1、1第2章 相控整流电路整流电路：整流电路：出现最早、应用最广的电力电子电路。F功率从电网流向负载、将交流电变换为固定或可调的直流电称为“整流”，即AC/DC变换器；反之，功率从负载流向电网、将直流电变换为交流电称为“有源逆变”，即DC/AC变换器。F有源逆变电路可以看成是整流电路的另外一种工作方式，同一装置既可工作在整流状态，又可工作在逆变状态。F控制方式：相位控制 触发角 输出直流电压平均值2第2章 相控整流电路整流电路的分类整流电路的分类：按器件组成：不可控、半控、全控不可控、半控、全控按电网、交流电相数：单相、三相单相、三相、多相多相按接线方式：半波、全波半波、全波3第2章 相控整流电路
2、整流电路形式繁杂，重点掌握整流电路形式繁杂，重点掌握：电路拓扑电路拓扑控制策略控制策略工作原理、波形分析工作原理、波形分析数量关系数量关系4第2章 相控整流电路2.1 单相可控整流电路2.2 三相可控整流电路2.3 变压器漏感对整流电路的影响2.4 有源逆变电路2.5 电容滤波的不可控整流电路2.6 整流电路的谐波和功率因数2.7 其他可控整流电路本章小结52.1 单相可控整流电路2.1.1 单相半波可控整流电路2.1.2 单相桥式可控整流电路2.1.3 单相全波可控整流电路62.1.1 单相半波可控整流电路72.1.1 单相半波可控整流电路1. 电阻负载变压器变压器T变换电压变换电压隔离隔离
3、交流输入为单相，直流输交流输入为单相，直流输出电压波形只在交流输入出电压波形只在交流输入的正半周内出现，故称为的正半周内出现，故称为单相半波可控整流电路。单相半波可控整流电路。特点：特点：电压与电流波形相同电压与电流波形相同 82.1.1 单相半波可控整流电路工作过程1) 0t区域区域 2)t=时刻时刻 3)t=时刻时刻 9重要概念重要概念触发延迟角触发延迟角 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度,用a 表示,也称触发角或控制角。移相范围移相范围 使输出电压从最大值到最小值变化的触发延迟角的变化范围 导通角导通角 晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度，用表示 。10数量关系
4、数量关系2cos145. 0)cos1 (22)(sin221222UUttdUUd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 相位控制方式相位控制方式（相控方式）相控方式）当触发角=0时，直流输出电压平均值Ud最大，随着触发角的增大， Ud减少，到=时， Ud =0。单相半波可控整流电路的最大移相范围是0，相应Ud调节范围为0.45U20，=- 。 112221sin2( 2sin) d()224UUttUd2d1cos0.452UUIRR2242sin2IIRURUIVT晶闸管在工作中可能承受的最大正、反向电压为电源电压的峰值 122PI RUI2SU I2sin224PU
5、ISU I变压器二次侧有功功率、视在功率、功率因数 是的函数，越大，功率因数越低。即使是电阻性负载，由于存在谐波电流，最大功率因数小于1，为0.707。 132. 2. 阻感负载阻感负载142. 2. 阻感负载阻感负载阻感负载的特点阻感负载的特点电感对电流变化有抗拒电感对电流变化有抗拒作用，使流过电感的电作用，使流过电感的电流不发生突变。流不发生突变。15)sin()sin(tane初始条件：t= ，id=0。22)( LRZRLarctantURitiLsin2dd2dd)sin(2)sin(22)(2tZUeZUitLRd当VT处于通态时，如下方程成立：当t =+ a 时，id = 0 1
6、6工作过程1) 0t区域区域 2)t=时刻时刻 id=0 3)t+区域区域 17电感元件的一个重要特性：在稳态条件下，电感两端的电压平均值恒等于零。换言之，在一个周期内，电感储存的能量等于释放的能量。 d2RL111d()d()d()222Uututut 0L01d()d022Luti dRUU18负载阻抗角负载阻抗角 、触发角、触发角a 、晶闸管导通角、晶闸管导通角的关系的关系l若为定值，a 越大，在u2正半周L储能越少，维持导电的能力就越弱，越小l若为定值， (L) 越大，则L贮能越多，越大；且 越大，在u2负半周L维持晶闸管导通的时间就越接近晶闸管在u2正半周导通的时间，ud中负的部分越
