交流直流变换器.pptx

电力电子技术电力电子技术第三章第三章 交流直流变换器（整流器）交流直流变换器（整流器）3 3 交流直流变换器（整流器）交流直流变换器（整流器）3.0概述概述3.1整流器的类型和性能指标整流器的类型和性能指标3.2不控整流电路不控整流电路3.3单相桥式晶闸管相控整流电路单相桥式晶闸管相控整流电路3.4三相半波相控整流电路三相半波相控整流电路3.5三相桥式相控整流电路三相桥式相控整流电路3.6交流电路电感对整流特性的影响交流电路电感对整流特性的影响3.8*带平衡电抗器的双三相桥带平衡电抗器的双三相桥12脉波整流电路脉波整流电路3.9相控有源逆变电路工作原理相控有源逆变电路工作原理3.10相控整流及有源逆变晶闸管触发控制相控整流及有源逆变晶闸管触发控制3.11*含有源功率因数校正环节（含有源功率因数校正环节（PFC）的单相）的单相高频整流高频整流小结小结3.0概述概述q利用半导体电力开关器件的通、断控制，将交流电能利用半导体电力开关器件的通、断控制，将交流电能变为直流电能称为变为直流电能称为整流整流。q实现整流的电力半导体开关电路连同其辅助元器件和实现整流的电力半导体开关电路连同其辅助元器件和系统称为系统称为整流器整流器。整流器的类型很多，归纳分类如下：整流器的类型很多，归纳分类如下：q1.按交流电源电流的按交流电源电流的波形波形可分为：可分为：（1 1）半波整流。（半波整流。（2）全波整流。）全波整流。q2.按交流电源的按交流电源的相数相数的不同可分为：的不同可分为：（1 1）单相整流。（单相整流。（2）三相整流。）三相整流。q3.按按整整流流电电路路中中所所使使用用的的开开关关器器件件及及控控制制能能力力的的不不同同可可分分为：为：(1(1）不控整流。（不控整流。（2）半控整流。（）半控整流。（3）全控整流。）全控整流。q4.按按控制原理控制原理的不同可分为：的不同可分为：（1 1）相控整流。（相控整流。（2）高频）高频PWMPWM整流。整流。开关器件开关器件为二极管为二极管 开关器件开关器件为晶闸管为晶闸管开关器件为开关器件为全控器件全控器件q对交流直流变换最基本的性能要求：对交流直流变换最基本的性能要求：q直流输出电压可以调控（交流输入电压变化时或负载变化时直流输出电压可以调控（交流输入电压变化时或负载变化时输出的直流电压可保持为任意指令值）输出的直流电压可保持为任意指令值）q输出电压中交流分量（即谐波电压）被控制在允许值范围以输出电压中交流分量（即谐波电压）被控制在允许值范围以内；内；q交流侧电流中的谐波电流也要求在允许值以内。交流侧电流中的谐波电流也要求在允许值以内。q此外交流侧的功率因数、整流器的效率、重量、体积、成本、此外交流侧的功率因数、整流器的效率、重量、体积、成本、电磁干扰电磁干扰EMI和电磁兼容性和电磁兼容性EMC以及对控制指令的响应特以及对控制指令的响应特性都是评价整流器的重要指标。性都是评价整流器的重要指标。3.1整流器的类型和性能指标整流器的类型和性能指标q整流器最基本的性能指标有：整流器最基本的性能指标有：q1.电压谐波系数或纹波系数电压谐波系数或纹波系数RF（RippleFactor）q2.电压脉动系数电压脉动系数Snq3.输入电流总畸变率输入电流总畸变率THD(TotalHarmonicDistortion)q4.输入功率因数输入功率因数PF（PowerFactor）q上述基本性能指标能比较科学地评价各种整流上述基本性能指标能比较科学地评价各种整流电路的性能优劣电路的性能优劣。q纹波电压的定义：整流输出电压中除直流平均值纹波电压的定义：整流输出电压中除直流平均值电压电压VD外全部交流谐波分量有效值外全部交流谐波分量有效值VH可以进一步表示为可以进一步表示为：q电压谐波（纹波）系数电压谐波（纹波）系数RFRF（Ripple FactorRipple Factor）的定义：的定义：输出电压中的交流谐波有效值输出电压中的交流谐波有效值VH与直流平均值与直流平均值VD之之比值。表示为比值。表示为电压脉动系数电压脉动系数Sn的定义：整流输出电压中最低次的定义：整流输出电压中最低次谐波幅值谐波幅值Vnm与直流平均值与直流平均值VD之比之比。Sn=Vnm/VDq交流输入电流中除基波电流交流输入电流中除基波电流Is1外通常还含有各外通常还含有各次谐波电流次谐波电流Isn（n2，3，4，）。