《第三章相控整流电路课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第三章相控整流电路课件（112页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第章第章 相控整流电路相控整流电路3.1 3.1 引引 言言按组成的器件可分为不可控（二极管）、半控按组成的器件可分为不可控（二极管）、半控按组成的器件可分为不可控（二极管）、半控按组成的器件可分为不可控（二极管）、半控（SCR)SCR)、全控全控全控全控( (全控器件）三种；全控器件）三种；全控器件）三种；全控器件）三种；按电路结构可分为桥式电路和半波电路；按电路结构可分为桥式电路和半波电路；按电路结构可分为桥式电路和半波电路；按电路结构可分为桥式电路和半波电路；按交流输入相数分为单相电路和三相电路。按交流输入相数分为单相电路和三相电路。按交流输入相数分为单相电路和三相电路。按交流输入相数分
2、为单相电路和三相电路。整流电路是出现最早的电力电子电路，电整流电路是出现最早的电力电子电路，电整流电路是出现最早的电力电子电路，电整流电路是出现最早的电力电子电路，电路的功能是将交流电变为直流电。整流电路分路的功能是将交流电变为直流电。整流电路分路的功能是将交流电变为直流电。整流电路分路的功能是将交流电变为直流电。整流电路分类如下：类如下：类如下：类如下：各种典型整流电路的电路结构、工作原理、波各种典型整流电路的电路结构、工作原理、波各种典型整流电路的电路结构、工作原理、波各种典型整流电路的电路结构、工作原理、波形分析、基本数量关系及计算形分析、基本数量关系及计算形分析、基本数量关系及计算形分
3、析、基本数量关系及计算、负载性质的影响；负载性质的影响；负载性质的影响；负载性质的影响；变压器漏抗对整流电路的影响；变压器漏抗对整流电路的影响；变压器漏抗对整流电路的影响；变压器漏抗对整流电路的影响；有源逆变电源分析有源逆变电源分析有源逆变电源分析有源逆变电源分析 整流电路的谐波和功率因数分析；整流电路的谐波和功率因数分析；整流电路的谐波和功率因数分析；整流电路的谐波和功率因数分析；大功率场合的整流电路；大功率场合的整流电路；大功率场合的整流电路；大功率场合的整流电路；需掌握的内容：需掌握的内容：3.2 3.2 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路 图图3-1 单相半波可控整流电路及波形单
4、相半波可控整流电路及波形1. 1. 1. 1. 带电阻负载的工作情况带电阻负载的工作情况带电阻负载的工作情况带电阻负载的工作情况变压器变压器变压器变压器T T T T起变换电压和隔离起变换电压和隔离起变换电压和隔离起变换电压和隔离的作用；的作用；的作用；的作用；电阻负载的特点：电压与电阻负载的特点：电压与电阻负载的特点：电压与电阻负载的特点：电压与电流成正比，两者波形相同电流成正比，两者波形相同电流成正比，两者波形相同电流成正比，两者波形相同。晶闸管采用电网换相方式晶闸管采用电网换相方式晶闸管采用电网换相方式晶闸管采用电网换相方式为分析电路方便，首先假设以下几点：为分析电路方便，首先假设以下几
5、点： (1) (1) 开关元件是理想的开关元件是理想的，即开关元件，即开关元件( (晶闸管晶闸管) )导通时，通态压降为零，关断时电阻为无穷大；导通时，通态压降为零，关断时电阻为无穷大；并且开关瞬间完成并且开关瞬间完成; ; (2) (2) 变压器是理想的变压器是理想的，即变压器漏抗为零，绕，即变压器漏抗为零，绕组的电阻为零、励磁电流为零。组的电阻为零、励磁电流为零。（1 1）在）在U U2 2的正半周，的正半周，VTVT承受正向电压，承受正向电压，0 0t1t1期间，期间，无触发脉冲，无触发脉冲，VTVT处于正向阻断状态，处于正向阻断状态，U UVTVTU U2 2，U Ud d=0;=0;
6、（2 2） t1t1以后，以后，VTVT由于触发脉冲由于触发脉冲U UG G的作用而导通，则的作用而导通，则U Ud d=U=U2 2, U, UVTVT=0,Id=U=0,Id=U2 2/R/R，一直到一直到时刻；时刻；（3 3） 22期间，期间，U U2 2反向，反向，VTVT由于承受反向电压而由于承受反向电压而关断关断,U,UVTVT=U=U2 2,U,Ud d=0=0。以后不断重复以上过程。以后不断重复以上过程。特点：特点：为单拍电路，易出现变压器直流磁化，应用较为单拍电路，易出现变压器直流磁化，应用较少。少。工作过程和特点：工作过程和特点：若干概念：若干概念：单拍电路：单拍电路：指变
7、压器副边在工作过程中只流过一指变压器副边在工作过程中只流过一个方向的电流，此时变压器有直流磁化现象；个方向的电流，此时变压器有直流磁化现象；双拍电路：双拍电路：指变压器副边在工作过程中流过正反指变压器副边在工作过程中流过正反双向电流；双向电流；“半波半波”整流：整流：u ud d为脉动直流，波形只在为脉动直流，波形只在u u2 2正半周正半周内出现，故称之。内出现，故称之。 触发延迟角触发延迟角 ：从晶闸管开始承受正向阳极电从晶闸管开始承受正向阳极电压起到施加触发脉冲止的电角度压起到施加触发脉冲止的电角度, ,用用表示表示, ,也称触发也称触发角或控制角。角或控制角。导通角导通角 ：晶闸管在一
8、个电源周期中处于通态晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度称为，用的电角度称为，用表示。在半波电路中表示。在半波电路中，。的的移相范围：移相范围：指触发角指触发角可以变化的角度范围。可以变化的角度范围。在不同的电路中，在不同的电路中，有不同的角度范围。如在单相有不同的角度范围。如在单相半波电路中，半波电路中，的移相角度范围是的移相角度范围是0。 相控方式：相控方式：这种通过控制触发脉冲的相位来控这种通过控制触发脉冲的相位来控制直流输出电压大小的方式称为相位控制方式，制直流输出电压大小的方式称为相位控制方式，简称相控方式。简称相控方式。直流输出电压平均值Ud（3-1）说明：U2为电源电压有效值（
9、如AC220V）； 时，Ud=0，可见可以通过调整 来来调整Ud。直流输出电压有效值U（3-2）基本数量关系：基本数量关系：SCRSCR的若干参数关系：的若干参数关系：(1)IdT（流过SCR电流的平均值）（3-3）(2)IT（流过SCR电流的有效值）（3-4）(3)UVT （SCR承受的正反向峰值电压）为整流电路的功率因数整流电路的功率因数coscos： cos（有功功率有功功率P P）/ /（电源视在功率电源视在功率S S）因因为为对对于于交交流流电电源源来来说说，i2总总是是滞滞后后于于U2,这这相相当当于于电电源源有有一一个个感感性性负负载载，越越大大，i2滞滞后后U2的的角角度度也也
10、越越大大，cos也就越小。也就越小。 P=P=负负载载的的电电压压有有效效值值负负载载的的电电流流有有效效值值 S S电电源源的的电电压压有有效效值值电电源源的的电电流流有有效效值值所以：所以： （3 35 5）电电感感的的特特点点: :(1)电电感感对对电电流流变变化化有有抗抗拒拒作作用用，使使得得流流过过电电感感的的电电流流不不能能发发生生突突变变。(2)在在电电感感两两端端产产生生的的感感应应电电动动势势Ldi/dt。它它的的极极性性是是阻阻止止电电流流的的变变化化。(3)电电感感在在电电路路的的工工作作过过程程中中，不不消消耗耗能能量量。即产生多少能量，就释放多少。即产生多少能量，就释
11、放多少。负负载载阻阻抗抗角角arctg(Larctg(L/R)/R)，反反映映出出负负载载中中电电感感所所占占的的比比重重，该该角角度度越越大大（0900900 0之之间间），则则电电感感量量越越大大。当当负负载载中中的的感感抗抗L和和R相相比比不不可可忽忽略略时时，称为电感性负载。称为电感性负载。2. 2. 单相半波电路带电感性负载的工作情况单相半波电路带电感性负载的工作情况图3-2 带电感性负载的单相半波电路及其波形（1）在U2的正半周，VT承受正向电压，0t1期间，无触发脉冲，VT处于正向阻断状态，UVTU2，Ud=0;（2）t1以后，VT由于触发脉冲UG的作用而导通，则Ud=U2,UV