7、接近正的部分，平均值Ud越接近零，输出的直流电流平均值也越小。19为避免为避免Ud太小，在整流电路的负载两端并联续流二极管太小，在整流电路的负载两端并联续流二极管20当u2过零变负时，VDR导通，ud为零。此时为负的u2通过VDR向VT施加反压使其关断，L储存的能量保证了电流id在L-R-VDR回路中流通，此过程通常称为续流续流。续流期间ud为零，ud中不再出现负的部分。21续流二极管的作用：a. 提高整流平均电压Ud。当u2为正时，VD承受反向电压呈关断状态，不起作用。当u2进入负半周时VD导通，负载电流通过VD继续流通，负载上的电压箝位在零电位，ud中负电压消失，使输出平均电压Ud得以提高
8、。b. 减轻晶闸管的负担。u2负半周时段。c. 消除失控事故。在整流电路中，电感L大而储能大时有可能使晶闸管在整个u2负半周区域都导通，使晶闸管不会关断，造成失控事故。加入续流二极管后，L中的电流通过VD形成通路，晶闸管自然关断。 22数量关系数量关系 与电阻负载相同与电阻负载相同2cos145. 0)cos1 (22)(sin221222UUttdUUd2221sin2( 2sin) d()224UUttU移相范围是0导通角是a23d2d1cos0.452UUIRR42sin22RURUI晶闸管在工作中可能承受的最大正、反向电压为电源电压的峰值 24ddVT2IIddVTItdII2)(21
9、2ddVDIIR2若近似认为若近似认为id为一条水平线，恒为为一条水平线，恒为Id，则有，则有d22dVD2)(21RItdII25单相半波可控整流电路的单相半波可控整流电路的特点特点 简单，但输出脉动大。交流回路中含有直流分量，造成换流变压器铁芯饱和，设备利用率下降。 分析该电路的主要目的在于利用其简单易学的特点，建立起整流电路的基本概念。 262.1 单相可控整流电路2.1.1 单相半波可控整流电路2.1.2 单相桥式可控整流电路2.1.3 单相全波可控整流电路272.1.2 单相桥式可控整流电路单相桥式全控整流电路单相桥式半控整流电路28 单相桥式全控整流电路特点：特点：u VT1和VT
10、4组成一对桥臂，在u u2 2正半周承受电压u u2 2，得到触发脉冲即导通。u VT2和VT3组成另一对桥臂，在u u2 2负半周承受电压- -u u2 2，得到触发脉冲即导通。29 30 1 . 电阻负载电阻负载工作过程1) 0t区域区域 2)t=时刻至时刻至t=时刻时刻 VT1、VT4导通导通 VT2、VT3承受反压阻断承受反压阻断 3)t=时刻时刻4) t E 时，晶闸管承受正电压，才有导通的可能。导通之后 ud=u2 ， 直至 |u2| = E，id 即降至 0 使得晶闸管关断，此后 ud = E与电阻负载时相比，晶闸管提前了电角度 停止导电， 称为停止导停止导电角电角在 角相同时，
11、整流输出电压比整流输出电压比电阻负载时大。电阻负载时大。3738)( d )sin2(12tEtUEUdREUIdd数量关系数量关系393. 3. 反电动势负载反电动势负载电流断续电流断续 id 波形在一周期内有部分时间为波形在一周期内有部分时间为 0 的情况的情况电流连续电流连续 id 波形在一周期内不出现为波形在一周期内不出现为 0 的情况的情况 当当 时，时，触发脉冲到来时，晶闸管承受触发脉冲到来时，晶闸管承受负负电压，不能导通。电压，不能导通。为使晶闸管可靠导通，触发脉冲需足够的宽度，为使晶闸管可靠导通，触发脉冲需足够的宽度，保证当保证当 t = 时时，晶闸管承受，晶闸管承受正正电压，
12、触发脉冲仍然存在，相电压，触发脉冲仍然存在，相当于触发角被推迟为当于触发角被推迟为，即即 = 若若 30 负 载 电 流断 续 ， 晶闸 管 导 通角小于120 。61基本数量关系：（1） a 30时，负载电流连续，有：cos17. 1cos263)(sin2321226562dUUttdUU 当a =0时，Ud最大，为 Ud = Ud0 = 1.17U2（2） a 30时，负载电流断续，晶闸管导通角减小，此时有：)6cos(1675. 0)6cos(1223)(sin2321262UttdUUd 当a = 150时， Ud = 062RUIdd 负载电流平均值为负载电流平均值为 晶闸管电流平
13、均值为晶闸管电流平均值为dVTd/3II 晶闸管电流有效值为晶闸管电流有效值为52226VT62sin1123() d()(cos2 )2232UtUItRR222VT62sin11531() d()(cos2sin2 )22644UtUItRRa 30时，负载电流连续a 30时，负载电流断续63222RM45. 2632UUUU22UUFM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。压的峰值。为什么？为什么？642.阻感负载65特点
