电力电子技术课件-第二章 整流电路

第二章整流电路本章所要讲述的内容单相可控整流电路三相可控整流电路变压器漏感对整流电路的影响整流电路的谐波分析有源逆变的基本原理三相有源逆变电路分析和计算逆变失败与最小逆变角的限制相控变流装置的触发电路本章重点

单相和三相桥式全控整流电路、有源逆变电路组成和工作原理、不同性质负载下重要物理量的波形分析和数值计算。第1页2.1概述图2.1部分常用的整流电路c）d）除c）、d）外a）～e）f）、g）b）、f）c）、d）、e）、g）a）、f）b）、c）、d）、e）、g）整流电路2不同性质的负载对于整流电路输出的电压电流波形有很大影响。负载的性质大致分为以下几种

电阻性负载——如电阻加热炉、电解、电镀和电焊等。

电感性负载——各种电机的励磁绕组，经电抗器滤波的负载。

电容性负载——整流输出端接大电容滤波的情况。

反电势负载——整流装置输出供蓄电池充电或供直流电动机作电源用时。

实际上属于单纯的某一种性质的负载是很少的。 确定负载性质必须根据实际情况作具体分析。2.1概述32.2单相可控整流电路2.2.1单相桥式全控整流电路1.电阻负载电路结构及其工作原理图2.2单相桥式整流带电阻负载时的电路及工作原理（不可控）aD4D1i22ubTu1D3idRudD2u2

(a)D1RD4u2

(b)u2>04图2.2单相桥式整流带电阻负载时的电路及工作原理（不可控）aD4D1i22ubTu1D3idRudD2u2<02.2.1单相桥式全控整流电路u2

(b)D3RD2u2

(a)5u2

(a)VT1RVT4u2

(b)u2>02.2.1单相桥式全控整流电路RTu1u2i2abVT1VT3VT2VT4udid图2.3单相桥式全控整流带电阻负载时的电路及工作原理（全控）6RTu1u2i2abVT1VT3VT2VT4udid图2.3单相桥式全控整流带电阻负载时的电路及工作原理（全控）u2

(b)VT3RVT2u2

(a)u2<02.2.1单相桥式全控整流电路72.2.1单相桥式全控整流电路波形分析图2.4单相桥式全控整流带电阻负载时的电路及波形（ud、id）RTu1u2i2abVT1VT3VT2VT4udida)u2>0b)c)d)wtwtwtpaa000i2udiduVT1,4u(i)dd转u2负半周8图2.4单相桥式全控整流带电阻负载时的电路及波形（ud、id

）RTu1u2i2abVT1VT3VT2VT4udida)u2<0转晶闸管电压2.2.1单相桥式全控整流电路波形分析b)c)d)wtwtwtpaa000i2udiduVT1,4u(i)dd9转u2负半周b)c)d)wtwtwtpaa000i2udiduVT1,4u(i)dd波形分析图2.4单相桥式全控整流带电阻负载时的电路及波形（uVT1，4）RTu1u2i2abVT1VT3VT2VT4udida)u2>02.2.1单相桥式全控整流电路10图2.4单相桥式全控整流带电阻负载时的电路及波形（uVT1，4

）RTu1u2i2abVT1VT3VT2VT4udida)u2<0b)c)d)wtwtwtpaa000i2udiduVT1,4u(i)dd转i2波形波形分析2.2.1单相桥式全控整流电路11b)c)d)wtwtwtpaa000i2udiduVT1,4u(i)dd转u2负半周波形分析图2.4单相桥式全控整流带电阻负载时的电路及波形（

i2

）RTu1u2i2abVT1VT3VT2VT4udida)u2>02.2.1单相桥式全控整流电路12图2.4单相桥式全控整流带电阻负载时的电路及波形（

i2

）RTu1u2i2abVT1VT3VT2VT4udida)u2<0波形分析2.2.1单相桥式全控整流电路b)c)d)wtwtwtpaa000i2udiduVT1,4u(i)dd13

①控制角α——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。

②导通角θ——晶闸管在一个周期中处于通态的电角度。

③移相——改变α的大小，即改变触发脉冲出现的时刻。

④移相范围——输出电压平均值大于0所对应的α变化范围。

⑤换流（换相）——电流从一对桥臂转换到另外一对桥臂。

⑥相控变流装置——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，这样的变流装置简称相控变流装置。基本概念2.2.1单相桥式全控整流电路14

