电力电子大学教程第3章-整流电路m

第3章整流电路SHENYANGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY第3章整流电路

3.1单相可控整流电路

3.2三相可控整流电路

3.3变压器漏感对整流电路的影响

3.4电容滤波的不可控整流电路

3.5整流电路的谐波和功率因数

3.6大功率可控整流电路

3.7整流电路的有源逆变工作状态

3.8晶闸管直流电动机系统

3.9相控电路的驱动控制本章小结3.1单相可控整流电路3.1.1单相半波可控整流电路

3.1.2单相桥式全控整流电路

3.1.3单相全波可控整流电路

3.1.4单相桥式半控整流电路第3章整流电路·引言整流电路：出现最早的电力电子电路，将交流电变为直流电。单相桥式R负载RL负载反电势负载单相半波可控整流电路及波形wt1p2paq(SinglePhaseHalfWaveControlledRectifier)一、带电阻负载的工作情况udugu2uVTwtwtwtwtTVTRu1u2uVTidud两个概念：变压器T起变换电压和电气隔离的作用电阻负载特点：电压电流成正比,两者波形相同触发角或控制角从晶闸管开始承受正向电压起到施加触发脉冲止的电角度,用a表示导通角：晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度，用θ表示两个概念：a表示--触发角或控制角

θ表示--导通角a+

θ=1800

输出电压平均值:VT的a移相范围为180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控方式。1.电路2.工作原理及波形3.基本数量关系3.1.1单相半波可控整流电路带阻感负载的单相半波波形阻感负载的特点：电感对电流变化有抗拒作用，使得流过电感的电流不发生突变。二、带阻感负载的工作情况wtwtwtwtwt当VT处于断态时VTRLu2VTRLu21.电路2.工作原理及波形3.基本数量关系不要求当VT处于通态时3.1.1单相半波可控整流电路T副边电流有效值I2与输出电流有效值I相等：周而复始一、带电阻负载的工作情况电路结构(SinglePhaseBridgeControlledRectifier)工作原理及波形分析VT1,4承受正向电压但无触发信号关断,VT2,3承受反向电压关断VT1,4承受正向电压有触发信号导通，VT2,3承受反向电压关断VT2,3承受正向电压无触发信号关断VT1,4承受反向电压关断，VT2,3承受正向电压有触发信号导通VT1,4承受反向电压关断，wtwtwtwtp2p数量关系α角的移相范围为180流过晶闸管的电流有效值不考虑T的损耗时，要求T的容量S=U2I23.1.2单相桥式全控整流电路二、带阻感负载的工作情况

单相全控桥阻感负载wtwtwtwtp2pwtwtwt假设电路已达稳态，id平均值不变。电感很大，电流id连续且波形近似为水平线电路结构工作原理及波形分析周而复始VT1,4正压导通,VT2,3反压关断VT1,4正压导通,VT2,3正压关断VT1,4反压关断,VT2,3正压导通流过VT1,4的电流迅速转移到VT2,3上，此过程称换相，亦称换流。数量关系晶闸管移相范围为90。晶闸管导通角θ与a无关，均为180T二次电流i2为正负各180的矩形波,相位由a角决定,有效值I2=Id承受最大正反向电压均为电流的平均值和有效值：3.1.2单相桥式全控整流电路反电动势—电阻负载时波形|u2|>E时，有晶闸管承受正电压，有导通可能在a

角相同时，整流输出电压比电阻负载时大。直至|u2|=E，id降至0,使晶闸管关断此后ud=E

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，b)idOEudwtIdOwtaqd3.1.2单相桥式全控整流电路导通后,ud=u2,触发脉冲有足够的宽度，保证当wt=d时刻有晶闸管开始承受正电压时，触发脉冲仍然存在。这样，相当于触发角被推迟为d。当α

