第二章 晶闸管相控整流电路

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1、第1页 第二章晶闸管相控整流电路 本章所要讲述的内容单相可控整流电路三相可控整流电路变压器漏感对整流电路的影响整流电路的谐波分析电力公害及其抑制措施本章重点单相桥式全控整流电路和三相桥式全控整流电路组成和工作原理 不同性质的负载下一些重要物理量的波形分析和数值计算 第2页 2 1概述 图2 1部分常用的整流电路 c d 除c d 外a e f g b f c d e g a b f c d e g 整流电路 第3页 不同性质的负载对于整流电路输出的电压电流波形有很大影响 负载的性质大致分为以下几种 p42 电阻性负载 如电阻加热炉 电解 电镀和电焊等 电感性负载 各种电机的励磁绕组 经电抗器滤

2、波的负载 电容性负载 整流输出端接大电容滤波的情况 反电势负载 整流装置输出供蓄电池充电或供直流电动机作电源时用 实际上属于单纯的某一种性质的负载是很少的 确定负载性质必须根据实际情况作具体分析 2 1概述 第4页 2 2单相可控整流电路 2 2 1单相桥式全控整流电路 p45 1 电阻负载 电路结构及其工作原理 u2 a D1 R D4 u2 b 第5页 2 2 1单相桥式全控整流电路 u2 b D3 R D2 u2 a 第6页 u2 a VT1 R VT4 u2 b 2 2 1单相桥式全控整流电路 第7页 u2 b VT3 R VT2 u2 a 2 2 1单相桥式全控整流电路 第8页 2

3、2 1单相桥式全控整流电路 转u2负半周 第9页 转晶闸管电压 2 2 1单相桥式全控整流电路 波形分析 第10页 转u2负半周 2 2 1单相桥式全控整流电路 第11页 转i2波形 波形分析 2 2 1单相桥式全控整流电路 第12页 转u2负半周 2 2 1单相桥式全控整流电路 第13页 波形分析 2 2 1单相桥式全控整流电路 第14页 控制角 从晶闸管开始承受正向阳极电压起到施加触发脉冲止的电角度 导通角 晶闸管在一个周期中处于通态的电角度 移相 改变 的大小 即改变触发脉冲出现的时刻 移相范围 输出电压平均值大于0所对应的 变化范围 换流 换相 电流从一对桥臂转换到另外一对桥臂 相控变

4、流装置 通过控制触发脉冲的相位来控制直流输出电压大小的方式称为相位控制方式 这样的变流装置简称相控变流装置 基本概念 2 2 1单相桥式全控整流电路 第15页 整流输出电压平均值Ud由上式可知 角的移相范围为00 1800 输出电流的平均值Id 2 2 1单相桥式全控整流电路 基本数量关系 第16页 流过晶闸管的电流平均值IdT 流过晶闸管的电流有效值IT 晶闸管承受的最大正向电压UFM 晶闸管承受的最大反向电压URM 2 2 1单相桥式全控整流电路 第17页 晶闸管的额定电压 晶闸管的额定电流 整流电路的功率因数 控制特性 第18页 A 电路结构及其工作原理B 波形分析 图2 6单相桥式全控

5、整流带电感性负载的电路及波形 p47 图2 4 2 2 1单相桥式全控整流电路 2 电感性负载 p47 第19页 C 基本数量关系 输出电压平均值Ud由上式可知 的移相范围为00 900 晶闸管导通角 与a无关 均为180 输出电流平均值Id 流过晶闸管的电流平均值IdT 流过晶闸管的电流有效值IT 2 2 1单相桥式全控整流电路 第20页 晶闸管承受的最大正向电压UFM 晶闸管承受的最大反向电压URM 晶闸管的额定电压UT AV 晶闸管的额定电流IT AV 整流电路的功率因数 2 2 1单相桥式全控整流电路 第21页 A 电路结构B 波形分析 图2 7单相桥式全控整流带反电势负载时的电路及波

