电力电子第三章 三相可控整流电路

1三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路第三章：三相可控整流电路第一节第一节第二节第二节三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路返回交流侧由三相电源供电。交流侧由三相电源供电。负负载载容容量量较较大大，或或要要求求直直流流电电压压脉脉动动较较小小、容易滤波。容易滤波。最最基基本本的的是是三三相相半半波波可可控控整整流流电电路路，应应用用最广是三相桥式全控整流电路。最广是三相桥式全控整流电路。2三相电压介绍三相电压介绍ABCabc原边原边形接法形接法副边副边Y形接法形接法b ca三相电压波形三相电压波形wtu233-1三相半波可控整流电路电路的特点：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a、b、c三相电源，其阴极连接在一起共阴极接法。1)电阻负载电阻负载b)c)d)e)f)u2Riduaubuca=0Owt1wt2wt3uGOudOOuabuacOiVT1uVT1wtwtwtwtwta)4三相半波可控整流电路，对脉三相半波可控整流电路，对脉冲要求，一个周期需三个脉冲，冲要求，一个周期需三个脉冲，相邻脉冲间隔相邻脉冲间隔120。A AB BC C3-1：三相半波可控整流电路：三相半波可控整流电路abcVT1VT2VT3RdVT1、VT2、VT3共阴极接共阴极接法，阳极电位高者先导通法，阳极电位高者先导通自然换相点，自然换相点，定义为定义为=0结论：三相半波结论：三相半波距距 离坐标原点为离坐标原点为30演示演示阻性负载阻性负载5结论结论 30 时，负载端电压时，负载端电压波形是断续的波形是断续的dabcau0 tabcaud0 t0 30 时，负载端时，负载端电压波形是连续的电压波形是连续的6 演示演示三相半波可控整流电路波形 R7当a=0时，Ud最大，为 整流电压平均值的计算整流电压平均值的计算a30时，负载电流连续，有：a30时，负载电流断续，晶闸管导通角减小，此时有：8Ud/U2随a变化的规律如图曲线1所示。三相半波可控整流电路Ud/U2随a变化的关系1电阻负载2电感负载3电阻电感负载9负载电流平均值为 晶闸管承受的最大反向电压，为变压器二次线电压峰值，即晶闸管阳极与阴极间的最大正向电压等于变压器二次相电压的峰值，即10感性负载感性负载abcVT1VT2VT3RdLdVD演示演示11数量关系数量关系由于负载电流连续Ud/U2与 成余弦关系，如图2-15中的曲线2所示。如果负载中的电感量不是很大，Ud/U2与a的关系将介于曲线1和2之间，曲线3给出了这种情况的一个例子。1电阻负载2电感负载3电阻电感负载122.2.1三相半波可控整流电路变压器二次电流即晶闸管电流的有效值为晶闸管的额定电流为晶闸管最大正、反向电压峰值均为变压器二次线电压峰值三相半波的主要缺点在于其变压器二次电流中含有直流分量，为此其应用较少。（2-23）（2-24）（2-25）1314结论结论返回15共阳极电路分析演示演示163.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路共共 阴阴 极极 组组（VT1，VT3，VT5）共阳极组共阳极组（VT4，VT6，VT2）导通顺序：VT1VT2VT3VT4VT5VT6171）带电阻负载时的工作情况）带电阻负载时的工作情况波形图：波形图：=0 （图图37）=30 （图图310）=60 （图图312）当当 60 时时，ud波波形形均均连连续续，对对于于电电阻阻负负载载，id波波形形与与ud波波形形状一样，也连续形形状一样，也连续波形图：波形图：=90 （图图313）当当 60 时时，ud波波形形每每60 中中有有一一段段为为零零，ud波波形形不不能能出出现现负值负值带电阻负载时三相桥式全控整流电路带电阻负载时三相桥式全控整流电路a角的移相范围是角的移相范围是120 