①整流输出电压平均值Ud

2.2.1单相桥式全控整流电路基本数量关系b)c)d)wtwtwtpaa000i2udiduVT1,4u(i)dd由上式可知，α角的移相范围为0o～180o。②输出电流的平均值Id15

③流过晶闸管的电流平均值IdT

2.2.1单相桥式全控整流电路b)c)d)wtwtwtpaa000i2udiduVT1,4u(i)dd⑥晶闸管承受的最大反向电压URM⑤晶闸管承受的最大正向电压UFM④流过晶闸管的电流有效值IT

16 ⑦晶闸管的额定电压b)c)d)wtwtwtpaa000i2udiduVT1,4u(i)dd⑨整流电路的功率因数⑧晶闸管的额定电流2.2.1单相桥式全控整流电路17

A、电路结构及其工作原理

B、波形分析u2OwtOwtOwtudidi2b)OwtOwtuVT1,4OwtOwtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4TabRLa)u1u2i2VT1VT3VT2VT4udid图2.6单相桥式全控整流带电感性负载的电路及波形2.2.1单相桥式全控整流电路2.电感性负载（p48）18①输出电压平均值Ud

②输出电流平均值Id③流过晶闸管的电流平均值IdT④流过晶闸管的电流有效值ITu2OwtOwtOwtudidi2b)OwtOwtuVT1,4OwtOwtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,42.2.1单相桥式全控整流电路

由上式可知的移相范围为0o～90o。晶闸管导通角θ与a无关，均为180C、基本数量关系19 ⑤晶闸管承受的最大正向电压UFM ⑥晶闸管承受的最大反向电压URM ⑦晶闸管的额定电压UT(AV)

⑧晶闸管的额定电流IT(AV)⑨整流电路的功率因数u2OwtOwtOwtudidi2b)OwtOwtuVT1,4OwtOwtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,42.2.1单相桥式全控整流电路20

A、电路结构

B、波形分析

图2.7单相桥式全控整流带反电势负载时的电路及波形（p48，图2.7）2.2.1单相桥式全控整流电路3.反电势负载（p48）b)idOEudwtIdOwtaqdTabRa)u1u2i2VT1VT3VT2VT4udidE21

C、与电阻负载时相比，晶闸管提前了电角度δ停止导电，δ称为停止导电角 D、负载为直流电动机时，如果出现电流断续，则电动机的机械特性将很软，为保证电流连续,在主电路中直流输出侧串联一个平波电抗器,所需的电感量L:

2.2.1单相桥式全控整流电路电流断续电流连续222.2.2单相全波可控整流电路单相全波可控整流电路(单相双半波可控整流电路)图2-8

单相全波可控整流电路及波形a)wtwab)udi1OOt单相全波与单相全控桥从直流输出端或从交流输入端看均是基本一致的。变压器不存在直流磁化的问题。23单相全波与单相全控桥的区别：单相全波中变压器结构较复杂，材料的消耗多。单相全波只用2个晶闸管，比单相全控桥少2个，相应地，门极驱动电路也少2个；但是晶闸管承受的最大电压是单相全控桥的2倍。单相全波导电回路只含1个晶闸管，比单相桥少1个，因而管压降也少1个。从上述后两点考虑，单相全波电路有利于在低输出电压的场合应用。2.2.2单相全波可控整流电路242.2.3单相桥式半控整流电路电路结构

单相全控桥中，每个导电回路中有2个晶闸管，1个晶闸管可以用二极管代替，从而简化整个电路。如此即成为单相桥式半控整流电路。半控电路与全控电路在电阻性负载时的工作情况相同。

图2.9带电阻负载的单相桥式半控整流电路TabRu1u2i2VT1VT3VD2VD4udid1.电阻性负载252.电感性负载2.2.3单相桥式半控整流电路在u2正半周，u2经VT1和VD4向负载供电。

