第三章相控整流

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1、相控整流第三章 相控整流电路1相控整流本章内容3.1 概述3.2 单相桥式全控整流电路3.3 单相桥式半控整流电路3.4 三相半波可控整流电路3.5 三相桥式全控整流电路3.6 三相桥式半控整流电路3.7 整流器交流侧电抗对整流电路的影响 2相控整流要求及重点 理解和掌握单相桥式、三相半波、三相桥式等 整流电路的电路结构、工作原理、波形分析、 电气性能、分析方法和参数计算。 重点：波形分析和基本电量计算的方法。 难点：不同负载对工况的影响和整流器交流侧 电抗对整流电路的影响3相控整流 3. 1 概 述3.1.1 整流电路的分类 不可控整流电路： 完全由不可控器件组成 整流输出平均电压大小和极性

2、不可变 全控整流电路： 完全由可控器件组成 整流输出平均电压大小和极性都可变 半控整流电路： 由不可控器件和可控器件组成 整流输出平均电压大小可调、极性不能改变4相控整流可控整流电路的分类 按电路结构分类 桥式电路（又称全波电路或双拍电路） 零式电路（又称半波电路或单拍电路） 按输出电压脉波数分类 单脉波电路 双脉波电路 三脉波电路 多脉波电路5相控整流可控整流电路的分类（续） 按控制方式分类 相控式电路 斩控式电路 按组成器件分类 全控型电路 半控型电路 按工作范围分类 单象限电路 多象限电路 按电网相数分类 单相电路 三相电路 多相电路6相控整流 3.1.2 可控整流电路的一般结构 主电路

3、: 交流电源：工频电网或整流变压器滤波器：为保证电流连续负载：阻性负载、阻感负载、反电势负载等 控制电路：模拟控制、数字控制、单片机、DSP7相控整流 整流电路在应用中应满足的基本技术要求 输出电压的可调范围大，脉动小； 交流电源功率因数高，谐波电流小 ； 器件导电时间尽可能长，承受正反向电压低； 变压器利用率高，尽量防止直流磁化 。 研究整流电路的理想条件 理想电力电子器件：正向导通时阻抗为零，断态时阻抗为无穷大； 理想电源：整流电路的交流输入电压为对称、无畸变的正弦波。 8相控整流 3. 2 单相桥式全控整流电路3.2.1 单相半波可控 整流电路 工作原理工作原理 波形分析波形分析9相控整

4、流基本分析方法 不同电路形式（断路、短路） 基本电路分析方法（KVL、KCL、i=U/R）SCR断态 （断路）SCR通态 （短路）关断 (iT0, ug0) SCR的两个状态（断态、通态、转换条件）10相控整流整流电路的基本概念 控制角 从晶闸管开始承受正向电 压到被触发导通这一角度 。 导通角 晶闸管在一个周期内导通 的电角度。 移相 改变控制角的大小，即 改变触发脉冲出现的相位 。 移相控制11相控整流整流电路的基本概念（续） 移相范围 控制角的允许调节范围。 同步 触发脉冲信号和晶闸管电 压（即电源电压）在频率 和相位上的协调配合关系 。 自然换相点 当电路中的可控元件全部 由不可控元件

5、代替时，各 元件的导电转换点。12相控整流3.2.2 单相桥式全控整流电路（电阻负载） 工作原理（正半周）工作原理（正半周）u u2 20 0：T T1 1、T T4 4承受正电压承受正电压 t t ：发发脉冲，脉冲，T T1 1T T4 4导通导通 t t ：i id d= 0 = 0，T T1 1T T4 4关断关断13相控整流单相全控桥电路（R负载）电量计算 输出平均电压 Ud 移相范围 0 180 输出平均电流 Id SCR平均电流 IdT = Id / 214相控整流 负载电压有效值 U 变压器副边绕组电流有效值 I2 流过晶闸管的电流有效值 功率因数 15相控整流3.2.3 单相桥

6、式全控整流电路（电感负载） 工作原理（正半周）工作原理（正半周） t t ：发发脉冲，脉冲，T T1 1T T4 4导通导通 t t ：i iT1T1= =i iT4T4= =I Id d，T T1 1T T4 4仍然仍然导通，导通，T T2 2T T3 3承受正电压承受正电压 t t ：T T2 2T T3 3导通，导通，T T1 1T T4 4关断关断16相控整流单相全控桥电路（L负载）电量计算 输出平均电压 Ud 移相范围 0 90 输出平均电流 Id17相控整流单相全控桥电路（L负载）电量计算（续） SCR平均电流 IdT = Id / 2 流过晶闸管的电流有效值 IT 变压器副边绕组

7、电流有效值 I 2 功率因数 18相控整流电流断续时特性分析 负载电流断续时整流电压、电流波形 电流断续时、的关系： 越大， 越小 越大， 越大（ tg = L / R )19相控整流单相全控桥（R、L、E负载） 工作原理工作原理u ud d 0 0，T T1 1T T4 4维持导通维持导通 t t ：T T2 2T T3 3导通，导通，T T1 1T T4 4关断关断 电量计算（电感型负载相同）电量计算（电感型负载相同）20相控整流3.3 单相桥式半控整流电路（L） 工作原理工作原理 波形分析波形分析21相控整流单相桥式半控整流（L）电量计算 Ud 、Id、 U 计算公式与全控桥（R）一样

