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1、第三章第三章 工频相控交直换流器工频相控交直换流器 电力电子技术原理与应用 20102010级硕士研究生课程级硕士研究生课程 1 现代电力电子技术原理与应用 二极管整流器与晶闸管换流器 第三章 工频相控交直换流器 二极管整流器电容器单元 晶闸管相控整流器 晶闸管相控逆变器（有源逆变） 晶闸管无源逆变器（负载换相或强制换相） 晶闸管交交换流器（周波变换器） 2 现代电力电子技术原理与应用 基本原理：单相半波不控整流 第三章 工频相控交直换流器 纯电阻负载：电路 3 现代电力电子技术原理与应用 第三章 工频相控交直换流器 基本原理：单相半波不控整流 第三章 工频相控交直换流器 纯电阻负载：波形 4
2、 现代电力电子技术原理与应用 基本原理：单相半波不控整流 第三章 工频相控交直换流器 阻感负载：电路 5 现代电力电子技术原理与应用 基本原理：单相半波不控整流 第三章 工频相控交直换流器 阻感负载：波形 6 现代电力电子技术原理与应用 电感反电势负载：电路 基本原理：单相半波不控整流 第三章 工频相控交直换流器 7 现代电力电子技术原理与应用 电感反电势负载：波形 基本原理：单相半波不控整流 第三章 工频相控交直换流器 8 现代电力电子技术原理与应用 单相桥式全波不控整流器 大电容滤波负载（极常用的电路）大电容滤波负载（极常用的电路） 第三章 工频相控交直换流器 9 现代电力电子技术原理与应
3、用 单相桥式全波不控整流器 大电容滤波负载，加平波电抗大电容滤波负载，加平波电抗 第三章 工频相控交直换流器 10 现代电力电子技术原理与应用 单相桥式全波不控整流器：电压、电流波形 第三章 工频相控交直换流器 11 现代电力电子技术原理与应用 单相桥式全波不控整流器 大电容滤波负载：等值电路大电容滤波负载：等值电路（电流间断时适用）（电流间断时适用） 第三章 工频相控交直换流器 12 现代电力电子技术原理与应用 单相桥式全波不控整流器 大电容滤波负载：波形大电容滤波负载：波形 第三章 工频相控交直换流器 13 现代电力电子技术原理与应用 单相桥式全波不控整流器 大电容滤波负载：输出伏安特性（
4、非线性）大电容滤波负载：输出伏安特性（非线性） 第三章 工频相控交直换流器 14 现代电力电子技术原理与应用 单相桥式全波不控整流器 大电容滤波负载：交流输入电流波形（含丰富谐波）大电容滤波负载：交流输入电流波形（含丰富谐波） 第三章 工频相控交直换流器 15 现代电力电子技术原理与应用 单相桥式全波不控整流器 交流电流分析：功率因数交流电流分析：功率因数 第三章 工频相控交直换流器 16 现代电力电子技术原理与应用 单相桥式全波不控整流器 交流电流分析：交流电流分析： L L s s 对输入电流波形的影响对输入电流波形的影响 第三章 工频相控交直换流器 17 现代电力电子技术原理与应用 单相
5、桥式全波不控整流器 交流电流分析：交流电流分析： L Ls s 对输入电流波形的影响对输入电流波形的影响 第三章 工频相控交直换流器 18 现代电力电子技术原理与应用 三相桥式不控整流器：电路 第三章 工频相控交直换流器 19 现代电力电子技术原理与应用 三相桥式不控整流器：直流输出波形 第三章 工频相控交直换流器 20 现代电力电子技术原理与应用 三相桥式不控整流器 等值电路等值电路 第三章 工频相控交直换流器 21 现代电力电子技术原理与应用 三相桥式不控整流器 第三章 工频相控交直换流器 电流间断 电流连续 等值电路等值电路 22 现代电力电子技术原理与应用 三相桥式不控整流器 直流侧电
