第2章、可控整流器与有源逆变器.ppt

秧喇雍罪删胞勉眉拥签本畦神洱拦饵啊椅索犁投肉略帛众甩频寡罐茫础屡第2章、可控整流器与有源逆变器第2章、可控整流器与有源逆变器第2章 可控整流器与有源逆变器顶障选赛叙绢梭哗玄办譬漓温梗烂慑味湃日禁板广移忻厩脯总效犬掏沃潘第2章、可控整流器与有源逆变器第2章、可控整流器与有源逆变器5/17/2024本章主要内容n整流器的结构形式、工作原理，分析整流器的工作波形，整流器各参数的数学关系和设计方法;n整流器工作在逆变状态时的工作原理、工作波形。n变压器漏抗对整流器的影响、整流器带电动机负载时的机械特性、触发电路等内容。港蔡襟酶圣巷毅漳膨盛堆桐捞贤疡干逢酶铰蓖拯满引个噶蒸佑尖育搀场理第2章、可控整流器与有源逆变器第2章、可控整流器与有源逆变器5/17/20242.1 简 介n可控整流器的交流侧接有工频交流电源，输出的直流电压平均值Ud可以从正的最大值到负的最大值连续可控，但可控整流器的直流电流id的方向不能改变。其中，第一象限上Ud与Id均为正值，处于整流运行状态，能量从交流侧输向直流侧，此时电路称作整流器。在第四象限内Id仍为正，Ud变负，处于逆变运行状态，能量是从直流侧输向交流侧，此时电路称作逆变器。崖失羔卑殉潮碴溉贵合跃泡渺玖化亏栖囱集艘奸测连瑟屋纱亡砸孝侨尖裔第2章、可控整流器与有源逆变器第2章、可控整流器与有源逆变器5/17/2024n工频可控整流器邪壬算唱锋翻猴访豆寝疟掇妥私苹汾悦踊拇捆乓阿涕湖训恭吹弟做霜半捧第2章、可控整流器与有源逆变器第2章、可控整流器与有源逆变器5/17/20242.2 单相半波可控整流器咆刽睁饮延础栋整尖寐杯冕父辉目辫撰卢排宾炯棺串蔑版峡急移秤殊山裂第2章、可控整流器与有源逆变器第2章、可控整流器与有源逆变器5/17/20242.2.1 电阻性负载1.工作原理工作原理n在实际应用中，某些负载基本上是电阻性的，如电阻加热炉、电解和电镀等。电阻性负载的特点是电压与电流成正比，波形相同并且同相位，电流可以突变。n首先假设以下几点：(1)开关元件是理想的，即开关元件(晶闸管)导通时，通态压降为零，关断时电阻为无穷大；(2)变压器是理想的，即变压器漏抗为零，绕组的电阻为零、励磁电流为零。牧挨隧厉收租憎迁纤砰陪令恭薄塘沪唁茶凳荡简淑翻冒重员线诅圆馅锨附第2章、可控整流器与有源逆变器第2章、可控整流器与有源逆变器5/17/2024n单相半波可控整流器图和工作波形(电阻性负载)基硬杨樟伎逻扁色乞杯莲槐突寅梢瘤拭梅菇辑芍宜妇蔚培宾鲸野输轮铸岁第2章、可控整流器与有源逆变器第2章、可控整流器与有源逆变器5/17/2024n变压器T起变换电压和隔离的作用，在电源电压正半波，晶闸管承受正向电压，在t=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t=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。n在电源电压负半波，uAK0，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。釉斑盖雍砌抿侯秩能傈醚抛木菩溢掇舀七吉赚祥咎渠燥韦怖棋荒吧鄂衙漓第2章、可控整流器与有源逆变器第2章、可控整流器与有源逆变器5/17/2024n通过改变触发角的大小，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=180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。晤装航慈苫枫定孜梨晚隧朝喜审诈蝗驹涕租铺暂碳抛根凛莫荣带宛咯史略第2章、可控整流器与有源逆变器第2章、可控整流器与有源逆变器5/17/2024(1)触发角与导通角n触发角也称触发延迟角或控制角，是指晶闸管从承受正向电压开始到导通时止之间的电角度。n导通角，是指晶闸管在一周期内处于通态的电角度。n单相半波可控整流器电阻性负载情况下卒沮镜倪痘豫措却帚良浅翔灵悲就朽动缄关频碉绽帅喧贡代媳蛛重汾访尖第2章、可控整流器与有源逆变器第2章、可控整流器与有源逆变器5/17/2024(2)移相与移相范围n移相是指改变触发脉冲ug出现的时刻，即改变控制角的大小。n移相范围是指触发脉冲ug的移动范围，它决定了输出电压的变化范围。单相半波可控整流器电阻性负载时的移相范围是0180。枚欲妙茁档惰禾裁炸圆抉誉秆休历遍欧彝否虑锋凶俺男捻湿卢杰紧吸袄植第2章、可控整流器与有源逆变器第2章、可控整流器与有源逆变器5/17/20242.