图2.10带电感性负载的单相桥式半控整流电路TabRLu1u2i2VT1VT3VD2VD4udidu2过零变正时，b点电位低于a点电位，

VD4导通，VD2关断。VT3和VD4续流，ud又为零。在u2负半周触发角a时刻触发VT3，VT3导通，u2经VT3和VD2向负载供电。u2过零变负时，a点电位低于b点电位，因电感作用电流不再流经变压器二次绕组，而是由VT1和VD2续流。262.2.3单相桥式半控整流电路图2.11单相桥式半控整流电路电感性负载带续流二极管时的电路（p50，图2.10）“失控”问题及其解决方法若无续流二极管，则当a突然增大至180或触发脉冲丢失时，会发生一个晶闸管持续导通而两个二极管轮流导通的情况，这使ud成为正弦半波，其平均值保持恒定，称为失控。解决方法——负载侧并联一个续流二极管VDR，续流过程由VDR完成，避免了失控的现象。续流期间导电回路中只有一个管压降，有利于降低损耗。27

①输出电压平均值Ud

②输出电流平均值Id ③流过晶闸管和二极管的电流有效值 ④流过续流二极管的电流有效值 ⑤变压器二次绕组电流有效值2.2.3单相桥式半控整流电路基本数量关系28电路和波形分析图2.11单相半波可控整流电路及波形(P43,图2.1)2.2.4单相半波可控整流电路292.3三相可控整流电路交流侧由三相电源供电。用于负载容量较大，或要求直流电压脉动较小的场合。不会引起电网三相间的不平衡。

最基本的是三相半波可控整流电路，三相桥式全控整流电路应用最广。302.3.1三相半波可控整流电路1.电阻性负载a)abcTRudidVT2VT1VT3变压器二次侧接成星形得到零线，而一次侧接成三角形避免3次谐波流入电网。三个晶闸管分别接入a、b、c三相电源，其阴极连接在一起——共阴极接法。电路特点自然换相点二极管换相时刻为自然换相点，是各相晶闸管能触发导通的最早时刻，将其作为计算各晶闸管触发角a的起点，即a=0。b)c)d)e)f)u2uaubuca=0Owt1wt2wt3uGOudOOuabuacOiVT1uVT1wtwtwtwtwt图2.12三相半波可控整流电路共阴极接法电阻负载时的电路及α=00的波形（p51，图2.12）312.3.1三相半波可控整流电路图2.12三相半波可控整流电路共阴极接法电阻负载时的电路及α=00的波形（p51，图2.12

）a)abcTRudidVT2VT1VT3b)c)d)e)f)u2uaubuca=0Owt1wt2wt3uGOudOOuabuacOiVT1uVT1wtwtwtwtwt波形分析（α=00）变压器二次侧a相绕组和晶闸管VT1的电流波形，变压器二次绕组电流有直流分量。晶闸管的电压波形，由3段组成。32波形分析（α=30o）图2.13α=300的波形（p52，图2.13）2.3.1三相半波可控整流电路特点：负载电流处于连续和断续之间的临界状态。a=30°u2uaubucOwtOwtOwtOwtOwtuGuduabuacwt1iVT1uVT1uaca)abcTRudidVT2VT1VT333波形分析（α=600）图2.14α=600的波形（p52，图2.14）2.3.1三相半波可控整流电路wwttwtwta=60°u2uaubucOOOOuGudiVT1a)abcTRudidVT2VT1VT3特点：负载电流断续，晶闸管导通角小于120。34①整流电压平均值Ud

a）α≤300，负载电流连续

b）α>300，负载电流断续α的移相范围:00～1500。②负载电流平均值Id2.3.1三相半波可控整流电路基本数量关系a=30°u2uaubucOwtOwtOwtOwtOwtuGuduabuacwt1iVT1uVT1uacwwttwtwta=60°u2uaubucOOOOuGudiVT135

③晶闸管承受的最大反向电压URM④晶闸管承受的最大正向电压UFM

⑤晶闸管的额定电压UT(AV)

⑥晶闸管的额定电流IT(AV)2.3.1三相半波可控整流电路a=30°u2uaubucOwtOwtOwtOwtOwtuGuduabuacwt1iVT1uVT1uac36

