电力电子技术_第二章三相整流.ppt

,*,电力电子技术,整 流 电 路,2.2 三相可控整流电路,虽然单相可控整流电路具有线路简单，维护、调试方便等优点，但输出整流电压脉动大，又会影响三相交流电网的平衡。因此，当负载容量较大（一般指,4,KW,以上），要求的直流电压脉动较小时，通常采用三相可控整流电路。,先重点介绍三相半波可控整流电路不同负载时的组成、工作原理、波形分析、电路各电量的计算等，然后再介绍三相桥式全控整流电路。,2.2.1,三相半波可控整流电路,一.电阻性负载,1.,三相半波不可控整流电路,二极管换相时刻(,1、3、5点,)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,=0,2.,三相半波可控整流电路（共阴极）,注意：,（1）,T,的接法、共阴极的特点。,（2）,角的起始点不再是坐标原点，而是,自然换相点1、3、5点,处。,3.工作原理,（1）,30,时输出的电压、电流的波形都是连续的,（2）,输出电压断 续,晶闸管的导通角是150-,。,注意:,在输出电压断续情况下，晶闸管所承受的电压除了前面提到的三部分外，还多了一种情况，就是当三只晶闸管都不导通时，每只晶闸管均承受各自的相电压。,4.数量关系：,（1）直流输出电压的平均值,U,d,当,=0,时，,U,d,最大，为,时，,U,d,最小，为,0。,（2）,直流输出电流的平均值,I,d,（3）晶闸管两端承受的最大的峰值电压,晶闸管承受的最大反向电压是变压器二次侧线电压的峰值即,在电流断续时，晶闸管承受的是各自的相电压，故其承受的最大正向电压是相电压的峰值为 。,二.电感性负载,u,d,波形没有出现负值,，,电流也是连续的,u,d,的波形出现了负值,，,电流,i,d,的波形即连续又平稳,=90,时，,u,d,的波形的正负面积相等,数量关系：,（1）直流输出电压的平均值,U,d,（2）,直流输出电流的平均值,I,d,（3）变压器相电流和流过一只晶闸管的电流,（4）晶闸管承受的最大正反向电压,（5）有效移相范围是,注：,为了扩大移相范围以及使电流,i,d,平稳，也可在负载两端并接续流二极管,VD,R,。,特点：阻感负载，,L,值很大，,i,d,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,u,2,过零时，,VT,1,不关断，直到,VT,3,的脉冲到来，才换流，由,VT,3,导通向负载供电，同时向,VT,1,施加反压使其关断,u,d,波形中出现负的部分,阻感负载时的移相范围为90,三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,四.,共阳极,三相半波可控整流电路,三,.反电动势负载,对于螺栓式的晶闸管来说，可以将晶闸管的阳极固定在同一块大散热器上，散热效果好，安装方便。此电路的触发电路不能再像共阴极电路的触发电路那样，引出公共的一条接阴极的线，而且输出脉冲变压器二次侧绕组也不能有公共线，这就给调试和使用带来了不便。,三相半波可控整流电路小结：,不论是共阴极还是共阳极接法的电路，都只用了三只晶闸管，所以接线都较简单，相对单相输出脉动小，基波,150,Hz,。,变压器绕组利用率较低，每相的二次侧绕组一周期最多工作120。,变压器绕组中的电流（波形与相连的晶闸管的电流波形一样）是单方向的，因此也会存在铁心的直流磁化现象。,晶闸管承受的反向峰值电压较高（与三相桥式电路相比）。,因电路中负载电流要经过电网零线，也会引起额外的损耗。,三相半波可控整流电路一般只用于中等偏小容量的场合。,2.2.2,三相桥式全控整流电路,为改善三相半波电路变压器利用率低等缺点，可将三相半波共阴极和共阳极电路串联起来，形成三相桥式全控整流电路。,应用最为广泛,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,）,一.电阻性负载,t,1,t,2,：,在,t,1,时刻，,给,VT,1,加触发脉冲，满足其导通的两个条件，假设此时共阳极组阴极电位最低的晶闸管,VT,6,已导通,。,t,2,t,3,：,u,相相电压,u,u,仍是最高,，,w,相相电压,u,w,为最负，在,2点，给晶闸管,VT,2,加触发脉冲，使其导通,。,t,3,t,4,：,VT,3,和,VT,2,导通，,u,d,=,u,vw,t,4,t,5,：,VT,4,和,VT,3,导通，,u,d,=,u,vu,t,5,t,6,：,VT,5,和,VT,4,导通,u,d,=,u,wu,t,6,t,7,：,VT,6,和,VT,5,导通,u,d,=,u,wv,任意时刻共阳极组和共阴极组中各有1个晶闸管处于导通状态,特点:晶闸管的触发导通顺序为,VT,1,VT,2,VT,3,VT,4,VT,5,VT,6,VT,1,。,输出电压的波形为三相线电压的包络线,.,对脉冲的要求：,（,1,）单宽脉冲：宽度大于60，小于120，一般80 100。