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1、电力电子技术 三相整流,课题五 中频感应加热电源,交流测由三相电源供电。 负载容量较大，或要求直流电压脉动较小、容易滤波。 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 。,二、整流主电路,1、三相半波可控整流电路,电路的特点： 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。 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 。,1)电阻负载,a),二极管换相：电流从一个二极管向另一个二极管转移。,uab,uac,自然换相点是晶闸管触发角的起点。,=0,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
2、各晶闸管触发角a的起点，即a =0。,三相半波不可控整流电路,1、三相半波可控整流电路,a =0时的工作原理分析,变压器二次侧a相绕组和晶闸管VT1的电流波形，变压器二次绕组电流有直流分量。 晶闸管的电压波形，由3段组成。,图6-14 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,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,电阻负载a=30时的波形,=300时三相半波可控整流电路,a=3
3、0时的波形 负载电流处于连续和断续之间的临界状态,uab,uac,a=30时的波形 负载电流处于连续和断续之间的临界状态,三相半波可控整流电路，电阻负载， a=60时的波形,=600时三相半波可控整流电路, 30时的波形 负载电流处于断续状态, =150时的波形 负载电压、电流为零,电阻负载a=60的情况 特点：负载电流断续，晶闸管导通角小于120 。,1、三相半波可控整流电路,当a=0时，Ud最大，为 。,整流电压平均值的计算,a30时，负载电流连续，有：,a30时，负载电流断续，晶闸管导通角减小，此时有：,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
4、线电压峰值，即,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，即,（2-20）,（2-21）,（2-22）,三相半波可控整流电路在电阻性负载时，控制角的移相范围是0150。,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，id波形基本平直。 a30时：整流电压波形与电阻负载时相同。 a30时（如a=60时的波形如图2-16所示）。 u2过零时，VT1不关断，直到VT2的脉冲到来，才换流，ud波形中出现负的部分。 id波形有一定的脉动，但为简化分析及定量计算，可将id近似为一条水平线。 阻感负载时的移相范围为90。,变压
5、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,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。,数量关系,例1：,在三相半波整流电路中，如果a相的触发脉冲消失，试绘出在电阻性负载和电感性负载下整流电压ud的波形。,举例,三相半波整流电路系统，电感性负载，已知电源电压U2=220V，负载电阻Rd=20欧，当= 600时，计算Ud、 Id并选择晶闸管。,共阳极的三相半波不可控整流电路,课题五 中频感应加热电源,把三只晶闸管的阳极联接在一起，而三个阴极分别接到三相交流电源，这种接法叫共阳极接法。 由于输出电压的波形在横
6、轴下面，即输出电压的平均值为：,共阳极的三相半波可控整流电路,大电感负载时共阳极三相半波可控整流输出电压平均值为：,课题五 中频感应加热电源,2三相桥式全控整流电路 （1）电阻性负载 1）电路组成 三相桥式全控整流电路实质上是一组共阴极半波可控整流电路与共阳极半波可控整流电路的串联，在上一节的内容中，共阴极半波可控整流电路实际上只利用电源变压器的正半周期，共阳极半波可控整流电路只利用电源变压器的负半周期，如果两种电路的负载电流一样大小，可以利用同一电源变压器。即两种电路串联便可以得到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（VT1，VT3，VT
7、5）,共阳极组阳极连接在一起的3个晶闸管（VT4，VT6，VT2）,三相桥式 全控整流电路原理图,导通顺序： VT1VT2 VT3 VT4 VT5VT6,课题五 中频感应加热电源,2）工作原理（以电阻性负载， 0分析） 在共阴极组的自然换相点分别触发VT1，VT3，VT5晶闸管，共阳极组的自然换相点分别触发VT2，VT4，VT6晶闸管，两组的自然换相点对应相差60，电路各自在本组内换流，即VT1 VT3 VT5 VT1,VT2 VT4 VT6 VT2，每个管子轮流导通120。由于中性线断开，要使电流流通，负载端有输出电压，必须在共阴极和共阳极组中各有一个晶闸管同时导通。,课题五 中频感应加热电
8、源,t1t2期间，u相电压最高，v相电压最低，在触发脉冲作用下，VT6、VT1管同时导通，电流从u相流出，经VT1负载 VT6流回v相，负载上得到u、v相线电压uuv。从t2开始，u相电压仍保持电位最高，VT1继续导通，但w相电压开始比v相更低，此时触发脉冲触发VT2导通，迫使VT6承受反压而关断，负载电流从VT6中换到VT2，以此类推在负载两端的波形。,2、三相桥式全控整流电路,1）带电阻负载时的工作情况,当a60时，ud波形均连续，对于电阻负载，id波形与ud波形形状一样，也连续 波形图： a =0 a =30 a =60 当a60时，ud波形每60中有一段为零，ud波形不能出现负值 波形
