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1、课题二直流调速装置直流调速装置是电力电子技术应用中较为典型的一种装置，本课题通过对与直流调速装置相关的知识：单相桥式全控整流电路、单相桥式半控整流电路、有源逆变电路以 及可关断晶闸管等内容介绍和分析。使学生能够理解这些电路的工作原理，掌握分析电 路的方法。一、本课题学习目标与要求1 会分析单相桥式可控整流电路（电阻性、电感性负载）输出电压Ud、电流id和晶闸管两端电压Ut的波形。2 .熟悉续流二极管的作用和在半控桥电路种的电感性负载的自然续流和失控现象。3 能计算单相桥式可控整流电路（电阻性、电感性负载）下晶闸管可能承受的最大 电压与流过晶闸管的电流有效值，正确选择晶闸管。4 .掌握逆变的概念
2、和产生逆变的条件。5 .掌握逆变失败的原因和逆变角的确定。6 掌握可关断晶闸管的结构、外形及符号；可关断晶闸管的工作原理以及驱动保护 电路。7 .会分析晶闸管直流调速装置的工作原理。二、主要概念提示及难点释疑1单相桥式全控整流电路1 ）电路使用了四个晶闸管，触发电路需发出在相位上相差180。的两组触发脉冲。2）电阻性负载时，在电源电压正负半周内，两组晶闸管VT1、VT4和VT2、VT3轮流导通向负载供电，使得输出电压波形为单相半波电路输出电压波形的两倍。单相全控桥式整流电路带电阻性负载电路参数的计算： 输出电压平均值的计算公式：1 厂1 COSUd .2U2sin td（ t） 0.9U2-
3、负载电流平均值的计算公式:UdRdU 2 1 cos0.9丄Rd2 .输出电压的有效值的计算公式：fiz 2 nU . C 2U2sin t)2d( t) U2Jsin2 .负载电流有效值的计算公式：流过每只晶闸管的电流的平均值的计算公式:dT12IdU 2 1 cos0.45 2-Rd 2 流过每只晶闸管的电流的有效值的计算公式：,n八吻2.+宀/ +、 U211. oIt 厅(可sin t) d( t)瓦7sin2 .晶闸管可能承受的最大电压为：1.23)电感性负载时，如电感足够大,U TM 2U 2输出电压波形出现负值。aV 90时，电流连续,Ud=00.9U2；a 90 时，电流断续，
4、Ud0。4)单相全控桥式整流电路带电感性负载电路参数的计算: 输出电压平均值的计算公式：U d 0.9U 2 cos 负载电流平均值的计算公式：UdRd0.9 cosRd 流过一只晶闸管的电流的平均值和有效值的计算公式:1I dTI d21It 2Id晶闸管可能承受的最大电压为：Utm 2U22 单相桥式半控整流电路1）电路是用两只二极管代替了单相桥式全控整流电路种的两只晶闸管，只能用于整流而不能用于逆变。2）大电感负载时存在自然续流和失控现象3）单相全控桥式整流电路带电阻性负载电路参数的计算: 输出电压平均值的计算公式:Ud屈2埒的移相范围是0 180 。 负载电流平均值的计算公式:IdUd
5、 0 9U2 1 cosRdRd .流过一只晶闸管和整流二极管的电流的平均值和有效值的计算公式:I dTI丄|I dDI d2It1一 21 晶闸管可能承受的最大电压为:U TM4）加了续流二极管后，单相全控桥式整流电路带电感性负载电路参数的计算如下: 输出电压平均值的计算公式：1 cosUd 0.9U22的移相范围是0 180 。 负载电流平均值的计算公式：U dU 2 1 cosId 0.9 亠RdRd2 .流过一只晶闸管和整流二极管的电流的平均值和有效值的计算公式:1 dT 1 dD2 Id .流过续流二极管的电流的平均值和有效值分别为:1 DRI d Td 晶闸管可能承受的最大电压为:
6、U TM3 .有源逆变1 ）产生逆变的条件 变流装置的直流侧必须外接电压极性与晶闸管导通方向一致的直流电源，且其值稍大于变流装置直流侧的平均电压。 变流装置必须工作在v 90 （即 90）区间，使其输出直流电压极性与整流状态时相反，才能将直流功率逆变为交流功率送至交流电网。2）逆变和整流的关系同一晶闸管变流装置， 当0v v 90时工作在整流状态， 当90vv 180同时存在一个适当的外接直流电源，则工作在逆变状态。整流和逆变、交流和直流是通过 晶闸管变流器联系在一起，在一定条件下可以转化。因而逆变电路的工作原理、参数计 算、分析方法等都和整流电路密切相关。三、学习方法1波形分析法： 读者要学
7、会利用波形分析来分析桥式整流电路工作原理。2分析计算法： 电路中各电量的计算要通过工作原理分析来推导。3 对比法： 将单相桥式全控桥和半控桥电路波形和工作原理对比分析。4理论联系实际法： 将理论波形和实际波形联系起来，对照分析。5讨论分析法： 读者要学习与他人讨论分析问题，并了解其他读者的学习方法和学 习收获，提高学习效率。四、典型题解析例 2 1 单相桥式全控整流电路中， 若有一只晶闸管因过电流而烧成短路， 结果会怎 样？若这只晶闸管烧成断路，结果又会怎样？解： 若有一晶闸管因为过流而烧成断路，则单相桥式全控整流电路变成单相半波可 控整流电路。如果这只晶闸管被烧成短路，会引起其他晶闸管因对电
