第二章 晶闸管相控整流电路.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第,*,页,第二章 晶闸管相控整流电路,本章所要讲述的内容,单相可控整流电路,三相可控整流电路,变压器漏感对整流电路的影响,整流电路的谐波分析,电力公害及其抑制措施,本章重点,单相桥式全控整流电路和三相桥式全控整流,电路组成和工作原理,、,不同性质的负载,下一些重要物理量的,波形分析和数值计算,。,第,1,页,2.1 概述,图2.,1,部分常用的整流电路,c）,d）,除,c）、d,）,外,a）e）,f）、g）,b）、f）,c）、d）、e）、g）,a）、b）、f）,c）、d）、e）、g）,整流电路,2,不同性质的负载,对于整流电路输出的电压电流波形有很大,影响,。,负载的性质,大致分为以下几种,（,p42,）,电阻性负载,如电阻加热炉、电解、电镀和电焊等。,电感性负载,各种电机的励磁绕组，经电抗器滤波的负载。,电容性负载,整流输出端接大电容滤波的情况。,反电势负载,整流装置输出供蓄电池充电或供直流电动机作 电源时用。,实际上属于单纯的某一种性质的负载是很少的。,确定负载性质必须根据实际情况作具体分析。,2.1 概述,3,2.2,单相可控整流电路,2.2.1 单相桥式全控整流电路,（,p45,）,1.,电阻负载,电路结构及其工作原理,图,2.2,单相桥式全控整流带电阻负载时的电路及工作原理（不可控）,a,D,4,D,1,i,2,2,u,b,T,u,1,D,3,i,d,R,u,d,D,2,u,2,(a),D1,R,D,4,u,2,(b),u,2,0,4,图,2.2,单相桥式全控整流带电阻负载时的电路及工作原理（不可控）,a,D,4,D,1,i,2,2,u,b,T,u,1,D,3,i,d,R,u,d,D,2,u,2,0,2.2.1,单相桥式全控整流电路,R,T,u,1,u,2,i,2,a,b,VT,1,VT,3,VT,2,VT,4,u,d,i,d,图,2.3,单相桥式全控整流带电阻负载时的电路及工作原理（全控）,6,R,T,u,1,u,2,i,2,a,b,VT,1,VT,3,VT,2,VT,4,u,d,i,d,图,2.3,单相桥式全控整流带电阻负载时的电路及工作原理（全控）,u,2,(b),VT,3,R,VT,2,u,2,(a),u,2,0,b),c),d),w,t,w,t,w,t,p,a,a,0,0,0,i,2,u,d,i,d,u,VT,1,4,u,(,i,),d,d,转,u,2,负半周,8,图,2.4,单相桥式全控整流带电阻负载时的电路及波形（,u,d,、i,d,）,R,T,u,1,u,2,i,2,a,b,VT,1,VT,3,VT,2,VT,4,u,d,i,d,a),u,2,0,2.2.1,单相桥式全控整流电路,10,图,2.4,单相桥式全控整流带电阻负载时的电路及波形（,u,VT1，4,）,R,T,u,1,u,2,i,2,a,b,VT,1,VT,3,VT,2,VT,4,u,d,i,d,a),u,2,0,2.2.1,单相桥式全控整流电路,12,图,2.4,单相桥式全控整流带电阻负载时的电路及波形（,i,2,）,R,T,u,1,u,2,i,2,a,b,VT,1,VT,3,VT,2,VT,4,u,d,i,d,a),u,2,30,0,，负载电流断续,的移相范围,:0,0,150,0,。,负载电流平均值,I,d,2.3.1 三相半波可控整流电路,基本数量关系,a,=30,u,2,u,u,u,v,u,w,O,w,t,O,w,t,O,w,t,O,w,t,O,w,t,u,G,u,d,u,uv,u,uw,w,t,1,i,VT,1,u,VT,1,u,uw,w,w,t,t,w,t,w,t,a,=60,u,2,u,u,u,v,u,w,O,O,O,O,u,G,u,d,i,VT,1,33,晶闸管承受的最大反向电压,U,RM,晶闸管承受的最大正向电压,U,FM,晶闸管的额定电压,U,T(AV),晶闸管的额定电流,I,T(AV),2.3.1 三相半波可控整流电路,a,=30,u,2,u,u,u,v,u,w,O,w,t,O,w,t,O,w,t,O,w,t,O,w,t,u,G,u,d,u,uv,u,uw,w,t,1,i,VT,1,u,VT,1,u,uw,34,图,2.15,三相半波可控整流电路共阴极接法电感负载时的电路及,=60,0,的波形,u,v,w,T,R,L,u,2,u,d,e,L,i,d,VT,1,VT,2,VT,3,2.3.1 三相半波可控整流电路,2,.