华北电力大学-电力电子技术原理03

第三章工频相控交－直换流器电力电子技术原理与应用1/14/20231二极管整流器与晶闸管换流器第三章工频相控交－直换流器二极管整流器－电容器单元晶闸管相控整流器晶闸管相控逆变器（有源逆变）晶闸管无源逆变器（负载换相或强制换相）晶闸管交－交换流器（周波变换器）1/14/20232基本原理：单相半波不控整流第三章工频相控交－直换流器纯电阻负载：电路1/14/20233第三章工频相控交－直换流器基本原理：单相半波不控整流第三章工频相控交－直换流器纯电阻负载：波形1/14/20234基本原理：单相半波不控整流第三章工频相控交－直换流器阻感负载：电路1/14/20235基本原理：单相半波不控整流第三章工频相控交－直换流器阻感负载：波形1/14/20236电感反电势负载：电路基本原理：单相半波不控整流第三章工频相控交－直换流器1/14/20237电感反电势负载：波形基本原理：单相半波不控整流第三章工频相控交－直换流器1/14/20238单相桥式全波不控整流器大电容滤波负载（极常用的电路）第三章工频相控交－直换流器1/14/20239单相桥式全波不控整流器大电容滤波负载，加平波电抗第三章工频相控交－直换流器1/14/202310单相桥式全波不控整流器：电压、电流波形第三章工频相控交－直换流器1/14/202311单相桥式全波不控整流器大电容滤波负载：等值电路（电流间断时适用）第三章工频相控交－直换流器1/14/202312单相桥式全波不控整流器大电容滤波负载：波形第三章工频相控交－直换流器1/14/202313单相桥式全波不控整流器大电容滤波负载：输出伏－安特性（非线性）第三章工频相控交－直换流器1/14/202314单相桥式全波不控整流器大电容滤波负载：交流输入电流波形（含丰富谐波）第三章工频相控交－直换流器1/14/202315单相桥式全波不控整流器交流电流分析：功率因数第三章工频相控交－直换流器1/14/202316单相桥式全波不控整流器交流电流分析：Ls

对输入电流波形的影响第三章工频相控交－直换流器1/14/202317单相桥式全波不控整流器交流电流分析：Ls对输入电流波形的影响第三章工频相控交－直换流器1/14/202318三相桥式不控整流器：电路第三章工频相控交－直换流器1/14/202319三相桥式不控整流器：直流输出波形第三章工频相控交－直换流器1/14/202320三相桥式不控整流器等值电路第三章工频相控交－直换流器1/14/202321三相桥式不控整流器第三章工频相控交－直换流器电流间断电流连续等值电路1/14/202322三相桥式不控整流器直流侧电流：连续与间断第三章工频相控交－直换流器1/14/202323三相桥式不控整流器第三章工频相控交－直换流器Ld

与功率因数1/14/202324单相半波可控整流器第三章工频相控交－直换流器纯电阻负载：波形1/14/202325单相半波可控整流第三章工频相控交－直换流器阻感负载：波形1/14/202326三相桥式可控整流三相桥式可控整流器：电路图第三章工频相控交－直换流器1/14/202327第三章工频相控交－直换流器三相桥式换流器的优点

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接线较简单晶闸管的伏安容量较小直流电压纹波较小基本的换流器单元晶闸管的利用率高变压器的利用率高1/14/202328第三章工频相控交－直换流器晶闸管导通条件

正向偏置合适的触发信号某一时刻两条件必须同时满足，与顺序无关1/14/202329第三章工频相控交－直换流器晶闸管关断条件

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晶闸管可靠关断后即使重新加正向偏置电压也不会导通，除非再加触发脉冲1/14/202330第三章工频相控交－直换流器三相桥式换流器中重要的量交流侧相电压：vA、vB、vC

