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1、电 力 电 子 技 术Power Electronic TechnologyPower Electronic Technology整流与有源逆变整流与有源逆变合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组重要概念触发延迟角：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。导通角：晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度。的移相范围：指触发角可以变化的角度范围。直流输出电压平均值Ud直流输出电流平均值IdIdT（流过晶闸管电流的平均值）IT（流过晶闸管电流的有效值）合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组的移相范围电阻性负载：单相桥式整流电路移相范围为180；三相半波整流电路移相
2、范围为150；三相桥式整流电路移相范围为120；大电感负载各电路移相范围均为90；合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组整流电路平均电压电阻性负载：单相桥式整流电路三相半波整流电路30时，负载电流连续30时，负载电流断续，晶闸管导通角减小，合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组整流电路平均电压电阻性负载：三相桥整流电路60 时，负载电流连续60时，负载电流断续，晶闸管导通角减小，合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组整流电路平均电压大电感负载：单相桥式整流电路三相半波整流电路三相桥式整流电路合肥工业大学电气工程学院电
3、力电子与电力传动教研组整流电路中晶闸管平均电流和大电感负载下的有效值单相桥式整流电路三相半波整流电路三相桥式整流电路合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组反电势大电感负载整流电路反电势大电感负载整流电路合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组半控整流电路半控整流电路在u2电压正半周、触发角为时，触发VT1，VT1和VD4导通。当u2过零变负时，因电感作用使电流连续，VT1继续导通。但因a点电位低于b点电位，使得VD2正偏导通，而VD4反偏截止，电流从VD4转移至VD2，VD4关断，电流不再流经变压器二次绕组，而是由VT1和VD2续流。此时整流桥输出电压为VT1和VD2的正向压
4、降，接近于零，所以整流输出电压ud没有负半波。这种现象被称为自然续流，在这点上，半控桥与全控桥是不同的。在u2电压负半周，具有与正半周相似的特性，触发角时触发VT3，VT3和VD2导通，u2过零变正时经VT3和VD4自然续流。合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组半控整流电路半控整流电路有续流二极管VDR时，当u2电压降到零时，负载电流经VDR完成续流，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，也有利于降低损耗。单相半控桥式整流电路带大电感负载时虽然本身具有自然续流能力，但在实际运行时，当角突然增大至180或触发脉冲丢失时，会发
5、生一个晶闸管持续导通而两个二极管轮流导通的情况，即半周期ud为正弦，另外半周期ud为零，其平均值保持恒定，角失去控制作用，称为失控。为避免失控，带电感性负载的半控桥式整流电路还需另加续流二极管。合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组当晶闸管控制角为45时,画出输出电压ud，晶闸管两端uT，二极管两端uD的波形合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路三相半波共阳极可控整流电路 相对于三相半波共阴极可控电路，还有一种共阳极电路，即将三个晶闸管的阳极连在一起，其阴极分别接变压器的三个绕组，变压器的零线作为输出电压的正端，晶闸管共阳极端作为输
6、出电压的负端，与共阴极电路不同的，由于电路采用共阳极接法，各晶闸管只能在相电压为负时触发导通，换流总是从电位较高的相换到电位较低的相。自然换相点为三相电压负半波交点，负载电压ud为负值。合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组触发脉冲 三相半波整流电路对触发脉冲的要求：按VT1-VT2-VT3的顺序，相位依次差120；三相桥式整流电路对触发脉冲的要求：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；同一相的上下两个桥臂，即VT1与VT4，VT3与VT6，VT5与VT2
7、，脉冲相差180。合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组三相桥式要采用宽触发或双窄脉冲 合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组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以三相半波为例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。图2-25 考虑变压器漏感时的三相半波可控整流电路及波形合肥工业大学电气工程学院电力
8、电子与电力传动教研组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3. 换相重叠角可见，随其它参数变化的规律：1）Id越大则越大；2）XB越大越大；3）当90时，越大越小。重叠角的产生是由于变压器漏感储存了电磁能量而引起的，Id和XB越大，变压器储存的能量越大。当90时，越大，越小，这是因为越大，相邻相的相电压差值越大，要使得两相重叠导电，势必dik/dt要增大，即能量要释放得快。合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组逆变失败与换相重叠角逆变失败与换相重叠角换相重叠角的影响：图2-47 交流侧电抗对逆变换相过程的影响当b g 时，换相结束时，晶闸管能承受反压而关断。如果b g
