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1、1 电力电子技术电力电子技术 Power Electronics第二章第二章 可控整流电路可控整流电路2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单单相可控整流电路特点：相可控整流电路特点： 优点：元件少，电路简单优点：元件少，电路简单 缺点：缺点：U Ud d脉动较大，单相供电，仅适于小容量脉动较大，单相供电，仅适于小容量设备。设备。三相可控整流电路三相可控整流电路：三相半波三相半波（最基本）（最基本） 三相桥三相桥（最常用）（最常用） 带平衡电抗器双反星形带平衡电抗器双反星形（大电流）（大电流）等等 3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n三相半波可控整流电路
2、三相半波可控整流电路阻性负载阻性负载 感性负载感性负载4电路结构电路结构:1.变变压压器器二二次次侧侧接接成成星星形形得得到到零零线线，而而一一次次侧接成三角形避免侧接成三角形避免3次谐波流入电网次谐波流入电网;2.三三个个晶晶闸闸管管分分别别接接入入a、b、c三三相相电电源源，其其阴极连接在一起阴极连接在一起共阴极接法共阴极接法一一. .电阻性负载电阻性负载第二节第二节 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路(一一)波形波形1.控制角控制角=0( (相当于三个整流管情况相当于三个整流管情况相当于三个整流管情况相当于三个整流管情况) )此处实际电角此处实际电角度？度？第二节第二节 三相半波可
3、控整流电路三相半波可控整流电路一一. .电阻性负载电阻性负载6Ta导通时刻导通时刻(=0)n n在三相相电压正三相相电压正半周波形的交点半周波形的交点t t1 1处触发处触发n n最高电压为最高电压为a a相，相，所以所以a a相相SCRSCR导通导通t1t1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7Tb导通时刻导通时刻(=0)n在三相相电压正半周三相相电压正半周波形的交点波形的交点t t2 2处触发处触发n最高电压为最高电压为b b相，所相，所以以b b相相SCRSCR导通导通na a相承受相承受U Ua a-U-Ub bt2t2第二节第二节 三相半波可控整流电路三相半波可控整
4、流电路8Tc导通时刻导通时刻(=0)n n在三相相电压正三相相电压正半周波形的交点半周波形的交点t3t3处触发处触发n n最高电压为最高电压为c c相，相，所以所以c c相相SCRSCR导通导通n na a相承受相承受Ua-UcUa-Uct3t3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9n n在共阴极电路中在共阴极电路中, , 相电压最高则导通相电压最高则导通, ,其余其余两相上的整流管承受反压而截止两相上的整流管承受反压而截止n nu ud d波形为三相相电压的包络线，每相序每管波形为三相相电压的包络线，每相序每管依次导通依次导通120120度。度。n n二极管二极管换相相时刻
5、刻（三相相电压正半周波形的交点三相相电压正半周波形的交点tt1 1 tt2 2 tt3 3 ）为自然自然换相点相点，是各相晶，是各相晶闸管管能触能触发导通的最早通的最早时刻，将其作刻，将其作为计算各晶算各晶闸管管触触发角角a a的起点，即的起点，即a a =0=0 工作工作小结小结第二节第二节 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路一一. .电阻性负载电阻性负载10三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路阻性负载阻性负载控制角控制角控制角控制角 0 0 3030 3030 150150感性负载感性负载第二节第二节 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路11(一一)波形波形2.控制角控制角=
6、30o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一一. .电阻性负载电阻性负载12Ta导通时刻导通时刻(=30)n n在换相角等于在换相角等于3030度时度时TaTa触发导通触发导通n nA A相电流为相电流为idid，其，其余为零余为零n n当其电压变为零当其电压变为零时，正好触发时，正好触发B B相相从触发导通到电压从触发导通到电压过零之间的电过零之间的电角度？角度？相邻的两次触发之相邻的两次触发之间的电角度？间的电角度？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13Tb导通时刻导通时刻(=30)n nTbTb在换相角等于在换相角等于3030度时触发导通，度时触发导
