电力电子技术 第3章 整流电路

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1、第第3章章 整流电路整流电路 3.1 单相可控整流电路单相可控整流电路 3.2 三相可控整流电路三相可控整流电路 3.3 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 3.4 电容滤波的不可控整流电路电容滤波的不可控整流电路 3.5 整流电路的谐波和功率因数整流电路的谐波和功率因数 3.6 大功率可控整流电路大功率可控整流电路 3.7 整流电路的有源逆变工作状态整流电路的有源逆变工作状态 3.8 相控电路的驱动控制相控电路的驱动控制 本章小结本章小结 引言引言整流电路（整流电路（Rectifier）是电力电子电路中出现最）是电力电子电路中出现最早的一种，它的作用是将交流电能变为直流电能

2、早的一种，它的作用是将交流电能变为直流电能供给直流用电设备。供给直流用电设备。 整流电路的分类整流电路的分类 按组成的器件可分为按组成的器件可分为不可控不可控、半控半控、全控全控三种。三种。 按电路结构可分为按电路结构可分为桥式桥式电路和电路和零式零式电路。电路。 按交流输入相数分为按交流输入相数分为单相单相电路和电路和多相多相电路电路。 按变压器二次侧电流的方向是单向或双向，分按变压器二次侧电流的方向是单向或双向，分为为单拍单拍电路和电路和双拍双拍电路。电路。23.1 单相可控整流电路单相可控整流电路 3.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路 3.1.2 单相桥式全控整流电路单相

3、桥式全控整流电路 3.1.3 单相全波可控整流电路单相全波可控整流电路 3.1.4 单相桥式半控整流电路单相桥式半控整流电路33.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路tTVTR0a)u1u2uVTudidt1p2 ptttu2uguduVTaq0b)c)d)e)00图图3-1 单相半波可控整流电路及波形单相半波可控整流电路及波形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T起变换电压和隔离的作起变换电压和隔离的作用，其一次侧和二次侧电压瞬时值用，其一次侧和二次侧电压瞬时值分别用分别用u1和和u2表示，有效值分别用表示，有效值分别用U1和和U2表示，其中表示，其中U2的大小

4、根据需的大小根据需要的直流输出电压要的直流输出电压ud的平均值的平均值Ud确确定。定。 电阻负载的特点是电阻负载的特点是电压与电流电压与电流成正比，两者波形相同成正比，两者波形相同。 在分析整流电路工作时，认为在分析整流电路工作时，认为晶闸管（开关器件）为晶闸管（开关器件）为理想器件理想器件，即晶闸管导通时其管压降等于零，即晶闸管导通时其管压降等于零，晶闸管阻断时其漏电流等于零，除晶闸管阻断时其漏电流等于零，除非特意研究晶闸管的开通、关断过非特意研究晶闸管的开通、关断过程，一般认为晶闸管的开通与关断程，一般认为晶闸管的开通与关断过程瞬时完成。过程瞬时完成。 4改变触发时刻，改变触发时刻，ud和

5、和id波形随之改变，直流输出电压波形随之改变，直流输出电压ud为极性不变为极性不变 但瞬时值变化的但瞬时值变化的脉动直流脉动直流，其波形只在，其波形只在u2正半周内出现，故称正半周内出现，故称“半半波波”整流。加之电路中采用了可控器件晶闸管，且交流输入为整流。加之电路中采用了可控器件晶闸管，且交流输入为单相单相，故该电路称为故该电路称为单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路。整流电压。整流电压ud波形在一个电源波形在一个电源周期中只脉动周期中只脉动1次次，故该电路为，故该电路为单脉波整流电路单脉波整流电路。基本数量关系基本数量关系 ：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：从晶

6、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称为触发延迟角，也称触发角或控制角。度称为触发延迟角，也称触发角或控制角。 ：晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度称为导通角。晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度称为导通角。 直流输出电压平均值直流输出电压平均值 随着随着 增大，增大，Ud减小，该电路中减小，该电路中VT的的 移相范围移相范围为为180 。 通过控制触发脉冲的通过控制触发脉冲的相位相位来控制直流输出电压大小的方式称为相位控来控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。制方式，简称相控方式。 3.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路（3-1）53.1

7、.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路utttt20t1p2ptug0ud0id0uVT0qab)c)d)e)f)+ + +图图3-2 带阻感负载的单相半带阻感负载的单相半波可控整流电路及其波形波可控整流电路及其波形带阻感负载的工作情况带阻感负载的工作情况 阻感负载的特点是阻感负载的特点是电感对电流变化有抗电感对电流变化有抗拒作用，使得流过电感的电流不能发生突变。拒作用，使得流过电感的电流不能发生突变。 电路分析电路分析 晶闸管晶闸管VT处于断态处于断态,id=0,ud=0,uVT=u2。 在在 t1时刻，即触发角时刻，即触发角 处处 ud=u2。 L的存在使的存在使id不能突变不能突

8、变，id从从0开始增开始增加。加。 u2由正变负的过零点处，由正变负的过零点处，id已经处于减已经处于减小的过程中，但尚未降到零，因此小的过程中，但尚未降到零，因此VT仍处仍处于通态于通态。 t2时刻，电感能量释放完毕，时刻，电感能量释放完毕，id降至降至零，零，VT关断并立即承受反压关断并立即承受反压。 由于电感的存在延迟了由于电感的存在延迟了VT的关断时刻，的关断时刻，使使ud波形出现负的部分，与带电阻负载时相波形出现负的部分，与带电阻负载时相比其平均值比其平均值Ud下降。下降。 63.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路电力电子电路的一种基本分析电力电子电路的一种基本分析方法

9、方法 把器件理想化，将电路简化把器件理想化，将电路简化为为分段线性电路分段线性电路。 器件的每种状态组合对应一器件的每种状态组合对应一种种线性电路拓扑线性电路拓扑，器件通断状，器件通断状态变化时，电路拓扑发生改变。态变化时，电路拓扑发生改变。 以前述单相半波电路为例以前述单相半波电路为例 当当VT处于断态时，相当处于断态时，相当 于电路在于电路在VT处断开，处断开， id=0。当。当VT处于通时，处于通时， 相当于相当于VT短路。两种情短路。两种情 况的等效电路如图况的等效电路如图3-3所所 示。示。 图图3-3 单相半波可控整流电单相半波可控整流电路的分段线性等效电路路的分段线性等效电路 a

10、) VT处于关断状态处于关断状态 b) VT处于导通状态处于导通状态73.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路VTb)RLu2VT处于通态时，如下方程成立：处于通态时，如下方程成立： 在在VT导通时刻，有导通时刻，有 t= ，id=0，这是式（，这是式（3-2）的初）的初始条件。求解式（始条件。求解式（3-2）并将初始条件代入可得）并将初始条件代入可得式中，式中， ， 。由此式可得出图。由此式可得出图3-2e所示的所示的id波形。波形。当当 t= + 时，时，id=0，代入式（，代入式（3-3）并整理得）并整理得 图图3-3 b) VT处于导通状态处于导通状态 (3-2)(3-3)

11、(3-4)83.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路 若若 为定值，为定值， 角大，角大， 越小。越小。 若若 为定值，为定值， 越大，越大， 越大越大 ，且，且 平均值平均值Ud越接近零。为解决上述矛越接近零。为解决上述矛 盾，在整流电路的负载两端并联一盾，在整流电路的负载两端并联一 个二极管，称为个二极管，称为续流二极管续流二极管，用，用 VDR表示。表示。有续流二极管的电路有续流二极管的电路 电路分析电路分析 u2正半周时，与没有续流二极管正半周时，与没有续流二极管 时的情况是一样的。时的情况是一样的。 当当u2过零变负时，过零变负时，VDR导通，导通，ud 为零，此时为负的

12、为零，此时为负的u2通过通过VDR向向VT 施加反压使其关断，施加反压使其关断，L储存的能量保储存的能量保 证了电流证了电流id在在L-R-VDR回路回路中流通，中流通， 此过程通常称为此过程通常称为续流续流。 若若L足够大，足够大，id连续连续，且，且id波形接波形接 近一条水平线近一条水平线 。u2udiduVTiVTIdIdt1ttttttOOOOOOp-ap +ab)c)d)e)f)g)iVDRa)图图3-4 单相半波带阻感负载有单相半波带阻感负载有续流二极管的电路及波形续流二极管的电路及波形 9 基本数量关系基本数量关系 流过晶闸管的电流平均值流过晶闸管的电流平均值IdT和有效值和有

