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1、第第2章：相控整流电路章：相控整流电路2.1 整流器的性能指标整流器的性能指标 2.2 单相相控整流电路单相相控整流电路 2.3 三相相控整流电路三相相控整流电路 2.4 大容量相控整流电路大容量相控整流电路 2.5 相控整流电路的换相压降相控整流电路的换相压降 2.6 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 2.7 晶闸管相控电路的驱动控制晶闸管相控电路的驱动控制 :第第2章：相控整流电路章：相控整流电路整流电路；交流转换为直流整流电路；交流转换为直流按照输入交流电源的相数按照输入交流电源的相数:单相、三相和多相整流单相、三相和多相整流电路；电路；按电路中组成的电力电子器件控制
2、特性按电路中组成的电力电子器件控制特性:不可控、半不可控、半控整流电路；控整流电路；根据整流电路的结构形式根据整流电路的结构形式:半波、全波和桥式整流电半波、全波和桥式整流电路等类型。路等类型。 相控整流电路相控整流电路: :电压可调；电压可调； 二极管整流电路二极管整流电路: :电压固定；电压固定； 相控整流电路的类型相控整流电路的类型 ：:2.1 整流器的性能指标整流器的性能指标 （1输出的直流电压大小可以控制；输出的直流电压大小可以控制； （2输输出出直直流流侧侧电电压压和和交交流流侧侧电电流流中中的的纹纹波波都都必必须限制在允许范围内；须限制在允许范围内； （3整流器的效率要高。整流器
3、的效率要高。利用电力电子器件的可控开关特性把交流电能利用电力电子器件的可控开关特性把交流电能变为直流电能的整流电路构成的系统称为整流器。变为直流电能的整流电路构成的系统称为整流器。l整流器电路性能和控制方式必须满足的要求：整流器电路性能和控制方式必须满足的要求：l定义：定义：:5.1 整流器的性能指标整流器的性能指标(续续) 整流器的输出电压是脉动的，其中除了有主要的直流成分外，整流器的输出电压是脉动的，其中除了有主要的直流成分外，还有一定的交流谐波成分。定义整流器的输出电压的交流纹波有还有一定的交流谐波成分。定义整流器的输出电压的交流纹波有效值效值UH与直流平均值与直流平均值UD之比为电压纹
4、波系数之比为电压纹波系数u。即。即 1、电压纹波系数、电压纹波系数u（2.1.1）如果直流输出电压有效值用如果直流输出电压有效值用U表示，那么表示，那么，因此因此有：有：若第若第n次谐波峰值为次谐波峰值为Unm,则定义则定义Unm与与UD之比为电压脉动系数之比为电压脉动系数Sn，（2.1.3）（2.1.2）2、电压脉动系数、电压脉动系数Sn:2.1 整流器的性能指标整流器的性能指标(续续) 整流电路输出为各次谐波电流之和。整流电路输出为各次谐波电流之和。 输输入入电电流流总总畸畸变变率率THDTotal Harmonic Distortion又又称称谐谐波波因因数数HFHarmonic Fac
5、tor），是是指除基波电流以外的所有谐波电流有效值与基波电流有效值之比，即指除基波电流以外的所有谐波电流有效值与基波电流有效值之比，即 3、输入电流总畸变率输入电流总畸变率THD（2.1.4）式中式中Isn为为n次谐波电流有效值。次谐波电流有效值。:4、输入功率因数输入功率因数PF定义交流电源输入有功功率平均值定义交流电源输入有功功率平均值P与其视在功率与其视在功率S之比为输入之比为输入功率因数功率因数PFPowerfactor）,即即对于无畸变的正弦波，谐波电流在一个周期内的平均功率为零，对于无畸变的正弦波，谐波电流在一个周期内的平均功率为零，只有基波电流只有基波电流Is1形成有功功率形成有
6、功功率上式中上式中1是输入电压与输入电流基波分量之间的相位角。那是输入电压与输入电流基波分量之间的相位角。那么么称为基波位移因数称为基波位移因数(或基波功率因数或基波功率因数)，于是输入功率因数为，于是输入功率因数为:（2.1.5）（2.1.6）: 上上式式表表明明：功功率率因因数数由由基基波波电电流流相相移移和和电电流流波波形形畸畸变变这这两两个个因因素素共共同同决决定定。1越越小小，基基波波功功率率因因数数 越越大大，相相应应的的PF也也越越大大。另一方面，输入电流总畸变率另一方面，输入电流总畸变率THD越小，功率因数越小，功率因数PF也越大。也越大。 4、输入功率因数输入功率因数PF(续
7、续)（2.1.7）式中式中称为基波因数，且有称为基波因数，且有所以所以:第第2章：相控整流电路章：相控整流电路2.1 整流器的性能指标整流器的性能指标 2.2 单相相控整流电路单相相控整流电路 2.3 三相相控整流电路三相相控整流电路 2.4 大容量相控整流电路大容量相控整流电路 2.5 相控整流电路的换相压降相控整流电路的换相压降 2.6 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 2.7 晶闸管相控电路的驱动控制晶闸管相控电路的驱动控制 : 在在单单相相相相控控整整流流电电路路中中，定定义义晶晶闸闸管管从从承承受受正正向向电电压压起起到到触触发发导导通通之之间间的的电电角角度度称