电感性负载（,p54,）,特点,：阻感负载，,L,值很大，,i,d,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）。,u,2,过零时，,VT,1,不关断，直到,VT,2,的脉冲到来，才换流，,u,d,波形中出现负的部分。,i,d,波形有一定的脉动，但为简化分析及定量计算，可将,i,d,近似为一条水平线。,阻感负载时的移相范围为90,。,u,d,i,a,u,u,u,v,u,w,i,b,i,c,i,d,u,uw,O,w,t,O,w,t,O,O,w,t,O,O,w,t,a,w,t,w,t,35,输出电压平均值,U,d,由上式，,a,的移相范围,0,0,90,0,。,输出电流平均值,I,d,I,2,即晶闸管电流的有效值,I,T,晶闸管电流的平均值,I,dT,2.3.1 三相半波可控整流电路,基本数量关系,u,d,i,a,u,u,u,v,u,w,i,b,i,c,i,d,u,uw,O,w,t,O,w,t,O,O,w,t,O,O,w,t,a,w,t,w,t,36,晶闸管最大正反向电压,晶闸管的额定电流,晶闸管的额定电压,三相整流电路的功率因数,2.3.1 三相半波可控整流电路,u,d,i,a,u,u,u,v,u,w,i,b,i,c,i,d,u,uw,O,w,t,O,w,t,O,O,w,t,O,O,w,t,a,w,t,w,t,37,图,2.16,三相桥式全控整流电路,(,p57,，图,2.15,),2.3.2 三相桥式全控整流电路,电感性负载（,p56,）,共阴极组阴极连接在一起的3个晶闸管（,VT,1,，VT,3,，VT,5,）,共阳极组阳极连接在一起的3个晶闸管（,VT,4,，VT,6,，VT,2,）,导通顺序：,VT,1,VT,2,VT,3,VT,4,VT,5,VT,6,电路,38,图,2.17,三相桥式全控整流电路工作原理,(,p57,，图,2.15,),i,2,工作原理1,2.3.2 三相桥式全控整流电路,w,u,2,u,u,u,w,u,v,O,t,a,=0,39,工作原理2,图,2.17,三相桥式全控整流电路工作原理,(,p57,，图,2.15,),w,u,2,u,u,u,w,u,v,w,t,1,O,t,a,=0,2.3.2 三相桥式全控整流电路,40,工作原理3,图,2.17,三相桥式全控整流电路工作原理,(,p57,，图,2.15,),w,u,2,u,u,u,w,u,v,w,t,1,O,t,a,=0,2.3.2 三相桥式全控整流电路,41,工作原理4,图,2.17,三相桥式全控整流电路工作原理,(,p57,，图,2.15,),w,u,2,u,u,u,w,u,v,w,t,1,O,t,a,=0,2.3.2 三相桥式全控整流电路,42,工作原理5,图,2.17,三相桥式全控整流电路工作原理,(,p57,，图,2.15,),w,u,2,u,u,u,w,u,v,w,t,1,O,t,a,=0,2.3.2 三相桥式全控整流电路,43,工作原理6,图,2.17,三相桥式全控整流电路工作原理,(,p57,，图,2.15,),u,u,u,w,u,2,u,w,v,w,t,1,O,t,a,=0,2.3.2 三相桥式全控整流电路,44,2.3.2 三相桥式全控整流电路,工作原理小结,表21晶闸管及输出整流电压的情况,时 段,I,II,III,IV,V,VI,共阴极组中导通的晶闸管,VT,1,VT,1,VT,3,VT,3,VT,5,VT,5,共阳极组中导通的晶闸管,VT,6,VT,2,VT,2,VT,4,VT,4,VT,6,整流输出电压,u,d,u,u,-,u,v,=,u,uv,u,u,-,u,w,=,u,uw,u,v,-,u,w,=,u,vw,u,v,-,u,u,=,u,vu,u,w,-,u,u,=,u,wu,u,w,-,u,v,=,u,wv,45,三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。,2.3.2 三相桥式全控整流电路,工作原理小结,（2）,u,d,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。