1、半导体变流技术第三章第三章 三相可控整流电路三相可控整流电路 第一节第一节 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路 第二节第二节 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路 第三节第三节 三相桥式半控整流电路三相桥式半控整流电路 第四节第四节 带平衡电抗器的双反星可控整流电路带平衡电抗器的双反星可控整流电路 第五节第五节 整流电路的换相压降与外特性整流电路的换相压降与外特性 第六节第六节 晶闸管可控整流供电的直流电动机晶闸管可控整流供电的直流电动机 机械特性机械特性 半导体变流技术第一节第一节 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路三相半波（三相零式）不可控整流电路三相半波（三相零式）不可控
2、整流电路 U1V1W1TRUVW NudidK三相半波整流电路，任何三相半波整流电路，任何时刻只有瞬时阳极电压最时刻只有瞬时阳极电压最高的一相管子导通，按电高的一相管子导通，按电源的相序，每管轮流导通源的相序，每管轮流导通120120度度.变压器二次相电压变压器二次相电压正半周相邻波形的交点正半周相邻波形的交点,称为称为自然换流点（换相自然换流点（换相点）点）。半导体变流技术工作原理：工作原理：1.1.tt1 1 tt2 2期间：期间：u uU U瞬时值最高，二极管瞬时值最高，二极管VDVD1 1导通，忽略二极管正向导通导通，忽略二极管正向导通压降，压降，U U点与点与K K点同电位，点同电位
3、，K K点电位也最高，使点电位也最高，使VDVD2 2、VDVD3 3受反压而截止。受反压而截止。2.2.t2 t3期间：期间：VDVD2 2导通，导通，VDVD1 1、VDVD3 3受反压而截止。受反压而截止。3.3.t3 t4期间：期间：VDVD3 3导通，导通，VDVD1 1、VDVD2 2受反压而截止。受反压而截止。半导体变流技术波形波形1)1)2217.1263UUUdUuuVuWUuVuWu2u0defgdudi0D1u0120120120。U26_0id00UduUVuUWtt2t1t4t3ttt1t2t3t4数量关系：数量关系：2)2)整流二极管承整流二极管承受最大反向电压受最
4、大反向电压为电源线电压的为电源线电压的峰值。峰值。半导体变流技术三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路(电阻性负载电阻性负载)将二极管换成将二极管换成晶闸管即成为三晶闸管即成为三相半波可控整流相半波可控整流电路。电路。以对应以对应的自然换流点为的自然换流点为起算点。起算点。原理图原理图U1V1W1TRUVW NudidK半导体变流技术1 1）0 0o o3030o o时：每个晶闸管始终轮流导通时：每个晶闸管始终轮流导通120120o o，=30=30 o o时，负载端电压处于临界连时，负载端电压处于临界连续状态。续状态。2 2）3030o o150150 o o时：负载端电压出现断续，时：负
5、载端电压出现断续，T T 120 120o o,=60,=60 o o时，时，T T =90=90o o 。3)=1503)=150 o o时，时，U Ud d=0=0。所以所以的移相范围为的移相范围为0 0150 150 o o。电阻性负载工作原理：电阻性负载工作原理：半导体变流技术波形波形0uudgiT1uuUV231uWuU000uT1uUVuUWud0ugugug1ugt0t1t2t3t412001200=600900T=1500-=180ttttt1200 三相半波可控整流电路阻性负载波形图三相半波可控整流电路阻性负载波形图 半导体变流技术2 数量关系：数量关系：1 1）（0 0o