14、：特点：阻感负载，L值很大，id波形基本平直。la 30时整流电压波形与电阻负载时相同la 30时u2过零时，VT1不关断，直到VT2 的脉冲到来，才换流，由VT2导通向负载供电，同时向VT1施加反压使其关断ud波形中出现负的部分。l 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902.阻感负载66数量关系数量关系由于负载电流连续，由于负载电流连续，ddVTIItdIIId577.031)(21326622263226132sin()1.17cos2UUt d wtU d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d
15、VTVT(AV)368. 057. 1III晶闸管的额定电流为晶闸管的额定电流为67晶闸管最大正、反向电压峰值均为变压器二次线电压峰值晶闸管最大正、反向电压峰值均为变压器二次线电压峰值2RMFM45.2UUU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。682.2 三相可控整流电路2.2.1 2.2.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路2.2.2 2.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路692.2.2 三相桥式全控整流电路702.2.2 三相桥式全控整流电路共阴极组共阴极组 阴极连接在一起的3个晶闸管（VT1，VT3，VT5）共阳极组共阳极组 阳极连
16、接在一起的3个晶闸管（VT4，VT6，VT2）导通顺序导通顺序：晶闸管编号方法 VT1VT2VT3 VT4VT5VT6自然换相（三相桥式不可控整流电路）时，每时刻导通的两个晶闸管分别对应阳极所接交流电压值最高的一个和阴极所接交流电压值最低的一个。711. 电阻负载 假设将电路中的晶闸管换作二极管，相当于晶闸管触发假设将电路中的晶闸管换作二极管，相当于晶闸管触发角角 =0 。三相桥式不可控整流电路。二极管导通与关断由。三相桥式不可控整流电路。二极管导通与关断由外加三相电压决定外加三相电压决定 共共阴阴极组的极组的3个二极管、晶闸管，阳极所接交流电压值最个二极管、晶闸管，阳极所接交流电压值最高高的
17、一个导通。的一个导通。 共共阳阳极组的极组的3个二极管、晶闸管，阴极所接交流电压值最个二极管、晶闸管，阴极所接交流电压值最低低的一个导通。的一个导通。 任意时刻共阳极组和共阴极组中各有一个晶闸管处于导任意时刻共阳极组和共阴极组中各有一个晶闸管处于导通状态，施加于负载上的电压为某一线电压。通状态，施加于负载上的电压为某一线电压。72a =0时，各晶闸管时，各晶闸管均在自然换相点换均在自然换相点换相相共阴极组处于通态共阴极组处于通态的晶闸管对应最的晶闸管对应最大大的相电压的相电压共阳极组处于通态共阳极组处于通态的晶闸管对应最的晶闸管对应最小小的相电压的相电压输出整流电压输出整流电压ud为为这两个相
18、电压相减这两个相电压相减输出整流电压输出整流电压ud波波形为线电压在正半形为线电压在正半周的包络线周的包络线双脉冲触发双脉冲触发73时 段IIIIIIIVVVI共阴极组中导通的晶闸管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共阳极组中导通的晶闸管VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流输出电压udua-ub=uabua-uc=uacub-uc=ubcub-ua=ubauc-ua=ucauc-ub=ucb晶闸管及输出整流电压的情况如表所示6个晶闸管导通顺序 VT1 VT2 VT3 VT4 VT5 VT67475当当a 60 时，时，ud波形均连续，对于电阻负波形均连续，对于电阻负载，载，id波形与波形
19、与ud波形形状一样，连续波形形状一样，连续 7677三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（1）2个晶闸管同时导通形成供电回路，其中共阴极组和共阳极组个晶闸管同时导通形成供电回路，其中共阴极组和共阳极组 各各1个，且不能为同个，且不能为同1相器件相器件（2）对触发脉冲的要求：）对触发脉冲的要求：t 按按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，相位依次差的顺序，相位依次差60 。t 共阴极组共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差的脉冲依次差120 。t 共阳极组共阳极组VT4、VT6、VT2也依次差也依次差120 。t 同一相的上下两个桥臂，同一相的上下两个桥臂，
