三相晶闸管变流技术基础：整流与逆变

维修电工

整流与逆变

高级维修电工理论培训直流电源一、整流二极管元件单向导电特性整流二极管的外形图及符号

整流二极管的特点？

二、二极管整流电路二、二极管整流电路二、二极管整流电路二、二极管整流电路单相半波整流电路的特点负载上的直流电压和直流电压流二、二极管整流电路练习题已知一单相半波整流电路，直流负载电阻为50欧姆，变压器变比U1/U2=2，计算负载电压Uo和电流Io？二、二极管整流电路二、二极管整流电路二、二极管整流电路二、二极管整流电路练习：上一题缺点？输出电压不可调三、晶闸管整流元件常用晶闸管的结构螺栓型晶闸管晶闸管模块平板型晶闸管外形及结构三、晶闸管整流元件晶闸管的符号阳极控制极阴极三、晶闸管整流元件晶闸管的工作现象正向阻断状态正向导通状态导通后控制极失控状态导通变关断（Ua=0）晶闸管加反向电压三、晶闸管整流元件晶闸管的导通、关断条件晶闸管正向导通条件：一是在阳极与阴极之间加正向电压，即UAK>0；二是在控制极与阴极之间也要加正向电压（触发电压），即UGK>0。

晶闸管一旦导通后：控制极便失去对晶闸管的控制作用，即减小或取消触发电压，晶闸管仍导通。控制角用a表示。

晶闸管由导通变为阻断条件：一是减小阳极与阴极间的正向电压，使阳极电流小于维持电流；二是在阳极与阴极之间加反向电压，即UAK<0。

四、晶闸管整流电路

单相半波可控整流电路1）带电阻负载的工作情况变压器T起变换电压和电气隔离作用。电阻负载的特点：电压与电流成正比，两者波形相同。wwwwtTVTR0a)u1u2uVTudidwt1p2ptttu2uguduVTaq0b)c)d)e)00负载直流电压平均值：Ud=0.45U2（1+COSa）/2=（0~0.45）U2Id=Ud/R四、晶闸管整流电路2)带阻感负载的工作情况阻感负载的特点：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。wttwwtwtwu20wt1p2ptug0ud0id0uVT0qab)c)d)e)f)++四、晶闸管整流电路3)带续流二极管的工作情况u2udiduVTiVTIdIdwt1wtwtwtwtwtwtOOOOOOp-ap+ab)c)d)e)f)g)iVDRa)当u2过零变负时，VDR导通，ud为零，VT承受反压关断。L储存的能量保证了电流id在L-R-VDR回路中流通，此过程通常称为续流。单相半波可控整流电路的特点？VT的a移相范围为180

简单，但输出脉动大，但很少用四、晶闸管整流电路电阻负载单相桥式全控整流电路u(i)pwtwtwt000i2udidb)c)d)ddaauVT1,4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。负载直流电压平均值：Ud=0.9U2（1+COSa）/2=（0~0.9）U2Id=Ud/R四、晶闸管整流电路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。1)电阻负载b)c)d)e)f)u2Riduaubuca=0Owt1wt2wt3uGOudOOuabuacOiVT1uVT1wtwtwtwtwt分析a导通角分别为0、30、600时的工作状态四、晶闸管整流电路2）阻感负载特点：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90

。分析a导通角分别为0、30、600时的工作状态

四、晶闸管整流电路有关计算

电阻性负载：电感性负载：输出直流电压平均值：Ud=1.17U2ΦCOSaU2Φ为变压器二次则相电压U2Φ为变压器二次则相线电压输出直流电流平均值：Id=Ud/R晶闸管最高反向电压：晶闸管的电流平均值：三相半波的主要缺点在于其变压器二次电流中含有直流分量，为此其应用较少

两者波形比对晶闸管的电流值有效值：四、晶闸管整流电路三相桥式全控整流电路（电阻）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哪一相电压最高,且该晶闸管承受正向电压,具备触发到同条件。哪一相电压最低,且该晶闸管承受正向电压,具备触发到同条件。四、晶闸管整流电路原理分析a=00四、晶闸管整流电路原理分析a=300四、晶闸管整流电路原理分析a=600四、晶闸管整流电路原理分析a=900

移相范围0~1200四、晶闸管整流电路三相桥式全控整流电路（大电感）四、晶闸管整流电路电路分析四、晶闸管整流电路原理分析a=00四、晶闸管整流电路原理分析a=300四、晶闸管整流电路四、晶闸管整流电路原理分析a=900四、晶闸管整流电路五、逆变电路原理:把直流电变成交流电与整流的关系:逆变是整流的逆向过程分类:有源逆变和无源逆变