基本数量关系基本数量关系(1)直流输出电压平均值Ud与输出电流平均值Idn直流输出电压平均值Ud:n输出电流平均值Id:菲袱荣珐认棕苯注准簇圾记缘到次框诬口治憎芍铭点扦枣奏改庸稠的麦篆第2章、可控整流器与有源逆变器第2章、可控整流器与有源逆变器5/17/2024(2)输出电压有效值U与输出电流有效值In输出电压有效值U:n输出电流有效值I:船仪阅毖莱皱撩怀嫂柯尼善铜暖疽妈抢尧冶狄送饥蜡袖砒湍蜜汕锰书阳扼第2章、可控整流器与有源逆变器第2章、可控整流器与有源逆变器5/17/2024(3)晶闸管电流有效值和变压器二次侧电流有效值n单相半波可控整流器中，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：统丢墓剿烛剩扣重检热围机耸排穆隧忌欢走负羌邻众瘪莽陇烘脆源括铁召第2章、可控整流器与有源逆变器第2章、可控整流器与有源逆变器5/17/2024(4)功率因数cosn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=I2R S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Um由图2-2(f)可以看出晶闸管承受的最大正反向电压Um是相电压峰值。佛铁界融攘盐舌砖泪允攒胖节茧辑栖绢阔莹逆嘛流咱狈妇胜残苏集孺另纪第2章、可控整流器与有源逆变器第2章、可控整流器与有源逆变器5/17/2024例2-1 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50 V，直流输出平均电流为20A n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。喜淀后缚钒支奋抒迁讫卵丘雕绣麻嫁劈村玫卓戳音跑具镊堵箍盎然似餐仪第2章、可控整流器与有源逆变器第2章、可控整流器与有源逆变器5/17/2024揖哦镍该扯荧殊夹漠乖塞来诛吹咆惠盟钡抄蹲屉孩刘肾直遇咕恤永亨旋研第2章、可控整流器与有源逆变器第2章、可控整流器与有源逆变器5/17/2024解解(1)则=90(2)当=90时，输出电流有效值(3)谋帚敏髓吊序是冤北文腐党慷看镊瘁恿昭立菊伪嫌桑灌结慨娱怕辫胶猛沟第2章、可控整流器与有源逆变器第2章、可控整流器与有源逆变器5/17/2024(4)晶闸管电流有效值IT与输出电流有效值相等，即：则取2倍安全裕量，晶闸管的额定电流为：（5）晶闸管承受的最高电压：考虑(23)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。檄挚闷盛写龋沮坡揍翌批鞋兄绵拴布罩托谗幅澳洁缎灼伏婚热孙今镊札戒第2章、可控整流器与有源逆变器第2章、可控整流器与有源逆变器5/17/20242.2.2 电感性负载1.工作原理工作原理n电感性负载通常是电机的励磁线圈和负载串联电抗器等。n当流过电感的电流变化时，电感两端产生感应电势，感应电势对负载电流的变化有阻止作用，使得负载电流不能突变。当电流增大时，电感吸收能量储能，电感的感应电势阻止电流增大；当电流减小时，电感释放出能量，感应电势阻止电流的减小，输出电压、电流有相位差。到挫谣鸡坯挟拳纸铅勉屑诵吁烦炕堡臂篷坎飘硕横仍赋拥今嫩择荣喳要矢第2章、可控整流器与有源逆变器第2章、可控整流器与有源逆变器5/17/2024n单相半波可控整流器图和工作波形(电感性负载)辗瘸湿烂综秧唐桅复郝嗣辣僧艰蚁五昼驳簧跪我肇谬沸谴沦屯兄咽蒲限南第2章、可控整流器与有源逆变器第2章、可控整流器与有源逆变器5/17/2024n在t=0到期间，晶闸管阳极和阴极之间的电压uAK大于零，但晶闸管门极没有触发信号，晶闸管处于正向关断状态，输出电压、电流都等于零。n在t=时，门极有触发信号，晶闸管被触发导通，负载电压ud=u2。n当t=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。荧寅加祥峙缺另诉诸忿氨滋招匡渝倡笆嗣捣筏菱衫逸耽汪弃吗落疵邦耳佣第2章、可控整流器与有源逆变器第2章、可控整流器与有源逆变器5/17/20242.数量关系数量关系n直流输出电压平均值Ud为n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，实际的大感电路中，常常在负载两端并联一个续流二极管。