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1、电力电子技术第二章三相整流本讲稿第一页，共三十二页2.2.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路 一一.电阻性负载电阻性负载1.三相半波不可控整流电路三相半波不可控整流电路二极管换相时刻二极管换相时刻(1(1、3 3、5 5点点)为为自然换相点自然换相点，是各相晶闸管能触发导通的最早时刻，将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其作为计算各晶闸管触发角a a的起点，即的起点，即a a=0=0 本讲稿第二页，共三十二页2.三相半波可控整流电路（共阴极）三相半波可控整流电路（共阴极）注意：注意：（1）T的接法、共阴极的特点。的接法、共阴极的特点。（2）角的起始点不再是坐
2、标原点，而是角的起始点不再是坐标原点，而是自自然然换换相点相点1 1、3 3、5 5点点处。处。本讲稿第三页，共三十二页3.工作原理工作原理（1）30 30时时输出的电压、输出的电压、电流的波形都电流的波形都是连续的是连续的本讲稿第四页，共三十二页（2）输出电压输出电压断断 续续 晶闸管的导通晶闸管的导通角是角是150-150-。注意注意:在输出电压断续情况在输出电压断续情况下，晶闸管所承受的电压除下，晶闸管所承受的电压除了前面提到的三部分外，还了前面提到的三部分外，还多了一种情况，就是当三只多了一种情况，就是当三只晶闸管都不导通时，每只晶晶闸管都不导通时，每只晶闸管均承受各自的相电压。闸管均
3、承受各自的相电压。本讲稿第五页，共三十二页4.数量关系：数量关系：（1 1）直流输出电压的平均值）直流输出电压的平均值Ud当当=0=0时，时，Ud最大，为最大，为 时，时，Ud最小，为最小，为 0。（2）直流输出电流的平均值直流输出电流的平均值Id（3 3）晶闸管两端承受的最大的峰值电压）晶闸管两端承受的最大的峰值电压 晶闸管承受的最大反向电压是变压器二次侧线电压的峰值即晶闸管承受的最大反向电压是变压器二次侧线电压的峰值即在在电电流流断断续续时时，晶晶闸闸管管承承受受的的是是各各自自的的相相电电压压，故故其其承承受受的的最最大大正正向向电电压压是是相电压的峰值为相电压的峰值为 。本讲稿第六页，
4、共三十二页二二.电感性负载电感性负载ud波形没有出波形没有出现负值现负值，电流电流也是连续的也是连续的 ud的波形出现了负的波形出现了负值值，电流电流id的波形的波形即连续又平稳即连续又平稳=90=90时，时，ud的波形的正负的波形的正负面积相等面积相等 本讲稿第七页，共三十二页数量关系：数量关系：（1 1）直流输出电压的平均值）直流输出电压的平均值Ud（2）直流输出电流的平均值直流输出电流的平均值Id（3）变压器相电流和流过一只晶闸管的电流）变压器相电流和流过一只晶闸管的电流（4 4）晶闸管承受的最大正反向电压）晶闸管承受的最大正反向电压（5 5）有效移相范围是）有效移相范围是 注：注：为了
5、扩大移相范围以及使电流为了扩大移相范围以及使电流id平稳，也平稳，也可在负载两端并接续流二极管可在负载两端并接续流二极管VDR。本讲稿第八页，共三十二页特点：阻感负载，特点：阻感负载，L值很大，值很大，id波形基本平直波形基本平直a30 时：整流电压波形与电阻负载时相同时：整流电压波形与电阻负载时相同a 30 时时u2过过零零时时，VT1不不关关断断，直直到到VT3的的脉脉冲冲到到来来，才才换换流流，由由VT3导导通通向向负载供电，同时向负载供电，同时向VT1施加反压使其关断施加反压使其关断ud波形中出现负的部分波形中出现负的部分阻感负载时的移相范围为阻感负载时的移相范围为90 三三相相半半波
