ac-dc变换电路part-b

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1、1,第三章 整流电路 Part-B,第七节 单相桥式整流电路仿真,第六节 整流电路的谐波和功率因数,第五节 变压器漏感对整流电路的影响,第四节 带平衡电抗器的双反星形可控整流电路,2,第四节 带平衡电抗器的双反星形可控整流电路,3,在电解电镀等工业中，常常使用低电压大电流（例如几十伏，几千至几万安）可调直流电源。 如果采用三相桥式可控整流电路，则由于过大的负载电流需要将多个元件并联，这就使元件的均流和保护问题复杂化，而且这样大的负载电流每个通路都要经过二个导通元件，压降损耗大，整流装置效率低。 如果采用两组三相半波可控整流电路并联，使每组电路只承担负载电流之半，同时对变压器次级绕组采用合适的连

2、接方式，以消除三相半波可控整流电路的直流磁化，则可以满足低电压大电流的负载要求 此时，一般不使用三相半波电路。常常使用双反星形可控整流电路（两组共阴极的三相半波并联构成）。,4,一、电路组成与基本特点,带平衡电抗器的双反星形电路如图337所示。电路中电源变压器初级接成三角形，两组次级绕组都接成三相星形，组成两组三相半波可控整流电路，在两个中点之间，接有平衡电抗器Lp。 图3-37 带平衡电抗器的双反星形可控整流电路,5,电路的特点和各个SCR触发顺序： 变压器二次侧每相有两个匝数相同、极性相反（同名端相反）的绕组。分别构成a,b,c和a,b,c两组。 电路中设置了平衡电抗器Lp来保证两组三相半

3、波电路能同时导电，因此与三相桥式相比，输出电流可大一倍； 每相的触发脉冲，从第一个正自然换相点开始计算起，分别为1,3,5和2,4,6。这样，在不同的时刻导通的SCR分别为6,1、1,2、2,3、3,4、4,5、5,6、6,1。 实际上，通过每个时刻的等效电路，同学们可以发现和分析变压器漏感作用时的电路十分类似，输出电压Ud的瞬时电压为导通两相电压瞬时值的平均值。平衡电抗器类似于变压器漏感。,6,图3-37 带平衡电抗器的双反星形可控整流电路,图3-38 六相半波可控整流电路的波形,7,两个直流电源并联时，只有当输出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

4、相等，但瞬时值不等； Lp是均流的根本措施； 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，它通过两组星形电路自成回路，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可以均流为Id/2 ip （平均值为Id）。否则由于平衡电抗器的作用会使得感应电压不一致，而重新平衡。电感作用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。,图3-38 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,二、平衡电抗器LP的作用,8,在任一瞬间，六相绕组中只有相电压最高的那一相晶闸管可以触发导通

5、，其余晶闸管均承受反向电压而关断。 每个元件最大导通角是60的，每管平均电流是Id/6。输出整流电压为六相半被电压波形的包络线，其平均值为1.35U2。 这种电路晶闸管导电角小，变压器利用率低，并末达到并联目的，故一般很少采用。 为了克服上述缺点，将二个次级绕组中点用平衡电抗器连接。,9,图3-39 平衡电抗器作用下两个晶闸管同时导电的情况,10,粗红线为Ud 红点为a,b,c的自然换相点 蓝点为a,b,c的自然换相点,11,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

6、时导电； t1时Ub比Ua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： (3-43),12,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 ，UP=0； 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120o。,13,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

7、电流为Id/6； 当 0 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。,14, =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， = 90时,输出电压波形正

8、负面积相等，Ud=0，移相范围是90； 如果是电阻负载，则ud波形不应出现负值，仅保留波形中正的部分。同样可以得出，当 =120时，Ud=0，因而电阻负载要求的移相范围为120。,三、定量计算,15,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。,图3-41 当 =30、

9、60、90时，双反星形电路的输出电压波形,16,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，双反星形电路的整流输出平均电压Ud是三相桥的1/2，而Id与三相桥式电路相比，在采用相同的晶闸管的条件下，双反星形电路的输出电流可大一倍。 （3）两种电路中，晶闸管的导通及触发脉冲的分配关系一样，整流输出电压Ud和负载电流Id的波形形状一样。,17,补充：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