8、称为为控控制制角角( (或或移移相相角角) )，晶晶闸闸管管在在一一个个周周期期内内导导通通的电角度称为导通角，用的电角度称为导通角，用表示。表示。 2.2.1 单相半波相控整流电路单相半波相控整流电路图图2.2.1 2.2.1 单相半波可控单相半波可控整流整流 1.电阻性负载电阻性负载(1)电路图电路图（2.2.2）:2.2.1 单相半波相控整流电路续单相半波相控整流电路续) 上上式式表表明明，只只要要改改变变控控制制角角(即即改改变变触触发发时时刻刻)，就就可可以改变整流输出电压的平均值，达到相控整流的目的。以改变整流输出电压的平均值，达到相控整流的目的。(2)电阻性负载时参数计算：电阻性
9、负载时参数计算：根据波形图根据波形图2.2.1(b)，可求出整流输出电压平均值为：，可求出整流输出电压平均值为：移相范围：整流输出电压移相范围：整流输出电压Ud的平均值从最大值变的平均值从最大值变化到零时，控制角化到零时，控制角的变化范围为移相范围。的变化范围为移相范围。当当=0时，时，Ud=0，当，当=时，时，Ud=0.45U2为最大值。为最大值。这种通过控制触发脉冲的相位来控制直流输出电压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，简称相控方式。大小的方式称为相位控制方式，简称相控方式。单相半波相控整流电路带电阻性负载时移相范围为单相半波相控整流电路带电阻性负载
10、时移相范围为。图图2.2.1 2.2.1 单相半波可单相半波可控控 整流波形图整流波形图 :(2)电阻性负载时参数计算续）：电阻性负载时参数计算续）：图图2.2.1 2.2.1 单相半波可单相半波可控控 整流波形图整流波形图 根据有效值的定义，整流输出电压的有效值为根据有效值的定义，整流输出电压的有效值为 （2.2.4）那么，整流输出电流的平均值那么，整流输出电流的平均值Id和有效值和有效值I分别为分别为电流的波形系数电流的波形系数KfKf为为 （2.2.7）（2.2.5）（2.2.6）上式上式(2.2.7)(2.2.7)说明，控制角说明，控制角越大，波形系数越大，波形系数KfKf越越大。大。
11、 2.2.1 单相半波相控整流电路单相半波相控整流电路(续续):(2)电阻性负载时参数计算续）：电阻性负载时参数计算续）：图图2.2.1 2.2.1 单相半波可单相半波可控控 整流原理整流原理（2.2.8）如如果果忽忽略略晶晶闸闸管管T T的的损损耗耗，则则变变压压器器二二次次侧侧输输出出的的有功功率为有功功率为 电源输入的视在功率为电源输入的视在功率为（2.2.10）（2.2.9）从从上上式式可可知知，功功率率因因数数是是控控制制角角的的函函数数，且且越越大大，相控整流输出电压越低，功率因数相控整流输出电压越低，功率因数PF越小。越小。当当=0时时，PF=0.707为为最最大大值值。这这是是
12、因因为为电电路路的的输输出出电电流流中中不不仅仅存存在在谐谐波波，而而且且基基波波电电流流与与基基波波电电压压(即即电电源源输输入入正正弦弦电电压压)也也不不同同相相，即即是是使使电电阻阻性性负负载载，PF也不会等于也不会等于1。电路的功率因数电路的功率因数2.2.1 单相半波相控整流电路单相半波相控整流电路(续续):2.电感性负载电感性负载（等效为电感（等效为电感L L和电阻和电阻R R串联）串联）图图2.2.3感性负载单相半波可控整流电路及其波形感性负载单相半波可控整流电路及其波形工作原理工作原理2.2.1 单相半波相控整流电路单相半波相控整流电路(续续):2.电感性负载电感性负载(续续)
13、感性负载上的输出电压平均值感性负载上的输出电压平均值感性负载上的输出电压平均值感性负载上的输出电压平均值UdUdUdUd为为为为故故 （2.2.11）（2.2.12）（2.2.13） 式式式式(2.2.13)(2.2.13)(2.2.13)(2.2.13)说明说明说明说明, , , , 感性负载上的电压平均值等于负载电感性负载上的电压平均值等于负载电感性负载上的电压平均值等于负载电感性负载上的电压平均值等于负载电阻上的电压平均值。阻上的电压平均值。阻上的电压平均值。阻上的电压平均值。2.2.1 单相半波相控整流电路单相半波相控整流电路(续续): 由于负载中存在电感，使负载电压波形出现负值部分，
14、晶闸管的由于负载中存在电感，使负载电压波形出现负值部分，晶闸管的由于负载中存在电感，使负载电压波形出现负值部分，晶闸管的由于负载中存在电感，使负载电压波形出现负值部分，晶闸管的流通角流通角流通角流通角变大，且负载中变大，且负载中变大，且负载中变大，且负载中L L L L越大，越大，越大，越大，越大，输出电压波形图上负压的面越大，输出电压波形图上负压的面越大，输出电压波形图上负压的面越大，输出电压波形图上负压的面积越大，从而使输出电压平均值减小。积越大，从而使输出电压平均值减小。积越大，从而使输出电压平均值减小。积越大，从而使输出电压平均值减小。 在大电感负载在大电感负载在大电感负载在大电感负载
