第二章相控整流电路课件.ppt

1、第二章第二章 相控整流电路相控整流电路变流装置：o整流电路：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，即AC/DC变换器。o有源逆变电路：功率从负载流向电网，将直流电变换为交流电，即DC/AC变换器。整流电路分类：o按器件组成分：不可控整流电路、半控整流电路和全控整流电路o按电网相数分：单相整流电路、三相整流电路和多相整流电路o按接线方式分：半波整流电路和全波整流电路 有源逆变电路可以看成是整流电路的另外一种工作方式，同一套换流装置既可工作在整流状态，又可工作在逆变状态。2.1 单相可控整流电路单相可控整流电路2.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路1.电阻性负载：1）

2、工作原理1.电阻性负载电阻性负载o触发延迟角 ：电力电子器件开始承受正向阳极电压至触发脉冲出现时的延迟时间。o移相范围：使输出电压从最大值到最小值变换的触发延迟角。o导通角 ：在一个周期内元件的导通电角度。o相控方式：通过控制触发脉冲的相位来控制输出电压大小的控制方式。o同步：触发脉冲与电源电压在频率和相位上的协调配合。，的变换范围为01.电阻性负载电阻性负载2）基本数量关系：设变压器二次侧电压 ，输出电压的平均值 为：其有效值为：当触发角 时，直流输出电压平均值最大，随着触发角的增大，平均值减小，到 时，。o单相半波可控整流电路的最大移相范围是 ，相应的 的调节范围是 2cos145.02c

3、os12dsin221222dUUttUUtUusin222dU22sin41d2sin22122UttUU00dU0dU045.02U2）基本数量关系：）基本数量关系：直流输出平均电流 为：单相半波可控整流电路中 ，因此其有效值也相同，即：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，即 变压器二次侧有功功率P、视在功率S、功率因素 分别为：2sin41222RURUIIIVT2cos10.45 2ddRURUIdIdVTiii222U42sin2222IUUISPIUSRIP例例1：如图所示单相半波可控整流器，电阻性负载，电源电压U2为220V，要求的直流输出电压为50 V，直

4、流输出平均电流为20A 试计算：(1)晶闸管的控制角。(2)输出电流有效值。(3)电路功率因数。(4)晶闸管的额定电压和额定电流。解：（解：（1 1），=90（2）当=90时，输出电流有效值：（3）电路功率因素为：（4）晶闸管电流有效值IT 与输出电流有效值相等，即：,则 取2倍安全裕量，晶闸管的额定电流为IT(AV)=56.6A。（5）晶闸管承受的最高电压为 ，考虑（2-3）倍安全裕量，晶闸管的额定电压为：0122045.0502145.02cos2dUU5.22050 ddIURA 44.4 22sin412RURUI505.022020504.442222UUIUUISPIIT25.15

5、7.1TAVTIIVUUm311220222VUUmTN93362231132322.阻感性负载阻感性负载1）工作原理：电感对电流变化有抗拒作用，使得流过电感的电流不能发生突变。负载两端电压平均值为：RidtdiLuuuddRL2RdLLRdUUdiLtdutdutdutduU02212121210023.阻感性负载加续流二极管阻感性负载加续流二极管1）工作原理：2）基本数量关系：设id为一条水平线，恒为Id，则流过晶闸管和续流二极管的平均电流分别为：有效值分别为：dddVDdddVTItdIIItdII2212210ddVDddVTItdIIItdII221221022续流二极管的作用o 提

6、高整流平均电压o 减轻晶闸管的负担o 消除失控事故单相半波整流电路的特点：o 电路简单o 电流脉动大，特别是阻性负载时o 存在直流磁化，设备利用率低o 只适用于容量小，要求不高的场合2.1.2 单相桥式可控整流电路单相桥式可控整流电路o单相桥式全控整流电路o单相桥式半控整流电路2.1.2.1 单相桥式全控整流电路1.电阻性负载1）工作原理2）基本数量关系（1）输出电压平均值Ud与输出电流平均值Ido输出电压平均值Ud为：o输出电流平均值Id为：（2）晶闸管的电流平均值IdT与晶闸管电流有效值ITo流过每个晶闸管电流的平均值相等为平均负载电流的一半，即：o晶闸管电流的有效值与单相半波可控整流电路

7、相等，即：ddT21II2cos19.02cos122dsin21222dUUttUU2cos19.02ddRURUI22sin412TRUI（3）输出电流有效值I与变压器二次侧电流I2 输出电流有效值I与变压器二次侧电流I2相同为：（4）晶闸管所承受的最大正向和反向电压由波形图可以看出：o晶闸管所承受的最大正向电压为o晶闸管所承受的最大正向电压为22UTIRUtdRtUII22sin21sin21202222）基本数量关系22U2.阻感性负载阻感性负载1）工作原理假设电路已经工作在稳定状态，假设 ，负载电流连续，近似为一平直的直线。（1）输出电压平均值Ud和输出电流平均值Id（2）晶闸管的电

