交流直流变换电路

关于交流直流变换电路3-13.1概述整流电路的分类：按组成的器件可分为不可控、半控、全控三种。按电路结构可分为桥式电路和零式电路。按交流输入相数分为单相电路和多相电路。按变压器二次侧电流的方向是单向或双向，又分为单拍电路和双拍电路。整流电路：出现最早的电力电子电路，将交流电变为直流电。第2页,共107页，2024年2月25日，星期天3.2

单相可控整流电路3.2.1单相半波可控整流电路3.2.2单相全控桥式整流电路3.2.3单相半控桥式整流电路第3页,共107页，2024年2月25日，星期天3-43.2.1单相半波可控整流电路一、电阻性负载电炉、电焊机及白炽灯等均属于电阻性负载变压器T起变换电压和电气隔离的作用。电阻负载的特点：电压与电流成正比，两者波形相同。工作原理分析图3-2-1单相半波可控整流电路（电阻性负载）及波形wwwwtTVTR0a)u1u2uVTudidwt1p2ptttu2uguduVTaq0b)c)d)e)00第4页,共107页，2024年2月25日，星期天3-5工作原理分析在电源电压正半周，晶闸管承受正向电压，在ωt=α处触发晶闸管，晶闸管开始导通；负载上的电压等于变压器输出电压u2。在ωt=π时刻，电源电压过零，晶闸管电流小于维持电流而关断，负载电流为零。在电源电压负半周，uAK＜0，晶闸管承受反向电压而处于关断状态，负载电流为零，负载上没有输出电压，直到电源电压u2的下一周期，直流输出电压ud和负载电流id的波形相位相同。通过改变触发角α的大小，直流输出电压ud的波形发生变化，负载上的输出电压平均值发生变化，显然α=180º时，Ud=0。由于晶闸管只在电源电压正半波内导通，输出电压ud为极性不变但瞬时值变化的脉动直流，故称“半波”整流。3.2.1单相半波可控整流电路wwwwtTVTR0a)u1u2uVTudidwt1p2ptttu2uguduVTaq0b)c)d)e)00图3-2-1单相半波可控整流电路（电阻性负载）及波形第5页,共107页，2024年2月25日，星期天3-6首先，引入两个重要的基本概念：触发延迟角：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,用α表示,也称触发角或控制角。导通角：晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度称为导通角，用θ表示。

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，简称相控方式。在单相半波可控整流电阻性负载电路中,移相角α的控制范围为:0～π，对应的导通角θ的可变范围是π～0，两者关系为α＋θ=π。3.2.1单相半波可控整流电路第6页,共107页，2024年2月25日，星期天3-72.基本数量关系(1)直流输出电压平均值Ud与输出电流平均值Id3.2.1单相半波可控整流电路输出电流平均值Id:直流输出电压平均值Ud:第7页,共107页，2024年2月25日，星期天3-8(2)输出电压有效值U与输出电流有效值I3.2.1单相半波可控整流电路输出电流有效值I

:直流输出电压有效值U

:第8页,共107页，2024年2月25日，星期天3-9(3)晶闸管电流有效值和变压器二次侧电流有效值单相半波可控整流电路中，负载、晶闸管和变压器二次侧流过相同的电流，故其有效值相等，即：3.2.1单相半波可控整流电路第9页,共107页，2024年2月25日，星期天3-10(4)功率因数cosφ整流器功率因数是变压器二次侧有功功率与视在功率的比值式中P—变压器二次侧有功功率，P=UI=I2RS—变压器二次侧视在功率，S=U2I2(5)晶闸管承受的最大正反向电压UTM晶闸管承受的最大正反向电压UTM是相电压峰值。3.2.1单相半波可控整流电路第10页,共107页，2024年2月25日，星期天3-11〖例3-1〗如图所示单相半波可控整流器，电阻性负载，电源电压U2为220V，要求的直流输出电压为50V，直流输出平均电流为20A。试计算：(1)晶闸管的控制角。(2)输出电流有效值。(3)电路功率因数。(4)晶闸管的额定电压和额定电流。3.2.1单相半波可控整流电路第11页,共107页，2024年2月25日，星期天3-12解