12、T=0，一直到时刻。但由于L的作用，在时刻，Ud=0，而L中仍蓄有磁场能，id0；（3） t2期间，L释放磁场能，使id逐渐减为0，此时负载反给电源充电，电感L感应电势极性是上负下正，使电流方向不变，只要该感应电动势比U2大，VT仍承受正向电压而继续维持导通，直至L中磁场能量释放完毕，VT承受反向电压而关断；工作过程和特点：工作过程和特点：（4）t22期间，VT承受反向电压而处于关断状态，UVTU2，Ud=0。请同学们思考：请同学们思考：（a）L两端的电压何时变为上负下正，如何简两端的电压何时变为上负下正，如何简单判断？单判断？（b）id能否连续能否连续？为什么？为什么？（c)c)一个周期中一
13、个周期中L L两端的电压波形如何？两端的电压波形如何？直流输出电压平均值直流输出电压平均值Ud（3-6）由于从由于从ud的波形可以看出，此时输出的平均电压的波形可以看出，此时输出的平均电压Ud和和电阻负载相比，有所下降。电阻负载相比，有所下降。考虑一种极端情况：考虑一种极端情况：如果为大电感负载，则如果为大电感负载，则ud中的中的负面积接近正面积，输出负面积接近正面积，输出的直流平均电压的直流平均电压Ud0，则，则id也很也很小，这样的电路无实际用途。所以，实际的大电感电路中，小，这样的电路无实际用途。所以，实际的大电感电路中，常常在负载两端并联一个续流二极管。常常在负载两端并联一个续流二极管
14、。基本数量关系：基本数量关系：3. 3. 带电感性负载加续流二极管工作情况带电感性负载加续流二极管工作情况基本数量关系基本数量关系(1) (1) 输出电压平均值输出电压平均值U Ud d与输出电流平均值与输出电流平均值I Id d 输出电压平均值输出电压平均值U Ud d 输出电流平均值输出电流平均值I Id d(2) (2) 晶闸管的电流平均值晶闸管的电流平均值I IdTdT与晶闸管的电流有效值与晶闸管的电流有效值I IT T 晶闸管的电流平均值晶闸管的电流平均值I IdTdT 晶闸管的电流有效值晶闸管的电流有效值I IT T(3) (3) 续流二极管的电流平均值续流二极管的电流平均值I I
15、dDRdDR与续流二极管与续流二极管的电流有效值的电流有效值I IDRDR(4) (4) 晶闸管和续流二极管承受的晶闸管和续流二极管承受的最大正反向电压最大正反向电压均为电源电压的峰值。均为电源电压的峰值。 v线路简单、易调整，但输出电流脉动大，变线路简单、易调整，但输出电流脉动大，变压器二次侧电流中含直流分量，造成变压器铁压器二次侧电流中含直流分量，造成变压器铁芯直流磁化；芯直流磁化；v实际上很少应用此种电路；实际上很少应用此种电路；单相半波可控整流电路的特点：单相半波可控整流电路的特点：3.3 单相桥式全控整流电路（单相全控桥）晶晶闸闸管管VT1和和VT4组组成成一一对对桥桥臂臂，VT2和
16、和VT3组组成成另另外外一一对对桥桥臂臂。在在实实际际的的电电路路中中，一一般般都都采采用用这这种种标标注注方方法法，即即上上面面为为1、3，下下面面为为2、4。请请同同学学们们注注意意。两两组组晶晶闸闸管管的的触触发发信信号号相相差差180度。度。1 1、电阻负载的工作情况、电阻负载的工作情况图3-3 单相全控桥带电阻负载时的电路及波形（1）0 0 t1:U2为正，为正，VT1和和VT4无触发脉冲截止，无触发脉冲截止，VT1和和VT4分担分担U2/2的正向电压，的正向电压，VT2和和VT3分担分担U2/2的反向电压的反向电压,Ud=0;（2）t1: : U2为正，为正，VT1和和VT4由于触
17、发脉冲由于触发脉冲UG的作的作用而导通，用而导通，VT2和和VT3承受承受U2的反向电压，的反向电压，i id=U=U2 2/R/R；（3） t2(+t1)：U2为负，为负，VT2和和VT3无触发脉冲无触发脉冲截止，截止，VT2和和VT3分担分担U2/2的正向电压，的正向电压，VT1和和VT4分担分担U2/2的反向电压的反向电压,Ud=0;（4）t2(+t1)2: : U2为负，为负，VT2和和VT3由于触发脉由于触发脉冲冲UG的作用而导通，的作用而导通，VT1和和VT4承受承受U2的反向电压，的反向电压，i id=U=U2 2/R/R，且方向保持不变且方向保持不变。1) 1) 工作过程和特点
18、工作过程和特点2 2） 基本数量关系基本数量关系直流输出电压平均值直流输出电压平均值U Ud d （3-73-7）可见：在同样的控制角可见：在同样的控制角情况下，输出的平均电压情况下，输出的平均电压U Ud d是是单相半波的两倍；单相半波的两倍； SCRSCR可控移相范围为可控移相范围为0 01801800 0； SCRSCR导通的电角度为导通的电角度为- 属于双拍电路。属于双拍电路。直流输出电流平均值直流输出电流平均值Id和和SCR的平均电流的平均电流idT（3-8）由于SCR轮流导电，所以流过每个SCR的平均电流idT只有负载上平均电流的一半。（3-9）直直流流输输出出电电流流有有效效值值
19、I，即即为为变变压压器器二二次次侧侧绕绕组组电电流有效值流有效值I2（3-10）SCR的有效电流的有效电流IT，由于由于SCR轮流导电，所以轮流导电，所以IT为：为：（3-11）功率因数功率因数:2.2.带电感性负载的工作情况带电感性负载的工作情况 图图3-4 单相全控桥带单相全控桥带电感性负载时的电路及波形电感性负载时的电路及波形 为便于讨论，假设电路已工作为便于讨论，假设电路已工作于稳态，于稳态，id的平均值不变的平均值不变。假设负载电感很大，负载电流假设负载电感很大，负载电流id连续且波形近似为一水平线：连续且波形近似为一水平线：u2过零变负时，由于电感的作用晶闸管过零变负时，由于电感的
20、作用晶闸管VT1和和VT4中仍流过电流中仍流过电流id，并不关断；并不关断；至至t=+时刻，给时刻，给VT2和和VT3加触发脉冲，因加触发脉冲，因VT2和和VT3本已承受正电压，故两管导通，本已承受正电压，故两管导通，而而VT1和和VT4立刻承受负电压，故两管关断立刻承受负电压，故两管关断。VT2和和VT3导导通通后后，u2通通过过VT2和和VT3分分别别向向VT1和和VT4施施加加反反压压使使VT1和和VT4关关断断，流流过过VT1和和VT4的的电电流流迅迅速速转转移移到到VT2和和VT3上上，此此过过程程称称换换相相，亦亦称称换流换流。1 1）电路工作特点）电路工作特点整流电路输出平均电压
21、整流电路输出平均电压（3-12）晶闸管移相范围为晶闸管移相范围为90 ，因为当，因为当90 时，时，Ud0。整流电路输出平均电流整流电路输出平均电流Id和和SCR的电流平均值的电流平均值IdT变压器二次侧电流i2的波形为正负各180的矩形波，其相位由角决定，有效值I2=Id。2 2） 基本数量关系基本数量关系功率因数功率因数:为提高整流输出电压平均值，负载侧并联续流二极管请分析为提高整流输出电压平均值，负载侧并联续流二极管请分析P59-图图3.193. 3. 反电势负载反电势负载(1) (1) 反电势电阻负载的情况反电势电阻负载的情况3. 3. 反电势负载反电势负载(1) (1) 反电势电阻负
22、载的情况反电势电阻负载的情况 反电势电阻负载的特点是：当整流反电势电阻负载的特点是：当整流电压的瞬时值电压的瞬时值u ud d小于反电势小于反电势E E 时，晶闸管承受时，晶闸管承受反压而关断，这使得晶闸管导通角减小。晶闸反压而关断，这使得晶闸管导通角减小。晶闸管导通时，管导通时，u ud d= =u u2 2， 晶闸管关断时，晶闸管关断时，u ud d= =E E。与电阻负载与电阻负载相比晶闸管提前了电角度相比晶闸管提前了电角度停止导电，停止导电，称作称作停止导电角。停止导电角。(2) (2) 反电势电感性负载的情况反电势电感性负载的情况 若负载为直流电动机时，此时负载性质若负载为直流电动机
