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1、第三章 晶闸管可控整流电路n本章要点： n1.整流电路的基本类型、换相规律、输出电压控制和负载性质的影响。n2.可控整流电路研究的有关基本概念、内容和步骤。n3.单相、三相；半波、桥式（全控、半控）；电阻负载、电阻电感负载、含直流电动势负载电路的分析。n4.各种电路的负载上的电压、电流、整流器件上的电压、电流、电源变压器电流波形分析。n5.负载电压平均值、负载电流平均值、有效值、整流器件电压最大值、整流器件电流有效值、电源变压器电流有效值、整流电路的功率因数的计算。n6.根据上述计算结果选择器件和设计电源变压器。n7.电源变压器存在漏感时的影响。n8.有源逆变。整流电路的整流原理n原理：利用整
2、流管和晶闸管的单相导电开关特性，构成输出单一的电力变换电路，从而将输入的交流电能转换为输出的直流电能。n 整流电路通常由整流变压器将电源电压变换为适宜的电压幅值，为负载提供需要的直流电压及合理的电压调整范围。整流电路的基本类型划分划分依据依据电源相数电源相数变变压压器器次次级级绕绕组组工工作制作制输出电压输出电压负载性质负载性质基本基本类型类型单相单相三相三相多相多相半波半波桥式桥式不可控不可控可控可控半控半控电阻负载电阻负载阻感负载阻感负载反电动势反电动势阻容负载阻容负载整流电路的基本类型整流电路的基本类型n如果其中一组元件为二极管，则为半控型。整流电路的基本类型n对于相半波整流电路而言，共
3、有条整流工作回路，各回路中均含有一个开关元件。条整流工作回路的电源电压有一定的相序，相邻两条整流工作回路的电源电压相位差均为2/nn半波整流电路的电源变压器次级绕组只通过单方向电流，变压器利用率低，且有的电路存在直流磁势，造成铁芯直流磁化。n对于相（单相时n取2）桥式整流电路而言，共有（n-1）条整流工作回路，各回路中均含有二个开关元件。各整流工作回路的电源电压有一定的相序，相邻两条整流工作回路的电源电压相位差均为2/n(n-1)。整流电路的换相规律对电源系统电压的要求对电源系统电压的要求 整流电路在工作过程中，要按照电源电压的变化规律周期性地切换整流工作回路。为保证在稳定工作状态下能均衡工作
4、，使输出电压电流波形变化尽可能小，要求电源系统为对称的，且电压波动在一定范围之内。 2 自然换相与自然换相点自然换相与自然换相点 在不可控整流电路中，整流管将按电源电压变化规律自然换相，自然换相的时刻称为自然换相点。 在同一接线组中，除导通的一相元件外，其他相元件均应承受反向电压。 对于共阴极组接法的半波不可控整流电路而言，为高通电路，即总是相电压最高的一相元件导通。所以，自然换相点在相邻两相工作回路电源电压波形正半周交点，输出电压波形为电源电压波形正半周包络线。 对于共阳极组接法的半波不可控整流电路而言，为低通电路，即总是 相电压最低的一相元件导通。所以，自然换相点在相邻两相工作回路电源电压
5、波形负半周交点，输出电压波形为电源电压波形负半周包络线。整流电路的输出电压控制从自然换相点计起，到晶闸管门极触发脉冲前沿为止从自然换相点计起，到晶闸管门极触发脉冲前沿为止的时间间隔，以电角度表示，称为的时间间隔，以电角度表示，称为控制角控制角。在自然。在自然换换相相点点给给予触予触发时发时控制角控制角=0，改，改变变便可以改便可以改变输变输出出电压电压波波形和平均形和平均值值。2 控制角控制角的有效的有效变变化范化范围围称称为为移相范移相范围围，移相范，移相范围围决定决定于整流于整流电电路的路的类类型和型和负载负载性性质质。3. 晶晶闸闸管在一个管在一个电电源周期内的源周期内的导导通通时间时间