晶闸管电压：vT1~vT6

vd

=

vP

-vN：直流侧电压

Vd

：换流器直流输出电压晶闸管电流：i1~i6

交流侧电流：iA、iB、iC桥交流端对“n”点电位“P”、“N”点之间的电位差T1~T6阳极－阴极之间电压vd的平均值1/14/202331第三章工频相控交－直换流器交流侧电源线电压过零点vAC过零点vBA过零点vCB过零点vBA过零点vCB过零点计时起点vAC过零点1/14/202332第三章工频相控交－直换流器三相桥式换流器中晶闸管的触发触发T1前导通1/14/202333第三章工频相控交－直换流器触发滞后角aP1P31/14/202334第三章工频相控交－直换流器触发滞后角与开通滞后角a

理想情况下，a1~a6相等，记为a

触发滞后角：触发脉冲时刻P

与C

间的电角度

开通滞后角：晶闸管开通时刻T

与C

间的电角度正常运行情况下：

开通滞后角＝触发滞后角1/14/202335第三章工频相控交－直换流器三相可控整流器的直流电压（a变化，u=0）1/14/202336第三章工频相控交－直换流器三相可控整流器的直流电压（a=0，u=0）无相控理想空载直流电压1/14/202337第三章工频相控交－直换流器三相可控整流器的直流电压（a>0，u=0）有相控理想空载直流电压1/14/202338第三章工频相控交－直换流器三相可控整流器换相过程换相前换相中换相后1/14/202339第三章工频相控交－直换流器三相可控整流器换相过程（局部电路）换相前换相中换相后1/14/202340换相中第三章工频相控交－直换流器iAiC整流器换相过程（T5T1）1/14/202341第三章工频相控交－直换流器整流器换相过程（T5T1）短路电流直流分量短路电流强制分量两相短路电压换相开始换相结束1/14/202342第三章工频相控交－直换流器

iu

：换相电流（两相短路电流）

vAC

：换相电压（两相短路电压）

Xs：换相电抗换相期间三晶闸管导通；非换相期间两晶闸管导通换相过程：六个电子开关轮流工作2－3工况1/14/202343第三章工频相控交－直换流器换相重叠角u

换相过程所经历的电角度

2-3工况下小于601/14/202344第三章工频相控交－直换流器换相重叠角u其它参数不变的情况下：

Id、VLL、Xs、au1/14/202345第三章工频相控交－直换流器换相重叠角u（a变化时）1/14/202346第三章工频相控交－直换流器换相角对直流输出电压的影响Au1/14/202347第三章工频相控交－直换流器整流器的换相压降（a>0，g>0）等值换相电阻1/14/202348第三章工频相控交－直换流器整流器的直流电压（a>0，u>0）等值换相电阻有相控带负载直流电压1/14/202349第三章工频相控交－直换流器整流器的等值电路无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等值换相电阻1/14/202350第三章工频相控交－直换流器整流器的直流电压（a变化，u>0）1/14/202351第三章工频相控交－直换流器间断电流的影响1/14/202352第三章工频相控交－直换流器有源逆变工作方式1/14/202353第三章工频相控交－直换流器有源逆变器电压波形（a>90°）1/14/202354第三章工频相控交－直换流器有源逆变器直流输出电压波形（a>90°）1/14/202355第三章工频相控交－直换流器相控换流器直流输出电压波形（整流逆变）1/14/202356第三章工频相控交－直换流器逆变器的触发越前角b与关断越前角gb：晶闸管的触发时刻越前于相应的线电压过零点的电角度，b

＝

180°-ag：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1/14/202357第三章工频相控交－直换流器逆变器的直流输出电压（反电压）1/14/202358第三章工频相控交－直换流器逆变器的直流电压（a>90，u>0）

将逆变器电压波形旋转180

ga

，uu

得到Vd

的负值1/14/202359第三章工频相控交－直换流器逆变器换相过程（T5T1）iA1/14/202360第三章工频相控交－直换流器晶闸管电压波形（逆变器：T1）1/14/202361第三章工频相控交－直换流器逆变器的关断越前角与换相失败

g

不够大有可能导致换相失败为保证逆变器正常运行，应使得g>gmin

gmin15（50Hz系统）1/14/202362第三章工频相控交－直换流器逆变器安全工作条件（保证不发生换相失败）1/14/202363第三章工频相控交－直换流器相控换流器交流侧波形及功率因数（u=0）1/14/202364第三章工频相控交－直换流器相控换流器交流侧波形及功率因数（