,特点：要求有较大的输出功率，脉冲变压器体积大。,（,2,）双窄脉冲：宽度小于60，加一辅助脉冲。,特点：线路虽然复杂，但可以,减小装置的输出功率，减小,TP,的体积。,三相桥式全控整流电路电阻负载,a,=0,时晶闸管工作情况,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,u,u,-,u,v,=,u,uv,u,u,-,u,w,=,u,uw,u,v,-,u,w,=,u,vw,u,v,-,u,u,=,u,vu,u,w,-,u,u,=,u,wu,u,w,-,u,v,=,u,wv,三相桥式全控整流电路的特点,（1）2管同时导通形成供电回路，其中共阴极组和共阳极组各1只，且不能为同一相器件,（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,（3）,u,d,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,另一种是双脉冲触发（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,不同,角时的输出波形,导通时间比,=0,时推迟了30,正负各120的对称的波形。,u,d,波形出现了零点,是一临界情况,VT,1,导通,电阻性负载，只要,60,，,u,d,和,i,d,的波形就是连续的。,VT,4,导通,角的移相范围是,0 120,当,60,时,u,d,的波形就出现断续,了,每个线电压输出,小于,60,30,VT,1,导通,VT,4,导通,i,v,、,i,w,的波形与,i,u,波形形状一致，只是相位依次相差。此三相电流均可统一用,i,2,来表示。,小结,当,a,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,当,a,60,时，,u,d,波形每60,中有一段为零，,u,d,波形不能出现负值,带电阻负载时三相桥式全控整流电路,a,角的移相范围是120,二.电感性负载,1.电路,2.原理,与电阻负载不同,与电阻负载相同,临界情况，即,u,d,正好没有负电压的输出。,3.,数量关系,（1）直流输出电压的平均值,U,d,（2）,直流输出电流的平均值,I,d,（3）流过一只晶闸管的电流,（4）变压器,二次侧绕组的电流有效值,I,（5）晶闸管承受的最大正反向电压,（在相同输出时，为三相半波的一半）,（6）有效移相范围,（电感）,是,三相桥式全控整流电路小结：,1.电路需有两只晶闸管同时导通，各,120,换相一次。,2.,六只晶闸管依次导通，顺序与下标同。,3.,脉冲间隔为,60,，要求单宽或双窄脉冲触发。,4.,输出电压波形每周期脉动6次，基波频率为300,Hz。,相同,U,2,时，输出电压为半波时的两倍。,5.变压器利用率高，二次侧每周期有120+120流过电流，且电流波形正负面积相等，无直流分量。,另外,，将共阳极的三只晶闸管换成三只二极管，就组成了三相桥式半控整流电路，其分析方法同单相半控桥。,单相可控整流电路,三相可控整流电路,返回,返回,返回,2.3 变压器漏感对整流电路的影响,变压器绕组上总是存在有一定的漏感的，交流回路也会有一定的自感，将所有这些电感都折算到变压器的二次侧，用一个集中的电感来,L,T,代替。,电流的换相是不可能在瞬时完成的，而要有一个过程，即经过一段时间，这个过程就称为,换相过程,。,换相过程对应的时间常用相应的电角度来表示，称为,换相重叠角,，用,来表示。,一.,换流期间的整流输出电压,u,d,电流换相的过程中，两相的晶闸管都导通，相当于两相短路，两相之间的电位差（瞬时值）即为短路电压用,u,k,表示如,假想的短路电流,i,k,:,换相前:,换相中:,换相后:,教材中用,L,B,表示,换相期间换流回路的电压方程式为,换相期间的整流输出电压的瞬时值,u,d,就变为,二.换相压降的计算,X,T,是变压器每相折算到二次侧的漏抗，且,X,T,=L,T,如果是,m,脉波电路，其换相压降可表示为,三.,考虑了变压器漏抗后的整流电压为,U,d0,为整流电路理想情况下，当,=0,时的输出电压平均值。,上面三相半波电路的输出电压就变为,四.,对换相重叠角,的计算,移相得：,当,角为某一固定值时，则,X,T,越大换相重叠角,越大；,I,d,越大换相重叠角也越大。,例,三相桥式全控整流电路，带电感性负载，其中,R=5，L=，,变压器二次侧电压有效值为220,V，,折算到变压器二次侧的每相漏感为,L,T,=2mH。,求当时,=30：（1）,换相压降；（2）输出电压；（3）负载上的电流；（4）流过晶闸管的电流的平均值和有效值；（5）换相重叠角,。,解,：直流回路的电压平衡方程式为,将此结果及已知条件代入上面的电压平衡方程式，可求出,流过晶闸管的电流的平均值和有效值为,解得：,2.6 大功率可控整流电路,带平衡电抗器的双反星形可控整流电路,