13、效值IT分别为：分别为： 续流二极管的电流平均值续流二极管的电流平均值IdDR和有效值和有效值IDR分别为分别为 其移相范围为其移相范围为180 ，其承受的最大正反向电压均为，其承受的最大正反向电压均为u2的峰值即的峰值即 。 续流二极管承受的电压为续流二极管承受的电压为-ud，其最大反向电压为，其最大反向电压为 ，亦为，亦为u2的峰值。的峰值。 单相半波可控整流电路的特点是简单，但输出脉动大，变压器二次侧电流中单相半波可控整流电路的特点是简单，但输出脉动大，变压器二次侧电流中含直流分量，造成变压器铁芯含直流分量，造成变压器铁芯直流磁化直流磁化。为使变压器铁芯不饱和，需增大。为使变压器铁芯不饱

14、和，需增大铁芯截面积，增大了设备的容量。铁芯截面积，增大了设备的容量。 3.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路(3-5)(3-6)(3-7)(3-8)103.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路u (i )pttt000i2udidb)c)d)ddaauVT1,4图图3-5 单相全控桥式单相全控桥式带电阻负载时的电路及波形带电阻负载时的电路及波形a)带电阻负载的工作情况带电阻负载的工作情况 电路分析电路分析 闸管闸管VT1和和VT4组成一对桥臂，组成一对桥臂，VT2 和和VT3组成另一对桥臂。组成另一对桥臂。 在在u2正半周（即正半周（即a点电位高于点电位高于b点电位

15、）点电位） 若若4个晶闸管均不导通，个晶闸管均不导通，id=0,ud=0,VT1、VT4串联承受电压串联承受电压u2。 在触发角在触发角 处给处给VT1和和VT4加触发加触发 脉脉冲，冲，VT1和和VT4即导通，电流从电源即导通，电流从电源a端经端经VT1、R、VT4流回电源流回电源b端。端。 当当u2过零时，流经晶闸管的电流也降过零时，流经晶闸管的电流也降到零，到零，VT1和和VT4关断。关断。 在在u2负半周，仍在触发角负半周，仍在触发角 处触发处触发VT2和和VT3，VT2和和VT3导通，电流从电源导通，电流从电源b端流出，经端流出，经VT3、R、VT2流回电源流回电源a端。端。 到到u

16、2过零时，电流又降为零，过零时，电流又降为零，VT2和和VT3关断。关断。 VT2和和VT3的的 =0处为处为 t= 11基本数量关系基本数量关系 晶闸管承受的最大晶闸管承受的最大正向电压正向电压和和反向电压反向电压分别为分别为 和和 。 整流电压平均值为：整流电压平均值为： =0时，时，Ud= Ud0=0.9U2。=180 时，时，Ud=0。可见，。可见，角的角的移相范围移相范围为为180 。 向负载输出的直流电流平均值为：向负载输出的直流电流平均值为： 3.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路(3-9)(3-10)12流过晶闸管的电流平均值流过晶闸管的电流平均值 ： 流过晶闸管

17、的电流有效值为：流过晶闸管的电流有效值为： 变压器二次侧电流有效值变压器二次侧电流有效值I2与输出直流电流有效值与输出直流电流有效值I相等，相等，为为 由式（由式（3-12）和（）和（3-13）可见：）可见：不考虑变压器的损耗时，要求变压器的容量为不考虑变压器的损耗时，要求变压器的容量为S=U2I2。3.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路(3-11)(3-12)(3-13)(3-14)133.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路2OtOtOtudidi2OtOtuVT1,4OtOtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4u图图3-6 单相桥式全控整流电流带单相桥式

18、全控整流电流带阻感负载时的电路及波形阻感负载时的电路及波形带阻感负载的工作情况带阻感负载的工作情况 电路分析电路分析 在在u2正半周期正半周期 触发角触发角 处给晶闸管处给晶闸管VT1和和VT4加加触发脉冲使其开通，触发脉冲使其开通，ud=u2。 负载电感很大，负载电感很大，id不能突变且波不能突变且波形近似为一条水平线。形近似为一条水平线。 u2过零变负时，由于电感的作用过零变负时，由于电感的作用晶闸管晶闸管VT1和和VT4中仍流过电流中仍流过电流id，并不，并不关断。关断。 t= + 时刻，触发时刻，触发VT2和和VT3，VT2和和VT3导通，导通，u2通过通过VT2和和VT3分别分别向向

19、VT1和和VT4施加反压使施加反压使VT1和和VT4关断，关断，流过流过VT1和和VT4的电流迅速转移到的电流迅速转移到VT2和和VT3上，此过程称为上，此过程称为换相换相，亦称，亦称换流换流。 143.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路基本数量关系基本数量关系 整流电压平均值为：整流电压平均值为： 当当 =0时，时，Ud0=0.9U2。 =90 时，时，Ud=0。晶闸管。晶闸管移相范围移相范围为为90 。 晶闸管承受的最大晶闸管承受的最大正反向电压正反向电压均为均为 。 晶闸管导通角晶闸管导通角 与与 无关，均为无关，均为180 ，其电流平均值和，其电流平均值和有效值分别为：有

20、效值分别为： 和和 。 变压器二次侧电流变压器二次侧电流i2的波形为正负各的波形为正负各180 的矩形波，的矩形波，其相位由其相位由 角决定，有效值角决定，有效值I2=Id。 (3-15)15带反电动势负载时的工作情况带反电动势负载时的工作情况 当负载为蓄电池、直流电动机的电枢（忽略其中的电感）等时，负载可看当负载为蓄电池、直流电动机的电枢（忽略其中的电感）等时，负载可看成一个直流电压源，对于整流电路，它们就是反电动势负载。成一个直流电压源，对于整流电路，它们就是反电动势负载。 电路分析电路分析 |u2|E时，才有晶闸管承受正电压，有导通的可能。时，才有晶闸管承受正电压，有导通的可能。 晶闸管

21、导通之后，晶闸管导通之后，ud=u2， ，直至，直至|u2|=E，id即降至即降至0使得晶闸管使得晶闸管关断，此后关断，此后ud=E。 与电阻负载时相比，晶闸管提前了与电阻负载时相比，晶闸管提前了电角度电角度 停止导电，停止导电， 称为称为停止导电角停止导电角。 当当 30 当导通一相的相电压过零变负时，该相晶闸管关断，但下一相晶闸管因未当导通一相的相电压过零变负时，该相晶闸管关断，但下一相晶闸管因未触发而不导通，此时输出电压电流为零。触发而不导通，此时输出电压电流为零。 负载电流负载电流断续断续，各晶闸管导通角，各晶闸管导通角小于小于120 。 303.2.1 三相半波可控整流电路三相半波可

22、控整流电路基本数量关系基本数量关系电阻负载时电阻负载时 角的角的移相范围移相范围为为150 。 整流电压平均值整流电压平均值 30 时，负载电流时，负载电流连续连续，有，有 当当 =0时，时，Ud最大，为最大，为Ud=Ud0=1.17U2。 30 时，负载电流时，负载电流断续断续，晶闸管导通角减小，此时，晶闸管导通角减小，此时有有 (3-18)(3-19)313.2.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路Ud/U2随随 变化的规律变化的规律 图图3-16 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路Ud/U2与与 的关系的关系电阻电阻负载负载电感电感负载负载电阻电电阻电感负载感负载323.2

23、.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路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线电压峰值晶闸管承受的最大反向电压为变压器二次线电压峰值,即即 晶闸管阳极与阴极间的最大电压等于变压器二次相电压晶闸管阳极与阴极间的最大电压等于变压器二次相电压的峰值，即的峰值，即 (3-20)(3-21)(3-22)333.2.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路阻感负载阻感负载 电路分析电路分析 L值很大，整流电流值很大，整流电流id的的波形基本是平直的，流过晶波形基本是平直的，流过晶闸管的电流接近闸管的电流接近矩形波矩形波。 30 时，整流电压波时，整流电压波形与电阻

24、负载时相同。形与电阻负载时相同。 30 时，当时，当u2过零过零时，由于电感的存在，阻止时，由于电感的存在，阻止电流下降，因而电流下降，因而VT1继续导继续导通，直到下一相晶闸管通，直到下一相晶闸管VT2的触发脉冲到来，才发生换的触发脉冲到来，才发生换流，由流，由VT2导通向负载供电，导通向负载供电，同时向同时向VT1施加反压使其关施加反压使其关断。断。 uuuudiaabcibiciduacOtOtOOtOOtattu图图3-17 三相半波可控整流电路，阻三相半波可控整流电路，阻感负载时的电路及感负载时的电路及 =60 时的波形时的波形343.2.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路

25、基本数量关系基本数量关系 的的移相范围移相范围为为90 。 整流电压平均值整流电压平均值 Ud/U2与与 的关系的关系 L很大，如曲线很大，如曲线2所示。所示。 L不是很大，则当不是很大，则当 30 后，后，ud中负的部分中负的部分可能减少，整流电压平可能减少，整流电压平均值均值Ud略为增加，如曲略为增加，如曲线线3 所示。所示。图图3-16 三相半波可控整三相半波可控整流电路流电路Ud/U2与与 的关系的关系353.2.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路 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晶闸管的额定电流为 晶闸管最大正反向

