第三章3节励磁系统中整流电路课件.ppt

1、第三节 励磁系统的整流电路第三节第三节 励磁系统中的整流电路励磁系统中的整流电路 三相桥式不可控整流电路 三相桥式半控整流电路 三相桥式全控整流电路 一 三个基本整流电路二 整流电路的换流压降及外特性 三 最小逆变角 几个应知的问题？ 1可控硅整流电路的可控硅整流电路的作用作用 可控硅整流电路的可控硅整流电路的作用是作用是将交流电压整流成直流将交流电压整流成直流电压向电压向发电机励磁绕组发电机励磁绕组或或励磁机励磁绕组励磁机励磁绕组供给可供给可控制的控制的励磁电流励磁电流。 励磁调节器中使用的有励磁调节器中使用的有三相半控桥式整流电路三相半控桥式整流电路和和三相全控桥式整流电路三相全控桥式整流

2、电路两种两种。 还有还有三相桥式不可控整流电路三相桥式不可控整流电路，通常，通常用于供给用于供给大大型发电机励磁电流型发电机励磁电流。 2.可控硅整流管可控硅整流管(晶闸管晶闸管)，不可控硅整流管。不可控硅整流管。 仅在整流桥的一侧用可控硅整流管仅在整流桥的一侧用可控硅整流管,称为称为半控整流桥半控整流桥； 可控硅整流元件的阴极是连接在一起的可控硅整流元件的阴极是连接在一起的,又称为又称为共阴极型共阴极型半控整流桥半控整流桥。 3.如果将如果将可控硅可控硅整流元件整流元件和和不可控硅不可控硅整流元件整流元件调调换换一下位置一下位置,就变成了就变成了共阳极型半控整流桥电路共阳极型半控整流桥电路。

3、 如果如果不可控硅不可控硅整流元件整流元件换成换成可控硅可控硅整流元件整流元件, 变变成成全控整流桥电路全控整流桥电路。 三相全控桥三相全控桥:输出直流电压的输出直流电压的纹波小纹波小,能够实现能够实现逆逆变灭磁变灭磁；但但使用可控硅使用可控硅元件多元件多,控制电路控制电路复杂复杂。4. 4.整流元件的整流元件的通断通断 可控硅整流元件的可控硅整流元件的工作特性工作特性是：是：元件两端加正向电压，同元件两端加正向电压，同时向控制极加正向触发信号就导通时向控制极加正向触发信号就导通。 元件导通之后触发信号就失去作用，只有元件的正向电流元件导通之后触发信号就失去作用，只有元件的正向电流小于它的维持

4、电流时才截止小于它的维持电流时才截止。 为了使元件可靠截止为了使元件可靠截止,一般都向元件一般都向元件施加反向电压施加反向电压。 因此，对于因此，对于共阴极型半控桥式整流电路共阴极型半控桥式整流电路，在有触发脉冲的在有触发脉冲的前提下前提下,阳极电压最高的可控硅阳极电压最高的可控硅晶闸管元件晶闸管元件和阴极电压最和阴极电压最低的低的不可控整流器元件不可控整流器元件导通导通。 5. 5.整流元件的整流元件的导通次序导通次序 6.可控硅的可控硅的控制角控制角：控制角：控制角也叫也叫触发角触发角，控制角控制角是向可控硅元件是向可控硅元件施加触发脉冲的角度施加触发脉冲的角度。 首先应确定角度的首先应确

5、定角度的启始点启始点，即，即零点零点在在什么地方。什么地方。 三相三相半控桥式半控桥式整流电路中可控硅整流电路中可控硅控制角的零度控制角的零度为为可控硅阳极电压的自然换相点可控硅阳极电压的自然换相点,即即1、3、5点点,它它们分别为们分别为VS1.VS3.VS5的控制角的控制角.B.C的零度的零度。 三相半控桥式整流电路三相半控桥式整流电路的的控制角控制角移相范围为移相范围为0180。7.可控硅的可控硅的导通角导通角 导通角导通角是可控硅经过是可控硅经过一次触发之后导通的角度一次触发之后导通的角度。 它与它与控制角控制角的的大小大小和和整流电路整流电路负荷的性质负荷的性质有关：有关： 对于对于