<d时，触发脉冲到来时，晶闸管承受负电压，不可能导通三、带反电动势负载时的工作情况a)wtwab)udi1OOtSinglePhaseFullWaveControlledRectifier，又称单相双半波可控整流电路。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。单相全波中变压器结构较复杂，材料的消耗多。只用2个管，门极驱动少2个；承受的最高电压是单相全控桥的2倍导电回路只含1个管，比单相桥少1个，管压降也少1个单相全波电路有利于在低输出电压的场合应用。单相全波与单相全控桥的区别：3.1.3单相全波可控整流电路电阻负载与全控电路情况相同1.电路带阻感负载的情况2.工作原理及波形VT1和VD4通周而复始wtp2pwt由VT1和VD2续流VT3和VD2通可能发生失控现象3.基本数量关系略移相范围为1804.存在问题当a突然增至180或触发脉冲丢失时,会发生一个晶闸管持续导通而另两二极管轮流导通情况,使ud成为正弦半波,平均值恒定,称为失控。有续流二极管VDR时，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。5.解决办法并联续流二极管VDR3.1.4单相桥式半控整流电路wtp2pwtp2pwtp2pwtp2pTVTRu1u2uVTidudaqudwtwt单相整流大全三相电路知识wtwt3.2三相可控整流电路·引言交流测由三相电源供电。负载容量较大，或要求直流电压脉动较小、容易滤波。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三相整流电路交流测由三相电源供电。负载容量较大，或要求直流电压脉动较小、容易滤波。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3.2.1三相半波可控整流电路1)电阻负载自然换相点：二极管换相时刻为自然换相点，是各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电路的特点：T二次侧接成星形得到零线，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wtwtwtRid自然换相点a

=0a=0时的工作原理分析分析负载电压波形ud，电流波形id和晶闸管VT1的电压波形.波形？wtwtwtwtwtwt电流连续Rid3.2.1三相半波可控整流电路id断续，晶闸管导通角小于120id处于连续、断续临界状态wta≤30时，电流连续a>30时，电流断续晶闸管最大正向电压电流平均值为晶闸管承受最大反压电流断续整流电压平均值的计算a≤30时，负载电流连续，有：a>30时，负载电流断续3.2.1三相半波可控整流电路晶闸管最大正向电压负载电流平均值为晶闸管承受最大反向电压a≤30时，电流连续a>30时，电流断续晶闸管最大正向电压电流平均值为晶闸管承受最大反压2）阻感负载三相半波,阻感负载,a=60a≤30时：ud波形与电阻负载时相同a>30时：u2过零时VT1不关断，ud波形中有负值，id波形近似水平线移相范围为90udiduacOwtOwtOOwtOOwtawtwt3.2.1三相半波可控整流电路uaubuciaibicT二次电流有效值晶闸管的额定电流最大正、反向电压主要缺点:其T二次电流中含有直流分量，因此应用较少特点：L值很大，id波形基本平直是应用最为广泛的整流电路共阴极组共阳极组三相桥式全控整流电路3.2.2三相桥式全控整流电路1）带电阻负载时的工作情况a≤60，ud波形连续,id与ud波形形状一样a>60，ud波形不连续三相桥R负载,移相范围是120Ridα=00时波形？α=300时波形？α=600时波形？α=900时波形？三相桥式全控整流电路的特点（1）2管同时通形成供电回路，其中共阴极组和共阳极组各1。（2）对触发脉冲的要求：按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，相位依次差60VT1、VT3、VT5的脉冲依次差120，共阳极组VT4、VT6、VT2也依次差120同一相的上下桥臂，即VT1与VT4，VT3与VT6，VT5与VT2，脉冲相差1803.2.2三相桥式全控整流电路（3）ud一周期脉动6次，又称6脉波整流电路。（4）需保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲可采用两种方法：≻600的宽脉冲触发；或双窄脉冲触发（常用）

(5）管子承受的电压同三相半波，最大正、反向电压也同。α=00时波形？α=300时波形？α=600时波形？α=900时波形？a≤60时（a=0

；a=30）ud连续，情况与R负载时相似2)阻感负载时的工作情况a

>60时（a=90）ud波形会出现负值区别：id波形不同。电感足够大时,id近似水平线。3.2.2三相桥式全控整流电路a移相范围:903)定量分析当电压波形连续时（即RL负载时，或R负载a≤60时）：带R负载且a