6、，以，以电电角度表示，角度表示，称称为为导导通角通角，在可控整流，在可控整流电电路的分析中，路的分析中，应应注意其移相注意其移相范范围围和和导导通角通角与控制角与控制角的关系。的关系。4. 通通过过改改变变控制角控制角来来调调整整输输出出电压电压的称的称为为相位控制相位控制。5. 触触发发脉冲和主脉冲和主电电路路电压电压在在频频率和相位上要有相互率和相位上要有相互协调协调的的配合关系，称配合关系，称为为同步同步。负载性质的影响电阻负载 特点：电压、电流的波形形状相同。2 电感性负载（主要指电感与电阻串联的电路） 特点：负载电流不能突变，波形分为连续和不连续两种情况。 3.电容性负载（整流输出接
7、大电容滤波） 特点：由于电容电压也不能突变，所以晶闸管刚一触发导通时， 电容电压为零，相当于短路，因而就有很大的充电电流流过晶闸管。电流波形呈尖峰状。因此为了避免晶闸管遭受过大的电流上升率而损坏，一般不宜在整流输出端直接接大电容。 4.反电势负载（整流输出供蓄电池充电或直流电动机，即负载有反电势） 特点：只有当输出电压大于反电动势时才有电流流通，电流波形也呈较大的脉动。分析整流电路的假设条件 假定开关元件的开关特性是理想的的开关特性（饱和压降为零、漏电流为零、开关时间为零）2 电源变压器是理想变压器（内阻为零，漏抗为零） 3.电源为理想电动势（内阻为零） 在理想条件下所得出的结论，大都适用于实
8、际的电路。对因与假定理想条件不符合而产生的影响，可进一步根据实际特性进行修正。主要研究内容和步骤（重要） 根据开关元件的理想开关特性和负载性质，分析电路的工作过程。2 根据电路工作过程得出波形分析，包括输出电压ud、各晶闸管端电压uVT、负载电流id、通过各晶闸管电流iVT、变压器次级i2和初级电流i1等。 3.在波形分析的基础上，求得一系列电量间的基本数量关系，以便对电路进行定量分析。在设计整流电路时，数量关系可作为选择变压器和开关元件的依据。单相半波电路R负载 整个电路只有一个等效工作回路，两种工作状态。整个电路只有一个等效工作回路，两种工作状态。整流变压器次级电压为整流变压器次级电压为单
9、相半波电路R负载 定定量计算：量计算： 角的有效移相范角的有效移相范围为围为0 ，导导通角通角为为= =- -。 单相半波电路R负载 定定量计算：量计算： 晶晶闸闸管可能承受的最大管可能承受的最大电压为电压为单相半波电路RL负载 整个电路只有一个等效工作回路，两种工作状态，三个整个电路只有一个等效工作回路，两种工作状态，三个阶段。阶段。单相半波电路RL负载 定量计算：将定量计算：将U=U2、t1=代入式（代入式（1-66）中，得）中，得 三者之三者之间的关系的关系有效移相范有效移相范围 最大最大电压 单相半波电路大电感负载 整个电路只有一个整个电路只有一个等效工作回路，两等效工作回路，两种工作
10、状态。种工作状态。n在电源电压正半周，在电源电压正半周，负载电流由晶闸管负载电流由晶闸管导通提供；导通提供；n 电源电压负半周电源电压负半周时，续流二极管时，续流二极管D维持负载电流；维持负载电流；n 因此负载电流是因此负载电流是一个连续且平稳的一个连续且平稳的直流电流。大电感直流电流。大电感负载时，负载电流负载时，负载电流波形是一条平行于波形是一条平行于横轴的直线。横轴的直线。单相半波电路大电感负载 定量计算：定量计算：Ud与与R负载时相同，负载时相同，Id=Ud/R平均值平均值有效值有效值单相半波整流电路的特点 1）优点：）优点：n 线路简单，调整方便；线路简单，调整方便；n2）缺点：）缺
11、点：n （1）输输出出电电压压脉脉动动大大，负负载载电电流流脉脉动动大大（电电阻阻性性负负载时）。载时）。n （2）整整流流变变压压器器次次级级绕绕组组中中存存在在直直流流电电流流分分量量， 使使铁铁芯芯磁磁化化，变变压压器器容容量量不不能能充充分分利利用用。若若不不用用变变压压器器，则交流回路有直流电流，使电网波形畸变引起额外损耗。则交流回路有直流电流，使电网波形畸变引起额外损耗。n3）应用：）应用：n 单单相相半半波波可可控控整整流流电电路路只只适适于于小小容容量量、波波形形要要求求不不高的场合。高的场合。单相桥式电路R负载 整个电路只有二个等效工作回路，三种工作状态。整个电路只有二个等效