8、流平均值IdT和有效值IT（3）输出电流有效值I和变压器二次电流有效值I2（4）晶闸管所承受的最大正向电压和反向电压均为ddT21IIcos9.0cos22dsin21222dUUttUURUIdd2）基本数量关系RL dT21IIdIII222U3.反电动势负载反电动势负载1）工作原理：只有当变压器二次侧电压的绝对值大于反电动式时，即：才有晶闸管承受正向电压，为导通提供条件。晶闸管导通 之后，直到 时，由于输出电流将为0，使晶闸管关断，所以 称为停止导电角。2）基本数量关系：Eu2Eu2EUsin22212sinUEtdEtUEUdsin212REUIdd2.1.2.2单相桥式半控整流电路单

9、相桥式半控整流电路半控桥式整流电路：半控桥式整流电路：1.阻感性负载阻感性负载假设 ，且电路已工作在稳态，则负载电流在整个过程中保持恒值。1）工作原理（1）无续流二极管（自然续流）RL失控：触发脉冲丢失或触发角失控：触发脉冲丢失或触发角 时，会产生一个晶闸管持续导时，会产生一个晶闸管持续导通，两个二极管轮流导通的现象，会使输出电压通，两个二极管轮流导通的现象，会使输出电压 的波形成为正弦的波形成为正弦半波，即半周期为正弦波，半周期为零，其平均值恒定。半波，即半周期为正弦波，半周期为零，其平均值恒定。2.阻感性负载加续流二极管阻感性负载加续流二极管将流经桥臂的续流电流转移将流经桥臂的续流电流转移

10、到续流二极管上。在续流阶到续流二极管上。在续流阶段中，晶闸管关断，同时，段中，晶闸管关断，同时，导电回路中只有一个管压降，导电回路中只有一个管压降，有利于降低管耗。有利于降低管耗。VDi2i基本数量关系：基本数量关系：（1）输出电压平均值Ud与输出电流平均值Ido 输出电压平均值Ud为：o 输出电流平均值Id为：（2）晶闸管的电流平均值IdT与晶闸管电流有效值IT2cos19.02cos122dsin21222dUUttUU2cos19.02ddRURUIdddVTItdII221ddVTItdII2212基本数量关系：基本数量关系：（3）续流二极管电流的平均值IdVD和有效值IVD为：（4）

11、整流变压器二次侧电流有效值I2为：dddVDItdII022ddVDItdII0222VTdddIItdIII2212222.1.3单相全波可控整流电路单相全波可控整流电路又称单相双半波可控整流电路o电路及其工作波形在u2正半周，VT1工作，变压器二次绕组上半部分流过电流；在u2负半周，VT2工作，变压器二次绕组下半部分流过电流；其输入电流的波形和输出电压波形和单相全控桥相同。o单相全波可控整流电路和单相桥式全控整流电路的区别：p45页例2：某一电感性负载要求直流电压范围是1560V，电压最高时电流是10A，采用具有续流二极管的单相桥式半控电路，从220V电源经变压器供电，考虑最小控制角 ，计

12、算晶闸管、整流管和续流二极管的电流有效值以及变压器一次、二次额定电流值。解：解：当 时，变压器二次侧的有效值为：晶闸管的电流平均值和有效值分别为：流过整流管的电流和晶闸管相同。当 时，最大控制角 ，流过续流二极管的电流为：变压器：25min25minVUd60 VUUd7025cos19.0602cos19.022 AIIddVT3.410360251802 AIIdVT6.610360251802VUd15max1215238.01709.015219.02cosmax2max，UUd AIIddVT4.06153601211802 AIIdVT16153601211802 AIIddVD7

13、.1615180121 AIIdVD2615180121 AIUUIVUVUAIIT95.2702203.922121212，例3：单相桥式全控整流电路，U2=100V，负载中R=2 ，L值极大，反电动势E=60V，当 时，要求：（1）作出ud、id、i2的波形；（2）求Ud、Id和I2；（3）考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电流和额定电压。30解：解：由于在负载回路中串联了L值极大的平波电抗器，使电流连续，晶闸管的导电角 ，则电流脉动小。这时整流电压波形是有控制角 唯一对应的、依次电源电压的包络线。（1）波形如图所示：（2）（3）晶闸管承受的最大反向电压为：每管电流有效值：VttdUUd97.