6、电阻性负荷电阻性负荷，60时，时，120； 60时，时，120。 对于对于电感性负荷电感性负荷，与，与电感的大小有关电感的大小有关。 当电感足够当电感足够大大时，时，120； 当电感足够当电感足够小且小且60时时，有可能小于有可能小于120； 60时时，120。图=30=6060 8.整流电路的输入电压励磁调节器中，励磁调节器中， 三相半控桥式整流电路三相半控桥式整流电路的的输入交流电压输入交流电压或来自或来自交流交流励磁机励磁机，或来自，或来自交流励磁变压器交流励磁变压器的副边；的副边；可以是可以是相相电压电压，也可以是，也可以是线电压线电压。 9.整流电路的整流电路的输出电压输出电压 输出

7、电压有输出电压有瞬时电压瞬时电压和和平均电压平均电压之分。之分。 平均电压平均电压是是瞬时电压的瞬时电压的等效平均值等效平均值。 一般可控硅整流电路的输出电压是指一般可控硅整流电路的输出电压是指平均电压平均电压。它。它是一个是一个直流电压直流电压。+-RfeaebecV1V3V5V4V6V2一、三相桥式不可控整流电路eaecebteabac bc ba ca cbab acbc16 12 32 34 54 56 16 12 32ut1 工作原理 共阴极连接的二极管，在t=30-150之间是V1 导通，V3、V5 承受反压而关断；在t=150-270之间是V3导通；在t=270-390 之间是V

8、5 导通。 共阳极连接的二极管，在t=90-210之间是V2 导通，V4、V6 承受反压而关断；在t=210-330之间是V4 导通；在t=330-450 之间是V6 导通。2 输出电压:负载电压U是线电压波形的包络线，以2/6为其脉动周期，输出空载电压平均值为abaaaabaEEttEtdtEtEtdeeU35. 134. 232coscos22632sinsin22626262626RfeaebecVS1VS3VS5V4V6V2V 二、三相桥式半控整流电路二、三相桥式半控整流电路（一）工作原理eaecebteugabac bc ba ca cbab acbc16 12 32 34 54 5

9、6 16 12 32tut脉冲控制角=0135t1时刻时刻,ua =uc为为A相的相的=0 触发触发VS1,根据整根据整流管正负极间流管正负极间正向电压最大正向电压最大一相导通的原一相导通的原理理,ub最低最低,输出输出uab0V4 V6V2在自然在自然换相点换相点246换相换相,波形连续。波形连续。RfeaebecVS1VS3VS5V4V6V2V脉冲控制角=3065226321tdeetdeeUcabad 2cos135. 12cos134. 2lEE0uguAuCuBe=30B=30C=30tt=0C=0B=0t1t3t2Ug1Ug3Ug5（c）=30时输出时输出瞬时电压瞬时电压的波形图的

10、波形图165243ULt（b）可控硅触发脉冲波形图0uabubcubauacucbuca三相半控桥式整流电路在=60时的电压波形0eAeCeBe=60B=60 C=60ttt1t3t2Ug1Ug3Ug5t可控硅阳极电压的波形输出电压的波形输出电压的波形tUg10uA135ucbuacubaucbuac脉冲控制角=60uguLRfeaebecVS1VS3VS5V4V6V2V=90时时uc 0到了到了4点点ua =uc, uac=0,S1、D2同时同时截止截止,间断间断,波形不连续。波形不连续。udugu电路RfeaebecVS1VS3VS5V4V6V2V脉冲控制角=120uguL0eAeCeBe

11、=120ttt1t2Ug1Ug3tB=120C=120Ug5ucbuacuba0153=0控制角 120，输出电压波形不连续，各整流元件导通时间小于120。 Ug5676321tdeeUcad 2cos135. 12cos134. 2lEEuaucubuacubaucb60后后输出电压波形不连续，输出电压波形不连续，元件导通角小于元件导通角小于120而流过负载上的电流因而流过负载上的电流因L的的存在经存在经V形成通路形成通路,因因L很大很大故电流仍是平滑的故电流仍是平滑的60时，时，RfeaebecVS1VS3VS5V4V6V2VuguLttet当 180时，各相触发脉冲都在负侧自然换相点出现