15、LRLRLRLR的情况下，负载电压波形图中正负面积相近，即的情况下，负载电压波形图中正负面积相近，即的情况下，负载电压波形图中正负面积相近，即的情况下，负载电压波形图中正负面积相近，即不论不论不论不论为何值，为何值，为何值，为何值， ，都有，都有，都有，都有 。2.电感性负载大电感电感性负载大电感LR）l l图图图图2.2.4LR2.2.4LR时不同时不同时不同时不同 时的电流波形时的电流波形时的电流波形时的电流波形2.2.1 单相半波相控整流电路单相半波相控整流电路(续续):2.电感性负载大电感）电感性负载大电感）l l大电感负载时输出平均大电感负载时输出平均大电感负载时输出平均大电感负载时
16、输出平均电压为零，解决的办法是在电压为零，解决的办法是在电压为零，解决的办法是在电压为零，解决的办法是在负载两端并联续流二极管负载两端并联续流二极管负载两端并联续流二极管负载两端并联续流二极管D D，如图，如图，如图，如图2.2.5(a)2.2.5(a)所示。所示。所示。所示。l l图图图图2.2.5 2.2.5 2.2.5 2.2.5 大电感负载接续流管的单相大电感负载接续流管的单相大电感负载接续流管的单相大电感负载接续流管的单相l l 半波整流电路及电流电压波形半波整流电路及电流电压波形半波整流电路及电流电压波形半波整流电路及电流电压波形 在电源电压正半周，在电源电压正半周，负载电流由晶闸
17、管导通提负载电流由晶闸管导通提供；供； 电源电压负半周时，电源电压负半周时，续流二极管续流二极管D D维持负载电流；维持负载电流； 因此负载电流是一个因此负载电流是一个连续且平稳的直流电流。连续且平稳的直流电流。大电感负载时，负载电流大电感负载时，负载电流波形是一条平行于横轴的波形是一条平行于横轴的直线，其值为直线，其值为IdId； 2.2.1 单相半波相控整流电路单相半波相控整流电路(续续):晶闸管与续流管承受的最大电压均为晶闸管与续流管承受的最大电压均为2.电感性负载大电感参数计算电感性负载大电感参数计算若设若设若设若设TT和和和和DD分别为晶闸管和续流二极管在一个周期内的导通角，分别为晶
18、闸管和续流二极管在一个周期内的导通角，分别为晶闸管和续流二极管在一个周期内的导通角，分别为晶闸管和续流二极管在一个周期内的导通角，则容易得出晶闸管的电压平均值为则容易得出晶闸管的电压平均值为则容易得出晶闸管的电压平均值为则容易得出晶闸管的电压平均值为流过续流二极管的电流平均值为流过续流二极管的电流平均值为流过续流二极管的电流平均值为流过续流二极管的电流平均值为流过晶闸管和续流管的电流有效值分别为流过晶闸管和续流管的电流有效值分别为流过晶闸管和续流管的电流有效值分别为流过晶闸管和续流管的电流有效值分别为 （2.2.17）（2.2.14）（2.2.15）（2.2.16）2.2.1 单相半波相控整流
19、电路单相半波相控整流电路(续续):优点：优点： 线路简单，调整方便；线路简单，调整方便；缺点：缺点： （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载时）。时）。 （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，则则交流回路有直流电流，使电网波形畸变引起额外损耗。交流回路有直流电流，使电网波形畸变引起额外损耗。应用：应用： 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高的场合。的场合。3、单相
20、半波可控整流电路特点：、单相半波可控整流电路特点：2.2.1 单相半波相控整流电路单相半波相控整流电路(续续):2.2.2 单相桥式相控整流电路单相桥式相控整流电路 1、阻性负载、阻性负载图图2.2.6 2.2.6 单相全控桥式整流电路单相全控桥式整流电路带电阻性负载的电路与工作波形带电阻性负载的电路与工作波形（的移相范围是的移相范围是00180180）工作原理分析：工作原理分析：:2.2.2 单相桥式相控整流电路单相桥式相控整流电路(续续) 1、阻性负载参数计算：、阻性负载参数计算：3 3输出电流的平均值和有效值分别为输出电流的平均值和有效值分别为2 2整流输出电压的有效值为整流输出电压的有
21、效值为 即即UdUd为最小值时，为最小值时，=180=180，UdUd为最大值时为最大值时=0=0，所以单相全控，所以单相全控桥式整流电路带电阻性负载时，桥式整流电路带电阻性负载时，的移相范围是的移相范围是00180180。1 1整流输出电压的平均值整流输出电压的平均值 （2.2.18）（2.2.19）（2.2.20）（2.2.21）:1、阻性负载参数计算：、阻性负载参数计算：4 4流过每个晶闸管的平均电流为输出电流平均值的一半，即流过每个晶闸管的平均电流为输出电流平均值的一半，即5 5流过每个晶闸管的电流有效值为流过每个晶闸管的电流有效值为（2.2.23）（2.2.22）6 6晶闸管承受的最