12、工作回路，三种工作状态。整流变压器次级电压为整流变压器次级电压为单相桥式电路R负载 定量计算定量计算单相桥式电路R负载 定量计算定量计算有效移相范围有效移相范围 晶闸管可能承受的最大电压晶闸管可能承受的最大电压单相桥式电路RL负载 整个电路有二个等效工作回路，电流断续时有三种工作状整个电路有二个等效工作回路，电流断续时有三种工作状态，电流连续时有二种工作状态。态，电流连续时有二种工作状态。单相桥式电路RL负载 定量计算（电流断续）定量计算（电流断续）在式（在式（1-66）中，令）中，令t1=，U=U2得得导导通角通角与控制角与控制角之之间间的关系的关系导导通角通角可由（可由（3-12）式求得）
13、式求得晶晶闸闸管上可能承受的最大管上可能承受的最大电压为电压为有效移相范有效移相范围围单相桥式电路RL负载 定量计算定量计算(电流连续电流连续) 保持电流连续的必要条件为保持电流连续的必要条件为 导导通角通角=在式（在式（1-67）中，令）中，令t1=，U=U2得得晶晶闸闸管上可能承受的最大管上可能承受的最大电压为电压为单相桥式电路RL负载 大电感负载，满足大电感负载，满足LR。必要条件必要条件/2。Ud仍仍满足式（足式（3-46）id=Id= Ud /RI2=Id单相桥式与半波电路比较n 、的移相范围相等，均为的移相范围相等，均为0180；n、输出电压平均值、输出电压平均值Ud是半波整流电路
14、的倍；是半波整流电路的倍；n、在相同的负载功率下，流过晶闸管的平均电流减小、在相同的负载功率下，流过晶闸管的平均电流减小一半；一半；n、功率因数提高了、功率因数提高了 倍。倍。n单相全控桥式整流电路具有输出电流脉动小，功率因数单相全控桥式整流电路具有输出电流脉动小，功率因数高，变压器次级中电流为两个等大反向的半波，没有直高，变压器次级中电流为两个等大反向的半波，没有直流磁化问题，变压器的利用率高。流磁化问题，变压器的利用率高。n 在大电感负载情况下，在大电感负载情况下，接近接近/2时，输出电压的平时，输出电压的平均值接近于零，负载上的电压太小。且理想的大电感负均值接近于零，负载上的电压太小。且
15、理想的大电感负载是不存在的，故实际电流波形不可能是一条直线，而载是不存在的，故实际电流波形不可能是一条直线，而且在且在之前，电流就出现断续。电感量越小，电流开之前，电流就出现断续。电感量越小，电流开始断续的始断续的值就越小。值就越小。单相半控桥式整流电路n电阻负载时，输电阻负载时，输出整流电压与全出整流电压与全控桥相同，只是控桥相同，只是晶闸管上电压波晶闸管上电压波形有所不同。形有所不同。nRL负载时，电路负载时，电路及波形如右。及波形如右。 单相半控桥的自然续流现象当u2的正半周、控制角为时，触发晶闸管VT1，则VT1和VD4因承受正向电压而导通。当u2下降到零并开始变负时，由于电感的作用，
16、它将产生一感应电势使VT1继续导通。但此时VD3已承受正向电压正偏导通，而VD4反偏截止，负载电流id经VD3、VT1流通。此时整流桥输出电压为VT1和VD3的正向压降，接近于零，所以整流输出电压ud没有负半周，这种现象我们把它叫做自然续流。u2的负半周具有与正半周相似的情况，控制角为时触发VT2，VT2、VD3导通，u2过零变正时经VD4、VT2自然续流。失控现象与续流二极管n当控制角突然增大至180或触发脉冲丢失时，会发生一个晶闸管持续导通而两个二极管轮流导通的情况，这使ud成为正弦半波，即半周期ud为正弦，另外半周期ud为零，其平均值保持恒定，称为失控失控。n为了防止失控的发生，必须消除
17、自然续流现象：必须加续流二极管，以提供一条通路。n有续流二极管VDR时，续流过程由VDR完成，晶闸管关断，避免了某一个晶闸管持续导通从而导致失控的现象。同时，续流期间导电回路中只有一个管压降，有利于降低损耗。应当指出，实现这一功能的条件是VDR的通态电压低于自然续流回路开关元件通态电压之和，否则不能消除自然续流现象，关断导通的晶闸管。单相半控桥RL负载有三个等效工作回路（两个整流回路，一个续流回路）电路工作分为电流断续与电流连续两种情况，电流断续时有四种工作状态，电流连续时有三种工作状态。电路与波形如右。工作过程可表示为：单相半控桥RL负载定量计算：电流断续时将t1=、U=U2代入式（1-66
