第2章 整流电路(14B).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,*,*,*,第,2,章 整流电路,2.1,单相可控整流电路,2.2,三相可控整流电路,2.3,变压器漏感对整流电路的影响,2.4,整流电路的谐波,2.5,整流电路的有源逆变工作状态,2.6,晶闸管直流电动机系统,2.7,相控电路的驱动控制,本章小结,1,第,2,章 整流电路,引言,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。,2,2.1,单相可控整流电路,2.1.1,单相半波可控整流电路,2.1.2,单相桥式全控整流电路,2.1.3,单相全波可控整流电路,2.1.4,单相桥式半控整流电路,3,2.1.1,单相半波可控整流电路,图,2-1,单相半波可控整流电路及波形,1,）,带电阻负载的工作情况,电路,(,主电路,):,变压器,T+1,个晶闸管,VT+R,变压器,T,起变换电压和电气隔离的作用。,波形,：,u,g,=0,时：,u,d,=0,，,i,d,=0,，,u,g,0,时：,u,2,的正半周,VT,可以导通，,u,2,的负半周,VT,不可以导通,例如,t1,时,:0,t,t,1,u,d,=0,，,u,vT,=u,2,;,t1,t,u,d,=u,2,，,u,vT,=,;,t,E,时，才有晶闸管承,受正电压，有导通的可能。,在,a,角相同时，整流输出电压比电阻负载时大。,导通之后，,u,d,=,u,2,，,，直,至,|,u,2,|=,E,，,i,d,即降至,0,使得晶闸管关断，此后,u,d,=,E,。,与电阻负载时相比，晶闸管提前了,电角度,停止导电，,称为停止导电角，,（,2-16,）,b),i,d,O,E,u,d,w,t,I,d,O,w,t,a,q,d,3,）带反电动势负载时的工作情况,VT,2,VT,1,VT,3,T,VT,4,b,a,(1),电阻,+,反电动势,21,2.1.2,单相桥式全控整流电路,当,d,时，触发脉冲到来时，晶闸管承受负电压，不可能导通。,图,2-7b,单相桥式全控整流,电路接反电动势,电阻,负载时的波形,触发脉冲有足够的宽度，保证当,w,t,=,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,。,如,图,2-7b,所示,i,d,波形：,u,b),i,d,O,E,d,w,t,I,d,O,w,t,q,d,22,2.1.2,单相桥式全控整流电路,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,u,d,的波形和负载电流,i,d,的波形与阻感负载电流连续时的波形相同，,u,d,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：,（,2-17,）,图,2-8,单相桥式全控整流,电路带反电动势负载串平波电抗器，电流连续的临界情况,t,w,w,O,u,d,0,E,i,d,t,p,d,a,q,=,p,(2),阻感,+,反电动势,3,）带反电动势负载时的工作情况,23,2.1.3,单相全波可控整流电路,单相全波可控整流电路,（,Single Phase Full Wave Controlled Rectifier),，,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,2-9,单相全波可控,整流电路及波形,a),w,t,w,a,b),u,d,i,1,O,O,t,24,2.1.3,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。,25,2.1.4,单相桥式半控整流电路,电阻负载,半控电路与全控电路在,电阻负载,时的工作情况,相同,。,2,3,电路结构,（实例）,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,。,O,b),2,O,u,d,i,d,I,d,O,O,O,O,O,i,2,I,d,I,d,I,d,I,I,d,a,w,t,w,t,w,t,w,t,w,t,w,t,w,t,a,p,-,a,p,-,a,i,VT,1,i,VD,4,i,VT,2,i,VD,3,i,VD,R,26,2.1.4,单相桥式半控整流电路,单相半控桥带,阻感负载,的情况,在,u,2,正半周，,u,2,经,VT,1,和,VD,4,向负载供电。,u,2,过零变负时，因电感作用电流不再流经变压器二次绕组，而是由,VT,1,和,VD,2,续流。,在,u,2,负半周触发角,a,时刻触发,VT,3,，,VT,3,导通，,u,2,经,VT,3,和,VD,2,向负载供电。,u,2,过零变正时，,VD,4,导通，,VD,2,关断。,VT,3,和,VD,4,续流，,u,d,又为零。