22、大反向电压为晶闸管承受的最大反向电压为 U2 U2。 7 7在一个周期内每个晶闸管只导通一次，流过晶闸管的电流在一个周期内每个晶闸管只导通一次，流过晶闸管的电流波形系数为波形系数为 （2.2.24）2.2.2 单相桥式相控整流电路单相桥式相控整流电路(续续) :1、阻性负载参数计算：、阻性负载参数计算：9）在在一一个个周周期期内内电电源源通通过过变变压压器器两两次次向向负负载载提提供供能能量量，因因此此负负载载电电流流有有效效值值d与与变变压压器器次次级级电电流流有有效效值值I2相相同同。那那么么电电路路的的功功率率因因数可以按下式计算数可以按下式计算8 8负载电流的波形系数为负载电流的波形系
23、数为（2.2.26）（2.2.25）2.2.2 单相桥式相控整流电路单相桥式相控整流电路(续续) :、的移相范围相等，均为的移相范围相等，均为0180；、输出电压平均值、输出电压平均值Ud是半波整流电路的倍；是半波整流电路的倍；、在相同的负载功率下，流过晶闸管的平均电流减、在相同的负载功率下，流过晶闸管的平均电流减小一半；小一半；、功率因数提高了、功率因数提高了倍。倍。通过上述数量关系的分析，电阻负载时，对单相全通过上述数量关系的分析，电阻负载时，对单相全控桥式整流电路与半波整流电路可作如下比较：控桥式整流电路与半波整流电路可作如下比较：2.2.2 单相桥式相控整流电路单相桥式相控整流电路(续
24、续) :2大电感负载大电感负载 图图2.2.8 2.2.8 单相全控桥式整流电路带电感性负载电路与波形图单相全控桥式整流电路带电感性负载电路与波形图工作原理分析：工作原理分析：电路控制角的移相范围为电路控制角的移相范围为0 0/2/22.2.2 单相桥式相控整流电路单相桥式相控整流电路(续续) :2大电感负载参数计算：大电感负载参数计算：1 1在电流连续的情况下整流输出电压的平均值为在电流连续的情况下整流输出电压的平均值为2 2整流输出电压有效值为整流输出电压有效值为3 3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 U2 U2。(090)(090)(2.2.27)(2.2.28)
25、4在一个周期内每组晶闸管各导通在一个周期内每组晶闸管各导通180，两组轮流导通，两组轮流导通，变压器次级中的电流是正负对称的方波，电流的平均值变压器次级中的电流是正负对称的方波，电流的平均值Id和和有效值有效值I相等，其波形系数为。相等，其波形系数为。2.2.2 单相桥式相控整流电路单相桥式相控整流电路(续续) :2大电感负载参数计算：大电感负载参数计算：5 5在电流连续的情况下整流输出电压的平均值为在电流连续的情况下整流输出电压的平均值为(2.2.29)(2.2.30)单相全控桥式整流电路具有输出电流脉动小，功率因数高，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
26、个等大反向的半波，没有直流磁化问题，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。变压器的利用率高。在大电感负载情况下，在大电感负载情况下，接近接近/2时，输出电压的平均值接时，输出电压的平均值接近于零，负载上的电压太小。且理想的大电感负载是不存在的，近于零，负载上的电压太小。且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，而且在故实际电流波形不可能是一条直线，而且在之前，电流就之前，电流就出现断续。电感量越小，电流开始断续的出现断续。电感量越小，电流开始断续的值就越小。值就越小。6结论：结论：2.2.2 单相桥式相控整流电路单相桥式相控整流电路(续续
27、) :图图2.2.9 单相全控桥式整流电路带反电势负载电路与波形图单相全控桥式整流电路带反电势负载电路与波形图3反电势负载工作原理反电势负载工作原理 反电动势负载：对于可控整流电路来说，被充电的蓄反电动势负载：对于可控整流电路来说，被充电的蓄电池、电容器、正在运行的直流电动机的电枢电枢旋电池、电容器、正在运行的直流电动机的电枢电枢旋转时产生感应电动势转时产生感应电动势E E等本身是一个直流电压的负载。等本身是一个直流电压的负载。2.2.2 单相桥式相控整流电路单相桥式相控整流电路(续续) :图图5.2.9 单相全控桥式整流电路单相全控桥式整流电路 带反电势负载电路波形图带反电势负载电路波形图3
28、 3反电势负载工作原理反电势负载工作原理导导电电角角时时，整整流流电电流流波波形形出出现现断断流流。其其波波形形如如图图5.2.9(c)所所示示，图图中中的的为为停停止止导导电电角角。也也就就是是说说与与电电阻阻负负载载时时相相比比，晶晶闸闸管提前了管提前了电角度停止导电。电角度停止导电。(2.2.31)时，若触发脉冲到来，时，若触发脉冲到来，晶闸管因承受负电压不可能导晶闸管因承受负电压不可能导通。为了使晶闸管可靠导通，通。为了使晶闸管可靠导通，要求触发脉冲有足够的宽度，要求触发脉冲有足够的宽度，保证当保证当时刻晶闸管时刻晶闸管开始承受正电压时，触发脉冲开始承受正电压时，触发脉冲仍然存在。这样