6、o3030o o）（3030o o150150 o o）2)2)3)3)4)4)cos17.12UUd3)30cos(117.102UUddddRUI3ddTII26UUT半导体变流技术2 数量关系：数量关系：1 1）（0 0o o3030o o）（3030o o150150 o o）2)2)3)3)4)4)cos17.12UUd3)30cos(117.102UUddddRUI3ddTII26UUT半导体变流技术2 2）当当3030o o时，时，VTVT1 1管导通到管导通到时，其阳极时，其阳极电压已过零开始变负，由于电流减小，在电压已过零开始变负，由于电流减小，在电感电感L L上产生感应电动
7、势的作用，使上产生感应电动势的作用，使VTVT1 1仍处仍处于正向电压而继续导通，直到于正向电压而继续导通，直到tt2 2时刻，时刻，U Ug2g2触发触发VTVT2 2管导通，管导通，VTVT1 1才承受反压被关断，才承受反压被关断，使波形出现部分负压。因此，各相晶闸管使波形出现部分负压。因此，各相晶闸管导通导通120120度，从而保证了电流连续。度，从而保证了电流连续。3 3）=90=90o o时，时，u ud d00，此时电压波形正负面此时电压波形正负面积相等，所以积相等，所以的移相范围为的移相范围为0 09090o o。电感性负载工作原理：电感性负载工作原理：1 1）当当3030o o
8、时，波形与纯电阻时一样时，波形与纯电阻时一样 。半导体变流技术数量关系：数量关系：cos17.12UUd1.dddRUI2.3ddTII3.3dTII半导体变流技术第二节第二节 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路U1V1W1TRiiiV1UVW VT1VT3VT5VT4VT6VT2RdLdiii共阴极接法共阳极接法 半导体变流技术工作原理：工作原理：1 1、0 0o o 负载端要有输出电压，负载端要有输出电压，必须共阴极和共阳极组必须共阴极和共阳极组各有一晶闸管导通，对各有一晶闸管导通，对共阴极组，其输出电压共阴极组，其输出电压波形是三相相电源波形波形是三相相电源波形的正半周包络线。对共
9、的正半周包络线。对共阳极组，其输出电压波阳极组，其输出电压波形是三相相电源波形的形是三相相电源波形的负半周包络线。在三相负半周包络线。在三相线电压波形上是正半部线电压波形上是正半部分包络线。分包络线。波形波形w t1w t2w t3w t4w t5w t6w t7w t 8w t 9w t1 0VT1VT2VT3VT4VT5VT6VT1VT6VT2uUuVuWuUuV2u0guguguugugugudUduUVUWuuVWuVUuW UuW VUVuuUW1234560iUVi00V1i0IdIdIdIdU d00iT1iT1iT4iT3iT6iT6Id/kId/ka)b)c)d)tttttt
10、半导体变流技术a）wtud0uUuVuWuUwtu0uuuvuwuuud0wtud0uuuvuwuu0ud0ud00uUVuUWuVWuVUuWUuWVuUVuUVuUWuVWuVUuWUuWVuUVuUVuUWuVWuVUuWUuWVuUVUdUduT1uuvuuw0Ud0o30ttwtu0uuuvuwuu0ud0uUVuUWuVWuVUuWUuWVuUVuT1uuvuuw00120o120o120o90otttud0uUuVuW0uduUVuUWuVWuVUuWUuWVuUVUdUd060ob)tt2 2、0 0o o时：时：右图为右图为3030o o、6060o o、9090o o波形波
11、形半导体变流技术6060o o时，时，u ud d波形均为正值；波形均为正值；6060o o9090o o时，由于时，由于L Ld d作用，作用，u ud d波形出波形出现负值，现负值，9090o o时，正负面积相等，时，正负面积相等，u ud d=0=0。波形说明：波形说明：半导体变流技术数量关系：1 1、2 2、3 3、4 4、cos34.22UUddddRUI 3ddTII3dTII 26UUT半导体变流技术结论：结论：1 1、移相范围移相范围0o90o2 2、6060o o时，负载端电压连续。时，负载端电压连续。3 3、负载端电压为线电压。、负载端电压为线电压。对触发脉冲要求：对触发脉