26、电压峰值均为变压器二次线电压峰晶闸管最大正反向电压峰值均为变压器二次线电压峰值，即值，即 三相半波可控整流电路的主要缺点在于其变压器二次电流三相半波可控整流电路的主要缺点在于其变压器二次电流中含有中含有直流分量直流分量，为此其应用较少。，为此其应用较少。(3-23)(3-24)(3-25)363.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路原理图原理图 阴极连接在一起的阴极连接在一起的3个个晶闸管（晶闸管（VT1，VT3，VT5）称为称为共阴极组共阴极组；阳极连接在；阳极连接在一起的一起的3个晶闸管（个晶闸管（VT4，VT6，VT2）称为）称为共阳极组共阳极组。 共阴极组中与共阴极组中与a

27、，b，c三相电源相接的三相电源相接的3个晶闸管个晶闸管分别为分别为VT1，VT3，VT5，共，共阳极组中与阳极组中与a，b，c三相电三相电源相接的源相接的3个晶闸管分别为个晶闸管分别为VT4，VT6，VT2。 晶闸管的导通顺序为晶闸管的导通顺序为VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6。 图图3-18 三相桥式全控整流电路原理图三相桥式全控整流电路原理图373.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路带电阻负载时的工作情况带电阻负载时的工作情况 电路分析电路分析 各自然换相点既是各自然换相点既是相电压相电压的交点，同时也是的交点，同时也是线电压线电压的交点。的交点。 当当 60

28、时时 ud波形均波形均连续连续，对于电阻负载，对于电阻负载，id波形与波形与ud波形的形状是一样的，波形的形状是一样的，也也连续连续。 =0 时，时，ud为线电压在正半周的为线电压在正半周的包络线包络线。波形见。波形见图图3-19 时段时段共阴极组中导通的晶闸管共阴极组中导通的晶闸管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共阳极组中导通的晶闸管共阳极组中导通的晶闸管VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流输出电压整流输出电压udua-ub=uabua-uc=uacub-uc=ubcub-ua=ubauc-ua=ucauc-ub=ucb表表3-1 三相桥式全控整流电路电阻负载三相桥式全控整流电路电阻

29、负载 =0 时晶闸管工作情况时晶闸管工作情况383.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路 =30 时，晶闸管起始导通时刻推迟了时，晶闸管起始导通时刻推迟了30 ，组成，组成ud的的每一段线电压因此推迟每一段线电压因此推迟30 ，ud平均值降低，波形见平均值降低，波形见图图3-20。 =60 时，时，ud波形中每段线电压的波形继续向后移，波形中每段线电压的波形继续向后移，ud平均值继续降低。平均值继续降低。 =60 时时ud出现了出现了为零的点为零的点，波形见，波形见图图3-21。当当 60 时时 因为因为id与与ud一致，一旦一致，一旦ud降为至零，降为至零，id也降至零，晶闸管也

30、降至零，晶闸管关断，输出整流电压关断，输出整流电压ud为零为零，ud波形不能出现负值。波形不能出现负值。 =90 时的波形见时的波形见图图3-22。 393.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路的一些特点三相桥式全控整流电路的一些特点 每个时刻均需每个时刻均需2个个晶闸管同时导通，形成向负载供电的晶闸管同时导通，形成向负载供电的回路，共阴极组的和共阳极组的回路，共阴极组的和共阳极组的各各1个个，且不能为同一相，且不能为同一相的晶闸管。的晶闸管。 对触发脉冲的要求对触发脉冲的要求 6个晶闸管的脉冲按个晶闸管的脉冲按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺

31、的顺序，相位依次差序，相位依次差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，共阳极组组VT4、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 。403.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路整流输出电压整流输出电压ud一周期一周期脉动脉动6次次，每次脉动的波形都一样，每次脉动的波形都一样，故该电路为故该电路为6脉波整流电路脉波整流电路。在整流电路合闸启动过程中或电流断续时，为确保电路在整流电路合闸启动过程中或电流断续时

32、，为确保电路的正常工作，需保证同时导通的的正常工作，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 宽脉冲宽脉冲触发触发 ：使脉冲宽度大于：使脉冲宽度大于60 （一般取（一般取80 100 ） 双脉冲双脉冲触发触发 ：用两个窄脉冲代替宽脉冲，两个窄脉冲的：用两个窄脉冲代替宽脉冲，两个窄脉冲的前沿相差前沿相差60 ，脉宽一般为，脉宽一般为20 30 。 常用的是双脉冲触发。常用的是双脉冲触发。 晶闸管承受的电压波形与三相半波时相同，晶闸管承受晶闸管承受的电压波形与三相半波时相同，晶闸管承受最大正、反向电压的关系也一样。最大正、反向电压的关系也一样。413.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式

33、全控整流电路阻感负载时的工作情况阻感负载时的工作情况 电路分析电路分析 当当 60 时时 ud波形连续，电路的工作情况与带电阻负载时十分波形连续，电路的工作情况与带电阻负载时十分相似，各晶闸管的通断情况、输出整流电压相似，各晶闸管的通断情况、输出整流电压ud波形、晶波形、晶闸管承受的电压波形等都一样。闸管承受的电压波形等都一样。 区别在于区别在于电流电流，当电感足够大的时候，当电感足够大的时候，id、iVT、ia的的波形在导通段都可近似为一条水平线。波形在导通段都可近似为一条水平线。 =0 时的波形见时的波形见图图3-23， =30 时的波形见时的波形见图图3-24。 当当 60 时时 由于电

34、感由于电感L的作用，的作用，ud波形会出现波形会出现负的部分负的部分。 =90 时的波形见时的波形见图图3-25。 423.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路基本数量关系基本数量关系 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 角的移相范围是角的移相范围是120 ，带阻感负载时，三相桥式全控整流电路的，带阻感负载时，三相桥式全控整流电路的 角移角移相范围为相范围为90 。 整流输出电压平均值整流输出电压平均值 带阻感负载时，或带电阻负载带阻感负载时，或带电阻负载 60 时时 带电阻负载且带电阻负载且 60 时时 (3-26)(3-27)433.2.2 三相桥

35、式全控整流电路三相桥式全控整流电路输出电流平均值为输出电流平均值为Id=Ud/R。当整流变压器为图当整流变压器为图3-17中所示采用中所示采用星形接法星形接法，带阻感负载，带阻感负载时，变压器二次侧电流波形如时，变压器二次侧电流波形如图图3-23中所示，为正负半中所示，为正负半周各宽周各宽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三相桥式全控整流电路接反电势阻感负载反电势阻感负载时的时的Id为：为： 式中式中R和和E分别为负载中的电阻值和反电

36、动势的值。分别为负载中的电阻值和反电动势的值。 (3-28)(3-29)443.3 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变压器漏感变压器漏感 实际上变压器绕组总有实际上变压器绕组总有漏感漏感，该漏感可用一个，该漏感可用一个集中的电感集中的电感LB表示，并将其折算到表示，并将其折算到变压器二次侧变压器二次侧。 由于电感对电流的变化起阻碍作用，电感电流由于电感对电流的变化起阻碍作用，电感电流不能突变，因此不能突变，因此换相换相过程不能瞬间完成，而是会过程不能瞬间完成，而是会持续一段时间持续一段时间。 现以三相半波为例来分析，然后将其结论推广现以三相半波为例来分析，然后将其结论推广

37、假设负载中电感很大，假设负载中电感很大，负载电流为水平线负载电流为水平线。 453.3 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udidtOtOgiciaibiciaIduaubuca分析从分析从VT1换相至换相至VT2的过程的过程 在在 t1时刻之前时刻之前VT1导通，导通， t1时刻触发时刻触发VT2，因，因a、b两相两相均有漏感，故均有漏感，故ia、ib均不能突变，均不能突变，于是于是VT1和和VT2同时导通，相当同时导通，相当于将于将a、b两相短路两相短路，两相间电，两相间电压差为压差为ub-ua，它在两相组成的，它在两相组成的回路中产生回路中产生环流环流ik如图所示。如图

38、所示。 ik=ib是逐渐增大的，而是逐渐增大的，而 ia=Id-ik是逐渐减小的。是逐渐减小的。 当当ik增大到等于增大到等于Id时，时，ia=0，VT1关断，换流过程结束。关断，换流过程结束。 换相过程持续的时间用电换相过程持续的时间用电角度角度 表示，称为表示，称为换相重叠角换相重叠角。 t1时刻时刻 图图3-26 考虑变压器漏感时的三考虑变压器漏感时的三相半波可控整流电路及波形相半波可控整流电路及波形 463.3 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基本数量关系基本数量关系 换相过程中，整流输出电压瞬时值为换相过程中，整流输出电压瞬时值为 换相压降：与不考虑变压器漏感时相