6、波的的主主要要缺缺点点在在于于其其变变压压器器二二次次电电流流中中含含有有直直流流分分量量，为为此此其其应应用用较较少少本讲稿第九页，共三十二页四四.共阳极共阳极三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路 三三.反电动势负载反电动势负载对对于于螺螺栓栓式式的的晶晶闸闸管管来来说说，可可以以将将晶晶闸闸管管的的阳阳极极固固定定在在同同一一块块大大散散热热器器上上，散散热热效效果果好好，安安装装方方便便。此此电电路路的的触触发发电电路路不不能能再再像像共共阴阴极极电电路路的的触触发发电电路路那那样样，引引出出公公共共的的一一条条接接阴阴极极的的线线，而而且且输输出出脉脉冲冲变变压压器器二二次次侧侧绕
7、绕组组也也不不能能有有公公共共线线，这这就就给给调调试和使用带来了不便。试和使用带来了不便。本讲稿第十页，共三十二页三相半波可控整流电路小结：三相半波可控整流电路小结：不论是共阴极还是共阳极接法的电路，都只用了三只晶闸管，所以接线都较简单，不论是共阴极还是共阳极接法的电路，都只用了三只晶闸管，所以接线都较简单，相对单相输出脉动小，基波相对单相输出脉动小，基波150150HzHz。变压器绕组利用率较低，每相的二次侧绕组一周期最多工作变压器绕组利用率较低，每相的二次侧绕组一周期最多工作120120。变压器绕组中的电流（波形与相连的晶闸管的电流波形一样）是单方向的，因此也会存变压器绕组中的电流（波形
8、与相连的晶闸管的电流波形一样）是单方向的，因此也会存在铁心的直流磁化现象。在铁心的直流磁化现象。晶闸管承受的反向峰值电压较高（与三相桥式电路相比）。晶闸管承受的反向峰值电压较高（与三相桥式电路相比）。因电路中负载电流要经过电网零线，也会引起额外的损耗。因电路中负载电流要经过电网零线，也会引起额外的损耗。三相半波可控整流电路一般只用于中等偏小容量的场合。三相半波可控整流电路一般只用于中等偏小容量的场合。本讲稿第十一页，共三十二页2.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路为为改改善善三三相相半半波波电电路路变变压压器器利利用用率率低低等等缺缺点点，可可将将三三相相半半波波共共阴阴极极和和
9、共共阳阳极极电电路串联起来，形成三相桥式全控整流电路。路串联起来，形成三相桥式全控整流电路。应用最为广泛应用最为广泛共阴极组共阴极组阴极连接在一起的阴极连接在一起的3个晶闸管（个晶闸管（VT1，VT3，VT5）共阳极组共阳极组阳极连接在一起的阳极连接在一起的3个晶闸管（个晶闸管（VT4，VT6，VT2）本讲稿第十二页，共三十二页一一.电阻性负载电阻性负载t1t2：在在t1时刻，时刻，给给VTVT1 1加触加触发发脉冲，脉冲，满满足其足其导导通的两个条件，假通的两个条件，假设设此此时时共阳极共阳极组组阴极阴极电电位最低的晶位最低的晶闸闸管管VTVT6 6已已导导通通。t2t3：u相相电压相相电压
10、uu仍是最高仍是最高，w相相相电压相电压uw为最负，在为最负，在2 2点，点，给给晶晶闸闸管管VTVT2 2加触加触发发脉冲，使其脉冲，使其导导通通。t3 t4 ：VTVT3 3和和VTVT2 2导通，导通，ud=uvwt4 t5：VTVT4 4和和VTVT3 3导通，导通，ud=uvut5 t6：VTVT5 5 和和VTVT4 4导通导通,ud=uwut6 t7：VTVT6 6 和和VTVT5 5导通导通,ud=uwv任意时刻共阳极组和共阴极组中各有任意时刻共阳极组和共阴极组中各有1个晶闸管处于导通状态个晶闸管处于导通状态本讲稿第十三页，共三十二页特特 点点:晶晶 闸闸 管管 的的 触触 发
11、发 导导 通通 顺顺 序序 为为VTVT1 1VTVT2 2VTVT3 3VTVT4 4VTVT5 5VTVT6 6VTVT1 1。输输 出出 电电压的波形为三相线电压的包络线压的波形为三相线电压的包络线.对脉冲的要求：对脉冲的要求：（1）单宽脉冲：宽度大于）单宽脉冲：宽度大于6060，小于，小于120120，一般一般8080 100 100。特点：要求有较大的输出功率，脉冲变压器特点：要求有较大的输出功率，脉冲变压器体积大。体积大。（2）双窄脉冲：宽度小于）双窄脉冲：宽度小于60 60，加一，加一辅助脉冲。辅助脉冲。特点：线路虽然复杂，但可以特点：线路虽然复杂，但可以 减小装置的输出减小装置