:(1)当α=90º时，输出电流有效值(3)Ω(2)则α=90º第12页,共107页，2024年2月25日，星期天3-13(4)晶闸管电流有效值IT与输出电流有效值相等，即：（5）晶闸管承受的最高电压：考虑(2~3)倍安全裕量，晶闸管的额定电压为根据计算结果可以选取满足要求的晶闸管。取2倍安全裕量，晶闸管的额定电流为：则第13页,共107页，2024年2月25日，星期天3-143.2.1单相半波可控整流电路2）电感性负载电感性负载通常是电机的励磁线圈和负载串联电抗器等。电感性负载的特点：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。

图3-2-2带阻感负载的单相半波电路及其波形第14页,共107页，2024年2月25日，星期天3-15

图3-2-3带阻感负载(不接续流管)的单相半波电路及其波形1.无续流二极管时工作原理0~α：uAK大于零，但门极没有触发信号，晶闸管处于正向关断状态，输出电压、电流都等于零。在ωt=α时，门极有触发信号，晶闸管被触发导通，负载电压ud=u2。当ωt=π时，交流电压u2过零，由于有电感电势的存在，晶闸管的电压uAK仍大于零，晶闸管会继续导通，电感的储能全部释放完后，晶闸管在u2反压作用下而截止。直到下一个周期的正半周。3.2.1单相半波可控整流电路有负面积第15页,共107页，2024年2月25日，星期天3-16数量关系直流输出电压平均值Ud为

从Ud的波形可以看出，由于电感负载的存在，电源电压由正到负过零点也不会关断，输出电压出现了负波形，输出电压和电流的平均值减小；当大电感负载时输出电压正负面积趋于相等，输出电压平均值趋于零，则Id也很小。所以，实际的大电感电路中，常常在负载两端并联一个续流二极管。3.2.1单相半波可控整流电路第16页,共107页，2024年2月25日，星期天3-172.接续流二极管时工作原理u2＞0：uAK＞0。在ωt=α处触发晶闸管导通，ud=u2续流二极管VDR承受反向电压而处于断态。u2＜0：电感的感应电压使VDR承受正向电压导通续流，晶闸管承受反压关断,ud=0。如果电感足够大，续流二极管一直导通到下一周期晶闸管导通，使id连续。3.2.1单相半波可控整流电路

图3-2-4带阻感负载(接续流管)的单相半波电路及其波形u2udiduVTiVTIdIdwt1wtwtwtwtwtwtOOOOOOp-ap+ab)c)d)e)f)g)iVDRa)第17页,共107页，2024年2月25日，星期天3-18由以上分析可以看出，电感性负载加续流二极管后，输出电压波形与电阻性负载波形相同，续流二极管可以起到提高输出电压的作用。在大电感负载时负载电流波形连续且近似一条直线，流过晶闸管的电流波形和流过续流二极管的电流波形是矩形波。对于电感性负载加续流二极管的单相半波可控整流器移相范围与单相半波可控整流电路电阻性负载相同为0～180º，且有α+θ=180º。3.2.1单相半波可控整流电路第18页,共107页，2024年2月25日，星期天3-19基本数量关系(1)输出电压平均值Ud与输出电流平均值Id输出电压平均值Ud输出电流平均值Id3.2.1单相半波可控整流电路第19页,共107页，2024年2月25日，星期天3-20(2)晶闸管的电流平均值IdT与晶闸管的电流有效值IT晶闸管的电流平均值IdT

：晶闸管的电流有效值IT：3.2.1单相半波可控整流电路第20页,共107页，2024年2月25日，星期天3-21(3)续流二极管的电流平均值IdD与续流二极管的电流有效值ID3.2.1单相半波可控整流电路第21页,共107页，2024年2月25日，星期天3-22单相半波可控整流电路的特点简单，但输出脉动大，变压器二次侧电流中含直流分量，造成变压器铁芯直流磁化。实际上很少应用此种电路。分析该电路的主要目的是建立起整流电路的基本概念。

3.2.1单相半波可控整流电路第22页,共107页，2024年2月25日，星期天3.2.2单相全控桥式整流电路1)带电阻负载的工作情况a)u(i)pwtwtwt000i2udidb)c)d)ddaauVT1,4图3-2-5