39、比，换相压降：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，即低的多少，即 (3-30)(3-31)473.3 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换相重叠角换相重叠角 由式（由式（3-30）得出：）得出： 由上式得：由上式得： 进而得出：进而得出： 当当 时，时， ，于是，于是 (3-32)(3-33)(3-34)(3-35)(3-36)483.3 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 随其它参数变化的规律：随其它参数变化的规律： Id越大则越大则 越大；越大； XB越大越大 越大；越大； 当当 90 时，时， 越小越小 越大。越大。其它整流电路的分

40、析结果其它整流电路的分析结果 电路形式电路形式单相全波单相全波单相全控桥单相全控桥三相半波三相半波三相全控桥三相全控桥m脉波整流电路脉波整流电路 注：注：单相全控桥电路中，单相全控桥电路中，XB在一周期的两次换相中都起作用，等效为在一周期的两次换相中都起作用，等效为m=4； 三相桥等效为相电压等于三相桥等效为相电压等于 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。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 493.3 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变压器漏感对整流电路影响的一些结论变压器漏

41、感对整流电路影响的一些结论: 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。 整流电路的工作状态增多。整流电路的工作状态增多。 晶闸管的晶闸管的di/dt减小，有利于晶闸管的安全开通，有时人为串入进线减小，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电抗器以抑制晶闸管的di/dt。 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，可能使晶闸管误导，可能使晶闸管误导 通，为此必须加通，为此必须加吸收电路吸收电路。 换相使电网电压出现缺口，成为换相使电网电压出现缺口，成为干扰源干扰源。503.3 变压器漏感对整

42、流电路的影响变压器漏感对整流电路的影响例：三相桥式不可控整流电路，阻感负载，例：三相桥式不可控整流电路，阻感负载，R=5，L=，U2=220V，XB=0.3，求，求Ud、Id、IVD、I2和和 的值并作出的值并作出ud、iVD和和i2的波形。的波形。解：三相桥式不可控整流电路相当于三相桥式可控整流电路解：三相桥式不可控整流电路相当于三相桥式可控整流电路 0时的情况。时的情况。 Ud3.34U2cos Ud Ud3XBId IdUdR 解方程组得：解方程组得： Ud3.34U2cos （13XB/ R）486.9（V） Id97.38（A） 又又 =2 U2 即得出即得出 =0.892 换流重叠

43、角换流重叠角 26.93 二极管电流和变压器二次测电流的有效值分别为二极管电流和变压器二次测电流的有效值分别为 IVDId397.38333.46（A） I2a Id79.51（A） ud、iVD1和和i2a的波形如的波形如图图3-27所示。所示。513.4 电容滤波的不可控整流电路电容滤波的不可控整流电路 3.4.1 电容滤波的单相不可控整流电路电容滤波的单相不可控整流电路 3.4.2 电容滤波的三相不可控整流电路电容滤波的三相不可控整流电路 523.4 电容滤波的不可控整流电路电容滤波的不可控整流电路引言引言交交直直交变频器、不间断电源、开关电交变频器、不间断电源、开关电源等应用场合大都采

44、用源等应用场合大都采用不可控整流电路不可控整流电路。最常用的是最常用的是单相桥式单相桥式和和三相桥式三相桥式两种接法。两种接法。 由于电路中的电力电子器件采用由于电路中的电力电子器件采用整流二极整流二极管管，故也称这类电路为，故也称这类电路为二极管整流电路二极管整流电路。533.4.1 电容滤波的单相不可控整流电路电容滤波的单相不可控整流电路工作原理及波形分析工作原理及波形分析 基本工作过程基本工作过程 在在u2正半周过零点至正半周过零点至 t=0期间，因期间，因u2 和和 RC 分别是电流分别是电流id断续和连续的条件。断续和连续的条件。 通常只有通常只有R是可变的，它的大小反映了是可变的，

45、它的大小反映了负载的轻重负载的轻重，因此在，因此在轻载轻载时直流侧时直流侧获得的充电电流是获得的充电电流是断续断续的，的，重载重载时是时是连续连续的。的。 a)b)ttttaidaidOOOO图图3-33电容滤波的三相桥电容滤波的三相桥式整流电路当式整流电路当 RC等于和等于和小于时小于时 的电流波形的电流波形a） RC= b） RCua，VT6导通，导通，此电流在流经此电流在流经LP时，时，LP上要感上要感应一电动势应一电动势up，其方向是要，其方向是要阻阻止电流增大止电流增大。可导出。可导出Lp两端电两端电压、整流输出电压的数学表达压、整流输出电压的数学表达式如下：式如下：(3-97)(3

46、-98) t1时刻时刻863.6.1 带平衡电抗器的双反星形可控整流电路带平衡电抗器的双反星形可控整流电路图图3-39 平衡电抗器作用下输出电压的平衡电抗器作用下输出电压的波形和平衡电抗器上电压的波形波形和平衡电抗器上电压的波形图图3-40 平衡电抗器作用下两平衡电抗器作用下两个晶闸管同时导电的情况个晶闸管同时导电的情况虽然虽然ud1ud2，但由于，但由于Lp的平衡作用，的平衡作用，使得晶闸管使得晶闸管VT6和和VT1同时导通。同时导通。时间推迟至时间推迟至ub与与ua的交点时，的交点时，ub =ua，up=0。之后之后ub ub，电流才从，电流才从VT6换至换至VT2，此时，此时VT1、VT

47、2同时导电。同时导电。每一组中的每一个晶闸管仍按每一组中的每一个晶闸管仍按三相三相半波的导电规律半波的导电规律而各轮流导电。而各轮流导电。平衡电抗器中点作为整流电压输出平衡电抗器中点作为整流电压输出的负端，其输出的整流电压瞬时值为的负端，其输出的整流电压瞬时值为两组三相半波整流电压瞬时值的平均两组三相半波整流电压瞬时值的平均值。值。 tupud1,ud2OO60360 t1 tb)a)uaubucucuaubub873.6.1 带平衡电抗器的双反星形可控整流电路带平衡电抗器的双反星形可控整流电路谐波分析谐波分析 将图将图3-38中中ud1和和ud2的波形用傅氏级数展开，可得当的波形用傅氏级数展

48、开，可得当 =0 时的时的ud1、ud2，即，即由式（由式（3-97）和（）和（3-98）可得）可得 负载电压负载电压ud中的中的谐波分量谐波分量比比直流分量直流分量要小得多，而且要小得多，而且最低次谐波最低次谐波为为六次六次谐谐波。波。 直流平均电压为直流平均电压为 (3-99)(3-100)(3-101)(3-102)883.6.1 带平衡电抗器的双反星形可控整流电路带平衡电抗器的双反星形可控整流电路。90=a。60=a。30=audududtOtOtOuaubucucuaububucucuaububucucuaub =30 、 =60 和和 =90 时输时输出电压的波形分析出电压的波形分

49、析 当需要分析各种控制角时的当需要分析各种控制角时的输出波形时，可根据式（输出波形时，可根据式（3-98）先求出两组三相半波电路的先求出两组三相半波电路的ud1和和ud2波形，然后做出波形波形，然后做出波形(ud1+ud2)/2。 输出电压波形与三相半波电输出电压波形与三相半波电路比较，路比较，脉动程度减小了脉动程度减小了，脉动脉动频率加大一倍频率加大一倍，f=300Hz。 在在电感负载情况下，移相范电感负载情况下，移相范围是围是90 。 在在电阻负载情况下，移相范电阻负载情况下，移相范围为围为120 。 整流电压平均值为整流电压平均值为Ud=1.17图图3-41 当当 =30 、60 、90

50、 时，时，双反星形电路的输出电压波形双反星形电路的输出电压波形U2cos 893.6.1 带平衡电抗器的双反星形可控整流电路带平衡电抗器的双反星形可控整流电路将双反星形电路与三相桥式电路进行比较可得出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以下结论 三相桥为两组三相半波三相桥为两组三相半波串联串联，而双反星形为两，而双反星形为两组三相半波组三相半波并联并联，且后者需用，且后者需用平衡电抗器平衡电抗器。 当当U2相等时，双反星形的相等时，双反星形的Ud是三相桥的是三相桥的1/2，而，而Id是单相桥的是单相桥的2倍。倍。 两种电路中，晶闸管的导通及触发脉冲的分配两种电路中，晶闸管的导通及

