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1、5.4 大容量相控整流电路大容量相控整流电路3 3、平衡电抗器、平衡电抗器工作原理：工作原理：由于平衡电抗器由于平衡电抗器 的接入，瞬时电压差的接入，瞬时电压差 加在电抗加在电抗器两端，器两端，当，当 时，时，使，使 降低降低 后接入负载，后接入负载，使使 升高升高 后接入负载，电感使两组整流桥输出到负载后接入负载，电感使两组整流桥输出到负载的电压达到平衡，正、负两组同时导电，故称之为平衡电的电压达到平衡，正、负两组同时导电，故称之为平衡电抗器。抗器。5.4 大容量相控整流电路大容量相控整流电路2.带平衡电抗器的双反星形相控整流电路数量关系带平衡电抗器的双反星形相控整流电路数量关系 由式由式
2、由由于于每每组组三三相相半半波波整整流流电电流流是是负负载载电电流流的的1/2，故故晶晶闸闸管管的的选选择择和和变变压压器器二二次次绕绕组组额额定定容容量量的的确确定定只只要要按按Id/2计计算算即即可可。流流过过晶晶闸闸管管和和变变压压器器二二次次绕绕组组的的电电流流相相同同，在在电电感性负载时都是方波，其等效值为感性负载时都是方波，其等效值为 晶闸管承受的最大正反向电压的计算，与三相半波时相同。关于变压器所晶闸管承受的最大正反向电压的计算，与三相半波时相同。关于变压器所流过的电流其二次绕组与三相半波时相同，一次绕组则与三相桥式相同。流过的电流其二次绕组与三相半波时相同，一次绕组则与三相桥式
3、相同。（5.4.9）可知，输出电压中的谐波阶次可知，输出电压中的谐波阶次n为为6k，k=1,2,3.，n=6,12,18.，最低谐波为最低谐波为6次谐波，其值仅为直流平均值次谐波，其值仅为直流平均值的的235。（5.4.6）5.4 大容量相控整流电路大容量相控整流电路3、结论结论 （4）两种电路中晶闸管的导通及触发脉冲的分配关系）两种电路中晶闸管的导通及触发脉冲的分配关系一样，一样，ud和和id的波形形状一样。的波形形状一样。将双反星形电路与三相桥式电路进行比较：将双反星形电路与三相桥式电路进行比较：（1）三相桥为两组三相半波串联，而双反星形为两）三相桥为两组三相半波串联，而双反星形为两组三相
4、半波并联，且后者需用平衡电抗器，同时有两相组三相半波并联，且后者需用平衡电抗器，同时有两相导电，变压器磁路平衡，不存在直流磁化问题；导电，变压器磁路平衡，不存在直流磁化问题；（2）当）当U2相等时，双反星形的相等时，双反星形的Ud是三相桥的是三相桥的1/2，而，而Id是是单相桥的单相桥的2倍；倍；（3）每一整流器件承担负载电流）每一整流器件承担负载电流Id的一半，整流器件流的一半，整流器件流过电流的有效值在电感性负载时为过电流的有效值在电感性负载时为0.289 Id，所以与其他所以与其他整流电路相比，提高了整流器件承受负载的能力；整流电路相比，提高了整流器件承受负载的能力；第五章：整流电路第五
5、章：整流电路 l5.1 整流器的性能指标整流器的性能指标 5.2 单相相控整流电路单相相控整流电路 5.3 三相相控整流电路三相相控整流电路 5.4 大容量相控整流电路大容量相控整流电路 5.5 相控整流电路的换相压降相控整流电路的换相压降 5.6 整流电路的谐波分析整流电路的谐波分析 5.7 有源逆变电路有源逆变电路 5.8 晶闸管相控电路的驱动控制晶闸管相控电路的驱动控制 5.9 PWM整流电路整流电路 5.5 相控整流电路的换相压降相控整流电路的换相压降 P94l图图5.5.1 考虑变压器的漏抗后相控整流电路考虑变压器的漏抗后相控整流电路l 的等效电路及输出电压电流的波形的等效电路及输出