单相全控桥式带电阻负载时的电路及波形工作原理及波形分析VT1和VT4组成一对桥臂，在u2正半周承受电压u2，得到触发脉冲即导通，当u2过零时关断。VT2和VT3组成另一对桥臂，在u2正半周承受电压-u2，得到触发脉冲即导通，当u2过零时关断。电路结构单相全控桥式整流电路(SinglePhaseBridgeContrelledRectifier)第23页,共107页，2024年2月25日，星期天3-24数量关系1)输出直流电压平均值Ud及有效值U（a角的移相范围为180

。）3.2.2单相全控桥式整流电路2)输出直流电流平均值Id

3)晶闸管电流平均值IdT和有效值ITpwtwtwt000i2udidb)c)d)ddaauVT1,4第24页,共107页，2024年2月25日，星期天3-253.2.2单相全控桥式整流电路5)功率因数4)变压器二次测电流有效值I2与输出直流电流I有效值相等：不考虑变压器的损耗时，要求变压器的容量S=U2I2。pwtwtwt000i2udidb)c)d)ddaauVT1,4第25页,共107页，2024年2月25日，星期天3.2.2单相全控桥式整流电路2）带阻感负载的工作情况

u2OwtOwtOwtudidi2b)OwtOwtuVT1,4OwtOwtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4图3-2-6

单相全控桥带阻感负载时的电路及波形假设电路已工作于稳态，id的平均值不变。假设负载电感很大，负载电流id连续且波形近似为一水平线。u2过零变负时，晶闸管VT1和VT4并不关断。至ωt=π+a时刻，晶闸管VT1和VT4关断，VT2和VT3两管导通。VT2和VT3导通后，VT1和VT4承受反压关断，流过VT1和VT4的电流迅速转移到VT2和VT3上，此过程称换相，亦称换流。第26页,共107页，2024年2月25日，星期天3.2.2单相全控桥式整流电路

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180

。电流的平均值和有效值：变压器二次侧电流i2的波形为正负各180

的矩形波，其相位由a角决定，有效值I2=Id。晶闸管承受的最大正反向电压均为。2OwtOwtOwtudidi2b)OwtOwtuVT1,4OwtOwtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4第27页,共107页，2024年2月25日，星期天3-28电感性负载（接续流二极管）为了扩大移相范围，使ｕｄ波形不出现负值且输出电流更加平稳，可在负载两端并接续流二极管，如图3-2-7a电路所示。接续流管后，α的移相范围可扩大到0～π。α在这区间内变化，只要电感量足够大，输出电流id就可保持连续且平稳。在电源电压u2过零变负时，续流管承受正向电压而导通，晶闸管承受反向电压被关断。这样ud波形与电阻性负载相同，如图3-2-7b所示。负载电流id是由晶闸管VT1和VT3、VT2和VT４、续流管VD相继轮流导通而形成的。uT波形与电阻负载时相同。3.2.2单相全控桥式整流电路第28页,共107页，2024年2月25日，星期天3-29图3-2-7单相全控桥带阻感负载时的电路及波形

（接续流管）接入VD：扩大移相范围，不让ud出现负面积。移相范围：0

~180

ud波形与电阻性负载相同Id由VT1和VT3，VT2和VT4，以及VD轮流导通形成。uT波形与电阻负载时相同。第29页,共107页，2024年2月25日，星期天3-303.带反电动势负载时的工作情况

在|u2|>E时，才有晶闸管承受正电压，有导通的可能。图3-2-8单相全控桥式整流电路接反电动势—电阻负载时的电路及波形3.2.2单相全控桥式整流电路电流断续导通之后，

ud=u2，直至|u2|=E，id即降至0,使得晶闸管关断，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，在a角相同时，反电动势整流输出电压比电阻负载时大。b)idOEudwtIdOwtaqd第30页,共107页，2024年2月25日，星期天3.2.2单相全控桥式整流电路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。为了克服此缺点，一般在主电路中直流输出侧串联一个平波电抗器。这时整流电压ud的波形和负载电流id的波形与阻感负载电流连续时的波形相同，ud的计算公式也一样。为保证电流连续所需的电感量L可由下式求出：图3-2-9