14、7730cos10022sin212 AREUIdd926097.77 AIId92 VU4.141210022)(36.62AIIdVT VUN4242834.14132 AIN8657.136.625.12.2三相可控整流电路三相可控整流电路o适用于负载容量较大或要求电压脉动小的场合o具有输出电压高且脉动小、脉动频率高以及动态响应快等特点o分类：（1）三相半波（2）三相全桥（3）三相半控桥（4）带平衡电抗器的双反星形2.2.1三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路三相零式可控整流电路，电路原理如图所示:o电路特点：整流变压器采用 接线，可防止三次谐波流入电网：可看成是三个单相半波可控整流

15、电路通过三个晶闸管共阴极接法叠加而成，这种接法使触发电路有公共线，连接方便。1.电阻性负载电阻性负载o自然换相点自然换相点 当把电路中所有的可控元件用不可靠元件代替时，各元件的导电转换点，又称为自然换流点。在三相半波可控整流电路中，自然换相点就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 的起点，即 。要改变触发角只能是在此基础上增大，即沿时间轴向右移动。01.电阻性负载电阻性负载（1）电路组成：）电路组成：（2）工作原理）工作原理1）相当于电路中的晶闸管全换成二极管，因为三个整流器件是采用共阴极接法，当哪个晶闸管阳极所对应的电压值最大，则可触发导通，即整流元件在t1、t2、t

16、3处自然换相，并总是换到相电压最高的一相上去。01.电阻性负载电阻性负载o稳定工作时，三个晶闸管的触发脉冲互差120，三相半波共阴极可 控整流电路自然换相点是三相电源相电压正半周波形的交叉点，在 各相相电压的/6处，即t1、t2、t3点，自然换相点之间互 差2/3，三相脉冲也互差120。o在t1时刻触发VT1，在t1t2区间有uuuv、uuuw，u相电 压最高，VT1承受正向电压而导通，输出电压uduu。其他晶闸管 承受反向电压而不能导通。VT1通过的电流iT1与变压器二次侧u相电 流波形相同，大小相等。o在t2时刻触发VT2，在t2t3区间 v相电压最高，由于uuuv，VT2承受正向电压而导

17、通，uduv。VT1两端电压uT1=uu-uv=uuv0，晶闸管VT1承受反向电压关断。在VT2导通期间，VT1两端电压uT1=uu-uv=uuv。在t2时刻发生的一相晶闸管导通变换为另一相晶闸管导 通的过程称为换相。1.电阻性负载电阻性负载o在t3时刻触发VT3，在t3t4区间w相电压最高，由于uvuw，VT3承受正向电压而导通，uduw。VT2两端电压 uT2=uv-uw=uvw0，晶闸管VT2承受反向电压关断。在VT3导通期间，VT1两端电压uT1=uu-uw=uuw。o如此循环下去，各晶闸管按同样规律依次导通，并关断前一个已导通的晶闸管。这样在一周期内，每只晶闸管只导通2/3，在其余4

18、/3时间承受反向电压而处于关断状态。o输出电压的波形为三相交流相电压正半周的包络线，是在一个周期内有三次脉动的直流电压，脉动频率为150Hz，负载电流波形与电压波形相同。1.电阻性负载电阻性负载2）假设电路已经工作在稳定状态，设w相VT3以已经导通，在经过自然换相点时，由于u相VT1触发脉冲未到，因此它不能导通，因此VT3继续导通，直到t1时，即 ，VT1被触发导通，VT3承受反向电压而关断，负载电流由w相换到u相，以后各相就这样依次轮流导通。从波形可以看出，各相仍然导通 时输出电压和电流处于连续和断续的临界点。66632，1.电阻性负载电阻性负载3）（）输出电压和电流出现断续，前一相的晶闸管

19、由于交流电压过零变负而关断后，后一相的晶闸管触发脉冲未到，此时三个晶闸管都不导通，输出电压和电流均为零，直到后一相的晶闸管被触发导通，输出电压为后一相电压，此时晶闸管的导通角小于 。随着 的增大，输出电压逐渐减小，直到 时，输出电压为零，所以三相半波可控整流电路带电阻性负载的移相范围是：633265650（3）基本数量关系）基本数量关系1）输出电压平均值Ud =30是ud波形连续和断续的分界点。因此，计算输出电压平均值Ud时应分两种情况进行。o 30时，负载电流连续，有：当=0时，Ud=Ud0=1.17U2达到最大值。o30时，负载电流断续，每个晶闸管的导通角为：当=150时，Ud=0 656