,O,b),2,O,u,d,i,d,I,d,O,O,O,O,O,i,2,I,d,I,d,I,d,I,d,a,w,t,w,t,w,t,w,t,w,t,w,t,w,t,a,p,-,a,p,-,a,i,VT,1,i,i,i,VD,4,i,VD,R,2,3,图,2-10,单相桥式半控整流电路,，阻感负载时的电路及波形,27,2.1.4,单相桥式半控整流电路,续流二极管的作用,避免可能发生的失控现象。,若无续流二极管，则当,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,u,d,成为正弦半波，其平均值保持恒定，称为,失控,。,有续流二极管,VD,R,时，续流过程由,VD,R,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。,O,b),2,O,u,d,i,d,I,d,O,O,O,O,O,i,2,I,d,I,d,I,d,I,I,d,a,w,t,w,t,w,t,w,t,w,t,w,t,w,t,a,p,-,a,p,-,a,i,VT,1,i,VD,4,i,VT,2,i,VD,3,i,VD,R,2,3,28,2.1.4,单相桥式半控整流电路,基本数量关系,设负载平均电流为,I,d,，则流过晶闸管和二极管的电流有效值为：,O,b),2,O,u,d,i,d,I,d,O,O,O,O,O,i,2,I,d,I,d,I,d,I,I,d,a,w,t,w,t,w,t,w,t,w,t,w,t,w,t,a,p,-,a,p,-,a,i,VT,1,i,VD,4,i,VT,2,i,VD,3,i,VD,R,变压器二次绕组电流有效值为：,29,2.1.4,单相桥式半控整流电路,单相桥式半控整流电路的另一种接法,相当于把,图,2-5a,中的,VT,3,和,VT,4,换为二极管,VD,3,和,VD,4,，,这样可以省去续流二极管,VD,R,，,续流由,VD,3,和,VD,4,来实现。,图,2-5,单相全控桥式,带电阻负载时的电路及波形,图,2-11,单相桥式半控整流电路的另一接法,（实例）,30,2.1.5,小结,2.1.1,单相半波可控整流电路,基本概念、基本分析方法、基本原理。,2.1.2,单相桥式全控整流电路,电路结构、各种负载时的波形,、波形分析方法、基本数量关系,（,U,d,=0.9U,2,COS,）,。,2.1.4,单相桥式半控整流电路,电路结构、各种负载时的波形、,失控现象,、,续流二极管的作用,。,31,2.2,三相可控整流电路,2.2.1,三相半波可控整流电路,2.2.2,三相桥式全控整流电路,32,2.2,三相可控整流电路,引言,交流侧由三相电源供电,（图,2-57,）,。,负载容量较大，或要求直流电压脉动较小、容易滤波。,（实例）,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。,33,2.2.1,三相半波可控整流电路,电路的特点：,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。,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。,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,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 的起点，即,=0,。,b),c),d),e),f),u,2,R,i,d,u,a,u,b,u,c,a,=0,O,w,t,1,w,t,2,w,t,3,u,G,O,u,d,O,O,u,ab,u,ac,O,i,VT,1,u,VT,1,w,t,w,t,w,t,w,t,w,t,a),34,2.2.1,三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,a,=0,时的波形,b),c),d),e),f),u,2,R,i,d,u,a,u,b,u,c,a,=0,O,w,t,1,w,t,2,w,t,3,u,G,O,u,d,O,O,u,ab,u,ac,O,i,VT,1,u,VT,1,w,t,w,t,w,t,w,t,w,t,a),=0,时的工作原理分析,30,0,t150,0,：,t,1,时给,VT,1,一个触发脉冲，因为,u,a,高于,u,b,u,c,所以，,VT,1,导通，关断,VT,2,、,VT,3,;,u,d,=,u,a,u,VT1,=0,i,d,=,u,d,/R,。,150,0,t 270,0,：,t,2,时给,VT,2,一个触发脉冲，因为,u,b,高于,u,a,u,c,所以，,VT,2,导通，关断,VT,1,、,VT,3,;,u,d,=,u,b,u,VT1,=,u,ab,i,d,=,u,b,/R,。,270,0,t390,0,：,t,3,时给,VT,3,一个触发脉冲，因为,u,c,高于,u,b,u,a,所以，,VT,3,导通，关断,VT,2,、,VT,1,;,u,d,=,u,c,u,VT1,=,u,ac,i,d,=,u,c,/R,。