6、形 p49 图2 6 2 2 1单相桥式全控整流电路 3 反电势负载 p49 第22页 C 与电阻负载时相比 晶闸管提前了电角度 停止导电 称为停止导电角D 负载为直流电动机时 如果出现电流断续 则电动机的机械特性将很软 为保证电流连续 在主电路中直流输出侧串联一个平波电抗器 所需的电感量L 2 2 1单相桥式全控整流电路 电流断续 电流连续 第23页 2 2 2单相桥式半控整流电路 电路结构单相全控桥中 每个导电回路中有2个晶闸管 1个晶闸管可以用二极管代替 从而简化整个电路 如此即成为单相桥式半控整流电路 半控电路与全控电路在电阻性负载时的工作情况相同 1 电阻性负载 第24页 2 电感性

7、负载 2 2 2单相桥式半控整流电路 在u2正半周 u2经VT1和VD4向负载供电 u2过零变负时 因电感作用电流不再流经变压器二次绕组 而是由VT1和VD2续流 在u2负半周触发角a时刻触发VT3 VT3导通 u2经VT3和VD2向负载供电 u2过零变正时 VD4导通 VD2关断 VT3和VD4续流 ud又为零 第25页 2 2 2单相桥式半控整流电路 图2 10单相桥式半控整流电路电感性负载带续流二极管时的电路 p49 图2 6 失控 问题及其解决方法 若无续流二极管 则当a突然增大至180 或触发脉冲丢失时 会发生一个晶闸管持续导通而两个二极管轮流导通的情况 这使ud成为正弦半波 其平均

8、值保持恒定 称为失控 解决方法 负载侧并联一个续流二极管VDR 续流过程由VDR完成 避免了失控的现象 续流期间导电回路中只有一个管压降 有利于降低损耗 第26页 输出电压平均值Ud 输出电流平均值Id 流过晶闸管和二极管的电流有效值 流过续流二极管的电流有效值 变压器二次绕组电流有效值 2 2 2单相桥式半控整流电路 基本数量关系 第27页 电路和波形分析 图2 11单相半波可控整流电路及波形 P43 图2 1 2 2 3单相半波可控整流电路 第28页 2 3三相可控整流电路 交流侧由三相电源供电 用于负载容量较大 或要求直流电压脉动较小的场合 不会引起电网三相间的不平衡 谐波得到有效控制

9、最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 第29页 2 3 1三相半波可控整流电路 1 电阻性负载 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u v w三相电源 其阴极连接在一起 共阴极接法 电路特点 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 将其作为计算各晶闸管触发角a的起点 即a 0 图2 12三相半波可控整流电路共阴极接法电阻负载时的电路及 00的波形 p52 图2 9 第30页 2 3 1三相半波可控整流电路 图2 12三相半波可控整流电路共阴极接法电阻负载时的电路及 00的波形 p52

10、图2 9 波形分析 00 变压器二次侧u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 第31页 波形分析 30o 图2 13 300的波形 p53 图2 10 2 3 1三相半波可控整流电路 特点 负载电流处于连续和断续之间的临界状态 第32页 波形分析 600 图2 14 600的波形 p53 图2 11 2 3 1三相半波可控整流电路 特点 负载电流断续 晶闸管导通角小于120 第33页 整流电压平均值Uda 300 负载电流连续b 300 负载电流断续 的移相范围 00 1500 负载电流平均值Id 2 3 1三相半波可控整流电路 基本数量关

11、系 第34页 晶闸管承受的最大反向电压URM 晶闸管承受的最大正向电压UFM 晶闸管的额定电压UT AV 晶闸管的额定电流IT AV 2 3 1三相半波可控整流电路 第35页 图2 15三相半波可控整流电路共阴极接法电感负载时的电路及 600的波形 2 3 1三相半波可控整流电路 2 电感性负载 p54 特点 阻感负载 L值很大 id波形基本平直 a 30 时 整流电压波形与电阻负载时相同 a 30 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