单相全控桥式整流电路带反电动势负载串平波电抗器，电流连续的临界情况twwOud0Eidtpdaq=p第31页,共107页，2024年2月25日，星期天3-32为了使电流连续，一般在主电路中直流输出侧串联一个平波电抗器，用来减少电流的脉动和延长晶闸管导通的时间。电感量足够大时，电流波形近似一直线。3.2.2单相全控桥式整流电路电流连续有负面积由于电感存在Ud波形出现负面积，使Ud下降。

α可调范围：0

~90

图3-2-9

单相全控桥式整流电路带反电动势负载串平波电抗器，电流连续的临界情况twwOud0Eidtpdaq=p第32页,共107页，2024年2月25日，星期天3-333.2.2单相全控桥式整流电路接入VD：扩大移相范围，不让ud出现负面积。移相范围：0

~180

ud波形与电阻性负载相同Id由VT1和VT4，V2和VT3，以及VD轮流导通形成。

图3-2-10单相全控桥式整流电路，有反电动势负载串平波电抗器、接续流二极管第33页,共107页，2024年2月25日，星期天3-34单相全波可控整流电路单相全波可控整流电路（SinglePhaseFullWaveControlledRectifier)，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。图3-2-11

单相全波可控整流电路及波形a)wtwab)udi1OOt第34页,共107页，2024年2月25日，星期天3-35单相全波可控整流电路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。第35页,共107页，2024年2月25日，星期天3-363.2.3单相半控桥式整流电路单相全控桥中，每个导电回路中有2个晶闸管，为了对每个导电回路进行控制，只需1个晶闸管就可以了，另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（先不考虑VDR）。半控电路与全控电路在电阻负载时的工作情况相同。

图3-2-12单相桥式半控整流电路，有续流二极管，阻感负载时的电路及波形第36页,共107页，2024年2月25日，星期天3-37单相半控桥带阻感负载的情况

假设负载中电感很大，且电路已工作于稳态在u2正半周，触发角a处给晶闸管VT1加触发脉冲，u2经VT1和VD4向负载供电。

u2过零变负时，因电感作用使电流连续，VT1继续导通。但因a点电位低于b点电位，使得电流从VD4转移至VD2，VD4关断，电流不再流经变压器二次绕组，而是由VT1和VD2续流。在u2负半周触发角a时刻触发VT3，VT3导通，则向VT1加反压使之关断，u2经VT3和VD2向负载供电。u2过零变正时，VD4导通，VD2关断。VT3和VD4续流，ud又为零。

图3-2-12单相桥式半控整流电路，有续流二极管，阻感负载时的电路及波形3.2.3单相半控桥式整流电路第37页,共107页，2024年2月25日，星期天3-38续流二极管的作用若无续流二极管，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，即半周期ud为正弦，另外半周期ud为零，其平均值保持恒定，称为失控。（见图3-2-13）有续流二极管VDR时，续流过程由VDR完成，晶闸管关断，避免了某一个晶闸管持续导通从而导致失控的现象。续流期间导电回路中只有一个管压降，有利于降低损耗。3.2.3单相桥式可控整流电路第38页,共107页，2024年2月25日，星期天3-39图3-2-13单相半控桥电感性负载不接续流二极管的情况分析

返回第39页,共107页，2024年2月25日，星期天3-403.2.3单相半控桥式整流电路单相半控桥式整流电路的另一种接法把图3-5a中的VT3和VT4换为二极管VD3和VD4，这样可以省去续流二极管VDR，续流由VD3和VD4来实现。图3-2-14单相全控桥式带电阻负载时的电路及波形图3-2-15单相桥式半控整流电路的另一接法第40页,共107页，2024年2月25日，星期天3-413.3三相可控整流电路·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，三相全控桥式整流电路应用最广

。第41页,共107页，2024年2月25日，星期天3-423.3三相可控整流电路3.3.1三相半波可控整流电路3.3.2三相全控桥式整流电路3.3.3变压器漏感对整流电路的影响第42页,共107页，2024年2月25日，星期天3-433.3.1三相半波可控整流电路电路的特点：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。图3-3-1

三相半波可控整流电路共阴极接法电阻负载时的电路及a=0

时的波形

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)u2Riduaubuca=0Owt1wt2wt3uGOudOOuabuacOiVT1uVT1wtwtwtwtwta)第43页,共107页，2024年2月25日，星期天3-443.3.1三相半波可控整流电路a=0