23、时，此时负载性质为反电动势电感性负载，电感不足够大，输出电为反电动势电感性负载，电感不足够大，输出电流波形仍然断续。在负载回路串接平波电抗器可流波形仍然断续。在负载回路串接平波电抗器可以减小电流脉动，以减小电流脉动，如果电感足够大，电流就能连如果电感足够大，电流就能连续，在这种条件下其工作情况与电感性负载相同续，在这种条件下其工作情况与电感性负载相同，区别在于区别在于IdId的计算不同的计算不同： 单相全控桥式整流器主要适用于单相全控桥式整流器主要适用于4kW4kW左右左右的应用场合，与单相半波可控整流器相比，整流的应用场合，与单相半波可控整流器相比，整流电压脉动减小，每周期脉动两次。变压器二
24、次侧电压脉动减小，每周期脉动两次。变压器二次侧流过正反两个方向的电流，不存在直流磁化，利流过正反两个方向的电流，不存在直流磁化，利用率高。用率高。单相全控桥式整流电路的特点：单相全控桥式整流电路的特点：3.4 3.4 单相桥式半控整流电路（单相半控桥）单相桥式半控整流电路（单相半控桥）单单相相全全控控桥桥中中，每每个个导导电电回回路路中中有有2个个晶晶闸闸管管，为为了了对对每每个个导导电电回回路路进进行行控控制制，其其实实只只需需1个个晶晶闸闸管管就就可可以以了了，另另1个个晶晶闸闸管管可可以以用用二二极极管管代代替替，从从而而简简化化整整个个电电路路。如如此此即即成成为为单单相相桥桥式式半半
25、控控整整流流电路电路（单相半控桥（单相半控桥）。）。1 1、电阻负载的工作情况、电阻负载的工作情况当负载为阻性负载时，当负载为阻性负载时，单相半控桥与单相全控单相半控桥与单相全控桥工作过程和波形完全桥工作过程和波形完全一致。一致。区别区别:在于在一个周期在于在一个周期内的（内的（）、（）、（）期间，晶闸管未导通，）期间，晶闸管未导通，处于正向阻断状态时，处于正向阻断状态时，晶闸管上承受的正向电晶闸管上承受的正向电压是压是2.2.带电感性负载的工作情况带电感性负载的工作情况 为便于讨论，假设电路已工作为便于讨论，假设电路已工作于稳态，于稳态，id的平均值不变的平均值不变。假设负载电感很大，负载电
26、流假设负载电感很大，负载电流id连续且波形近似为一水平线：连续且波形近似为一水平线：v在在U2正正半半周周，触触发发角角处处给给晶晶闸闸管管T1加加触触发发脉脉冲冲，U2经经T1和和D4向负载供电；向负载供电；vU2过过零零变变负负时时，因因电电感感作作用用使使电电流流id连连续续，D4关关断断、D2导导通通，T1和和D2为为负负载载电电流流提提供供续续流流回回路路。此此时时输输出出电压电压ud和变压器二次电流为零；和变压器二次电流为零；v在在U2负半周触发角负半周触发角时刻触发时刻触发T3，U2经经T3和和D2向负载供向负载供电；电；vU2过零变正时，过零变正时，D2关断、关断、D4导通，导
27、通，T3和和D4为负载电为负载电流提供续流回路。此时输出电压流提供续流回路。此时输出电压ud和变压器二次电流为和变压器二次电流为零；零；1）工程过程分析）工程过程分析2 2）半控桥的失控情况和半控桥的失控情况和续流二极管续流二极管VzVz的作用的作用v当当突突然然增增大大至至180 或或触触发发脉脉冲冲丢丢失失时时，会会发发生生一一个个晶晶闸闸管管持持续续导导通通而而两两个个二二极极管管轮轮流流导导通通的的情情况况，这这使使Ud成成为为正正弦弦半半波波，即即半半周周期期ud为为正正弦弦，另另外外半半周周期期Ud为为零零，其其平平均均值值保保持持恒恒定定，即即失失去去控控制制作作用用，称为失控。
28、称为失控。v有有续续流流二二极极管管Vz时时，续续流流过过程程由由Vz完完成成，晶晶闸闸管管关关断断，避避免免了了某某一一个个晶晶闸闸管管持持续续导导通通从从而而导导致致失失控控的的现现象象。同同时时，续续流流期期间间导导电电回回路路中中只只有有一一个个管管压压降降，有利于降低损耗。有利于降低损耗。有续流二极管的单相桥式半控整流电路及其工作波形2 2）半控桥的失控情况和半控桥的失控情况和续流二极管续流二极管VzVz的作用的作用v在在U2正正半半周周，触触发发角角处处给给晶晶闸闸管管T1加加触触发发脉脉冲冲，U2经经T1和和D4向负载供电；向负载供电；vU2过过零零变变负负时时，因因电电感感作作
29、用用使使电电流流id连连续续，电电流流通通过过续续流流二二极极管管Dz进进行行续续流流，Ud为为零零。此此时时，T1承承受受负负压压关关断断，T3承承受受正正压压，由由于于无无触触发发脉脉冲冲而而关关断断。变压器二次绕组无电流；变压器二次绕组无电流；v在在U2负半周触发角负半周触发角时刻触发时刻触发T3，T3导通，导通，Dz承受承受负压而关断，负压而关断，U2经经T3和和D2向负载供电。向负载供电。U2过零变正过零变正时，电流再次通过续流二极管时，电流再次通过续流二极管Dz进行续流，进行续流，Ud又为又为零。零。带续流二极管带续流二极管VzVz的工作过程分析：的工作过程分析：3 3、单相半控桥
30、阻性和感性负载的基本数量关系、单相半控桥阻性和感性负载的基本数量关系直直流流输输出出电电压压平平均均值值Ud、电电流流平平均均值值Id（和全控桥阻性负载是相同）（3-13）(3-14)可控移相范围为1800；属于双拍电路。具体的各个电流有效值以及电流的平均值根据电流的波形可以方便得出。单相桥式半控整流电路的另一种接法：单相桥式半控整流电路的另一种接法：相当于把图3-5a中的T3和T4换为二极管VD3和VD4，这样可以省去续流二极管，续流由VD3和VD4来实现。图图3-6 3-6 单相桥式半控整流电路的另一接法单相桥式半控整流电路的另一接法* * 单相全波可控整流电路（单相全波）单相全波可控整流
31、电路（单相全波）( (附）附）图3-7 单相全波可控整流电路及波形 单单相相全全波波可可控控整整流流电电路路又又称称单单相相双双半半波波可可控控整整流流电电路路。T T的的副副边边带带有有中中心心抽抽头头。当当2U2U2 2为为上上正正下下负负时时，VT1VT1工工作作，当当2U2U2 2为为下下正正上上负负，VT2VT2工工作作。注注意意此此时时副副边的电压有效值为边的电压有效值为2U2U2 2； 单单相相双双半半波波与与单单相相全全控控桥桥从从直直流流输输出出端端或或从从交交流输入端看波形均是基本一致的。流输入端看波形均是基本一致的。1 1）工作特点）工作特点（1）单相双半波中变压器结构较
32、复杂，绕组及铁芯对铜、铁等材料的消耗多；（2）单相双半波只用2个晶闸管，比单相全控桥少2个，相应地，门极驱动电路也少2个；但是晶闸管承受的最大电压为，是单相全控桥的2倍；（3）单相双半波导电回路只含1个晶闸管，比单相桥少1个，因而管压降也少1个；从上述（2）、（3）考虑，单相全波电路有利于在低输出电压的场合应用。2 2）与单相桥式整流电路的区别）与单相桥式整流电路的区别3.5 3.5 三相半波可控整流电路相半波可控整流电路负载容量较大，或要求直流电压脉动较小、易滤波负载容量较大，或要求直流电压脉动较小、易滤波时使用三相整流电路时使用三相整流电路;基本的是三相半波可控整流电路，三相桥式全控整基本
33、的是三相半波可控整流电路，三相桥式全控整流电路应用最广。流电路应用最广。1)电路的特点：电路的特点：变压器二次侧接成星形得到变压器二次侧接成星形得到零线，而一次侧接成三角形零线，而一次侧接成三角形避免避免3次谐波流入电网。次谐波流入电网。三个晶闸管分别接入三个晶闸管分别接入a、b、c三相电源，其阴极连接在一三相电源，其阴极连接在一起起共阴极接法共阴极接法。与之相。与之相对应的是将阳极连接在一起对应的是将阳极连接在一起共阳极接法共阳极接法。1. 1. 电阻负载电阻负载图图3-8 三相半波可控整流三相半波可控整流电路共电路共阴极接法电阻负载时的电路及阴极接法电阻负载时的电路及 =0 时的波形时的波
