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1、3.6 大功率可控整流电路,带平衡电抗器的双反星形可控整流电路的特点：适用于低电压、大电流的场合 多重化整流电路的特点： 在采用相同器件时可达到更大的功率 可减少交流侧输入电流的谐波或提高功率因数，从而减小对供电电网的干扰。,3.6.1 带平衡电抗器的双反星形可控整流电路,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,带平衡电抗器的双反星形可控整流电路,电路结构的特点 变压器二次侧为两组匝数相同极性相反的绕阻，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
2、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。,绕组的极性相反的目的：消除直流磁通势 如何实现？ 如图可知，虽然两组相电流的瞬时值不同，但是平均电流相等而绕组的极性相反，所以直流安匝互相抵消。,双反星形电路， =0时两组整流电压、电流波形,接平衡电抗器的原因： 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
3、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。,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=0o 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有无平衡电抗器。 平衡电抗器的作用： 使得两组三相半波整流电路同时导电。 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。,由于平衡电抗器的作用使得两组三相半波整流电路同
4、时导电的原理分析： 平衡电抗器Lp承担了n1、n2间的电位差，它补偿了ub和ua的电动势差，使得ub和ua两相的晶闸管能同时导电。 时，ubua，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：,平衡电抗器作用下两个晶闸管同时导电的情况,原理分析(续)： 虽然 ，但由于Lp的平衡作用，使得晶闸管VT6和VT1同时导通。 时间推迟至ub与ua的交点时， ub = ua。 之后 ub ub ，电流才从VT6换至VT2。此时变成VT1、VT2同时导电。 每一组中的每一个晶闸管仍按三相半波的导电规律而各轮流导电。,平衡
5、电抗器作用下两个晶闸管同时导电的情况,由上述分析可得： 平衡电抗器中点作为整流电压输出的负端，其输出的整流电压瞬时值为两组三相半波整流电压瞬时值的平均值，见下式，波形如图a中红色粗线所示。,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, =30、 =60和 =90时输出电压的波形分析 需要分析各种控制角时的输出波形时，可先求出两组三相半波电路的ud1和ud2波形，然后根据式（2-98）做出波形( ud1+ud2 ) / 2。 双反星形电路的输出电压波形与三相半波电路比较，脉动程度减小了，脉动频率加大一倍，f=300Hz。 电感负载情况下，移相范围是90。 如果是电阻负载，移相范围为1
6、20。,当 =30、60、90时，双反星形电路的输出电压波形,整流电压平均值与三相半波整流电路的相等，为: Ud=1.17 U2 cos 将双反星形电路与三相桥式电路进行比较可得出以下结论： （1）三相桥为两组三相半波串联，而双反星形为两组三相半波并联，且后者需用平衡电抗器。 （2）当U2相等时，双反星形的Ud是三相桥的1/2，而Id是单相桥的2倍。 （3）两种电路中，晶闸管的导通及触发脉冲的分配关系一样，ud和id的波形形状一样。,3.6.2 多重化整流电路,整流装置功率进一步加大时，所产生的谐波、无功功率等对电网的干扰也随之加大，为减轻干扰，可采用多重化整流电路。 1. 移相多重联结,并联
7、多重联结的12脉波整流电路,有并联多重联结和串联多重联结，对于交流输入电流来说，二者效果相同。,不仅可减少输入电流谐波，也可减小输出电压中的谐波并提高纹波频率，因而可减小平波电抗器。,使用了平衡电抗器来平衡2组整流器的电流，其原理与双反星形电路中是一样的。,2个三相桥并联而成的12脉波整流电路。,移相30构成的串联2重联结电路,利用变压器二次绕组接法的不同，使两组三相交流电源间相 位错开30，从而使输出整流电压ud在每个交流电源周期中 脉动12次，故该电路为12脉波整流电路。,整流变压器二次绕组分别采用星形和三角形接法构成相位 相差30、大小相等的两组电压，接到相互串联的2组整流桥。,移相30
8、串联2重联结电路,移相30串联2重联结电路电流波形,iA基波幅值Im1和n次谐波幅值Imn分别如下： 即输入电流谐波次数为12k1，其幅值与次数成反比而降低。 该电路的其他特性如下： 直流输出电压 位移因数 cosj1=cosa （单桥时相同） 功率因数 l=n cosj1 =0.9886cosa,利用变压器二次绕阻接法的不同，互相错开20，可将三组桥构成串联3重联结电路： 整流变压器采用星形三角形组合无法移相20，需采用曲折接法。 整流电压ud在每个电源周期内脉动18次，故此电路为18脉波整流电路。 交流侧输入电流谐波更少，为18k1次（k=1, 2, 3），ud的脉动也更小。 输入位移因数