18、）可得整流段（t）的电流表达式，将t1=、I0=id代入式（1-68）可得续流段（t+）的电流表达式单相半控桥RL负载定量计算：电流连续时将t1=、U=U2、I0=I01代入式（1-67）可得整流段（t）的电流表达式，将t1=、I02=id、I0=I02代入式（1-68）可得续流段（tR时，id=Id=Ud/R。三相可控整流电路分析n对于三相对称电源系统而言，单相可控整流电路为不对称负载，可影响电源三相负载的平衡性和系统的对称性。负载容量较大时，通常采用三相或多相电源整流电路。三相或多相电源可控整流电路是三相电源系统的对称负载，输出整流电压的脉动小，控制响应快，在许多场合得到了广泛应用。n三相
19、可控整流电路电源变压器一般采用D,y或Y,d接线方式，以提供一条3及3的倍数次谐波电流通路。对于三相半波可控整流电路而言，次级绕组必须接成星形，以获得整流电源的中性点，故通常采用D,y接线方式。三相半波整流R负载n有三个等效工作回路轮流工作，对于共阴极接法，自然换相点在t=/6处（按前面假设a相的初始相位为0），每个自然换相点相差2/3，因此，每个晶闸管的触发脉冲也相差2/3。n有效移相范围05/6以=/6为分界，当/6时为电流断续。电流连续时电路有三种工作状态，电流断续时电路有四种工作状态。电流连续时的工作过程如下：三相半波整流R负载n电路图及电流连续时的波形图三相半波整流R负载n电流连续(
20、/6)时的定量计算：id=ud/Rn晶闸管可能承受的最大电压为 导通角=2/3三相半波整流R负载n电流断续时的工作过程如下：三相半波整流R负载n电流断续n（/6/6)的定量计算：id=ud/Rn晶闸管上最大电压为导通角=(5/6)三相半波整流RL负载n有三个等效工作回路轮流工作，对于共阴极接法，自然换相点在t=/6处（按前面假设a相的初始相位为0），每个自然换相点相差2/3，因此，每个晶闸管的触发脉冲也相差2/3。n有效移相范围05/6，分为电流连续与电流断续两种情况，电流连续的必要条件为/2。电流连续时电路有三种工作状态，电流断续时电路有四种工作状态。电流连续时的工作过程如下：三相半波整流R
21、L负载n电路图及电流连续时的波形图n图中所示为=/3三相半波整流RL负载n电流连续(/2)时的定量计算：n将t1=(/6)+、id=I0、U=U2代入式（1-67）得n将t=(5/6)+、 id=I0代入式（3-89）得n晶闸管可能承受的最大电压为 导通角=2/3三相半波整流RL负载n电流断续时的工作过程如下：三相半波整流RL负载n电流断续n（/25/6）时的波形：n(图示波形为=/2、/2)n四种工作状态轮流出现。注意当三个晶闸管全都截止时，晶闸管上承受的电压是相电压。n这时导通角/2)时的定量计算：n将t1=(/6)+、 U=U2代入式（1-66）得n设导通角为，则t=(/6)+时id=0
22、，代入上式，得n晶闸管可能承受的最大电压为 导通角R且/2时的定量计算：id=Id=Ud/Rn设变压器变比为1，则初级电流可表示为n晶闸管可能承受的最大电压为 导通角R且/6时，续流二极管工作，每个电源周期续流三次，故续流二极管的导通角为VDR=3(/6)。n输出电压ud的波形与纯电阻负载时一样，故Ud的计算也一样。n续流二极管工作时晶闸管关断，故晶闸管的导通角为VT=(5/6)。n续流二极管承受的最大电压为三相桥式全控整流电路n主电路由六个晶闸管构成，分为两组，共阴极组为VT1、VT3、VT5，共阳极组为VT4、VT6、VT2。也可分为三个桥臂，a相桥臂为VT1、VT4，b相桥臂为VT3、V