时的工作原理分析变压器二次侧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。图3-3-1三相半波可控整流电路共阴极接法电阻负载时的电路及a=0

时的波形

a=30

的波形（图3-3-2）特点：负载电流处于连续和断续之间的临界状态。a>30

的情况（图3-3-3

）特点：负载电流断续，晶闸管导通角小于120

。b)c)d)e)f)u2uaubuca=0Owt1wt2wt3uGOudOOuabuacOiVT1uVT1wtwtwtwtwta)R第44页,共107页，2024年2月25日，星期天3-45图3-3-2

三相半波可控整流电路，电阻负载，a=30

时的波形a=30°u2uaubucOwtOwtOwtOwtOwtuGuduabuacwt1iVT1uVT1uaca=30

时的特点：负载电流处于连续和断续之间的临界状态。a)R第45页,共107页，2024年2月25日，星期天3-46图3-3-3

三相半波可控整流电路，电阻负载，a=60

时的波形wwttwtwta=60°u2uaubucOOOOuGudiVT1a>30

时的特点：负载电流断续，晶闸管导通角小于120

。

a移相范围：

0~150

a)R第46页,共107页，2024年2月25日，星期天3-473.3.1三相半波可控整流电路当a=0时，Ud最大，为。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，晶闸管导通角减小，此时有：uuuO2a=30°uabcwtuOduuuO2a=60°uabcwtud第47页,共107页，2024年2月25日，星期天3-48负载电流平均值为流过晶闸管的电流平均值为

晶闸管承受的最大电压，为变压器二次线电压峰值，即3.3.1三相半波可控整流电路第48页,共107页，2024年2月25日，星期天3-493.3.1三相半波可控整流电路2、阻感负载图3-3-4

三相半波可控整流电路，阻感负载时的电路及a=60

时的波形特点：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3-3-4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。udiauaubucibiciduacOwtOwtOOwtOOwtawtwt第49页,共107页，2024年2月25日，星期天3-503.3.1三相半波可控整流电路2、阻感负载图3-3-4

三相半波可控整流电路，阻感负载时的电路及a=60

时的波形阻感负载特点：晶闸管导通角均为120°，与控制角α无关；移相范围为90

；晶闸管电流波形近似为方波。udiauaubucibiciduacOwtOwtOOwtOOwtawtwt第50页,共107页，2024年2月25日，星期天3-51第51页,共107页，2024年2月25日，星期天3-52各电量计算(1)输出电压平均值

ud(2）负载电流平均值

(3）流过晶闸管的电流平均值IdT、有效值IT

以及承受的最高电压UTM分别为

3.3.1三相半波可控整流电路第52页,共107页，2024年2月25日，星期天3-53图3-3-5三相半波可控整流电路，阻感负载(不接续流管)时的波形3、大电感负载接续流二极管为了扩大移相范围并使负载电流id平稳，可在电感负载两端并接续流二极管，由于续流管的作用，ud波形已不出现负值，与电阻性负载ud波形相同。

3.3.1三相半波可控整流电路接入VD图3-3-6三相半波可控整流电路，阻感负载(接续流管)时的波形第53页,共107页，2024年2月25日，星期天3-543、大电感负载接续流二极管在0°≤α≤30°区间，电源电压均为正值，ud波形连续，续流管不起作用；当30°＜α≤150°区间，电源电压出现过零变负时，续流管及时导通为负载电流提供续流回路，晶闸管承受反向电源相电压而关断。这样ud波形断续但不出现负值。续流管VD起作用时，晶闸管与续流管的导通角分别为：

3.3.1三相半波可控整流电路第54页,共107页，2024年2月25日，星期天3-55各电量计算

(1)负载电压平均值Ud和电流平均值Id1)0°≤α≤30°时

2)30°≤α≤150°时

3)负载电流Id=Ud/Rd3.3.1三相半波可控整流电路第55页,共107页，2024年2月25日，星期天3-56（2）晶闸管电流平均值IdT、有效值IT及晶闸管承受的最高电压值UTM

1）0°≤α≤30°时

2)

30°≤α≤150°时

（3）续流管平均电流IdD、有效值ID及承受的最高电压UDM

(30°≤α≤150°)