29、就要求触发角仍然存在。这样就要求触发角。2.2.2 单相桥式相控整流电路单相桥式相控整流电路(续续) :3 3反电势负载参数计算反电势负载参数计算(2.2.33)(2.2.32)l1整流器输出端直流电压平均值整流器输出端直流电压平均值l2整流电流平均值整流电流平均值2.2.2 单相桥式相控整流电路单相桥式相控整流电路(续续) :1 1大电感负载时的工作情况大电感负载时的工作情况 例例2.2.3 单相桥式半控整流电路单相桥式半控整流电路 图图2.2.10 2.2.10 单相半控桥式整流电路带单相半控桥式整流电路带大电感负载时的电压、电流波形图大电感负载时的电压、电流波形图 晶晶闸闸管管在在触触发
30、发时时刻刻被被迫迫换换流流，二二极极管管则则在在电电源源电电压压过过零零时时自自然然换换流流；由由于于自自然然续续流流的的作作用用，整整流流输输出出电电压压ud的的波波形形没没有有负负半半波波的的部部分分，与与全全控控桥桥电电路路带带电阻性负载相同。电阻性负载相同。的的移移相相范范围围为为0180，Ud、d的的计计算算公公式式和和全全控控桥桥带带电电阻阻性性负负载载时时相相同同；流流过过晶晶闸闸管管和和二二极极管管的的电电流流都都是是宽宽度度为为180的的方方波波且且与与无无关关，交交流流侧侧电流为正负对称的交变方波。电流为正负对称的交变方波。工作特点：工作特点：:1 1大电感负载时的工作情况
31、大电感负载时的工作情况 图图2.2.10 2.2.10 单相半控桥式整流电路带单相半控桥式整流电路带大电感负载时的电压、电流波形图大电感负载时的电压、电流波形图 在实际运行中，当突然在实际运行中，当突然把控制角把控制角 增大到增大到180180以以上或突然切断触发电路时，上或突然切断触发电路时，会发生正在导通的晶闸管会发生正在导通的晶闸管一直导通两个二极管轮导一直导通两个二极管轮导通的失控现象。此时触发通的失控现象。此时触发信号对输出电压失去了控信号对输出电压失去了控制作用，失控在使用中是制作用，失控在使用中是不允许的，为了消除失控，不允许的，为了消除失控，带电感性负载的半控桥式带电感性负载的
32、半控桥式整流电路还需加接续流二整流电路还需加接续流二极管。极管。 续流二极管的作用：续流二极管的作用：消除失控消除失控:2 2大电感负载时参数计算大电感负载时参数计算 输出电压平均值为输出电压平均值为输出电压有效值为输出电压有效值为:在在控控制制角角为为时时，每每个个晶晶闸闸管管一一周周期期内内的的导导通通角角为为，续续流管的流通角为流管的流通角为，2 2大电感负载时参数计算大电感负载时参数计算 流经续流二极管的平均电流和有效电流分别为流经续流二极管的平均电流和有效电流分别为则流过晶闸管的电流平均值和有效值分别为则流过晶闸管的电流平均值和有效值分别为:第第2章：相控整流电路章：相控整流电路2.
33、1 整流器的性能指标整流器的性能指标 2.2 单相相控整流电路单相相控整流电路 2.3 三相相控整流电路三相相控整流电路 2.4 大容量相控整流电路大容量相控整流电路 2.5 相控整流电路的换相压降相控整流电路的换相压降 2.6 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 2.7 晶闸管相控电路的驱动控制晶闸管相控电路的驱动控制 : 1 1在在t1t2t1t2期间，相电压比、相都高，如果在期间，相电压比、相都高，如果在t1t1时刻触发晶闸管导通，负载上得到相电压时刻触发晶闸管导通，负载上得到相电压uAuA。 2 2在在t2t3t2t3期间，相电压最高，若在期间，相电压最高，若在t2t
34、2时刻触发时刻触发导通，负载上得到导通，负载上得到B B相电压相电压uBuB， 关断关断 。 3 3在在t3 t4t3 t4时期间，时期间，C C相电压最高，若在相电压最高，若在t3t3刻触发刻触发导通，负载上得到相电压导通，负载上得到相电压uCuC，并关断。，并关断。 2.3.1 三相半波相控整流电路三相半波相控整流电路 1 1、电阻性负载工作原理分析、电阻性负载工作原理分析图图2.3.1电阻性负载的三相半波相控整流电路及波形电阻性负载的三相半波相控整流电路及波形(=0): 自然换流点：自然换流点：t1t1、t2t2和和t3t3时刻距相电压波形过零点时刻距相电压波形过零点3030电角度，它是
35、各相晶闸管能被正常触发导通的最早时刻，在该点以电角度，它是各相晶闸管能被正常触发导通的最早时刻，在该点以前，对应的晶闸管因承受反压，不能触发导通，所以把它叫做自然前，对应的晶闸管因承受反压，不能触发导通，所以把它叫做自然换流点。换流点。 在三相相控整流电路中，把自然换流点作为计算控制角在三相相控整流电路中，把自然换流点作为计算控制角的起的起点，即该处点，即该处=0=0（注意：这与单相可控整流电路是不同的）。（注意：这与单相可控整流电路是不同的）。 2.3.1 三相半波相控整流电路三相半波相控整流电路(续续) 1 1、电阻性负载工作原理分析、电阻性负载工作原理分析图图2.3.1电阻性负载的三相半
36、波相控整流电路及波形电阻性负载的三相半波相控整流电路及波形(=0):1 1、电阻性负载工作原理分析、电阻性负载工作原理分析当当=30=30时，时，udud、idid波形临界连续。波形临界连续。 当当=150=150时，整流输出电压为零。时，整流输出电压为零。 在在303030时，输出电压和电流波形将时，输出电压和电流波形将不再连续；不再连续；在电源交流电路中不存在电感情在电源交流电路中不存在电感情况下，晶闸管之间的电流转移是在瞬况下，晶闸管之间的电流转移是在瞬间完成的；间完成的；负载上的电压波形是相电压的一负载上的电压波形是相电压的一部分；部分；晶闸管处于截止状态时所承受的晶闸管处于截止状态时