qTHD的的定义：除基波电流外的所有谐波电流总定义：除基波电流外的所有谐波电流总有效值与基波电流有效值之比值有效值与基波电流有效值之比值输入电流总畸变率输入电流总畸变率THD(TotalHarmonicDistortion)输入功率因数输入功率因数PFPF（P Powerower F Factoractor）：基波电流数值因数基波电流数值因数（简称基波因数）是基波电流有效值与总电（简称基波因数）是基波电流有效值与总电流有效值之比值。流有效值之比值。交流侧电压与电流基波分量之间的相位角交流侧电压与电流基波分量之间的相位角1 1称为称为基波位移角基波位移角；基波功率因数基波功率因数 coscos1 1称为称为基波位移因数基波位移因数DPFDPF。若交流输入电压为无畸变的正弦波，则只有输入电流中的基波若交流输入电压为无畸变的正弦波，则只有输入电流中的基波电流形成有功功率。这时，电流形成有功功率。这时，定义：交流电源输入有功功率定义：交流电源输入有功功率P PAC AC 与其视在功率与其视在功率S S 之比，即之比，即3.2不控整流电路不控整流电路3.2.0概述概述3.2.1单相半波不控整流单相半波不控整流3.2.2两相半波不控整流（或双半波不控整流）两相半波不控整流（或双半波不控整流）3.2.3单相桥式不控整流单相桥式不控整流3.2.4三相半波不控整流三相半波不控整流3.2.5三相桥式不控整流三相桥式不控整流3.2.6电容滤波的不控整流电路电容滤波的不控整流电路3.2.0概述概述q定义：在交流电源与直流负载间插入二极管电路，定义：在交流电源与直流负载间插入二极管电路，利用二极管的单向导电性实现交流利用二极管的单向导电性实现交流-直流电能变换的直流电能变换的电路。电路。q缺点：输出电压平均值不能调节缺点：输出电压平均值不能调节q分析法：二极管的单向导电性是分析二极管整流电分析法：二极管的单向导电性是分析二极管整流电路的基本原则。路的基本原则。q典型电路：图典型电路：图3.1(a)3.5(a)*3.2.1单相半波不控整流单相半波不控整流q主电路：不控二极管主电路：不控二极管D1、D0q工作原理：（理想情况下）工作原理：（理想情况下）q在电源电压的正半周在电源电压的正半周 t=0 D1承受正向电压而导通。承受正向电压而导通。vD=vs,iD=isq在电源电压的负半周在电源电压的负半周w wt=p2p,p2p,D1受反压受反压截止，阻断电路。截止，阻断电路。vD=0,iD=0q如果负载有电感，则负载如果负载有电感，则负载电流通过电流通过D0续流。续流。*3.2.1单相半波不控整流（续单相半波不控整流（续1）q特点：特点：q整流电压直流平均值整流电压直流平均值qVD只与只与VS有关，不能被调控；有关，不能被调控；q输出电压脉动大，脉动频率低，输出电压脉动大，脉动频率低，难于滤波；难于滤波；q仅正半周有输出（一个电源周仅正半周有输出（一个电源周期中仅一个电压脉波，即脉波期中仅一个电压脉波，即脉波数为数为1，称为，称为“半波半波”）；）；q电源电流的直流分量很大电源电流的直流分量很大。*3.2.2两相半波不控整流（或双半波不控整流）两相半波不控整流（或双半波不控整流）q主电路：中心抽头的变压器主电路：中心抽头的变压器提供两相反向的电压，提供两相反向的电压，D1、D2作开关。作开关。q工作原理：（理想情况下）工作原理：（理想情况下）q在电源电压的正半周在电源电压的正半周D1承受正向电压而导通，承受正向电压而导通，D2截止，截止，使得正的使得正的A相电压加到了负载两端。相电压加到了负载两端。q在电源电压的负半周在电源电压的负半周D1受反压截止，受反压截止，D2导通，使得正的导通，使得正的B相电压加到了负载两端相电压加到了负载两端q性能优于单相半波不控整流性能优于单相半波不控整流q正正负负半半波波均均有有输输出出，整整流流电电压压直流平均值高了一倍直流平均值高了一倍q两两相相电电压压是是通通过过变变压压器器中中心心抽抽头得到的头得到的q一一个个电电源源周周期期TS中中脉脉波波数数为为2 2，脉脉动动频频率率提提高高一一倍倍，易易于于滤滤波波q电电源源电电流流正正、负负对对称称，无无直直流流分量。分量。*3.2.2两相半波不控整流（或双半波不控整流）（续两相半波不控整流（或双半波不控整流）（续1）*3.2.3单相桥式不控整流单相桥式不控整流q原理及波形分析：原理及波形分析：q与两相半波电路相比：与两相半波电路相比：q相相同同点点：整整流流输输出出电电压压、交流电源电流波形。交流电源电流波形。q多多用用了了两两个个二二极极管管，但但可可略去有中心抽头的变压器。