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1、Fundamentals of Power Electronics Technology 电力电子技术基础 South China University of Technology 第三部分 电力电子变换电路 6 South China University of Technology 2.8 交流电源电路的电感效应 电力电子技术 第三部分 电力电子变换电路 电感效应 电力电子技术基础 v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 LB表示 v换流过程不能在瞬间完成，而存在 一个换流的过程 电力电子技术 第三部分 电力电子变换电路 交流侧电感对可控整流电路的影响 电力
2、电子技术基础 以三相半波为例 VT1换相至VT2的过程 ： 因a、b两相均有漏感 ，故ia、ib均不能突变 ，于是VT1和VT2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 ik。ik=ib是逐渐增大 的，而ia=Id-ik是逐渐 减小的。当ik增大到 等于Id时，ia=0，VT1 关断,换流过程结束。 电力电子技术 第三部分 电力电子变换电路 交流侧电感对可控整流电路的影响 电力电子技术基础 换相重叠角换相过程持续的时间，用电角度g表示 换相过程中，整流电压ud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，ud平均值降 低的多少
3、其中，m为一个周期中换流的次数 电力电子技术 第三部分 电力电子变换电路 交流侧电感对可控整流电路的影响 电力电子技术基础 换相重叠角g的计算 由上式得： 进而得出： 电力电子技术 第三部分 电力电子变换电路 交流侧电感对可控整流电路的影响 电力电子技术基础 当 时， ，于是 g 随其它参数变化的规律： （1） Id越大则g 越大； （2） XB越大g 越大； （3） 当90时， 越小g 越大。 电力电子技术 第三部分 电力电子变换电路 交流侧电感对可控整流电路的影响 电力电子技术基础 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 单相全控桥电路中，环 流ik是
4、从-Id变为Id。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 电力电子技术 第三部分 电力电子变换电路 交流侧电感对可控整流电路的影响 电力电子技术基础 变压器漏感对整流电路影响的一些结论 （1） 出现换相重叠角g ，整流输出电压平均值Ud降低。 （2） 整流电路的工作状态增多 （3） 晶闸管的di/dt 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di/dt。 （4） 换相时晶闸管电压出现缺口，产生正的du/dt，可 能使晶闸管误导通，为此必须加吸收电路。 （5） 换相使电网电压出现缺口，成为干扰源。 2.9 可控
5、整流供电的直流 电动机机械特性 电力电子技术 第三部分 电力电子变换电路 可控整流供电的直流电动机系统 电力电子技术基础 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，也是可控整流 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 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
6、的交流分量则全部降落在电抗 器上。由Id引起的压降有下列四部分：变压器的电阻压 ， 其中 为变压器的等效电阻，它包括变压器二次绕组本身的电 阻以及一次绕组电阻折算到二次侧的等效电阻；晶闸管本身的 管压降，它基本上是一恒值；电枢电阻压降 ；由重叠角 引起的电压降 。 此时，整流电路直流电压的平衡方程为 。 电力电子技术 第三部分 电力电子变换电路 电压平衡方程 电力电子技术基础 三相半波b=1 电力电子技术 第三部分 电力电子变换电路 电流连续/断绪 电力电子技术基础 不考虑电动机的电枢 电感时 只有晶闸管导通( 变压器二次侧相电 压瞬时值大于反电 动势）时才有电流 输出，此时负载电 流断续，对
7、整流电 路和电动机的工作 都不利，要尽量避 免 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 nCE eM j= e C D-=UIRUE dMS cos17 . 1 2 jj e d e C UIR C U n D+ -= S cos17.1 2 电力电子技术 第三部分 电力电子变换电路 电流连续时的机械特性 电力电子技术基础 直流电动机的反电动势为 为由电动机结构决定的电动势常数； j 为电动机磁场每对磁极下的磁通量，单位为（Wb）； n 为电动机的转速，单位为（r/min）。 根据整流电路电压平衡方程式，作出不同控制角时EM与Id的关系 转速与电流的机械特性关系式
8、为 对于三相半波可控整流电路 不同控制角时n与Id 的关系，如图所示。 可见其机械特性与由 直流发电机供电时的 机械特性是相似的， 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。 调节控制角，即可调 节电动机的转速。 同理，可列出三相桥式全控整流电路电动机负载时的 机械特性方程为 d ee I C R C U n jj S -= cos34.2 2 电力电子技术 第三部分 电力电子变换电路 电流连续时的机械特性 电力电子技术基础 由于整流电压是一个脉动的直流电压，当电动机的负 载减小时，平波电抗器中的电感储能减小，致使电流 不再连续，此时电动机的机械特性也就呈现出非线性 。 电流连
