第三章3节励磁系统中整流电路.ppt

*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第三节,励磁系统的整流电路,整 流 电 路,三相桥式不可控,三相桥式半控,三相桥式,全控,第三节 励磁系统中的整流电路,三相桥式不可控整流电路,三相桥式半控整流电路,三相桥式全控整流电路,一 三个基本整流电路,二 整流电路的换流压降及外特性,三 最小逆变角,几个应知的问题？,1,可控硅整流电路的,作用,可控硅整流电路的,作用是,将交流电压整流成直流电压向,发电机励磁绕组,或,励磁机励磁绕组,供给可控制的,励磁电流,。,励磁调节器中使用的有,三相半控桥式整流电路,和,三相全控桥式整流电路,两种,。,还有,三相桥式不可控整流电路,，通常,用于供给,大型发电机励磁电流,。,2.,可控硅整流管,(,晶闸管,)，,不可控硅整流管。,仅在整流桥的一侧用可控硅整流管,称为,半控整流桥,；,可控硅整流元件的阴极是连接在一起的,又称为,共阴极型半控整流桥,。,3.,如果将,可控硅,整流元件,和,不可控硅,整流元件,调换,一下位置,就变成了,共阳极型半控整流桥电路,。,如果,不可控硅,整流元件,换成,可控硅,整流元件,变成,全控整流桥电路,。,三相全控桥:,输出直流电压的,纹波小,能够实现,逆变灭磁,；,但,使用可控硅,元件多,控制电路,复杂,。,4.,整流元件的,通断,可控硅整流元件的,工作特性,是：,元件两端加正向电压，同时向控制极加正向触发信号就导通,。,元件导通之后触发信号就失去作用，只有元件的正向电流小于它的维持电流时才截止,。,为了使元件可靠截止,一般都向元件,施加反向电压,。,因此，对于,共阴极型半控桥式整流电路,，,在有触发脉冲的前提下,阳极电压最高的,可控硅,晶闸管,元件,和阴极电压最低的,不可控整流器,元件,导通,。,5.,整流元件的,导通次序,6.,可控硅的,控制角,：,控制角,也叫,触发角,，,控制角,是向可控硅元件,施加触发脉冲的角度,。,首先应确定角度的,启始点,，即,零点,在,什么地方。,三相,半控桥式,整流电路中可控硅,控制角的零度,为,可控硅阳极电压的自然换相点,即,1、3、5点,它们分别为,VS,1,.,V,S,3,.,V,S,5,的控制角,.,B,.,C,的零度,。,三相半控桥式整流电路,的,控制角,移相范围为0180。,7.,可控硅的,导通角,导通角,是可控硅经过,一次触发之后导通的角度,。,它与,控制角,的,大小,和,整流电路,负荷的性质,有关：,对于,电阻性负荷,，,60,时，,120,；,60,时，,120,。,对于,电感性负荷,，与,电感的大小有关,。,当电感足够,大,时，,120；,当电感足够,小且,60时,，,有可能小于120；,60时,，,120,。,图,=30,=60,60,8.,整流电路的,输入电压,励磁调节器中，,三相半控桥式整流电路,的,输入交流电压,或来自,交流励磁机,，或来自,交流励磁变压器,的副边；,可以是,相电压,，也可以是,线电压,。,9.,整流电路的,输出电压,输出电压有,瞬时电压,和,平均电压,之分。,平均电压,是,瞬时电压的,等效平均值,。,一般可控硅整流电路的输出电压是指,平均电压,。它是一个,直流电压,。,+,-,R,f,e,a,e,b,e,c,V,1,V,3,V,5,V,4,V,6,V,2,一、三相桥式不可控整流电路,e,a,e,c,e,b,t,e,ab,ac,bc,ba,ca,cb,ab,ac,bc,16,12,32,34,54,56,16,12,32,u,t,1 工作原理,共阴极连接的二极管，在,t,=30-150,之间是,V,1,导通，,V,3,、,V,5,承受反压而关断；在,t,=150-270,之间是,V,3,导通；在,t,=270-390,之间是,V,5,导通。,共阳极连接的二极管，在,t,=90-210,之间是,V,2,导通，,V,4,、,V,6,承受反压而关断；在,t,=210-330,之间是,V,4,导通；在,t,=330-450,之间是,V,6,导通。,2 输出电压,:,负载电压,U,是线电压波形的包络线，以2,/6,为其脉动周期，输出空载电压平均值为,R,f,e,a,e,b,e,c,VS,1,VS,3,VS,5,V,4,V,6,V,2,V,二、三相桥式半控整流电路,（一）工作原理,e,a,e,c,e,b,t,e,u,g,ab,ac,bc,ba,ca,cb,ab,ac,bc,16,12,32,34,54,56,16,12,32,t,u,t,脉冲控制角,=0,1,3,5,t1,时刻,u,a,=,u,c,为A相的,=0,触发,V,S,1,根据整,流管正负极间,正向电压最大,一相导通的原,理,u,b,最低,输出,u,ab,0,V,4,V,6,V,2,在自然,换相点246换相,波形连续。