略去有中心抽头的变压器。q在在中中小小容容量量的的不不控控整整流流领领域中应用广泛。域中应用广泛。*3.2.4三相半波不控整流三相半波不控整流q原理及波形：原理及波形：q一一周周期期中中，A相相D1、B相相D3、C相相D5依序各导电依序各导电120。q整流电流为整流电流为120脉宽直流。脉宽直流。q整整流流电电压压由由三三个个相相同同的的脉脉波波组组成（脉波数成（脉波数m m3 3）。q特点：特点：直流平均值的数值较高：直流平均值的数值较高：整流电压脉动较小，脉动频率为整流电压脉动较小，脉动频率为电源频率电源频率3 3倍。电源电流含有很倍。电源电流含有很大的直流分量。较少实用。大的直流分量。较少实用。3.2.5三相桥式不控整流三相桥式不控整流整流电压由整流电压由6 6个相同的脉波组成个相同的脉波组成，脉波宽，脉波宽60,60,脉动较小，易滤脉动较小，易滤波。波。电源电流无直流分量电源电流无直流分量,为为120120脉宽、正负对称的交流电。脉宽、正负对称的交流电。广泛应用较大功率的不控整流广泛应用较大功率的不控整流脉波脉波数数m m6 63.2.5三相桥式不控整流（续）三相桥式不控整流（续）q整流电压的直流平均值高：整流电压的直流平均值高：电源线电压有效值电源线电压有效值电源相电压有效值电源相电压有效值3.2.6电容滤波的不控整流电路电容滤波的不控整流电路q不控整流电路输出电压中除直流外，还含有谐波。不控整流电路输出电压中除直流外，还含有谐波。为此须在整流电路的输出端与负载之间接入为此须在整流电路的输出端与负载之间接入LCLC滤波器滤波器。q由于整流输出谐波电压的频率不高，因此要有较好由于整流输出谐波电压的频率不高，因此要有较好的滤波效果必须的滤波效果必须LC LC 很大很大。q滤波电感滤波电感L L的重量、体积相对于电容要大得多，通常的重量、体积相对于电容要大得多，通常取较小的取较小的L L和较大的和较大的C C组成组成LCLC滤波器，甚至完全不用电滤波器，甚至完全不用电感只用感只用电容滤波电容滤波。3.3单相桥式晶闸管相控整流电路单相桥式晶闸管相控整流电路3.3.0概述概述3.3.1单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路3.3.2单相桥式半控整流电路单相桥式半控整流电路3.3.0概述概述q晶闸管代替上节电路中的二极管，可得相控整流电路。晶闸管代替上节电路中的二极管，可得相控整流电路。q原原理理：利利用用了了半半控控开开关关器器件件晶晶闸闸管管的的开开通通可可控控特特性性（承承受受正向电压，且有触发脉冲）和单向导电性；正向电压，且有触发脉冲）和单向导电性；q相相控控整整流流：控控制制晶晶闸闸管管触触发发相相位位角角（脉脉冲冲施施加加时时刻刻）就就控控制了电源电压送至负载的起始时刻，从而控制整流电压。制了电源电压送至负载的起始时刻，从而控制整流电压。q整流电路结构不同、负载性质不同，工作情况也就不同。整流电路结构不同、负载性质不同，工作情况也就不同。q电路分析时要抓住晶闸管的导通时刻（满足导通条件时）电路分析时要抓住晶闸管的导通时刻（满足导通条件时）和受到反压被强迫关断的时刻。和受到反压被强迫关断的时刻。q掌握单相桥式全控整流电路在不同性质负载下的工作情况掌握单相桥式全控整流电路在不同性质负载下的工作情况q了解单相桥式半控整流电路的失控现象及解决办法。了解单相桥式半控整流电路的失控现象及解决办法。3.3.1单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路q一、电阻性负载一、电阻性负载q（一）主电路（一）主电路q（二）理想化假设（二）理想化假设 q（三）工作原理及波形分析（三）工作原理及波形分析q（四）几个名词术语（四）几个名词术语q（五）基本量的计算（五）基本量的计算q二、电感性负载二、电感性负载q（一）（一）L、较小，较小，较大，且较大，且时，负载断流，元件的导时，负载断流，元件的导电角电角q（二）（二）当当时，电流临界连续时，电流临界连续q（三）（三）L、较大，较大，较小较小,且且R，90，有有功功功功率率P。