34、形 2)电路中的晶闸管换作二极管，成为三相半波不可控整流电路电路中的晶闸管换作二极管，成为三相半波不可控整流电路此时，相电压最大的一相所对应的二极管导通，并使另两此时，相电压最大的一相所对应的二极管导通，并使另两相的二极管承受反压关断，输出整流电压即为该相的相电压：相的二极管承受反压关断，输出整流电压即为该相的相电压：一周期中，一周期中，在在t1t2期间，期间，VD1导通，导通，ud=ua在在t2t3期间，期间，VD2导通，导通，ud=ub在在t3t4期间，期间，VD3导通，导通，ud=uc二极管换相时刻为自然换相点，是各相晶闸管能触发导通的二极管换相时刻为自然换相点，是各相晶闸管能触发导通的
35、最早时刻，将其作为计算各晶闸管触发角最早时刻，将其作为计算各晶闸管触发角的起点，即的起点，即=0 注意注意：这是三相电路和单相电路的一个区别，即：这是三相电路和单相电路的一个区别，即三相三相电路触发角的起点电路触发角的起点，是以自然换相点来计算的，而不是以过零，是以自然换相点来计算的，而不是以过零点。点。自然换相点自然换相点：是三个相电压的交点。：是三个相电压的交点。3)使用使用SCR时，时，=0 时的工作原理分析时的工作原理分析(图图3-8）由变压器二次侧由变压器二次侧a相绕组和晶闸管相绕组和晶闸管VT1的电流波形，的电流波形，变压器二次绕组电流有直流分量；变压器二次绕组电流有直流分量；晶闸
36、管的电压波形，由晶闸管的电压波形，由3段组成：段组成：第第1段，段，VT1导通期间，导通期间，uT1=0;第第2段，在段，在VT1关断后，关断后，VT2导通期间，导通期间，uT1=ua-ub=uab，为一段线电压为一段线电压;第第3段，在段，在VT3导通期间，导通期间，uT1=ua-ub=uab为另为另一段线电压；一段线电压；增大增大值值,将脉冲后移将脉冲后移,整流电路的工作波形相应地整流电路的工作波形相应地发生变化。发生变化。4)=30 时的波形时的波形负载电流处于连续和断续之间的临界状态。负载电流处于连续和断续之间的临界状态。图图3-9三相半波可控整流电路，三相半波可控整流电路，电电阻负载
37、，阻负载，=30 时的波形时的波形特点：在特点：在t1120 时刻，时刻，Ub开始开始Ua，此时此时VT2承受正承受正压，但由于没有触发脉冲，所压，但由于没有触发脉冲，所以仍旧处于关断状态，隔断以仍旧处于关断状态，隔断b相电压，从而使相电压，从而使a相的相的VT1继继续导通，直至续导通，直至VT2触发脉冲的触发脉冲的到来。到来。晶闸管导通角等于晶闸管导通角等于120 5) 30 的情况的情况图3-10三相半波可控整流电路，电阻负载，=60时的波形特点：负载电流断续，晶闸管导特点：负载电流断续，晶闸管导通角小于通角小于120 。请同学们分析请同学们分析电阻负载时电阻负载时角的角的移相范围？移相范
38、围？可以这样分析：其实三相半波电可以这样分析：其实三相半波电路，相当于三个单相半波电路的路，相当于三个单相半波电路的并联。对于单相电路，移相范围并联。对于单相电路，移相范围为为1800。由于三相电路移相范围。由于三相电路移相范围的起点从换相点开始计算，所以的起点从换相点开始计算，所以为为150 。6)整流输出电压平均值的计算整流输出电压平均值的计算（1）30 时，负载电流连续，有时，负载电流连续，有:当当=0时，时，Ud最大，为最大，为（2）30 时，负载电流断续，晶闸管导通角减小，此时有：时，负载电流断续，晶闸管导通角减小，此时有：（3-15）（3-16）7)7)其它的参数计算其它的参数计算
39、其它的参数计算其它的参数计算负载电流平均值为负载电流平均值为:晶闸管承受的最大反向电压，为变压器二次晶闸管承受的最大反向电压，为变压器二次线电压峰值线电压峰值，即，即:由于晶闸管阴极与零点间的电压即为整流输出电压由于晶闸管阴极与零点间的电压即为整流输出电压ud，其其最小值为零，而晶闸管阳极与零点间的最高电压等于变压最小值为零，而晶闸管阳极与零点间的最高电压等于变压器二次相电压的峰值，因此晶闸管阳极与阴极间的最大正器二次相电压的峰值，因此晶闸管阳极与阴极间的最大正向电压等于变压器二次向电压等于变压器二次相电压的峰值相电压的峰值，即，即:综合以上两点，选择综合以上两点，选择SCR时，以时，以为标准
40、。为标准。（3-17）（3-18）（3-19）2.三相半波可控整流电路电感性负载三相半波可控整流电路电感性负载1)特点：电感性负载，特点：电感性负载，L值很大，值很大，id波形基本平直波形基本平直30 时：整流电压波形与电阻负载时相同时：整流电压波形与电阻负载时相同30 时（如时（如=60 时的波形如时的波形如图图3-11所示）所示）ua过零时，过零时，VT1不关断，直到不关断，直到VT2的脉冲到来，才换的脉冲到来，才换流，由流，由VT2导通向负载供电，同时向导通向负载供电，同时向VT1施加反压使施加反压使其关断其关断ud波形中出现负的部分。波形中出现负的部分。2)电感性负载时，电感性负载时，
41、的移相范围为的移相范围为90 （请同学分析原请同学分析原因因）原因是由于当原因是由于当90 时，时，Ud的波形正负对称，平均的波形正负对称，平均值为值为0，失去意义。所以，失去意义。所以的移相范围为的移相范围为90 。请同学们自己完成请同学们自己完成90 时的工作波形。时的工作波形。图图3-11三相半波可控整流电路，电感性负载时的电路及三相半波可控整流电路，电感性负载时的电路及=60 时的波形时的波形3)基本参数计算基本参数计算(1)直流输出电压平均值直流输出电压平均值Ud：(2)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:(3)晶闸管最大正反向电压峰值均为变压器
42、二次线电压峰值晶闸管最大正反向电压峰值均为变压器二次线电压峰值:（3-20）（3-21）（3-22）3. 3. 反电动势感性负载反电动势感性负载如果电感足够大，电流就能连续，在这种条件下如果电感足够大，电流就能连续，在这种条件下其工作情况与电感性负载相同其工作情况与电感性负载相同，区别在于，区别在于IdId的计的计算不同算不同：4. 4. 并联续流二极管的感性负载并联续流二极管的感性负载感性负载并联接续流二极管感性负载并联接续流二极管, ,当当a30a300 0以后，输出电压波以后，输出电压波形中不能出现负值部分，原来输出电压形中不能出现负值部分，原来输出电压出现负值出现负值的地方的地方由由续
43、流二极管导通提供负载电流通路（一个周期续流续流二极管导通提供负载电流通路（一个周期续流3 3次），那么所有晶闸管关断，输出电压次），那么所有晶闸管关断，输出电压U Ud d=0=0。附附：共阳极的三相半波可控整流电路共阳极的三相半波可控整流电路 共阳极接法时的晶闸管只能在相电压的负半周工作，其阴极电位为负且有触发脉冲时导通，换相总是换到阴极电位更负的那一相去。相电压负半周的交点就是共阳极接法的自然换流点。与共阴极接法的区别在于输出极性相反。 三相半波可控整流电路虽然只用了三相半波可控整流电路虽然只用了 3 只晶闸管，只晶闸管，接线和控制简单。但与三相桥式整流电路相比，接线和控制简单。但与三相桥
44、式整流电路相比，要得到相同的输出电压，晶闸管承受的正、反要得到相同的输出电压，晶闸管承受的正、反向峰值电压较高。向峰值电压较高。整流变压器二次侧绕组在一个周期内仅工作整流变压器二次侧绕组在一个周期内仅工作 120 ，变压器利用率较低。，变压器利用率较低。三相半波的主要缺点在于其变压器二次电流中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。含有直流分量，为此其应用较少。三相半波可控整流电路的特点：三相半波可控整流电路的特点：3.6 3.6 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路( (三相全控桥三相全控桥) )三相全桥的特点三相全桥的特点:应用最为广泛；应用最为广泛；共阴