9、时（从图2-47右下角的波形中可清楚地看到），该通的晶闸管（VT1）会关断，而应关断的晶闸管（VT3)不能关断，最终导致逆变失败。 udOOidwtwtuaubucuaubpbgb giVT1iVTiVT3iVTiVT322合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组为为何采用多重化整流何采用多重化整流何采用多重化整流何采用多重化整流电电路路路路：提高整流装置功率降低谐波,提高功率因数合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组大功率可控整流电路大功率可控整流电路采用带平衡电抗器的双反星形可控整流电路的原因，和平衡电抗器的作用；低压大电流，又要克服变压器直流磁化现象。平衡电抗器可保证两
10、组三相半波整流电路能同时导电，各承担一半负载。将双反星形电路与三相桥式电路进行比较可得出以下结论：（1）三相桥为两组三相半波串联，而双反星形为两组三相半波并联，且后者需用平衡电抗器；（2）当变压器二次有效值U2相等时，双反星形整流电路的整流电压平均值Ud是三相桥式整流电路的1/2；若采用相同的晶闸管，双反星形整流电路允允许的的整流电流平均值Id是三相桥式整流电路的2倍；（3）两种电路中，晶闸管的导通及触发脉冲的分配关系一样合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组整流电路的有源逆变工作状态产生有源逆变的条件有二：（1）有直流电动势，其极性和晶闸管导通方向一致，其绝对值大于变流器直流侧平均
11、电压；（2）晶闸管的控制角/2，使Ud为负值。半控桥或有续流二极管的电路，因其整流电压ud不能出现负值（最小为零），也不允许直流侧出现负极性的电动势，故不能实现有源逆变。欲实现有源逆变，只能采用全控电路。合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组整流电路的有源逆变工作状态逆逆变和整流的区和整流的区别：控制角 不同0 p p /2时，电路工作在整流状态。p p /2 p p /2时的控制角用p-p- = b b表示，b b 称为逆变角逆变角。逆变角b b和控制角 的计量方向相反，其大小自b=0的起始点向左方计量。合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组整流电路的有源逆变工作状态三相
12、半波有源逆变电路和负载电压波形a)电路 b)波形合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组直流可逆电力拖动系统直流可逆电力拖动系统图2-53 两组变流器的反并联可逆线路图2-53a与b是两组反并联的可逆电路a)三相半波有环流接线b)三相全控桥无环流接线c)对应电动机四象限运行时两组变流器工作情况合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组直流可逆电力拖动系统直流可逆电力拖动系统1、电动机反转过程：电动机在第1象限正转，电动机从正组桥取得电能，欲使电动机反转，必须首先正转迅速制动。此时EM的方向保持为上正下负，而对于正向桥来说，电流方向是不能改变的，为此需切换到反组桥工作，同时要求反组
13、桥工作在逆变状态，此时电动机进入第2象限作正转发电运行，机械能转化为电能送给电网。随着电动机转速的下降，不断地调节，使之由小变大直至2/2，如继续增大，即/2，反组桥将转入整流状态下工作，电动机开始反转进入第3象限的电动运行。正组变流器反组变流器n321Id4b2b3b4b1 =b =p2 =b =p2b3b2b1b42341 增大方向b 增大方向 增大方向b 增大方向注意：电动机的反电势的方向和转向保持一致。合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组直流可逆电力拖动系统直流可逆电力拖动系统2、1=2配合控制的有环流可逆系统对正、反两组变流器同时输入触发脉冲，并严格保证1=2的配合控制关
14、系;假设正组为整流，反组为逆变，即有1=2，Ud1=Ud2，且极性相抵，两组变流器之间没有直流环流；两组变流器的输出电压瞬时值不等，会产生脉动的交流环流。为防止环流只经晶闸管流过而使电源短路，必须串入环流电抗器LC限制环流。合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组同步信号为锯齿波的触发电路同步信号为锯齿波的触发电路脉冲形成环节脉冲形成环节脉冲前沿由V4导通时刻确定，脉冲宽度与反向充电回路时间常数R11C3有关。合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组同步信号为锯齿波的触发电路同步信号为锯齿波的触发电路vM点是V4由截止到导通的转折点，也就是脉冲的前沿；v加up的目的是为了确定控
15、制电压uco=0时脉冲的初始相位；可令uco=0时，产生脉冲的M点位于锯齿波的中点，对应=90。合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组同步信号为锯齿波的触发电路同步信号为锯齿波的触发电路合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组触发电路的定相触发电路的定相以三相全控桥为例，采用锯齿波同步触发电路的情况：v对于负半周有效的电路（uTS为负时才能产生触发脉冲），对于连接于ua相正向的VT1， 应 选 用 滞 后 ua1800的（即反相）的电压作为VT1的同步电压us，常计为usa。v对 于 连 接 ua反 向 的 VT4，由于VT1和VT4触 发 导 通 相 差 180，所以选用和ua同 步 的 电 压 作 为 VT4的同步电压us，常计为usa。v同理可以获得其它四个SCR的同步电压。合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组变压器接法：主电路整流变压器为D,y-11联结，同步变压器为D,y-11,5联结图2-59 同步变压器和整流变压器的接法及矢量图触发电路的定相触发电路的定相