20、t 即即VT1与与VT4，VT3与与VT6， VT5与与VT2，脉冲相差，脉冲相差180 。78（3）需保证同时导通的）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触发宽脉冲触发双脉冲触发（常双脉冲触发（常用）用）可采用两种方法可采用两种方法（4）ud一周期脉动一周期脉动6次，每次脉动的波形都一次，每次脉动的波形都一样，样， 故该电路为故该电路为6脉波整流电路。脉波整流电路。79（5）当当0/3时，电流连续，每个晶闸管导通时，电流连续，每个晶闸管导通2/3；当；当/32/3时，电流断续，每个晶闸管导通小于时，电流断续，每个晶闸管导通小于2/3。=/3是电阻性负载电流连续和断续的分界
21、点。是电阻性负载电流连续和断续的分界点。（6）同三相半波可控整流电路相比，变压器二次侧流过同三相半波可控整流电路相比，变压器二次侧流过正、负对称的交变电流，不含直流分量，避免直流磁化。正、负对称的交变电流，不含直流分量，避免直流磁化。 802 2阻感负载阻感负载8182当当a 60 时，时，ud波形均连续，电路的工作情况与电阻负载波形均连续，电路的工作情况与电阻负载相似相似 各晶闸管的通断情况各晶闸管的通断情况 输出整流电压输出整流电压ud波形波形 晶闸管承受的电压波形晶闸管承受的电压波形区别区别:l负载不同时，同样的整流输出电压加在负载上，得到的负负载不同时，同样的整流输出电压加在负载上，得
22、到的负载电流载电流id波形不同，电阻负载时波形不同，电阻负载时id波形与的波形与的ud波形形状一样。波形形状一样。l阻感负载时，由于电感的作用，使得负载电流波形变得平阻感负载时，由于电感的作用，使得负载电流波形变得平直，当电感足够大的时候，负载电流直，当电感足够大的时候，负载电流id的波形可近似为一条的波形可近似为一条水平线。水平线。 一样一样8384 60 时，时， 阻感负载时的工作情况与电阻负载时不同。阻感负载时的工作情况与电阻负载时不同。 电阻负载时，电阻负载时，ud波形不会出现负的部分波形不会出现负的部分 阻感负载时，阻感负载时，ud波形会出现负的部分。波形会出现负的部分。l 带阻感负
23、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 角移相范角移相范围为围为90 85当整流输出电压连续时（即带阻感负载时，或带电阻负载当整流输出电压连续时（即带阻感负载时，或带电阻负载 60 时）时）的平均值为：以线电压的平均值为：以线电压uab过零点作为时间起点。过零点作为时间起点。cos34.2)(sin323123232UttdUUd)3cos(134.2)(sin63232dUttdUU3定量分析带电阻负载且带电阻负载且 60 时，整流电压平均值为：时，整流电压平均值为：输出电流平均值为输出电流平均值为 ： Id=Ud /R 86当整流变压器采用星形接法，带阻感负载时，
24、变压器二次侧电流当整流变压器采用星形接法，带阻感负载时，变压器二次侧电流波形为正负半周各宽波形为正负半周各宽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：ddddIIIII816. 03232)(3221222l 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。l 三相桥式全控整流电路接反电势阻感负载时，在负载电感足够大足以三相桥式全控整流电路接反电势阻感负载时，在负载电感足够大足以使负载电流连续的情况下，使负载电流连续的情况下，电路工作情况与阻感性负载时相似电路工作情况与阻感性负载时相似，电路中，电路中各处电压、电
25、流波形均相同，各处电压、电流波形均相同，仅在计算仅在计算Id时有所不同时有所不同，接反电势阻感负，接反电势阻感负载时的载时的Id为：为：REUIdd87第2章 相控整流电路2.1 单相可控整流电路2.2 三相可控整流电路2.3 变压器漏感对整流电路的影响2.4 有源逆变电路2.5 电容滤波的不可控整流电路2.6 整流电路的谐波和功率因数2.7 其他可控整流电路本章小结882.3 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，换相过程不能瞬间完成。以三相半波为例，然后将其结论推广。89VTVT1 1换相至换相至VTVT2 2的过程：的过程：l 因a、b两相均有漏感， ia、
26、ib均不能突变。 VT1和VT2同时导通。l 相当于将a、b两相短路，两相间电压差为ub ua在两相组成的回路中产生环流ik。 l ik=ib逐渐增大， ia=Id-ik逐渐减小。当ik增大到等于Id时，ia=0，VT1关断，换流过程结束。 90udidOO iciaibuaub 换相压降与换流重叠角的计算:91换相压降换相压降 换相导致ud均值降低多少，用U Ud d 表示换相重叠角换相重叠角 换相过程持续的时间，用电角度 表示。整流输出电压瞬时值为2bakBbkBaduudtdiLudtdiLuudBkIBkbkbbbdbdIXdiLtddtdiLtddtdiLuutduuUd2323)(