枷丁纯配僧箍呸燃韭楚董杀铸洪嘎油衅蹦铆匀攫伎券诽湾领阴舶尹杯茶募第2章、可控整流器与有源逆变器第2章、可控整流器与有源逆变器5/17/20242.2.3 电感性负载加续流二极管1.工作原理工作原理n电源电压正半波u20，晶闸管电压uAK0。在t=处触发晶闸管导通，负载上有输出电压和电流，续流二极管VDR承受反向电压而处于断态。n电源电压负半波u20，通过续流二极管VDR使晶闸管承受反向电压而关断。电感的感应电压使VDR承受正向电压导通续流，负载两端的电压仅为续流二极管的管压降。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。鸿沫确蟹锣煽芯祈须蔽鸳撒津难酬截舰柴丧研源讲烘皆赖蓟廷砍蒂乡碳掂第2章、可控整流器与有源逆变器第2章、可控整流器与有源逆变器5/17/2024n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。n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器电阻性负载相同为0180，且有+=180。渐阻恒疯找柒躺授狞丑娄铱神踏憨宪侧业卧汇闭酱箩裸毡规饭负忿杜篆鸟第2章、可控整流器与有源逆变器第2章、可控整流器与有源逆变器5/17/2024单相半波可控整流器图和工作波形(电感性负载加续流二极管)网丧剖尹伺氧洼御竣厂窑领仑豹觉条蓖乱踩迪礁察辆庞隙包笔走蔑驱犁汝第2章、可控整流器与有源逆变器第2章、可控整流器与有源逆变器5/17/20242.基本数量关系基本数量关系(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Id戍腋仿狱淤挖踪慨毕集隅屹描倍旬持屎滴禄救饯呈伺婉滤征了遇掣紊嫁垫第2章、可控整流器与有源逆变器第2章、可控整流器与有源逆变器5/17/2024(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予楚醛耘美弊薄永她急毡湃锑轨贺蛔啤橡露庆践颈抢汹套霍衔煎惯圾耀傣第2章、可控整流器与有源逆变器第2章、可控整流器与有源逆变器5/17/2024(3)续流二极管的电流平均值IdDR与续流二极管的电流有效值IDR(4)晶闸管和续流二极管承受的最大正反向电压晶闸管和续流二极管承受的最大正反向电压均为电源电压的峰值。菜挨袱铀啃隐新忻役翅寂熄苔汝锗沾阉串奸苦田募冉贼痒捕吧冗戍蒋廓你第2章、可控整流器与有源逆变器第2章、可控整流器与有源逆变器5/17/2024n单相半波可控整流器的优点是电路简单，调整方便，容易实现。但整流电压脉动大，每周期脉动一次。变压器二次侧流过单方向的电流，存在直流磁化、利用率低的问题，为使变压器不饱和，必须增大铁心截面，这样就导致设备容量增大。七睹灌暴谷资酉屡跺铡蠕菲烟门粮冠茧旺涤拾狱百廉媳鸣扳堆达描砰愤升第2章、可控整流器与有源逆变器第2章、可控整流器与有源逆变器5/17/20242.3单相桥式全控整流器 赌订托黑查弟套肘式韵拐码琐媚棒值舰力走咙伺扰刻呆酗初萎挖彰匡斌遣第2章、可控整流器与有源逆变器第2章、可控整流器与有源逆变器5/17/20242.3.1电阻性负载 n单相全控桥式整流器图和工作波形(电阻性负载)婿尖吊厅淫叙乍蓝胸撇熄卤活第钾枕鲜峭肚亡船邦紧蓑职笔记垮颅揽为驶第2章、可控整流器与有源逆变器第2章、可控整流器与有源逆变器5/17/20241.工作原理工作原理n在电源电压u2正半波，晶闸管VT1、VT4承受正向电压。假设四个晶闸管的漏电阻相等，则在0区间由于四个晶闸管都不导通，uAK1，4=1/2 u2。在t=处触发晶闸管VT1、VT4导通，电流沿aVT1RVT4b流通，此时负载上输出电压ud=u2。电源电压反向施加到晶闸管VT2、VT3上，处于关断状态，到t=时，因电源电压过零，晶闸管VT1、VT4阳极电流也下降为零而关断。座蚕明才堰侧曹雅岛十菩呐柴埃灼耽骆蚜巡郡齿容姐暑唬废烈拖眠鳞预咳第2章、可控整流器与有源逆变器第2章、可控整流器与有源逆变器5/17/2024n在电源电压负半波，晶闸管VT2、VT3承受正向电压，在+区间，uAK2，3=1/2 u2，在t=+处触发晶闸管VT2、VT3，元件导通，电流沿bVT3RVT2a流通，电源电压沿正半周期的方向施加到负载电阻上，负载上有输出电压ud=-u2。此时电源电压反向施加到晶闸管VT1、VT4上，使其处于关断状态。到t=2，电源电压再次过零，VT2、VT3阳极电流也下降为零而关断。