>60时，整流电压平均值为：电流平均值：Id=Ud/Rα=00时波形？α=300时波形？α=900时波形？晶闸管电压、电流等的定量分析与三相半波时一致。接反电势阻感负载时，在负载电流连续的情况下，电路工作情况与电感性负载时相似，电路中各处电压、电流波形均相同。仅在计算Id时有所不同，接反电势阻感负载时的Id为：式中R和E分别为负载中的电阻值和反电动势的值。3.2.2三相桥式全控整流电路当整流变压器为图2-17中所示采用星形接法，带阻感负载时，变压器二次侧电流波形如图2-23中所示，其有效值为：ik=ib渐增，ia=Id-ik渐小当ik到Id时，ia=0，VT1关断,换流结束3.3变压器漏感对整流电路的影响VT1换至VT2的过程：因a、b相均有漏感，ia、ib均不突变。VT1、VT2同时通，相当于a、b两相短路，在两相组成的回路中产生环流ik。udidwtOwtOgiciaibiciaIduaubuca变压器存在漏感，可用一个集中的电感LB表示。三相半波换相重叠角g—换相过程持续的时间换相过程中，整流电压ud为同时导通的两个晶闸管所对应的两相电压的平均值。换相过程中，ud平均值降低换相重叠角g的计算由上式得：进而得出：3.3变压器漏感对整流电路的影响由上述推导过程，已经求得：当时，，于是g随其它参数变化的规律：3.3变压器漏感对整流电路的影响②电路形式单相全波单相全控桥三相半波三相全控桥m脉波整流电路①各种整流电路换相压降和换相重叠角的计算注：①单相全控桥电路中，环流ik是从-Id变为Id。本表所列通用公式不适用；

②三相桥等效为相电压等于的6脉波整流电路，故其m=6，相电压按

代入。（1）

Id越大则g越大；（2）

XB越大g越大；（3）当a≤90时，越小g越大出现换相重叠角g

，整流输出电压平均值Ud降低。整流电路的工作状态增多。晶闸管的di/dt

减小，有利于晶闸管的安全开通。有时人为串入进线电抗器以抑制晶闸管的di/dt。换相时晶闸管电压出现缺口，产生正的du/dt，可能使晶闸管误导通，为此必须加吸收电路。换相使电网电压出现缺口，成为干扰源。3.3变压器漏感对整流电路的影响变压器漏感对整流电路影响的一些结论:3.4电容滤波的不可控整流电路3.4.1

电容滤波的单相不可控整流电路3.4.2

电容滤波的三相不可控整流电路最常用的是单相桥和三相桥两种接法。由于电路中的电力电子器件采用整流二极管，故也称这类电路为二极管整流电路。在交—直—交变频器、不间断电源、开关电源等场合中,大量应用3.4.1电容滤波的单相不可控整流电路1）工作原理及波形分析基本工作过程：b)0iudqdp2pwti,uda)+RCu1u2i2VD1VD3VD2VD4idiCiRud2)主要的数量关系Ud≈1.2U2空载时，重载时，Ud逐渐趋近于0.9U2当满足时

电流平均值

输出电流平均值：

Id

=

Ud/R

二极管电流iD平均值：

ID=Id/2二极管承受的电压

3.4.1电容滤波的单相不可控整流电路a)b)u2udi20dqpwti2,u2,ud感容滤波的二极管整流电路实际应用为此情况，但分析复杂。ud波形更平直，电流i2的上升段平缓了许多，对于电路工作有利感容滤波的单相桥式不可控整流电路及其工作波形某一对二极管导通时，输出电压等于交流侧线电压中最大的一个，该线电压既向电容供电，也向负载供电。当没有二极管导通时，由电容向负载放电，ud按指数规律下降。a)b)Oiaudiduduabuac0dqwtpp3wt电容滤波的三相桥式不可控整流电路及其波形3.4.2电容滤波的三相不可控整流电路

电流id

断续和连续的临界条件wRC=在轻载时直流侧获得的充电电流是断续的，重载时是连续的，分界点就是R=/wC。由“电压下降速度相等”的原则，可以确定临界条件。假设在wt+d=2p/3的时刻“速度相等”恰好发生，则有电容滤波的三相桥式整流电路当wRC等于和小于

时的电流波形

a）wRC=

b）wRC<由上式可得（2-50）a)b)wtwtwtwtaidaidOOOO3.4.2电容滤波的三相不可控整流电路3.4.2电容滤波的三相不可控整流电路b)c)iaiaOO

tt电流波形的前沿平缓了许多，有利于电路的正常工作。随着负载的加重，电流波形与电阻负载时的交流侧电流波形逐渐接近。重载时轻载时(1)Ud在（2.34U2~2.45U2）之间变化(2)输出电流平均值IR为：IR=Ud/R(3)与单相电路情况一样，电容电流iC平均值为零，因此：Id=IR