9、和功率因数分别为： cosj1=cosa =0.9949cosa,将整流变压器的二次绕组移相15，可构成串联4重联结电路 为24脉波整流电路 其交流侧输入电流谐波次为24k1，k=1，2，3。 输入位移因数功率因数分别为： cosj1=cosa =0.9971cosa 采用多重联结的方法并不能提高位移因数，但可使输入电流谐波大幅减小，从而也可以在一定程度上提高功率因数。,2. 多重联结电路的顺序控制 只对多重整流桥中一个桥的角进行控制，其余各桥的工作状态则根据需要输出的整流电压而定。 或者不工作而使该桥输出直流电压为零。 或者 =0而使该桥输出电压最大。 根据所需总直流输出电压从低到高的变化，
10、按顺序依次对各桥进行控制，因而被称为顺序控制。 并不能降低输入电流谐波。但是各组桥中只有一组在进行相位控制，其余各组或不工作，或位移因数为1，因此总功率因数得以提高。 我国电气机车的整流器大多为这种方式。,3重晶闸管整流桥顺序控制,当需要的输出电压达到三分之一最高电压时，第I组桥的 角为0。,需要输出电压为三分之二最高电压以上时，第I、II组桥的角固定为0，仅对第III组桥的角进行控制。,需要输出电压为三分之一到三分之二最高电压时，第I组桥的角固定为0，第III组桥的VT33和VT34维持导通，使其输出电压为零，仅对第II组桥的角进行控制。,当需要的输出电压低于三分之一最高电压时，只对第I组
11、桥的角进行控制，连续触发VT23、VT24、VT33、VT34使其 导通，这样第II、III组桥的输出电压就为零。,单相串联3重联结电路及顺序控制时的波形,从电流i的波形可以看出，虽然波形并未改善，但其基波分量比电压的滞后少，因而位移因数高，从而提高了总的功率因数。,3.7.1 逆变的概念,1. 什么是逆变？为什么要逆变？ 逆变（invertion）把直流电转变成交流电，整流的逆过程。 实例：1.电力机车下坡行驶，往往使直流电动机工作在发电制动状态，从而将机车的位能转变为电能反送到交流电网中去，这样既产生了制动转矩，又充分利用了位能。 2. 电机快速正反转的调速过程中，首先要使电机迅速制动，然
12、后再反向加速。制动时可使电机做发电机运行，将电机的动能变为直流电能，然后逆变为交流送回电网。 3. 高压直流输电时。,逆变电路把直流电逆变成交流电的电路 有源逆变电路交流侧和电网连结 应用：直流可逆调速系统、交流绕线转子异步电动机串级调速以及高压直流输电等 无源逆变电路变流电路的交流侧不与电网联接，而直接接到负载，将在第5章介绍 对于可控整流电路，满足一定条件就可工作于有源逆变，其电路形式未变，只是电路工作条件转变。既工作在整流状态又工作在逆变状态，称为变流电路。,2. 直流发电机电动机系统电能的流转,直流发电机电动机之间电能的流转 a）两电动势同极性EG EM b）两电动势同极性EM EG
13、c）两电动势反极性，形成短路,图b 回馈制动状态，M作发电运转，此时，EMEG，电流反向，从M流向G。故M输出电功率，G则吸收电功率，M轴上输入的机械能转变为电能反送给G。,图a M电动运转，EGEM，电流Id从G流向M，M吸收电功率。,逆变产生的条件 单相全波电路代替上述发电机,Ud可通过改变来进行调节，逆变状态时Ud为负值， 逆变时在 /2 间,从上述分析中，可以归纳出产生逆变的条件有二： （1）有直流电动势，其极性和晶闸管导通方向一致，其值大于变流器直流侧平均电压。 （2）晶闸管的控制角 /2，使Ud为负值。 半控桥或有续流二极管的电路，因其整流电压ud不能出现负值，也不允许直流侧出现负
14、极性的电动势，故不能实现有源逆变。欲实现有源逆变，只能采用全控电路。,逆变和整流的区别：控制角 不同 0 p /2时的控制角用p- = b表示，b 称为逆变角。 逆变角b和控制角a的计量方向相反，其大小自b =0的起始点向左方计量。,3.7.2 三相桥整流电路的有源逆变工作状态,两组变流器的反并联可逆线路,三相半波有环流接线,三相全控桥的无环流接线,三相桥式电路工作于有源逆变状态，不同逆变角时的输出电压波形及晶闸管两端电压波形如图所示。,三相桥式整流电路工作于有源逆变状态时的电压波形,有源逆变状态时各电量的计算： 输出直流电流的平均值亦可用整流的公式，即 直流电流有效值为： In为第n次谐波电
15、流有效值，Id为基波有效值。 每个晶闸管导通2p/3，同一组的三个晶闸管共同负担直流平均电流，故每个晶闸管的电流平均值为： 流过晶闸管的电流有效值为（忽略直流电流id的脉动）,变压器次级电流为宽度2/3的正、负矩形波，所以其平均值为零，即无直流分量。 有效值为：,从交流电源送到直流侧负载的有功功率为 Pd=R Id2+EMId 当逆变工作时，由于EM为负值，故Pd一般为负值，表示功率由直流电源输送到交流电源。 逆变电路的功率因数： 交流侧的视在功率为： 所以，功率因数为： 因为Pd0，所以cos0，表示电路处于逆变状态。,例：,已知三相桥式逆变装置： 假设直流电流连续，忽略纹波中 的其他谐波，
16、而只计六次谐波，六次谐波电压有效值为 0.17U2l。试计算直流电流平均值Id；有效值I；晶闸管 电流平均值IdT；有效值IVT；逆变装置的功率因数。,解：,（1）直流电流,直流平均电流为：,六次谐波电流有效值为：,直流电流有效值为：,（2）晶闸管电流,平均值：,有效值：,（3）直流侧有功功率,交流侧视在功率：,3.7.3 逆变失败与最小逆变角的限制,逆变失败（逆变颠覆）,逆变时，一旦换相失败，外接直流电源就会通过晶闸管电路短路，或使变流器的输出平均电压和直流电动势变成顺向串联，形成很大短路电流。,1. 逆变失败的原因,（1）触发电路工作不可靠，不能适时、准确地给各晶闸管分配脉冲，如脉冲丢失、脉冲延时等，致使晶闸管不能正常换相。 （2）晶闸管发生故障，该断时不断，或该通时不通。 （3）交流电源缺相或突然消失。 （4）换相的裕量角不足，引起换相失败。,换相重叠角的影响：,交流侧电抗对逆变换相过程的影响,如果b g 时（从图右下角的波形中可清楚地看到），该通的晶闸管（VT2