7、通，a a相承受相承受Ua-UbUa-Ubn nB B相电流为相电流为idid，其，其余为零余为零第二节第二节 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路14Tc导通时刻导通时刻(=30)n nTcTc在换相角等于在换相角等于3030度时触发导通，度时触发导通，a a相相承受承受Ua-UcUa-Ucn nC C相电流为相电流为idid，其余，其余为零为零第二节第二节 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路15n n 相晶闸管的电压波形，相晶闸管的电压波形，相晶闸管的电压波形，相晶闸管的电压波形，由由由由3 3 3 3段组成：段组成：段组成：段组成： 0 0 0 0，u u u uabababa
8、b，u u u uac ac ac ac ，最大电压为线电压，最大电压为线电压，最大电压为线电压，最大电压为线电压峰值峰值峰值峰值(1.414U(1.414U(1.414U(1.414UL L L L) ) ) )。n n增增增增大大大大值值值值，输输输输出出出出整整整整流流流流波波波波形形形形后后后后移移移移，每每每每管管管管依依依依次次次次导导导导通通通通120120120120度；度；度；度；n n=30=30=30=30 时，负载电流处时，负载电流处时，负载电流处时，负载电流处于连续和于连续和于连续和于连续和断续之间的临界状态断续之间的临界状态断续之间的临界状态断续之间的临界状态30时
9、工作小结第二节第二节 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路16三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路阻性负载阻性负载控制角控制角控制角控制角 0 0 3030 3030 150150感性负载感性负载感性负载下三相半波整流电路感性负载下三相半波整流电路17(一一)波形波形1.控制角控制角301502. 以以60为例例第二节 三相半波可控整流电路一.电阻性负载18Ta导通时刻导通时刻(60)n nTaTaTaTa导通在换相角等于导通在换相角等于导通在换相角等于导通在换相角等于60606060度时触发导通度时触发导通度时触发导通度时触发导通n n当其电压变为零时，当其电压变为零时，当其电压变为
10、零时，当其电压变为零时，TaTaTaTa自然关闭自然关闭自然关闭自然关闭n nA A A A相电流为相电流为相电流为相电流为idididid，其余为，其余为，其余为，其余为零零零零第二节第二节 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路19Tb导通时刻导通时刻(60)n nTbTbTbTb在在在在换换换换相相相相角角角角等等等等于于于于60606060度度度度时时时时触触触触发发发发导导导导通通通通，a a a a相相相相承承承承受受受受Ua-Ua-Ua-Ua-UbUbUbUbn n当当当当TbTbTbTb电电电电压压压压变变变变为为为为零零零零时时时时， TbTbTbTb自自自自然然然然关关关
11、关闭闭闭闭, , , ,此此此此时时时时a a a a相相相相晶晶晶晶闸闸闸闸管承受电压管承受电压管承受电压管承受电压uauauauan nB B B B相电流为相电流为相电流为相电流为idididid，其余为零，其余为零，其余为零，其余为零第二节第二节 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路20Tc导通通时刻刻(60)n nTcTcTcTc在在在在换换换换相相相相角角角角等等等等于于于于60606060度度度度时时时时触触触触发导通，发导通，发导通，发导通，a a a a相承受相承受相承受相承受Ua-UcUa-UcUa-UcUa-Ucn n当当当当TcTcTcTc电电电电压压压压变变变变为
12、为为为零零零零时时时时， TcTcTcTc自自自自然然然然关关关关闭闭闭闭, , , ,此此此此时时时时a a a a相相相相承承承承受受受受电电电电压为压为压为压为uauauauan nc c c c相电流为相电流为相电流为相电流为idididid，其余为零，其余为零，其余为零，其余为零第二节第二节 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路21负载电流断流断续晶晶闸管管导通角小于通角小于120120 晶晶闸管的电压波形闸管的电压波形由由6 6段组成段组成0 0，ua,ua,u uabab，ua,ua,u uacac，uaua, , 30 150时工作小工作小结第二节第二节 三相半波可控整流电