6、电压电流的波形 实际工作中，整流变实际工作中，整流变压器存在漏抗，晶闸管之压器存在漏抗，晶闸管之间的换流不能瞬时完成，间的换流不能瞬时完成，会出现参与换流的两个晶会出现参与换流的两个晶闸管同时导通的现象，同闸管同时导通的现象，同时导通的时间对应的电角时导通的时间对应的电角度称为换相重叠角度称为换相重叠角。1 1、换相重叠角、换相重叠角L Ll l为变压器的每相绕组为变压器的每相绕组 折合到二次侧的漏抗折合到二次侧的漏抗 5.5 相控整流电路的换相压降相控整流电路的换相压降l图图5.5.1 考虑变压器的漏抗后相控整流电路考虑变压器的漏抗后相控整流电路l 的等效电路及输出电压电流的波形的等效电路及
7、输出电压电流的波形 当当tt时刻触发时刻触发时，相电流不能瞬时上时，相电流不能瞬时上升到升到d d值，相电流不能值，相电流不能瞬时下降到零，电流换相瞬时下降到零，电流换相需要时间需要时间t t，换流重叠角换流重叠角所对应的时间为所对应的时间为t t=/=/。在重叠角期间，在重叠角期间，、同时导通，产生一个虚拟同时导通，产生一个虚拟电流电流I Ik k ，2 2、工作过程、工作过程L Ll l为变压器的每相绕组为变压器的每相绕组 折合到二次侧的漏抗折合到二次侧的漏抗 5.5 相控整流电路的换相压降相控整流电路的换相压降l图图5.5.1 考虑变压器的漏抗后相控整流电路考虑变压器的漏抗后相控整流电路
8、l 的等效电路及输出电压电流的波形的等效电路及输出电压电流的波形 而整流输出电压为而整流输出电压为由图可知由图可知(5.5.1)(5.5.2)2 2、工作过程、工作过程5.5 相控整流电路的换相压降相控整流电路的换相压降l图图5.5.1 考虑变压器的漏抗后相控整流电路考虑变压器的漏抗后相控整流电路l 的等效电路及输出电压电流的波形的等效电路及输出电压电流的波形 在在期间，直流输出电压比期间，直流输出电压比uA或或uB都小，使输出电压波形减少了一块都小，使输出电压波形减少了一块阴影面积阴影面积,降低的电压值为降低的电压值为 。式式 ud d表明：表明：(5.5.3)图中的阴影面积大小为：图中的阴
9、影面积大小为：(5.5.4)2 2、工作过程、工作过程5.5 相控整流电路的换相压降相控整流电路的换相压降l图图5.5.1 考虑变压器的漏抗后考虑变压器的漏抗后l 相控整流电路的等效电路相控整流电路的等效电路1 1）换相压降）换相压降U U 3 3、参数计算、参数计算上式中上式中 是变压器每相漏感折合到二次则的漏电抗。是变压器每相漏感折合到二次则的漏电抗。在图在图5.5.1(a)所示的三相半波可控整流电所示的三相半波可控整流电路中，整流输出电压为路中，整流输出电压为3相波形组合（即相波形组合（即一周期内换相一周期内换相3次），每个周期次），每个周期内有内有3个阴影面积，这些阴影面积之和个阴影面
10、积，这些阴影面积之和3S除以周期除以周期2，即为换相重叠角期间输出即为换相重叠角期间输出平均电压的减少量，称为换相压降平均电压的减少量，称为换相压降U。(5.5.4)换相压降换相压降U正比于负载电流正比于负载电流d d，它相当于整流电源增加了一项等它相当于整流电源增加了一项等 效电阻效电阻 ，但这个等效内阻并不消耗有功功率。，但这个等效内阻并不消耗有功功率。5.5 相控整流电路的换相压降相控整流电路的换相压降l上式表明，当上式表明，当L Ll l或或I Id d增大时，增大时，将增大；当将增大；当增大时，增大时，减小。必减小。必须指出，如果在负载两端并联续流二极管，将不会出现换流重叠的须指出，