忽略开关管的损耗，忽略开关管的损耗，电源提供的有功功率负载有功功率电源提供的有功功率负载有功功率P功率因数功率因数（6）功率因数）功率因数PF表表3.2单相全波整流的电压、电流比值、功率因数与单相全波整流的电压、电流比值、功率因数与的关系表的关系表控制角控制角（度）（度）03060901201501800.90.840.6760.450.2260.0060IS/ID1.111.171.331.571.972.80-功率因数功率因数PF10.9710.8980.7070.4270.170单相全波整流的电压、电流比值、单相全波整流的电压、电流比值、功率因数与功率因数与的关系曲线的关系曲线q特点：特点：q电感电流不能突变；电感电流不能突变；q电流滞后电压过零。电流滞后电压过零。q根据负载中电感量根据负载中电感量L L的大小不同，的大小不同，电路有电路有4 4种可能工况：种可能工况：二、电感性负载二、电感性负载（一）（一）L L、较小，较小，较大，且较大，且时，负载断流；时，负载断流；（二）（二）当当时，电流临界连续；时，电流临界连续；（三）（三）L L、较大，较大，较小较小,且且，电流连续；，电流连续；（四）（四）L L、很大，很大，w wL LR R ，时，负载断流，元件的导电角时，负载断流，元件的导电角q负载断流时，负载断流时，输出整流电、直流等参数的计算输出整流电、直流等参数的计算VD和和ID与控制角与控制角及导通角及导通角有关有关是是、R、L的函数。的函数。已知已知R、L、和和时，由（时，由（3-45）式可求）式可求；再由（再由（3-38）式可求得）式可求得VD*q稳态情况波形分析（稳态情况波形分析（特征）：特征）：q输入电流输入电流i is s为正弦波，滞后于电为正弦波，滞后于电源电压的角度为源电压的角度为；相当于电源不；相当于电源不经晶闸管而直接对经晶闸管而直接对RL供电。供电。q负载电流负载电流i iD D 是是“正弦双半波正弦双半波”；q整流电压直流平均值整流电压直流平均值（二）当（二）当时，电流临界连续时，电流临界连续稳态情况：稳态情况：（1）波形：波形：整流电压波形、平整流电压波形、平均值、元件导通角均值、元件导通角等，与等，与电电流临界连续时的相同；流临界连续时的相同；（2 2）特征：）特征：q晶闸管电流的初值、终值都不晶闸管电流的初值、终值都不为零为零;q负载电流不再是负载电流不再是“正弦双正半正弦双正半波波”，任何时刻都大于零；，任何时刻都大于零；（三）（三）L L、较大，较大，较小较小,且且RLR，9090，E,晶闸管晶闸管才能触发导通。才能触发导通。vSE,晶闸管晶闸管阻断阻断,阻断期间阻断期间,负载电压负载电压vDE E，故输出电压较，故输出电压较RLRL负载时高。负载时高。负载电流断流，所以负载电流断流，所以 三、反电势负载三、反电势负载30 时，负载电流断续时，负载电流断续晶闸管最大正向电压晶闸管最大正向电压负载电流平均值为负载电流平均值为晶闸管承受最大反向电压晶闸管承受最大反向电压a30 时，电流连续时，电流连续a30 时，电流断续时，电流断续晶闸管最大正向电压晶闸管最大正向电压电流平均值为电流平均值为晶闸管承受最大反压晶闸管承受最大反压3.4三相半波相控整流电路三相半波相控整流电路3.4.0概述概述3.4.1三相半波相控整流电路（共阴接法三相半波相控整流电路（共阴接法）3.4.2共阳极接的三相半波可控整流电路共阳极接的三相半波可控整流电路3.4.0概述概述q三相三相ACDC变换器比单相变换器性能更优越，在变换器比单相变换器性能更优越，在中、大功率领域中应用广泛。优点：中、大功率领域中应用广泛。优点：q三相半波相控整流的特点：三相半波相控整流的特点：（1）两种接法：）两种接法：共阴接法共阴接法、共阳接法共阳接法（2）它是组成其他各种三相整流电路的基础，是分析理解）它是组成其他各种三相整流电路的基础，是分析理解后续各种三相整流电路的基础。后续各种三相整流电路的基础。（3）交流侧电流中直流分量很大，因而应用不多）交流侧电流中直流分量很大，因而应用不多输出电压高输出电压高 脉动小、脉动频率高脉动小、脉动频率高 交流电网侧功率因数高交流电网侧功率因数高 动态响应快动态响应快（一）控制角（一）控制角触发脉冲顺序触发脉冲顺序晶晶 闸管的导通顺序闸管的导通顺序（二）波形分析（二）波形分析自然换相点自然换相点3.4.1三相半波相控整流电路（共阴接法）三相半波相控整流电路（共阴接法）（5 5）整流输出电压的脉动频率为）整流输出电压的脉动频率为3 3f（脉波数（脉波数m=3m=3）。）。（1 1）负载电流连续时各晶闸管的）负载电流连续时各晶闸管的导电角均为导电角均为 (120120）（2 2）若电源交流电路中不存在电感，晶闸管之间的电流转移）若电源交流电路中不存在电感，晶闸管之间的电流转移 是瞬间完成的。