,（图,2-15,）,35,2.2.1,三相半波可控整流电路,a,=30,的波形（,图,2-13,）,150,0,t 180,0,：,因为,VT,2,未给触发脉冲，所以，,VT,1,仍导通，,VT,2,、,VT,3,关断,;,u,d,=,u,a,u,VT1,=0,i,d,=,u,d,/R,。,270,0,t 300,0,，,390,0,t30,的情况（,图,2-14,）,180,0,t,：,u,a,0,VT,1,关断,u,d,=0,i,d,=0,。,300,0,t,，,420,0,t,的情况类同。,特点：负载电流断续，,30,时（,图,2-17,），负载电流断续，晶闸管导通角减小，此时有：,当,=0,时，,U,d,最大，为 。,37,2.2.1,三相半波可控整流电路,U,d,/,U,2,随 变化的规律,如,图,2-15,中的曲线,1,所示,。,图,2-15,三相半波可控整流电路,U,d,/,U,2,随,a,变化的关系,1,电阻负载,2,电感负载,3,电阻电感负载,38,2.2.1,三相半波可控整流电路,负载电流平均值为,晶闸管承受的最大反向电压，为变压器二次线电压峰值，即（,图,2-13,）,晶闸管阳极与阴极间的最大正向电压等于变压器二次相电压的峰值,(,30,0,，,晶闸管皆关断，阳极与阴极间承受相电压，,相电压为负时,VT,不导通,），即,（2-20）,（2-21）,（2-22）,39,2.2.1,三相半波可控整流电路,2,）阻感负载,图,2-16,三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，,i,d,波形基本平直。,30,时：整流电压波形与电阻负载时相同,(,图,2-13,),。,30,时（如,=60,时的波形如,图,2-16,所示）,。,u,2,过零时，,VT,1,不关断，直到,VT,2,的脉冲到来，才换流，,u,d,波形中出现负的部分。,i,d,波形有一定的脉动，但为简化分析及定量计算，可将,i,d,近似为一条水平线。,阻感负载时的移相范围为,90,。,动画演示,t,t,t,t,u,d,i,a,u,a,u,b,u,c,i,b,i,c,i,d,u,ac,O,O,O,O,O,O,w,t,a,u,VT1,t,w,w,w,w,w,40,2.2.1,三相半波可控整流电路,数量关系,由于负载电流连续，,U,d,可由式（,2,-,18,）求出，即,U,d,/,U,2,与,成余弦关系，如,图,2-15,中的曲线,2,所示。如果负载中的电感量不是很大，,U,d,/,U,2,与,的关系将介于曲线,1,和,2,之间，曲线,3,给出了这种情况的一个例子。,图,2-15,三相半波可控整流电路,U,d,/,U,2,随,a,变化的关系,1,电阻负载,2,电感负载,3,电阻电感负载,（,2-18,）,41,2.2.1,三相半波可控整流电路,变压器二次电流即晶闸管电流的有效值为,晶闸管的额定电流为,晶闸管最大正、反向电压峰值均为变压器二次线电压峰值,（图,2-15,）,(,相电压为负时,VT,导通,),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。,（,2-23）,（2-24）,（2-25）,42,2.2.2,三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（,VT,1,，,VT,3,，,VT,5,）,共阳极组,阳极连接在一起的,3,个晶闸管（,VT,4,，,VT,6,，,VT,2,）,图,2-17,三相桥式,全控整流电路原理图,编号：,VT,1,、,VT,4,接,a,相,VT,3,、,VT,6,接,b,相,VT,5,、,VT,2,接,c,相,同相,VT,编号差,值为,3,特点：,共阴极与共阳极,半波电路的组合,触发顺序：,VT,1,VT,2,VT,3,VT,4,VT,5,VT,6,43,2.2.2,三相桥式全控整流电路,当,=0,时,（,图,2,18,）：,自然换相点既是相电压的交点，同时也是线电压的交点。,因其为共阴与共阳半波电路的组合，所以，,u,d,=u,d1,-,u,d2,。,物理过程：,(,将一个周期分六段，每段,60,),：,共阴，,a,相最高，,VT,1,导通；共阳，,b,相最低,，,VT,6,导通；,电流：,aVT,1,R VT,6,b,；,u,d,=,u,ab,，,u,VT1,=0,。,：,共阴，,a,相最高，,VT,1,导通；共阳，,c,相最低，,VT,2,导通；,电流：,aVT,1,R VT,2,c,；,u,d,=,u,ac,，,u,VT1,=0,。,：,共阴，,b,相最高，,VT,3,导通；共阳，,c,相最低，,VT,2,导通；,电流：,bVT,3,R VT,2,c,；,u,d,=,u,bc,，,u,VT1,=,u,ab,（,：,u,VT1,=,u,ac,）,。,、,、,段依此类推，此时,u,d,为,线电压的包络线；,晶闸管及输出整流电压的情况如表,2,1,所示,。