图2.15三相半波可控整流电路共阴极接法电感负载时的电路及α=600的波形uvwTRLu2udeLidVT1VT2VT32.3.1三相半波可控整流电路2.电感性负载（p54）特点：阻感负载，L值很大，id波形基本平直。a≤30时：整流电压波形与电阻负载时相同。a>30时（如a=60时的波形如图2-16所示）。u2过零时，VT1不关断，直到VT2的脉冲到来，才换流，——ud波形中出现负的部分。id波形有一定的脉动，但为简化分析及定量计算，可将id近似为一条水平线。阻感负载时的移相范围为0-90。udiauaubucibiciduacOwtOwtOOwtOOwtawtwt37 ①输出电压平均值Ud

由上式，a的移相范围00～900。

②输出电流平均值Id

③I2即晶闸管电流的有效值IT ④晶闸管电流的平均值IdT2.3.1三相半波可控整流电路基本数量关系udiauaubucibiciduacOwtOwtOOwtOOwtawtwt38 ⑤晶闸管最大正反向电压 ⑥晶闸管的额定电流 ⑦晶闸管的额定电压 ⑧三相整流电路的功率因数2.3.1三相半波可控整流电路udiauaubucibiciduacOwtOwtOOwtOOwtawtwt39图2.16三相桥式全控整流电路(p54，图2.17)2.3.2三相桥式全控整流电路电阻负载共阴极组——阴极连接在一起的3个晶闸管（VT1，VT3，VT5）共阳极组——阳极连接在一起的3个晶闸管（VT4，VT6，VT2）导通顺序：

VT1－VT2－VT3－

VT4－VT5－VT6－VT1电路40工作原理12.3.2三相桥式全控整流电路u2wu2uaucubOta=0°wt1图2.17三相桥式全控整流电路工作原理(p54，图2.17)41工作原理2wu2uaucubwt1Ota=0°2.3.2三相桥式全控整流电路图2.17三相桥式全控整流电路工作原理(p54，图2.17)42工作原理3wu2uaucubwt1Ota=0°2.3.2三相桥式全控整流电路图2.17三相桥式全控整流电路工作原理(p54，图2.17)43工作原理4wu2uaucubwt1Ota=0°2.3.2三相桥式全控整流电路图2.17三相桥式全控整流电路工作原理(p54，图2.17)44工作原理5wu2uaucubwt1Ota=0°2.3.2三相桥式全控整流电路图2.17三相桥式全控整流电路工作原理(p54，图2.17)45工作原理6uuuwu2acbwt1Ota=0°2.3.2三相桥式全控整流电路图2.17三相桥式全控整流电路工作原理(p54，图2.17)462.3.2三相桥式全控整流电路波形分析1（α=00）电阻负载wwwwu2ud1ud2u2LuduabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuabuacubcubaucaucbuabuacⅠⅡⅢⅣⅤⅥuaucubwt1OtOtOtOta=0°iVT1uVT1图2.18

三相桥式全控整流电路电阻负载α=0o时的波形47波形分析2（α=300）2.3.2三相桥式全控整流电路wwwwud1ud2a=30°iaOtOtOtOtuduabuacuaubucwt1uabuacubcubaucaucbuabuacⅠⅡⅢⅣⅤⅥuabuacubcubaucaucbuabuacuVT1图2.19三相桥式全控整流电路电阻负载α=30o时的波形482.3.2三相桥式全控整流电路波形分析3（α=600）wwwa=60°ud1ud2uduacuacuabuabuacubcubaucaucbuabuacuaⅠⅡⅢⅣⅤⅥubucOtwt1OtOtuVT1图2.20三相桥式全控整流电路电阻负载α=60o时的波形49波形分析1（α=00）2.3.2三相桥式全控整流电路cbawwu2u2LuduabuacubcubaucaucbuabuacⅠⅡⅢⅣⅤⅥuuuwt1OtOta=0°ud波形图2.21三相桥式全控整流电路电感性负载α=00时的波形（p55，图2.18）电感负载50wwuabuacuabuacubcubaucaucbuabuacOtOtiT1uT1波形分析1（α=00）2.3.2三相桥式全控整流电路idwtOcbawu2uuuwt1Ota=0°id、iT1、uT1波形ⅠⅡⅢⅣⅤⅥ图2.21三相桥式全控整流电路电感性负载α=00时的波形（p55，图2.18）51cba波形分析2（α=300）wu2ⅠⅡⅢⅣⅤⅥuuuwt1Ot2.3.2三相桥式全控整流电路wtuduabuacubcubaucaucbuabuacwtOidwtOa=30°iT1wtOwtOud、id、iT1波形图2.22三相桥式全控整流电路电感性负载α=300时的波形（p56，图2.19）52cba波形分析2（α=300）wu2ⅠⅡⅢⅣⅤⅥuuuwt1Ot2.3.2三相桥式全控整流电路wtuT1abacbcbacacbabacwtOi2wtOa=30°uT1