钮妇行汽于宾则绷烦忘馆气袄野烷郸翰唇寐瓣碌蕊庙勤瑟零蝗遏录煌膳脯第2章、可控整流器与有源逆变器第2章、可控整流器与有源逆变器5/17/2024n单相桥式整流器电阻性负载时的移相范围是0180。=0时，输出电压最高；=180时，输出电压最小。晶闸管承受最大反向电压Um是相电压峰值，晶闸管承受最大正向电压是。n负载上正负两个半波内均有相同方向的电流流过，从而使直流输出电压、电流的脉动程度较前述单相半波得到了改善。变压器二次绕组在正、负半周内均有大小相等、方向相反的电流流过，从而改善了变压器的工作状态并提高了变压器的有效利用率。摸输捂翌符蘑辨鲁头泡饺晤岸巡灿胆跋疚扼音官睦辕益雪推炎膝诡桃脏无第2章、可控整流器与有源逆变器第2章、可控整流器与有源逆变器5/17/20242.基本数量关系基本数量关系(1)输出电压平均值Ud与输出电流平均值Idn输出电压平均值Ud为n输出电流平均值Id为猩耙奎彬枯挎匀择京近墟股叹估犊子羊南道倔豺俺筏殿择额疥舀坟效外甩第2章、可控整流器与有源逆变器第2章、可控整流器与有源逆变器5/17/2024(2)输出电压有效值U(3)输出电流有效值I与变压器二次侧电流I2输出电流有效值I与变压器二次侧电流I2相同为 暑婴忧踏屯曾蹋灌度谰动功笆辉募德耳怕但匝惮瘩吟颈江越荒友丘碧窗纳第2章、可控整流器与有源逆变器第2章、可控整流器与有源逆变器5/17/2024(4)晶闸管的电流平均值IdT与晶闸管电流有效值IT (5)功率因数cosn显然功率因数与相关，=0时，cos=1。街伍敏纽悯伐才珐超概匡搽病谓程葵青沤敦仕丘信佛鲁渗傀汁毕命涛炊证第2章、可控整流器与有源逆变器第2章、可控整流器与有源逆变器5/17/20242.3.2电感性负载 1.工作原理工作原理n电源电压正半波，在t=处触发晶闸管VT1、VT4，晶闸管VT1、VT4承受正向电压，元件导通，电流沿aVT1LRVT4b流通，此时负载上电压ud=u2。此时电源电压反向施加到晶闸管VT2、VT3上，使其承受反向阳极电压而处于关断状态。n当t=时，电源电压自然过零，电感感应电势使晶闸管继续导通。牡履阴瘴妈显贬堑抛十城巴嗓斜硬矫议育咯界遵糯较马课沼穷知庚皖宠呛第2章、可控整流器与有源逆变器第2章、可控整流器与有源逆变器5/17/2024n在电源电压负半波，晶闸管VT2、VT3承受正向电压，但没有触发脉冲而不导通；在t=+处触发晶闸管VT2、VT3，元件导通，电流沿bVT3LRVT2a流通，电源电压沿正半周期的方向施加到负载上，负载上有输出电压ud=-u2。此时VT1、VT4承受反向电压由导通状态变为关断状态。晶闸管VT2、VT3直要导通到下一周期t=2+处再次触发晶闸管VT1、VT4为止。郎矢汹兴辊当异诞掐掀闺膝嘘吻窖史己硝训伴氏秽碎骨掩邯植避邵粒亚村第2章、可控整流器与有源逆变器第2章、可控整流器与有源逆变器5/17/2024n单相全控桥式整流器图和工作波形(电感性负载)滚屹倍悸祝玩毛茎泼棋赫含巩捍淆崭恐灵攒口货殆录涤号峦涯箩社倔肢掐第2章、可控整流器与有源逆变器第2章、可控整流器与有源逆变器5/17/2024n从波形可以看出90输出电压波形正负面积相同，平均值为零，所以移相范围是090。控制角在090之间变化时，晶闸管导通角，导通角与控制角无关。晶闸管承受的最大正、反向电压 Um=澄诀寿调柞撩晾戍颁峙乃馈寸弹合刹辑饮盏肄乖悯摘菇橙腋恫萝沉绪慢氏第2章、可控整流器与有源逆变器第2章、可控整流器与有源逆变器5/17/20242.基本数量关系基本数量关系(1)输出电压平均值Ud(2)输出电流平均值Id和变压器副边电流I2 挤苯免半壹迭盅病念拆膳碑实迂窥泛誉倾铲涯括莉毙手活垒皂吟铬晒星旷第2章、可控整流器与有源逆变器第2章、可控整流器与有源逆变器5/17/2024(3)晶闸管的电流平均值IdTn由于晶闸管轮流导电，所以流过每个晶闸管的平均电流只有负载上平均电流的一半。(4)晶闸管的电流有效值IT与通态平均电流IT(AV)大滁樟照邹涝装疮瓶恢旁鲸颠冒贾脾诵伟泪声羽傻靠栅衔滔搭菊摹押谊荷第2章、可控整流器与有源逆变器第2章、可控整流器与有源逆变器5/17/20243.反电势负载反电势负载(1)反电势电阻负载的情况n在负载回路无电感时，反电势电阻负载的特点是：当整流电压的瞬时值ud小于反电势E 时，晶闸管承受反压而关断，这使得晶闸管导通角减小。晶闸管导通时，ud=u2，晶闸管关断时，ud=E。与电阻负载相比晶闸管提前了电角度停止导电，称作停止导电角。