51、触发脉冲的分配关系一样，关系一样，ud和和id的波形形状一样。的波形形状一样。903.6.2 多重化整流电路多重化整流电路可采用多重化整流电路减轻整流装可采用多重化整流电路减轻整流装置所产生的谐波、无功功率等对电网置所产生的谐波、无功功率等对电网的的干扰干扰，将几个整流电路多重联结可，将几个整流电路多重联结可以减少交流侧输入以减少交流侧输入电流谐波电流谐波，而对晶，而对晶闸管多重整流电路采用顺序控制的方闸管多重整流电路采用顺序控制的方法可提高法可提高功率因数功率因数。 移相多重联结移相多重联结 有有并联多重联结并联多重联结和和串联多重联结串联多重联结。 可减少可减少输入电流谐波输入电流谐波，减

52、小，减小输出输出电压电压中的中的谐波谐波并提高并提高纹波频率纹波频率，因而，因而可减小平波电抗器。可减小平波电抗器。 使用使用平衡电抗器平衡电抗器来平衡来平衡2组整流器组整流器的电流。的电流。 图图3-42的电路是的电路是2个三相桥并联而个三相桥并联而成的成的12脉波整流电路脉波整流电路。图图3-42 并联多重联结并联多重联结的的12脉波整流电路脉波整流电路913.6.2 多重化整流电路多重化整流电路图图3-43 移相移相30 串联串联2重联结电重联结电路路移相移相30 构成的串联构成的串联2重联结电路重联结电路 整流变压器二次绕组分别采用星形和三角形接法构成整流变压器二次绕组分别采用星形和三

53、角形接法构成相位相差相位相差30 、大小相等、大小相等的两组电压，接到相互的两组电压，接到相互串联串联的的2组整流桥。组整流桥。 因绕组接法不同，变压器一次绕组和两组二次绕组的匝比如图所因绕组接法不同，变压器一次绕组和两组二次绕组的匝比如图所示，为示，为1:1: 。 该电路为该电路为12脉波脉波整流电路。整流电路。 星形星形接法接法三角形三角形接法接法92其他特性如下：其他特性如下： 直流输出电压直流输出电压 3.6.2 多重化整流电路多重化整流电路对图对图3-44波形波形iA进行傅里叶分析，可得其基波幅值进行傅里叶分析，可得其基波幅值Im1和和n次谐波幅值次谐波幅值Imn分别如下：分别如下：

54、即输入电流即输入电流谐波次数谐波次数为为12k1，其幅值与次数成反比而降低。，其幅值与次数成反比而降低。功率因数功率因数(3-103)(3-104)位移因数位移因数（单桥时相同）（单桥时相同）933.6.2 多重化整流电路多重化整流电路利用变压器二次绕阻接法的不同，互相错开利用变压器二次绕阻接法的不同，互相错开20 ，可将三组桥构成，可将三组桥构成串联串联3重重联结电路联结电路 整流变压器采用星形三角形组合无法移相整流变压器采用星形三角形组合无法移相20 ，需采用，需采用曲折接法曲折接法。 整流电压整流电压ud在每个电源周期内脉动在每个电源周期内脉动18次，故此电路为次，故此电路为18脉波整流

55、电路脉波整流电路。 交流侧输入电流谐波更少，为交流侧输入电流谐波更少，为18k1次次（k=1, 2, 3），），ud的脉动也更小。的脉动也更小。 输入位移因数和功率因数分别为：输入位移因数和功率因数分别为：cos 1=cos =0.9949cos 将整流变压器的二次绕组移相将整流变压器的二次绕组移相15 ，可构成，可构成串联串联4重联结电路重联结电路 为为24脉波整流电路脉波整流电路。 其交流侧输入电流谐波次为其交流侧输入电流谐波次为24k1，k=1，2，3。 输入位移因数功率因数分别为：输入位移因数功率因数分别为：cos 1=cos =0.9971cos 采用多重联结的方法并不能提高采用多重

56、联结的方法并不能提高位移因数位移因数，但可使，但可使输入电流谐波输入电流谐波大幅减小，大幅减小，从而也可以在一定程度上提高从而也可以在一定程度上提高功率因数功率因数。943.6.2 多重化整流电路多重化整流电路db)c)iId2 IduOap +aa)图图3-45 单相串联单相串联3重联结电路重联结电路及顺序控制时的波形及顺序控制时的波形 多重联结电路的顺序控制多重联结电路的顺序控制 只对一个桥的只对一个桥的 角进行控制角进行控制，其余各桥，其余各桥的工作状态则根据需要输出的整流电压而定，的工作状态则根据需要输出的整流电压而定，或者不工作而使该桥输出直流电压为零，或或者不工作而使该桥输出直流电

57、压为零，或者者 =0而使该桥输出电压最大。而使该桥输出电压最大。 根据所需总直流输出电压根据所需总直流输出电压从低到高从低到高的变的变化，按顺序依次对各桥进行控制，因而被称化，按顺序依次对各桥进行控制，因而被称为为顺序控制顺序控制。 以用于电气机车的以用于电气机车的3重晶闸管整流桥顺重晶闸管整流桥顺序控制为例序控制为例 当需要输出的直流电压低于三分之一当需要输出的直流电压低于三分之一最高电压时，只对最高电压时，只对第第I组桥的组桥的 角角进行控制，进行控制，同时同时VT23、VT24、VT33、VT34保持导通，这保持导通，这样第样第II、III组桥的直流输出电压就为零。组桥的直流输出电压就为

58、零。 953.6.2 多重化整流电路多重化整流电路当需要输出的直流电压达到三分之一最高电压时，当需要输出的直流电压达到三分之一最高电压时，第第I组组桥的桥的 角为角为0 。 需要输出电压为三分之一到三分之二最高电压时，需要输出电压为三分之一到三分之二最高电压时，第第I组组桥的桥的 角固定为角固定为0 ， VT33和和VT34维持导通，仅对维持导通，仅对第第II组组桥的桥的 角角进行控制。进行控制。 需要输出电压为三分之二最高电压以上时，需要输出电压为三分之二最高电压以上时，第第I、II组桥组桥的的 角固定为角固定为0 ，仅对，仅对第第III组桥的组桥的 角角进行控制。进行控制。db)c)iId

59、2 IduOap+a图图3-45 单相串联单相串联3重联结电路及顺序控制时的波形重联结电路及顺序控制时的波形 a）963.6.2 多重化整流电路多重化整流电路图图3-45 a)单相串联单相串联3重联结电路重联结电路 使直流输出电压波形不含负的部分，可采使直流输出电压波形不含负的部分，可采取如下控制方法取如下控制方法 以第以第I组桥为例，当电压相位为组桥为例，当电压相位为 时，触时，触发发VT11、VT14使其导通并流过直流电流。使其导通并流过直流电流。 在电压相位为在电压相位为 时，触发时，触发VT13，则，则VT11关关断，通过断，通过VT13、VT14续流，桥的输出电压为续流，桥的输出电压

60、为零而不出现负的部分。零而不出现负的部分。 电压相位为电压相位为 + 时，触发时，触发VT12，则，则VT14关断，由关断，由VT12、VT13导通而输出直流电压。导通而输出直流电压。 电压相位为电压相位为2 时，触发时，触发VT11，则，则VT13关关断，由断，由VT11和和VT12续流，桥的输出电压为零。续流，桥的输出电压为零。顺序控制的电流波形中，正（或负）半周顺序控制的电流波形中，正（或负）半周期内前后四分之一周期波形不对称，因此含期内前后四分之一周期波形不对称，因此含有一定的有一定的偶次谐波偶次谐波，但其基波分量比电压的，但其基波分量比电压的滞后少，因而滞后少，因而位移因数位移因数高

61、，从而提高了总的高，从而提高了总的功率因数功率因数。 973.7 整流电路的有源逆变工作状态整流电路的有源逆变工作状态 3.7.1 逆变的概念逆变的概念 3.7.2 三相桥整流电路的三相桥整流电路的 有源逆变工作状态有源逆变工作状态 3.7.3 逆变失败与最小逆逆变失败与最小逆 变角的限制变角的限制 983.7.1 逆变的概念逆变的概念什么是逆变？为什么要逆变？什么是逆变？为什么要逆变？ 逆变（逆变（invertion）：把直流电转变成交流电的：把直流电转变成交流电的过程。过程。 逆变电路：把直流电逆变成交流电的电路。逆变电路：把直流电逆变成交流电的电路。 当交流侧和电网连结时，为当交流侧和电

62、网连结时，为有源逆变有源逆变电路。电路。 变流电路的交流侧不与电网联接，而直接接变流电路的交流侧不与电网联接，而直接接到负载，即把直流电逆变为某一频率或可调频率到负载，即把直流电逆变为某一频率或可调频率的交流电供给负载，称为的交流电供给负载，称为无源逆变无源逆变。 对于对于可控整流电路可控整流电路，满足一定条件就可工作于，满足一定条件就可工作于有源逆变有源逆变，其电路形式未变，只是电路工作条件，其电路形式未变，只是电路工作条件转变。既工作在整流状态又工作在逆变状态，称转变。既工作在整流状态又工作在逆变状态，称为为变流电路变流电路。993.7.1 逆变的概念逆变的概念图图3-46 直流发电机直流