3.3.1三相半波可控整流电路

第56页,共107页，2024年2月25日，星期天3-573.3.2三相桥式全控整流电路三相桥是应用最为广泛的整流电路共阴极组——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）图3-3-7三相桥式全控整流电路原理图导通顺序：

VT1－VT2

－VT3－

VT4

－VT5－VT6阳极电压最大的导通阴极电压最低的导通第57页,共107页，2024年2月25日，星期天3-583.3.2三相桥式全控整流电路1、带电阻负载时的工作情况当a≤60

时，ud波形均连续，对于电阻负载，id波形与ud波形形状一样，也连续波形图：a=0（图3-3-8）

a=30

（图3-3-9）

a=60

（图3-3-10）当a>60

时，ud波形每60

中有一段为零，ud波形不能出现负值波形图：a=90

（图3-3-11）带电阻负载时三相桥式全控整流电路a角的移相范围是120

第58页,共107页，2024年2月25日，星期天3-59图3-3-8三相桥式全控整流电路带电阻负载

a=0

时的波形wwwwu2ud1ud2u2LuduabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuabuacubcubaucaucbuabuacⅠⅡⅢⅣⅤⅥuaucubwt1OtOtOtOta=0°iVT1uVT1ud波形连续，对于电阻负载，id波形与ud波形形状一样，也连续每管工作120

，每间隔60

有一管换流。第59页,共107页，2024年2月25日，星期天3-60图3-3-9三相桥式全控整流电路带电阻负载a=30

时的波形wwwwud1ud2a=30°iaOtOtOtOtuduabuacuaubucwt1uabuacubcubaucaucbuabuacⅠⅡⅢⅣⅤⅥuabuacubcubaucaucbuabuacuVT1第60页,共107页，2024年2月25日，星期天3-61图3-3-10三相桥式全控整流电路带电阻负载a=60

时的波形wwwa=60°ud1ud2uduacuacuabuabuacubcubaucaucbuabuacuaⅠⅡⅢⅣⅤⅥubucOtwt1OtOtuVT1第61页,共107页，2024年2月25日，星期天3-62图3-3-11三相桥式全控整流电路带电阻负载a=90

时的波形ud1ud2uduaubucuaubwtOwtOwtOwtOwtOiaiduabuacubcubaucaucbuabuacubcubaiVT1ud波形每60

中有一段为零，ud波形不出现负值。第62页,共107页，2024年2月25日，星期天3-633.3.2三相桥式全控整流电路晶闸管及输出整流电压的情况如表3-3-1所示时段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=ucb第63页,共107页，2024年2月25日，星期天3-643.3.2三相桥式全控整流电路（2）对触发脉冲的要求：按VT1-VT3-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

。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，且不能为同1相器件。第64页,共107页，2024年2月25日，星期天3-653.3.2三相桥式全控整流电路（3）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。（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：一种是宽脉冲触发一种是双脉冲触发（常用）

(5）晶闸管承受的电压波形与三相半波时相同，晶闸管承受最大正、反向电压的关系也相同。三相桥式全控整流电路的特点第65页,共107页，2024年2月25日，星期天3-66a≤60

时（a=0

图3-3-12；a=30

图3-3-13）ud波形连续，工作情况与带电阻负载时十分相似。各晶闸管的通断情况输出整流电压ud波形晶闸管承受的电压波形3.3.2三相桥式全控整流电路2、阻感负载时的工作情况主要包括a>60

时（a=90

图3-3-14）阻感负载时的工作情况与电阻负载时不同。

电阻负载时，ud波形不会出现负的部分。阻感负载时，ud波形会出现负的部分。带阻感负载时，三相桥式全控整流电路的a角移相范围为90

。区别在于：得到的负载电流id波形不同。

当电感足够大的时候，id的波形可近似为一条水平线。第66页,共107页，2024年2月25日，星期天3-67图3-3-12三相桥式全控整流电路带阻感负载a=0

时的波形ud1u2ud2u2LudidwtOwtOwtOwtOuaa=0°ubucwt1uabuacubcubaucaucbuabuacⅠⅡⅢⅣⅤⅥiVT1第67页,共107页，2024年2月25日，星期天3-68图3-3-13三相桥式全控整流电路带阻感负载a=30