45、极组共阴极组阴极连接在一起的阴极连接在一起的3个晶闸管（个晶闸管（VT1，VT3，VT5）；）；共阳极组共阳极组阳极连接在一起的阳极连接在一起的3个晶闸管（个晶闸管（VT4，VT6，VT2）；）；请注意编号顺序：请注意编号顺序：1、3、5和和4、6、2，一般不特别说明，均采用这样，一般不特别说明，均采用这样的编号顺序。的编号顺序。由于零线平均电流为零，所以可以由于零线平均电流为零，所以可以不用零线。不用零线。对于每相二次电源来说，一个工作对于每相二次电源来说，一个工作周期中，即有正电流，也有负电流，周期中，即有正电流，也有负电流，所以不存在直流磁化问题，提高了所以不存在直流磁化问题，提高了绕组
46、利用率。绕组利用率。图图3-12三相桥式三相桥式全控整流全控整流电路原理图电路原理图1.带电阻负载时的工作情况带电阻负载时的工作情况1)=0 时的情况时的情况对对于于共共阴阴极极阻阻的的3个个晶晶闸闸管管，阳阳极极所所接接交交流流电电压压值值最最大大的的一一个个导导通；通；对对于于共共阳阳极极组组的的3个个晶晶闸闸管管，阴阴极极所所接接交交流流电电压压值值最最低低（或或者者说说负得最多）的导通；负得最多）的导通；任任意意时时刻刻共共阳阳极极组组和和共共阴阴极极组组中中各各有有1个个SCR处处于于导导通通状状态态。其其余的余的SCR均处于关断状态。均处于关断状态。触触发发角角的的起起点点，仍仍然
47、然是是从从自自然然换换相相点点开开始始计计算算，注注意意正正负负方方向向均有自然换相点。均有自然换相点。图图3-13三相桥式全控整流三相桥式全控整流电路带电阻负载电路带电阻负载=0 时的波形时的波形从从线线电电压压波波形形看看， ud为线电压中最大的一个，因此ud波形为线电压的包络线。时时 段段IIIIIIIVVVI共阴极组中导共阴极组中导通的晶闸管通的晶闸管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共阳极组中导共阳极组中导通的晶闸管通的晶闸管VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流输出电压整流输出电压udua-ub=uabua-uc=uacub-uc=ubcub-ua=ubauc-ua=ucauc
48、-ub=ucb表3-1三相桥式全控整流电路电阻负载 =0时晶闸管工作情况2)三相桥式全控整流电路的特点三相桥式全控整流电路的特点（1)两个两个SCR同时通形成供电回路，其中共阴极组和同时通形成供电回路，其中共阴极组和共阳极组各有一个共阳极组各有一个SCR导通，且不能为同相的两个导通，且不能为同相的两个SCR（否则没有输出），输出为线电压。否则没有输出），输出为线电压。（2）对触发脉冲的要求：）对触发脉冲的要求：按按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，相位依的顺序，相位依次差次差60 ；共阴极组共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差的脉冲依次差120 ，共阳极组，共阳极组V
49、T4、VT6、VT2也依次差也依次差120 ；同一相的上下两个桥臂，即同一相的上下两个桥臂，即VT1与与VT4，VT3与与VT6，VT5与与VT2，脉冲相差脉冲相差180 。（3）ud一周期脉动一周期脉动6次，每次脉动的波形都一样，所以次，每次脉动的波形都一样，所以三相全桥电路称为三相全桥电路称为6脉波整流电路；脉波整流电路；（4）需保证同时导通的）需保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲：个晶闸管均有脉冲：可采用两种方法：一种是宽脉冲触发可采用两种方法：一种是宽脉冲触发(大于大于600)另一种是双脉冲触发（常用）：在另一种是双脉冲触发（常用）：在Ud的六个时的六个时间段，均给应该导通的间段，均给应
50、该导通的SCR提供触发脉冲，而不提供触发脉冲，而不管其原来是否导通。所以每隔管其原来是否导通。所以每隔600就需要提供两个就需要提供两个触发脉冲。触发脉冲。实际提供脉冲的顺序为：实际提供脉冲的顺序为：1,2-2,3-3,4-4,5-5,6-6,1-1,2，不断重复。，不断重复。（5）晶闸管承受的最大正、反向电压为：）晶闸管承受的最大正、反向电压为：3)=30 时的工作情况时的工作情况晶闸管起始导通时刻推迟了晶闸管起始导通时刻推迟了30 ，组成，组成ud的每一段线电压的每一段线电压因此推迟因此推迟30 ；从从t1开始把一周期等分为开始把一周期等分为6段，段，ud波形仍由波形仍由6段线电段线电压构
51、成，每一段导通晶闸管的编号等仍符合表压构成，每一段导通晶闸管的编号等仍符合表3-1的规的规律；律；变压器二次侧电流变压器二次侧电流ia波形的特点：在波形的特点：在VT1处于通态的处于通态的120 期间，期间，ia为正，为正，ia波形的形状与同时段的波形的形状与同时段的ud波形波形相同，在相同，在VT4处于通态的处于通态的120 期间，期间，ia波形的形状也波形的形状也与同时段的与同时段的ud波形相同，但为负值。波形相同，但为负值。3)=30 时的工作情况时的工作情况4)=60 时工作情况时工作情况ud波波形形中中每每段段线线电电压压的的波波形形继继续续后后移移，ud平平均均值值继继续续降降低低
52、。=60 时时ud出出现为零的点。现为零的点。（因因为为在在该该点点处处，线线电电压压为零）为零）图图2-14 三相桥式全控整流三相桥式全控整流电路带电阻负载电路带电阻负载 =60 时的波时的波形形 5)当当60 时，如时，如=90 时时电阻负载情况电阻负载情况图图2-15 三相桥式全控三相桥式全控整流电路带电阻负载整流电路带电阻负载 =90 时的波形时的波形 6)小结小结当当60 时，时，ud波形均连续，对于电阻波形均连续，对于电阻负载，负载，id波形与波形与ud波形一样，也连续；波形一样，也连续；当当60 时，时，ud波形每波形每60 中有一段为中有一段为零，零，ud波形不能出现负值；波形
53、不能出现负值；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角角的移相范围是的移相范围是120 2电感性负载时的工作情况电感性负载时的工作情况-ud波形连续，工作情况与带电阻负载时十分相似，各波形连续，工作情况与带电阻负载时十分相似，各晶闸管的通断情况、输出整流电压晶闸管的通断情况、输出整流电压ud波形、晶闸管承受波形、晶闸管承受的电压波形等都一样；的电压波形等都一样；-区别在于：由于负载不同，同样的整流输出电压加到区别在于：由于负载不同，同样的整流输出电压加到负载上，得到的负载电流负载上，得到的负载电流id波形不同。电感性负载时，波形不同。电感性负载时，由于电感的作用，使得
54、负载电流波形变得平直，当电感由于电感的作用，使得负载电流波形变得平直，当电感足够大的时候，负载电流的波形可近似为一条水平线。足够大的时候，负载电流的波形可近似为一条水平线。1)60 时时图图2-16 三相桥式全控整流三相桥式全控整流电路带电感性负载电路带电感性负载 =0 时的波形时的波形图图2-17 三相桥式全控整流三相桥式全控整流电路带电感性负载电路带电感性负载 =30 时的波形时的波形2)60 时时电电感感性性负负载载时时的的工工作作情情况况与与电电阻阻负负载载时时不不同同，电电阻阻负负载载时时ud波波形形不不会会出出现现负负的的部部分分，而而电电感感性性负负载载时时，由由于于电电感感L的
55、的作作用用，ud波波形形会会出出现现负负的部分；的部分；带带电电感感性性负负载载时时，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范围为围为90 。因因为为在在90 时时，Ud波波形上下对称，平均值为零。形上下对称，平均值为零。图图2-18 三相桥式整流电路三相桥式整流电路带电感性负载，带电感性负载， =90 时的波形时的波形 为提高整流输出电压平均值为提高整流输出电压平均值,可在负载两端可在负载两端反并联二极管；反并联二极管；接反电动势感性负载时接反电动势感性负载时,电路分析和感性负电路分析和感性负载相同载相同,区别在与区别在与Id的计算不同。的计算不同。当整流输出电压连续时（