20、cos17.1)(sin23/2122dUttdUU)6/cos(1 675.0)(sin23/2122d6UttdUU1.电阻性负载电阻性负载65o输出电流平均值Id：2）晶闸管电流平均值IdT：3）晶闸管电流有效值IT：o30时o30时 4）晶闸管承受的最大正、反向电压：由波形可以看出，晶闸管承受的最大反压为线电压的峰值即：而晶闸管阴极与零线间的电压即为整流输出电压ud，其最小值为零，晶闸管阳极与零线间的最高电压等于变压器二次相电压的峰值，因此晶闸管所承受的最大正向电压为变压器二次侧相点压的峰值，即：2sin412cos4365212)(2sin22216TRUtdRtUI2cos2332

21、21)(2sin22212T656RUtdRtUIddT31IIRUIdd（3）基本数量关系）基本数量关系2245.26UU22U2.阻感性负载阻感性负载（1）工作原理假设 ，串联平波电抗器的负载，整流电流id的波形基本是平直的，流过晶闸管的电流接近矩形波。当 时，ud波形与电阻性负载相同。当 时，电感储能时晶闸管在电源电压由零变负时仍然继续导通，直到因后序相晶闸管触发导通后使其承受反压为止。图为 时的波形。RL 6632.阻感性负载阻感性负载 当30 时，假设=60，VT1已经导通，在u相交流电压过零变负后，VT1在负载电感产生的感应电势作用下维持导通，输出电压ud0，直到VT2 被触发导通

22、，VT1承受反向电压关断，输出电压uduv。显然，=90时输出电压为零，所以移相范围是090。（2）基本数量关系：由于负载电流连续，每个晶闸管的导通角为 ，每周期脉动三次，所以输出电压、电流平均值、晶闸管电流平均值与电阻型负载相同。即：=0时，Ud=1.17 U2。32cos17.1sin22322656UttdUUdcos17.12RURUIddddTII31dddTIItdIII577.0312132022（2）基本数量关系）基本数量关系 从晶闸管两端的电压波形看出，由于负载电流连续，晶闸管可承受的最大正反向电压均为 。o特点 三相半波可控整流电路只用3了晶闸管，接线和控制简单；变压器副边

23、绕组利用率低，且绕组中电流是单方向的，它的直流分量形成安匝磁势，使变压器直流磁化并产生较大的漏磁通，会引起附加损耗。因此，三相半波可控整流电路多用在中小功率的设备上。2245.26UU三相半波共阳极接法的可控整流电路o 把三只晶闸管的阳极接成公共端连在一起就构成了共阳极接法的三相半波可控整流电路，由于阴极不同电位，要求三相的触发电路必须彼此绝缘。由于晶闸管只有在阳极电位高于阴极电位时才能导通，因此晶闸管只在相电压负半周被触发导通，换相总是换到阴极更负的那一相。下图给出了共阳极接法的三相半波可控整流和=30时的工作波形。o三相半波可控整流电路共阳极接法及波形 2.2.2三相桥式全控整流电路三相桥

24、式全控整流电路o三相半波可控整流的变压器存在直流磁化的问题，造成变压器发 热和利用率下降。o三相桥式全控整流电路是由三相半波可控整流电路演变而来，它 可看作是三相半波共阴极接法(VT1，VT3，VT5)和三相半波共阳 极接法(VT4，VT6，VT2)的串联组合。o与三相半波整流电路一样，对于共阴极组，阳极所接交流电压值 最高的一个先触发导通；对于共阳极组，阴极所接交流电压值最 低的一个先触发导通；o6个晶闸管的触发顺序按1234 56的顺序循环进行。为了使电流 通过负载与电源形成回路，必须在共 阴极组和共阳极组中各有一个晶闸管 同时导通。1.电阻性负载电阻性负载（1）工作原理 1），如图所示，

25、在一个周期将相电压分为六个区间，假设电路已经工作在稳定状态：在t1t2区间，正半部分中u相电压最高，在t1处（）给VT1触发脉冲信号，则VT1导通；负半部分中v相电压最低，但之前已经触发导通了VT6管，VT6管仍然导通。所以，加在负载上的输出电压ud=uu-uv=uuv001.电阻性负载电阻性负载 在t2t2区间，正半部分中u相电压最高，VT1继续导通；负半部分中w相电压最低，在t2处给VT2触发脉冲信号，VT2导通，VT6因承受反压而关断，所以，加在负载上的输出电压：ud=uu-uw=uuw，依次类推。01.电阻性负载电阻性负载工作情况表工作情况表:时段时段IIIIIIIVVVI输出电压输出