,1,）带电阻负载时的工作情况,44,2.2.2,三相桥式全控整流电路,晶闸管及输出整流电压的情况,如表,2,1,所示,时 段,I,II,III,IV,V,VI,共阴极组中导通的晶闸管,VT,1,VT,1,VT,3,VT,3,VT,5,VT,5,共阳极组中导通的晶闸管,VT,6,VT,2,VT,2,VT,4,VT,4,VT,6,整流输出电压,u,d,(60,换相,),u,a,-,u,b,=,u,ab,u,a,-,u,c,=,u,ac,u,b,-,u,c,=,u,bc,u,b,-,u,a,=,u,ba,u,c,-,u,a,=,u,ca,u,c,-,u,b,=,u,cb,请参照图,2,18,导通顺序：,VT,6,、,VT,1,VT,1,、,VT,2,VT,2,、,VT,3,VT,3,、,VT,4,VT,4,、,VT,5,VT,5,、,VT,6,VT,6,、,VT,1,移相范围,(,电阻负载时,),：,120,45,2.2.2,三相桥式全控整流电路,当,=30,时,（,图,2,19,）,：,：,给,VT,1,VT,6,加脉冲，,u,ab,0;,VT,1,VT,6,导通；,电流：,aVT,1,R VT,6,b,；,u,d,=,u,ab,，,u,VT1,=0,。,：,给,VT,1,VT,2,加脉冲，,u,ac,0;,VT,1,VT,2,导通；,电流：,aVT,1,R VT,2,c,；,u,d,=,u,ac,，,u,VT1,=0,。,：,给,VT,2,VT,3,加脉冲，,u,bc,0;,VT,2,VT,3,导通；,电流：,bVT,3,R VT,2,c,；,u,d,=,u,bc,，,u,VT1,=,u,ab,（,：,u,VT1,=,u,ac,）,。,1,）带电阻负载时的工作情况,46,2.2.2,三相桥式全控整流电路,1,）带电阻负载时的工作情况,波形图：,=60,（,图,2,20,）,波形图：,=90,（,图,2,21,）,当,60,时，,u,d,波形均连续，对于电阻负载，,i,d,波形与,u,d,波形形状一样，也连续,波形图：,=30,（,图,2,19,）,当,60,时，,u,d,波形每,60,中有一段为零，,u,d,波形不能出现负值,(,u,ab,、,u,ac,、,u,bc,、,等此时小于零，与三相半波不同,),47,2.2.2,三相桥式全控整流电路,（,2,）,对触发脉冲的要求：,按,VT,1,-VT,2,-VT,3,-VT,4,-VT,5,-VT,6,的顺序，相位依次差,60,。,共阴极,组,VT,1,、,VT,3,、,VT,5,的脉冲依次差,120,，共阳极,组,VT,4,、,VT,6,、,VT,2,也依次差,120,。,同一相的上下两个桥臂,，即,VT,1,与,VT,4,，,VT,3,与,VT,6,，,VT,5,与,VT,2,，,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。,48,2.2.2,三相桥式全控整流电路,（,3,）需保证同时导通的,2,个晶闸管均有脉冲,（,图,2,18,）：,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）,(,图,2,25,),（,4,）,u,d,一周期脉动,6,次，每次脉动的波形都一样（,每个波头都是线电压的一部分,），故该电路为,6,脉波整流电路。,(5),晶闸管承受的电压波形与三相半波时,相似,，晶闸管承受最大正、反向电压的关系也,相似,。,（,图,2,20,）,三相桥式全控整流电路的,特点,49,2.2.2,三相桥式全控整流电路,2),阻感负载时的工作情况,主要,包括,区别在于：得到的负载电流,i,d,波形不同。,当电感足够大的时候,，,i,d,的波形可近似为一条水平线,。,60,时,（,=0,图,2,22,；,=30,图,2,23,）,u,d,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,u,d,波形,晶闸管承受的电压波形,60,时（,=90,图,2,24,）,阻感负载时的工作情况与电阻负载时不同。,电阻负载时，,u,d,波形不会出现负的部分。,阻感负载时，,u,d,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,角移相范围为,90,。,50,2.2.2,三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,60,时）的平均值为：,图,2,23,输出电流平均值为,：,I,d,=,U,d,/,R,（2-27）,（2-26）,带电阻负载且,60,时，整流电压平均值为：,（,图,2,21,）,51,2.2.2,三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,：,（2-28）,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,I,d,时有所不同,，接反电势阻感负载时的,I,d,为：,（2-29）,式中,R,和,E,分别,为负载中的电阻值和反电动势的值。