第二章-晶闸管相控整流电路

第1页有源逆变电路的应用直流可逆电力拖动系统图2.26两组变流器的反并联可逆电路及工作状态（p89,图2.53）第2页直流发电机—电动机系统电能的流转图2.27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。2.7.3有源逆变的基本原理第3页用单相全波电路代替上述发电机有源逆变产生的条件a)b)u10udu20u10aOOwtwtIdidUd>EMu10udu20u10OOwtwtIdidUd<EMaiVT1iVT2iVT2id=iVT+iVT12id=iVT+iVT12iVT1iVT2iVT1图2.28单相全波电路的整流和逆变运行过程（p81，图2.45）ωt1ωt1ωt2ωt3ωt2ωt4电动机M电动运行电动机M发电回馈制动运行2.7.3有源逆变的基本原理第4页（1）外部条件——有直流电动势源，其极性必须和晶闸管的导通方向一致，其值应稍大于变流器直流侧平均电压。（2）内部条件——要求晶闸管的控制角α＞π/2，使Ud为负值。（3）充分条件——电路直流回路中必须要有足够大的电感，以保证有源逆变连续进行。从上述分析中，可以归纳出产生逆变的条件：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。2.7.3有源逆变的基本原理第5页2.7.4

三相有源逆变电路逆变和整流的区别：控制角不同

以自然换相点作为计量的起始点，并以此向右计量。0<<p

/2时，电路工作在整流状态。

p

/2<

<

p时，电路工作在逆变状态。可沿用整流的办法来处理逆变时有关波形与参数计算等各项问题。把a>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。第6页电路结构、波形分析及基本数量关系图2.29三相桥构成的有源逆变电路

wuv2.7.4

三相有源逆变电路第7页图2.30

三相桥式整流电路工作于有源逆变状态时的电压波形(p82)uuvuuwuvwuvuuwuuwvuuvuuwuvwuvuuwuuwvuuvuuwuvwuvuuwuuwvuuvuuwuvwuuuvuwuuuvuwuuuvuwuuuvu2udwtOwtOb=p4b=p3b=p6b=p4b=p3b=p6wt1wt3wt22.7.4

三相有源逆变电路第8页每个晶闸管导通2p/3，故流过晶闸管的电流有效值为：从交流电源送到直流侧负载的有功功率为：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。在三相桥式电路中，变压器二次侧线电流的有效值为：2.7.4

三相有源逆变电路第9页2.7.5逆变失败与最小逆变角（一）逆变失败（逆变颠覆）的概念逆变时，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。（二）逆变失败的原因（1）触发电路工作不可靠，不能适时地、准确地给各晶闸管分配脉冲，如脉冲丢失、脉冲延迟等，致使晶闸管不能正常换相，使交流电源电压和直流电动势顺向串联，形成短路。u10udu20u10OOwtwtIdidUd<EMaiVT1iVT2iVT2id=iVT+iVT12ωt1ωt2ωt3ωt4第10页（2）晶闸管发生故障，在应该阻断期间，器件失去阻断能力，或在应该导通时间，器件不能导通，造成逆变失败。（3）在逆变工作时，交流电源发生缺相或突然消失，由于直流电动势EM的存在，晶闸管仍可导通，此时变流器的交流侧由于失去了同直流电动势极性相反的交流电压，因此直流电动势将经过晶闸管电路而短路。2.7.5逆变失败与最小逆变角（4）由于存在重叠角γ，换相裕量角不足，引起换相失败。第11页2.7.5逆变失败与最小逆变角换相重叠角的影响：当b>g时，换相结束时，晶闸管能承受反压而关断。如果b<g，该通的晶闸管（VT1）会关断，而应关断的晶闸管（VT3)不能关断，最终导致逆变失败。图2.31交流侧电抗对逆变换相过程的影响udOOidwtwtuuuvuwuuuvpbg