23、T6，c相桥臂为VT5、VT2。n有六个等效工作回路，每个回路包括二个晶闸管，其中一个为共阴极组的，另一个为共阳极组的。每个工作回路的交流电源电压为这两个元件间的线电压。三相全控桥式的触发方式按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，相位依次差60。共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差120，共阳极组VT4、VT6、VT2也依次差120。同一桥臂的二个元件，即VT1与与VT4，VT3与与VT6，VT5与与VT2，脉冲相差180。n必需保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲。n可采用两种方法：一种是宽脉冲触发；另一种是双窄脉冲触发。n宽脉冲触发方式：触发脉冲的宽度大于60,一般取为
24、80120。因为相邻编号两元件的自然换相点间的时间间隔为60，所以触发某一号元件时，前一号元件的触发脉冲尚未结束。这样，就可以保证各整流回路中两个晶闸管元件同时具有触发脉冲，并具有足够的脉冲宽度。n双窄脉冲触发方式：顺序触发某一号元件的同时，为其前一号元件再补发一个触发脉冲，以保证整流回路两元件同时具有触发脉冲。这种触发方式每一晶闸管在一个周期内有两个时间间隔为60的脉冲，故称为双窄脉冲触发方式。三相全控桥式电路RL负载三相桥式电路有六个工作回路轮流工作，电流比较容易连续，故只考虑电流连续的情况。电流连续的必要条件是：/2。六个工作回路的自然换相点，从相电压图上看，在相电压的交点处；从线电压图
25、上看，是对应整流回路的线电压瞬时值变为最高的时刻。当/3时，ud波形中出现负的部分；当=/2时，ud中正、负两部分包围的面积相等。电流连续时的工作过程如下(每个回路工作时间为/3)：三相全控桥式电路RL负载=0时的波形三相全控桥式电路RL负载=/6时的波形=/3时的波形三相全控桥式电路RL负载定量计算：设=/2时的波形令式（1-67）中t1=(/6)+，可得电流id的表达式。在id表达式中，令t=(/2)+，可得I0的表达式。晶闸管承受的最大电压为有效移相范围0/2时电流不连续，计算方法也不一样。三相全控桥式电路RL负载定量计算：当满足LR时，三相全控桥式电路R负载三相桥式电路有六个工作回路轮
26、流工作，id=ud/R当/3时，电流连续，有关电压波形与RL负载时相同。有效移相范围为02/3，当/3时，每个工作回路导通时间为(2/3)，晶闸管每个电源周期导通二次，导通角为VT=2(2/3)。电阻负载的工作过程如下(每两个时间段之间为所有晶闸管都截止)：三相全控桥式电路R负载/3 /3时的情况)：三相半控桥式整流电路自学应注意的几个问题：1.晶闸管要触发后才能换流，二极管则自然换流。2.只要0则六个等效回路的工作时间就不一样。3.如果共阳极组为二极管，则共阳极端的电位与a、b、c三点电位中最低的那一点相同。4.电感负载时必须接续流二极管，以防止失控。反电势负载整流电路1.每个等效工作回路中
27、，含有交流电源电压和负载直流电动势E，负载电动势对晶闸管而言恒为反向电压。2.晶闸管阻断时，承受的电压为u2-E，故只有交流电源电压瞬时值高于反电势时才具备开通的主电路条件。3.晶闸管阻断时输出电压为E，导通时输出电压为u2。4.终止导电角表示终止导电的时刻，定义为从t=起向左计量到与u2相等的时刻，以电角度表示。RE负载单相全控桥有二个等效工作回路，回路1(VT1、VT4)和回路2(VT2、VT3)。三种工作状态，回路1导通、回路2导通、都不导通。回路1导通时，输出电压为ud=u2，回路2导通时输出电压为ud=u2，都不导通时输出电压为ud=E。有效移相范围。晶闸管的导通角VT= 。RE负载
28、单相全控桥定量计算：晶闸管承受的最大电压为RE负载三相半波电路三个等效工作回路，回路1(VT1)、回路2(VT2)、回路3(VT3)。四种工作状态，回路1导通、回路2导通、回路3导通、都不导通。回路1导通时输出电压为ud=ua，回路2导通时输出电压为ud=ub，回路3导通时输出电压为ud=uc，都不导通时输出电压为ud=E。输出电流均为id（udE）/RRE负载三相半波电路n有效移相范围：在/6时为0(5/6)在/6时为/6 (5/6) 。n晶闸管的导通角：VT=(5/6) 仅在/6且(/6)的特殊条件下VT=(2/3) 这时电路仅三种工作状态即三个回路轮流导通。RE负载三相半波电路定量计算：