11、如果在负载两端并联续流二极管，将不会出现换流重叠的现象，因为换流过程被续流二极管的存在所改变。现象，因为换流过程被续流二极管的存在所改变。2 2、换相重叠角、换相重叠角(5.5.7)计算过程计算过程图图5.5.1 考虑变压器的漏抗后相控整流电路的等效电路及输出电压电流的波形考虑变压器的漏抗后相控整流电路的等效电路及输出电压电流的波形5.5 相控整流电路的换相压降相控整流电路的换相压降2 2、换相重叠角、换相重叠角计算过程计算过程l在图在图5.5.1(b)中为便于计算，将坐标原移到、相的自然换流点，设中为便于计算，将坐标原移到、相的自然换流点，设l由式由式(5.5.1)可得可得将上式两边同乘以将
12、上式两边同乘以得得从电路工作原理可知，当电感从电路工作原理可知，当电感Ll中电流从变到中电流从变到Id时，正好对应时，正好对应t从从变到变到+，将此条件代入式将此条件代入式(5.5.5)得得即即l则换相重叠角为则换相重叠角为(5.5.5)(5.5.7)(5.5.6)5.5 相控整流电路的换相压降相控整流电路的换相压降2 2、换相重叠角、换相重叠角的计算过程的计算过程表表5.5.1 各种整流电路换相压降和换相重叠角的计算各种整流电路换相压降和换相重叠角的计算第五章：整流电路第五章：整流电路 l5.1 整流器的性能指标整流器的性能指标 5.2 单相相控整流电路单相相控整流电路 5.3 三相相控整流
13、电路三相相控整流电路 5.4 大容量相控整流电路大容量相控整流电路 5.5 相控整流电路的换相压降相控整流电路的换相压降 5.6 整流电路的谐波分析整流电路的谐波分析 5.7 有源逆变电路有源逆变电路 5.8 晶闸管相控电路的驱动控制晶闸管相控电路的驱动控制 5.9 PWM整流电路整流电路 5.6.1 m脉波相控整流输出电脉波相控整流输出电压通用公式压通用公式 P97 如图：在一个交流电源周期如图：在一个交流电源周期2中，有中，有m个形状相个形状相同的脉波，但它们相差同的脉波，但它们相差 ，脉波的周期为，脉波的周期为 。若将纵坐标选在整流电压的峰值处，则在若将纵坐标选在整流电压的峰值处，则在
14、期间，整流输出电压的表达式为：期间，整流输出电压的表达式为：图图5.6.1 m脉波整流输出直流脉动电压波形脉波整流输出直流脉动电压波形 5.6.1 m脉波相控整流输出电压通用公式脉波相控整流输出电压通用公式 m脉波相控整流输出电压平均值为：脉波相控整流输出电压平均值为：的傅里叶级数表达式为：的傅里叶级数表达式为：谐波的系数谐波的系数整流输出电压的表达式整流输出电压的表达式(5.6.7)(5.6.1)(5.6.10)(5.6.11)令令m=2,3,6，即可得到即可得到相控整流时相控整流时单相桥单相桥、三相半波以及三相全桥三相半波以及三相全桥相控整流电压的各次谐波及相控整流电压的各次谐波及整流直流
15、电压平均值。整流直流电压平均值。令令=0=0，则可得到则可得到不控整流时不控整流时单相桥单相桥、三相半波以及三相全桥等三相半波以及三相全桥等不控整流电压的各次谐波及不控整流电压的各次谐波及整流直流电压平均值。整流直流电压平均值。5.6.2 5.6.2 单相和三相桥式相控整流电压的单相和三相桥式相控整流电压的单相和三相桥式相控整流电压的单相和三相桥式相控整流电压的谐波分析谐波分析谐波分析谐波分析1、单相桥相控整流电压的谐波分析单相桥相控整流电压的谐波分析 1）平波电抗器的选择）平波电抗器的选择次谐波（次谐波（n=2,4,6n=2,4,6；K=1,2,3K=1,2,3）n n次谐波（次谐波（K=1