10、多重联结 有并联多重联结和串联多重联结； 2个三相桥并联而成的12脉波整流电路； 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； 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。,并联多重联结的12脉波整流电路,18,并联多重联结的12脉波整流电路,19,利用变压器二次绕组接法的不同，一个接成三角形，一个接成星形。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； 为了是两组整流桥的输出电压相等，要求两组交流电源的线电压相等，因此三角形接法的变压器二次绕组线电压应等

11、于星形绕组相电压的1.732倍。 同样，两组交流电源的相位依次差300，瞬时值不等，需要在两组桥之间加入平衡电抗器LP。 输出电压，仍然和双反星形整流电路一样：,20,第五节 变压器漏感对整流电路的影响,一,二,三,四,工作原理,换相压降,换相重叠角,变压器漏感对 整流电路影响,21,1 整流电路的换相压降,前面的分析，认为晶闸管的换流(Commutation between thyristors)都是瞬时完成 实际上电源也存在内阻抗，主要是变压器漏感(Transformer leakage inductance)及线路的杂散电感 (Stray inductances) 考虑这些因素对整流电路

12、的影响时，换流过程不能瞬间完成；,22,VT1换相至VT2的过程分析，如图：,因a、b两相均有漏感,故ia、ib均不能突变，ia、ib。于是VT1和VT2同时导通；,图3-42 考虑变压器漏感时的 三相半波可控整流电路及波形,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,如图3-42。 以三相半波为例介绍。,1 整流电路的换相压降,23,VT1换相至VT2的过程分析，如图：,由于VT1和VT2同时导通； 相当于将a、b两相经2LB短路，两相间电压差为ub ua ，在两相组成的回路中产生环流 ik ； ik=ib：0 Id 逐渐增大 ia=Id-ik：Id0逐渐减小

13、 当ikId时，ia=0，VT1彻底关断,换流过程结束。,图3-42 考虑变压器漏感时的 三相半波可控整流电路及波形,24,前面分析整流电路时，均来考虑包括变压器漏感在内的交流侧电感的影响，认为换相是瞬时完成的。 但实际上变压器绕组总有漏感，该漏感可用一个集中的电感表示，并将其折算到变压器二次侧。 由于电感对电流的变化起阻碍作用，电感电流不能突变，因此换相过程不能瞬间完成，而是会持续一段时间。,25,一、工作原理,变压器漏感(也称为漏抗)在内的交流侧电感，可用一个集中的电感LB表示。 在许多情况下，LB不能忽略，负载电流为水平线 ，它使得电流换相过程不能瞬时完成。 以三相半波电路为例： VT1

14、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。,图3-42 、43考虑变压器漏感时的 三相半波可控整流电路及波形,26,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。,图3-42

15、 、43考虑变压器漏感时的 三相半波可控整流电路及波形,27,换相重叠角换相过程持续的时间，用电角度表示 换相过程中，整流输出电压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。这导致ud的波形出现一个明显的缺口。同时各相的电流也不是突变的。,28,在换相期间，整流输出电压瞬时值为,（3-46）,二、换相压降,29,换相压降Ud与不考虑变压器漏感时相比，ud平均值降低的多少。 换相压降相当于阴影部分的面积的平均值，它使得输出的整流电压下降。 计算：阴影面积除以SCR导通的时间。以三相半波为例： （3-45）,二、换相压降,式中XB相当于漏感为LB的变压器每相折算到二次侧的漏抗，可根据变压

16、器的铭牌数据求出。,30,换相重叠角的计算（以0，即自然换相点做为时间坐标的零点） 由上式得： 进而得出：,三、换相重叠角,Ik的通式,31,当 时， ，于是 可见， 随其它参数变化的规律： （1） Id越大则 越大； （2） XB越大 越大； （3） 当 90时， 越小 越大。,32,表2-2 各种整流电路换相压降和换相重叠角的计算 注：单相全控桥电路中，环流ik是从-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。,四、变压器漏感对整流电路影响,33,四、变压器漏感对整流电路影响,1) 出现换相重叠角 ，整流输出电压平均值Ud降低。 2) 整流电路的工作状态增多