56、即带电感性负载时，或带电当整流输出电压连续时（即带电感性负载时，或带电阻负载阻负载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：输出电流平均值为输出电流平均值为：Id=Ud/R3)基本参数关系基本参数关系（3-23）（3-24）当整流变压器采用星形接法，带电感性负载时，变当整流变压器采用星形接法，带电感性负载时，变压器二次侧电流波形如压器二次侧电流波形如图图3-21中所示，为正负半周中所示，为正负半周各宽各宽120 、前沿相差、前沿相差180 的矩形波，其有效值为：的矩形波，其有效值为：晶闸管电压、电流等的定量分析与三相半波时一
57、致。晶闸管电压、电流等的定量分析与三相半波时一致。三相桥式全控整流电路接反电势电感性负载时，在三相桥式全控整流电路接反电势电感性负载时，在负载电感足够大足以使负载电流连续的情况下，电负载电感足够大足以使负载电流连续的情况下，电路工作情况与电感性负载时相似，电路中各处电压、路工作情况与电感性负载时相似，电路中各处电压、电流波形均相同，仅在计算电流波形均相同，仅在计算Id时有所不同，接反电时有所不同，接反电势电感性负载时的势电感性负载时的Id为：为：式中式中R和和E分别为负载中的电阻值和反电动势的值。分别为负载中的电阻值和反电动势的值。（3-25）（3-26）3.7 3.7 三相桥式半控整流电路三
58、相桥式半控整流电路( (三相半控桥三相半控桥) )电路结构特点电路结构特点:-由一个三相半波不控由一个三相半波不控整流电路与一个三相半整流电路与一个三相半波可控整流电路串联而波可控整流电路串联而成成;-T1、T3、T5依次间隔依次间隔120o触发导通；触发导通；D4、D6、D2为依次间隔为依次间隔120o自然自然导通。导通。三相桥式三相桥式半控整流电路原理图半控整流电路原理图1. 1. 电阻负载电阻负载=30=120 =60=60 波形为临界连续波形为临界连续整流电压整流电压Ud：注：输出电压为不可控半波电路输出电压与注：输出电压为不可控半波电路输出电压与可控的三相半波电路输出电压之和。可控的
59、三相半波电路输出电压之和。移相范围移相范围:0-180o基本基本参数参数关系关系2. 2. 电感负载电感负载6060180注：输出电压注：输出电压UdUd的波形和电阻性负载完全相同。电感性负的波形和电阻性负载完全相同。电感性负载不同之处在于载不同之处在于6060 以后，同一相桥臂的晶闸管和二以后，同一相桥臂的晶闸管和二极管会出现续流情况（即输出电压极管会出现续流情况（即输出电压UdUd波形为零期间。波形为零期间。1）整流电压）整流电压Ud和电阻性负载相同和电阻性负载相同同样：输出电压为不可控半波电路输出电压与可同样：输出电压为不可控半波电路输出电压与可控的三相半波电路输出电压之和。控的三相半波
60、电路输出电压之和。基本基本参数参数关系关系注：在注：在6060 以后，出现输出电压以后，出现输出电压UdUd波形为零期间，负载电流波形为零期间，负载电流出现续流，那么晶闸管和二极管流过电流的角度均为出现续流，那么晶闸管和二极管流过电流的角度均为120120 。2）晶闸管电流的有效值 IT、二极管电流有效值 ID3）晶闸管电流的平均值 IdD 、二极管电流平均值 IdT基本基本参数参数关系关系4）变压器副边绕组电流有效值）变压器副边绕组电流有效值I2 6060 6060 180180 基本基本参数参数关系关系3. 3. 三相桥式半控整流感性负载的三相桥式半控整流感性负载的“失控失控”现象现象产生
61、原因产生原因突然将触发脉冲切断突然将触发脉冲切断将将 角增大到角增大到180实质：实质：对晶闸管的工作对晶闸管的工作失去控制作用失去控制作用(一只晶闸管一只晶闸管一直导通、三只二极管轮流一直导通、三只二极管轮流导通导通）避免方法：避免方法：负载并联续流二极管负载并联续流二极管3.8 3.8 整流变压器漏抗对整流电路的影响考虑包括变压器漏感考虑包括变压器漏感(也称为漏抗也称为漏抗)在内的交流在内的交流侧电感的影响，该漏感可用一个集中的电感侧电感的影响，该漏感可用一个集中的电感LB表表示。在许多情况下，示。在许多情况下，LB不能忽略，它使得电流换不能忽略，它使得电流换相过程不能瞬时完成。相过程不能
62、瞬时完成。1.以三相半波电路带感性负载为例以三相半波电路带感性负载为例VT1换相至换相至VT2的过程：的过程：因因a、b两两相相均均有有漏漏感感，故故ia、ib均均不不能能突突变变，于于是是VT1和和VT2同同时时导导通通，相相当当于于将将a、b两两相相短短路路，在在两两相相组组成成的的回回路路中中产产生生环环流流ik。ik=ib是是逐逐渐渐增增大大的的，而而ia=Id-ik是是逐逐渐渐减减小小的的。当当ik增增大大到到等等于于Id时时，ia=0，VT1关断关断,换流过程结束。换流过程结束。图图3-19考虑变压器漏感时的考虑变压器漏感时的三相半波可控整流电路及波形三相半波可控整流电路及波形换相
63、重叠角换相重叠角换相过程持续的时间，用电角度换相过程持续的时间，用电角度表表示示换相过程中，整流输出电压换相过程中，整流输出电压ud为同时导通的两个晶闸为同时导通的两个晶闸管所对应的两个相电压的平均值。这导致管所对应的两个相电压的平均值。这导致ud的波形出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。现一个明显的缺口。同时各相的电流也不是突变的。（3-27）2.换相压降换相压降Ud与不考虑变压器漏感时相比，与不考虑变压器漏感时相比，ud平均值降平均值降低的多少。低的多少。换相压降相当于阴影部分的面积的平均值换相压降相当于阴影部分的面积的平均值，它使得输出的整它使得输出的整流电压下降。这
64、块阴影由负载电流流电压下降。这块阴影由负载电流Id的换相过程引起。具体计算：的换相过程引起。具体计算：阴影面积除以阴影面积除以SCR导通的时间导通的时间。以三相半波为例：。以三相半波为例：式中式中XB相当于漏感为相当于漏感为LB的变压器每相折算到二次侧的漏抗的变压器每相折算到二次侧的漏抗，可根据变压器，可根据变压器的铭牌数据求出。的铭牌数据求出。（3-28）3.换相重叠角换相重叠角的计算（以的计算（以0，即自然换相点做为时间坐标的即自然换相点做为时间坐标的零点）零点）由上式得：由上式得：进而得出：进而得出：I Ik k的通式的通式（3-29）（3-30）（3-31）当时，于是可见，可见，随其它
65、参数变化的规律：随其它参数变化的规律：（1）Id越大则越大则越大；越大；（2）XB越大越大越大；越大；（3）当当 90 时，时， 越小越小越大。越大。（3-32）（3-33）4.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表表3-2各种整流电路换相压降和换相重叠角的计算各种整流电路换相压降和换相重叠角的计算电路形式电路形式单相单相全波全波单相全控单相全控桥桥三相三相半波半波三相全控三相全控桥桥m脉波脉波整流电路整流电路 注：注：单相全控桥电路中，环流单相全控桥电路中，环流ik是从是从-Id变为变为Id。本表所列通用本表所列通用公式不适用公式不适用；三相桥等效为相电压等于三相桥等
66、效为相电压等于的的6脉波整流电路，故其脉波整流电路，故其m=6，相电压按相电压按代入。代入。（1）出现换相重叠角出现换相重叠角，整流输出电压平均值整流输出电压平均值Ud降低，降低，电压的脉动系数也增加；电压的脉动系数也增加；（2）整流电路的工作状态增多；整流电路的工作状态增多；（3）晶闸管的晶闸管的di/dt减小，有利于晶闸管的安全开通；减小，有利于晶闸管的安全开通；有时人为串入进线电抗器以抑制晶闸管的有时人为串入进线电抗器以抑制晶闸管的di/dt；（4）换相时晶闸管电压出现缺口，产生正的换相时晶闸管电压出现缺口，产生正的du/dt，可可能使晶闸管误导通，为此必须加吸收电路；能使晶闸管误导通，