37、所承受的电压是线电压而不是相电压。电压是线电压而不是相电压。整流输出电压的脉动频率为整流输出电压的脉动频率为 HZ( HZ(脉波数脉波数m=3)m=3)。结论：结论：图图2.3.2 2.3.2 三相半波相控整流三相半波相控整流=18=18、6060时的波形图时的波形图2.3.1 三相半波相控整流电路三相半波相控整流电路(续续) :2 2、电阻性负载数量关系、电阻性负载数量关系若若A相电源输入相电压相电源输入相电压，B、C相相应相相应滞后滞后则有如下数量关系：则有如下数量关系： 式中式中2 2为整流变压器二次侧相电压有效值。为整流变压器二次侧相电压有效值。 (2.3.1)当当30时，负载电流连续
38、，各相晶闸管每周期时，负载电流连续，各相晶闸管每周期轮流导电轮流导电120，即导通角，即导通角T=120。输出电压平均值为。输出电压平均值为当当=0时整流输出电压平均值时整流输出电压平均值d最大。增大最大。增大，Ud减小，当减小，当=150时，时，Ud=0。所以带电阻性负载的三相。所以带电阻性负载的三相半波相控整流电路的半波相控整流电路的移相范围为移相范围为01502.3.1 三相半波相控整流电路三相半波相控整流电路(续续) :2 2、电阻性负载数量关系、电阻性负载数量关系(2.3.1)当当30时，负载电流断续，时，负载电流断续，输出电压平均值输出电压平均值d为为(4)晶闸管承受的最大反向电压
39、为电源线电压峰值，晶闸管承受的最大反向电压为电源线电压峰值，即即，最大正向电压为电源相电压，即，最大正向电压为电源相电压，即。2.3.1 三相半波相控整流电路三相半波相控整流电路(续续) :2 2、电阻性负载数量关系、电阻性负载数量关系(2.3.4)（5 5负载电流的平均值负载电流的平均值 流过每个晶闸管的平均电流流过每个晶闸管的平均电流流过每个晶闸管的电流有效值为流过每个晶闸管的电流有效值为(2.3.5)(2.3.3)(2.3.6)2.3.1 三相半波相控整流电路三相半波相控整流电路(续续) :3 3、大电感负载、大电感负载 (1) (1)在在3030时，时，udud的波形与电的波形与电阻性
40、负载时相同。阻性负载时相同。 (2)30 (2)30时时udud波形出现部分负波形出现部分负压。压。 (3) (3)尽管尽管3030，由于大电感负，由于大电感负载的作用，仍然使各相晶闸管导通载的作用，仍然使各相晶闸管导通120120，保证了电流的连续。，保证了电流的连续。 电路特点：电路特点：图图2.3.3 2.3.3 大电感负载的三相半波整流电路及波形大电感负载的三相半波整流电路及波形 续流二极管续流二极管续流二极管续流二极管接续流二极管接续流二极管接续流二极管接续流二极管2.3.1 三相半波相控整流电路三相半波相控整流电路(续续) :大电感负载数量关系大电感负载数量关系流过每个晶闸管的平均
41、电流与有效电流分别为流过每个晶闸管的平均电流与有效电流分别为当当=0时时Ud最最大大，当当=90时时，Ud=0。因因而而，大大电电感感负负载载时时，三三相半波整流电路的移相范围为相半波整流电路的移相范围为090。整流输出电压平均值整流输出电压平均值ud为为(2.3.8)(2.3.7)(2.3.9)2.3.1 三相半波相控整流电路三相半波相控整流电路(续续) :大电感负载接续流二极管时数量关系大电感负载接续流二极管时数量关系4 4续流二极管在一周期内导通三续流二极管在一周期内导通三次，其导通角次，其导通角D=3(D=3(30)30)。 1ud的波形与纯电阻性负载时一样，的波形与纯电阻性负载时一样
42、，Ud的计算公式也一样。的计算公式也一样。图图2.3.3大电感负载的大电感负载的三相半波整流电路三相半波整流电路2 2负载电流负载电流id=iT1+iT2+iT3+iDid=iT1+iT2+iT3+iD。3 3一周期内晶闸管的导通角一周期内晶闸管的导通角 T=150 T=150。2.3.1 三相半波相控整流电路三相半波相控整流电路(续续) :图图2.3.3大电感负载的大电感负载的三相半波整流电路三相半波整流电路（2.3.13）5 5流过晶闸管的平均电流和有效电流分别为流过晶闸管的平均电流和有效电流分别为6 6流过续流管的平均电流和流过续流管的平均电流和有效电流分别为有效电流分别为（2.3.10
43、）（2.3.11）（2.3.12）2.3.1 三相半波相控整流电路三相半波相控整流电路(续续) 大电感负载接续流二极管时数量关系大电感负载接续流二极管时数量关系:2.3.2 三相桥式相控整流电路三相桥式相控整流电路 共阴极组的自然换流点共阴极组的自然换流点(=0)(=0)在在t1t1、tt、tt时刻，分别时刻，分别触发、晶闸管。触发、晶闸管。 共阳极组的自然换流点共阳极组的自然换流点(=0)(=0)在在tt、tt、tt时刻，分别时刻，分别触发触发2 2、晶闸管。、晶闸管。 晶闸管的导通顺序为：晶闸管的导通顺序为：11223344556 6。 图图2.3.4三相桥式相控整流电路带电阻负载三相桥式