二极管电流平均值为Id的1/3，即：ID=Id/3=IR/3（4）二极管承受的最大反向电压3.5整流电路的谐波和功率因数3.5.1

谐波和无功功率分析基础3.5.2

带阻感负载时可控整流电路交流侧谐波和功率因数分析3.5.3

电容滤波的不可控整流电路交流侧谐波和功率因数分析3.5.4

整流输出电压和电流的谐波分析3.5整流电路的谐波和功率因数·引言无功的危害：导致设备容量增加。使设备和线路的损耗增加。线路压降增大，冲击性负载使电压剧烈波动。谐波的危害：降低设备的效率。影响用电设备的正常工作。引起电网局部的谐振，使谐波放大，加剧危害。导致继电保护和自动装置的误动作。对通信系统造成干扰。随着电力电子技术的发展，其应用日益广泛，由此带来的谐波(harmonics)和无功(reactivepower)问题日益严重，引起了关注3.5.1谐波和无功功率分析基础1）谐波非正弦波电压，满足狄里赫利条件，可分解为傅里叶级数：正弦波电压：基波（fundamental）—频率为谐波——频率为2（2次谐波）、3（3次谐波）…n次谐波电流含有率HRIn（HarmonicRatioforIn）电流谐波总畸变率THDi（TotalHarmonicdistortion）正弦电路中视在功率：S=UI

无功功率：Q=UIsinj功率因数l有功功率P、Q的定义与正弦电路相同，功率因数不考虑电压畸变，研究电压为正弦波、电流为非正弦波的情况非正弦电路的有功功率：P=UI1

cosj1功率因数为：

基波因数——n=I1/I，即基波电流与总电流有效值之比位移因数（基波功率因数）—cosj

1功率因数取决于基波电流相移和电流波形畸变。3.5.1谐波和无功功率分析基础非正弦电路中3.5.2带阻感负载时可控整流电路

交流侧谐波和功率因数分析1)单相桥式全控整流电路忽略换相过程和电流脉动，带阻感负载，直流电感L为足够大（电流i2的波形见图2-6）i2Owtd变压器二次侧电流谐波分析：n=1,3,5,…电流中仅含奇次谐波。各次谐波有效值与谐波次数成反比，且与基波有效值的比值为谐波次数的倒数。功率因数计算基波电流有效值为i2的有效值I=Id，结合上式得基波因数为：电流基波与电压的相位差就等于控制角，故位移因数为所以，功率因数为3.5.2带阻感负载时可控整流电路

交流侧谐波和功率因数分析2）三相桥式全控整流电路阻感负载，忽略换相过程和电流脉动，直流电感L为足够大。以

=30为例，此时，电流为正负半周各120的方波，其有效值与直流电流的关系为：tud1a=30°ud2uduabuacubcubaucaucbuabuacⅠⅡⅢⅣⅤⅥwtOwOwtOwtOidiawt1uaubuc（2-78）3.5.2带阻感负载时可控整流电路

交流侧谐波和功率因数分析变压器二次侧电流谐波分析：电流基波和各次谐波有效值分别为电流中仅含6k1（k为正整数）次谐波。各次谐波有效值与谐波次数成反比，且与基波有效值的比值为谐波次数的倒数。功率因数计算基波因数：位移因数仍为：功率因数为：3.5.2带阻感负载时可控整流电路

交流侧谐波和功率因数分析3.5.3电容滤波的不可控整流电路

交流侧谐波和功率因数分析电容滤波的单相不可控整流电路交流侧谐波组成有如下规律：谐波次数为奇次。谐波次数越高，谐波幅值越小。谐波与基波的关系是不固定的。越大，则谐波越小。关于功率因数的结论如下：位移因数接近1，轻载超前，重载滞后。谐波大小受负载和滤波电感的影响。1)单相桥式不可控整流电路实用的单相不可控整流电路采用感容滤波交流侧谐波组成有如下规律：谐波次数为6k±1次，k=1，2，3…。谐波次数越高，谐波幅值越小。谐波与基波的关系是不固定的。关于功率因数的结论如下：位移因数通常是滞后的,但与单相时相比,位移因数更接近1。随负载加重（wRC的减小），总的功率因数提高；同时，随滤波电感加大，总功率因数也提高。3.5.3电容滤波的不可控整流电路

交流侧谐波和功率因数分析2)三相桥式不可控整流电路实际应用的电容滤波三相不可控整流电路中通常有滤波电感。3.5.4整流输出电压和电流的谐波分析

a=0时，m脉波整流电路的整流电压波形

=0时，m脉波整流电路的整流电压和整流电流的谐波分析。整流输出电压谐波分析整流输出电流谐波整流电路的输出电压中主要成分为直流，同时包含各种频率的谐波，这些谐波对于负载的工作是不利的。