26、电压uuvuuwuvwuvuuwuuwv晶闸管晶闸管VT6，VT1VT1，VT2VT2，VT3VT3，VT4VT4，VT5VT5，VT60 当 时，晶闸管不在自然换相点换相，而是从自然换相点后移角度开始换相，其工作过程与 基本相同，0 时的工作波形时的工作波形3 时的工作波形时的工作波形2(1)任何时候共阴、共阳极组各有一只元件同时导通才能形成电流通路。(2)共阴极组晶闸管VT1、VT3、VT5，按相序依次触发导通，相位相差 120，共阳极组晶闸管VT2、VT4、VT6，相位相差120，同一相的 晶闸管相位相差180。每个晶闸管导通角120；(3)输出电压ud由六段线电压组成，每周期脉动六次，

27、每周期脉动频率 为300HZ。(4)晶闸管承受的电压波形与三相半波时相同，它只与晶闸管导通情况 有关，其波形由3段组成：一段为零(忽略导通时的压降)，两段为线 电压。晶闸管承受最大正、反向电压的关系也相同。(5)变压器二次绕组流过正负两个方向的电流，消除了变压器的直流磁 化，提高了变压器的利用率。三相全控桥式整流电路带电阻性负载的工作特点：三相全控桥式整流电路带电阻性负载的工作特点：三相全控桥式整流电路带电阻性负载的工作特点：三相全控桥式整流电路带电阻性负载的工作特点：(6)对触发脉冲宽度的要求：整流桥开始工作时以及电流中断后，要使 电路正常工作，需保证应同时导通的2个晶闸管均有脉冲，常用的方

28、 法有两种：一种是宽脉冲触发，它要求触发脉冲的宽度大于60(一 般为80100)，另一种是双窄脉冲触发，即触发一个晶闸管时，向小一个序号的晶闸管补发脉冲。宽脉冲触发要求触发功率大，易 使脉冲变压器饱和，所以多采用双窄脉冲触发。电阻性负载60时的ud波形连续，60时ud波形断续。=120时，输出电压为零Ud=0，因此三相全控桥式整流电路电阻 性负载移相范围为0120。可以看出，晶闸管元件两端承受的最 大正反向电压是变压器二次线电压的峰值：22245.2632UUUUURMFM2.阻感性负载阻感性负载 当 时，阻感性负载的工作情况与带电阻负载时十分相似，各晶闸管的通断情况、输出整流电压的波形、晶闸

29、管承受的电压波形等都一样。区别在于由于电感的存在，同样的整流输出电压加到负载上，得到的负载电流id波形不同。由于电感的作用，使得负载电流波形变得平直，当电感足够大时，负载电流的波形可近似为一条水平线。当 时，阻感性负载的工作情况与电阻性负载时不同。电阻性负载时ud波形不会出现负值；而阻感性负载由于电感感应电动势的作用，ud波形出现负值部分。33bacTLd负载iaidudVT1VT3VT5VT4VT6VT2d2d1=90时，时，ud波波形上下对称，平均形上下对称，平均值为零，因此带电值为零，因此带电感性负载三相桥式感性负载三相桥式全控整流电路的全控整流电路的角移相范围为角移相范围为090。3.

30、基本数量关系基本数量关系（1）直流输出电压的平均值Ud和输出电流平均值Id。以线电压的过零点为时间坐标轴的零点。电流连续时，（即带大电感负载和带电阻负载 时），Ud为三相半波整流电路的两倍，即：U2L为线电压的有效值。电流断续时（即带电阻负载 ），输出电压的平均值Ud为：整流输出平均电流为：3cos35.1cos34.2)(sin63/12L22d323UUttdUU33cos134.2sin631223UttdUUdRUIdd（2）晶闸管电流平均值IdT和有效值IT （3）变压器二次电流有效值 I2（4）反电动式阻感负载 三相桥式全控整流电路接反电动势阻感负载时，当电感足够大使负载电流连续时

31、，电路的工作情况与阻感负载时相似，电路各处电压、电流波形均相同，仅在计算Id时有所不同，若反电动势为E，则：ddT31IIddT577.031IIIddT2816.0322IIII3.基本数量关系基本数量关系REUIdd2.3 变压器漏抗对整流电路的影响变压器漏抗对整流电路的影响 前面我们介绍的各种整流电路都是在理想工作状态下的工作情况，即假设（1）变压器为理想变压器，即变压器的漏抗、绕组电阻和励磁电流都可忽略；（2）晶闸管元件是理想的。但实际的交流供电电源总存在电源阻抗（主要考虑电感），如电源变压器的漏电抗、导线电阻以及为了限制短路电流而加上的交流进线电抗器等。由于电感电流不能突变，因此换相