12、冲要求：三相桥式全控整流电路在任何时刻必须保证两个晶三相桥式全控整流电路在任何时刻必须保证两个晶闸管同时导通才能形成回路，为保证整流装置能启闸管同时导通才能形成回路，为保证整流装置能启动工作，或在电流断续后能再次导通，必须对两组动工作，或在电流断续后能再次导通，必须对两组中应该导通的一对晶闸管同时加触发脉冲。一种是中应该导通的一对晶闸管同时加触发脉冲。一种是宽脉冲，一种是双窄脉冲。宽脉冲，一种是双窄脉冲。半导体变流技术第三节第三节 三相桥式半控整流电路三相桥式半控整流电路电阻性负载：电阻性负载：TRUVW VT1VT3VD4VD6VD2udVT5Rdud0uuuvuwuuud0ug0Ug1Ug
13、3Ug5Ug1uUVUWu u uUVu u uVWUWVWUVuUW 0 0Textattt2t1 t3 t4t半导体变流技术60o时(=30o为例）负载上得到三负载上得到三个间隔波头完个间隔波头完整三个波头缺整三个波头缺角的脉动波形。角的脉动波形。=60=60o o时，波时，波头刚好维持连头刚好维持连续。续。所以：所以：)cos1(17.12UUd三相桥式半控整流电路三相桥式半控整流电路=30=30o o波形波形ud0uuuvuwuuud0ug0Ug1Ug3Ug5Ug1uUVUWu u uUVu u uVWUWVWUVuUW 0 0Textattt2t1 t3 t4t半导体变流技术6060
14、0 01801800 0时（时（=120=120o o为例）为例）VTVT1 1管在管在u uUWUW电压的作用电压的作用下下,tt1 1开始导通，到开始导通，到tt2 2时刻时刻U U相相电压为相相电压为0 0时时VTVT1 1管仍不会关断，因为使管仍不会关断，因为使VTVT1 1管正向寻通的不是相管正向寻通的不是相电压而是线电压，到电压而是线电压，到tt3 3时刻时刻u uUWUW=0,VT=0,VT1 1才关断。在才关断。在tt3 3 tt4 4期间，门极无期间，门极无触发脉冲，故触发脉冲，故VTVT3 3不导通，不导通，波形出现断续。波形出现断续。=120=120o o电压波形电压波形
15、)cos1(17.12UUdud0uuuvuwuu0 00uduuwuvuuwvuuwt1tt4t2t3ta半导体变流技术感性负载：感性负载：为了避免失控现象，在三相桥式半控整流电路带电感为了避免失控现象，在三相桥式半控整流电路带电感性负载时，必须并联续流管。性负载时，必须并联续流管。接续流管后，只有当接续流管后，只有当6060o o时续流管才流过电流，时续流管才流过电流，这时晶闸管，整流二极管以及续流管电流可参照三相这时晶闸管，整流二极管以及续流管电流可参照三相半波电路进行计算。半波电路进行计算。半导体变流技术三相半控桥式与三相全控桥式整流电路三相半控桥式与三相全控桥式整流电路比较比较（一）
16、三相全控桥能工作于有源逆变状态，而三（一）三相全控桥能工作于有源逆变状态，而三相半控桥不能工作于逆变状态。相半控桥不能工作于逆变状态。（二）三相全控桥式整流电路输出电压脉动小，（二）三相全控桥式整流电路输出电压脉动小，在同样的脉动要求下，全控桥式整流电路要求平在同样的脉动要求下，全控桥式整流电路要求平均电感器的电感量可小些。均电感器的电感量可小些。（三）三相半控桥式整流电路只需三套触发电路，（三）三相半控桥式整流电路只需三套触发电路，不需要宽频脉冲或双窄脉冲触发，因此线路简单不需要宽频脉冲或双窄脉冲触发，因此线路简单经济，调整方便。经济，调整方便。（四）三相全控桥式整流电路的动态响应比半控（四
17、）三相全控桥式整流电路的动态响应比半控桥式整流电路好。桥式整流电路好。半导体变流技术第四节第四节 带平衡电抗器的双反星带平衡电抗器的双反星可控整流电路可控整流电路平衡电抗器：一个带中心抽头的铁心线圈，抽头两侧平衡电抗器：一个带中心抽头的铁心线圈，抽头两侧的匝数相等，两边电感量相等，在任一边线圈中有交的匝数相等，两边电感量相等，在任一边线圈中有交变电流流过时，两边均会有大小相同、方向一致的感变电流流过时，两边均会有大小相同、方向一致的感应电动势产生。应电动势产生。双反星形变压器：整流变压器具有两组二次绕组，且双反星形变压器：整流变压器具有两组二次绕组，且都接成星形，但两绕组接到晶闸管同名端相反，