、i2波形iT1iT4图2.22三相桥式全控整流电路电感性负载α=300时的波形（p56，图2.19）53图2.23三相桥式全控整流电路电感性负载α=600时的波形（p57，图2.20）波形分析3（α=600）cbawu2ⅠⅡⅢⅣⅤⅥuuuwt1OtwtuduabuacubcubaucaucbuabuacwtOidwtOa=60°iT1wtO2.3.2三相桥式全控整流电路54波形分析3（α=600）cbawu2ⅠⅡⅢⅣⅤⅥuuuwt1OtwtuabuacubcubaucaucbuabuacwtOOa=60°i2wtO2.3.2三相桥式全控整流电路uT1iT4iT1图2.23三相桥式全控整流电路电感性负载α=600时的波形（p57，图2.20）55触发脉冲分析图2.24三相桥式全控整流电路的触发脉冲（p58，图2.17）2.3.2三相桥式全控整流电路

对触发脉冲的要求：按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，相位依次差60。共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差120，共阳极组VT4、VT6、VT2也依次差120。同一相的上下两个桥臂，即VT1与VT4，VT3与VT6，VT5与VT2，脉冲相差180。56触发脉冲分析需保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲，可采用两种方法：一种是宽脉冲触发，一种是双窄脉冲触发（常用）2.3.2三相桥式全控整流电路57

①输出电压平均值Ud（连续时）

②带电阻负载且α>600时，整流电压平均值Ud

③输出电流平均值Id

④如果是反电势负载带平波电抗器，则输出电流Id2.3.2三相桥式全控整流电路基本数量关系58 ⑤流过晶闸管的电流值有效值IT

⑥晶闸管承受的最大正向电压⑦晶闸管承受的最大反向电压

⑧晶闸管的额定电压2.3.2三相桥式全控整流电路基本数量关系59工作原理小结表2－1晶闸管及输出整流电压的情况时段IIIIIIIVVVI共阴极组中导通的晶闸管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共阳极组中导通的晶闸管VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流输出电压udua-ub=uabua-uc=uacub-uc=ubcub-ua=ubauc-ua=ucauc-ub=ucb2.3.2三相桥式全控整流电路60三相桥式全控整流电路的特点（1）2管同时导通形成供电回路，其中共阴极组和共阳极组各1，且不能为同1相器件。工作原理小结（2）ud一周期脉动6次，每次脉动的波形都一样，故该电路为6脉波整流电路。2.3.2三相桥式全控整流电路612.4变压器漏感对整流电路的影响考虑包括变压器漏感（包含源边和副边漏感）在内的交流侧电感的影响，该漏感可用一个集中的电感LB表示。LRabcTLudicibiaBLBLBikVT1VT2VT3ik=ib是逐渐增大的ia=Id-ik是逐渐减小的当ik增大到等于Id时，ia=0，VT1关断,换流过程结束。VT1换相至VT2的过程：因a、b两相均有漏感，故ia、ib均不能突变。于是VT1和VT2同时导通，相当于将a、b两相短路，在两相组成的回路中产生环流ik。考虑变压器漏抗时的三相半波可控整流电路及波形（p60，图2.25）udidwtOwtOgiciaibiciaIduaubucaωt1622.4.1换相过程中的输出电压两个概念换相压降 ——与不考虑变压器漏感时相比，ud平均值降低的多少。换相重叠角g ——换相过程所对应的电角度，用g表示。换相压降的计算γ角的计算632.5谐波和无功功率分析2.5.1谐波分析目的随着电力电子技术的发展，其应用日益广泛，由此带来的无功(reactivepower)