13、路三相半波可控整流电路22导通角与电流连续关系导通角与电流连续关系n n30时，输出电压ud和id波形出现断续，各相晶闸管导通小于120一一. .电阻性负载电阻性负载第二节第二节 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路波形分析小结波形分析小结23 SCR SCR承受的最大电压承受的最大电压 线电压峰值线电压峰值 移相范围移相范围 150150 最大的称相范围最大的称相范围是多少？是多少？一一. .电阻性负载电阻性负载波形分析小结波形分析小结第二节 三相半波可控整流电路24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，负载电流连续第二节 三相半波可控整流电路一一
14、. .电阻性负载电阻性负载(二二)基本数量关系基本数量关系25整流电压平均值的计算整流电压平均值的计算a30时，负载电流断续，晶闸管导通角减小，此时有：当a=150时，Ud等于零，也说明最大移相角只能是150 第二节 三相半波可控整流电路一一. .电阻性负载电阻性负载(二二)基本数量关系基本数量关系26控制特性控制特性第二节第二节 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路一一. .电阻性负载电阻性负载(二二)基本数量关系基本数量关系27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一一. .电阻性负载电阻性负载(二二)基本数量关系基本数量关系 负载电流平均值负载电流平均值 晶闸管电流平
15、均值 轮流导通，所以平均值为负载的三分之一28晶闸管电压额定值计算晶闸管电压额定值计算 晶闸管承受的最大反向电压晶闸管阳极与阴极间的最大正向电压第二节第二节 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路为变压器二次线电压峰值等于变压器二次相电压的峰值29n n晶闸管电流有效值n n当当 3030 时时n n当当3030 150150 时时n n当当 =150=150 时时晶闸管电流额定值计算晶闸管电流额定值计算第二节第二节 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路= =变压器次绕组电流有效值变压器次绕组电流有效值变压器次绕组电流有效值变压器次绕组电流有效值30电流量关系图电流量关系图第二节第二节
16、三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路31三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路阻性负载阻性负载感性负载感性负载第二节第二节 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路32设设L足够大，足够大，id连续连续导通角：导通角：导通角：导通角：120120度度度度二、电感性负载二、电感性负载第二节第二节 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路33（一）波形（一）波形na30时：整流电压波形与电阻负载时相同。n n导通角：导通角：导通角：导通角： 120120度度度度n nSCRSCR承受最大电压：承受最大电压：承受最大电压：承受最大电压：线线线线电压峰值电压峰值电压峰值电压峰值二、电感性负载二、
17、电感性负载第二节第二节 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路34Ta导通时刻导通时刻n nTaTaTaTa导通在换相角等于导通在换相角等于导通在换相角等于导通在换相角等于60606060度时触发导通度时触发导通度时触发导通度时触发导通n n当其电压变为零时，当其电压变为零时，当其电压变为零时，当其电压变为零时，TaTaTaTa继续导通继续导通继续导通继续导通n nA A A A相电流为相电流为相电流为相电流为idididid，其余为，其余为，其余为，其余为零零零零第二节第二节 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路35Tb导通时刻导通时刻n nTbTbTbTb在换相角等于在换相角等于在换