63、发电机电动机之间电能的流转电动机之间电能的流转a）两电动势同极性）两电动势同极性EGEM b）两电动势同极性）两电动势同极性EMEG c）两电动势反极性，形成短路）两电动势反极性，形成短路直流发电机直流发电机电动机系统电能的流转电动机系统电能的流转 M作作电动运转电动运转，EGEM，电流，电流Id从从G流向流向M，电能由，电能由G流向流向M，转变，转变为为M轴上输出的机械能轴上输出的机械能。 回馈制动回馈制动状态中，状态中，M作发电运转，作发电运转，EMEG，电流反向，从，电流反向，从M流向流向G， M轴上输入的机械能转变为电能反送给轴上输入的机械能转变为电能反送给G。 两电动势两电动势顺向串

64、联顺向串联，向电阻，向电阻R供电，供电，G和和M均输出功率，由于均输出功率，由于R一般都很一般都很小，实际上形成短路，在工作中必须严防这类事故发生。小，实际上形成短路，在工作中必须严防这类事故发生。 两个电动势两个电动势同极性相接同极性相接时，电流总是从电动势高的流向电动势低的，由时，电流总是从电动势高的流向电动势低的，由于回路电阻很小，即使很小的电动势差值也能产生大的电流，使两个电动势于回路电阻很小，即使很小的电动势差值也能产生大的电流，使两个电动势之间交换很大的功率，这对分析有源逆变电路是十分有用的。之间交换很大的功率，这对分析有源逆变电路是十分有用的。 1003.7.1 逆变的概念逆变的

65、概念EM逆变产生的条件逆变产生的条件 以单相全波电路代替上述发以单相全波电路代替上述发电机来分析电机来分析 电动机电动机M作作电动机电动机运行，运行，全波电路应工作在全波电路应工作在整流状态整流状态， 的范围在的范围在0 /2间，直流侧输出间，直流侧输出Ud为正值，并且为正值，并且UdEM，交流电，交流电网输出电功率，电动机则输入电网输出电功率，电动机则输入电功率。功率。 电动机电动机M作作发电回馈制动发电回馈制动运行，由于晶闸管器件的运行，由于晶闸管器件的单向导单向导电性电性，电路内，电路内Id的方向依然不变，的方向依然不变， 而而M轴上输入的机械能转变为电轴上输入的机械能转变为电能反送给能

66、反送给G，只能改变，只能改变EM的极性的极性，为了避免两电动势顺向串联，为了避免两电动势顺向串联，Ud的极性的极性也必须反过来，故也必须反过来，故 的范的范围在围在 /2 ，且，且|EM|Ud|。 uuua)b)u10udu20u10aOO tIdidUdEM10ud2010OOIdidUd /2，使，使Ud为负值。为负值。 两者必须同时具备才能实现有源逆变。两者必须同时具备才能实现有源逆变。半控桥或有续流二极管的电路半控桥或有续流二极管的电路，因其整流电压，因其整流电压ud不能出现负值，也不允许直流侧出现负极性的电不能出现负值，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

67、逆变，动势，故不能实现有源逆变，欲实现有源逆变，只能采用只能采用全控电路全控电路。1023.7.2 三相桥整流电路的有源逆变工作状态三相桥整流电路的有源逆变工作状态uabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbuabuacubcuaubucuaubucuaubucuaubu2udtOtOb =p4b =p3b =p6b =p4b =p3b =p6t1t3t2图图3-48 三相桥式整流电路工作于有源逆变状态时的电压波形三相桥式整流电路工作于有源逆变状态时的电压波形 逆变角逆变角 通常把通常把 /2时的控制角用时的控制角用 - = 表示

68、，表示， 称为逆变角称为逆变角。 的大小自的大小自 =0的起始点向的起始点向左方左方计量。计量。 三相桥式电路工作于有源逆变状态，不同逆变角时的输出电压波形及晶闸三相桥式电路工作于有源逆变状态，不同逆变角时的输出电压波形及晶闸管两端电压波形如图管两端电压波形如图3-48所示。所示。 1033.7.2 三相桥整流电路的有源逆变工作状态三相桥整流电路的有源逆变工作状态基本的数量关系基本的数量关系 三相桥式电路的输出电压三相桥式电路的输出电压Ud=-3.34U2cos =-1.35U2Lcos 输出直流电流的平均值输出直流电流的平均值 流过晶闸管的电流有效值流过晶闸管的电流有效值从交流电源送到直流侧

69、负载的有功功率为从交流电源送到直流侧负载的有功功率为变压器二次侧线电流的有效值变压器二次侧线电流的有效值 当逆变工作时，由于当逆变工作时，由于EM为负值，故为负值，故Pd一般为负值一般为负值，表示功率由直流电，表示功率由直流电源输送到交流电源。源输送到交流电源。 (3-105)(3-106)(3-107)(3-108)1043.7.3 逆变失败与最小逆变角的限制逆变失败与最小逆变角的限制逆变运行时，一旦发生换相失败，外接的直流电逆变运行时，一旦发生换相失败，外接的直流电源就会通过晶闸管电路形成短路，或者使变流器源就会通过晶闸管电路形成短路，或者使变流器的输出平均电压和直流电动势变成顺向串联，由

70、的输出平均电压和直流电动势变成顺向串联，由于逆变电路的内阻很小，形成很大的短路电流，于逆变电路的内阻很小，形成很大的短路电流，这种情况称为这种情况称为逆变失败逆变失败，或称为，或称为逆变颠覆逆变颠覆。逆变失败的原因逆变失败的原因 触发电路触发电路工作不可靠，不能适时、准确地给各工作不可靠，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。使晶闸管不能正常换相。 晶闸管晶闸管发生故障，该断时不断，或该通时不通。发生故障，该断时不断，或该通时不通。 交流电源交流电源缺相或突然消失。缺相或突然消失。 换相的换相的裕量角裕量角

71、不足，引起换相失败。不足，引起换相失败。1053.7.3 逆变失败与最小逆变角的限制逆变失败与最小逆变角的限制udOOidttuaubucuaubpbgb giVT1iVTiVT3iVTiVT322考虑变压器漏抗引起重叠角考虑变压器漏抗引起重叠角 对逆对逆变电路换相的影响变电路换相的影响 以以VT3和和VT1的换相过程来分析，的换相过程来分析，在在 时，经过换相过程后，时，经过换相过程后，a相电相电压压ua仍高于仍高于c相电压相电压uc，所以换相结，所以换相结束时，能使束时，能使VT3承受反压而承受反压而关断关断。 当当 时，换相尚未结束，电路时，换相尚未结束，电路的工作状态到达自然换相点的工

72、作状态到达自然换相点p点之后，点之后，uc将高于将高于ua，晶闸管，晶闸管VT1承受反压而承受反压而重新重新关断关断，使得应该关断的，使得应该关断的VT3不能不能关断却继续关断却继续导通导通，且，且c相电压随着时相电压随着时间的推迟愈来愈高，电动势间的推迟愈来愈高，电动势顺向串联顺向串联导致逆变失败。导致逆变失败。 为了防止逆变失败，不仅逆变为了防止逆变失败，不仅逆变角角 不能等于零，而且不能太小，必不能等于零，而且不能太小，必须限制在某一允许的须限制在某一允许的最小角度最小角度内。内。 图图3-49 交流侧电抗对逆交流侧电抗对逆变换相过程的影响变换相过程的影响 1063.7.3 逆变失败与最

73、小逆变角的限制逆变失败与最小逆变角的限制确定最小逆变角确定最小逆变角 min的依据的依据 逆变时允许采用的逆变时允许采用的最小逆变角最小逆变角 应等于应等于 为晶闸管的关断时间为晶闸管的关断时间tq折合的电角度折合的电角度,约约4 5 为换相重叠角，可查阅相关手册，也可根据表为换相重叠角，可查阅相关手册，也可根据表3-2计算，计算，即即 根据逆变工作时根据逆变工作时 = - ，并设，并设 = ，上式可改写成，上式可改写成 由此计算出由此计算出 为安全裕量角，主要针对脉冲不对称程度（一般可达为安全裕量角，主要针对脉冲不对称程度（一般可达5 ），约取为），约取为10 。设计逆变电路时，必须保证设计