=0时整流电压、电流中的谐波有如下规律：m脉波整流电压ud0的谐波次数为mk（k=1，2，3...）次，即m的倍数次；整流电流的谐波由整流电压的谐波决定，也为mk次。当m一定时，随谐波次数增大，谐波幅值迅速减小，表明最低次（m次）谐波是最主要的，其它次数的谐波相对较少；当负载中有电感时，负载电流谐波幅值dn的减小更为迅速。m增加时，最低次谐波次数增大，且幅值迅速减小，电压纹波因数迅速下降。3.5.4整流输出电压和电流的谐波分析3.5.4整流输出电压和电流的谐波分析

三相全控桥电流连续时，以n为参变量的与

的关系以n为参变量，n次谐波幅值对

的关系如图2-34所示：当

从0~90变化时，ud的谐波幅值随

增大而增大，

=90时谐波幅值最大。

从90~180之间电路工作于有源逆变工作状态，ud的谐波幅值随

增大而减小。

不为0时的情况：整流电压谐波一般表达式十分复杂,下面只说明谐波电压与

角的关系。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。可减少交流侧输入电流的谐波或提高功率因数，从而减小对供电电网的干扰3.6大功率可控整流电路双反星形电路，=0twwtud1uaubuciaud2ia'uc'ua'ub'uc'OwtOOwtOId12Id16Id12Id163.6.1带平衡电抗器的双反星形可控整流电路两副绕组匝数相同极性相反，接成两组三相半波电路。副绕组极性相反可消除铁芯的直流磁化。平衡电抗器保证两组电路能同时导电。与三相桥相比，输出电流可大一倍。为使电流平均分配，一般Lp足够大，以便限制环流在Id的1%～2%以内。upud1,ud2OO60°360°t1ttb)a)uaubucuc'ua'ub'ub'环流电流ip，通过两组星形自成回路3.6.1带平衡电抗器的双反星形可控整流电路

平衡电抗器作用下输出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2-37a。谐波分析分析详见P75-P76。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,uupd1d2OO60°360°t1ttb)a)uaubucuc'ua'ub'ub'3.6.1带平衡电抗器的双反星形可控整流电路

当

=30、60、90时，双反星形电路的输出电压波形

先求出ud1和ud2波形，然后作出波形(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=audududwtOwtOwtOuaubucuc'ua'ub'ubucuc'ua'ub'ubucuc'ua'ub'3.6.1带平衡电抗器的双反星形可控整流电路

=30、

=60和

=90时输出电压的波形分析双反星形电路与三相桥式电路比较：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相等时，双反星形的Ud是三相桥的1/2，而Id是单相桥的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。3.6.1带平衡电抗器的双反星形可控整流电路整流电压平均值与三相半波整流电路的相等，为:Ud=1.17U2cos

3.6.2多重化整流电路原理：按规律将两个或更多相同结构的整流电路进行组合目标：移项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。1)移相多重联结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。移相30串联2重联结电路T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。0a)b)c)d)ia1Id180°360°ia2iab2'iAIdiab2wtwtwtwt000Id2333Id33IdId323(1+

)Id323(1+)Id33Id133.6.2多重化整流电路移相30构成的串联2重联结电路即输入电流谐波次数为12k±1，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=ncosj1

=0.9886cosa3.6.2多重化整流电路iA基波幅值Im1和n次谐波幅值Imn分别如下：整流变压器采用星形三角形组合无法移相20，需采用曲折接法。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18k±1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

3.6.2多重化整流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3重联结电路：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提高功率因数。

为24脉波整流电路。

其交流侧输入电流谐波次为24k±1，k=1，2，3…。

输入位移因数功率因数分别为：cosj1=cosa

=0.9971cosa将整流变压器的二次绕组移相15，可构成串联4重联结电路：3.6.2多重化整流电路只对一个桥的角进行控制，其余各桥的工作状态则根据需要输出的整流电压而定。或者不工作而使该桥输出直流电压为零。或者=0而使该桥输出电压最大。根据所需总直流输出电压从低到高的变化，按顺序依次对各桥进行控制，因而被称为顺序控制。不能降低输入电流谐波，但是总功率因数可以提高。我国电气机车的整流器大多为这种方式。2)多重联结电路的顺序控制单相串联3重联结电路及顺序控制时的波形控制过程可详见教材P78。从电流i的波形可以看出，虽然波形并为改善，但其基波分量比电压的滞后少，因而位移因数高，从而提高了总的功率因数。a)db)c)iId2IduOap+a3.6.2多重化整流电路