67、为此必须加吸收电路；（5）换相使电网电压出现缺口，成为干扰源。换相使电网电压出现缺口，成为干扰源。5.变压器漏感对整流电路影响的一些结论变压器漏感对整流电路影响的一些结论3.9整流电路的谐波及功率因数许多电力电子装置要消耗无功功率，会对公用许多电力电子装置要消耗无功功率，会对公用许多电力电子装置要消耗无功功率，会对公用许多电力电子装置要消耗无功功率，会对公用电网带来不利影响：电网带来不利影响：电网带来不利影响：电网带来不利影响：电力电子装置还会产生谐波，对公用电网产生电力电子装置还会产生谐波，对公用电网产生电力电子装置还会产生谐波，对公用电网产生电力电子装置还会产生谐波，对公用电网产生危害；危
68、害；危害；危害；许多国家都发布了限制电网谐波的国家标准，许多国家都发布了限制电网谐波的国家标准，许多国家都发布了限制电网谐波的国家标准，许多国家都发布了限制电网谐波的国家标准，或由权威机构制定限制谐波的规定。国家标准或由权威机构制定限制谐波的规定。国家标准或由权威机构制定限制谐波的规定。国家标准或由权威机构制定限制谐波的规定。国家标准（GB/T14549-93GB/T14549-93GB/T14549-93GB/T14549-93）电能质量电能质量电能质量电能质量 公用电网谐波公用电网谐波公用电网谐波公用电网谐波从从从从1994199419941994年年年年3 3 3 3月月月月1 1 1
69、1日起开始实施。日起开始实施。日起开始实施。日起开始实施。谐波（谐波（谐波（谐波（harmonicsharmonicsharmonicsharmonics）对电网的危害：对电网的危害：对电网的危害：对电网的危害：谐波使电网中的元件产生附加的谐波损耗，降低发电、谐波使电网中的元件产生附加的谐波损耗，降低发电、谐波使电网中的元件产生附加的谐波损耗，降低发电、谐波使电网中的元件产生附加的谐波损耗，降低发电、输电及用电效率，大量的输电及用电效率，大量的输电及用电效率，大量的输电及用电效率，大量的3 3 3 3次谐波流过中性线会使线路次谐波流过中性线会使线路次谐波流过中性线会使线路次谐波流过中性线会使线
70、路过热甚至发生火灾。过热甚至发生火灾。过热甚至发生火灾。过热甚至发生火灾。谐波影响各种电气设备的正常工作，使电机发生机械振谐波影响各种电气设备的正常工作，使电机发生机械振谐波影响各种电气设备的正常工作，使电机发生机械振谐波影响各种电气设备的正常工作，使电机发生机械振动、噪声和过热，使变压器局部严重过热，使电容器、动、噪声和过热，使变压器局部严重过热，使电容器、动、噪声和过热，使变压器局部严重过热，使电容器、动、噪声和过热，使变压器局部严重过热，使电容器、电缆等设备过热、使绝缘老化、寿命缩短以致损坏；电缆等设备过热、使绝缘老化、寿命缩短以致损坏；电缆等设备过热、使绝缘老化、寿命缩短以致损坏；电缆
71、等设备过热、使绝缘老化、寿命缩短以致损坏；谐波会引起电网中局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐波会引起电网中局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐波会引起电网中局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐波会引起电网中局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大，会使上述谐波放大，会使上述谐波放大，会使上述谐波放大，会使上述1 1 1 1）和）和）和）和2 2 2 2）两项的危害大大增加，甚）两项的危害大大增加，甚）两项的危害大大增加，甚）两项的危害大大增加，甚至引起严重事故；至引起严重事故；至引起严重事故；至引起严重事故；谐波会导致继电保护和自动装置的误动作，并使电气测谐波会导致继电保护和自动装置的误动作，并使
72、电气测谐波会导致继电保护和自动装置的误动作，并使电气测谐波会导致继电保护和自动装置的误动作，并使电气测量仪表计量不准确；量仪表计量不准确；量仪表计量不准确；量仪表计量不准确；谐波会对邻近的通信系统产生干扰，轻者产生噪声，降谐波会对邻近的通信系统产生干扰，轻者产生噪声，降谐波会对邻近的通信系统产生干扰，轻者产生噪声，降谐波会对邻近的通信系统产生干扰，轻者产生噪声，降低通信质量，重者导致信息丢失，使通信系统无法正常低通信质量，重者导致信息丢失，使通信系统无法正常低通信质量，重者导致信息丢失，使通信系统无法正常低通信质量，重者导致信息丢失，使通信系统无法正常工作。工作。工作。工作。无功功率（无功功率
73、（无功功率（无功功率（reaction powerreaction powerreaction powerreaction power）对电网的影响：对电网的影响：对电网的影响：对电网的影响：无功功率会导致视在功率增加，导致设备容量增加；无功功率会导致视在功率增加，导致设备容量增加；无功功率会导致视在功率增加，导致设备容量增加；无功功率会导致视在功率增加，导致设备容量增加；无功功率会使总电流增加，从而使得设备和线路的无功功率会使总电流增加，从而使得设备和线路的无功功率会使总电流增加，从而使得设备和线路的无功功率会使总电流增加，从而使得设备和线路的损耗增加；损耗增加；损耗增加；损耗增加；无功功率
74、使线路压降增大，冲击性无功负载还会使无功功率使线路压降增大，冲击性无功负载还会使无功功率使线路压降增大，冲击性无功负载还会使无功功率使线路压降增大，冲击性无功负载还会使电压剧烈波动。电压剧烈波动。电压剧烈波动。电压剧烈波动。3.9.1 3.9.1 整流电路的谐波分析整流电路的谐波分析在供电系统中，总是希望电压和电流一直保在供电系统中，总是希望电压和电流一直保持正弦波形。当正弦波电压施加在线性无源器件持正弦波形。当正弦波电压施加在线性无源器件电阻、电感和电容上时，其电流和电压分别为比电阻、电感和电容上时，其电流和电压分别为比例、积分和微分关系，但仍为同频的正弦波。例、积分和微分关系，但仍为同频的
75、正弦波。如果正弦波电压施加在非线性电路上时，电流就如果正弦波电压施加在非线性电路上时，电流就成为非正弦波，非正弦波电流在电网阻抗上产生成为非正弦波，非正弦波电流在电网阻抗上产生压降，会使电压波形也变为非正弦波（电力电子压降，会使电压波形也变为非正弦波（电力电子装置就是典型的非线性电路）。装置就是典型的非线性电路）。当然，非正弦波电压施加在线性电路上时，当然，非正弦波电压施加在线性电路上时，电流也是非正弦的。电流也是非正弦的。非正弦电压一般满足狄里赫利条件，可分解为傅里叶级数非正弦电压一般满足狄里赫利条件，可分解为傅里叶级数基波基波（fundamental）在傅里叶级数中，频率与工频相同的分量谐
76、波谐波频率为基波频率大于1整数倍的分量，即2,3,4,N次谐波谐波次数谐波次数谐波频率和基波频率的整数比n次谐波电流含有率以HRIn（HarmonicRatioforIn）表示（3-40）电流谐波总畸变率THDi（TotalHarmonicdistortion）定义为（3-41）注：注：I Ih h为总谐波电流有效值为总谐波电流有效值。1. 1. 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路( (感性负载感性负载) )输入谐波分析输入谐波分析忽略换相过程和电流脉动，带阻感负载，电感忽略换相过程和电流脉动，带阻感负载，电感L L为为足够大。将电流足够大。将电流i2i2分解为傅里叶级数，可得：分解为傅