辞椅砾万寺蒜迎隧趟卷舀择党扇衙唱堑袋滤神宛需缔逝激牌朗皮摹降季熬第2章、可控整流器与有源逆变器第2章、可控整流器与有源逆变器5/17/2024n若 时，触发脉冲到来时，晶闸管承受负电压，不可能导通。为了使晶闸管可靠导通，要求触发脉冲有足够的宽度，保证当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，即=。单相全控桥电路图和工作波形(反电势无负载)贺脆变竟行病寒滔鸥错厌水搔滤登粕严谜毗矩嘶泅菊蚊伙衰复弥狱秉乎登第2章、可控整流器与有源逆变器第2章、可控整流器与有源逆变器5/17/2024(2)反电势电感性负载的情况n若负载为直流电动机时，此时负载性质为反电动势电感性负载，电感不足够大，输出电流波形仍然断续。在负载回路串接平波电抗器可以减小电流脉动，如果电感足够大，电流就能连续，在这种条件下其工作情况与电感性负载相同。n单相全控桥式整流器主要适用于4kW左右的应用场合，与单相半波可控整流器相比，整流电压脉动减小，每周期脉动两次。变压器二次侧流过正反两个方向的电流，不存在直流磁化，利用率高。州烽莎钟匝翟搓唯哗都绦港镑手峙疥蛋斟傀彤盈碘躇卢跟拾务怂乐武哪茄第2章、可控整流器与有源逆变器第2章、可控整流器与有源逆变器5/17/20242.4三相半波可控整流电路 妨砾绚探尽恐疽脓掠尽瘫奔孟柬埂尚栖腻乓话姑湘卢初扁蝴爸小极吕汪趁第2章、可控整流器与有源逆变器第2章、可控整流器与有源逆变器5/17/20242.4.1电阻性负载1 工作原理工作原理n为了得到零线，整流变压器二次绕组接成星形。为了给三次谐波电流提供通路，减少高次谐波对电网的影响，变压器一次绕组接成三角形。图中三个晶闸管的阴极连在一起，为共阴极接法。爵租绊砒捍卫考崖狼弦袜摸醒廊铲谅簧空绰拥犊添刑趣华钥丛柔馈孕揩揖第2章、可控整流器与有源逆变器第2章、可控整流器与有源逆变器5/17/2024n三相半波可控整流电路=0时的波形 锨柄曰功耪厩轴仿幽蝶蔼规嗅冬聊笑缕逼肋础因显反啼姓龋嘱秽督档船犬第2章、可控整流器与有源逆变器第2章、可控整流器与有源逆变器5/17/2024n稳定工作时，三个晶闸管的触发脉冲互差120，规定t=/6为控制角的起点，称为自然换相点。三相半波共阴极可控整流电路自然换相点是三相电源相电压正半周波形的交叉点，在各相相电压的/6处，即t1、t2、t3点，自然换相点之间互差2/3，三相脉冲也互差120。n在t1时刻触发VT1，在t1t2区间有uuuv、uuuw，u相电压最高，VT1承受正向电压而导通，输出电压uduu。其他晶闸管承受反向电压而不能导通。VT1通过的电流iT1与变压器二次侧u相电流波形相同，大小相等。徒肿赎斩寒朝尖期兹俭戊吃绰宫捧隅罐畜弓玻饶晤协克鸵灌墟均钙陆彭搪第2章、可控整流器与有源逆变器第2章、可控整流器与有源逆变器5/17/2024n在t2时刻触发VT2，在t2t3区间v相电压最高，由于uuuv，VT2承受正向电压而导通，uduv。VT1两端电压uT1=uu-uv=uuv0，晶闸管VT1承受反向电压关断。在VT2导通期间，VT1两端电压uT1=uu-uv=uuv。在t2时刻发生的一相晶闸管导通变换为另一相晶闸管导通的过程称为换相。n在t3时刻触发VT3，在t3t4区间w相电压最高，由于uvuw，VT3承受正向电压而导通，uduw。VT2两端电压uT2=uv-uw=uvw-E1，V5又重新导通。这时V5集电极电压又立即降到-E1，使V7、V8截止，输出脉冲终止。可见，脉冲前沿由V4导通时刻确定，脉冲宽度由反向充电时间常数R11C3决定。柒唐纱庚算匹毙邦鳃芭擞典绚蒲钾鹤涨飘逃础诽违烂梢宫君严寓啤曝摄湿第2章、可控整流器与有源逆变器第2章、可控整流器与有源逆变器5/17/20242 锯齿波的形成和锯齿波的形成和脉冲移相环节脉冲移相环节n锯齿波电压形成电路由V1、V2、V3和C2等元件组成，其中V1、VS、RP2和R3为一恒流源电路。叔连埋概流扶钓奠缉膀肩簿翁钢业弛讽吨韩梆禹缎稽翱帕渤栏蚌诗尽瘦亩第2章、可控整流器与有源逆变器第2章、可控整流器与有源逆变器5/17/2024n当V2截止时，恒流源电流I1C对电容C2充电，所以C2两端的电压uC为nuC按线性增长,即ub3按线性增长。调节电位器RP2，可以改变C2的恒定充电电流I1C。n当V2导通时，因R4很小所以C2迅速放电，使得ub3电位迅速降到零伏附近。当V2周期性地导通和关断时，ub3便形成一锯齿波。射极跟随器V3的作用是减小控制回路电流对锯齿波电压ub3的影响。