16、,2,3K=1,2,3；n=2,4,6n=2,4,6）电压幅值电压幅值与交流电压幅值与交流电压幅值 的比值为的比值为 n n次谐波（次谐波（K=1,2,3K=1,2,3；n=2,4,6n=2,4,6）的的相位角为相位角为 由由图图可知，可知，=90=90时与谐波幅值最大。时与谐波幅值最大。因此，实际应用中按因此，实际应用中按=90=90选用平波电抗器。选用平波电抗器。图图5.6.2 单相桥相控整流单相桥相控整流 电压的谐波电压特性电压的谐波电压特性 电压幅值为电压幅值为(5.6.15)(5.6.16)(5.6.17)5.6.2 5.6.2 单相和三相桥式相控整流电压的单相和三相桥式相控整流电压
17、的单相和三相桥式相控整流电压的单相和三相桥式相控整流电压的谐波分析谐波分析谐波分析谐波分析1、单相桥相控整流电压的谐波分析单相桥相控整流电压的谐波分析 2）谐波参数分析：）谐波参数分析：当当=0=0时（二极管不控整流电路）时（二极管不控整流电路）(5.6.18)(5.6.19)m=2m=2时（即单相桥）相控整流负载电压的有效值时（即单相桥）相控整流负载电压的有效值U=UU=U2 2,谐波电压的有效值为谐波电压的有效值为因此，电压的纹波系数是因此，电压的纹波系数是 5.6.2 5.6.2 单相和三相桥式相控整流电压的单相和三相桥式相控整流电压的单相和三相桥式相控整流电压的单相和三相桥式相控整流电
18、压的谐波分析谐波分析谐波分析谐波分析2.三相桥相控整流电压的谐波分析三相桥相控整流电压的谐波分析 图图5.6.3 三相桥相控整流三相桥相控整流 电压的谐波电压特性电压的谐波电压特性 1）谐波参数计算）谐波参数计算 m=6m=6时（三相全时（三相全桥）相控整流谐波电桥）相控整流谐波电压的有效值的计算及压的有效值的计算及平波滤波电抗器的参平波滤波电抗器的参数选择数选择相同；相同；当当=0=0时（二极管时（二极管不控整流电路）电压的不控整流电路）电压的纹波系数纹波系数5.6.2 5.6.2 单相和三相桥式相控整流电压的单相和三相桥式相控整流电压的单相和三相桥式相控整流电压的单相和三相桥式相控整流电压
19、的谐波分析谐波分析谐波分析谐波分析3、结论：、结论：整流电路输出电压中的谐波有如下规律：整流电路输出电压中的谐波有如下规律：（3 3）当当m一定时，随谐波次数增大，谐波幅值迅速减小，因一定时，随谐波次数增大，谐波幅值迅速减小，因此，最低次（此，最低次（m次）谐波是最主要的，其它次数的谐波相对较次）谐波是最主要的，其它次数的谐波相对较少；少；1）=0时时（5）m增加时，最低次谐波次数增大，且幅值迅速减小，增加时，最低次谐波次数增大，且幅值迅速减小，电压纹波系数迅速下降。电压纹波系数迅速下降。（4）当负载中有电感时，负载电流谐波幅值的减小更为迅速；当负载中有电感时，负载电流谐波幅值的减小更为迅速；
20、（2 2）整流电流的谐波由整流电压的谐波决定，也为整流电流的谐波由整流电压的谐波决定，也为mk次；次；（1 1）m脉波整流电压脉波整流电压ud的谐波次数为的谐波次数为mK（k=1，2，3.）次，次，即即m的倍数次；的倍数次；5.6.2 5.6.2 单相和三相桥式相控整流电压的单相和三相桥式相控整流电压的单相和三相桥式相控整流电压的单相和三相桥式相控整流电压的谐波分析谐波分析谐波分析谐波分析 （2）从从90180之间电路工作于有源逆变工作状态，之间电路工作于有源逆变工作状态，ud的谐波幅值随增大而减小的谐波幅值随增大而减小3、结论：、结论：整流电路输出电压中的谐波有如下规律：整流电路输出电压中的
21、谐波有如下规律：2）不为零不为零0时时 （1 1）从从0 9090变化时，变化时，ud的谐波幅值随增大而增大，的谐波幅值随增大而增大，=90 时谐波幅值最大；时谐波幅值最大；第五章：整流电路第五章：整流电路 l5.1 整流器的性能指标整流器的性能指标 5.2 单相相控整流电路单相相控整流电路 5.3 三相相控整流电路三相相控整流电路 5.4 大容量相控整流电路大容量相控整流电路 5.5 相控整流电路的换相压降相控整流电路的换相压降 5.6 整流电路的谐波分析整流电路的谐波分析 5.7 有源逆变电路有源逆变电路 5.8 晶闸管相控电路的驱动控制晶闸管相控电路的驱动控制 5.9 PWM整流电路整流