是瞬间完成的。（3 3）负载电压波形是）负载电压波形是相电压波形相电压波形的一部分。的一部分。（4 4）晶闸管截止态所承受的电压是）晶闸管截止态所承受的电压是线电压而线电压而非相电压。非相电压。（6 6）交流侧只有单方向电流（）交流侧只有单方向电流（缺点缺点）。）。若若，电流连续且晶闸管导电角，电流连续且晶闸管导电角120时，输出直流电压平均值为时，输出直流电压平均值为3.4.1三相半波相控整流电路（共阴接法续）三相半波相控整流电路（共阴接法续）波形特点波形特点当当 时，为正值。电路工作在第电路工作在第1象限。象限。当 时，0当90180时，为负值。电路工作在第电路工作在第4象限。象限。讨论：讨论：（a）主电路）主电路（b）0时时波形波形（c）30时时波形波形3.4.2共阳极接的三相半波可控整流电路共阳极接的三相半波可控整流电路作业5 p95 567113.5三相桥式相控整流电路三相桥式相控整流电路3.5.0概述概述3.5.1三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路3.5.2三相桥式半控整流电路三相桥式半控整流电路3.5.0概述概述常用的三种三相桥式整流电路常用的三种三相桥式整流电路：q不控整流（不控整流（a a）q全控整流（全控整流（b b）：不控整流电路中的二极管换成）：不控整流电路中的二极管换成SCRSCRq半控整流（半控整流（c c）：不控整流电路中共阴接法的二极管换成）：不控整流电路中共阴接法的二极管换成SCRSCR3.5.0概述概述(续续)电源条件电源条件三相交流对称电源：三相交流对称电源：q相电压有效值为相电压有效值为VsVsq相电压幅值为：相电压幅值为：q线电压有效值：线电压有效值：q线电压幅值为：线电压幅值为：q电源频率为电源频率为fsfs，周期为，周期为TsTs，q三三相相交交流流相相电电压压依依序序相相差差120;六个线电压依序相差六个线电压依序相差603.5.1三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路q1.基本工作原理基本工作原理q2.2.电阻负载时三相桥式全控整流特性电阻负载时三相桥式全控整流特性q3 3.感性负载时三相桥式全控整流特性感性负载时三相桥式全控整流特性q4.4.反电势、电阻、电感负载时三相桥式全控整流特性反电势、电阻、电感负载时三相桥式全控整流特性1.基本工作原理基本工作原理qSCRSCR的的6 6个自然换相点：个自然换相点：q上桥臂中三相电压瞬时值上桥臂中三相电压瞬时值最正的那一相管自然导通，最正的那一相管自然导通，换相点为换相点为1、3、5q下桥臂中下桥臂中三相电压瞬时值三相电压瞬时值最负的那一相管自然导通，最负的那一相管自然导通，换相点为换相点为2、4、6q控制角控制角0时，时，上、下各有上、下各有一个一个SCRSCR导通，把线电压最大导通，把线电压最大的瞬时值接至负载。的瞬时值接至负载。q控制角控制角00时，时，6 6个晶闸个晶闸管的触发脉冲的施加时刻都管的触发脉冲的施加时刻都从各自的自然换相点延迟一从各自的自然换相点延迟一个个角度。角度。q晶闸管触发次序晶闸管触发次序:按按1 12 23 34 45 56 61 1的顺序循环，的顺序循环，q各脉冲依次互差各脉冲依次互差6060 T T1 1T T3 3T T5 5 的触发脉冲间相位相差的触发脉冲间相位相差120120 （T T2 2T T4 4T T6 6亦如此）亦如此）q晶闸管最大导电角晶闸管最大导电角为为120 120 q每个触发脉冲的宽度要超过每个触发脉冲的宽度要超过1/6Ts1/6Ts；q或双脉冲触发方式或双脉冲触发方式:给晶闸管发一个窄触发脉冲后，间隔给晶闸管发一个窄触发脉冲后，间隔6060再补发一个脉冲再补发一个脉冲1.基本工作原理：晶闸管的触发脉冲安排基本工作原理：晶闸管的触发脉冲安排q相控整流特性：（相控整流特性：（1）与相控角）与相控角有关有关;（2）与负载性质有关。）与负载性质有关。1.1.电阻负载时的整流特性电阻负载时的整流特性纯电阻性负载时，纯电阻性负载时，iD与与vD波形完全相同。波形完全相同。(1)(1)0 0时的波形时的波形；(2)(2)3030时的波形时的波形 (3)(3)60 0时的波形时的波形，(4)(4)90 0时的波形时的波形2.2.0时时将将使使整整流流电电压压vD的的平平均均值值VD减减小小，改改变变触触发发延延迟迟角（或相控角）角（或相控角）的大小，即可控制整流电压平均值的大小，即可控制整流电压平均值VD2.