<gagb

>giVT1iVTiVT3iVTiVT322

结论：为了防止逆变失败，逆变角β不能太小，其最小值必须加以限制。第12页（三）最小逆变角β确定的依据（1）逆变时允许采用的最小βmin角应等于

式中，δ为晶闸管的关断时间tq折合的电角度,γ

为换相重叠角,θ’为安全裕量角。晶闸管的关断时间tq可达200～300μs，折算成电角度δ约为4°～5°。而重叠角γ是随直流平均电流和换相电抗的增加而增大。θ’一般取10o。2.7.5逆变失败与最小逆变角第13页2.8相控变流装置的触发电流晶闸管相控装置对触发电路的要求图2.32常见的触发脉冲波形（1）触发脉冲必须有足够的功率，保证在允许的整个工作温度范围内，对所有合格的元件都能可靠触发。（2）触发脉冲应有足够的宽度，以保证晶闸管可靠导通。。（3）触发脉冲的前沿应尽量陡些。（4）触发脉冲的相位应能够根据控制信号的要求在规定的范围内移动。（5）触发脉冲与晶闸管主回路电源电压必须同步。（6）触发电路与晶闸管主回路之间有必要的电气隔离。

作用：产生符合要求的门极触发脉冲，保证晶闸管在需要的时刻由阻断转为导通。第14页晶闸管变流装置触发电路简介（1）主要有3种类型

A、由分立元件组成的触发电路，一般称之为分立式触发电路。

B、由模拟集成电路和少量的外围元件组成的模拟集成触发电路。

C、数字触发电路。2.8相控变流装置的触发电流第15页（2）一种比较典型的分立式触发电路—

同步信号为锯齿波的触发电路

1）脉冲形成与放大环节

2）锯齿波的形成和脉冲移相环节

3）同步环节

4）强触发环节

5）双窄脉冲形成环节图1.28同步信号为锯齿波的触发电路2.8相控变流装置的触发电流第16页1）脉冲形成与放大环节

E1R7E2-E1uco2.8相控变流装置的触发电流第17页2）锯齿波的形成和脉冲移相环节锯齿波电压形成电路由V1、V2、V3和C2等元件组成，其中V1、VS、RP2和R3为一恒流源电路。2.8相控变流装置的触发电流第18页

3）同步环节同步环节是由同步变压器TS、VD1、VD2、C1、R1和晶体管V2组成。同步变压器和整流变压器接在同一电源上，用同步变压器的二次电压来控制V2的通断作用，这就保证了触发脉冲与主电路电源同步。R2.8相控变流装置的触发电流第19页4）强触发环节

36V交流电压经整流、滤波后得到50V直流电压，经R15对C6充电，B点电位为50V。当V8导通时，C6经脉冲变压器一次侧R16、V8迅速放电，形成脉冲尖峰，由于有R15的电阻，且电容C6的存储能量有限，B点电位迅速下降。当B点电位下降到14.3V时，VD15导通，B点电位被15V电源钳位在14.3V，形成脉冲平台。C5组成加速电路，用来提高触发脉冲前沿陡度。2.8相控变流装置的触发电流第20页5）双窄脉冲形成环节触发电路自身在一个周期内可输出两个间隔60o的脉冲，称内双脉冲电路。而在触发器外部通过脉冲变压器的连接得到双脉冲称为外双脉冲。本触发电路属于内双脉冲电路。当V5、V6都导通时，V7、V8截止，没有脉冲输出。只要V5、V6有一个截止，就会使V7、V8导通，有脉冲输出。因此本电路可以产生符合要求的双脉冲。第一个脉冲由本相触发单元的uco对应的控制角α使V4由截止变导通造成V5瞬时截止，使得V8输出脉冲。隔60o的第二个脉冲是由后一相触发单元通过连接到引脚Y使本单元V6截止，使本触发电路第二次输出触发脉冲。2.8相控变流装置的触发电流第21页在三相桥式全控整流电路中，双脉冲环节的可按下图接线。六个触发器的连接顺序是：1Y-2X、2Y-3X、3Y-4X、4Y-5X、5Y-6X、6Y-1X。2.8相控变流装置的触发电流第22页6）脉冲封锁二极管VD5阴极接零电位或负电位，使V7、V8截止，可以实现脉冲封锁。VD5用来防止接地端与负电源之间形成大电流通路。2.8相控变流装置的触发电流第23页（3）模拟集成触发电路分为3类：第一类是利用运算放大器、时基电路(如555、556)等集成电路和部分分立元件构成的触发电路第二类是在分立式触