演示演示18晶闸管及输出整流电压的情况如表晶闸管及输出整流电压的情况如表31所示所示时时 段段IIIIIIIVVVI共阴极组中导通共阴极组中导通的晶闸管的晶闸管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共阳极组中导通共阳极组中导通的晶闸管的晶闸管VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流输出电压整流输出电压udua-ub=uabua-uc=uacub-uc=ubcub-ua=ubauc-ua=ucauc-ub=ucb 请参照图3719（2 2）对触发脉冲的要求：）对触发脉冲的要求：按按VTVT1 1-VT-VT2 2-VT-VT3 3-VT-VT4 4-VT-VT5 5-VT-VT6 6的的顺顺序序，相相位位依依次次差差6060。共共阴阴极极组组VTVT1 1、VTVT3 3、VTVT5 5的的脉脉冲冲依依次次差差120120，共共阳极组阳极组VTVT4 4、VTVT6 6、VTVT2 2也依次差也依次差120120。同同一一相相的的上上下下两两个个桥桥臂臂，即即VTVT1 1与与VTVT4 4，VTVT3 3与与VTVT6 6，VTVT5 5与与VTVT2 2，脉冲相差，脉冲相差180180。三相桥式全控整流电路的特点特点（1）2管同时通形成供电回路，其中管同时通形成供电回路，其中共阴极组和共阳极组各共阴极组和共阳极组各1，且不，且不能为同相器件。能为同相器件。20（3 3）u ud d一一周周期期脉脉动动6 6次次，每每次次脉脉动动的的波波形形都都一一样样，故故该该电路为电路为6 6脉波整流电路。脉波整流电路。（4 4）需保证同时导通的）需保证同时导通的2 2个晶闸管均有脉冲个晶闸管均有脉冲可采用两种方法：一种是可采用两种方法：一种是宽脉冲宽脉冲触发触发 一种是一种是双脉冲双脉冲触发（常用）触发（常用）(5(5）晶晶闸闸管管承承受受的的电电压压波波形形与与三三相相半半波波时时相相同同，晶晶闸闸管管承受最大正、反向电压的关系也相同。承受最大正、反向电压的关系也相同。三相桥式全控整流电路的特点特点21 60 时（时（=0 图图39；=30 图图311）ud波形连续，工作情况与带电阻负载时十分相似。波形连续，工作情况与带电阻负载时十分相似。各晶闸管的通断情况各晶闸管的通断情况 输出整流电压输出整流电压ud波形波形 晶闸管承受的电压波形晶闸管承受的电压波形2)阻感负载时的工作情况阻感负载时的工作情况主要主要包括包括 60 时（时（a=90图314）阻感负载时的工作情况与电阻负载时不同。阻感负载时的工作情况与电阻负载时不同。电阻负载时，电阻负载时，ud波形不会出现负的部分。波形不会出现负的部分。阻感负载时，阻感负载时，ud波形会出现负的部分。波形会出现负的部分。带带阻阻感感负负载载时时，三三相相桥桥式式全全控控整整流流电电路路的的 角角移移相相范围为范围为90 。区别在于：得到的负载电流区别在于：得到的负载电流id波形不同。波形不同。当电感足够大的时候当电感足够大的时候，id的波形可近似为一条水平线的波形可近似为一条水平线。演示演示223)定量分析定量分析当当整整流流输输出出电电压压连连续续时时（即即带带阻阻感感负负载载时时，或或带带电电阻阻负载负载 60 时）的平均值为：时）的平均值为：带电阻负载且带电阻负载且 60 时，整流电压平均值为：时，整流电压平均值为：输出电流平均值为：Id=Ud/R23当当整整流流变变压压器器为为星星形形接接法法，带带阻阻感感负负载载时时，变变压压器器二二次次侧电流有效值为：侧电流有效值为：晶闸管电压、电流等的定量分析与三相半波时一致。晶闸管电压、电流等的定量分析与三相半波时一致。接接反反电电势势阻阻感感负负载载时时，在在负负载载电电流流连连续续的的情情况况下下，电电路路工工作作情情况况与与电电感感性性负负载载时时相相似似，电电路路中中各各处处电电压压、电电流流波形均相同。波形均相同。仅在仅在计算计算Id时有所不同时有所不同，接反电势阻感负载时的，接反电势阻感负载时的Id为：为：式中式中R和和E分别分别为负载中的电阻值和反电动势的值。