27、23)()(23)()(3/21065656565656592换重叠角换重叠角 的计算，的计算，BBabkLtULuudtdi2)65sin(6)2/()(2由上式得由上式得)65sin(262tXUtddiBk)65cos(cos26)()65sin(262652taXUtdtXUiBtbk进而得出进而得出93当当 时，时，ik = Id , 于是于是6/5t)cos(cos262BdXUI262)cos(cosUIXdB 随其它参数变化的规律： 1）Id越大则 越大； 2）XB越大 越大； 3）当 90 时， 越小则 越大。94各种整流电路换相压降和换相重叠角的计算注：单相全控桥电路中，环
28、流ik是从-Id变为Id。本表所列通用公式不适用； 三相桥等效为相电压等于3U2 的6脉波整流电路，故其m=6，相电压按3U2 代入。cos cos( )电路形式单相全波单相全控桥三相半波三相全控桥m脉波整流电路 dUdBIXdB2IX2Bd2UXI2Bd22UXI2dB62UIX2dB62UIXmUXIsin22BddB23IXdB3IXdB2ImX变压器漏感对各种整流电路的影响变压器漏感对各种整流电路的影响95变压器漏感对整流电路影响的一些结论: 1) 出现换相重叠角 ，整流输出电压平均值Ud降低。2) 整流电路的工作状态增多。3) 晶闸管的d di/ i/d dt t 减小，有利于晶闸管
29、的安全开通。 有时人为串入进线电抗器以抑制晶闸管的d di/ i/d dt t。4) 换相时晶闸管电压出现缺口，产生正的d du/u/d dt t，可能使晶闸管误导通，为此必须加吸收电路。5) 换相使电网电压出现缺口，成为干扰源。96第2章 相控整流电路2.1 单相可控整流电路2.2 三相可控整流电路2.3 变压器漏感对整流电路的影响2.4 有源逆变电路2.5 电容滤波的不可控整流电路2.6 整流电路的谐波和功率因数2.7 其他可控整流电路本章小结97逆变将直流电转变成交流电，整流的逆过程逆变电路将直流电逆变成交流电的电路。有源逆变电路交流侧和电网联接。 应用：直流可逆调速系统、交流绕线转子异
30、步电动机串级调速以及高压直流输电等。无源逆变电路交流侧不与电网联接，而直接接到负载。基本概念基本概念2.4 2.4 有源逆变电路有源逆变电路98对于可控整流电路，满足一定条件就可以工作于有源逆变状态，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、变流器变流电路、变流器。基本概念基本概念99变流器变流器工作于整流状态能量由交流侧传递至直流侧工作于有源逆变状态能量由直流侧传递至交流侧对于可控整流电路，有源逆变可以看作它的一种工作状态。在什么条件下可控整流电路将进入有源逆变工作状态？有源逆变产生的条件有源逆变产生的条件1002.4 2.4 有源逆变电路有源逆变
31、电路1012.4.1 2.4.1 有源逆变产生的条件有源逆变产生的条件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1022.4.1 2.4.1 有源逆变产生的条件有源逆变产生的条件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直流发电机电动机之间电能的流转a）两电动势同极性EG EM b）两电动势同极性EM EG c）两电动势反极性，形成短路电路过程分析。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。103如果将如果将 EG看作是整流电路的输出电压看作是整流电路的输出电压 Ud，EM是蓄是蓄电池或处于发电运行状态
32、的直流电动机电势，则电池或处于发电运行状态的直流电动机电势，则EG（Ud）EM相当于整流状态，相当于整流状态，EMEG（Ud）相当于）相当于逆变状态。但晶闸管具有单向导电性，电流方向不逆变状态。但晶闸管具有单向导电性，电流方向不能改变，欲改变能量传送方向，只能改变能改变，欲改变能量传送方向，只能改变EM极性，极性，为防止两电源反极性连接形成电源间短路故障，为防止两电源反极性连接形成电源间短路故障，Ud的极性也必须同时反向，即将的极性也必须同时反向，即将Ud、EG均反向后再串均反向后再串接，且满足接，且满足Ud/2，Ud0 ，使Ud为负值。1052.4 2.4 有源逆变电路有源逆变电路1062.
