环流在负载额定电流的1%2%以内。共三十二页6双反星形电路(dinl)中如不接平衡电抗器，即成为六相半波整流电路：只能有一个晶闸管导电，其余五管均阻断，每管最大导通角为60o，平均电流为Id/6。当=0o 时，Ud为1.35U2，比三相半波时的1.17U2略大些。因晶闸管导电时间(shjin)短，变压器利用率低，极少采用。平

4、衡电抗器的作用：使得两组三相半波整流电路同时导电。对平衡电抗器作用的理解是掌握双反星形电路原理的关键。共三十二页7平衡电抗器工作(gngzu)原理分析：图3-39 平衡(pnghng)电抗器作用下输出电压的波形和平衡(pnghng)电抗器上电压的波形图3-40 平衡电抗器作用下两个晶闸管同时导电的情况平衡电抗器Lp承担了n1、n2间的电位差，它补偿了ub和ua的电动势差，使得ub和ua两相的晶闸管能同时导电。（3-97）（3-98） 时，ubua，VT6导通，此电流在流经LP时，LP上要感应一电动势up，其方向是要阻止电流增大。可导出Lp两端电压、整流输出电压的数学表达式如下：upud1,ud

5、2OO60360t1ttb)a)uaubucucuaubub共三十二页8原理(yunl)分析(续)：图3-39 平衡(pnghng)电抗器作用下输出电压的波形和平衡(pnghng)电抗器上电压的波形图3-40 平衡电抗器作用下两个晶闸管同时导电的情况虽然 ，但由于Lp的平衡作用，使得晶闸管VT6和VT1同时导通。 时间推迟至ub与ua的交点时， ub = ua ， 。之后 ub ub ，电流才从VT6换至VT2。此时VT1、VT2同时导电。每一组中的每一个晶闸管仍按三相半波的导电规律而各轮流导电。upud1,ud2OO60360t1ttb)a)uaubucucuaubub共三十二页9由上述(s

6、hngsh)分析以可得：图3-39 平衡电抗器作用下输出(shch)电压的波形和平衡电抗器上电压的波形平衡电抗器中点作为整流电压输出的负端，其输出的整流电压瞬时值为两组三相半波整流电压瞬时值的平均值。波形如图2-37 a。（3-98）谐波分析分析详见P77-P78。ud中的谐波分量比直流分量要小得多，且最低次谐波为六次谐波。直流平均电压为：u,uupd1d2OO60360t1ttb)a)uaubucucuaubub共三十二页10 =30、 =60和 =90时输出电压的波形(b xn)分析图2-39 当 =30、60、90时，双反星形电路(dinl)的输出电压波形 分析输出波形时，可先求出ud1

7、和ud2波形，然后根据式（3-98）做出波形( ud1+ud2 ) / 2。输出电压波形与三相半波电路比较，脉动程度减小了，脉动频率加大一倍，f=300Hz。电感负载情况下，移相范围是90。电阻负载情况下，移相范围为120。90=a。60=a。30=audududwtOwtOwtOuaubucucuaububucucuaububucucuaub共三十二页11整流电压平均值与三相半波整流电路(dinl)的相等，为: Ud=1.17 U2 cos 将双反星形电路与三相桥式电路进行比较(bjio)可得出以下结论：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。当U2相等

8、时，双反星形的Ud是三相桥的1/2，而Id是三相桥的2倍。两种电路中，晶闸管的导通及触发脉冲的分配关系一样，ud和id的波形形状一样。共三十二页123.6.2 多重化整流(zhngli)电路概述： 整流装置功率(gngl)进一步加大时，所产生的谐波、无功功率(gngl)等对电网的干扰也随之加大，为减轻干扰，可采用多重化整流电路。原理： 按照一定的规律将两个或更多的相同结构的整流电路 进行组合得到。目标： 移相多重联结减少交流侧输入电流谐波，串联多重整流电路采用顺序控制可提高功率因数。共三十二页133.6.2 多重化整流(zhngli)电路1) 移相多重联结(linji)图3-42 并联多重联结

9、的12脉波整流电路有并联多重联结和串联多重联结。可减少输入电流谐波，减小输出电压中的谐波并提高纹波频率，因而可减小平波电抗器。使用平衡电抗器来平衡2组整流器的电流。2个三相桥并联而成的12脉波整流电路。共三十二页143.6.2 多重化整流(zhngli)电路移相30构成的串联(chunlin)2重联结电路图3-43 移相30串联2重联结电路 图3-44 移相30串联2重联结电路电流波形整流变压器二次绕组分别采用星形和三角形接法构成相位相差30、大小相等的两组电压。该电路为12脉波整流电路。星形三角形0a)b)c)d)ia1Id180360ia2iab2iAIdiab2wtwtwtwt000Id

10、2333Id33IdId323(1+ )Id323(1+)Id33Id13共三十二页153.6.2 多重化整流(zhngli)电路iA基波幅值Im1和n次谐波(xi b)幅值Imn分别如下：（3-103）（3-104）即输入电流谐波次数为12k1，其幅值与次数成反比而降低。该电路的其他特性如下：直流输出电压 位移因数 cosj1=cosa （单桥时相同）功率因数 l=n cosj1 =0.9886cosa共三十二页163.6.2 多重化整流(zhngli)电路利用变压器二次绕阻接法的不同，互相错开20，可将三组桥构成串联(chunlin)3重联结电路：整流变压器采用星形三角形组合无法移相20，