,52,i,k,=,i,b,是逐渐增大的，,而,i,a,=,I,d,-,i,k,是逐渐减小的。,当,i,k,增大到等于,I,d,时，,i,a,=0,，,VT,1,关断,换流过程结束。,2.3,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,L,B,表示。,现以三相半波为例，然后将其结论推广。,VT,1,换相至,VT,2,的过程：,因,a,、,b,两相均有漏感，故,i,a,、,i,b,均不能突变。于是,VT,1,和,VT,2,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,i,k,。,u,d,i,d,w,t,O,w,t,O,g,i,c,i,a,i,b,i,c,i,a,I,d,u,a,u,b,u,c,a,图,2-25,考虑变压器漏感时的,三相半波可控整流电路及波形,换相重叠,角,换相过程持续的时间，用电角度,表示。,53,（2-31）,2.3,变压器漏感对整流电路的影响,换相过程中，整流电压,u,d,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，,U,d,平均值降低的多少。,（2-30）,单相桥式全控整流,：,(,图,2,6,),(,图,2,33,),注,:,u,k,%,变压器短路电压比,约为,5,。,亦有,:,54,2.3,变压器漏感对整流电路的影响,换相重叠角,g,的计算,(,设,m,脉波整流电路,自然换相点为坐标原点）,由上式得：,进而得出：,（2-32）,（2-33）,（2-34）,55,2.3,变压器漏感对整流电路的影响,特例,:,单相桥式全控整流,g,随其它参数变化的规律,：,（,1,）,I,d,越大则,g,越大；（,2,）,X,B,越大,g,越大；（,3,）,当,a,90,时，,越小,g,越大。,2,O,w,t,O,w,t,O,w,t,u,d,i,d,i,2,b),O,w,t,O,w,t,u,VT,1,4,O,w,t,O,w,t,I,d,I,d,I,d,I,d,I,d,i,VT,2,3,i,VT,1,4,三相半波可控整流,:,三相桥式全控整流,:,56,2.3,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,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,表,2-2,各种整流电路换相压降和换相重叠角的计算,注：,单相全控桥电路中，环流,i,k,是从,-,I,d,变为,I,d,。,本表所列通用公式不适用,；,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。,57,2.3,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,U,d,降低。,整流电路的,工作状态增多,。,晶闸管,的,d,i/,d,t,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,d,i/,d,t,。,换相时晶闸管电压出现缺口，产生正的,d,u/,d,t,，,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。,58,2.4,整流电路的谐波,2.4.1,整流电路的谐波,引言,2.4.2,整流输出电压和电流的谐波分析,59,2.4,整流电路的谐波,引言,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,(reactive power),问题日益严重，引起了关注,。,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。,60,2.4.2,整流输出电压的谐波分析,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。,确定平波电抗器的电感量。,整流电路的质量指标（纹波因数）。,多相整流电路的一般分析,61,2.4.2,整流输出电压的谐波分析,图,2-33,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的谐波分析。,因为,u,d0,纵轴对称,即,:,注,:,三相全波时,U,2,应改为,U,L,0,.,8,0,.,9,1,图,2-33,0,.,8,1,u,d,w,t,O,p,m,p,m,2,p,m,U,2,2,62,2.4.2,整流输出电压的谐波分析,又其周期为,为,m,的整数倍。,63,2.4.2,整流输出电压的谐波分析,0,.,8,0,.,9,1,图,2-33,0,.,8,1,u,d,w,t,O,p,m,p,m,2,p,m,U,2,2,64,2.4.2,整流输出电压的谐波分析,当 时,m,增加时，最低次谐波（频率增加）次数增大，且幅值迅速减小。