,R,f,e,a,e,b,e,c,VS,1,VS,3,VS,5,V,4,V,6,V,2,V,脉冲控制角,=30,0,u,g,u,A,u,C,u,B,e,=30,B,=30,C,=30,t,t,=0,C,=0,B,=0,t,1,t,3,t,2,U,g1,U,g3,U,g5,（,c,）,=30,时输出,瞬时电压,的波形图,1,6,5,2,4,3,U,L,t,（,b,）可控硅,触发脉冲,波形图,0,u,a,b,u,b,c,u,b,a,u,a,c,u,c,b,u,c,a,三相半控桥式整流电路在,=60时的电压波形,0,e,A,e,C,e,B,e,=60,B,=60,C,=60,t,t,t,1,t,3,t,2,U,g1,U,g3,U,g5,t,可控硅阳极电压的波形,输出电压的波形,t,U,g1,0,u,A,1,3,5,u,c,b,u,a,c,u,b,a,u,c,b,u,a,c,脉冲控制角,=60,u,g,u,L,R,f,e,a,e,b,e,c,VS,1,VS,3,VS,5,V,4,V,6,V,2,V,=90时,u,c,0,到了4点,u,a,=,u,c,u,ac,=0,S,1,、D,2,同时,截止,间断,波形不连续。,u,d,u,g,u,电路,R,f,e,a,e,b,e,c,VS,1,VS,3,VS,5,V,4,V,6,V,2,V,脉冲控制角,=120,u,g,u,L,0,e,A,e,C,e,B,e,=120,t,t,t,1,t,2,U,g1,U,g3,t,B,=120,C,=120,U,g5,u,c,b,u,a,c,u,b,a,0,1,5,3,=,0,控制角,120,，,输出电压波形不连续，各整流元件导通时间小于,120,。,U,g5,u,a,u,c,u,b,u,a,c,u,b,a,u,c,b,60后,输出,电压波形不连续，,元件导通角小于120,而流过负载上的电流因L的存在经,V,形成通路,因L很大故电流仍是平滑的,60,时，,R,f,e,a,e,b,e,c,VS,1,VS,3,VS,5,V,4,V,6,V,2,V,u,g,u,L,t,t,e,t,当,180,时，各相触发脉冲都在负侧自然换相点出现，晶闸管因正向电压为零而不能导通，输出平均电压为零。,由上述讨论可知，当触发脉冲控制角,从,o,180,范围内移相时，输出电压从最大值连续降低到零。,（二）输出电压与控制角关系,对于三相半控桥式整流电路，输出电压为,U,d,0 60,120 180,当触发脉冲控制角,从,0180范围移相时,，输出电压从最大值连续降为零。通过控制触发角,的大小，可以控制励磁电流输出的大小。,（三）,失控现象和续流二极管的作用,u,g,u,L,t,t,e,t,t,3,t,4,t,5,R,f,e,a,e,b,e,c,VS,1,VS,3,VS,5,V,4,V,6,V,2,V,1,e,a,e,c,VS,1,V,2,V,1,+(-),-(+),续流管,:,二极管,V,1,称为,续流二极管,简称,续流管,。,U,d,0时,三相半控桥式整流电路,向负荷输出电流I,L,。,由于励磁绕组有,很大的电感,，当电流I,L,流过励磁绕组时,会在励磁绕组中储存大量的,磁能,。,U,d,=0,时,整流电路,不再向励磁绕组提供电流,，,励磁绕组中存储的磁能就要,转换成电能释放出来,。,续流管,V,1,就是为了使电能有释放通路而设置的。,危险：,如果没有续流管,，励磁绕组中存储的磁能就要通过可控硅整流电路强行放电，造成可控整流电路,该关断时不能关断,。,这就是可控整流电路的,失控,现象,。,续流管作用,：,可以保证可控整流电路,不失控,(可靠关断),；,也使励磁绕组中的,电流I,L,不致因加到励磁绕组两端的电压是断续的而断续，而是,保持连续状态,。,三、三相桥式全控整流电路,R,e,a,e,b,e,c,VS,1,VS,3,VS,5,VS,4,VS,6,VS,2,L,在晶闸管需导通的区域仅用初始的一个窄脉冲去触发的方式称,“,单窄脉冲触发,”,每个元件除了在各自的换流点处有一个脉冲之外，还在60度电角度之后的下一个导通元件的导通时刻补了一个脉冲。所补的脉冲在电流连续的稳态工作时并不起任何作用，但它却是电路启动及在电流断续时使电路正常工作所不可缺少的，这种触发方式称之为,“,双窄脉冲触发,”,。