6、流：连续与间断直流侧电流：连续与间断 第三章 工频相控交直换流器 23 现代电力电子技术原理与应用 三相桥式不控整流器 第三章 工频相控交直换流器 L Ld d 与功率因数与功率因数 24 现代电力电子技术原理与应用 单相半波可控整流器 第三章 工频相控交直换流器 纯电阻负载：波形纯电阻负载：波形 25 现代电力电子技术原理与应用 单相半波可控整流 第三章 工频相控交直换流器 阻感负载：波形阻感负载：波形 26 现代电力电子技术原理与应用 三相桥式可控整流 三相桥式可控整流器：电路图 第三章 工频相控交直换流器 27 现代电力电子技术原理与应用 第三章 工频相控交直换流器 三相桥式换流器(基本
7、换流器单元)的优点 晶闸管承受的电压峰值较低 换流变压器容量较小 换流变压器接线较简单 晶闸管的伏安容量较小 直流电压纹波较小 晶闸管的利用率高 变压器的利用率高 28 现代电力电子技术原理与应用 第三章 工频相控交直换流器 晶闸管导通条件 正向偏置 合适的触发信号 某一时刻两条件必须同时满足，与顺序无关某一时刻两条件必须同时满足，与顺序无关 29 现代电力电子技术原理与应用 第三章 工频相控交直换流器 晶闸管关断条件 通过的电流小于某一值 偏置电压为零或为负值并保持一段时间 晶闸管可靠关断后即使重新加正向偏置电压也不晶闸管可靠关断后即使重新加正向偏置电压也不 会导通，除非再加触发脉冲会导通，
8、除非再加触发脉冲 30 现代电力电子技术原理与应用 第三章 工频相控交直换流器 三相桥式换流器中重要的量 交流侧相电压： vA、 vB、 vC 晶闸管电压： vT1 vT6 vd = vP - vN：直流侧电压 Vd ：换流器直流输出电压 晶闸管电流： i1 i6 交流侧电流： iA、 iB、 iC 桥交流端对 “n”点电位 “P”、“N”点之间的电位差 T1 T6阳极阴极之间电压 vd 的平均值 31 现代电力电子技术原理与应用 第三章 工频相控交直换流器 交流侧电源线电压过零点 vAC 过零点vBA 过零点 vCB 过零点 vBA 过零点 vCB 过零点 计时起点 vAC 过零点 32 现
9、代电力电子技术原理与应用 第三章 工频相控交直换流器 三相桥式换流器中晶闸管的触发 触发T1前导通 33 现代电力电子技术原理与应用 第三章 工频相控交直换流器 触发滞后角a P1P3 34 现代电力电子技术原理与应用 第三章 工频相控交直换流器 触发滞后角与开通滞后角a 理想情况下，a1 a6 相等，记为a 触发滞后角：触发脉冲时刻 P 与 C 间的电角度 开通滞后角：晶闸管开通时刻 T 与 C 间的电角度 正常运行情况下： 开通滞后角 触发滞后角 35 现代电力电子技术原理与应用 第三章 工频相控交直换流器 三相可控整流器的直流电压（a 变化，u = 0） 36 现代电力电子技术原理与应用
10、 第三章 工频相控交直换流器 三相可控整流器的直流电压（a = 0，u = 0） 37 现代电力电子技术原理与应用 第三章 工频相控交直换流器 三相可控整流器的直流电压（a 0，u = 0） 38 现代电力电子技术原理与应用 第三章 工频相控交直换流器 三相可控整流器换相过程 换相前 39 现代电力电子技术原理与应用 第三章 工频相控交直换流器 三相可控整流器换相过程 换相中 40 现代电力电子技术原理与应用 第三章 工频相控交直换流器 三相可控整流器换相过程 换相后 41 现代电力电子技术原理与应用 第三章 工频相控交直换流器 三相可控整流器换相过程（局部电路） 换相前 42 现代电力电子技