12、的输出功率，减小功率，减小TP的体积。的体积。本讲稿第十四页，共三十二页三相桥式全控整流电路电阻负载三相桥式全控整流电路电阻负载a a=0 时晶闸管工作情况时晶闸管工作情况时 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uduu-uv=uuvuu-uw=uuw uv-uw=uvwuv-uu=uvuuw-uu=uwuuw-uv=uwv本讲稿第十五页，共三十二页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管同时导通形成供电回路，其中共阴极组和共阳极组各管同时导通形成供电回路，
13、其中共阴极组和共阳极组各1只，且不能为同一相器件只，且不能为同一相器件（2）对触发脉冲的要求：）对触发脉冲的要求：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 共共阴阴极极组组VT1、VT3、VT5的的脉脉冲冲依依次次差差120，共共阳阳极极组组VT4、VT6、VT2也依次差也依次差120 同同一一相相的的上上下下两两个个桥桥臂臂，即即VT1与与VT4，VT3与与VT6，VT5与与VT2，脉脉冲冲相相差差180（3）ud一周期脉动一周期脉动6次，每次脉动的波形都一样，故该电路为次，每次脉动的波形都一样，故该电路为6脉波整流电路脉波整流电路（4）需保
14、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可采用两种方法：一种是宽脉冲触发可采用两种方法：一种是宽脉冲触发 另一种是双脉冲触发（常用）另一种是双脉冲触发（常用）（5）晶晶闸闸管管承承受受的的电电压压波波形形与与三三相相半半波波时时相相同同，晶晶闸闸管管承承受受最最大大正正、反反向向电电压压的的关关系也相同系也相同本讲稿第十六页，共三十二页不同不同角时的输出波形角时的输出波形 导通时间比导通时间比=0=0时推迟了时推迟了3030正负各正负各120120的对的对称的波形。称的波形。ud波形出现了零波形出现了零点点,是一是一临临界情界情况况VT1导导通通 电阻性负载，只电阻性负
15、载，只要要6060 ，ud和和id 的波形就是连的波形就是连续的。续的。VT4导通导通 本讲稿第十七页，共三十二页角的移相范围是角的移相范围是0 0 120 120 当当6060时时u ud d的波的波形就出形就出现现断断续续 了了,每个每个线电压输线电压输出出小小于于6060 3030VT1导导通通 VT4导通导通 iv、iw的的波波形形与与iu波波形形形形状状一一致致，只只是是相相位位依依次次相相差差。此此三三相相电电流流均均可可统一用统一用i2来表示。来表示。本讲稿第十八页，共三十二页小结小结v当当a60 时时，ud波波形形均均连连续续，对对于于电电阻阻负负载载，id波波形形与与ud波形
16、形状一样，也连续波形形状一样，也连续v当当a60 时时，ud波波形形每每60 中中有有一一段段为为零零，ud波波形形不不能能出出现现负值负值v带带电电阻阻负负载载时时三三相相桥桥式式全全控控整整流流电电路路a 角角的的移移相相范范围围是是120 本讲稿第十九页，共三十二页二二.电感性负载电感性负载1.电路电路2.原理原理与电阻负与电阻负载不同载不同与电阻负载与电阻负载相同相同临界情况，即临界情况，即ud正好没有负电正好没有负电压的输出。压的输出。本讲稿第二十页，共三十二页3.数量关系数量关系（1 1）直流输出电压的平均值）直流输出电压的平均值Ud（2）直流输出电流的平均值直流输出电流的平均值I
17、d（3）流过一只晶闸管的电流）流过一只晶闸管的电流（4）变压器）变压器二次侧绕组的电流有效值二次侧绕组的电流有效值I（5 5）晶闸管承受的最大正反向电压）晶闸管承受的最大正反向电压（在相同输出时，为三相半波的一半）（在相同输出时，为三相半波的一半）（6 6）有效移相范围）有效移相范围（电感）（电感）是是 本讲稿第二十一页，共三十二页三相桥式全控整流电路小结：三相桥式全控整流电路小结：1.1.电路需有两只晶闸管同时导通，各电路需有两只晶闸管同时导通，各120换相一次。换相一次。2.六只晶闸管依次导通，顺序与下标同。六只晶闸管依次导通，顺序与下标同。3.脉冲间隔为脉冲间隔为60，要求单宽或双窄脉冲