时的波形ud1a=30°ud2uduabuacubcubaucaucbuabuacⅠⅡⅢⅣⅤⅥwtOwtOwtOwtOidiawt1uaubuc第68页,共107页，2024年2月25日，星期天3-69图3-3-14三相桥式全控整流电路带阻感负载a=90

时的波形a=90°ud1ud2uacubcubaucaucbuabuacuabⅠⅡⅢⅣⅤⅥuduacuabuacwtOwtOwtOubucuawt1uVT1第69页,共107页，2024年2月25日，星期天3-703.3.2三相桥式全控整流电路3、定量分析当整流输出电压连续时（即带阻感负载时，或带电阻负载a≤60

时）的平均值为：带电阻负载且a>60

时，整流电压平均值为：输出电流平均值为：Id=Ud/R第70页,共107页，2024年2月25日，星期天3-71ik=ib是逐渐增大的，而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。3.3.3

变压器漏感对整流电路的影响考虑包括变压器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。现以三相半波为例，然后将其结论推广。VT1换相至VT3的过程：因a、b两相均有漏感，故ia、ib均不能突变。于是VT1和VT3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。图3-3-15

考虑变压器漏感时的三相半波可控整流电路及波形udidwtOwtOgiciaibiciaIduaubucaVT1VT3VT5第71页,共107页，2024年2月25日，星期天3-723.3.3

变压器漏感对整流电路的影响换相重叠角——换相过程持续的时间，用电角度g表示。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个相电压的平均值。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。udidwtOwtOgiciaibiciaIduaubuca第72页,共107页，2024年2月25日，星期天3-733.3.3

变压器漏感对整流电路的影响换相重叠角g的计算由上式得：进而得出：第73页,共107页，2024年2月25日，星期天3-743.3.3

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：（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。第74页,共107页，2024年2月25日，星期天3-753.3.3

变压器漏感对整流电路的影响

变压器漏抗对各种整流电路的影响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表3-3-2

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。第75页,共107页，2024年2月25日，星期天3-763.3.3

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: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。第76页,共107页，2024年2月25日，星期天3-773.4晶闸管的有源逆变工作状态一、有源逆变的概念二、有源逆变电路的工作原理三、有源逆变失败第77页,共107页，2024年2月25日，星期天3-78一、有源逆变的概念逆变：把直流电变成交流电的过程。逆变UPS

3.4晶闸管的有源逆变工作状态第78页,共107页，2024年2月25日，星期天3-79

1.逆变分类DC—AC有源逆变无源逆变AC—DC—AC直流电交流电电网直流电交流电负载逆变类型对于可控整流电路，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。第79页,共107页，2024年2月25日，星期天3-802.电源间能量的流转关系UdM可用两个电源相连来反映问题第80页,共107页，2024年2月25日，星期天3-812.电源间能量的流转关系Ud:施能E:受能R：耗能整流短路有源逆变反极性相连，相当于两个电源串联短路，应避免Ud:受能E:施能R：耗能Ud

ER+_+_IUd

ER+_+_IUd

ER+_+_I第81页,共107页，2024年2月25日，星期天3-823.有源逆变产生的条件Q掷向1：αⅠ＜

90°，整流工作。UdⅠ上正下负，电动机作电动运行，反电势E上正下负。Q快速掷向2：若αⅡ＜

90°，UdⅡ下正上负，反电势E上正下负，两电源顺极性相连，相当于短路事故。Q掷向2：应使αⅡ＞

90°，UdⅡ

极性为上正下负，且使︱Ud︱＜︱E︱

。此时电动机供给能量，运行在发电状态，晶闸管装置吸收能量送回电网。

逆变角β=180°—αⅡ图3-4-1单相桥式电路的整流和逆变原理第82页,共107页，2024年2月25日，星期天3-83实现有源逆变的条件可归纳如下：

1)变流装置的直流侧必须外接有电压极性与晶闸管导通方向一致的直流电源E，且E的数值要大于Ud2)变流器必须工作在β＜

90°（α＞

90°)区间，使

Ud＜

0，才能将直流功率逆变为交流功率返送电网

3)为了保证变流装置回路中的电流连续，逆变电路中一定要串接大电抗3、有源逆变产生的条件注意：单相半控桥或有续流二极管的电路，不能实现有源逆变。第83页,共107页，2024年2月25日，星期天3-84二、有源逆变电路的工作原理1.单相有源逆变电路（以单相全控桥接电动机负载为例）整流逆变图3-4-1单相桥式电路的整流和逆变原理第84页,共107页，2024年2月25日，星期天3-852.三相有源逆变电路（三相半波接电动机负载）