11、术原理与应用 第三章 工频相控交直换流器 三相可控整流器换相过程（局部电路） 换相中 43 现代电力电子技术原理与应用 第三章 工频相控交直换流器 三相可控整流器换相过程（局部电路） 换相后 44 现代电力电子技术原理与应用 换相中 第三章 工频相控交直换流器 iA iC 整流器换相过程（T5 T1 ） 45 现代电力电子技术原理与应用 第三章 工频相控交直换流器 iC 整流器换相过程（T5 T1 ） 46 现代电力电子技术原理与应用 第三章 工频相控交直换流器 iA iC 整流器换相过程（T5 T1 ） 47 现代电力电子技术原理与应用 第三章 工频相控交直换流器 iC 整流器换相过程（T5
12、 T1 ） 48 现代电力电子技术原理与应用 第三章 工频相控交直换流器 整流器换相过程（T5 T1 ） 短路电流直流分量 短路电流强制分量 两相短路电压 换相开始换相结束 49 现代电力电子技术原理与应用 第三章 工频相控交直换流器 iu ：换相电流（两相短路电流） vAC ：换相电压（两相短路电压） Xs ：换相电抗 换相期间三晶闸管导通；非换相期间两晶闸 管导通 换相过程：六个电子开关轮流工作 50 现代电力电子技术原理与应用 第三章 工频相控交直换流器 换相重叠角u 换相过程所经历的电角度 2 - 3工况下小于 60 51 现代电力电子技术原理与应用 第三章 工频相控交直换流器 换相重
13、叠角u 其它参数不变的情况下： Id、VLL、 Xs 、 a u 52 现代电力电子技术原理与应用 第三章 工频相控交直换流器 换相重叠角u（a 变化时） 53 现代电力电子技术原理与应用 第三章 工频相控交直换流器 换相角对直流输出电压的影响 Au 54 现代电力电子技术原理与应用 第三章 工频相控交直换流器 整流器的换相压降（a 0，g 0） 等值换相电阻 55 现代电力电子技术原理与应用 第三章 工频相控交直换流器 整流器的直流电压（a 0，u 0） 等值换相电阻 56 现代电力电子技术原理与应用 第三章 工频相控交直换流器 整流器的等值电路 无相控理想空载电压 有相控理想空载电压 有相
14、控带载输出电压 等值换相电阻 57 现代电力电子技术原理与应用 第三章 工频相控交直换流器 整流器的直流电压（a 变化，u 0） 58 现代电力电子技术原理与应用 第三章 工频相控交直换流器 间断电流的影响 59 现代电力电子技术原理与应用 第三章 工频相控交直换流器 有源逆变工作方式 60 现代电力电子技术原理与应用 第三章 工频相控交直换流器 有源逆变器电压波形 （a 90） 61 现代电力电子技术原理与应用 第三章 工频相控交直换流器 有源逆变器直流输出电压波形 （a 90） 62 现代电力电子技术原理与应用 第三章 工频相控交直换流器 相控换流器直流输出电压波形 （整流逆变） 63 现
15、代电力电子技术原理与应用 第三章 工频相控交直换流器 逆变器的触发越前角b 与关断越前角g b ：晶闸管的触发时刻越前于相应的线电压过零 点的电角度， b 180- a g ：晶闸管关断时刻到相应的线电压过零点的电 角度，又称为熄弧角 64 现代电力电子技术原理与应用 第三章 工频相控交直换流器 逆变器的直流输出电压（反电压） 65 现代电力电子技术原理与应用 第三章 工频相控交直换流器 逆变器的直流电压（a 90，u 0） 将逆变器电压波形旋转180 g a ，u u 得到Vd 的负值 66 现代电力电子技术原理与应用 第三章 工频相控交直换流器 逆变器换相过程（T5 T1 ） iA 67 现代电力电子技术原理与应用 第三章 工频相控交直换流器 晶闸管电压波形（逆变器：T1） 68 现代电力电子技术原理与应用 第三章 工频相控交直换流器 逆变器的关断越前角与换相失败 g 不够大有可能导致换相失败 为保证逆变器正常运行，应使得 g g min g min 15（50Hz