12、，晶闸管因正向电压为零而不能导通，输出平均电压为零。由上述讨论可知，当触发脉冲控制角从o180 范围内移相时，输出电压从最大值连续降低到零。 （二） 输出电压与控制角关系 2cos135. 12cos134. 2ldEEU 对于三相半控桥式整对于三相半控桥式整流电路，输出电压为流电路，输出电压为Ud0 60 120 180 当触发脉冲控制角当触发脉冲控制角从从0180范围移相时范围移相时 ，输，输出电压从最大值连续降为零。通过控制触发角出电压从最大值连续降为零。通过控制触发角的的大小，可以控制励磁电流输出的大小。大小，可以控制励磁电流输出的大小。（三）失控现象和续流二极管的作用 uguLtte

13、tt3 t4 t5RfeaebecVS1VS3VS5V4V6V2V1eaecVS1V2V1+ (-)- (+)续流管续流管: 二极管二极管V1称为称为续流二极管续流二极管,简称简称续流管续流管。 Ud0时时,三相半控桥式整流电路三相半控桥式整流电路向负荷输出电流向负荷输出电流IL。 由于励磁绕组有由于励磁绕组有很大的电感很大的电感，当电流，当电流IL流过励磁绕组时流过励磁绕组时,会会在励磁绕组中储存大量的在励磁绕组中储存大量的磁能磁能。 Ud=0时时,整流电路整流电路不再向励磁绕组提供电流不再向励磁绕组提供电流， 励磁绕组中存储的磁能就要励磁绕组中存储的磁能就要转换成电能释放出来转换成电能释放

14、出来。 续流管续流管V1就是为了使电能有释放通路而设置的。就是为了使电能有释放通路而设置的。危险：危险： 如果没有续流管如果没有续流管，励磁绕组中存储的磁能就要通，励磁绕组中存储的磁能就要通过可控硅整流电路强行放电，造成可控整流电路过可控硅整流电路强行放电，造成可控整流电路该关断时不能关断该关断时不能关断。 这就是可控整流电路的这就是可控整流电路的失控失控现象现象。 续流管作用续流管作用： 可以保证可控整流电路可以保证可控整流电路不失控不失控(可靠关断可靠关断)； 也使励磁绕组中的也使励磁绕组中的电流电流IL不致因加到励磁绕组不致因加到励磁绕组两端的电压是断续的而断续，而是两端的电压是断续的而

15、断续，而是保持连续状态保持连续状态。三、三相桥式全控整流电路 ReaebecVS1VS3VS5VS4VS6VS2L在晶闸管需导通的区域仅用初始的一个窄脉冲去触发的方式称“单窄脉冲触发” 每个元件除了在各自的换流点处有一个脉冲之外，还在60度电角度之后的下一个导通元件的导通时刻补了一个脉冲。所补的脉冲在电流连续的稳态工作时并不起任何作用，但它却是电路启动及在电流断续时使电路正常工作所不可缺少的，这种触发方式称之为“双窄脉冲触发”。 若把上面的双窄脉冲连成一个宽脉冲，电路当然也可正常工作，这种触发方式称之为“宽脉冲触发” 1. 三相桥式全控整流电路触发脉冲的形式ReaebecVS1VS3VS5VS

16、4VS6VS2LeuLugtttugtReaebecVS1VS3VS5VS4VS6VS2L脉冲控制角=0 2. 工作原理ReaebecVS1VS3VS5VS4VS6VS2L脉冲控制角=60 euLugtttugt2eaebecReaebecVS1VS3VS5VS4VS6VS2L脉冲控制角=90 uLtugtugtett1 t2ReaebecVS1VS3VS5VS4VS6VS2L脉冲控制角=60 150 eugtttugtuLt1 t2VS6VS1VS3VS2VS43 输出电压与控制角关系cos35.1cos6sin223cos262166llldEEttdEU 电感性负载逆变角 =180 -