44、相控整流电路带电阻负载时的情况时的情况1 1、电阻性负载工作原理、电阻性负载工作原理: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2.3.2 三相桥式相控整流电路三相桥式相控整流电路(续续) （l每个时刻均需每个时刻均需2个不同组的晶闸管同时导通，形个不同组的晶闸管同时导通，形成向负载供电的回路，其中且不能为同一相的晶闸管；成向负载供电的回路，其中且不能为同一相的晶闸管；（2对触发脉冲的要求：对触发脉冲的要求：6个晶闸管的触发脉冲按个晶闸管的触发脉冲按ug1ug2ug3ug4ug5ug6的顺序相位依次差的顺序相位依次差60）分别触发晶闸管分别触发晶闸管123456；共阴极组共阴极
45、组1、3、5的触发脉冲依次相差的触发脉冲依次相差120，共阳极组、的触发脉冲也依次差共阳极组、的触发脉冲也依次差120,同一相的上下两个桥臂，即同一相的上下两个桥臂，即T1、与、与T4，T3与与T6，T5与与T2脉冲相差脉冲相差180；: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宽脉冲触发：使脉冲宽度大于宽脉冲触发：使脉冲宽度大于60(60(一般取一般取8080100);100);双脉冲触发：用两个窄脉冲代替宽脉冲，两个窄脉冲的前沿双脉冲触发：用两个窄脉冲代替宽脉冲，两个窄脉冲的前沿相差相差6060，脉宽一般为，脉宽一般为20203030。 （3全控桥触发脉冲类型：全控桥触发脉
46、冲类型： （4 4带电阻负载时三相桥式全控整流电路角带电阻负载时三相桥式全控整流电路角的移相的移相范围是范围是 120 120。 2.3.2 三相桥式相控整流电路三相桥式相控整流电路(续续) :3、三相桥式全控整流、三相桥式全控整流电路电路不同时工作原理不同时工作原理=30=30时工作波形：时工作波形：图图2.3.5三相桥式相控整流电路三相桥式相控整流电路带电阻负载带电阻负载=30时的情况时的情况2.3.2 三相桥式相控整流电路三相桥式相控整流电路(续续) :3、三相桥式全控整流、三相桥式全控整流电路电路不同时工作原理不同时工作原理=60=60时工作波形：时工作波形：图图2.3.6三相桥式相控
47、整流电路三相桥式相控整流电路带电阻负载带电阻负载=60时的情况时的情况2.3.2 三相桥式相控整流电路三相桥式相控整流电路(续续) :=90=90时工作波形：时工作波形：图图2.3.7三相桥式相控整流电路三相桥式相控整流电路带电阻负载带电阻负载=90时的情况时的情况3、三相桥式全控整流、三相桥式全控整流电路电路不同时工作原理不同时工作原理2.3.2 三相桥式相控整流电路三相桥式相控整流电路(续续) :4、三相桥式全控整流电路参数计算、三相桥式全控整流电路参数计算2当当60时时，负负载载电电流流不不连连续续，整整流流输输出出电电压压的的平均值为平均值为1当当60时，负载电流连续，负载上承受的是线
48、电压时，负载电流连续，负载上承受的是线电压设其表达式为设其表达式为，在，在内积分上内积分上、下、下限为限为和和。因此当控制角为时，整流输出电压的。因此当控制角为时，整流输出电压的平均值为平均值为（2.3.14）（2.3.15）晶闸管承受的最大正、反向峰值电压为晶闸管承受的最大正、反向峰值电压为 2.3.2 三相桥式相控整流电路三相桥式相控整流电路(续续) :5 5、大电感负载、大电感负载 图图2.3.8 2.3.8 带大电感负载的带大电感负载的三相全控桥式三相全控桥式 整流电路及整流电路及=0=0时的电流电压波形时的电流电压波形 1 1=0=0时工作波形时工作波形电路移向范围为电路移向范围为0
49、 090902.3.2 三相桥式相控整流电路三相桥式相控整流电路(续续) :5 5、大电感负载、大电感负载 图图2.3.9 2.3.9 带大电感负载的三相全控桥式整流电路在带大电感负载的三相全控桥式整流电路在=30=30、9090时的电流电压波形时的电流电压波形 2 2=30=30、 90 90时工作波形时工作波形2.3.2 三相桥式相控整流电路三相桥式相控整流电路(续续) :6 6、大电感负载参数计算、大电感负载参数计算 在在090范围内负载电流连续，负载上承受的是线范围内负载电流连续，负载上承受的是线电压，设其表达式为电压，设其表达式为，而线电压超，而线电压超前于相电压前于相电压30，在内
50、，在内积分上、下限为积分上、下限为和和。因。因此当控制角为此当控制角为时：时：(2.3.16)(2.3.16)1整流输出电压的平均值为整流输出电压的平均值为（090）2负载电流平均值为负载电流平均值为(2.3.17)(2.3.17)2.3.2 三相桥式相控整流电路三相桥式相控整流电路(续续) :三三相相全全控控桥桥式式整整流流电电路路中中，晶晶闸闸管管换换流流只只在在本本组组内内进进行行，每每隔隔120换换流流一次，即在电流连续的情况下，每个晶闸管的导通角一次，即在电流连续的情况下，每个晶闸管的导通角T=120。因而。因而3流过晶闸管的电流平均值和有效值流过晶闸管的电流平均值和有效值(2.3.