电阻负载时三相桥式全控整流特性电阻负载时三相桥式全控整流特性图图3.17不控整流电路及全控整流电路阻性负载不控整流电路及全控整流电路阻性负载0、30时的波形时的波形p整流电压整流电压vD的波形依然的波形依然由由6段线电压波形组成段线电压波形组成,次次序不变，仅六个导电区后序不变，仅六个导电区后延延30p负载电流负载电流iD D波形：与波形：与vD D的的波形完全相同波形完全相同p电源电流电源电流i ia波形与波形与00时相比各波形在时间时相比各波形在时间上顺延上顺延3030电阻负载电阻负载30时工作波形特点：时工作波形特点：电阻负载电阻负载6060时时工作波形及其特点：工作波形及其特点：q与与00时时相相比比各各波波形形在在时间上顺延时间上顺延6060；q元元件件导导电电终终点点时时刻刻，整整流流电电压压、电电流流的的瞬瞬时时值值都都为为零。零。q60时时iD连连续续，且且整整流电压平均值流电压平均值VD：电阻负载电阻负载90时工作波形及其特点：时工作波形及其特点：q60后后iD不连续；不连续；q导电宽度导电宽度120-60q整流电压平均值整流电压平均值VDq120时时vD=0。由由上上式式也也可知可知VD0。q电电阻阻负负载载时时的的有有效效移移相相范范围围是是01203 3.感性负载时三相桥式全控整流特性感性负载时三相桥式全控整流特性q多数负载为多数负载为RL负载或反电势、电阻、电感负载，负载中的电感通常会负载或反电势、电阻、电感负载，负载中的电感通常会使电流使电流iD连续。当电感值大到以致负载电路时间常数连续。当电感值大到以致负载电路时间常数远大于远大于电流脉动周电流脉动周期期6T6TS S时，可忽略时，可忽略iD的脉动的脉动,看作恒值电流看作恒值电流IDq负载电流连续且负载电流连续且60时整流电压时整流电压vD波形波形、整流电压平均值、整流电压平均值V VD D与电阻与电阻负载时的情况相同，负载时的情况相同，但是电流不同但是电流不同。(1)(1)电阻性负载电阻性负载0 0时波形时波形；(2)(2)电阻性负载电阻性负载3030时波形时波形；(3)(3)电阻电感性负载电阻电感性负载60 0时的波形时的波形；(4)(4)电阻电感性负载电阻电感性负载90 0时的波形时的波形；(5)(5)电阻电感性负载电阻电感性负载120 0时的波形时的波形；(6)(6)电阻电感性负载电阻电感性负载180 0时的波形时的波形图图3.21电阻感性负载时的整流特性电阻感性负载时的整流特性60时的波形时的波形图图3.22电阻感性负载时的整流特性电阻感性负载时的整流特性90时的波形时的波形图图3.23电阻感性负载时的整流特性电阻感性负载时的整流特性120时的波形时的波形图图3.24电阻感性负载时的整流特性电阻感性负载时的整流特性180时的波形时的波形3 3.感性负载时三相桥式全控整流特性整流电压平均值感性负载时三相桥式全控整流特性整流电压平均值感性负载、电感足够大时感性负载、电感足够大时（1 1）整流电压的平均值）整流电压的平均值VD Vlm为电源线电压最大值 Vl为线电压有效值Vs为相电压有效值当当909090时，时，V VD D为负值。为负值。整流电压整流电压vD D中除直流平均值中除直流平均值V VD D外，外，还含有还含有6K6K次谐波电压（次谐波电压（K=1K=1，2 2，3 3)3 3.感性负载时三相桥式全控整流特性感性负载时三相桥式全控整流特性（2 2）输输出出电电压压vD的的脉脉动动频频率率是是电电源源频频率率的的6倍倍，最最低低次次谐谐波波为为6次次谐谐波。波。（3 3）交交流流电电源源电电流流的的波波形形：幅幅值值为为ID，宽宽度度为为120的的交交流流方方波波，除除基波外，还含有基波外，还含有6k1等次谐波。等次谐波。（4 4）电电源源基基波波功功率率因因数数：超超前前方方波波电电流流的的起起点点30就就是是基基波波电电流流的的起起点点，相相电电流流基基波波的的起起点点比比相相电电压压滞滞后后。电电源源基基波波功功率率因因数也是数也是cos1cos。4.4.