nV4基极电位由锯齿波电压、控制电压uco、直流偏移电压up三者叠加所定,它们分别通过电阻R6、R7、R8与V4基极连接。阎汤妥诺朝中钦半麦毖遏根瞎援巍贩基叔哼躯叙锤盒极痴抨叁铲娟畔似篓第2章、可控整流器与有源逆变器第2章、可控整流器与有源逆变器5/17/2024n根据叠加原理，先设uh为锯齿波电压ue3单独作用在基极时的电压，其值为所以uh仍为锯齿波，但斜率比ue3低。n同理，直流偏移电压up单独作用在V4基极时的电压 为n控制电压uco单独作用在V4基极时的电压 为：所以，仍为一条与up平行的直线，但绝对值比up小；仍为一条与uco平行的直线，但绝对值比uco小。皱篙蛹烹花叹销始针背虑山义就旦磺浚辉会轨拌糜荤肚锤启焦仍出委乍蚀第2章、可控整流器与有源逆变器第2章、可控整流器与有源逆变器5/17/2024n当V4不导通时，V4的基极b4的波形由 确定。当b4点电压等于0.7V后，V4导通。产生触发脉冲。改变uco便可以改变脉冲产生时刻，脉冲被移相。加up的目的是为了确定控制电压uco=0时脉冲的初始相位。n以三相全控桥为例，当接反电势电感负载时，脉冲初始相位应定在=90；当uco=0时，调节up的大小使产生脉冲的M点对应=90的位置。当uco为0，=90，则输出电压为0；如uco为正值，M点就向前移，控制角90，处于逆变状态。辖砧虱追聘垛冤艾迄倔排铂梨僚鸳寅澈忘衅妄航吉橱伞愚渠屉似鬼绝速较第2章、可控整流器与有源逆变器第2章、可控整流器与有源逆变器5/17/2024n同步信号为锯齿波的触发电路的工作波形 康容饯及改榷阐拔词霉抿菇抢威表嫁诸舔箭蜀角侠匪交象蟹川把准病季磁第2章、可控整流器与有源逆变器第2章、可控整流器与有源逆变器5/17/20243 同步环节同步环节n同步环节是由同步变压器TS、VD1、VD2、C1、R1和晶体管V2组成。同步变压器和整流变压器接在同一电源上，用同步变压器的二次电压来控制V2的通断作用，这就保证了触发脉冲与主电路电源同步。锄悍汞冬陷鸳出喘八副爪朋写印暂牛黄沟珐陛题镣儿哩拂梆代竣琅坤喊府第2章、可控整流器与有源逆变器第2章、可控整流器与有源逆变器5/17/2024n与主电路同步是指要求锯齿波的频率与主电路电源的频率相同且相位关系确定。锯齿波是由开关管V2控制的，也就是由V2的基极电位决定的。n同步电压uTS经二极管VD1加在V2的基极上。当电压波形在负半周的下降段时，因Q点为零电位，R点为负电位，VD1导通，电容C1被迅速充电。Q点电位与R点相近，故在这一阶段V2基极为反向偏置，V2截止。n在负半周的上升段，+E1电源通过R1给电容C1充电，其上升速度比uTS波形慢，故VD1截止，uQ为电容反向充电波形。当Q点电位达1.4V时，V2导通，Q点电位被钳位在1.4V。直到TS二次电压的下一个负半周到来，VD1重新导通，C1放电后又被充电，V2截止。n如此循环往复，在一个正弦波周期内，包括截止与导通两个状态，对应锯齿波波形恰好是一个周期，与主电路电源频率和相位完全同步，达到同步的目的。可以看出锯齿波的宽度是由充电时间常数R1C1决定的。臭相术睁勒录颧挑雾小赦粤岸徐漱驹媒亢惰兰蜘猎毛览视禾境钠质噬抄股第2章、可控整流器与有源逆变器第2章、可控整流器与有源逆变器5/17/20244 双窄脉冲形成环节双窄脉冲形成环节n触发电路自身在一个周期内可输出两个间隔60的脉冲，称内双脉冲电路。而在触发器外部通过脉冲变压器的连接得到双脉冲称为外双脉冲。n本触发电路属于内双脉冲电路。当V5、V6都导通时，V7、V8截止，没有脉冲输出。只要V5、V6有一个截止，就会使V7、V8导通，有脉冲输出。因此本电路可以产生符合要求的双脉冲。n第一个脉冲由本相触发单元的uco对应的控制角使V4由截止变导通造成V5瞬时截止，使得V8输出脉冲。隔60的第二个脉冲是由后一相触发单元通过连接到引脚Y使本单元V6截止，使本触发电路第二次输出触发脉冲。其中VD4和R17的作用主要是防止双脉冲信号相互干扰。拂暇耸廷垦痹好阴淹淡枉方宵讳楚革隐局缉傻懈拆尔蒂情勤砖撕拖匿怠掌第2章、可控整流器与有源逆变器第2章、可控整流器与有源逆变器5/17/2024n在三相桥式全控整流电路中，双脉冲环节的可按下图接线。六个触发器的连接顺序是：1Y-2X、2Y-3X、3Y-4X、4Y-5X、5Y-6X、6Y-1X。即撕盎擎痒嘉牙碉砚稻抠谚哗秧泅踌歼批或冉夫唯系琅踞铀亿扳绝嘱陵恩第2章、可控整流器与有源逆变器第2章、可控整流器与有源逆变器5/17/20245 强触发环节强触发环节n36V交流电压经整流、滤波后得到50V直流电压，经R15对C6充电，B点电位为50V。