18、画出都接成星形，但两绕组接到晶闸管同名端相反，画出电压矢量图是两个相反的星形。电压矢量图是两个相反的星形。半导体变流技术1U1V1WTRUVWN1N2UVWN1LB1NLB2N2iUVT1VT3VT5UVWud1RduB1IduduB2ud2VT4VT6VT2(VD4)(VD6)(VD2)(VD5)(VD3)(VD1)iWUVWK1U1V1WTRUVWN1N2UVWN1LB1NLB2N2iUVT1VT3VT5UVWud1RduB1IduduB2ud2VT4VT6VT2(VD4)(VD6)(VD2)(VD5)(VD3)(VD1)iWUVWK双反星形三相变压器双反星形三相变压器带平衡电抗器的双反星
19、可控整流电路带平衡电抗器的双反星可控整流电路半导体变流技术平衡电抗器的作用：平衡电抗器的作用：平衡电抗器的作用使流过整流元件与变压器二平衡电抗器的作用使流过整流元件与变压器二次电流的波形系数降低，再输出同样直流电流次电流的波形系数降低，再输出同样直流电流时，可使二极管或晶闸管的额定电流减小并提时，可使二极管或晶闸管的额定电流减小并提高变压器的利用率，在大电流输出时，晶闸管高变压器的利用率，在大电流输出时，晶闸管可少并联或不并联。可少并联或不并联。半导体变流技术双反星形带平衡电抗器可控整流电路：双反星形带平衡电抗器可控整流电路：阻性负载：阻性负载：160o时，波形连续，时，波形连续，260o时，
20、波形断续，时，波形断续，3 移相范围为移相范围为120o。cos17.12UUd60cos1 17.102）（UUd半导体变流技术ud0V UW VUWVUa)toa 300VUWVUWVUud0b)0toa60带平衡电抗器的双反星形可控整流电路阻性负载带平衡电抗器的双反星形可控整流电路阻性负载 波形波形（a:=30a:=30o o时时,b:=60b:=60o o时）时）半导体变流技术感性负载：感性负载：160o时，波形不出现负电压，同阻性负载。时，波形不出现负电压，同阻性负载。260o90o时时,波形出现负电压波形出现负电压.。3=90o时时,Ud0。cos17.12UUdcos17.12U
21、Ud半导体变流技术VUWVUWVUud0c)0oa90t双反星形带平衡电抗器可控整流电路感性负载双反星形带平衡电抗器可控整流电路感性负载=90=90o o波形波形 半导体变流技术带平衡电抗器的双反星形可控整流电路特点带平衡电抗器的双反星形可控整流电路特点 1 1、双反星形电路是两组三相半波整流电路的双反星形电路是两组三相半波整流电路的并联，输出整流电压波形与六相半波整流时并联，输出整流电压波形与六相半波整流时一样，所以脉动情况比三相半波整流小得多。一样，所以脉动情况比三相半波整流小得多。2 2、由于同时有两相导通，整流变压器磁路由于同时有两相导通，整流变压器磁路平衡，不像三相半波整流，存在直流
22、磁化平衡，不像三相半波整流，存在直流磁化的问题的问题。半导体变流技术带平衡电抗器的双反星形可控整流电路特点：带平衡电抗器的双反星形可控整流电路特点：3、与六相半波整流相比，整流变压器二资助与六相半波整流相比，整流变压器二资助绕组利用率提高了一倍，所以在输出同样的绕组利用率提高了一倍，所以在输出同样的直流电流时，变压器的容量比六相半波整流直流电流时，变压器的容量比六相半波整流时要小。时要小。4、每一整流元件承担负载电流的一半，导电、每一整流元件承担负载电流的一半，导电时间比三相半波整流时增加了一倍，提高了时间比三相半波整流时增加了一倍，提高了整流元件承受负载的能力。整流元件承受负载的能力。半导体
23、变流技术第五节第五节 整流电路的换相压降与外特性整流电路的换相压降与外特性换相压降：换相过程中产生换相压降：换相过程中产生 的一个压降。的一个压降。TRTRUViViUWVT3VT2VT1kLdRdLlLlLlidud原因：整流变压器漏抗存在的结果。原因：整流变压器漏抗存在的结果。)(21uvduuu半导体变流技术工作原理工作原理 在换相过程在换相过程t1t2期间，期间，VTVT1 1，VTVT3 3同时导通，同时导通，A A，C C两相同时导通，相当与两相同时导通，相当与A A，C C两相线间短路，产生两相线间短路，产生一个假想的短路电流一个假想的短路电流i ik k（图中虚线所示），图中虚