,46,波形分析1（,=0,0,）,2.3.2 三相桥式全控整流电路,w,v,u,w,w,u,2,u,2,L,u,d,u,uv,u,uw,u,vw,u,vu,u,wu,u,wv,u,uv,u,uw,u,u,u,w,t,1,O,t,O,t,a,=0,图2.18,三相桥式全控整流电路电感性负载,=0,0,时的波形,（,p57,，图,2.16,）,u,d,波形,47,w,w,u,uv,u,uw,u,uv,u,uw,u,vw,u,vu,u,wu,u,wv,u,uv,u,uw,O,t,O,t,i,T,1,u,T,1,图,2.18,三相桥式全控整流电路电感性负载,=0,0,时的波形,（,p57,，图,2.16,）,波形分析1（,=0,0,）,2.3.2 三相桥式全控整流电路,i,d,w,t,O,w,v,u,w,u,2,u,u,u,w,t,1,O,t,a,=0,i,d,、,i,T1,、,u,T1,波形,48,w,v,u,波形分析2（,=30,0,）,w,u,2,u,u,u,w,t,1,O,t,2.3.2 三相桥式全控整流电路,w,t,图,2.19,三相桥式全控整流电路电感性负载,=30,0,时的波形,（,p57,，图,2.16,）,u,d,u,uv,u,uw,u,vw,u,vu,u,wu,u,wv,u,uv,u,uw,w,t,O,i,d,w,t,O,a,=30,i,T1,w,t,O,w,t,O,u,d,、i,d,、,i,T1,波形,49,w,v,u,波形分析2（,=30,0,）,w,u,2,u,u,u,w,t,1,O,t,2.3.2 三相桥式全控整流电路,w,t,图,2.19,三相桥式全控整流电路电感性负载,=30,0,时的波形,（,p57,，图,2.16,）,u,T1,uv,uw,vw,vu,wu,wv,uv,uw,w,t,O,i,2,w,t,O,a,=30,u,T1,、,i,2,波形,i,T1,i,T4,50,图,2.20,三相桥式全控整流电路电感性负载,=60,0,时的波形,（,p58,，图,2.17,）,波形分析3（,=60,0,）,w,v,u,w,u,2,u,u,u,w,t,1,O,t,w,t,u,d,u,uv,u,uw,u,vw,u,vu,u,wu,u,wv,u,uv,u,uw,w,t,O,i,d,w,t,O,a,=60,i,T1,w,t,O,2.3.2 三相桥式全控整流电路,51,图,2.20,三相桥式全控整流电路电感性负载,=60,0,时的波形,（,p58,，图,2.17,）,波形分析3（,=60,0,）,w,v,u,w,u,2,u,u,u,w,t,1,O,t,w,t,u,uv,u,uw,u,vw,u,vu,u,wu,u,wv,u,uv,u,uw,w,t,O,O,a,=60,i,2,w,t,O,2.3.2 三相桥式全控整流电路,u,T1,i,T4,i,T1,52,触发脉冲分析,图,2.21,三相桥式全控整流电路的触发脉冲,（,p58,，图,2.17,）,2.3.2 三相桥式全控整流电路,对触发脉冲的要求：,按,VT,1,-VT,2,-VT,3,-VT,4,-VT,5,-VT,6,的顺序，相位依次差60,。,共阴极组,VT,1,、VT,3,、VT,5,的脉冲依次差120,，共阳极组,VT,4,、VT,6,、VT,2,也依次差120,。,同一相的上下两个桥臂，即,VT,1,与,VT,4,，VT,3,与,VT,6,，VT,5,与,VT,2,，,脉冲相差180,。,53,触发脉冲分析,需保证同时导通的2个晶闸管均有脉,可采用两种方法：一种是宽脉冲触发，一种是双窄脉冲触发（常用）,2.3.2 三相桥式全控整流电路,54,输出电压平均值,U,d,（连续时）,带电阻负载且,60,0,时，整流电压平均值,U,d,输出电流平均值,I,d,如果是反电势负载带平波电抗器，则输出电流,I,d,2.3.2 三相桥式全控整流电路,基本数量关系,55,流过晶闸管的电流值有效值,I,T,晶闸管承受的最大正向电压,晶闸管承受的最大反向电压,晶闸管的额定电压,2.3.2 三相桥式全控整流电路,基本数量关系,56,2.4 大功率可控整流主电路接线形式及特点,2.4.1 带平衡电抗器的双反星形可控整流电路,（,p62,）,（,1,）双反星形整流电路,二次侧为两组,匝数相同极性相反,的绕阻，分别接成两组三相半波电路。,二次侧两绕组的极性相反可,消除铁芯的直流磁化,（,2,）平衡电抗器的作用,图,2.22,带平衡电抗器的双反星形可控整流电路,（,p63,，图,2.23,）,平衡电抗器,是为保证两组三相半波整流电路能同时导电。,与三相桥式电路相比，双反星形电路的输出电流可,大一倍,。,57,（,1,）移相多重联结,有,并联多重联结,和,串联多重联结,。,可减少输入电流谐波，减小输出电压中的谐波并提高纹波频率，因而可减小平波电抗器。,使用,平衡电抗器,来平衡2组整流器的电流。,2,个三相桥并联而成的,12脉波整流电路,。