3重晶闸管整流桥顺序控制逆变（Invertion）:DC→AC(整流的逆过程)3.7.1逆变的概念1)什么是逆变？为什么要逆变？3.7

整流电路的有源逆变工作状态3.7.1

逆变的概念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

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。逆变和整流的区别其电路形式未变可用整流的办法处理逆变时波形与参数计算逆变角b：b=p-

应用：直流可逆调速系统、异步电动机串级调速、高压直流输电等有源逆变—交流侧和电网连结。无源逆变—交流侧不接电网,直接接到负载,第5章介绍。直流发电机—电动机之间电能的流转2)直流发电机—电动机系统电能的流转M作电动机运行M作发电机运行逆变失败3.7

整流电路的有源逆变工作状态同极性EM>EG

反极性形成短路同极性EG

>EM交流电网输出电功率电动机输出电功率3.7.1逆变的概念3)逆变产生的条件有直流电动势E，极性与晶闸管导通方向一致，且幅值E>Ud控制角

>π/2，使Ud为负值。逆变条件半控桥或有续流二极管的电路，不能实现有源逆变。单相全波电路的整流和逆变3.7.2三相桥整流电路的有源逆变工作状态uabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbuabuacubcuaubucuaubucuaubucuaubu2udwtOwtOb=p4b=p3b=p6b=p4b=p3b=p6wt1wt3wt2三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波形直流侧负载的有功功率三相桥中计算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。若b<g，该通的VT2关断,应关的VT1不能关断,最终导致逆变失败udOOidwtwtuaubucuaubpbgb<gagbb>giVT1iVTiVT3iVTiVT3223.7.3逆变失败与最小逆变角的限制换相重叠角的影响：触发电路工作不可靠，如脉冲丢失、脉冲延时等。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）逆变失败的原因逆变时，一旦换相失败，使得Ud>0,形成极大短路电流—逆变失败（逆变颠覆）d——晶闸管的关断时间tq折合的电角度约4~5g——

换相重叠角15~200q′—安全裕量角主要针对脉冲不对称程度，其值约取103.7.3逆变失败与最小逆变角的限制2)确定最小逆变角bmin的依据逆变时允许采用的最小逆变角b应等于bmin=d+g+q′整流电压整流电流变压器容量短路电压比Uk%g220V800A240kV。A5%15~20参照整流时g的计算方法bmin一般取29~35g——

换相重叠角的确定：查阅有关手册,举例如下：3.8晶闸管直流电动机系统电动机负载时整流电路的工作情况。由整流电路供电时电动机的工作情况。晶闸管直流电动机系统—可控整流装置带直流电动机负载组成的系统。电力拖动系统中的一种，整流的用途之一。2.8.1

工作于整流状态时2.8.2

工作于有源逆变状态时2.8.3

直流可逆电力拖动系统·引言研究通常在电枢回路串联一平波电抗器，保证整流电流在较大范围内连续。接反电动势负载时,负载电流断续,对整流电路和电动机工作均不利udOidwtuaubucaudOiaibicicwtEUdidR三相半波带电动机负载且加平波电抗器时的电压电流波形2.8.1工作于整流状态时3.8.1工作于整流状态时系统的两种工作状态：电流连续工作状态电流断续工作状态晶闸管压降电枢电阻T电阻电动机反电势式中整流电路中T漏抗三相半波电流连续时以电流表示的电动机机械特性机械特性是一组平行直线,斜率取决于内阻调节a

角，即可调节电动机的转速。Ona1<a2<a3a3a2a1Id(RB+RM+)IdCe3XB2p转速与电流的机械特性关系式为1)电流连续

在电机学中可根据整流电路电压平衡方程式得电流断续时电动势的特性曲线电流断续时理想空载转速抬高。机械特性变软，即负载电流变化很小也可引起很大的转速变化。随着a

的增加，进入断续区的电流值加大。断续区特性的近似直线断续区连续区EE0E0'OIdminId(0.585U2)(

U2)2Oa3a2a1Id分界线断续区连续区a5a4E0E考虑电流断续时不同a时反电动势的特性曲线

1<

a2<a3<60，a5>a4>603.8.1工作于整流状态时电流断续时电动机机械特性的特点：2)电流断续时电动机的机械特性负载减小时，平波电抗器中的电感储能减小，使电流不再连续，此机械特性也就呈现出非线性。电动机在四象限中的机械特性正组变流器反组变流器na3a2a1Ida4b2b3b4b1a=b=p2a'=b'=p2b'3b'2b'1b'4a'2a'3a'4a'1a1=b'1;a'1=b1a2=b'2;a'2=b2a增大方向'b增大方向'a增大方向b增大方向3.8.2工作于有源逆变状态时1)