11、需采用曲折接法。整流电压ud在每个电源周期内脉动18次，故此电路为18脉波整流电路。交流侧输入电流谐波更少，为18k1次（k=1, 2, 3），ud的脉动也更小。输入位移因数和功率因数分别为：cosj1=cosa =0.9949cosa共三十二页173.6.2 多重化整流(zhngli)电路将整流(zhngli)变压器的二次绕组移相15，可构成串联4重联结电路： 为24脉波整流电路。 其交流侧输入电流谐波次为24k1，k=1，2，3。 输入位移因数、功率因数分别为：cosj1=cosa=0.9971cosa采用多重联结的方法并不能提高位移因数，但可使输入电流谐波大幅减小，从而也可以在一定程度上

12、提高功率因数。共三十二页183.7 整流电路的有源逆变工作(gngzu)状态3.7.1 逆变(n bin)的概念3.7.2 三相桥整流电路的有源逆变工作状态3.7.3 逆变失败与最小逆变角的限制共三十二页193.7.1 逆变(n bin)的概念1) 什么(shn me)是逆变？逆变（Invertion）把直流电转变成交流电，整流的逆过程。逆变电路把直流电逆变成交流电的电路。有源逆变电路 交流侧和电网连结。 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。无源逆变电路 变流电路的交流侧不与电网联接，而直接接到 负载。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

13、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，称为变流电路。共三十二页203.7.1 逆变(n bin)的概念2) 直流发电机电动机系统电能(dinnng)的流转图3-46 直流发电机电动机之间电能的流转a）两电动势同极性EG EM b）两电动势同极性EM EG c）两电动势反极性，形成短路电路过程分析。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。共三十二页213.7.1 逆变(n bin)的概念3) 逆变产生的条件单相全波电路(dinl)代替上述发电机图3-47 单相全波电路的整流和逆变交流电网输出电功率电动机输出电

14、功率a)b)u10udu20u10aOOwtwtIdidUdEMu10udu20u10OOwtwtIdidUd /2，使Ud为负值。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。共三十二页233.7.2三相桥整流电路的有源逆变(n bin)工作状态逆变和整流(zhngli)的区别：控制角 不同 0 p /2 时，电路工作在整流状态。 p /2 p /2时的控制角用p- = b表示，b 称为逆变角。逆变角b和控制角a的计量方向相反，其大小自b =0的起始点向左方计量。共三十二页243.7.2三相桥

15、整流电路的有源逆变工作(gngzu)状态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(diny)波形及晶闸管两端电压(diny)波形如图3-48所示。图3-48 三相桥式整流电路工作于有源逆变状态时的电压波形uabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbuabuacubcuaubucuaubucuaubucuaubu2udwtOwtOb =p4b =p3b =p6b =p4b =p3b =p6wt1wt3wt2共三十二页25有源逆变状态时各电量(dinling)的计算：输出直流电流的平均值亦可用整流(zhngli)的公式，

16、即（3-105）每个晶闸管导通2p/3，故流过晶闸管的电流有效值为：（3-106）从交流电源送到直流侧负载的有功功率为：（3-107）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。（3-108）在三相桥式电路中，变压器二次侧线电流的有效值为：共三十二页263.7.3 逆变(n bin)失败与最小逆变(n bin)角的限制逆变(n bin)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和直流电动势变成顺向串联，形成很大短路电流。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，

17、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。1) 逆变失败的原因共三十二页273.7.3 逆变(n bin)失败与最小逆变(n bin)角的限制换相重叠(chngdi)角的影响：图3-49 交流侧电抗对逆变换相过程的影响当b g 时，换相结束时，晶闸管能承受反压而关断。如果b g 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。 udOOidwtwtuaubucuaubpbgb giVT1iVTiVT3iVTiVT322共三十二页283

18、.7.3 逆变失败(shbi)与最小逆变角的限制2) 确定最小逆变角bmin的依据逆变时允许(ynx)采用的最小逆变角b 应等于bmin=d +g+q （3-109）d 晶闸管的关断时间tq折合的电角度g 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。主要针对脉冲不对称程度（一般可达5），值约取为10。共三十二页293.7.3 逆变(n bin)失败与最小逆变(n bin)角的限制g 换相重叠角的确定(qudng)：查阅有关手册 举例如下：整流电压整流电流变压器容量短路电压比Uk%g220V800A240kV。A5%1520参照整流时g 的计算方法（3-110）（3-111）根据逆变工作时 ，并设 ，上式可改写成这样， bmin一般取3035。共三十二页30 本章(bn zhn)小结可控整流电路，重点掌握：电力电子电路作为分段线性电路进行分析的基本思想、单相全控桥式整流电路和三相全控桥式整流电路的原理分析与计算、各种负载对整流电路工作情况的影响；电容滤波的不可控整流电路的工作情况，重点了解其工作特点；与