33、4.22.4.2三相桥式有源逆变电路三相桥式有源逆变电路1072.4.22.4.2三相桥式有源逆变电路三相桥式有源逆变电路逆变和整流的区别逆变和整流的区别：控制角 不同 0 /2 时，电路工作在整流状态。 /2 /2时的控制角用 = b b表示，b b 称为逆变角、逆变角、超前角超前角。逆变角b b和控制角 的计量方向相反，其大小自起始点向左方计量。108三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如图所示。uabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbuabuacubcuaubucuaubucuaubucuaubu2
34、udtOtOb =4b =3b =6b =4b =3b =6t1t3t2109有源逆变状态时各电量的计算：REUId输出直流电流的平均值亦可用整流的公式，即每个晶闸管导通2 /3，故流过晶闸管的电流有效值为：ddVTIII577. 03从交流电源送到直流侧负载的有功功率为：dMddIEIRP2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。在三相桥式电路中，变压器二次侧线电流的有效值为：ddVTIIII816.03222d2222L3 6cos2.34cos2.34cos1.35cosUUUUUbb 1102.4 2.4 有源逆变电路有源逆变电路1112.4.
35、3 2.4.3 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失败逆变失败（逆变颠覆） 逆变时，一旦换相失败，使变流器的输出平均电压成为正值，和直流电动势顺向串联顺向串联，形成很大的短路电流短路电流。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，应该阻断时不具备阻断能力，或应该导通时不能导通。换相的裕量角不足，引起换相失败。交流电源异常。1) 逆变失败的原因逆变失败的原因112换相重叠角的影响：交流侧电抗对逆变换相过程的影响当b 时，换相结束时，晶闸管能承受反压而关断。如果b 时，该通的晶闸管（VT1）会关断，
36、而应关断的晶闸管（VT3)不能关断，最终导致逆变失败。 udOOidttuaubucuaubpbb iVT1iVTiVT3iVTiVT322113udOOidttuaubucuaubb iVT1iVTiVT3iVTiVT3221142.4.3 2.4.3 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2) 2) 最小逆变角最小逆变角确定的方法确定的方法逆变时允许采用的最小逆变角b b 应等于b bmin= + + 晶闸管的关断时间tq折合的电角度 换相重叠角 安全裕量角tq大的可达200300ms，折算到电角度约45。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
37、5）。值约取为10。115 换相重叠角的确定：1)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% 220V800A240kV。A5%15202) 参照整流时 的计算方法mUXIBdsin2)cos(cos2根据逆变工作时 ，并设 ，上式可改写成bbmUXIBdsin21cos2b bmin一般取3035。116第2章 相控整流电路2.1 单相可控整流电路2.2 三相可控整流电路2.3 变压器漏感对整流电路的影响2.4 有源逆变电路2.5 电容滤波的不可控整流电路2.6 整流电路的谐波和功率因数2.7 其他可控整流电路本章小结1172.5 2.5 电容滤波的不可控整流电路电容
38、滤波的不可控整流电路在实际的工业应用中，还经常使用不可控整流电路经电容滤波，以抑制电压的脉动，以达到滤波的目的。 广泛应用到交直交变频器、不间断电源、开关电源等应用场合。 在前述的各种可控整流电路，只要将其中的晶闸管换为整流二极管，就是不可控整流电路。最常用的是单相桥和三相桥两种接法。1182.5 电容滤波的不可控整流电路电容滤波的不可控整流电路119l电容C并联于负载R的两端，uduC。 l在没有并入电容C之前，整流二极管在u2的正半周导通，负半周截止 。l并入电容之后，则当u2由零逐渐增大至电容电压时，二极管D导通，除有一电流id流向负载以外还有一电流iC向电容C充电，充电电压uC的极性为