22、电路 5.7 有源逆变电路有源逆变电路 P110l3、有源逆变器：完成有源逆变的装置、有源逆变器：完成有源逆变的装置l 称为有源逆变器。称为有源逆变器。l1、无源逆变电路：将直流电能变、无源逆变电路：将直流电能变为交流能输出至负载。为交流能输出至负载。l2、有源逆变电路：将直流电能变为交流、有源逆变电路：将直流电能变为交流l 电能输出给交流电网。电能输出给交流电网。5.7.1 有源逆变的工作原理有源逆变的工作原理 图图5.7.2单相全波整流电路的逆变工作状态单相全波整流电路的逆变工作状态 l图图5.7.1单相全波整流电路的整流工作状态单相全波整流电路的整流工作状态 5.7.1 有源逆变的工作原
23、理有源逆变的工作原理 （1）一一定定要要有有直直流流电电动动势势源源，其其极极性性必必须须与与晶晶闸闸管管的的导导通通方方向向一一致致，其其值值应应稍稍大大于于变变流流器器直直流流侧侧的的平平均电压。均电压。1、有源逆变的条件：、有源逆变的条件：（2）变流器必须工作在）变流器必须工作在 的区域内，使的区域内，使Ud0。l 因因为为Ra阻阻值值很很小小,其其两两端端电电压压也也很很小小，因因此此，UdE，此此时时电电流流Id从电动机反电势从电动机反电势E的正端注入，直流电机吸收功率。的正端注入，直流电机吸收功率。l 如如果果在在电电机机运运动动过过程程中中使使控控制制角角减减小小，则则Ud增增大
24、大，Id瞬瞬时时值值也随之增大，电动机电磁转矩增大，所以电动机转速提高。也随之增大，电动机电磁转矩增大，所以电动机转速提高。l 随随着着转转速速升升高高，E增增大大，Id随随之之减减小小，最最后后恢恢复复到到原原来来的的数数值值，此此时时电电机机稳稳定定运运行行在在较较高高转转速速状状态态。反反之之，如如果果使使角角增增大大，电电动动机机转转速速减减小小。所所以以，改改变变晶晶闸闸管管的的控控制制角角，可可以以很很方方便便地地对对电电动动机机进进行无级调速。行无级调速。5.7.1 有源逆变的工作原理有源逆变的工作原理 2、全波整流电路工作在整流状态、全波整流电路工作在整流状态 当移相控制角当移
25、相控制角在在0范围内变化时，单相全波整流电路直流范围内变化时，单相全波整流电路直流侧输出电压侧输出电压Ud 0，如图如图5.7.1所示，电动机所示，电动机M作电机运行。整流器作电机运行。整流器输出功率，电机吸收功率，电流值为输出功率，电机吸收功率，电流值为：式中式中E为电机的反电动势，为电机的反电动势，Ra为电机绕组电阻。为电机绕组电阻。(5.7.1)l 5.7.1 有源逆变的工作原理有源逆变的工作原理 3、全波整流电路工作在逆变状态、全波整流电路工作在逆变状态 l整流电路的控制角整流电路的控制角必须在必须在 范围内变化。此时，电流范围内变化。此时，电流I Id d为：为：(5.7.2)由由于
26、于晶晶闸闸管管单单向向导导电电性性，Id方方向向仍仍然然保保持持不不变变。如如果果|E|Ud|，则则Id0。电电动动势势的的极极性性改改变变了了，而而电电流流的的方方向向未未变变，因因此此，功功率率的的传传递递关关系系便便发发生生了了变变化化，电电动动机机处处于于发发电电机机状状态态，发发出出直直流流功功率率，整整流流电电路路将将直直流流功功率率逆逆变变为为50Hz的的交交流流电电返返送到电网，这就是有源逆变工作状态。送到电网，这就是有源逆变工作状态。逆逆变变时时，电电流流Id的的大大小小取取决决于于E与与Ud，而而E由由电电机机的的转转速速决决定定，Ud可以调节控制角改变其大小。为了防止过电