17、uLtugtugtett1 t2在90时，输出平均电压Ud为负，三相全控桥工作在逆变状态。 =30时ug1触发S1通 b最低,设S6已通输出uab 经60后,c最负,ug2触发S2通,输出uac, 经60后ug3触发S3通,输出ubc, ug4 ug5 ug6 ug1间隔60触发S4 S5 S6 S1 始终ud 0。uduguaucub=60时ug1触发S1通b最低,设S6已通输出uab3点ua=ub,uab =0经60后,c最负,ug2触发S2通,输出uac,4点ua=uc,uac =0零点出现之后ug3 ug4 ug5 ug6 ug1按间隔60触发S3 S4 S5 S6 S1波形如图,可知

18、当0的连续波形。ucaubcuacuabubaucb1534ud全桥ugu26ubauacuabubcubaucaucbud=90时ug1触发S1通,此时虽然uc比ub负,但S2未触发S6仍通输出uab,2点ua=ub,uab =0,2、3点之间, ua ub, uab 0,使Id维持原方向保持连续, 3点S2上的电压uc的c=90,ug2触发S2通, S6关断, 3、4点之间,ua 0uc 0; 电流方向不变连续的, ud 波形正负两部分对称相等平均值为零, Id 也为零。全桥ugul 600, ud0时产生Id , ud 90后，转成逆变状态，即直流变为交流输出。 励磁系统中，利用逆变状态

19、来实现快速灭磁。 理想逆变过程：当全控桥9090时,如=120 1点点S1通通,1点后点后uab 0; 但但eL较大较大, eL力图维持力图维持id不变不变, L上储能释放并上储能释放并倒送到交流侧倒送到交流侧,在交流侧产生的电在交流侧产生的电压压eL与与id方向相反方向相反,交流侧吸收功率。交流侧吸收功率。直到直到2, 触触S2, 2、3点之间点之间, ua uc, uac 90,故故 在在090之间变化。之间变化。 此时直流回路电压与交流此时直流回路电压与交流回路电压相似，回路电压相似， 直流回路电压称为直流回路电压称为反向直反向直流平均电压流平均电压，为，为U=1.35ULcos =1.

20、35ULcos 相电压波形相电压波形(b)逆变波形逆变波形图图2-17 =180时逆变波形时逆变波形(2)逆变工作分析逆变工作分析 为获得大的逆变电压，希望为获得大的逆变电压，希望越大越好，越大越好，理论上理论上: =180时时, =0 ,逆变电压逆变电压最大最大,有完整的有完整的交流电压波形交流电压波形。实际上实际上: =0 会导致会导致逆变失败逆变失败，出现，出现逆变颠复逆变颠复。 因此要逆变正常，又要得到尽可能大的逆变电压，因此要逆变正常，又要得到尽可能大的逆变电压，要求实际的要求实际的大于给定的大于给定的最小逆变角最小逆变角min, min + +, 为晶闸管的截止时间对应的电角度为晶

21、闸管的截止时间对应的电角度, 为为换流重叠角换流重叠角。 根据经验min=2530, ,因此当需要发电机快速灭磁时，要把控制角限制在150 155范围，以确保逆变成功。相电压波形相电压波形(b)逆变波形逆变波形图图2-17 =180时逆变波形时逆变波形coscos23326coscos23sin23sin23120sin90cos230sin150sin22mmmmabmbmaabbabEAUEttdEtduAtEteeutEetEeeeeeeuReaebecVS1VS3VS5VS4VS6VS2LeaebecVS1VS3VS2LLLimdKKmmdmabEIXXEttdLEdtdtdiItEeedtdiL32coscoscoscos23sin23sin321dKlddKIXEUIXU3cos35.13以上讨论中均假设换流角60，当交流回路中电抗较大，并且直流负载电流较大时， 换流角也会增大。当 60时，整流回路中换流过程将发生变化，此时不能用上式 来计算整流电路输出的直流电压。