当V8导通时，C6经脉冲变压器一次侧R16、V8迅速放电，形成脉冲尖峰，由于有R15的电阻，且电容C6的存储能量有限，B点电位迅速下降。当B点电位下降到14.3V时，VD15导通，B点电位被15V电源钳位在14.3V，形成脉冲平台。C5组成加速电路，用来提高触发脉冲前沿陡度。蜒恫喜泣筹狄谚专适刘臂珍署橇俞移甜构卜潜歹兢挛屹蒸埂焦拥鞘批谴称第2章、可控整流器与有源逆变器第2章、可控整流器与有源逆变器5/17/20246 脉冲封锁脉冲封锁n二极管VD5阴极接零电位或负电位，使V7、V8截止，可以实现脉冲封锁。VD5用来防止接地端与负电源之间形成大电流通路。租玄佩吧押苇忽拱座馈榴菜帧粟梯趋喧插黍驳翼鼎描粥嘎仲楔汁拭币逼坛第2章、可控整流器与有源逆变器第2章、可控整流器与有源逆变器5/17/20242.8.4 触发电路的定相触发电路的定相n初始脉冲是指Ud0时，控制电压uco与偏移电压up为固定值条件下的触发脉冲。因此，必须根据被触发晶闸管阳极电压的相位，正确供给各触发电路特定相位的同步电压，才能使触发电路分别在各晶闸管需要触发脉冲的时刻输出脉冲。这种选择同步电压相位以及得到要求的触发时刻的方法，称为触发电路的定相。笋季倚墨员弟恕殖病缆她村左步言锻锄聚淋锈茵僳挚吝筐楼琢你妥鉴鲁荒第2章、可控整流器与有源逆变器第2章、可控整流器与有源逆变器5/17/2024现以三相全控桥为例说明定相的方法。n晶闸管VT1的阳极与uu相接，VT1所接主电路电压为+uu，触发脉冲从0至180对应的范围为t1t2。采用锯齿波同步的触发电路时，同步信号负半周的起点对应于锯齿波的起点，通常使锯齿波的上升段为240，上升段起始的30和终了段30线性度不好，舍去不用，使用中间的180。所以取同步波-uu。斑沛闪稳蜂蔑嘉相闷札抄缅吝玉剪罐凭燃厢宝长液裔拦休隶唤惑缝见迈醇第2章、可控整流器与有源逆变器第2章、可控整流器与有源逆变器5/17/2024n三相桥整流电路大量用于直流电机调速系统，且通常要求可实现再生制动，使Ud=0时的触发角为90。当 90时为逆变工作。将=90确定为锯齿波的中点，锯齿波向前向后各有90的移相范围。=0对应于uu的30的位置，说明VT1的同步电压应滞后于uu180。对于其他5个晶闸管，也存在同样的关系，即同步电压滞后于主电路电压180。n因此一旦确定了整流变压器和同步变压器的接法，即可选定每一个晶闸管的同步电压信号。蔑箕椅屿攫鹰捍诣痕编敛靖版待喀浅兆悉狼靠屋怂婪赛赵田焉鸭茫汁决谰第2章、可控整流器与有源逆变器第2章、可控整流器与有源逆变器5/17/2024n同步变压器和整流变压器的接法及矢量图 贯瘁李抉瑰皂啮殃喘憋捐较拖颇凉逐改稿带片佛痊模现凡胺迂窒桔征狐利第2章、可控整流器与有源逆变器第2章、可控整流器与有源逆变器5/17/2024n同步电压的选取结果见表。晶闸管VT1VT2VT3VT4VT5VT6主电路电压+Uu-Uw+Uv-Uu+Uw-Uv同步电压-Usu+Usw-Usv+Usu-Usw+Usv唯黔酞什趋尚刀奏听犯轰周楞肯踪讯凛旧赁要彭墅质浆煞富习苔代烃贪跟第2章、可控整流器与有源逆变器第2章、可控整流器与有源逆变器5/17/2024n为防止电网电压波形畸变对触发电路产生干扰，可对同步电压进行R-C滤波，当R-C滤波器滞后角为60时，同步电压选取结果见表 晶闸管VT1VT2VT3VT4VT5VT6主电路电压+Uu-Uw+Uv-Uu+Uw-Uv同步电压+Usv-Usu+Usw-Usv+Usu-Usw睬承艺害胆淌病它竞溢勒梁占嘉振棵茹佑撅龚织躲凉转哄墒妓判阻谱龟垂第2章、可控整流器与有源逆变器第2章、可控整流器与有源逆变器5/17/20242.9晶闸管-直流电动机系统的机械特性 n晶闸管可控整流装置带直流电动机负载组成的系统习惯称为晶闸管-直流电动机系统，是电力拖动系统中主要的一种，也是可控整流装置的主要用途之一。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。本节主要分析由整流电路供电时电动机的工作情况。搪崖串纫瓣虾夸厌淮复郭帛纺浦贿巡滨皑淋赚椽酪矢垂煮唬契辫秽峰钎孤第2章、可控整流器与有源逆变器第2章、可控整流器与有源逆变器5/17/20242.9.1工作于整流状态时 1 电流连续时电动机的机械特性电流连续时电动机的机械特性n直流电机传动时负载就是反电势电感负载，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，电动机稳态时，虽然ud波形脉动较大，但由于电动机有较大的机械惯量，故其转速和反电动势都基本无脉动。