27、流，同样应满足可以调节控制角改变其大小。为了防止过电流，同样应满足E Ud的条件。的条件。在在逆逆变变工工作作状状态态下下，虽虽然然控控制制角角在在 间间变变化化，晶晶闸闸管管的的阳阳极极电电位位大大部部分分处处于于交交流流电电压压的的负负半半周周期期，但但由由于于有有外外接接直直流流电电动动势势E的存在，使晶闸管仍能承受正向电压导通。的存在，使晶闸管仍能承受正向电压导通。5.7.2 三相半波有源逆变电路三相半波有源逆变电路 图图5.7.3 三相半波有源逆变电路及其波形三相半波有源逆变电路及其波形 图图5.7.3（a）为为三三相相半半波波整整流流器器带带电电动动机机负负载载时时的的电电路路,并
28、并假假设设负载电流连续。负载电流连续。当当在在 范范围围内内变变化化时时，变变流流器器输输出出电电压压的的瞬瞬时时值值在在整整个个周周期期内内虽虽然然有有正正有有负负或或者者全全部部为为负负，但但负负的的面面积积总总是是大大于于正正的的面面积积，故故输输出出电电压压的的平平均均值值Ud为为负负值值。电电机机E的的极极性性具具备备有有源源逆逆变变的的条件。条件。当当在范围在范围 内变化且内变化且 EUd时，可以实现有源逆变。时，可以实现有源逆变。1 1、工作原理、工作原理 图图5.7.2单相全波整流电路的逆变工作状态单相全波整流电路的逆变工作状态 5.7.2 三相半波有源逆变电路三相半波有源逆变
29、电路 2 2、参数计算、参数计算 变变流流器器逆逆变变时时，直直流流测测电电压压计计算算公式与整流时一样。当电流连续时，公式与整流时一样。当电流连续时，有：有：(5.7.3)(5.7.4)式中式中U2为相电压的有效值。为相电压的有效值。由于逆变时由于逆变时90，故故cos计计算不大方便，于是引入逆变角算不大方便，于是引入逆变角，令令=-，则（则（5.7.3）改写成：）改写成：逆变角为逆变角为的触发脉冲位置从的触发脉冲位置从=的时刻左移的时刻左移角来确定。角来确定。5.7.3 三相桥式有源逆变电路三相桥式有源逆变电路 1 1、工作原理、工作原理 式中：式中：U2为逆变电路输入相电压，为逆变电路输
30、入相电压，U2L为逆变电路输入线电压。为逆变电路输入线电压。三相全控桥式整流电路用作有源逆变时，就成了三三相全控桥式整流电路用作有源逆变时，就成了三相桥式逆变电路。相桥式逆变电路。三相桥式逆变电路的工作与三相桥式整流电路一样，三相桥式逆变电路的工作与三相桥式整流电路一样，要求每隔要求每隔60依次触发晶闸管，电流连续时，每个管子导依次触发晶闸管，电流连续时，每个管子导通通120，触发脉冲必须是双窄脉冲或者是宽脉冲。，触发脉冲必须是双窄脉冲或者是宽脉冲。直流侧电压计算公式为：直流侧电压计算公式为：或或（5.7.5）（5.7.6）5.7.45.7.4有源逆变最小逆变角有源逆变最小逆变角有源逆变最小逆
31、变角有源逆变最小逆变角minmin的限制的限制的限制的限制 如如果果逆逆变变角角小小于于换换流流重重叠叠角角，即即时时，从从图图5.7.4所所示示的的波波形形中中可可清清楚楚看看到到，换换流流还还未未结结束束，电电路路的的工工作作状状态态到到达达uA与与uB交交点点P，从从P点点之之后后，uA将将高高于于uB，晶晶闸闸管管T2承承受受反反压压而而重重新新关关断，而应该关断的断，而应该关断的T1却承受正压而继续导通，从而造成逆变失败。却承受正压而继续导通，从而造成逆变失败。因此，为了防止逆变失败，不仅逆变角因此，为了防止逆变失败，不仅逆变角不能等于零，而且不不能等于零，而且不能太小，必须限制在某