32、过程不能瞬时完成。在分析中可以将电源内感抗和变压器漏感抗相加，用一个几种的电感LB表示，并将其折算到变压器的二次侧。以下的分析以变压器漏抗为代表。由于电感对电流的变化气阻碍作用，电感电流不能突变，因此晶闸管换相过程不能瞬时完成。2.3.1换相期间的波形分析换相期间的波形分析 变压器漏抗最整流电路的换相过程产生影响，因此主要分析整流电路中两个相邻元件的换流过程。以三相半波整流电路为例分析。假设T为理想变压器，三相漏抗相等均为LB，忽略交流侧的电阻，负载电感足够大，则负载电流连续且平直,其值为Id。以晶闸管从u相换到v相为例，VT1已导通。当=30时触发VT2，由于变压器漏抗的作用，VT1不立即关

33、断，u相电流iu=Id-ik逐渐减小到零；VT2导通，iv=0逐渐增加到Id。换相过程中，两个晶闸管同时导通，在 uvu电压作用下产生短路电流ik，当 iu=0，iv=Id时，u相和v相之间完成了换相。2.3.1换相期间的波形分析换相期间的波形分析o换相重叠角：换相过程所对应的时间，以相角计算。o换相电压：在换相过程中，晶闸管VT1和VT2同时导通相当于相间短路，两相间的点位差的瞬时值uvu必定大于零，它是完成两相换流的动力。o换相过程中的电压：dtdiLuudtdiLuuvBdvuBduvudiiIddBdvuBdvuudtdILudtiidLuuu2222vuduuu结论：在换相过程中，输

34、出电压ud为两个换相晶闸管所对应相电压的平均值，由此可画出换相过程中电压的波形。这一结论适用于其他整流电路。tddiLuuvBuv2 由波形可以看出：与不考虑变压器漏抗（换相瞬时完成）的情况比较，整流电压波形少了一块阴影部分，使输出电压的平均值降低，这块面积的平均值称为换相压降Ud，若去自然换相点为时间坐标轴的原点，换相压降的计算过程如下：式中 XB漏感为LB的变压器每相折算到二次侧的漏电抗，单相双半波电路m=2，三相半波m=3，三相桥式电路m=6。这里需要特别说明的是对于单相全控桥，换相压降的计算上述通式不成立，因为单相全控桥虽然每周期换相2次(m=2)，但换相过程中ik是从-Id增加到Id

35、，所以对式上式中的Id应该带入2Id，故对于单相全控桥有：dBdBkBdvd22/21)()(/21IXmILmdtdiLmtduumuBBLX2.3.2换相压降与换流重叠角的计算换相压降与换流重叠角的计算dBdIXU22.3.2换相压降与换相重叠角的计算换相压降与换相重叠角的计算 这样整流输出电压平均值Ud可以表示为：Ud0为 、时的输出的平均电压，RB为忽略整流回路中其他一切电阻时，产生换相压降的等效电阻。o换相重叠角的计算 以自然换相点作为时间坐标轴坐标的原点，仍然以m脉波输出的普遍形式来表示。设：Um为m脉波整流电路电压ud 的峰值。当 时，除单相桥式电路外，变压器v相漏感上的电流iv

36、=0；当 时，换流结束，iv=Id，对上式两边积分得：dBddBddIRUImXUUcos2cos0000mtUumtUumvmucoscostmUuumuvsinsin2tddiLuuvBuv2 ttdmUXttdmULdimBmBvsinsin1sinsin1tt2.3.2换相压降与换相重叠角的计算换相压降与换相重叠角的计算于是得：可根据实际的整流电路带入不同的m和Um值，可得相应的计算公式，相应的，对于单相全空桥，在换流期间变压器漏感上的电流时从-Id到Id变化，其换流方程为：coscossinsinsin0BmBmIvdXmUttdXmUdiIdmUIXmdBsincoscos222c

37、oscosUIXdB例4：三相桥式全控整流电路，U2=200V，带阻感性负载，R=10，L值极大，当 时，试求：1）作出ud、id和iVT的波形；2）计算整流电路输出电压平均值Ud和电流平均值Id，以及流过晶闸管电流的平均值IdVT和有效值IVT；3）求电源侧的功率因素；4）估算晶闸管的电压电流定额。60bacTLd负载iaidudVT1VT3VT5VT4VT6VT2d2d1ucbid0tId0ud1tud2=/3uaubuc0udtuabuacubcubaucaucbuabuacIIIIII IVVVIiVT10tIdbacTLd负载iaidudVT1VT3VT5VT4VT6VT2d2d1解