为负载中的电阻值和反电动势的值。24例例31三相桥式全控整流，u2=100V，L-R-E负载，R=2，E=20V，L极大。计算UdIdIdtIT？若直流侧最大电流300A，求晶闸管额定电流？25三相桥式半控整流电路三相桥式半控整流电路一、阻性负载：一、阻性负载：a=60a=60，负载端电压波形，负载端电压波形 连续连续 当当 6060时，负载端电压波形断续时，负载端电压波形断续 二、电感性负载：二、电感性负载：与单相半控桥式整流电路一样，桥内二极管有续流作用，与单相半控桥式整流电路一样，桥内二极管有续流作用，因此在带电感性负载时，输出波形与带电阻性负载时一样，不会因此在带电感性负载时，输出波形与带电阻性负载时一样，不会出现负电压。为避免失控现象，负载端要接续流二极管。出现负电压。为避免失控现象，负载端要接续流二极管。26控制角=30三相半控桥整流电路阻性负载27282930ud1a=30ud2uduabuacubcubaucaucbuabuacwtOwtOwtOwtOidiawt1uaubuc三相桥式全控整流阻感负载三相桥式全控整流阻感负载a=30 时的波形时的波形31ik=ib是逐渐增大的，是逐渐增大的，而而ia=Id-ik是逐渐减小的。是逐渐减小的。当当ik增大到等于增大到等于Id时，时，ia=0，VT1关关断断,换流过程结束。换流过程结束。3.3 变压器漏感对整流电路的影响变压器漏感对整流电路的影响考考虑虑包包括括变变压压器器漏漏感感在在内内的的交交流流侧侧电电感感的的影影响响，该该漏漏感感可用一个集中的电感可用一个集中的电感LB表示。表示。现以三相半波为例，然后将其结论推广。现以三相半波为例，然后将其结论推广。VT1换相至VT2的过程：因因a、b两相均有漏感，故两相均有漏感，故ia、ib均不能突变。于是均不能突变。于是VT1和和VT2同时导通，相当于将同时导通，相当于将a、b两相两相短路，在两相组成的回路中产短路，在两相组成的回路中产生环流生环流ik。udidwtOwtOgiciaibiciaIduaubuca波形演示波形演示32在在VT2触通使触通使VT1关断过程中，关断过程中，LB使使ib、ia不能突变：不能突变：VT1,2同时导通，同时导通，换流重叠：换流重叠：ia+ib=Id。环流环流 ik=ib，ia=Id-ib=Id-ik，ib凹升凹升，ia凸降凸降。udidwtOwtOgiciaibiciaIduaubuca33换流重叠期间，换流重叠期间，ud=(ua+ub)/2（算术平均值算术平均值），），面积损失使面积损失使Ud减小。减小。换相压降换相压降 Ud（平均值（平均值Ud的损失值）的损失值）：脉波数脉波数m=3，换流重叠角换流重叠角。Ud的计算通式的计算通式：m=2(单相全波单相全波),4(单相全桥单相全桥),3(三相半波三相半波),6(三相全桥）。三相全桥）。（m可视为器件数可视为器件数）34VT1VT1 VT2VT2VT3VT3VT4VT4RdRdLdLd2）带阻感负载的工作情况）带阻感负载的工作情况2OwtOwtOwtudidi2b)OwtOwtuVT1,4OwtOwtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,435换相重叠角g g的计算udidwtOwtOgiciaibiciaIduaubuca单相全桥单相全桥三相半波三相半波三相全桥三相全桥设阴影面积为设阴影面积为 S,角时在角时在1/m周期上的面积为周期上的面积为S，+角时的面积为角时的面积为S 。(m为脉波数）为脉波数）g g 随其它参数变化的规律：（1）Id越大则g g 越大；（2）XB越大g g 越大；（3）当 90 时，越小g g 越大。36 变压器漏抗对各种整流电路的影响变压器漏抗对各种整流电路的影响 电路形式单相全波单相全控桥三相半波三相全控桥m脉波整流电路 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。37例：例：三相桥式全控整流，阻感反电势负载，R=1，L极大