电流连续时机械特性

因EM=Cen，得机械特性方程：机械特性由

决定逆变时逆变电流断续，与整流时相似：空载转速上翘,特性变软,呈非线性逆变状态的特性是整流状态的延续控制角变化时，机械特性得变化。第1、4和3、2象限中特性分属两组变流器，输出的Ud极性相反，故标以正组和反组变流器3.8.3直流可逆电力拖动系统正组变流器反组变流器na3a2a1Ida4b2b3b4b1a=b=p2a'=b'=p2b'3b'2b'1b'4a'2a'3a'4a'1a1=b'1;a'1=b1a2=b'2;a'2=b2a增大方向'b增大方向'a增大方向b增大方向3.9.1同步信号为锯齿波的触发电路输出可为双窄脉冲，也可为单窄脉冲三个环节：脉冲的形成与放大、锯齿波的形成和脉冲移相、同步环节1)脉冲形成环节V4、V5

—脉冲形成,V7、V8

—脉冲放大脉冲前沿由V4导通时刻确定，宽度与R11C3有关2)锯齿波的形成和脉冲移相环节恒流源放大形成环流是指只在两组变流器之间流动而不经过负载的电流。正向运行时由正组变流器供电；反向运行时，则由反组变流器供电。根据对环流的处理方法，反并联可逆电路又可分为不同的控制方案，如配合控制有环流（）、可控环流、逻辑控制无环流和错位控制无环流等。电动机都可四象限运行。可根据电动机所需运转状态来决定哪一组变流器工作及其工作状态：整流或逆变。3.8.3直流可逆电力拖动系统两套变流装置反并联连接的可逆电路的相关概念和结论：电动机反向过程分析：详见P89a=b

配合控制的有环流可逆系统对正、反两组变流器同时输入触发脉冲，并严格保证a=b

的配合控制关系。假设正组为整流，反组为逆变，即有aP=bN

，UdaP=UdbN，且极性相抵，两组变流器之间没有直流环流。但两组变流器的输出电压瞬时值不等，会产生脉动环流。串入环流电抗器LC限制环流。3.8.3直流可逆电力拖动系统直流可逆拖动系统，除能方便地实现正反转外,还能实现电动机回馈制动3.8.3直流可逆电力拖动系统首先应使已导通桥的晶闸管断流，要妥当处理使主回路电流变为零，使原导通晶闸管恢复阻断能力。随后再开通原封锁着的晶闸管，使其触发导通。

这种无环流可逆系统中，变流器之间的切换过程由逻辑单元控制，称为逻辑控制无环流系统。直流可逆电力拖动系统，将在后继课“电力拖动自动控制系统”中进一步分析讨论。逻辑无环流可逆系统工程上使用较广泛，不需设置环流电抗器。只有一组桥投入工作（另一组关断），两组桥之间不存在环流。两组桥之间的切换过程：3.9

相控电路的驱动控制相控电路：晶闸管可控整流电路采用晶闸管的交流电力变换电路和交交变频电路3.9.1

同步信号为锯齿波的触发电路3.9.2

集成触发器3.9.3

触发电路的定相引言相控电路的驱动控制为保证相控电路正常工作，很重要的是应保证按触发角a的大小在正确的时刻向电路中的晶闸管施加有效的触发脉冲。晶闸管相控电路，习惯称为触发电路。大、中功率的变流器广泛应用的是晶体管触发电路，其中以同步信号为锯齿波的触发电路应用最多。3）同步—触发脉冲频率与主电路电源频率相同且相位关系确定。锯齿波是由开关V2管来控制的。V2开关的频率就是锯齿波的频率—由同步T所接的交流电压决定。V2由通到断期间产生锯齿波—起点即是同步电压由正变负的过零点。V2截止状态持续时间即锯齿波的宽度—取决于充电时间常数R1C1。3.9.1同步信号为锯齿波的触发电路

内双脉冲电路

V5、V6构成“或”门当V5、V6都导通时，V7、V8都截止，没有脉冲输出。只要V5、V6有一个截止，都会使V7、V8导通，有脉冲输出。第一个脉冲由本相触发单元的uco对应的控制角