38、：1）波形如图所示2）（ARUIdd4.2310/234）（AII8.731ddT）（AIII51.13577.031ddT3）（VUttdUU2345.020034.2cos34.2)(sin6223233/1d4775.02/955.0cos955.04）晶闸管可能承受的最大正向和反向电压均为线电压的峰值，即：，晶闸管额定电压为：V49020045.262U49032根据有效值相等的原则：AVTTII57.1）（AIITAVT61.857.1/51.1357.1晶闸管的额定电流为（23）8.61（A）。例5：三相桥式不控整流电路，带阻感性负载，R=10，U2=100V，L=，XB=0.5，

39、求Ud、Id、IVD、I2和的值，并作出ud、iVD1和i2的波形。例5：三相桥式不控整流电路，带阻感性负载，R=10，U2=100V，L=，XB=0.5，求Ud、Id、IVD、I2和的值，并作出ud、iVD1和i2的波形。解：三相桥式不可控整流电路相当于三相桥式可控整流电路=0时的情况。RUIIXUUUdddBddd3cos34.2VRXcocUUBd33.2233134.22656.24908825909.0cos09117409.01006333.225.0262sincoscos2UIXmUIXdBmdBARUIdd333.2210/33.223AIIAIIdadVD235.18324

40、4.73/333.2232bacTLd负载iaidudVT1VT3VT5VT4VT6VT2d2d1ubaucaucbuabuacIIIIII IVVVIi2a0tIdiVD10tId0ud1tud2uaubuc0udtuabuacubc2.4有源逆变电路有源逆变电路2.4.12.4.1有源有源逆变电路产生的条件逆变电路产生的条件 o前面我们介绍的各种可控 整流电路都工作在整流状 态，是将交流电能变换成 直流电提供给负载。o逆变是把直流电转变成交流电回馈电网，是整流的逆过程。上述的电路也可以工作在逆变状态。o以三相全控桥式电路为例，这时电流Id仍保持与整流运行状态相同的流动方向，但Ud改变了极性

41、，功率由直流侧流向可控整流电路的交流侧电网。三相可控整流电路的这种逆变模式的工作状态，只有如图所示在直流侧存在一个稳定的能源时才是有可能的。o有源逆变产生的条件 外部条件：直流侧有能提供逆变能量的能源。内部条件：变流器直流侧输出直流平均电压为负值。同一变流装置，当 时，工作于整流状态；，同时存在适当的外接直流电源时，工作于逆变状态222.4.2三相桥式有源逆变电路三相桥式有源逆变电路 逆变电路工作在 范围，常用逆变角 （超前角）表示，角以 为起点，向左方计量，在逆变工作方式时，逆变角在 范围。26t20o三相桥式整流电路工作于有源逆变状态时的电压波形 1.工作电压波形：不计重叠角。1.工作电压

42、波形：不计重叠角o晶闸管成对导通，每管导通角 ，每隔 换相一次。输出电压的平均值为负。无论在整流状态或逆变状态，晶闸管总是受正向电压时才能被触发导通，晶闸管的导电顺序不变；在逆变工作时，器件在阻断区间承受正向电压，只有在逆变角区间承受反压。323o逆变状态的控制角为逆变角：o输出直流电压的平均值：o如果考虑变压器的漏抗，则有：o输出直流电流的平均值亦可用整流的公式，即o每个晶闸管导通2/3，故流过晶闸管的电流有效值为：o从交流电源送到直流侧负载的有功功率为:o逆变工作时，Pd为负值，表示功率由直流电源输送到交流电源。o在三相桥式电路中，变压器二次侧线电流的有效值为cos35.1cos34.2c

43、os34.2cos34.2cos632L2222dUUUUUUdBIXUU3cos34.22dREUIdd2.基本数量关系ddIII577.03VTd2ddEIRIPddVT2816.0322IIII2.4.3逆变失败和最小逆变失败和最小 角的限制角的限制o逆变失败 可控整流电路在逆变运行时，因触发脉冲丢失、突发电源缺相或断相引起换相失败，将使可控整流电路的输出平均电压和直流电动势变成顺向串联，由于逆变电路的内阻很小，将出现极大的短路电流流过晶闸管和负载，这种情况称为逆变失败，或称为逆变颠覆。o逆变失败原因（1）触发电路不可靠（2）晶闸管发生故障（3）换相的裕量角不足：考虑漏抗引起重叠角对逆变