29、RLE负载中电感L的作用由于电感的储能作用，在整流回路电源电压瞬时下降为u20且id上升期间，由电源提供能量，供电感储能及电动势做功。在u20且id下降期间，由电源提供能量及电感释放能量，供电动势做功。在u20期间，由电感释放能量，除供电动势做功外，还向电源系统反馈能量。RLE负载单相桥式全控整流电路两个等效整流工作回路，回路1为VT1、VT4，回路2为VT2、VT3。电流断续时为三种工作状态，回路1导通、回路2导通、全截止。电流连续时为二种工作状态，回路1导通、回路2导通。回路1导通时输出整流电压ud=u2，回路2导通时输出整流电压ud=u2，全截止时输出电压ud=E。电流连续时导通角=，电
30、流断续时导通角R且/2时，Ud=0.9U2cos(3-159)nP=Id2R+IdE=UdId(3-161)RLE负载三相半波可控整流电路三个等效整流工作回路，回路1为VT1、回路2为VT2、回路3为VT3。电流断续时为四种工作状态，回路1导通、回路2导通、回路3导通、全截止。电流连续时为三种工作状态，回路1导通、回路2导通、回路3导通。回路1导通时输出整流电压ud=ua，回路2导通时输出整流电压ud=ub，回路3导通时输出整流电压ud=uc，全截止时输出电压ud=E。电流连续时导通角为=2/3，电流断续时导通角R、id=Id的条件下有Ud=1.17U2cos(3-167)RLE负载全控电路的
31、几点结论(1)在电流断续条件下，整流回路导通期间电流id为输入正弦电压RLE电路零状态电流响应。受电感L的影响，延长了整流回路晶闸管的导通时间。(2)在电流连续条件下，整流回路导通期间电流id为输入正弦电压RLE电路非零状态电流响应。受电感L影响，id波形连续且平稳；受电动势E的影响，id波形较RL负载时下移E/R。有关电压波形和RL负载时相同，并具有相同的数量关系表达式。RLE负载全控电路的几点结论(3)在LR的条件下，受电感L的影响R ，可视为id=Id；受电动势E的影响，Id=(Ud-E)/。电流波形基本与RL负载时相同，并具有，相同的数量关系表达式。(4)RLE负载可控整流电路输出功率
32、为P=I2R+IdE。其中，I2R为负载电阻的热损耗，I为负载电流有效值；IdE为电动势做功，Id为负载电流平均值。在电感L充分大且id=Id时，P=Id2R+IdE。交流回路的电感效应n n 前面在讨论整流电路工作过程和数量关系时前面在讨论整流电路工作过程和数量关系时, ,认为换流是瞬间完成的，忽略了交流电源回路的认为换流是瞬间完成的，忽略了交流电源回路的电感。但是，实际交流回路中总要存在一定的电电感。但是，实际交流回路中总要存在一定的电感，如输电线路的自感，变压器的漏感，专门附感，如输电线路的自感，变压器的漏感，专门附加的电感等。在分析其影响时，通常用一个接于加的电感等。在分析其影响时，通
33、常用一个接于变压器出口的等效集中电感表示。由于交流电源变压器出口的等效集中电感表示。由于交流电源回路电感的作用，回路电感的作用，整流电路的换相不能瞬间完成，整流电路的换相不能瞬间完成，存在一个换相过程存在一个换相过程。各种整流电路都是同一接线。各种整流电路都是同一接线组元件间换相，换相过程的等效电路是相同的。组元件间换相，换相过程的等效电路是相同的。三相半波可控整流电路换相过程分析n n 电路及波形电路及波形三相半波可控整流电路换相过程分析n图中LS为交流电源回路总电感，在无附加电感的条件下，该电感主要是整流变压器的漏感LT。为简化换相过程的分析，假定换相过程负载电流为定值，并忽略回路电阻的影