,（,2,）串联多重联结电路的顺序控制,图,2.23 2,重联结的,12,脉波整流电路,（,p65,，图,2.27,）,2.4.2 多重化整流电路,58,2.5 变压器漏感对整流电路的影响,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,L,B,表示。,以三相半波为例，将其结论推广。,L,R,u,v,w,T,L,u,d,i,w,i,v,i,u,B,L,B,L,B,i,k,VT,1,VT,2,VT,3,u,d,i,d,w,t,O,w,t,O,g,i,w,i,u,i,v,i,w,i,u,I,d,u,u,u,v,u,w,a,i,k,=,i,v,是逐渐增大的，,而,i,u,=,I,d,-,i,k,是逐渐减小的。,当,i,k,增大到等于,I,d,时，,i,u,=0，VT,1,关断,换流过程结束。,VT,1,换相至,VT,2,的过程：,因,a、b,两相均有漏感，故,i,u,、,i,v,均不能突变。于是,VT,1,和,VT,2,同时导通，相当于将,u、v,两相短路，在两相组成的回路中产生环流,i,k,。,图,2.24,考虑变压器漏抗时的三相半波可控整流电路及波形（,p67,，图,2.29,）,59,2.5.1 换相过程中的输出电压,两个概念,换相压降,与不考虑变压器漏感时相比，,u,d,平均值降低的多少。,换相重叠角,g,换相过程持续的时间，用电角度,g,表示。,换相压降的计算,角的计算,60,2.6 整流电路的谐波分析,（,p70,）,2.6.1 谐波分析目的,随着电力电子技术的发展，其应用日益广泛，由此带来的,谐波,(,harmonics,),和,无功,(,reactive power,),问题日益严重，引起了关注。,在电力电子装置接入电网前，必须进行谐波分析，弄清楚谐波分布和注入电网的谐波值，以便制定谐波治理方案，是电力电子装置能够满足标准所规定的允许值。,谐波的定义,对于非正弦波电压，满足狄里赫利条件，可分解为傅里叶级数：,正弦波电压可表示为：,基波,（,fundamental,）,频率与工频相同的分量,谐波,频率为基波频率大于1整数倍的分量,谐波次数,谐波频率和基波频率的整数比,61,2.6.2 谐波分析方法,2.6.3,几个重要的物理概念,2.6 整流电路的谐波分析,（,p70,）,（,1,）,n,次谐波电流含有率,HRI,n,（,2,）电流谐波总畸变率,THD,i,（,3,）电压纹波因数,u,m,2,3,6,12,u,/%,48.2,18.27,4.18,0.994,0,表,1,不同脉波数,m,时的电压纹波因数值,62,m,脉波整流电压,u,d0,的谐波次数为,mk,(k=1,2,3,),次，即,m,的整数倍次。,当,m,一定时，随着谐波次数的增加，谐波幅值迅速减小；当负载中有电感时，负载电流谐波幅值,d,n,的减小更为迅速。,各次谐波幅值与,角的关系如图,20,所示。,图,2.25,三相全控桥电流连续时,n,次谐波幅值与,的关系,（,p73,，图,2.32,）,2.6.4 谐波分析几个重要结论,63,2.7 电力公害及其抑制措施,（,p73,）,2.7.1 何谓电力公害,电力公害就是指使用电力电子装置时存在着,网侧功率因数低,、,谐波电流,和,电磁干扰严重等问题,。,2.7.2 谐波公害的影响及其抑制措施,（,1,）影响（,p73）,（,2,）抑制措施(,p74),2.7.3 功率因数公害的影响及其抑制措施,（,1,）按照电力法规定，用户的功率因数不得低于,0.85,，低于这个指标则要对用户进行处罚。,（,2,）提高,PF,的途径及方法,2.7.4 电磁干扰公害的影响及其抑制措施,64,本章小结,可控整流电路，重点掌握：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、各种负载对整流电路工作情况的影响；,与整流电路相关的一些问题，包括：,(1)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，熟悉漏抗对整流电路工作情况的影响。,(2)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，功率因数分析的特点、各种整流电路的功率因数分析。,可控整流电路的有源逆变工作状态，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工作状态的分析计算、逆变失败及最小逆变角的限制等。,65,课间休息,66,