18、相角等于在换相角等于60606060度度度度时触发导通，时触发导通，时触发导通，时触发导通，a a a a相承相承相承相承受受受受Ua-UbUa-UbUa-UbUa-Ubn n当当当当TbTbTbTb电压变为零后，电压变为零后，电压变为零后，电压变为零后，TbTbTbTb继续导通，继续导通，继续导通，继续导通，a a a a相承相承相承相承受受受受Ua-UbUa-UbUa-UbUa-Ubn nB B B B相电流为相电流为相电流为相电流为idididid，其余，其余，其余，其余为零为零为零为零第二节第二节 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路36Tc导通时刻导通时刻n nTcTcTcTc在
19、在在在换换换换相相相相角角角角等等等等于于于于60606060度度度度时时时时触触触触发发发发导导导导通通通通，a a a a相相相相承受承受承受承受Ua-UcUa-UcUa-UcUa-Ucn n当当当当TcTcTcTc电电电电压压压压变变变变为为为为零零零零后后后后，TcTcTcTc继继继继续续续续导导导导通通通通，a a a a相相相相承承承承受受受受Ua-UcUa-UcUa-UcUa-Ucn nc c c c相电流为相电流为相电流为相电流为idididid，其余，其余，其余，其余为零为零为零为零第二节第二节 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路37当a=0时，Ud最大，为 当a=90
20、时，Ud为零所以移相范围内90整流电压平均值的计算整流电压平均值的计算在电流连续条件下，晶闸管导通120时，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(二二)基本数量关系基本数量关系二、电感性负载二、电感性负载38控制特性控制特性 Ud/U2与a成余弦关系三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路Ud/U2随随a变化的关系变化的关系1电阻负载电阻负载2电感负载电感负载第二节第二节 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路39晶闸管电流额值计算晶闸管电流额值计算变压器二次电流即晶闸管电流的有效值为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二、电感性负载二、电感性负载第二节第
21、二节 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路40晶闸管电压额值计算晶闸管电压额值计算晶闸管最大正、反向电压峰值均为变压器二次线电压峰值第二节第二节 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路41（三）电感量较小时（三）电感量较小时 L较小或较小或较大时，电感储能少，不能保持电感电流连续，电流出现断续。移相范围超出移相范围超出90度，极限情况移相角可度，极限情况移相角可为为150度时，此时度时，此时Ud为零为零第二节 三相半波可控整流电路二、电感性负载二、电感性负载42（三）电感量较小时（三）电感量较小时 Ud/U2与与关系曲线图2-11终止于150度第二节 三相半波可控整流电路二、电感性负载二
22、、电感性负载43第二节 三相半波可控整流电路三、整流变压器容量三、整流变压器容量44整流变压器容量与整流功率整流变压器容量与整流功率n n整流功率Pd=UdId，即整流器给负载提供的功率n n变压器容量S，变压器的容量原副边一般不等，取其平均值n n变压器传递交流分量，将次级电流的交流分量提取即可得原边电流第二节第二节 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路45n n副边电流波形副边电流波形n n副边电流的交流副边电流的交流分量分量n n原边电流的计算原边电流的计算整流变压器容量与整流功率整流变压器容量与整流功率第二节 三相半波可控整流电路46n n变压器次级容量变压器次级容量n n变压器初
23、级容量变压器初级容量n n变压器容量变压器容量整流变压器容量与整流功率整流变压器容量与整流功率第二节第二节 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路47四、三相半波共阳极可控整流电路第二节 三相半波可控整流电路48三个三个三个三个SCRSCR的的的的阳极相连阳极相连阳极相连阳极相连-输出电压的负端输出电压的负端输出电压的负端输出电压的负端零线零线零线零线- -输出电压的正端输出电压的正端输出电压的正端输出电压的正端相电压最低的相电压最低的相电压最低的相电压最低的SCRSCR触发导触发导触发导触发导通通通通以以以以a=30a=30为例说明为例说明为例说明为例说明第二节 三相半波可控整流电路四、三