18、触发。，要求单宽或双窄脉冲触发。4.输出电压波形每周期脉动输出电压波形每周期脉动6 6次，基波频率为次，基波频率为300300HzHz。相同相同U U2 2时，输出电压为半波时的两倍。时，输出电压为半波时的两倍。5.5.变变压压器器利利用用率率高高，二二次次侧侧每每周周期期有有120+120120+120流流过过电流，且电流波形正负面积相等，无直流分量。电流，且电流波形正负面积相等，无直流分量。另外另外，将共阳极的三只晶闸管换成三只二极管，就组成了三相桥式半控整流电路，其分析，将共阳极的三只晶闸管换成三只二极管，就组成了三相桥式半控整流电路，其分析方法同单相半控桥。方法同单相半控桥。本讲稿第二
19、十二页，共三十二页单相可控整流电路单相可控整流电路本讲稿第二十三页，共三十二页三相可控整流电路三相可控整流电路本讲稿第二十四页，共三十二页返回本讲稿第二十五页，共三十二页返回本讲稿第二十六页，共三十二页返回本讲稿第二十七页，共三十二页2.3 2.3 变压器漏感对整流电路的影响变压器漏感对整流电路的影响 变压器绕组上总是存在有一定的漏感的，交流回路也会有一定的自感，将所有这些电变压器绕组上总是存在有一定的漏感的，交流回路也会有一定的自感，将所有这些电感都折算到变压器的二次侧，用一个集中的电感来感都折算到变压器的二次侧，用一个集中的电感来LT代替。代替。电流的换相是不可能在瞬时完成的，而要有一个过
20、程，即经过一段时间，这个过程就称为电流的换相是不可能在瞬时完成的，而要有一个过程，即经过一段时间，这个过程就称为换相过程换相过程。换相过程对应的时间常用相应的电角度来表示，称为换相过程对应的时间常用相应的电角度来表示，称为换相重叠角换相重叠角，用，用来表示。来表示。一一.换流期间的整流输出电压换流期间的整流输出电压u ud d电流换相的过程中，两相的晶闸管都导通，相当于电流换相的过程中，两相的晶闸管都导通，相当于两相短路，两相之间的电位差（瞬时值）即为短路两相短路，两相之间的电位差（瞬时值）即为短路电压用电压用uk表示如表示如 假想的短路电流假想的短路电流ik:换相前换相前:换相中换相中:换相
21、后换相后:教材中用教材中用LB表示表示本讲稿第二十八页，共三十二页换相期间换流回路的电压方程式为换相期间换流回路的电压方程式为换相期间的整流输出电压的瞬时值换相期间的整流输出电压的瞬时值ud就变为就变为 二二.换相压降的计算换相压降的计算 XT是变压器每相折是变压器每相折算到二次侧的漏抗，算到二次侧的漏抗，且且X XT T=L=LT T 本讲稿第二十九页，共三十二页如果是如果是m脉波电路，其换相压降可表示为脉波电路，其换相压降可表示为三三.考虑了变压器漏抗后的整流电压为考虑了变压器漏抗后的整流电压为 Ud0为整流电路理想情况下，为整流电路理想情况下，当当=0=0时的输出电压平均值。时的输出电压
22、平均值。上面三相半波电路的输出电压就变为上面三相半波电路的输出电压就变为四四.对换相重叠角对换相重叠角 的计算的计算移相得：移相得：当当角为某一固定值角为某一固定值时，则时，则XT越大换相越大换相重叠角重叠角越大；越大；Id越大换相重越大换相重叠角也越大。叠角也越大。本讲稿第三十页，共三十二页例例 三三相相桥桥式式全全控控整整流流电电路路，带带电电感感性性负负载载，其其中中R=5，L=，变变压压器器二二次次侧侧电电压压有有效效值值为为220V，折折算算到到变变压压器器二二次次侧侧的的每每相相漏漏感感为为LT=2mH。求求当当时时=30：（1）换换相相压压降降；（2）输输出出电电压压；（3）负负载载上上的的电电流流；（4）流流过过晶晶闸闸管管的的电电流流的的平平均均值值和和有有效效值值；（5）换相重叠角）换相重叠角。解解：直流回路的电压平衡方程式为直流回路的电压平衡方程式为将此结果及已知条件代入上面的电压平衡方程式，可求出将此结果及已知条件代入上面的电压平衡方程式，可求出 流过晶闸管的电流的平均值和有效值为流过晶闸管的电流的平均值和有效值为 解得：解得：本讲稿第三十一页，共三十二页2.6 大功率可控整流电路大功率可控整流电路带平衡电抗器的双反星形可控整流电路带平衡电抗器的双反星形可控整流电路本讲稿第三十二页，共三十二页