,65,2.4.2,整流输出电压和电流的谐波分析,=0,时整流电压谐波有如下规律,：,m,脉波整流电压,u,d0,的谐波次数为,mk,（,k,=1,，,2,，,3.,）,次，即,m,的倍数次；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。,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。,66,2.4.2,整流输出电压的谐波分析,电压纹波因数,:,整流电压有效值：,谐波分量有效值：,电压纹波因数：,0,.,8,0,.,9,1,图,2-33,0,.,8,1,u,d,w,t,O,p,m,p,m,2,p,m,U,2,2,67,2.4.2,整流输出电压和电流的谐波分析,不为,0,时的情况,：,整流电压谐波的一般表达式十分复杂，下面只说明谐波电压与,角的关系,。,图,2-34,三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，,u,d,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，,u,d,的谐波幅值随,增大而减小。,68,2.5,整流电路的有源逆变工作状态,2.5.1,逆变的概念,2.5.2,三相桥整流电路的有源逆变工作状态,2.5.3,逆变失败与最小逆变角的限制,69,2.5.1,逆变的概念,1),什么是逆变？为什么,要逆变？,逆变（,Invertion,）,把直流电转变成交流电，,整流的逆过程,。,逆变电路,把直流电逆变成交流电的电路。,有源逆变电路,交流侧和电网连结。（,图,2-56,）,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。,无源逆变电路,变流电路的交流侧不与电网联接，而直接接到负载。,（,图,2-57,）,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,。,70,2.5.1,逆变的概念,2),直流发电机,电动机系统电能的流转,图,2-44,直流发电机,电动机之间电能的流转,a,）,两电动势同极性,E,G,E,M,（电动运行）,b,）,两电动势同极性,E,M,E,G,（制动运行）,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；若极性串联则形成短路。,71,2.5.1,逆变的概念,3),逆变产生的条件,单相全波电路代替上述发电机,图,2-45,单相全波电路的整流和逆变,交流电网输出电功率,电动机输出电功率,a),b),u,10,u,d,u,20,u,10,a,O,O,w,t,w,t,I,d,i,d,U,d,E,M,u,10,u,d,u,20,u,10,O,O,w,t,w,t,I,d,i,d,U,d,/2，,使,U,d,为,负值,。,半控桥或有续流二极管的电路，因其整流电压,u,d,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。,73,2.5.2,三相整流电路的有源逆变工作状态,逆变和整流的区别,：,控制角,不同,0,p,/2,时，电路工作在,整流,状态。,p,/2,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。,74,1,）,三相半波有源逆变电,路,图,2-46,三相半波有源逆变电路及其电压波形,u,d,O,O,i,d,w,t,w,t,u,a,u,b,u,c,u,a,u,b,p,b,g,b,g,i,VT,1,i,VT,i,VT,3,i,VT,i,VT,3,2,2,2.5.2,三相整流电路的有源逆变工作状态,75,2),三相桥有源逆变,电路,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如图,2-46,所示。,图,2-46,三相桥式整流电路工作于有源逆变状态时的电压波形,u,ab,u,ac,u,bc,u,ba,u,ca,u,cb,u,ab,u,ac,u,bc,u,ba,u,ca,u,cb,u,ab,u,ac,u,bc,u,ba,u,ca,u,cb,u,ab,u,ac,u,bc,u,a,u,b,u,c,u,a,u,b,u,c,u,a,u,b,u,c,u,a,u,b,u,2,u,d,w,t,O,w,t,O,b,=,p,4,b,=,p,3,b,=,p,6,b,=,p,4,b,=,p,3,b,=,p,6,w,t,1,w,t,3,w,t,2,2.5.2,三相整流电路的有源逆变工作状态,76,2.5.2,三相整流电路的有源逆变工作状态,3,）有源逆变时各电量的计算：,输出直流电流的平均值亦可用整流的公式，即,（2-105）,每个晶闸管导通,2,p,/3,，,故流过晶闸管的电流有效值为：,（2-106）,77,2.5.2,三相整流电路的有源逆变工作状态,从交流电源送到直流侧负载的有功功率为：,（2-107）,当逆变工作时，由于,E,M,为负值，故,P,d,一般为负值，表示功率由直流电源输送到交流电源。