和谐波(harmonics)问题日益严重，引起了关注。在电力电子装置接入电网前，必须进行谐波分析，弄清楚谐波分布和注入电网的谐波值，以便制定谐波治理方案，使电力电子装置能够满足标准所规定的允许值。谐波的定义非正弦波电压，满足狄里赫利条件，可分解为傅里叶级数：正弦波电压可表示为：基波（fundamental）——频率与工频相同的分量谐波——频率为基波频率大于1整数倍的分量谐波次数——谐波频率和基波频率的整数比642.5.2几个重要的物理概念（1）n次谐波电流含有率HRIn（2）电流谐波总畸变率THDi（3）电压纹波因数γum23612∞γu/%48.218.274.180.9940表1不同脉波数m时的电压纹波因数值In——第n次谐波电流有效值，I1——基波电流有效值Ih——总谐波电流有效值UR——ud0中谐波分量有效值65m脉波整流电压ud0的谐波次数为mk(k=1,2,3,…)次，即m的整数倍次。当m一定时，随着谐波次数的增加，谐波幅值迅速减小。各次谐波幅值与α角的关系如图2.26所示。图2.26三相全控桥电流连续时n次谐波幅值与α的关系（p73，图2.34）2.5.3谐波分析几个重要结论662.5.4无功功率分析功率因数正弦电路中的情况电路的有功功率就是其平均功率：视在功率——电压、电流有效值的乘积，即S=UI

无功功率——Q=UIsinj

功率因数l

——有功功率P和视在功率S的比值：此时无功功率Q与有功功率P、视在功率S之间有如下关系：功率因数是由电压和电流的相位差j决定的：l=cos

j

67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，功率因数仍由式定义。非正弦电路的有功功率：P=UI1

cosj1功率因数为：

基波因数——ν

=I1/I，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）——cosφ

1功率因数由基波电流相移和电流波形畸变这两个因素共同决定的。2.5.4无功功率分析68非正弦电路的无功功率定义很多，但尚无被广泛接受的科学而权威的定义。一种简单的定义：

无功功率Q反映了能量的流动和交换，目前被较广泛地接受。也可采用符号Qf，忽略电压中的谐波时有：Qf=UI1

sinφ

1在非正弦情况下，，因此引入畸变功率D，使得：Qf为由基波电流所产生的无功功率，D是谐波电流产生的无功功率。2.5.4无功功率分析69逆变、有源逆变的基本概念有源逆变产生的基本条件

有源逆变电路的分析方法逆变失败和最小逆变角2.7有源逆变电路70逆变（Invertion）——将直流电能转变成交流电能，是整流的逆过程。逆变电路——把直流电能逆变成交流电能的电路。有源逆变——将直流变为交流之后，输出端与交流电网相连。

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

——将直流变为交流之后，输出端与负载相连(第5章内容)。2.7.1基本概念对于可控整流电路，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。既工作在整流状态又工作在逆变状态，称为变流电路。2.7有源逆变电路712.7.2

有源逆变电路的应用直流可逆电力拖动系统图2.29两组变流器的反并联可逆电路及工作状态（p89,图2.53）第一象限：正转，电动运行，正组工作在整流状态，α＜90o第二象限：正转，发电运行，反组工作在逆变状态，β＜90o第三象限：反转，电动运行，反组工作在整流状态，α＜90o第四象限：反转，发电运行，反组工作在逆变状态，β＜90o72直流发电机—电动机系统电能的流转图2.30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73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2.31单相全波电路的整流和逆变运行过程（p81）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74（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——直流回路中有足够大的电感，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思考：半控桥或有续流二极管的电路能不能实现有源逆变？75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。2.7.3有源逆变的基本原理76电路结构、波形分析及基本数量关系图2.32三相桥构成的有源逆变电路

cab2.7.4

三相有源逆变电路77图2.33

三相桥式整流电路工作于有源逆变状态时的电压波形(p82)uabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbuabuacucaubaucaucbuabuacubcuaubucuaubucuaubucuaubu2udwtOwtOb=p4b=p3b=p6b=p4b=p3b=p6wt1wt3wt22.7.4

三相有源逆变电路78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792.7.5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+iVT12ωt1ωt2ωt3ωt480（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。812.7.5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2.34交流侧电抗对逆变换相过程的影响udOOidwtwtuaubucuaubpbg

<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。abc82（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832.8相控变流装置的触发电路晶闸管相控装置对触发电路的要求图2.35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。84晶闸管变流装置触发电路简介（1）主要有3种类型

A、由分