24、相半波共阳极可控整流电路49Tc导通时刻导通时刻n n在三相电压负半三相电压负半周波形的交点后周波形的交点后角处触发角处触发C C相相n n最低电压为最低电压为c c相，相，所以所以c c相相SCRSCR导通导通第二节第二节 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路50Ta导通时刻导通时刻n n在三相相电压负三相相电压负半周波形的交点半周波形的交点后后角处触发角处触发n n最低电压为最低电压为a a相，相，所以所以a a相相SCRSCR导通导通第二节第二节 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路51Tb导通时刻导通时刻n n在三相相电压负三相相电压负半周波形的交点半周波形的交点后后角处触发角
25、处触发n n最低电压为最低电压为b b相，相，所以所以b b相相SCRSCR导通导通第二节第二节 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路52三个三个SCR的的阳极相连阳极相连-输出电压的负端输出电压的负端零线零线-输出电压的正端输出电压的正端只在相电压为负时触发导通只在相电压为负时触发导通最低相触发导通最低相触发导通自然换相点：自然换相点：三相负半波的交点三相负半波的交点U Ud=-1.17U=-1.17U2 2 coscos(大电感负大电感负大电感负大电感负载载载载) ) ) )四、三相半波共阳极可控整流电路第二节 三相半波可控整流电路53n三相半波可控整流电路的特点与总结第二节 三相半波
26、可控整流电路54三相半波可控整流电路特点 电路简单：电路简单： SCRSCR元件少，接线简单，只需三套触发电路元件少，接线简单，只需三套触发电路，控制较容易。，控制较容易。 变压器利用率低变压器利用率低 变压器每绕组只有三分之一周期流过电流，变压器每绕组只有三分之一周期流过电流，存在直流磁势（直流偏磁），须加大变压器存在直流磁势（直流偏磁），须加大变压器铁心的截面积（为避免铁心饱和），故该电铁心的截面积（为避免铁心饱和），故该电路一般用于中小容量的设备上。路一般用于中小容量的设备上。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55三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，
27、为此其应用较少第二节第二节 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路56工作特性 SCR SCR承受的最大电压：承受的最大电压： 线电压峰值线电压峰值 移相范围移相范围：150150 ，9090（大电感负载）（大电感负载） 共阴极电路：共阴极电路：只在相电压为正时触发导通只在相电压为正时触发导通自然换相点：三相正半波的交点自然换相点：三相正半波的交点 共阳极电路：共阳极电路：只在相电压为负时触发导通只在相电压为负时触发导通自然换相点：三相负半波的交点自然换相点：三相负半波的交点 电流连续时：电流连续时：Ud=1.17U2cos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57作业：作业
28、：2-9 2-9 ， 2-102-1058习习 题题n n例例例例1 1（题（题（题（题2-92-9）：在三相半波可控整流电路中，如果触）：在三相半波可控整流电路中，如果触）：在三相半波可控整流电路中，如果触）：在三相半波可控整流电路中，如果触发脉冲出现在自然换相点之前，会出现什么现象？电发脉冲出现在自然换相点之前，会出现什么现象？电发脉冲出现在自然换相点之前，会出现什么现象？电发脉冲出现在自然换相点之前，会出现什么现象？电路能否正常换相？试画出电阻性负载和电感性负载时路能否正常换相？试画出电阻性负载和电感性负载时路能否正常换相？试画出电阻性负载和电感性负载时路能否正常换相？试画出电阻性负载和
29、电感性负载时的的的的u ud d的波形的波形的波形的波形例：例： 图为图为三相半波可控整流电路，三相半波可控整流电路，负载为大电感负载为大电感性，已知性，已知U2=200VU2=200V，R=10R=10，=60=60， 负载端接负载端接续流二极管续流二极管D D，画出，画出i id d,u,ud d,i,iT T及及i iD D波形，并计算输出波形，并计算输出电压电流平均值电压电流平均值U Ud d、I Id d、电感、电感L L电压平均值电压平均值U UL L及及晶闸晶闸管和管和续流二极管续流二极管D D电流有效值电流有效值I IT T和和I ID D D D 60波形分析波形分析 61计算输出电压电流平均值计算输出电压电流平均值UdUd、IdId、电感、电感L L电压平均值电压平均值U UL L及及晶闸管和晶闸管和续流二极管续流二极管D D电流有效值电流有效值I IT T和和I ID D；62三相相电压和线电压关系三相相电压和线电压关系