反电势、电阻、电感负载时三相桥式全控整流特性反电势、电阻、电感负载时三相桥式全控整流特性q三相桥式相控整流电路接反电势、电阻、电感负载且负载三相桥式相控整流电路接反电势、电阻、电感负载且负载电流连续时，与电感电阻性负载时工作情况相似；电路各电流连续时，与电感电阻性负载时工作情况相似；电路各电压、电流波形相同，仅负载电流直流平均值电压、电流波形相同，仅负载电流直流平均值I ID D为为:q3 3个晶闸管触发脉冲互差个晶闸管触发脉冲互差120120，类似三相半波，类似三相半波相控整流：相控整流：电流连续时电流连续时vPO平均值平均值q3 3个二极管相当于三相半波不控整流或个二极管相当于三相半波不控整流或0时时的相控整流：的相控整流：vNO的平均值为的平均值为q整流电压平均值整流电压平均值V VD D：v vPNPN 应是共阴极的三相半应是共阴极的三相半波相控整流输出电压波相控整流输出电压v vPOPO和共阳极的三相半波不和共阳极的三相半波不控整流电压控整流电压v vNONO 之和。之和。3.5.2三相桥式半控整流电路三相桥式半控整流电路0时，时，VD最大；最大；0时，时，VD为正值；为正值；180时，时，VD最小；最小；VD0（不可能为负值）（不可能为负值）的移相控制范围为的移相控制范围为0180输出电压不可能为负值输出电压不可能为负值讨论：讨论：3.6.0 3.6.0 概述概述3.6.1 3.6.1 考虑考虑L LS S的三相半波相控整流电路及整流电压波形的三相半波相控整流电路及整流电压波形3.6.2 3.6.2 换相重叠期中的波形及关系换相重叠期中的波形及关系 3.6.3 3.6.3 整流电压平均值的计算整流电压平均值的计算3.6.4 3.6.4 I ID D与与、换相压降的关系、换相压降的关系 3.6.5 3.6.5 引入换相电阻引入换相电阻R RS S后的关系式后的关系式 3.6.6 3.6.6 各种相控整流电路换相压降和换相重叠角计算各种相控整流电路换相压降和换相重叠角计算3.6.7 3.6.7 电压波形畸变及影响电压波形畸变及影响3.6交流电路电感对整流特性的影响交流电路电感对整流特性的影响LS 0时时三相半波整流电路三相半波整流电路3.6.0概述概述q问题的提出：实际交流电源问题的提出：实际交流电源电路中存在电感电路中存在电感LS，前面的，前面的vD波形却没有考虑其影响。波形却没有考虑其影响。交流电路电感对整流特性有交流电路电感对整流特性有什么样的影响呢？什么样的影响呢？q以以m相半波整流电路（如相半波整流电路（如m3）为例进行分析，以期得）为例进行分析，以期得到交流电路电感到交流电路电感LS对换流过对换流过程及输出电压平均值程及输出电压平均值VD的影的影响的一般性结论。响的一般性结论。3.6.1考虑考虑LS的三相半波相控整流电路及整流电压波形的三相半波相控整流电路及整流电压波形q在自然换相点在自然换相点E点之后、点之后、F点之点之前前Tb未被触发，未被触发，Ta一直导电，一直导电，Tb截止，截止，iaID ，v va avD(t)(t)q如果如果LS0，一旦，一旦Tb导通导通Ta立即受反压截止，立即受反压截止，ID立即立即从从a相换到相换到b相，换相（或换流）过相，换相（或换流）过程程瞬时完成瞬时完成。这时。这时vD为为PEFQH曲线。曲线。3.6.2换相重叠期中的波形及关系换相重叠期中的波形及关系q如果如果LS 0，LS储能不能突变储能不能突变为零，为零，ia不能从不能从ID突降为零，突降为零，而必须经历一个而必须经历一个Ta、Tb同时导同时导通的过渡过程。通的过渡过程。q过程历时过程历时t tr r，对应的相位角，对应的相位角，因因T Ta a、T Tb b同时导电而被称为同时导电而被称为换换相重叠期相重叠期。q换相重叠期内若换相重叠期内若I ID D恒定，参与恒定，参与换流的两相电流以及整流电压换流的两相电流以及整流电压有如下关系：有如下关系：3.6.2换相重叠期中的波形及关系换相重叠期中的波形及关系（续）（续）q在一个脉波期中整流电压为在一个脉波期中整流电压为EFGDHMEFGDHMq换相换相前前v vD D=v=va；换相换相后后v vD D=v=vb bq换相换相中中，v vD D是图中的是图中的GDGD段段。3.6.3整流电压平均值的计算整流电压平均值的计算q3 3相桥式相桥式m m6 6，V VV Vl l q3 3相半波相半波m m3 3，V VV VS Sq单相桥式和单相桥式和2 2相半波相半波m m2 2，V VV VS S （1 1）0 0或不控整流，且或不控整流，且L LS S0 0时时VD0为曲线为曲线EQHMEEQHME的面积平均值的面积平均值3.6.3整流电压平均值的计算整流电压平均值的计算(续续)（3 3）00且且L LS S0 0 时因换相重叠而损失的面积时因换相重叠而损失的面积（换相压降）是（换相压降）是QGDHQGDH。