8、源短路而烧毁，严 重时使输入变压器因过流而损坏。例 2 2 单相桥式全控整流电路带大电感负载时， 它与单相桥式半控整流电路中的续 流二极管的作用是否相同？为什么？解： 作用不同。全控整流电路电感性负载时，其输出电压波形出现负值，使输出电 压平均值降低，因此，负载两端接上续流二极管后，输出电压波形中不再有负值，可以 提高输出平均电压，以满足负载的需要。半控桥电路电感性负载时，由于本身的自然续流作用，即使不接续流二极管，其输 出电压波形也不会出现负值。但是一旦触发脉冲丢失，会使晶闸管失控。因此仍要再负 载两端街上续流二极管，防止失控。例2 3单相桥式全控整流电路，大电感负载，交流侧电流有效值为22
9、0V，负载电阻Rd为4 Q,计算当 60时，直流输出电压平均值 Ud、输出电流的平均值Id ；若在负载两端并接续流二极管，其Ud、Id又是多少？此时流过晶闸管和续流二极管的电流平均值和有效值又是多少？画出上述两种情形下的电压电流波形。解：不接续流二极管时，由于是大电感负载，故Ud 0.9U 2cos 0.9 220 cos60 99VIdUdRd99A 24.8A4接续流二极管时1 cosUd 0.9U20.9 2205148.5VIdUdRd148.5A437.1AI dT厂1d180 6037.112.4AIt2 IdI dVDFI-21.4A12.4AI VD图2- 1例2-4波形图3止
10、不接续流二极管时波形如图 2 1 (a)所示；接续流二极管时波形如图2 1 (b)所 示。30A例2 4单相桥半控整流电路，对直流电动机供电，加有电感量足够大的平波电抗器 和续流二极管，变压器二次侧电压 220V，若控制角 60，且此时负载电流Id 计算晶闸管、整流二极管和续流二极管的电流平均值及有效值，以及变压器的二次侧电 流1 2、容量s。整流输出电流的波解：由于平波电抗器的电感量足够大，所以可视为大电感负载, 形为以水平直线。60时，晶闸管的平均电流为1 dT厂1d180 60360整流二极管的电流平均值与晶闸管的电流平均值相等3010AI dD I dT 10A晶闸管电流有效值为It2
11、 Id180 6036030A17.3A整流二极管和晶闸管的电流有效值为IT17.3 A续流二极管的电流平均值为1 dVD Id型3018010AI VD.6030 18017.3A变压器的二次侧电流为Id180 6018030A24.5A电源容量为S I2U224.5 220 5390W例2 6图2-2 (a)为具有中点二极管的单相半控桥式整流电路。(1) 绘出 45时输出电压波形;(2) 推导出输出电压 Ud的计算公式;(3) 求出的Ud最大值和最小值。图2 2例2 6图解：(1)设在0期间，VT1、VT2未触发导通，电路在正半周,VD3和VD2导通；输出电压Ud U2 ;在 n期间，由于
12、 VT1因触发而导通，VD3承受反压而关断，VD2继续导通, 则输出电压Ud 2U2。期间，VT1承受反压而关断,VD3和VD1导通，输出电压Ud2n期间，VT2因触发而导通,VD1继续导通，VD3因反压而截止，则输出电压Ud2U2。输出电压波形如图 2 2 (b)所示。Ud -2U2 sin td(3)2 2U2sin td() U2(3 cos )(2) 04暑U d U d maxU 2(3 )当 0时，当 =n时，例2 7图2 3 (a)所示，晶闸管的 为60,试画出晶闸管承受的电压波形,整流管和续流二极管每周期各导电多少度？并计算晶闸管、整流二极管以及续流二极管的电流平均值和有效值。
13、已知电源电压是220V，负载是电感性负载，电阻为5 Qo例2 7图(b)解艸盘=旳口时晶啊骨导逋侑整流一极您的导jifi角輪匱二扱管的亍通角口乙 1严=口& 5V ld = JA = 2&. 7A山=彳7 = 24. ii A/TfAvr-=l5.SA人= 17. 1AAnjiAv) F爲=9/X汕=鲁人=17+ 1人例2 8直流电动机负载单相全控桥整流电路中，串接平波电抗器的意义是什么解：由单相全控桥整流电路输出的电压波形是脉动的缺角正弦波，当增大时，输出电压、电流脉冲加剧，电流的交流分量增大。对直流电动机来说，过大的交流分量将 导致电动机的换向恶化、铁损增加，使电动机过热。又因为电流使脉动
14、的例2-9在单相桥式全控整流电路中，若U2 = 220V, E= 100V , R = 2 ,当3= 30时，能否实现有源逆变？为什么？画出这时的电压电流波形。解：Ud 0.9U2cos 0.9 220 cos30 171.4VE = 100V，所以无法实现有源逆变。波形如图2 4所示。图2 4例2 9波形图例2 10单相全控桥式整流电路，当 90时，若直流侧直流电动机取走，而代之以一个电阻，晶闸管的导通角还能达到180吗？晶闸管的输出电压平均值还能出现负值吗？解：不能。因为实现有源逆变不可缺少的条件时必须具有对晶闸管时正向的直流电源，当用电阻取代电动机后，在=90时，输出电压接近零，而 90时，输出电压平均值保持零，电流出现断续，不可能使电压平均