Ud=-1.17U2cosβ

图3-4-2三相半波有源逆变电路原理第85页,共107页，2024年2月25日，星期天3-86图3-4-3三相桥式整流电路工作于有源逆变状态时不同逆变角的电压波形3.三相有源逆变电路（三相全控桥电路）第86页,共107页，2024年2月25日，星期天3-87

1.逆变失败变流器工作在有源逆变状态时，若出现输出电压平均值与直流电源E顺极性串联，两个电源共同输出电能，无电能回送电网，此时会形成很大的短路电流流过晶闸管和负载，造成事故。这种现象称为逆变失败，或称为逆变颠覆。

三、逆变失败与最小逆变角限制第87页,共107页，2024年2月25日，星期天3-882.造成逆变失败的原因：(1)触发电路工作不可靠。不能适时、准确地给各晶闸管分配触发脉冲，如脉冲丢失、脉冲延时等。(2)晶闸管发生故障。器件失去阻断能力，或器件不能导通。(3)交流电源异常。在逆变工作时，电源发生缺相或突然消失而造成逆变失败。(4)换相裕量角不足，引起换相失败。应考虑变压器漏抗引起的换相重叠角、晶闸管关断时间等因素的影响。往往需限制最小逆变角。第88页,共107页，2024年2月25日，星期天3-89换相重叠角的影响：图3-4-4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3-4-4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<gagbb>giVT1iVTiVT3iVTiVT322第89页,共107页，2024年2月25日，星期天3-903.防止逆变失败的措施采用优良可靠的触发单元检查电源情况，排除电源故障选择质量好、规格合适的晶闸管在控制电路上采取措施，保证逆变角不超出规定的范围第90页,共107页，2024年2月25日，星期天3-91最小逆变角β确定的方法最小逆变角β的大小要考虑以下因素：(1)换相重叠角γ（15°～25°）(2)晶闸管关断时间tq所对应的电角度δ：约4°～6°(3)安全裕量角θ′：一般取θ′为10°左右综上所述，最小逆变角为：3.4晶闸管的有源逆变工作状态第91页,共107页，2024年2月25日，星期天3-923.5整流电路的性能指标及应用技术一、整流电路对电网的影响二、整流电路的谐波分析三、整流电路的性能指标第92页,共107页，2024年2月25日，星期天3-93电力电子装置要消耗无功功率，会对公用电网带来不利影响。无功功率会导致视在功率增大，从而使设备容量增大；无功功率增加，造成设备和线路损耗增加；使线路压降增大，冲击性无功电流还会使电压剧烈波动。

电力电子装置会产生谐波，对公用电网产生危害。谐波损耗将降低发电、输电和用电设备的效率；谐波影响电网上其它电气设备的正常工作。如造成电动机机械振动、噪声和过热，使变压器局部过热，电缆、电容器设备过热等；谐波会引起电网局部的串联和并联谐振，从而使谐波放大。谐波会导致继电保护和自动装置误动作，并使电气测量仪表计量不准确；谐波对通信系统产生干扰。

许多国家都发布了限制电网谐波的国家标准，或由权威机构制定限制谐波的规定。国家标准（GB/T14549-93）《电能质量公用电网谐波》从1994年3月1日起开始实施。一、整流电路对电网的影响第93页,共107页，2024年2月25日，星期天3-94二、整流电路的谐波分析1.谐波非正弦周期电流，一般满足狄里赫利条件，可分解为傅里叶级数基波分量——在傅里叶级数中，频率与工频相同的分量(n=1)谐波分量——频率为基波整数倍（n>1）的分量谐波次数——谐波频率和基波频率的整数比第94页,共107页，2024年2月25日，星期天3-95三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，交流侧电压和电流波形如图3-5-1中的ua和ia波形所示。此时