9、图： a =90 带电阻负载时三相桥式全控整流电路a角的移相范围是120,三相桥式全控整流电路带电阻负载 a=0时的波形,课题五 中频感应加热电源,导通晶闸管及负载电压如表1 表1,d2,d1,2.6 三相桥式全控整流电路,一、电阻负载（=00）,=300, =300时的工作情况 ： 1、晶闸管起始导通时刻推迟了30，组成ud的每 一段线电压因此推迟30 2、从t1开始把一周期等分为6段，ud波形仍由6段 线电压构成，每一段导通晶闸管的编号等仍符合 表2-1的规律 3、变压器二次侧电流ia波形的特点：在VT1处于 通态的120期间，ia为正，ia波形的形状与同时 段的ud波形相同，在VT4处于
10、通态的120期间， ia波形的形状也与同时段的ud波形相同，但为负 值。,=600,ud波形中每段线电压的波形继续后移，ud平均值继续降低。a=60时ud出现为零的点。,a =600,d1,d2,=900,小结 v 当a60时，ud波形均连续，对 于电阻负载，id波形与ud波形形状 一样，也连续； v 当a60时，ud波形每60中有一段 为零，ud波形不能出现负值； v 带电阻负载时三相桥式全控整流 电路a 角的移相范围是120,三相桥式全控整流电路带电阻负载a= 30 时的波形,三相桥式全控整流电路带电阻负载a= 60 时的波形,三相桥式全控整流电路带电阻负载a= 90 时的波形,课题五 中
11、频感应加热电源,3）三相桥式全控整流电路的特点 必须有两个晶闸管同时导通才可能形成供电回路，其中共阴极组和共阳极组各一个，且不能为同一相的器件。,对触发脉冲的要求： 按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，相位依次差600； 共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差1200，共阳极组VT4、VT6、VT2也依次差1200。 同一相的上下两个晶闸管，即VT1与VT4，VT3与VT6，VT5与VT2，脉冲相差1800。,课题五 中频感应加热电源,触发脉冲要有足够的宽度，通常采用单宽脉冲触发或采用双窄脉冲。但实际应用中，为了减少脉冲变压器的铁心损耗，大多采用双窄脉冲。 采用单宽脉冲
12、时，脉冲的宽度应该大于90，小于120。 采用双窄脉冲时，脉冲的宽度为25 - 30，脉冲的前沿相隔60。,课题五 中频感应加热电源,（2）电感性负载 1）电路工作原理 600时，ud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ud波形、晶闸管承受的电压波形等都一样。,课题五 中频感应加热电源,两种负载时的区别在于：由于负载不同，同样的整流输出电压加到负载上，得到的负载电流id波形不同。阻感负载时，由于电感的作用，使得负载电流波形变得平直，当电感足够大的时候，负载电流的波形可近似为一条水平线。 00和 300波形如图5-19和图5-20所示。,三相桥式全控整流电路
13、阻感负载,图1 三相桥式全控整流电路带阻感负载a =0时的波形,图2 三相桥式全控整流电路带阻感负载a =30时的波形,图3 三相桥式全控整流电路带阻感负载a =90时的波形,阻感负载时的工作情况 60时 ud波形连续，工作情况与带电阻负载时相似，各晶闸管的通断情况、输出整流电压ud波形、晶闸管承受的电压波形等都一样。, 60时 阻感负载时的工作情况与电阻负载时不同，电阻负载时ud波形不会出现负的部分，而阻感负载时，由于电感L的作用，ud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a 角移相范围为90,三相桥式全控整流电路 带阻感负载a= 0 时的波形,三相桥式全控整流电路带阻感负
14、载a= 30 时的波形,三相桥式全控整流电路 带阻感负载a= 90 时的波形,课题五 中频感应加热电源, 600时 阻感负载时的工作情况与电阻负载时不同，电阻负载时ud波形不会出现负的部分； 阻感负载时，由于电感L的作用，ud波形会出现负的部分， 900时波形如图521所示。可见，带阻感负载时，三相桥式全控整流电路的控制角移相范围为00900 。,课题五 中频感应加热电源,（3）基本的物理量计算 1）整流电路输出直流平均电压 当整流输出电压连续时（即带阻感负载时，或带电阻负载600时）的平均值为：,课题五 中频感应加热电源,2）输出电流平均值为 ：Id=Ud /R 3）当整流变压器为采用星形接
15、法，带阻感负载时，变压器二次侧电流波形如图所示，为正负半周各宽1200、前沿相差1800的矩形波，其有效值为：电阻负载且 600时，整流电压平均值为：,课题五 中频感应加热电源,变压器二次侧电流有效值 晶闸管电压、电流等的定量分析与三相半波时一 致。,举例,三相全控桥整流电路大电感负载，已知U2=220V，负载电阻为10欧，求控制角为300时，Ud、Id和晶闸管的型号。,课题五 中频感应加热电源,二、平波电抗器的及简易设计 平波电抗器的简易设计计算步骤 平波电抗器的主要参数是额定电流和电感量，电感量的计算依据为： 1）保证电流连续所需要的电感量。 2）限制电流脉动所需要电感量。 3）抑制环流所需要的电感量。 一般情况下，平波电抗器的计算程序如下：,课题五 中频感应加热电源,1）根据给定原始数据L和Id，计算Id2L； 2）根据选用的硅钢片的磁化曲线确定B0， 3）根据选用的导线的绝缘材料和冷却方式，选取电流密度。如选用自然冷却的铜导线，取j=250A/cm2， 4）按优化设计原则计算，要求可能的情况下，最小体积设计。 另外，还有相对气隙，匝数，磁场强度以及电感量等方面。具体