,若把上面的双窄脉冲连成一个宽脉冲，电路当然也可正常工作，这种触发方式称之为,“,宽,脉冲触发,”,三相桥式全控整流电路触发脉冲的形式,R,e,a,e,b,e,c,VS,1,VS,3,VS,5,VS,4,VS,6,VS,2,L,e,u,L,u,g,t,t,t,u,g,t,R,e,a,e,b,e,c,VS,1,VS,3,VS,5,VS,4,VS,6,VS,2,L,脉冲控制角,=0,工作原理,R,e,a,e,b,e,c,VS,1,VS,3,VS,5,VS,4,VS,6,VS,2,L,脉冲控制角,=60,e,u,L,u,g,t,t,t,u,g,t,2,e,a,e,b,e,c,R,e,a,e,b,e,c,VS,1,VS,3,VS,5,VS,4,VS,6,VS,2,L,脉冲控制角,=90,u,L,t,u,g,t,u,g,t,e,t,t,1,t,2,R,e,a,e,b,e,c,VS,1,VS,3,VS,5,VS,4,VS,6,VS,2,L,脉冲控制角,=60 150,e,u,g,t,t,t,u,g,t,u,L,t,1,t,2,VS,6,VS,1,VS,3,VS,2,VS,4,3 输出电压与控制角关系,电感性负载,逆变角,=180-,u,L,t,u,g,t,u,g,t,e,t,t,1,t,2,在,90,时，输出平均电压,U,d,为负，三相全控桥工作在逆变状态,。,=30时,u,g1,触发S,1,通,b最低,设S,6,已通,输出,u,ab,经60后,c最负,u,g,2,触发S,2,通,输出,u,ac,经60后,u,g3,触发S,3,通,输出,u,bc,u,g,4,u,g,5,u,g,6,u,g,1,间隔60触发S,4,S,5,S,6,S,1,始终,u,d,0。,u,d,u,g,u,a,u,c,u,b,=60时,u,g1,触发S,1,通,b最低,设S,6,已通输出,u,a,b,3点,u,a,=,u,b,u,a,b,=0,经60后,c最负,u,g,2,触发S,2,通,输出,u,a,c,4点,u,a,=,u,c,u,a,c,=0,零点出现,之后,u,g,3,u,g,4,u,g,5,u,g,6,u,g,1,按间,隔60触发S,3,S,4,S,5,S,6,S,1,波,形如图,可知当,0的连续波形。,u,c,a,u,b,c,u,a,c,u,a,b,u,b,a,u,c,b,1,5,3,4,u,d,全桥,u,g,u,2,6,u,b,a,u,a,c,u,a,b,u,b,c,u,b,a,u,c,a,u,c,b,u,d,=90时,u,g1,触发S,1,通,此时虽然,u,c,比,u,b,负,但S,2,未触发,S,6,仍通输出,u,a,b,2点,u,a,=,u,b,u,a,b,=0,2、3点之间,u,a,u,b,u,a,b,0,使,I,d,维持原方向保持连续,3点,S,2,上的电压,u,c,的,c,=90,u,g,2,触发S,2,通,S,6,关断,3、4点之间,u,a,0,u,c,0;电流方向不变,连续的,u,d,波形正负两部分对称相,等平均值为零,I,d,也为零。,全桥,u,g,u,60,0,u,d,0时产生,I,d,u,d,90后，转成,逆变状态,，即,直流变为交流输出,。,励磁系统中，利用逆变状态来实现,快速灭磁,。,理想逆变过程：当全控桥,90,90时,如,=120,1点,S,1,通,1点后,u,a,b,0;但,e,L,较大,e,L,力图维持,i,d,不变,L上储能释放并倒送到交流侧,在交流侧产生的电压,e,L,与,i,d,方向相反,交流侧吸收功率。直到2,触,S,2,2、3点之间,u,a,u,c,u,a,c,90,故,在090之间变化。,此时直流回路电压与交流回路电压相似，,直流回路电压称为,反向直流平均电压,，为,U,=,1.35,U,L,cos,=1.35,U,L,cos,相电压波形,(b),逆变波形,图2-17,=180,时逆变波形,(2),逆变工作分析,为获得大的逆变电压，希望,越大越好，,理论上,:,=180时,=0,逆变电压,最大,有完整的,交流电压波形,。,实际上,:,=0 会导致,逆变失败,，出现,逆变颠复,。,因此要逆变正常，又要得到尽可能大的逆变电压，要求实际的,大于给定的,最小逆变角,min,min,+,为晶闸管的截止时间对应的电角度,为,换流重叠角,。,根据经验,min,=,2530,因此当需要发电机快速灭磁时，要把控制角限制在,150 155范围，以确保逆变成功。,相电压波形,(b),逆变波形,图2-17,=180,时逆变波形,R,e,a,e,b,e,c,VS,1,VS,3,VS,5,VS,4,VS,6,VS,2,L,e,a,e,b,e,c,VS,1,VS,3,VS,2,L,L,L,i,以上讨论中均假设换流角,60,，,当交流回路中电抗较大，并且直流负载电流较大时，换流角,也会增大。当,60,时，整流回路中换流过程将发生变化，此时不能用上式 来计算整流电路输出的直流电压。,