第二章整流电路2分析.docx

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第二章整流电路2分析

2.2三相可控整流电路

交流测由三相电源供电。

负载容量较大，或要求直流电压脉动较小、容易滤波。

基本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。

2.2.1三相半波可控整流电路

1）电阻负载

•图2-12三相半波可控整流电路共阴极接法电阻负载时的电路及a=0︒时的波形

电路的特点：

1、变压器二次侧接成星形得到零线，而一次侧接成三角形避免3次谐波流入电网。

2、三个晶闸管分别接入a、b、c三相电源，其阴极连接在一起——共阴极接法。

自然换相点：

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最早时刻，将其作为计算各晶闸管触发角a的起点，即a=0︒。

a=0︒时的工作原理分析

变压器二次侧a相绕组和晶闸管VT1的电流波形，变压器二次绕组电流有直流分量。

晶闸管的电压波形，由3段组成。

a=30︒的波形（图2-13）

特点：

负载电流处于连续和断续之间的临界状态。

a>30︒的情况（图2-14）

特点：

负载电流断续，晶闸管导通角小于120︒。

整流电压平均值的计算

a≤30︒时，负载电流连续，有：

当a=0时，Ud最大，为

a>30︒时，负载电流断续，晶闸管导通角减小，此时有：

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，即

晶闸管阳极与阴极间的最大正向电压等于变压器二次相电压的峰值，即

2）阻感负载

特点：

阻感负载，L值很大，id波形基本平直。

a≤30︒时：

整流电压波形与电阻负载时相同。

a>30︒时（如a=60︒时的波形如图2-16所示）。

u2过零时，VT1不关断，直到VT2的脉冲到来，才换流，——ud波形中出现负的部分。

id波形有一定的脉动，但为简化分析及定量计算，可将id近似为一条水平线。

阻感负载时的移相范围为90︒。

图2-16三相半波可控整流电路，阻感负载时的电路及a=60︒时的波形

数量关系

由于负载电流连续，Ud

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

晶闸管最大正、反向电压峰值均为变压器二次线电压峰值

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。

2.2.2三相桥式全控整流电路

三相桥是应用最为广泛的整流电路

共阴极组——阴极连接在一起的3个晶闸管（VT1，VT3，VT5）

共阳极组——阳极连接在一起的3个晶闸管（VT4，VT6，VT2）

导通顺序：

VT1－VT2－VT3－VT4－VT5－VT6

1）带电阻负载时的工作情况

当a≤60°时，ud波形均连续，对于电阻负载，id波形与ud波形形状一样，也连续

波形图：

a=0

当a>60°时，ud波形每60°中有一段为零，ud波形不能出现负值

波形图：

a=90°

带电阻负载时三相桥式全控整流电路a角的移相范围是120°

a=0（图2－17）

晶闸管及输出整流电压的情况如表2－1所示

请参照图2－17

三相桥式全控整流电路的特点

（1）2管同时通形成供电回路，其中共阴极组和共阳极组各1，且不能为同1相器件。

（2）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，脉冲相差180°。

三相桥式全控整流电路的特点

（3）ud一周期脉动6次，每次脉动的波形都一样，故该电路为6脉波整流电路。

（4）需保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲

可采用两种方法：

一种是宽脉冲触发

　　一种是双脉冲触发（常用）

（5）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、反向电压的关系也相同。

2）阻感负载时的工作情况

a≤60°时

ud波形连续，工作情况与带电阻负载时十分相似。

主要包括：

各晶闸管的通断情况、输出整流电压ud波形、晶闸管承受的电压波形。

a>60°时

阻感负载时的工作情况与电阻负载时不同。

电阻负载时，ud波形不会出现负的部分。

阻感负载时，ud波形会出现负的部分。

带阻感负载时，三相桥式全控整流电路的a角移相范围为90°。

区别在于：

得到的负载电流id波形不同。

当电感足够大的时候，id的波形可近似为一条水平线。

3）定量分析

当整流输出电压连续时（即带阻感负载时，或带电阻负载a≤60°时）的平均值为：

带电阻负载且a>60°时，整流电压平均值为：

输出电流平均值为：

Id=Ud/R

当整流变压器为图2-17中所示采用星形接法，带阻感负载时，变压器二次侧电流波形如图2-23中所示，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。

接反电势阻感负载时，在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、电流波形均相同。

仅在计算Id时有所不同，接反电势阻感负载时的Id为：

式中R和E分别为负载中的电阻值和反电动势的值。

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。

2.3变压器漏感对整流电路的影响

三相半波可控整流电路及波形

考虑包括变压器漏感在内的交流侧电感的影响，该漏感可用一个集中的电感LB表示。

现以三相半波为例，然后将其结论推广。

图2-18考虑变压器漏感时的电路波形

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。

换相重叠角——换相过程持续的时间，用电角度g表示。

换相过程中，整流电压ud为同时导通的两个晶闸管所对应的两个相电压的平均值。

换相压降——与不考虑变压器漏感时相比，ud平均值降低的多少。

变压器漏感对整流电路影响的一些结论:

出现换相重叠角g，整流输出电压平均值Ud降低。

整流电路的工作状态增多。

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du/dt，可能使晶闸管误导通，为此必须加吸收电路。

换相使电网电压出现缺口，成为干扰源。

2.4电容滤波的不可控整流电路

在交—直—交变频器、不间断电源、开关电源等应用场合中，大量应用。

最常用的是单相桥和三相桥两种接法。

由于电路中的电力电子器件采用整流二极管，故也称这类电路为二极管整流电路。

2.4.1电容滤波的单相不可控整流电路

常用于小功率单相交流输入的场合，如目前大量普及的微机、电视机等家电产品中。

1）工作原理及波形分析

a）电路b）波形

图2-19电容滤波的单相桥式不可控整流电路及其工作波形

基本工作过程：

在u2正半周过零点至wt=0期间，因u2

至wt=0之后，u2将要超过ud，使得VD1和VD4开通，ud=u2，交流电源向电容充电，同时向负载R供电。

2）主要的数量关系

输出电压平均值

2.5整流电路的有源逆变工作状态

2.5.1逆变的概念

1）什么是逆变？

为什么要逆变？

逆变（Invertion）——把直流电转变成交流电，整流的逆过程。

逆变电路——把直流电逆变成交流电的电路。

有源逆变电路——交流侧和电网连结。

应用：

直流可逆调速系统、交流绕线转子异步电动机串级调速以及高压直流输电等。

无源逆变电路——变流电路的交流侧不与电网联接，而直接接到负载，将在第5章介绍。

对于可控整流电路，满足一定条件就可工作于有源逆变，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，称为变流电路。

2）直流发电机—电动机系统电能的流转

a）两电动势同极性EG>EMb）两电动势同极性EM>EGc）两电动势反极性，形成短路

图2-20直流发电机—电动机之间电能的流转（P80）

电路过程分析。

两个电动势同极性相接时，电流总是从电动势高的流向低的，回路电阻小，可在两个电动势间交换很大的功率。

3）逆变产生的条件

单相全波电路代替上述发电机

交流电网输出电功率电动机输出电功率

图2-21单相全波电路的整流和逆变

从上述分析中，可以归纳出产生逆变的条件有二：

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，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。

2.5.2三相桥整流电路的有源逆变工作状态

逆变和整流的区别：

控制角a

不同

0

<

/2时，电路工作在整流状态。

/2<

a<

时，电路工作在逆变状态。

可沿用整流的办法来处理逆变时有关波形与参数计算等各项问题。

把a>

/2时的控制角用

-

a=

表示，

称为逆变角。

逆变角

和控制角a的计量方向相反，其大小自

=0的起始点向左方计量。

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管两端电压波形如

图2-22所示。

图2-22三相桥式整流电路工作于有源逆变状态时的电压波形

有源逆变状态时各电量的计算：

当逆变工作时，由于EM为负值，故Pd一般为负值，表示功率由直流电源输送到交流电源。

2.5.3逆变失败与最小逆变角的限制

逆变失败（逆变颠覆）

逆变时，一旦换相失败，外接直流电源就会通过晶闸管电路短路，或使变流器的输出平均电压和直流电动势变成顺向串联，形成很大短路电流。

1）逆变失败的原因

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。

晶闸管发生故障，该断时不断，或该通时不通。

交流电源缺相或突然消失。

换相的裕量角不足，引起换相失败。

换相重叠角的影响：

图2-23交流侧电抗对逆变换相过程的影响

当

>

时，换相结束时，晶闸管能承受反压而关断。

如果

<

时（从图2-47右下角的波形中可清楚地看到），该通的晶闸管（VT2）会关断，而应关断的晶闸管（VT1）不能关断，最终导致逆变失败。

2）确定最小逆变角

min的依据

逆变时允许采用的最小逆变角

应等于

min=

+

+q′（2-109）

——晶闸管的关断时间tq折合的电角度

——换相重叠角

q′——安全裕量角

tq大的可达200~300ms，折算到电角度约4°~5°。

随直流平均电流和换相电抗的增加而增大。

主要针对脉冲不对称程度（一般可达5°）。

值约取为10°。

——换相重叠角的确定：

查阅有关手册

举例如下：

整流电压

整流电流

变压器容量

短路电压比Uk%

220V

800A

240kV。

A

5%

15︒~20︒

参照整流时

的计算方法

这样，

min一般取30°~35°。

小结：

整流电路是电力电子电路中出现和应用最早的形式之一，本章讲述了整流电路及其相关一些的问题，是本书的一个重要组成部分，也是学习后面章节的基础。

作业：

P97-99习题1、3、4、6、11、12、13、16、17、28、29、30

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