12、感负载时的移相范围为90 第36页 输出电压平均值Ud由上式 a的移相范围00 900 输出电流平均值Id I2即晶闸管电流的有效值IT 晶闸管电流的平均值IdT 2 3 1三相半波可控整流电路 基本数量关系 第37页 晶闸管最大正反向电压 晶闸管的额定电流 晶闸管的额定电压 三相整流电路的功率因数 2 3 1三相半波可控整流电路 第38页 图2 16三相桥式全控整流电路 p57 图2 15 2 3 2三相桥式全控整流电路 电感性负载 p56 共阴极组 阴极连接在一起的3个晶闸管 VT1 VT3 VT5 共阳极组 阳极连接在一起的3个晶闸管 VT4 VT6 VT2 导通顺序 VT1 VT2 V

13、T3 VT4 VT5 VT6 电路 第39页 工作原理1 2 3 2三相桥式全控整流电路 第40页 工作原理2 图2 17三相桥式全控整流电路工作原理 p57 图2 15 w u 2 u u u w u v w t 1 O t a 0 2 3 2三相桥式全控整流电路 第41页 工作原理3 图2 17三相桥式全控整流电路工作原理 p57 图2 15 w u 2 u u u w u v w t 1 O t a 0 2 3 2三相桥式全控整流电路 第42页 工作原理4 图2 17三相桥式全控整流电路工作原理 p57 图2 15 w u 2 u u u w u v w t 1 O t a 0 2 3

14、2三相桥式全控整流电路 第43页 工作原理5 图2 17三相桥式全控整流电路工作原理 p57 图2 15 w u 2 u u u w u v w t 1 O t a 0 2 3 2三相桥式全控整流电路 第44页 工作原理6 图2 17三相桥式全控整流电路工作原理 p57 图2 15 u u u 2 3 2三相桥式全控整流电路 第45页 2 3 2三相桥式全控整流电路 工作原理小结 表2 1晶闸管及输出整流电压的情况 第46页 三相桥式全控整流电路的特点 1 2管同时通形成供电回路 其中共阴极组和共阳极组各1 且不能为同1相器件 2 3 2三相桥式全控整流电路 工作原理小结 2 ud一周期脉动6

15、次 每次脉动的波形都一样 故该电路为6脉波整流电路 第47页 波形分析1 00 2 3 2三相桥式全控整流电路 w v u w w u 2 u 2L u d u uv u uw u vw u vu u wu u wv u uv u uw u u u w t 1 O t O t a 0 图2 18三相桥式全控整流电路电感性负载 00时的波形 p57 图2 16 ud波形 第48页 w w u uv u uw u uv u uw u vw u vu u wu u wv u uv u uw O t O t i T 1 u T 1 图2 18三相桥式全控整流电路电感性负载 00时的波形 p57 图2

16、16 波形分析1 00 2 3 2三相桥式全控整流电路 id w t O w v u w u 2 u u u w t 1 O t a 0 id iT1 uT1波形 第49页 w v u 波形分析2 300 w u 2 u u u w t 1 O t 2 3 2三相桥式全控整流电路 w t 图2 19三相桥式全控整流电路电感性负载 300时的波形 p57 图2 16 u d uuv uuw uvw uvu uwu uwv uuv uuw w t O id w t O iT1 w t O w t O ud id iT1波形 第50页 w v u 波形分析2 300 w u 2 u u u w t 1 O t 2 3 2三相桥式全控整流电路 w t 图2 19三相桥式全控整流电路电感性负载 300时的波形 p57 图2 16 uT1 uv uw vw vu wu wv uv uw w t O i2 w t O uT1 i2波形 iT1 iT4 第51页 图2 20三相桥式全控整流电路电感性负载 600时的波形 p58 图2 17 波形分析3 600 w v u w u 2 u u u w t