74、逆变电路时，必须保证 ，因此常在触发电路中附加一保护环节，保证，因此常在触发电路中附加一保护环节，保证触发脉冲不进入小于触发脉冲不进入小于 min的区域内。的区域内。 (3-109)(3-110)(3-111)1073.8 相控电路的驱动控制相控电路的驱动控制 3.8.1 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 3.8.2 集成触发器集成触发器 3.8.3 触发电路的定相触发电路的定相1083.8 相控电路的驱动控制相控电路的驱动控制引言引言相控电路相控电路 晶闸管可控整流电路，通过控制晶闸管可控整流电路，通过控制触发角触发角 的大小即控制的大小即控制触发脉冲起始触发脉冲起始相位

75、相位来控制输出电压大小。来控制输出电压大小。 采用晶闸管相控方式时的交流电力变换电路和交交变采用晶闸管相控方式时的交流电力变换电路和交交变频电路（第频电路（第4章）。章）。相控电路的驱动控制相控电路的驱动控制 为保证相控电路正常工作，很重要的是应保证按为保证相控电路正常工作，很重要的是应保证按触发触发角角 的大小在正确的时刻向电路中的晶闸管施加有效的触的大小在正确的时刻向电路中的晶闸管施加有效的触发脉冲。发脉冲。 晶闸管相控电路，习惯称为晶闸管相控电路，习惯称为触发电路触发电路。大、中功率的变流器广泛应用的是大、中功率的变流器广泛应用的是晶体管触发电路晶体管触发电路，其中，其中以以同步信号为锯

76、齿波的触发电路同步信号为锯齿波的触发电路应用最多。应用最多。1093.8.1 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电路电路输出可为输出可为双窄脉冲双窄脉冲（适（适用于有两个晶闸管同时导通的用于有两个晶闸管同时导通的电路），也可为电路），也可为单窄脉冲单窄脉冲。三个基本环节：三个基本环节：脉冲的形成脉冲的形成与放大与放大、锯齿波的形成和脉冲锯齿波的形成和脉冲移相移相、同步环节同步环节。此外，还有。此外，还有强触发和双窄脉冲形成环节强触发和双窄脉冲形成环节。脉冲形成环节脉冲形成环节 由晶体管由晶体管V4、V5组成，组成，V7、V8起起脉冲放大脉冲放大作用。作用。 控制电压控制电压u

77、co加在加在V4基极基极上上 电路的触发脉冲由脉冲电路的触发脉冲由脉冲变压器变压器TP二次侧输出，其一次二次侧输出，其一次绕组接在绕组接在V8集电极电路中。集电极电路中。 脉冲前沿由脉冲前沿由V4导通时刻导通时刻确定，脉冲宽度与反向充电回确定，脉冲宽度与反向充电回路时间常数路时间常数R11C3有关。有关。图图3-50 同步信号为同步信号为锯齿波的触发电路锯齿波的触发电路1103.8.1 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锯齿波的形成和脉冲移相锯齿波的形成和脉冲移相环节环节 锯齿波电压形成的方案锯齿波电压形成的方案较多，如采用较多，如采用自举式电路自举式电路、恒流源电路恒流源电

78、路等，本电路采用等，本电路采用恒流源电路。恒流源电路。 恒流源电路方案由恒流源电路方案由V1、V2、V3和和C2等元件组成，其等元件组成，其中中V1、VS、RP2和和R3为一为一恒恒流源电路流源电路同步环节同步环节 触发电路与主电路的同触发电路与主电路的同步是指要求锯齿波的步是指要求锯齿波的频率频率与与主电路电源的主电路电源的频率相同频率相同且且相相位关系位关系确定。确定。 图图3-50 同步信号为锯齿同步信号为锯齿波的触发电路波的触发电路1113.8.1 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锯齿波是由开关锯齿波是由开关V2管管来控制的来控制的 V2开关的频率就开关的频率就是是

79、锯齿波的频率锯齿波的频率由同步变压器所接的由同步变压器所接的交流电压决定。交流电压决定。 V2由导通变截止由导通变截止期间产生锯齿波期间产生锯齿波锯齿波起点锯齿波起点基本就是基本就是同步电压由正变负的同步电压由正变负的过零点。过零点。 V2截止状态持续截止状态持续的时间就是的时间就是锯齿波的锯齿波的宽度宽度取决于充电取决于充电时间常数时间常数R1C1。图图3-50 同步信号为锯齿同步信号为锯齿波的触发电路波的触发电路1123.8.1 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双窄脉冲形成环节双窄脉冲形成环节 内双脉冲电路内双脉冲电路：每个触发单元的一个周期内输出两个：每个触发单元的一

80、个周期内输出两个间隔间隔60 的脉冲的电路。的脉冲的电路。 V5、V6构成一个构成一个“或或”门门 当当V5、V6都导通时，都导通时，V7、V8都截止，没有脉冲输出。都截止，没有脉冲输出。 只要只要V5、V6有一个截止，都会使有一个截止，都会使V7、V8导通，有脉导通，有脉冲输出。冲输出。 第一个脉冲由本相触发单元的第一个脉冲由本相触发单元的uco对应的控制角对应的控制角 产生。产生。隔隔60 的第二个脉冲是由滞后的第二个脉冲是由滞后60 相位的后一相触发单相位的后一相触发单元产生（通过元产生（通过V6）。）。 在三相桥式全控整流电路中，器件的导通次序为在三相桥式全控整流电路中，器件的导通次序

81、为VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6，彼此间隔，彼此间隔60 ，相邻器件，相邻器件成双成双接通接通，所以某个器件导通的同时，触发单元需要给前一，所以某个器件导通的同时，触发单元需要给前一个导通的器件补送一个脉冲。个导通的器件补送一个脉冲。 1133.8.2 集成触发器集成触发器图图3-52 KJ004电路原理图电路原理图集成电路集成电路可靠性高，技术性能好，体积小，功耗低，调试方便，已逐步取代可靠性高，技术性能好，体积小，功耗低，调试方便，已逐步取代分立式电路分立式电路。 KJ004 与分立元件的锯齿波移相触发电路相似与分立元件的锯齿波移相触发电路相似,分为分为同步同步、锯齿波形成

82、锯齿波形成、移相移相、脉冲形成脉冲形成、脉冲分选脉冲分选及及脉冲放大脉冲放大几个环节。几个环节。1143.8.2 集成触发器集成触发器图图3-53 三相全控桥整流电路的集成触发电路三相全控桥整流电路的集成触发电路完整的三相全控桥触发电路完整的三相全控桥触发电路 3个个KJ004集成块集成块和和1个个KJ041集成块集成块，可形成六路双，可形成六路双脉冲，再由六个晶体管进行脉脉冲，再由六个晶体管进行脉冲放大即可。冲放大即可。 KJ041内部是由内部是由12个二极个二极管构成的管构成的6个个或门或门，其作用是，其作用是将将6路单脉冲输入转换为路单脉冲输入转换为6路双路双脉冲输出。脉冲输出。模拟触发

83、电路与数字触发电模拟触发电路与数字触发电路路 模拟触发电路模拟触发电路的优点是的优点是结结构简单、可靠构简单、可靠;缺点是易受电缺点是易受电网电压影响，触发脉冲不对称网电压影响，触发脉冲不对称度较高，度较高， 可达可达3 4 ，精度，精度低。低。 数字触发电路数字触发电路的脉冲对称的脉冲对称度很好，如基于度很好，如基于8位单片机的位单片机的数字触发器精度可达数字触发器精度可达0.7 1.5 。1153.8.3 触发电路的定相触发电路的定相触发电路的定相：触发电路应保证每个晶触发电路的定相：触发电路应保证每个晶闸管触发脉冲与施加于晶闸管的交流电压闸管触发脉冲与施加于晶闸管的交流电压保持固定、正确

84、的保持固定、正确的相位关系相位关系。触发电路的定相触发电路的定相 利用一个利用一个同步变压器同步变压器保证触发电路和主保证触发电路和主电路频率一致。电路频率一致。 接下来的问题是触发电路的定相，即选接下来的问题是触发电路的定相，即选择同步电压信号的相位，以保证触发脉冲择同步电压信号的相位，以保证触发脉冲相位正确，关键是相位正确，关键是确定同步信号与晶闸管确定同步信号与晶闸管阳极电压的关系阳极电压的关系。 1163.8.3 触发电路的定相触发电路的定相Ott1t2uaubucu2ua-图图3-54 三相全控桥中同步电压与主电路电压关系示意图三相全控桥中同步电压与主电路电压关系示意图分析三相全控桥

85、分析三相全控桥 VT1所接主电路电压为所接主电路电压为+ua，VT1的触发脉冲从的触发脉冲从0 至至180 的范围为的范围为 t1 t2。 锯齿波的上升段为锯齿波的上升段为240 ，上升段起始的，上升段起始的30 和终了的和终了的30 线性度不好，线性度不好，舍去不用，使用中间的舍去不用，使用中间的180 ，锯齿波的中点与同步信号的锯齿波的中点与同步信号的300 位置对应位置对应。 将将 =90 确定为锯齿波的中点，锯齿波向前向后各有确定为锯齿波的中点，锯齿波向前向后各有90 的移相范围。于的移相范围。于是是 =90 与同步电压的与同步电压的300 对应，也就是对应，也就是 =0 与同步电压的