51、18)(2.3.18)(2.3.19)(2.3.19)4）流进变压器次级的电流有效值为流进变压器次级的电流有效值为5晶闸管承受的最大电压为晶闸管承受的最大电压为(2.3.20)(2.3.20)6 6、大电感负载参数计算、大电感负载参数计算 2.3.2 三相桥式相控整流电路三相桥式相控整流电路(续续) :第第2章：相控整流电路章：相控整流电路2.1 整流器的性能指标整流器的性能指标 2.2 单相相控整流电路单相相控整流电路 2.3 三相相控整流电路三相相控整流电路 2.4 大容量相控整流电路大容量相控整流电路 2.5 相控整流电路的换相压降相控整流电路的换相压降 2.6 整流电路的有源逆变工作状
52、态整流电路的有源逆变工作状态 2.7 晶闸管相控电路的驱动控制晶闸管相控电路的驱动控制 :1.带平衡平衡电抗器的双反星形相控整流抗器的双反星形相控整流电路工作原理路工作原理2.4 大容量相控整流电路大容量相控整流电路图图2.4.1带平衡电抗器的双反星形带平衡电抗器的双反星形相控整流电路及其波形图相控整流电路及其波形图:2.4大容量相控整流电路大容量相控整流电路平衡电抗器工作原理：平衡电抗器工作原理： 由于平衡电抗器由于平衡电抗器 的接入，瞬时电压差的接入，瞬时电压差 加在电抗加在电抗器两端，器两端， ，当，当 时，时， ， ，使，使 降低降低 后接入负载，后接入负载， ，使使 升高升高 后接入
53、负载，电感使两组整流桥输出到负载后接入负载，电感使两组整流桥输出到负载的电压达到平衡，正、负两组同时导电，故称之为平衡电的电压达到平衡，正、负两组同时导电，故称之为平衡电抗器。抗器。 :2 2、带平衡电抗器的双反星形相控整流电路数量关系、带平衡电抗器的双反星形相控整流电路数量关系2.4 大容量相控整流电路大容量相控整流电路(2.4.4)(2.4.4)图图2.4.1(a)中如果正、负整流组输出电流和在周期内连续，则中如果正、负整流组输出电流和在周期内连续，则T1、T3、T5和和T4、T6、T2的导电角都为的导电角都为，在控制角，在控制角=0时时Ud1Ud1、ud2ud2相差相差6060即即那么：
54、那么：(2.4.3)(2.4.3)(2.4.5)(2.4.5)从上面的关系式可知，如果负载中有大电感，三次谐波很难流入负载，从上面的关系式可知，如果负载中有大电感，三次谐波很难流入负载，三次谐波电压产生的三次谐波电流只在两组半波整流电路中流动，称之三次谐波电压产生的三次谐波电流只在两组半波整流电路中流动，称之为环流。为环流。:(2.4.8)(2.4.8)2 2、带平衡电抗器的双反星形相控整流电路数量关系、带平衡电抗器的双反星形相控整流电路数量关系根据图根据图2.4.1(b)得到整流输出电压瞬时值为得到整流输出电压瞬时值为将式将式2.4.3）、（）、（2.4.4代入上式得代入上式得如果控制角为如
55、果控制角为，输出直流电压平均值为，输出直流电压平均值为(2.4.6)(2.4.6)输出直流电压平均值为输出直流电压平均值为(2.4.7)(2.4.7)2.4 大容量相控整流电路大容量相控整流电路:2.带平衡电抗器的双反星形相控整流电路数量关系带平衡电抗器的双反星形相控整流电路数量关系由式由式由由于于每每组组三三相相半半波波整整流流电电流流是是负负载载电电流流的的1/2，故故晶晶闸闸管管的的选选择择和和变变压压器器二二次次绕绕组组额额定定容容量量的的确确定定只只要要按按Id/2计计算算即即可可。流流过过晶晶闸闸管管和和变压器二次绕组的电流相同，在电感性负载时都是方波，其等效值为变压器二次绕组的电
56、流相同，在电感性负载时都是方波，其等效值为晶闸管承受的最大正反向电压的计算，与三相半波时相同。关于变压器所晶闸管承受的最大正反向电压的计算，与三相半波时相同。关于变压器所流过的电流其二次绕组与三相半波时相同，一次绕组则与三相桥式相同。流过的电流其二次绕组与三相半波时相同，一次绕组则与三相桥式相同。（2.4.9）可知，输出电压中的谐波阶次可知，输出电压中的谐波阶次n为为6k，k=1,2,3.，n=6,12,18.，最低谐波为，最低谐波为6次谐波，其值仅为直流平均值次谐波，其值仅为直流平均值的的235。（2.4.6）2.4大容量相控整流电路大容量相控整流电路:3、结论、结论（4两种电路中晶闸管的导
57、通及触发脉冲的分配关系两种电路中晶闸管的导通及触发脉冲的分配关系一样，一样，ud和和id的波形形状一样。的波形形状一样。将双反星形电路与三相桥式电路进行比较：将双反星形电路与三相桥式电路进行比较：（1三相桥为两组三相半波串联，而双反星形为两三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，同时有两相组三相半波并联，且后者需用平衡电抗器，同时有两相导电，变压器磁路平衡，不存在直流磁化问题；导电，变压器磁路平衡，不存在直流磁化问题；（2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；（3每一整流器件承担
58、负载电流每一整流器件承担负载电流Id的一半，整流器件的一半，整流器件流过电流的有效值在电感性负载时为流过电流的有效值在电感性负载时为0.289Id，所以与，所以与其他整流电路相比，提高了整流器件承受负载的能力；其他整流电路相比，提高了整流器件承受负载的能力；2.4大容量相控整流电路大容量相控整流电路:第第2章：相控整流电路章：相控整流电路2.1 整流器的性能指标整流器的性能指标 2.2 单相相控整流电路单相相控整流电路 2.3 三相相控整流电路三相相控整流电路 2.4 大容量相控整流电路大容量相控整流电路 2.5 相控整流电路的换相压降相控整流电路的换相压降 2.6 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 2.7 晶闸管相控电路的驱动控制晶闸管相控电路的驱动控制 :