34、响。n考虑VT1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。三相半波可控整流电路换相过程分析定量计算，考虑电流id由a相元件VT1换相到b相元件VT2，设换相过程中整流输出电压为ud，则有由于假设Id为常量则 ia+ib=Id(3-171)由前几式可得设uba初始相位为0，则VT2的自然换相点在t=0处，换相过程的初始条件为t=，ia=Id，ib=0解出三相半波可控
35、整流电路换相过程分析 换相重叠角当ib=Id时，ia=0，a相元件关断，换相结束。在换相期间，参与换相的两个元件同时导通，整个换相过程用电角度表示，称换相重叠角。当t=+时，ib=Id则有换相重叠角受负载电流Id、交流回路电感Ls和控制角的影响。Id、Ls、增大也增大。换相过程对半波电路的影响在换相期间，输出整流电压为这使得的波形出现了一个缺口，输出平均电压降低。Rx为等效内阻，Rx上只产生压降，不产生功率损耗。换相使得整流变压器出线端电压和晶闸管两端电压波形出现畸变。换相过程对半波电路的影响换相过程中，在电源回路电感上形成了电压降，从而引起电源系统各点电压波形的畸变。尤其是整流变压器出线端的
36、电压波形，出现了明显的缺口。换相过程使晶闸管端电压波形变得更为复杂，在其它两相元件换相时，受出线端电压波形畸变影响，晶闸管端电压恰为换相前后其端电压的平均值。换相过程对桥式全控整流电路的影响考虑电源回路电感效应的三相桥式全控整流电路共阴极组由a相元件VT1导通换相为b相元件VT3导通的等效电路换相过程对桥式全控整流电路的影响桥式电路的元件分为二组，换相为同组元件之间换相，考虑共阴极组的VT1、VT3换相，这时共阳极组的VT2导通，则在换相期间共阴极端电位为ud1=(ub+ua)/2，共阳极端电位为uc，输出电压为ud=ud1-ud2=(ub+ua)/2-uc=(ubc+uac)/2(3-183
37、)换相引起的输出电压损失为由于每个电源周期换相次数比半波多一倍，故等效内阻和电压损失要大一倍换相过程对桥式全控整流电路的影响考虑电源回路电感效应的三相桥式全控整流电路波形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n n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U Ud d降低。降低。n n整流电路的工作状态增多。整流电路的工作状态增多。n n晶闸管的晶闸管的d di/ i/d dt t 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。 n n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d di/ i/
38、d dt t。n n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d du/u/d dt t，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，为此必须加吸收电路。n n 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。全控变流电路的有源逆变工作状态全控整流电路在一定的工作条件下，可以把直流侧电能变换为交流电能，并反送到电网中去。这种对应于整流的电能逆向变换过程称为有源逆变。既可作为可控整流电路，有可作为有源逆变电路的变流电路成为变流器。由于晶闸管的单向导电性，变流器能流方向的改变只能靠改变电压极性。因此实现有源逆变的条件为：一是负载侧
39、有一个提供直流电能的直流电动势，电动势的极性对晶闸管而言为正向电压，在整流回路交流电源电压为负期间，提供晶闸管维持导通的条件；二是要求变流器控制角/2，使变流器输出电压极性为负且维持电流连续，提供改变能流方向的条件。单相桥式变流器的逆变工作状态为保证具有一定的平均电流Id，应使|ED|Ud|，电路平均电流可表示为输出整流电压平均值为Ud=0.9U2cos(3-187)逆变角以=作为计量起点，为向左计量到触发脉冲前沿为止的电角度。+=（3-188）所以，输出电压平均值也可以写成Ud=0.9U2cos(3-189)单相桥式变流器的逆变工作状态当LR、idId时，各有关电流波形和数量关系均与RLE负