有源逆变:把直流电逆变成与电网同频率的交流电,返回交流电网。

无源逆变：把直流电逆变成固定频率或可变频率的交流电，提供给交流负载,如交流变频调速、感应加热器（中频电源和高频电源）或不停电电源使用。五、逆变电路----有源逆变的工作原理有源逆变过程的能量转换

分析有源逆变电路的关键是把握电源间的能量转换关系。整流与逆变的根本区别就是能量传递方向不同。

下面电路分三种情况加以说明分析。注意这三个电路的连接有什么不同！五、逆变电路----有源逆变的工作原理

图（a）发电机G向电动机M供电，EG>EM，电流Id从G流向M。负载电流Id为：发电机输出功率：电动机吸收功率：电能由发电机流向电动机，转变为电动机的机械能。五、逆变电路----有源逆变的工作原理

图（b）电动机M

运行在发电制动状态，EG<EM，电流反向，Id从M流向G。故电动机输出功率，发电机吸收功率。电动机输出的机械能转变为电能反送给发电机五、逆变电路----有源逆变的工作原理

图（c）改变电动机G

励磁电流方向使EM与EG的方向一致。这时两个电动势顺象串联，向电阻RZ供电。发电机和电动机都输出功率，因电阻RZ一般都很小，形成很大的短路电流，这种情况是不允许的。五、逆变电路----有源逆变的工作原理

综上所述，可得出以下结论：

(1)两电动势同极性相连，电流总是从高电势流向低电势，其电流的大小取决于两个电势之差与回路总电阻的比值。两个电源反极性相连，如果电路的总电阻很小，将形成电源间的短路，实际中应避免发生这种情况。

五、逆变电路----有源逆变的工作原理P=IU(2)电流从电动势的正极流出，该电动势输出电能；而电流从电动势的正极流入，该电动势吸收电能。电源输出或吸收功率的大小由电势与电流的乘积来决定，若电势或者电流方向改变，则电能的传送方向也随之改变。五、逆变电路---有源逆变的工作原理

现以单相全控桥式整流电路对直流电动机供电系统的三种工作情况为例说明有源逆变原理。图中的直流电动机带动的负载设备为卷扬机。直流卷扬系统(a)提升重物；(b)放下重物EGEM五、逆变电路---有源逆变的工作原理1．整流工作状态（0＜α＜π/2）当控制角α在0～π/2之间触发晶闸管时，变流装置输出的直流平均电压为Ud=0.9U2cosα，因为此时α小于π/2，故Ud为正值。波形如图。此时，变流装置工作在整流工作状态。

五、逆变电路---有源逆变的工作原理

在整流状态下，直流电机转动，卷扬机将重物提升起来，直流电机转动产生的反电势为ED略小于Ud，此时电枢回路的电流为：EG＞EM

注意：此时能量的传递方向！输出电能吸收电能五、逆变电路---有源逆变的工作原理提升速度的控制

在整流状态下，因，当减小α时，Ud增大，引起Id增大，电动机电磁转矩增大，导致电动机转速升高，提升加快。但同时，因转速升高，电动机的反电动势E也增大，使电流Id恢复到原来的值，这时电动机运行在新的较高转速。

所以改变α可以方便的改变提升速度。五、逆变电路---有源逆变的工作原理2．有源逆变工作状态（π/2＜α＜π）(c)有源逆变状态α＞π/2

当变流器工作在α＞π/2的状态时，其输出直流平均电压Ud为负（负面积大于正面积）。但因ED的作用，晶闸管仍导通。此时如果满足ED＞Ud，则回路中的电流为：+-ED+-五、逆变电路---有源逆变的工作原理

电流的方向是从电势ED的正极流出，从电压Ud的正极流入，电流方向未变。这时电动机为发电状态运行，输出电能，变流器吸收电能并回送到交流电网，

此时，电路进入到有源逆变工作状态

(c)有源逆变状态α＞π/2吸收电能输出电能五、逆变电路---有源逆变的工作原理因逆变时的α>90o，cosα计算不方便，所以引入逆变角β

的概念，令β=180o-α。则：五、逆变电路---有源逆变的工作原理3．中间状态（α=π/2）当卷扬机需在某个位置停住时，只要将控制角α调到等于π/2，变流器输出电压波形中，其正、负面积相等，输出电压平均值Ud为零，波形如图。此时，变流装置不输出电能，也不吸收电能。五、逆变电路---有源逆变的工作原理

上述三种变流器的工作状态反映了随着控制角α的变化，变流装置分别从整流到中间状态，然后进入有源逆变的过程。

五、逆变电路---有源逆变的工作原理控制角α的变化，与变流装置工作状态的关系(b)中间状态等于π/2(a)整流状态α在0～π/2(c)有源逆变状态α＞π/2五、逆变电路---有源逆变的工作原理

1）外部条件

务必要有一个极性与晶闸管导通方向一致的直流电势源。这种直流电势源可以是直流电机的电枢电势，也可以