,（2-108）,在三相桥式电路中，变压器二次侧线电流的有效值为：,3,）有源逆变时各电量的计算：,78,2.5.3,逆变失败与最小逆变角的限制,图,2-47,交流,侧电抗对逆变换相过程的影响,u,d,O,O,i,d,w,t,w,t,u,a,u,b,u,c,u,a,u,b,p,b,g,b,g,i,VT,1,i,VT,i,VT,3,i,VT,i,VT,3,2,2,逆变失败,（逆变颠覆）,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,。,79,2.5.3,逆变失败与最小逆变角的限制,图,2-47,交流,侧电抗对逆变换相过程的影响,u,d,O,O,i,d,w,t,w,t,u,a,u,b,u,c,u,a,u,b,p,b,g,b,g,i,VT,1,i,VT,i,VT,3,i,VT,i,VT,3,2,2,逆变失败,（逆变颠覆）,触发电路工作不可靠，不能适时、准确地给各晶闸管分配脉冲，如脉冲丢失、脉冲延时等，致使晶闸管不能正常换相。,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,80,2.5.3,逆变失败与最小逆变角的限制,换相重叠角的影响：,图,2-47,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,2-47,右下角的波形中可清楚地看到），该通的晶闸管（,VT,1,）会关断，而应关断的晶闸管（,VT,3,),不能关断，最终导致逆变失败。,u,d,O,O,i,d,w,t,w,t,u,a,u,b,u,c,u,a,u,b,p,b,g,b,g,i,VT,1,i,VT,i,VT,3,i,VT,i,VT,3,2,2,81,2.5.3,逆变失败与最小逆变角的限制,2),确定,最小逆变,角,b,min,的依据,逆变时允许采用的最小逆变,角,b,应等于,b,min,=,d,+,g,+,q,（,2-109,）,d,晶闸管的关断时间,t,q,折合的电角度,g,换相重叠角,q,安全裕量角,t,q,大的可达,200300ms,，,折算到电角度约,4,5,。,随直流平均电流和换相电抗的增加而增大。,主要针对,脉冲不对称程度（一般可达,5,）。,值约取为,10,。,82,2.5.3,逆变失败与最小逆变角的限制,换相重叠角的确定：,1),查阅有关手册，举例如下：,整流电压,整流电流,变压器容量,短路电压比,U,k,%,g,220V,800A,240kV,。,A,5%,15,20,参照,整流时,g,的计算方法,（2-110）,（2-111）,根据逆变工作时 ，并设 ，上式可改写成,这样，,b,min,一般取,30,35,。,设理想最小逆变角为 。,逆变电路的附加保护环节,保证控制脉冲不进入,区域内,。,83,2.6,晶闸管直流电动机系统,2.6.1,工作于整流状态时,2.6.2,工作于有源逆变状态时,2.6.3,直流可逆电力拖动系统,84,2.6,晶闸管直流电动机系统,引言,晶闸管直流电动机系统,晶闸管可控整流装置,带直流电动机负载组成的系统。,是电力拖动系统中主要的一种。,是可控整流装置的主要用途之一,。,对该系统的研究包括两个方面：,其一是在带电动机负载时整流电路的工作情况。其二是由整流电路供电时电动机的工作情况。本节主要从第二个方面进行分析。,85,整流电路接反电动势负载时，负载电流断续，对整流电路和电动机的工作都很不利,。,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，如图,2-48,。,u,d,O,i,d,w,t,u,a,u,b,u,c,a,u,d,O,i,a,i,b,i,c,i,c,w,t,E,U,d,i,d,R,图,2-48,三相半波带电动机负载且,加平波电抗器时的电压电流波形,2.6.1,工作于整流状态,时,86,2.6.1,工作于整流状态时,此时，整流电路直流电压的平衡方程为,（,2-112,）,式中，,为电动机的反电动势,负载平均电流,I,d,所引起的各种电压降，包括：,变压器的电阻压降,电枢电阻压降,由重叠角引起的电压降,晶闸管本身的管压降，它基本上是一恒值。,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,87,2.6.1,工作于整流状态时,1),电流连续时电动机的机械特性,在电机学中，已知直流电动机的反电动势为,可根据整流电路电压平衡方程式（,2-112,），得,转速与电流的机械特性关系式为,其机械特性是一组,平行的直线,，其斜率由于内阻不一定相同而稍有差异。,调节,a,角，即可调节电动机的转速。,（2-113）,（2-114）,（2-115）,O,n,a,1,a,2,a,3,a,3,a,2,a,1,I,d,(,R,B,+,R,M,+),I,d,C,e,3,X,B,2,p,图,2-49,三相半波电流连续时以,电流表示的