40、载整流工作状态时相同。晶闸管端电压uVT的表达式与整流工作状态时相同。由其波形可以看出，因/2，在阻断期间承受正向阻断电压的时间较长。三相半波变流器的逆变工作状态n 右图为三相半波整流右图为三相半波整流器带电动机负载时的电路器带电动机负载时的电路,并并假设负载电流连续。假设负载电流连续。 n 当当在在/2范围内变化范围内变化时，变流器输出电压的瞬时时，变流器输出电压的瞬时值在整个周期内虽然有正有值在整个周期内虽然有正有负或者全部为负，但负的面负或者全部为负，但负的面积总是大于正的面积，故输积总是大于正的面积，故输出电压的平均值出电压的平均值Ud为负值。为负值。电机电机E的极性具备有源逆变的极性
41、具备有源逆变的条件。的条件。n 当当在范围在范围/2内变化内变化且且E Ud时，可以实现有源时，可以实现有源逆变。逆变。三相半波变流器的逆变工作状态n定量计算定量计算n Ud=1.17U2cos=1.17U2cos (3-190)n在在LR、id=Id时，各有关，各有关电流波形及数量关系流波形及数量关系与与RLE负载整流工作状整流工作状态时相同。相同。三相桥式变流器的逆变工作状态三相桥式逆变电路的工作与三相三相桥式逆变电路的工作与三相桥式整流电路一样，要求每隔桥式整流电路一样，要求每隔60依次触发晶闸管，电流连依次触发晶闸管，电流连续时，每个管子导通续时，每个管子导通120，触，触发脉冲必须是
42、双窄脉冲或者是发脉冲必须是双窄脉冲或者是宽脉冲。宽脉冲。三相桥式变流器的逆变工作状态n定量计算定量计算n Ud=2.34U2cos=2.34U2cos (3-192)n在在LR、id=Id时，各有关，各有关电流波形及数量关系流波形及数量关系与与RLE负载整流工作状整流工作状态时相同。相同。逆变工作状态功率及功率因数n在逆变状态下，能量由负载侧向电网馈送，负载侧电动势为电源，其在逆变状态下，能量由负载侧向电网馈送，负载侧电动势为电源，其输出功率为输出功率为n PD=IdED (3-194)n其中，其中，ED0，PD0，表示负载输出电能。，表示负载输出电能。n电路损耗为电路损耗为 P =I2R (
43、3-195)n式中式中I为负载电流有效流有效值。注意。注意P与与PD异号，异号，则回回馈电网的功率网的功率为n P=PD+P =IdED+ I2R (3-196)n式中式中PR时，可，可视为id=Id，I=Id，则n P=PD+P =IdED+ I2R =Ud Id (3-197)n交流交流侧电源的源的视在功率在功率为n S=3 U2 I2 =3 U2l I2 (3-198)n交流侧电源的功率因数为交流侧电源的功率因数为逆变失败及原因n逆变失败逆变失败（逆变颠覆）n变流器为逆变工作状态时，若发生换相失控，就会导致外接电动势通过晶闸管形成短路，或者发生输出平均电压和外接电动势顺向串联形成短路，这
44、种情况称为逆变失败或称为逆变颠覆。n逆变失败的原因逆变失败的原因n（1）触发电路工作不可靠，不能适时、准确地给各晶闸 管分配脉冲，如脉冲丢失、脉冲延时等，致使晶闸管 不能正常换相。n （2）晶闸管发生故障，该断时不断，或该通时不通。n （3）交流电源缺相或突然消失。n （4）换相的裕量角不足，引起换相失败。换相重叠角的影响n以VT3换相到VT1的过程为例：n当 时，经过换相过程后，a相电压仍高于c相电压，所以换相结束时，能使VT3承受反压而关断。n如果 b bmin。变流器耦合供电的直流电动机机械特性n由单相桥式变流器供电时，由单相桥式变流器供电时，/2时时E0 U2 sin 。n由三相半波式变流器供电时，由三相半波式变流器供电时，/3时时E0 U2 sin（/6）。）。n由三相桥式变流器供电时，由三相桥式变流器供电时，/6时时E0 U2sin（/3）。）。