39、上正下负。 l当u2uc时，D因反偏而截止 ；当u2uc时，D又导通 。2.5.12.5.1电容滤波的单相半波不可控整流电路电容滤波的单相半波不可控整流电路电容滤波的单相半波不可控整流电路及波形1202.5 电容滤波的不可控整流电路电容滤波的不可控整流电路1212.5.22.5.2电容滤波的单相桥式不可控整流电路电容滤波的单相桥式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。1221 1） 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u2正半周过零点至 t=0期间，因u2ud，故二极管均不导通，电容C向R放电，提供负载所需电流。至
40、t=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。图2-26 电容滤波的单相桥式不可控整流电路及其工作波形a) 电路 b) 波形b)0iud2ti,uda)+RCu1u2i2VD1VD3VD2VD4idiCiRud1232) 2) 主要的数量关系主要的数量关系 输出电压平均值输出电压平均值 电流平均值电流平均值 输出电流平均值IR为： IR = Ud /R Id =IR 二极管电流iD平均值为： ID = Id / 2=IR/ 2 二极管承受的电压二极管承受的电压 （2-47）（2-48）（2-49）22U空载时， 。重载时，Ud逐渐趋近于
41、0.9U2，即趋近于接近电阻负载时的特性。在设计时根据负载的情况选择电容C值，使 , 此时输出电压为： Ud1.2 U2。2d2UU2/)53(TRC （2-46）1242.5 电容滤波的不可控整流电路电容滤波的不可控整流电路1252.5.3 2.5.3 电容滤波的三相桥式不可控整流电路电容滤波的三相桥式不可控整流电路1 1） 基本原理基本原理某一对二极管导通时，输出电压等于交流侧线电压中最大的一个，该线电压既向电容供电，也向负载供电。当没有二极管导通时，由电容向负载放电，u ud d按指数规律下降。电容滤波的三相桥式不可控整流电路及其波形a)b)Oiaudiduduabuac0t3t1263
42、2=+t)-32( - tRC1232=+t2t)(d32sin6d)(d)+tsin(6deUtU 电流id 断续和连续的临界条件临界条件 RC=33由 “电压下降速度相等”的原则，可以确定临界条件。假设在wt+d =2p/3的时刻“速度相等”恰好发生，则有由上式可得（2-50）127在轻载时直流侧获得的充电电流是断续的，重载时是连续的，分界点就是R= / C。3在轻载时直流侧获得的充电电流是断续的，重载时是连续的，分界点就是R= / C。3电容滤波的三相桥式电路时的波形128 2) 2) 基本数量关系基本数量关系（1）输出电压平均值输出电压平均值 Ud在（2.34U2 2.45U2）之间变
43、化（2）电流平均值电流平均值 输出电流平均值IR为：IR = Ud /R （2-51） 与单相电路情况一样，电容电流iC平均值为零， 因此： Id =IR （2-52） 二极管电流平均值为Id的1/3，即：ID = Id / 3=IR/ 3 （2-53） （3）二极管承受的电压二极管承受的电压 二极管承受的最大反向电压为线电压的峰值，为 。 26U1292.5 电容滤波的不可控整流电路电容滤波的不可控整流电路1302.5.42.5.4感容滤波的二极管整流电路感容滤波的二极管整流电路感容滤波的单相桥式不可控整流电路及其工作波形a） 电路图 b）波形a)b)u2udi20ti2,u2,ud考虑实际
44、电路中存在的交流侧电感以及为抑制冲击电流而串联的电感时的工作情况：电流波形的前沿平缓了许多，有利于电路的正常工作。 随着负载的加重，电流波形与电阻负载时的交流侧电流波形逐渐接近。131考虑电感时电容滤波的三相桥式整流电路及其波形 a）电路图 b）轻载时的交流侧电流波形 c）重载时的交流侧电流波形b)c)iaiaOO t t132第2章 相控整流电路2.1 单相可控整流电路2.2 三相可控整流电路2.3 变压器漏感对整流电路的影响2.4 有源逆变电路2.5 电容滤波的不可控整流电路2.6 整流电路的谐波和功率因数2.7 其他可控整流电路 本章小结133整流电路整流输出电压是脉动的直流电压，整整流