86、与同步电压的210 对应对应。 =0 对应于对应于ua的的30 的位置，则同步信号的的位置，则同步信号的180 与与ua的的0 对应，说明对应，说明VT1的同步电压应滞后于的同步电压应滞后于ua180 。 对于其他对于其他5个晶闸管，也存在同样的对应关系。个晶闸管，也存在同样的对应关系。 1173.8.3 触发电路的定相触发电路的定相图图3-55给出了变压器接法的一种情况及相应的矢量图，其中主电路给出了变压器接法的一种情况及相应的矢量图，其中主电路整流变压器为整流变压器为D,y-11联结，同步变压器为联结，同步变压器为D,y-11,5联结，同步电压选取联结，同步电压选取的结果如表的结果如表3-

87、4所示，为防止电网电压波形畸变对触发电路产生干扰，所示，为防止电网电压波形畸变对触发电路产生干扰，可对同步电压进行可对同步电压进行R-C滤波，当滤波，当R-C滤波器滞后角为滤波器滞后角为60 时，同步电压时，同步电压选取结果如表选取结果如表3-5所示。所示。 图图3-53 同步变压器和整流变压器的接法及矢量图同步变压器和整流变压器的接法及矢量图 1183.8.3 触发电路的定相触发电路的定相表表3-4 三相全控桥各晶闸管的同步电压（采用图三相全控桥各晶闸管的同步电压（采用图3-59变压器接法时）变压器接法时） 表表3-5 三相桥各晶闸管的同步电压（有三相桥各晶闸管的同步电压（有R-C滤波滞后滤

88、波滞后60 ）晶闸管晶闸管VT1VT2VT3VT4VT5VT6主电路主电路电压电压+ua -uc +ub -ua +uc -ub 同步电同步电压压-usa +usc -usb +usa -usc +usb 晶闸管晶闸管VT1VT2VT3VT4VT5VT6主电路主电路电压电压+ua -uc +ub -ua +uc -ub 同步电同步电压压+usb -usa +usc -usb +usa -usc 1193.8.3 触发电路的定相触发电路的定相例：三相全控桥，电动机负载，要求可逆，整流变压器的接法是例：三相全控桥，电动机负载，要求可逆，整流变压器的接法是D，y-5，采用，采用NPN锯齿波触发器，并

89、附有滞后锯齿波触发器，并附有滞后30 的的R-C滤波器，决定晶闸管的同步电压和同步变压器的联结形式。滤波器，决定晶闸管的同步电压和同步变压器的联结形式。 解：整流变压器接法如图解：整流变压器接法如图3-56所示所示 以以a相为例，相为例，ua的的120 对应于对应于=90 ，此时，此时Ud=0，处于整流和逆变的临界点。该点与锯齿波的中点重合，即对，处于整流和逆变的临界点。该点与锯齿波的中点重合，即对应于同步信号的应于同步信号的300 ，所以同步信号滞后，所以同步信号滞后ua180，又因为，又因为R-C滤波已使同步信号滞后滤波已使同步信号滞后30，所以同步信号只要再，所以同步信号只要再滞后滞后1

90、50就可以了。就可以了。满足上述关系的同步电压相量图及同步变压器联结形式如下两幅图所示。满足上述关系的同步电压相量图及同步变压器联结形式如下两幅图所示。图图3-56 整流变压器接法整流变压器接法 各晶闸管的同步电压选取如下表：各晶闸管的同步电压选取如下表：晶闸管VT1VT2VT3VT4VT5VT6同步电压-usbusa-uscusb-usausc图图3-57 同步电压相量图及同步变压器联接图同步电压相量图及同步变压器联接图a 同步电压相量图同步电压相量图 b同步变压器联接图同步变压器联接图 120本章小结本章小结可控整流电路，重点掌握：电力电子电路作为分段线性电可控整流电路，重点掌握：电力电子

91、电路作为分段线性电路进行分析的基本思想、单相全控桥式整流电路和三相路进行分析的基本思想、单相全控桥式整流电路和三相全控桥式整流电路的原理分析与计算、各种负载对整流全控桥式整流电路的原理分析与计算、各种负载对整流电路工作情况的影响。电路工作情况的影响。电容滤波的不可控整流电路的工作情况，重点了解其工作电容滤波的不可控整流电路的工作情况，重点了解其工作特点。特点。与整流电路相关的一些问题，包括：与整流电路相关的一些问题，包括： 变压器漏抗对整流电路的影响，重点建立换相压降、变压器漏抗对整流电路的影响，重点建立换相压降、重叠角等概念，并掌握相关的计算，熟悉漏抗对整流电重叠角等概念，并掌握相关的计算，

92、熟悉漏抗对整流电路工作情况的影响。路工作情况的影响。 整流电路的谐波和功率因数分析，重点掌握谐波的概整流电路的谐波和功率因数分析，重点掌握谐波的概念、各种整流电路产生谐波情况的定性分析，功率因数念、各种整流电路产生谐波情况的定性分析，功率因数分析的特点、各种整流电路的功率因数分析。分析的特点、各种整流电路的功率因数分析。121本章小结本章小结大功率可控整流电路的接线形式及特点，熟悉双大功率可控整流电路的接线形式及特点，熟悉双反星形可控整流电路的工作情况，建立整流电路反星形可控整流电路的工作情况，建立整流电路多重化的概念。多重化的概念。可控整流电路的有源逆变工作状态，重点掌握产可控整流电路的有源

93、逆变工作状态，重点掌握产生有源逆变的条件、三相可控整流电路有源逆变生有源逆变的条件、三相可控整流电路有源逆变工作状态的分析计算、逆变失败及最小逆变角的工作状态的分析计算、逆变失败及最小逆变角的限制等。限制等。用于晶闸管的触发电路。重点熟悉锯齿波移相的用于晶闸管的触发电路。重点熟悉锯齿波移相的触发电路的原理，了解集成触发芯片及其组成的触发电路的原理，了解集成触发芯片及其组成的三相桥式全控整流电路的触发电路，建立同步的三相桥式全控整流电路的触发电路，建立同步的概念，掌握同步电压信号的选取方法概念，掌握同步电压信号的选取方法 。1223.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路u2ud1ud

94、2u2Luduabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuaucubt1OtOtOtOta = 0iVT1uVT1图图3-19 三相桥式全控整流电路带电阻负载三相桥式全控整流电路带电阻负载 =0 时的波形时的波形1233.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路ud1ud2a = 30iaOtOtOtOtuduabuacuaubuct1uabuacubcubaucaucbuabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuVT1图图3-20 三相桥式全控整流电路带电阻负载三相桥式全控整流电路带电阻负载 =30 时

95、的波形时的波形1243.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路a = 60ud1ud2uduacuacuabuabuacubcubaucaucbuabuacuaubucOtt1OtOtuVT1图图3-21 三相桥式全控整流电路带电阻负载三相桥式全控整流电路带电阻负载 =60 时的波形时的波形1253.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路ud1ud2uduaubucuaubtOtOtOtOtOiaiduabuacubcubaucaucbuabuacubcubaiVT1图图3-22 三相桥式全控整流电路带电阻负载三相桥式全控整流电路带电阻负载 =90 时的波形时的波形 126

96、3.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路ud1u2ud2u2LudidtOtOtOtOuaa = 0ubuct1uabuacubcubaucaucbuabuaciVT1图图3-23 三相桥式全控整流电路带阻感负载三相桥式全控整流电路带阻感负载 =0 时的波形时的波形1273.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路ud1a = 30ud2uduabuacubcubaucaucbuabuactOtOtOtOidiat1uaubuc图图3-24 三相桥式全控整流电路带阻感负载三相桥式全控整流电路带阻感负载 =30 时的波形时的波形1283.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全

97、控整流电路a = 90ud1ud2uacubcubaucaucbuabuacuabuduacuabuactOtOtOubucuat1uVT1图图3-25 三相桥式整流电路带阻感负载，三相桥式整流电路带阻感负载， =90 时的波形时的波形1293.3 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图图3-27 ud、iVD1和和i2a的波形的波形 1303.6.1 带平衡电抗器的双反星形可控整流电路带平衡电抗器的双反星形可控整流电路ttud1uaubuciaud2iaucuaubucOtOOtOId12Id16Id12Id16图图3-38 双反星形电路，双反星形电路， =0 时两组整流电压、电流波形时两组整流电压、电流波形 131