8、流过变压器副边绕组的电流有效值 I2 流过SCR和整流管的电流平均值和有效值22相控整流 失 控 现 象 分 析 产生原因 突然将触发脉冲切断 将 角增大到 180 实质： 对晶闸管的工作失去控制作用 避免方法： 加续流二极管23相控整流带续流二极管的单相半控桥 工作原理工作原理 波形分析波形分析24相控整流 其它形式的单相桥式半控电路25相控整流反电势负载单相半控桥式整流电路 波形分析波形分析（ b b）电流连续时的电电流连续时的电 压电流波形压电流波形（ c c）电流断续时的电电流断续时的电 压电流波形压电流波形26相控整流 单相整流电路总结（分类、名称、负载、波形、特点、计算） 单相整流

9、电路的优、缺点 优点： 结构简单 对触发电路的要求较低 缺点： 输出直流电压脉动大 易造成电网负载不平衡27相控整流 整流电路的分析方法（一） 针对非标准情况 举例 整流电路的分析方法（二） 针对标准情况 举例28相控整流 整流电路的分析方法（二） 波形分析法： 根据电源电压 u2 和控制角 以及负载性质，作 出负载电压 ud 、负载电流 id 、和整流元件的 电压、电流波形图，从而导出基本电量的计算 公式及数量关系。 具体步骤： 1、绘出主电路原理图，标出元件序号和各电量 的参考方向； 2、画出相（线）电压波形图，确定自然换相点 ；29相控整流 整流电路的分析方法（续）3、根据控制角 在相应

10、位置上绘出触发脉冲，并标明相应序号； 4、根据可控整流电路的工作原理以及负载性质， 绘出负载电压ud、负载电流 id 、SCR电流 iT 等 波形； 5、根据波形图，导出基本电量的计算式； 6、对整流电路进行综合评价。例如：电路的优、缺点；电路的可控移相范围；负载电流是否连续；整流元件承受的最大正、反向电压值等。30相控整流 3. 4 三相半波可控整流电路 3. 4. 1 3. 4. 1 电阻负载（电阻负载（R R） 电路结构电路结构 共阴极接法共阴极接法 工作原理（工作原理（ 0 0 ） 自然换相点自然换相点 ( ( t t 30 30 处处) ) 波形分析正半周包络线波形分析正半周包络线3

11、1相控整流三相半波可控整流（R负载）（续） 30 30 的工作情况的工作情况 ua0 0 时，时，T1T1关断，输出电压、电流波形断续关断，输出电压、电流波形断续 移相范围为移相范围为0 0150 150 33相控整流三相半波可控整流（R）电量计算 0 0 30 30 30 30 150 150 34相控整流3. 4. 2 三相半波可控整流电路（L负载） 假设：假设：L=L= ，电流平直电流平直 工作原理（工作原理（ 3030 ） 波形分析（输出电压连续）波形分析（输出电压连续）35相控整流三相半波可控整流（L）电量计算 整流电压 Ud 整流电流 Id 变压器的相电流 I2 ，SCR的电流有效

12、值 IT36相控整流三相半波可控整流（L）电量计算 变压器副边容量变压器副边容量S S2 = 3U2I2 = 1.481.48Ud0Id = 1.48P1.48Pd0 变压器原边容量变压器原边容量S S1 = 3U1I1 = 3U2I1 = 1.21 P1.21 Pd0 (假设W1=W2） 变压器容量变压器容量37相控整流三相半波可控整流电路的优、缺点 优点： 输出电压脉动小 输出功率大 三相负载平衡 缺点 变压器利用率低 容易出现直流磁化现象 零线上通过较大的负载电流 38相控整流3. 5 三相桥式全控整流电路 结构：共阴极三相半波加共阳极三相半波39相控整流一、三相桥式全控整流电路（L）

13、工作原理工作原理 波形分析（波形分析（ = 0= 0 ） 自然换相点自然换相点 相电压相电压 t t 30 30 线电压线电压 t t 60 60 40相控整流 结构： 由两个（一个为共阴极，一个为共阳极）三相半波整流电路组成。 优点： 六脉波电路，输出电压脉动更小； 变压器绕组无直流磁势； 变压器绕组正负半周都工作，效率高。41相控整流三相桥式全控整流电路的触发要求 本组内SCR每隔 120换流一次；共阴极与共阳极组的换流点相隔 60 。 SCR的导通顺序：(6-1) (1-2) (2-3) (3-4) (4-5) (5-6) 自然换相点为相电压（或线电压）的交点。 必须使用双窄脉冲或宽脉冲

14、（见下页）。42相控整流三相桥式全控整流的触发要求（续）（a）变压器副边三相电压波形（b）宽脉冲触发（c）双窄脉冲触发43相控整流 三相桥式全控整流电路输出波形（L） = 30 = 30 = 60 = 60 = 90 = 90 = 120 = 120 44相控整流三相桥式全控整流（L）电量计算 整流电压 Ud 变压器的相电流 I245相控整流二、三相桥式全控整流电路（R） 工作原理工作原理 波形分析波形分析（a a） = 60 = 60 临界连续临界连续（b b） 60 60 120 120 输出电压、电流断输出电压、电流断续续46相控整流三相桥式全控整流（R）电量计算 整流电压 Ud 0 0 60 60 60