32、一允许的最小角度内。能太小，必须限制在某一允许的最小角度内。1 1、逆变失败、逆变失败图图5.7.4 交流侧电抗对逆变换相过程的影响交流侧电抗对逆变换相过程的影响 5.7.45.7.4有源逆变最小逆变角有源逆变最小逆变角有源逆变最小逆变角有源逆变最小逆变角minmin的限制的限制的限制的限制 2 2、最小逆变角、最小逆变角minmin的选取的选取（1）换换相相重重叠叠角角随随电电路路形形式式、工工作作电电流流的的大大小小不不同同而不同，一般选取为而不同，一般选取为15o25o电角度。电角度。（2）晶晶闸闸管管关关断断时时间间tq所所对对应应的的电电角角度度。一一般般tq 大大的可达的可达200
33、300s，折算电角度折算电角度为为4o5o。（3）安安全全裕裕量量角角。考考虑虑到到脉脉冲冲调调整整时时不不对对称称、电电网网波波动动等等因因素素影影响响，还还必必须须留留有有一一个个安安全全裕裕量量角角，一一般般选取选取为为10o。综上所述，最小逆变角综上所述，最小逆变角min 为：为：设设计计有有源源逆逆变变电电路路时时，必必须须保保证证大大于于min，因因此此，常常在在触触发发电电路路中中附附加加一一保保护护环环节节，保保证证控控制制脉脉冲冲不不进进入入min区域内。区域内。(5.7.7)第五章：整流电路第五章：整流电路 l5.1 整流器的性能指标整流器的性能指标 5.2 单相相控整流电
34、路单相相控整流电路 5.3 三相相控整流电路三相相控整流电路 5.4 大容量相控整流电路大容量相控整流电路 5.5 相控整流电路的换相压降相控整流电路的换相压降 5.6 整流电路的谐波分析整流电路的谐波分析 5.7 有源逆变电路有源逆变电路*5.8 晶闸管相控电路的驱动控制晶闸管相控电路的驱动控制 5.9 PWM整流电路整流电路*5.8.1 对触发电路的要求对触发电路的要求 l 晶闸管触发主要有移相触发、过零触发和脉冲列调制晶闸管触发主要有移相触发、过零触发和脉冲列调制触发等。触发电路对其产生的触发脉冲要求：触发等。触发电路对其产生的触发脉冲要求：、触发信号可为直流、交流或脉冲电压。、触发信号
35、可为直流、交流或脉冲电压。l、触发信号应有足够的功率（触发电压和触发电流）。、触发信号应有足够的功率（触发电压和触发电流）。l、触发脉冲应有一定的宽度，脉冲的前沿尽可能陡，以使、触发脉冲应有一定的宽度，脉冲的前沿尽可能陡，以使l元件在触发导通后，阳极电流能迅速上升超过掣住电流而维元件在触发导通后，阳极电流能迅速上升超过掣住电流而维l持导通。持导通。l、触发脉冲必须与晶闸管的阳极电压同步，脉冲移相范、触发脉冲必须与晶闸管的阳极电压同步，脉冲移相范l围必须满足电路要求。围必须满足电路要求。图图5.8.1 5.8.1 强触发电流波形强触发电流波形5.8.2 晶闸管触发电路晶闸管触发电路、单结晶体管触
36、发电路、单结晶体管触发电路 图图5.8.2 5.8.2 单结晶体管触发电路及波形单结晶体管触发电路及波形 由单结晶体管构成的由单结晶体管构成的触发电路具有简单、可靠、触发电路具有简单、可靠、抗干扰能力强、温度补偿抗干扰能力强、温度补偿性能好，脉冲前沿陡等优性能好，脉冲前沿陡等优点，在小容量的晶闸管装点，在小容量的晶闸管装置中得到了广泛应用。置中得到了广泛应用。由自激振荡、同步电由自激振荡、同步电源、移相、脉冲形成等源、移相、脉冲形成等部分组成。部分组成。组成：组成：特点：特点：5.8.2 晶闸管触发电路晶闸管触发电路（1）单结晶体管自激振荡电路）单结晶体管自激振荡电路 图图5.8.2 5.8.