24、线所示），C C相电相电流流i ic c=i=id d-i-ik,k,随着随着i ik k的增大而不断的减小；而的增大而不断的减小；而A A相相电流电流i ia a=i=ik k将不断增大，当将不断增大，当i ia a增大到增大到I Id d即即i ic c下降为零下降为零时，时，VTVT3 3关断，关断，VTVT1 1电流达到电流达到I Id d，完成了完成了C C相到相到A A相之相之间的换流。间的换流。在换流期间，直流输出电压的波形是换流的两相在换流期间，直流输出电压的波形是换流的两相电压的平均值。与不考虑漏抗相比，输出电压波电压的平均值。与不考虑漏抗相比，输出电压波形减少了一块面积，这
25、块减少面积是由负载电流形减少了一块面积，这块减少面积是由负载电流I Id d换相引起的，相当于换相引起的，相当于I Id d在某电阻上产生了一个压在某电阻上产生了一个压降，称换相压降。降，称换相压降。半导体变流技术uUuVuWuUdu00idIiiiiWUVWywtwtaa+y120换相压降换相压降)()23tdUUUd（)(23tddtdiLkC)(23tddtdiLkC dIkCdiL023dlIx23dlIxmU2=一般地一般地M M：可控整流一个周期的换相次可控整流一个周期的换相次数。数。半导体变流技术换相重叠角换相重叠角 定义：换相期间，两个相邻晶闸管同时导定义：换相期间，两个相邻晶
26、闸管同时导通所对应的电角度，用通所对应的电角度，用表示。表示。大小：大小：mUXIdsin2/)cos(cos21M M：可控整流一个周期的换相次可控整流一个周期的换相次数。数。半导体变流技术可控整流电路的外特性可控整流电路的外特性 :cdddRIUNUUcos0UIdId1Id1Rid0Ud0a1a2.Udo:0 0时空载直流输出电压。时空载直流输出电压。Ri:整流桥式内阻。整流桥式内阻。U：一个晶闸管的正向导通压降。一个晶闸管的正向导通压降。半导体变流技术第六节第六节 晶闸管可控整流供电晶闸管可控整流供电 的直流电动机机械性的直流电动机机械性 电流连续时直流电动机的机械特性电流连续时直流电
27、动机的机械特性电流连续时的机械特性电流连续时的机械特性 nnRIUNUCnxdde)cos(100nId0n0123311n半导体变流技术1.1.虚线部分是假定电流连续时画出的，实虚线部分是假定电流连续时画出的，实际上际上I Id d很小时，电流很小时，电流i id d会变得不连续。会变得不连续。2.2.由于存在换相等效电阻，所以晶闸管供由于存在换相等效电阻，所以晶闸管供电时的机械特性比直流发电机供电时要软电时的机械特性比直流发电机供电时要软一些一些 说明：说明：半导体变流技术电流断续时直流电动机的机械特性电流断续时直流电动机的机械特性 2sin)26sin(222CeUn电流断续时机械特性电
28、流断续时机械特性n00nn0IdKIdK35Id12o603 54eCU/22半导体变流技术说明：说明：1 1、电流断续时，电动机空载转速抬高。电流断续时，电动机空载转速抬高。2 2、电流断续时，电动机机械特性显著变软，、电流断续时，电动机机械特性显著变软，即电动机轴上负载转矩的很小变化能引起电即电动机轴上负载转矩的很小变化能引起电动机转速的很大变化。动机转速的很大变化。半导体变流技术临界电流：直流电动机电流连续与断续的临界位。临界电流：直流电动机电流连续与断续的临界位。三相半波整流电路三相半波整流电路:sin462.02ddkLUI1 1、I Id dIIdkdk电流断续。电流断续。2 2、I Idkdk越小，电流连续工作区域越大。越小，电流连续工作区域越大。3 3、U U2 2一定时，一定时，L Ld d 越大，越大，I Idkdk 越小。越小。