产生。隔60的第二个脉冲由滞后60的后一相触发单元产生（通过V6）。4)双窄脉冲形成环节3.9.2集成触发器KJ004电路原理图可靠性高，技术性能好，体积小，功耗低，调试方便。晶闸管触发电路的集成化已逐渐普及，已逐步取代分立式电路。KJ004

与分立元件的锯齿波移相触发电路相似,分为同步、锯齿波形成、移相、脉冲形成、脉冲分选及脉冲放大几个环节。三相全控桥整流电路的集成触发电路3.9.2集成触发器完整的三相全控桥触发电路

3个KJ004集成块和1个KJ041集成块，可形成六路双脉冲，再由六个晶体管进行脉冲放大即可。KJ041内部是由12个二极管构成的6个或门。也有厂家生产了将图2-57全部电路集成的集成块，但目前应用还不多。3.9.2集成触发器模拟与数字触发电路以上触发电路为模拟的，优点：结构简单、可靠；缺点：易受电网电压影响，触发脉冲不对称度较高，可达3~4，精度低。数字触发电路：脉冲对称度很好，如基于8位单片机的数字触发器精度可达0.7~1.5。3.9.3

触发电路的定相图2-58

三相全控桥中同步电压与主电路电压关系示意图Ott1t2uaubucu2ua-触发电路的定相——触发电路应保证每个晶闸管触发脉冲与施加于晶闸管的交流电压保持固定、正确的相位关系。措施：同步变压器原边接入为主电路供电的电网，保证频率一致。触发电路定相的关键是确定同步信号与晶闸管阳极电压的关系。3.9.3触发电路的定相

同步变压器和整流变压器的接法及矢量图变压器接法：主电路整流变压器为D,y-11联结，同步变压器为D,y-11,5联结。3.9.3触发电路的定相三相全控桥各晶闸管的同步电压（采用图2-59变压器接法时）晶闸管VT1VT2VT3VT4VT5VT6主电路电压+ua-uc+ub-ua+uc-ub同步电压-usa+usc-usb+usa-usc+usb为防止电网电压波形畸变对触发电路产生干扰，可对同步电压进行R-C滤波，当R-C滤波器滞后角为60时，同步电压选取结果如表所示。三相桥各晶闸管的同步电压（有R-C滤波滞后60）晶闸管VT1VT2VT3VT4VT5VT6主电路电压+ua-uc+ub-ua+uc-ub同步电压+usb-usa+usc-usb+usa-usc本章小结可控整流电路，重点掌握：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；与整流电路相关的一些问题，包括：(1)变压器漏抗对整流电路的影响，重点建立换相压降、重叠角等概念，(2)整流电路的谐波和功率因数分析，重点掌握谐波的概念、各种整流电路产生谐波情况的定性分析.大功率可控整流电路的接线形式及特点，熟悉双反星形可控整流电路的工作情况，建立整流电路多重化的概念。可控整流电路有源逆变工作状态，重点掌握产生有源逆变的条件、三相有源逆变工作状态的分析计算、逆变失败及最小逆变角的限制等。晶闸管直流电动机系统的工作情况，重点掌握各种状态时系统的特性，了解可逆电力拖动系统的工作情况，建立环流概念。重点熟悉锯齿波移相的触发电路的原理，了解集成触发芯片及其组成的三相桥式全控整流电路的触发电路，建立同步的概念.三相半波可控，电阻负载，a=30时的波形a=30°u2uaubucOwtOwtOwtOwtOwtuGuduabuacwt1iVT1uVT1uac

三相半波可控,电阻负载,a=60时波形wwttwtwta=60°u2uaubucOOOOuGudiVT1三相半波可控,阻感负载,a=60时波形三相半波,阻感负载,a=60udiduacOwtOwtOOwtOOwtawtwtuaubuciaibicwwwwud1ud2a=30°iaOtOtOtOtuduabuacuaubucwt1uabuacubcubaucaucbuabuacⅠⅡⅢⅣⅤⅥuabuacubcubaucaucbuabuacuVT1三相全控桥,电阻负载,a=30时波形wwwa=60°ud1ud2uduacuacuabuabuacubcubaucaucbuabuacuaⅠⅡⅢⅣⅤⅥubucOtwt1OtOtuVT1三相全控桥,电阻负载,a=60时波形ud1ud2uduaubucuaubwtOwtOwtOwtOwtOiaiduabuacubcubaucaucbuabuacubcubaiVT1三相全控桥,电阻负