（2 2）00且且L LS S0 0时时,V VD D 为曲线为曲线EFQHME的平的平均值均值,因移相而损失的面积为因移相而损失的面积为而而VS的计算式：的计算式：3.6.4ID与与、换相压降的关系、换相压降的关系3.6.5引入换相电阻引入换相电阻RS后的关系式后的关系式换相电阻：换相电阻：已知负载电流已知负载电流I ID D，可求换相压降。，可求换相压降。已知负载电流已知负载电流I ID D，可求出不同可求出不同时的时的换相压降只与换相压降只与R RS S、I ID D有关而与有关而与无关，但无关，但与与有关有关整流电压平均值整流电压平均值已知已知V V、m m、LLS S、负载电流、负载电流I ID D以及以及可求出可求出V VD D 。如三相桥式（如三相桥式（m m6 6，V VV Vl l ）时，）时，由由3.6.6各种相控整流电路换相压降和换相重叠角计算各种相控整流电路换相压降和换相重叠角计算 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 各种整流电路换相压降和换相重叠角的计算注：注：单相全控桥电路中，环流单相全控桥电路中，环流ik是从是从-Id变为变为Id。本表所列通用本表所列通用公式不适用公式不适用；三相桥等效为相电压等于三相桥等效为相电压等于的的6脉波整流电路，故其脉波整流电路，故其m=6，相电压按，相电压按代入。代入。3.6.7电压波形畸变及影响电压波形畸变及影响q在在换换相相重重叠叠期期中中，a、b两两相相处处于于经经电电感感2LS短短接接状状态态，使使整整流流电电路路的的输输入入电电压压波波形形畸畸变变（有有短短时时的的突突降降和和突突升升毛毛刺刺），同同时时也影响晶闸管截止时端电压波形。也影响晶闸管截止时端电压波形。q这种波形畸变有可能对自身的控制电路以及其它设备的正常工这种波形畸变有可能对自身的控制电路以及其它设备的正常工作产生不良的影响，因此，实际的整流电源装置的输入端有时作产生不良的影响，因此，实际的整流电源装置的输入端有时加滤波器消除这种畸变波形的影响。加滤波器消除这种畸变波形的影响。q作业3 p95 13172629整流装置功率越大，它对电网的干扰也越严重整流装置功率越大，它对电网的干扰也越严重在一个电源周期中整流输出电压在一个电源周期中整流输出电压V VD D脉波数脉波数m越多，则输越多，则输 出电压中谐波阶次越高，谐波幅值越小，整流特性越好出电压中谐波阶次越高，谐波幅值越小，整流特性越好整流装置的交流电流中的谐波频率越高，谐波电流数值整流装置的交流电流中的谐波频率越高，谐波电流数值 也越小。也越小。为了减轻整流装置谐波对电网的影响，可采用下图（图为了减轻整流装置谐波对电网的影响，可采用下图（图3.29(a)所示）两个三相桥式整流，经平衡电抗器所示）两个三相桥式整流，经平衡电抗器L LP P并联并联 输出的六相输出的六相12脉波相控整流电路。脉波相控整流电路。*3.8带平衡电抗器的双三相桥带平衡电抗器的双三相桥12脉波整流电路脉波整流电路 若无平衡电抗器，若无平衡电抗器，则在区间则在区间I I，一旦第一组三相桥整流器导，一旦第一组三相桥整流器导电，第二组三相桥整流器的晶闸管立即被反压截止，只能由电，第二组三相桥整流器的晶闸管立即被反压截止，只能由第一组三相桥整流器对负载供电；同理，区间第一组三相桥整流器对负载供电；同理，区间IIII，仅第二组，仅第二组三相桥整流器导电，并提供全部负载电流。三相桥整流器导电，并提供全部负载电流。有了平衡电抗器以后有了平衡电抗器以后，任何时刻电压差，任何时刻电压差V VP P平衡电抗器两侧平衡电抗器两侧绕组各承担绕组各承担 V VP P/2/2，使两个整流器同时导电并共同承担负载，使两个整流器同时导电并共同承担负载电流，每个晶闸管及变压器绕组导电时间延长一倍，而电流电流，每个晶闸管及变压器绕组导电时间延长一倍，而电流却只输出却只输出1/21/2负载电流。负载电流。触发控制角触发控制角=0=0时，第一组三相全桥整流输出时，第一组三相全桥整流输出主要是主要是6 6次谐波，次谐波，6 6次谐波的幅值次谐波的幅值电压差：电压差：相差相差3030两组三相桥经平衡电抗器以后输出电压的瞬时值为：两组三相桥经平衡电抗器以后输出电压的瞬时值为：或或整流电路电流连续的条件是整流电路电流连续的条件是 ：电压差在两个三相桥之间引起的环流最大值近似为电压差在两个