77、里叶级数，可得：（3-42）变压器二次侧电流谐波分析变压器二次侧电流谐波分析 基波和各次谐波有效值为：基波和各次谐波有效值为：n=1,3,5,（3-43）电流中仅含奇次谐波；电流中仅含奇次谐波；(电气化铁路谐波为奇次谐波）电气化铁路谐波为奇次谐波）各次谐波有效值与谐波次数成反比，且与基波有效值的比值各次谐波有效值与谐波次数成反比，且与基波有效值的比值为谐波次数的倒数。为谐波次数的倒数。2. 2. 三相桥式全控整流电路（感性负载）输入谐波分析三相桥式全控整流电路（感性负载）输入谐波分析 阻感负载，忽略换相过程和电流脉动，电感阻感负载，忽略换相过程和电流脉动，电感L L为足够大。为足够大。 以以
78、=30 =30 为例，交流侧电压和电流波形如为例，交流侧电压和电流波形如图图3-173-17中的中的uaua和和iaia波形所示。此时，电流为正负半周波形所示。此时，电流为正负半周各各120120 的方波，其有效值与直流电流的关系为：的方波，其有效值与直流电流的关系为：（3-44）变压器二次侧电流谐波分析：变压器二次侧电流谐波分析：（3-45）电流基波和各次谐波有效值分别为：电流基波和各次谐波有效值分别为： （3-463-46） 电流中仅含电流中仅含6k6k 1 1（k k为正整数）次谐波；可见三为正整数）次谐波；可见三相桥的优越性。相桥的优越性。各次谐波有效值与谐波次数成反比，且与基波有各次
79、谐波有效值与谐波次数成反比，且与基波有效值的比值为谐波次数的倒数。效值的比值为谐波次数的倒数。3. 3. 3. 3. 整流输出电压和电流的谐波分析整流输出电压和电流的谐波分析整流输出电压和电流的谐波分析整流输出电压和电流的谐波分析整流电路的输出电压中主要成分为直流，同时包含各种频率的谐波，这些谐波对于负载的工作是不利的。 图图3-20 =03-20 =0 时，时，m m脉波整流电路的整流电压波脉波整流电路的整流电压波形形 =0 =0 时，时，m m脉波整流电路的整流电压和整流电流的谐波脉波整流电路的整流电压和整流电流的谐波分析：分析：将纵坐标选在整流电压的峰值处，则在将纵坐标选在整流电压的峰值
80、处，则在- -/m /m /m/m区间，整流电压的表达式为：区间，整流电压的表达式为： （3-473-47）对该整流输出电压进行傅里叶级数分解，得出：对该整流输出电压进行傅里叶级数分解，得出： （3-483-48） 式中，式中，k=1k=1，2 2，3 3；且：且： （3-493-49） （3-503-50）为了描述整流电压为了描述整流电压ud0ud0中所含谐波的总体情况，定义中所含谐波的总体情况，定义电压纹波因数电压纹波因数 为为ud0ud0中谐波分量有效值中谐波分量有效值URUR与整与整流电压平均值流电压平均值Ud0Ud0之比：之比： （3-513-51） 其中：其中： （3-523-52
81、） 而：而： U U为整流电压有效值为整流电压有效值 （3-533-53） 将上述式（将上述式（3-523-52）、）、3-533-53）和（）和（3-493-49）代入（）代入（3-513-51）得）得: :（3-54）表表3-33-3给出了不同脉波数给出了不同脉波数m m时的电压纹波因数值。时的电压纹波因数值。m23612g gu（%）48.218.274.180.9940负载电流的傅里叶级数可由整流电压的傅里叶级数求得：负载电流的傅里叶级数可由整流电压的傅里叶级数求得： （3-553-55）当负载为当负载为R R、L L和反电动势和反电动势E E串联时，上式中：串联时，上式中： （3-5
82、63-56）n n次谐波电流的幅值次谐波电流的幅值dndn为：为： （3-573-57）n n次谐波电流的滞后角为：次谐波电流的滞后角为： （3-583-58） =0 =0 时整流电压、电流中的谐波有如下规律：时整流电压、电流中的谐波有如下规律：（1 1）m m脉波整流电压脉波整流电压ud0ud0的谐波次数为的谐波次数为mkmk（k=1k=1，2 2，3.3.）次，即次，即m m的倍数次；整流电流的谐波由整流电的倍数次；整流电流的谐波由整流电压的谐波决定，也为压的谐波决定，也为mkmk次；次；（2 2）当）当m m一定时，随谐波次数增大，谐波幅值迅速减一定时，随谐波次数增大，谐波幅值迅速减小，
83、表明最低次（小，表明最低次（m m次）谐波是最主要的，其它次数次）谐波是最主要的，其它次数的谐波相对较少；当负载中有电感时，负载电流谐波的谐波相对较少；当负载中有电感时，负载电流谐波幅值幅值dndn的减小更为迅速；的减小更为迅速；（3 3） m m增加时，最低次谐波次数增大，且幅值迅速减增加时，最低次谐波次数增大，且幅值迅速减小，电压纹波因数迅速下降。小，电压纹波因数迅速下降。 不为不为0 0 时的情况：时的情况：m m脉波整流脉波整流电压谐波的一般表达式十分复杂，电压谐波的一般表达式十分复杂，这里给出三相桥式整流电路的结这里给出三相桥式整流电路的结果，说明谐波电压与果，说明谐波电压与 角的关
84、系角的关系以以n n为参变量，为参变量，n n次谐波幅值（取次谐波幅值（取标幺值标幺值 ）对）对 的关系的关系如如图图3-283-28所示：所示：当当 从从0 0 90 90 变化时变化时，udud的的谐波幅值随谐波幅值随 增大而增大，增大而增大， =90=90 时谐波幅值最大；时谐波幅值最大； 从从9090 180 180 之间电路工之间电路工作于有源逆变工作状态，作于有源逆变工作状态，udud的的谐波幅值随谐波幅值随 增大而减小。增大而减小。图图3-28 三相全控桥电三相全控桥电流连续时，以流连续时，以n为参变为参变量的与量的与 的关系的关系3.9.2 3.9.2 整流电路的功率因数整流电
85、路的功率因数1. 1. 正弦电路中的功率因数正弦电路中的功率因数电路的有功功率电路的有功功率P P就是其平均功率：就是其平均功率： ( 3-59( 3-59） 视在功率视在功率S S为电压、电流有效值的乘积，即为电压、电流有效值的乘积，即S=UIS=UI 无功功率无功功率Q Q定义为：定义为： Q=U I sin Q=U I sin 功率因数功率因数 定义为有功功率定义为有功功率P P和视在功率和视在功率S S的比值：的比值： （3-603-60） 此时无功功率此时无功功率Q Q与有功功率与有功功率P P、视在功率视在功率S S之间有如下之间有如下关系：关系： （3-613-61） 功率因数功
86、率因数是由电压和电流的相位差是由电压和电流的相位差 决定的：决定的： = =coscos 2.2.非正弦电路中的功率因数非正弦电路中的功率因数有功功率、视在功率、功率因数的定义均和正弦电有功功率、视在功率、功率因数的定义均和正弦电路相同，功率因数路相同，功率因数 仍由式（仍由式（3-603-60）定义。）定义。公用电网中，通常电压的波形畸变很小，而电流波公用电网中，通常电压的波形畸变很小，而电流波形的畸变可能很大。因此，不考虑电压畸变，形的畸变可能很大。因此，不考虑电压畸变，研究研究电压波形为正弦波、电流波形为非正弦波电压波形为正弦波、电流波形为非正弦波的情况有的情况有很大的实际意义。很大的实
87、际意义。设正弦波电压有效值为设正弦波电压有效值为U U，畸变电流有效值为畸变电流有效值为I I，基基波电流有效值及与电压的相位差分别为波电流有效值及与电压的相位差分别为I1I1和和 1 1。这时有功功率为：这时有功功率为： P=U I1 cos1P=U I1 cos1 功率因数为：功率因数为：（3-62）3.3.单相桥式全控整流电路功率因数计算单相桥式全控整流电路功率因数计算 基波电流有效值为基波电流有效值为: : （3-633-63） i2i2的有效值的有效值I= IdI= Id，结合式（结合式（2-632-63）可得基波因数）可得基波因数为为: : （3-643-64） 电流基波与电压的相位差就等于控制角电流基波与电压的相位差就等于控制角 ，故位移因数故位移因数为为: : （3-653-65） 所以，功率因数为所以，功率因数为: : 4.4.三相桥式全控整流电路功率因数计算三相桥式全控整流电路功率因数计算基波因数为基波因数为: : （3-663-66）电流基波与电压的相位差仍为电流基波与电压的相位差仍为 ，故位移因数仍为故位移因数仍为: : （3-3-6767）功率因数为功率因数为: :（3-68）