45、电路整流输出电压是脉动的直流电压，整流输出电流波形对于大电感负载是平直的，但流输出电流波形对于大电感负载是平直的，但对于电阻、小电感负载仍然是脉动的。同时，对于电阻、小电感负载仍然是脉动的。同时，交流电源的电流波形，即整流变压器二次侧电交流电源的电流波形，即整流变压器二次侧电流波形是畸变的、非正弦的。这些的波形可以流波形是畸变的、非正弦的。这些的波形可以通过谐波和功率因数进行分析，首先介绍谐波通过谐波和功率因数进行分析，首先介绍谐波和功率因数的相关概念。和功率因数的相关概念。 2.6 整流电路的谐波与功率因数1342.6 整流电路的谐波与功率因数2.6.1 2.6.1 谐波和无功功率分析的基础
46、谐波和无功功率分析的基础2.6.2 2.6.2 谐波和功率因数对电网的影响谐波和功率因数对电网的影响2.6.3 2.6.3 整流电路交流侧谐波与功率因数分析整流电路交流侧谐波与功率因数分析（带阻感负载时可控）（带阻感负载时可控）2.6.4 2.6.4 整流电路直流测谐波分析整流电路直流测谐波分析1352.6.1 谐波和无功功率分析的基础1. 谐波)sin(2)(utUtu正弦波电压正弦波电压式中式中 =2=2f f = 2/T= 2/Tl 正弦波电压施加在线性电路上时，电流为正弦波。正弦波电压施加在线性电路上时，电流为正弦波。l 正弦波电压施加在非线性电路上时，电流变为非正弦波。正弦波电压施加
47、在非线性电路上时，电流变为非正弦波。l 非正弦电流在电网阻抗上产生压降，使电压波形也变为非正非正弦电流在电网阻抗上产生压降，使电压波形也变为非正弦波。弦波。l 非正弦电压施加在线性电路上时，电流也是非正弦波。非正弦电压施加在线性电路上时，电流也是非正弦波。l 对于周期为对于周期为T= 2/ T= 2/ 的非正弦电压的非正弦电压u(t)u(t)或非正弦电流或非正弦电流i(t)i(t), ,满足狄里赫利条件，可分解为傅里叶级数，满足狄里赫利条件，可分解为傅里叶级数，10)sincos()(nnnnbtnaatu136式中 2020200)(sin)(1)(cos)(1)()(21ttdntubtt
48、dntuatdtuannn= 1,2,3,或10)sin()(nnntncatu式中，cn 、 n 、an和bn的关系为 nnnnnnnnnnnncbcababaccossin)/arctan(22137基波基波 在傅里叶级数中，频率与工频相同的分量谐波谐波 频率为基波频率整数倍（大于1 ）的分量谐波次数 谐波频率和基波频率的整数比n次谐波电压含有率以HRUn（Harmonic Ratio for Un）表示l 电压谐波总畸变率THDu（Total Harmonic distortion）定义为122UUTHDMnnu1UUHRUnn138n次谐波电流含有率以 HRIn（Harmonic Ra
49、tio for In）表示l 电流谐波总畸变率 THDi（Total Harmonic distortion）定义为 %1001IIHRInn221100%MnniITHDI139l正弦电路的正弦电路的有功功率有功功率就是其就是其平均功率平均功率l l l视在功率视在功率为电压、电流有效值的乘积，即为电压、电流有效值的乘积，即 S=UIl无功功率无功功率定义为定义为 Q=U I sin l功率因数功率因数 定义为有功功率定义为有功功率P P和视在功率和视在功率S S的比值的比值 l l此时无功功率此时无功功率QQ与有功功率与有功功率P P、视在功率、视在功率S S之间有如下关系之间有如下关系
50、l l l功率因数是由电压和电流的相位差功率因数是由电压和电流的相位差 决定的决定的 =cos 20cos)(21UItuidPSP222QPS2. 2. 功率因数功率因数140l 在非正弦电路中，有功功率、视在功率、功率因数的定义均和正弦电路相同。l 公用电网中，通常电压的波形畸变很小，但电流波形的畸变可能很大，因此研究电压波形为正弦波，电流波形为非正弦波有实际意义。141设正弦波电压有效值为 U，畸变电流有效值为 I ，基波电流有效值为 I1、基波电流与电压的相位差为 j j1 1，这时有功功率为 同频率同频率 产生产生 平均功率平均功率功率因数为式中，= I1/I , 基波电流有效值和总