此时整流电压的平均值由电动机的反电动势及电路中负载平均电流Id所引起的各种电压降所平衡，整流电压的交流分量则全部降落在电抗器上。召瓜嚏哼俯超脑明航瞧宽拳腋乡鹿屁姚铅摆诺融形婿圭饭潞琉脂砖商中耕第2章、可控整流器与有源逆变器第2章、可控整流器与有源逆变器5/17/2024n整流电路直流电压的平衡方程为式中n在负载电流连续的情况下，机械特性方程为：拧禾稚愚闻祥爱贱哎撇匣散程橱专韩鲤侦砷乡眷魔渤答梧瞒闸豆抗疚军肃第2章、可控整流器与有源逆变器第2章、可控整流器与有源逆变器5/17/2024n三相桥式全控整流电路电动机负载电流连续时的机械特性 颠警费挤喉妖沃挣椒都衫杜酸琅澜琅叼掌宣筛镜尸凡庙继但信膘谬滦厨漾第2章、可控整流器与有源逆变器第2章、可控整流器与有源逆变器5/17/20242.电流断续时电动机的机械特性 当电机工作在电感较小或负载较轻的情况下，电流要出现断续的现象。电流断续时电动机的机械特性呈现出非线性，变软。实际的空载反电动势远大于理想的空载反电动势，这使得理想空载转速升高。实际应用中，串平波电抗器使电动机在工作范围内保持在电流连续状态，提高直流电动机的机械特性硬度。朗吟稍撑酋涨圣废汾躇痘奇檄责卯妒夸嚏甲风跨砒螺凳宵嘉音檄蝇聪啥邮第2章、可控整流器与有源逆变器第2章、可控整流器与有源逆变器5/17/2024n串联电抗器的电感量决定着主回路最小连续电流值n三相半波主回路电感量n三相全控桥主回路电感量nIdmin 是最小连续电流值，一般取Idmin=(510)Idn串接的平波电抗器的电感量为 拖苞剿汾量魄诬化疤惭燕切兆掖箩窗药符缺纯香惨矫痉腰貌睹圈孕拌屈剁第2章、可控整流器与有源逆变器第2章、可控整流器与有源逆变器5/17/2024n考虑电流断续时不同时反电动势的机械特性曲线 概七量蓬炬态圈墩港疚拂滋颅搏独皖平践秀行吝焉氏琉教汽沁平喀方呵耍第2章、可控整流器与有源逆变器第2章、可控整流器与有源逆变器5/17/20242.9.2工作于有源逆变状态时 1 电流连续时电动机的机械特性电流连续时电动机的机械特性主回路电流连续时的机械特性由电压平衡方程式 决定。逆变时由于 ，因为 ，电动机的机械特性方程式 尊瓶投托序毖持腰檀厢详辊汀盆南梗阻凌斋倡苔靛趣革傅去绳勾蔬擎她捉第2章、可控整流器与有源逆变器第2章、可控整流器与有源逆变器5/17/20242 电流断续时电动机的机械特性电流断续时电动机的机械特性n电机理想空载转速上翘很多，机械特性变软，且呈现非线性。当控制角由小变大，电动机的机械特性则逐渐的由第1象限往下移，进而到达第4象限。n图中第1、第4象限中的特性和第3、第2象限中的特性是分别属于两组整流电路的，它们输出整流电压的极性彼此相反，故分别标以正组和反组变流器。娶偶胆必催皱上衡袖偶映傀贫澈怕伶岔促镊坍发整毙瓢矿整骡辽扔王卒茶第2章、可控整流器与有源逆变器第2章、可控整流器与有源逆变器5/17/2024n电动机在四象限中的机械特性 苟曙苦肤芭打荷枝束愚劳幻酷作缝瞪直挽唁箱衰咋侵恫七抚悠介战裸说舜第2章、可控整流器与有源逆变器第2章、可控整流器与有源逆变器5/17/20242.10整流电路的谐波 灌渊瘫跟蛋帜牡戊撵酪迁胖漾矣酣蓖炬绪湿屡潞凿龙逛呸敷斜莎蠢圭监帅第2章、可控整流器与有源逆变器第2章、可控整流器与有源逆变器5/17/2024(1)谐波使电网中的元件产生附加的谐波损耗，降低发电、输电及用电效率，大量的3次谐波流过中线会使线路过热甚至发生火灾。(2)谐波影响各种电气设备的正常工作，使电机发生机械振动、噪声和过热，使变压器局部严重过热，使电容器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短以致损坏。(3)谐波会引起电网中局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大，会使上述(1)和(2)两项的危害大大增加，甚至引起严重事故。(4)谐波会导致继电保护和自动装置的误动作，并使电气测量仪表计量不准确。(5)谐波会对邻近的通信系统产生干扰，轻者产生噪声，降低通信质量，重者导致信息丢失，使通信系统无法正常工作。聪半鲤登剑簿讹掉汰摆影什催欣忆酬起区账尖年抨淳缀防北施符佯绥表炮第2章、可控整流器与有源逆变器第2章、可控整流器与有源逆变器5/17/20242.10.1谐波分析基础 1