9、续时的理想空载反电动势（ =60,忽略 ） ： 实际当Id减小至某一定值Id min以后，电流变为断续， 这个 是不存在的，真正的理想空载点远大于此值： ，电动机的实际空载反电动势都是 当 以后，空载反电动势为 电力电子技术 第三部分 电力电子变换电路 电流断续时的机械特性 电力电子技术基础 电流断续时电动机 机械特性的特点： 电动机的理想空 载转速抬高 机械特性变软， 即负载电流变化 很小也可引起很 大的转速变化 随着a 的增加， 进入断续区的电 流值加大 电力电子技术 第三部分 电力电子变换电路 电流断续时的机械特性 电力电子技术基础 a 5 a4 a3 a2 a1 电流断续时电动机机械特
10、性可由下面三个式子准确地得出 式中， arctan ， ，L为回路总电感 。 jq jq j p jq p j ctan ctan M e e UE - - - -+-+ = 1 ) 6 sin() 6 sin( cos2 2 jq jq j p jq p j ctan ctan ee M e e C U C E n - - - -+-+ = = 1 ) 6 sin() 6 sin( cos2 2 2 ) 6 cos() 6 cos( cos2 23 2 2 n U C Z U I e d qq p p jp -+-+= R Lw j= 电力电子技术 第三部分 电力电子变换电路 电流断续时的机
11、械特性 电力电子技术基础 一般只要主电路电感足够大，可以只考虑电流连续段 ，完全按线性处理。当低速轻载时，断续作用显著， 可改用另一段较陡的特性来近似处理，其等效电阻比 实际的电阻R要大一个数量级。 整流电路为三相半波时，在最小负载电流为Id min时， 为保证电流连续所需的主回路电感量为 （mH） 对于三相桥式全控整流电路带电动机负载的系统，有 （mH） min 2 46.1 d I U L = min 2 693. 0 d I U L= 电力电子技术 第三部分 电力电子变换电路 电力电子技术基础 L中包括整流变压器的漏电感、电枢电感和平 波电抗器的电感。前者数值都较小，有时可忽 略。Idm
12、in一般取电动机额定电流的5%10%。 因为三相桥式全控整流电压的脉动频率比三相 半波的高一倍，因而所需平波电抗器的电感量 也可相应减小约一半，这也是三相桥式整流电 路的一大优点。 电力电子技术 第三部分 电力电子变换电路 电力电子技术基础 2.10 大功率可控整流 电力电子技术 第三部分 电力电子变换电路 大功率可控整流电路 电力电子技术基础 电解电镀等工业中应用： 低电压大电流（例如几十伏， 几千至几万安）可调直 流电源。 工业中需要大功率可控整流电路 ： 要求大电流并联使用 要求高电压 串联使用 减小谐波 电力电子技术 第三部分 电力电子变换电路 带平衡电抗器的双反星形可控整流电路 电力
13、电子技术基础 电力电子技术 第三部分 电力电子变换电路 不带平衡电抗器的情况 电力电子技术基础 双反星形电路中如不接平衡电抗器，即成为六相半波整 流电路： 只能有一个晶闸管导电，其余五管均阻断，每管最 大导通角为60o，平均电流为Id/6 当 时，Ud为1.35U2，比三相半波时的1.17U2略 大些 六相半波整流电路因晶闸管导电时间短，变压器利 用率低，极少采用 双反星形电路与六相半波电路的区别就在于有无平 衡电抗器，对平衡电抗器作用的理解是掌握双反星 形电路原理的关键 电力电子技术 第三部分 电力电子变换电路 电路结构与工作原理 电力电子技术基础 变压器二次侧为两组匝 数相同极性相反的绕阻
14、 ，分别接成两组三相半 波电路 变压器二次侧两绕组的 极性相反可消除铁芯的 直流磁化 设置电感量为Lp的平衡 电抗器是为保证两组三 相半波整流电路能同时 导电 与三相桥式电路相比， 在采用相同晶闸管的条 件下，双反星形电路的 输出电流可大一倍 触发信号按VT1-VT2-VT3-VT4- VT5-VT6的顺序，相位依次差60 电力电子技术 第三部分 电力电子变换电路 平衡电抗器的作用 电力电子技术基础 两个直流电源并联时，只有当电 压平均值和瞬时值均相等时，才 能使负载均流 双反星形电路中，两组整流电压 平均值相等，但瞬时值不等 两个星形的中点n1和n2间的电压 等于ud1和ud2之差。该电压加
15、在 Lp上，产生电流ip，它通过两组 星形自成回路，不流到负载中去 ，称为环流或平衡电流 考虑到ip后，每组三相半波承担 的电流分别为Id/2 ip。为了使两 组电流尽可能平均分配，一般使 Lp值足够大，以便限制环流在负 载额定电流的1%2%以内 平衡电抗器作用下输出电压的波 形和平衡电抗器上电压的波形 利用绕组的极性相反来消除 变压器中的直流磁通势 由于平衡电抗器的作用使得两组三相半波整流 电路同时导电（在波形图中的阴影部分）： 平衡电抗器Lp承担了n1、n2间的电位差，它补偿了 和 的电动势差，使得uv和uu两相的晶闸管能同时导电 时 比 电压高，VT6导通，此电流在流经LP时，LP 上要感应一电动势up，其方向是要阻止电流增大。可导 出Lp两端电压、整流输出电压的数学表达式如下： 电力电子技术 第三部分 电力电子变换电路 平衡电抗器的作用 电力电子技术基础 原理分析( =0时) 虽然 ，但由于Lp的平衡作用，使得晶闸管VT6 和VT1同时导通 时间推迟