44、电路的影响（4）交流电源发生异常现象（1）换相重叠角。此值随电路形式、工作电流大小、触发角的不同而不同。即 根据逆变工作时，=-，由于越小，越大，考虑恶劣情况，设=：（2）晶闸管关断时间 tq 所对应的电角度。大的可达200300ms，折算到电角度约 ；（3）考虑到脉冲调整时不对称、电网波动、畸变与温度等影响，还必须留一个安全裕量角，一般取为10左右。综上所述，最小逆变角为：mUXIsin2)cos(cos2BdmUXIsin21cos2Bd最小逆变角最小逆变角确定的方法确定的方法00min353054最小逆变角最小逆变角确定的方法确定的方法 为了可靠防止进入min区内，在要求较高的场合，可在

45、触发电路中加一套保护线路，使在减小时移不到min区内，或在min处设置产生附加安全脉冲的装置，万一当工作脉冲移入min区内时，则安全脉冲保证在min处触发晶闸管，防止逆变失败。有源逆变电路广泛用于直流可逆调速、交流异步机串级调速、高压直流输电和灵活交流输电等领域。2.5电容滤波的不可控整流电路电容滤波的不可控整流电路2.5.1电容滤波的单相半波不可控整流电路2.5.2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假设电路已工作在稳定状态1.工作原理工作原理 设VD1和VD4导通的时刻相距 角，则：，在VD1和VD4导通的过程中，有：ud(0)为VD1和VD4开始导通时的输出电

46、压值。联立以上两个式子得：设设VD1和VD4的导通角为 ，则当 时，VD1和VD4关断，将 代入上式得：。另外，在 区间内，负载电压与电源电压相同，在 时，有：在 区间内，电容以时间常数RC按指数函数放电，当ud降至一定值时，另一对二极管导通。情况与前述一样。tUusin222 tCddudtiCuUu02210sin20tRURuitCUiRCsin2cos2222tRUtCUiiiRCDsin2cos222t 0DiRCtant0t sin222Uuudt1.工作原理工作原理 由于二极管导通后系统开始向电容C充电时的ud与二极管关断后C放电结束的ud相等，则有：可知，在第二象限，联立以上式

47、子得：sin2sin222UeURCsin1arctanarctan2RCRCRCeeRCRCRC2.基本数量关系基本数量关系o输出电压平均值 空载时：负载很大时：o输出电流平均值o二极管承受的最大反向电压：22.1 UUd29.0 UUdRUIdd22U2.5.3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.工作原理 电容的充放电时间不同，整流桥输出电流会出现连续和断续两种情况。根据“电压下降速度相等的原则”来推导电流连续的临界条件：3RC2.基本数量关系基本数量关系o输出电压平均值 空载时：负载很大时：o输出电流平均值 o二极管承受的最大反向电压2245.26UUUd

48、234.2UUdRUIdd26Uo谐波的影响（1）谐波使电网中的元件产生附加的谐波损耗，降低发电、输电及用电效率，大量的3次谐波流过中线会使线路过热甚至发生火灾。（2）谐波影响各种电气设备的正常工作，使电机发生机械振动、噪声和过热，使变压器局部严重过热，使电容器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短以致损坏。（3）谐波会引起电网中局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大，会使上述(1)和(2)两项的危害大大增加，甚至引起严重事故。（4）谐波会导致继电保护和自动装置的误动作，并使电气测量仪表计量不准确。（5）谐波会对邻近的通信系统产生干扰，轻者产生噪声，降低通信质量，重者导致信息丢失，使通信系统无

49、法正常工作。2.6整流电路的谐波与功率因素整流电路的谐波与功率因素1.谐波 以工频为周期的非正弦波形可以用傅里叶级数分解为一系列的不同频率的正弦波，其中频率为工频（50Hz）的正弦分量为基波，其他频率为基波整数倍的分量称为谐波。谐波次数为谐波频率与基波频率的整数比。on次谐波含有率o电流总谐波畸变率 把电流量改变为电压量，便可计算出n次谐波电压含有率HRUn和电压总谐波畸变率THDu。2.6.1谐波和功率因素分析的基础谐波和功率因素分析的基础%1001IIHRInn%100122IITHDMnni2.功率因素o正弦电路：有功功率即平均功率：U、I分别为电压和电流有效值；为电流落后于电压的相位角

50、。视在功率：S=UI 功率因素：o非正弦电路（考虑电流波形畸变，电压波形畸变较小）：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，I1与U的相位角为 。有功功率：视在功率：S=UI 功率因素：2.6.1谐波和功率因素分析的基础谐波和功率因素分析的基础cos2120UItuidPSPcos111cosUIP 11111coscoscosIIUIUISP2.6.2整流电路交流侧电流谐波与管理向因素分析整流电路交流侧电流谐波与管理向因素分析 理想的m脉波整流器，假设直流电感足够大，负载电流连续，波形平直变压器二次侧电流波形近似为理想的矩形波。1.单相桥式全控整流电路单相桥式全控整