37、2 单结晶体管触发电路及波形单结晶体管触发电路及波形 经经D1D4整流后的直流电源整流后的直流电源UW，一路经一路经R2、R1加在单结晶体管两加在单结晶体管两个基极个基极b1、b2之间；另一路通过之间；另一路通过e对电容对电容C充电、通过单结晶体管放充电、通过单结晶体管放电。控制电。控制BTBT的导通、截止；的导通、截止；在电容上形成锯齿波振荡电压，在电容上形成锯齿波振荡电压，在在R R1 1上得到一系列前沿很陡的触发上得到一系列前沿很陡的触发尖脉冲尖脉冲u ug g，如图如图5.8.2(5.8.2(b)b)所示，其所示，其振荡频率为振荡频率为 工作原理：工作原理：特点：特点：利用单结晶体管的
38、负阻特性与利用单结晶体管的负阻特性与RCRC电路的充放电可组成自激振电路的充放电可组成自激振荡电路，产生频率可变的脉冲。荡电路，产生频率可变的脉冲。上式中上式中 是单结晶体管的分压比，即调节是单结晶体管的分压比，即调节e，可调节振荡频率。可调节振荡频率。(5.8.1)5.8.2 晶闸管触发电路晶闸管触发电路（2 2）同步电源）同步电源 图图5.8.2 5.8.2 单结晶体管触发电路及波形单结晶体管触发电路及波形 工作原理：工作原理：当当uDW过过零零时时，电电容容C经经e-b1、R1迅迅速速放放电电到到零零电电压压。这这就就是是说说，每每半半周周开开始始，电电容容C都都从从零零开开始始充充电电
39、。进进而而保保证证每每周周期期触触发发电电路路送送出出第第一一个个脉脉冲冲距距离离过过零零的的时时刻刻（即即控控制制角角）一一致致，实实现现了了同同步。步。同步电压由变压器同步电压由变压器TB获得，而同步变压器与主电路接至同一获得，而同步变压器与主电路接至同一电源，故同步电压与主电压同相位、同频率。电源，故同步电压与主电压同相位、同频率。同步电压经桥式整流、稳压同步电压经桥式整流、稳压管管Dw削波为梯形波削波为梯形波uDW，而削波而削波后的最大值后的最大值Uw既是同步信号，又既是同步信号，又是触发电路电源。是触发电路电源。5.8.2 晶闸管触发电路晶闸管触发电路、单结晶体管触发电路、单结晶体管
40、触发电路 图图5.8.2 5.8.2 单结晶体管触发电路及波形单结晶体管触发电路及波形 当当R Re e增大时，单结晶增大时，单结晶体管发射极充电到峰点电体管发射极充电到峰点电压压U Up p的时间增大，第一个的时间增大，第一个脉冲出现的时刻推迟，即脉冲出现的时刻推迟，即控制角控制角增大，实现了移增大，实现了移相。相。工作原理：工作原理：（3 3）移相控制）移相控制5.8.2 晶闸管触发电路晶闸管触发电路、单结晶体管触发电路、单结晶体管触发电路 图图5.8.2 5.8.2 单结晶体管触发电路及波形单结晶体管触发电路及波形 触触发发脉脉冲冲ug由由1直直接接取取出出，这这种种方方法法简简单单、经
41、经济济，但但触触发发电电路路与与主主电电路路有有直直接接的的电电联联系系，不不安安全全。对对于于晶晶闸闸管管串串联联接接法法的的全全控控桥桥电电路路无无法法工工作作。所所以以一一般般采采用用脉冲变压器输出。脉冲变压器输出。工作原理：工作原理：（4 4）脉冲输出）脉冲输出5.8.2 晶闸管触发电路晶闸管触发电路 2、同步信号为锯齿波的触发电路、同步信号为锯齿波的触发电路 图图5.8.3 5.8.3 同步信号为锯齿波的触发电路同步信号为锯齿波的触发电路 5.8.2 晶闸管触发电路晶闸管触发电路 2、同步信号为锯齿波的触发电路、同步信号为锯齿波的触发电路 图图5.8.3 5.8.3 同步信号为锯齿波
42、的触发电路及工作波形图同步信号为锯齿波的触发电路及工作波形图5.8.2 晶闸管触发电路晶闸管触发电路（1)1)锯齿波形成、同步移相环节锯齿波形成、同步移相环节 锯锯齿齿波波形形成成电电路路由由Tl、T2、T3和和C2等等元元件件组组成成，其其中中Tl、DW、RW2和和R3为为一一恒恒流流源源电电路路。T2截截止止时时，恒恒流流源源电电流流I1c对对电电容容C2充充电，所以电，所以C2两端电压两端电压uc为为（5.8.2）当当T2导通时，由于导通时，由于R4阻值很小，所以阻值很小，所以C2迅速放电，使迅速放电，使ub3电位迅速降到零。当电位迅速降到零。当T2周期周期性地导通和关断时，性地导通和关
43、断时，ub3便形成一锯齿波，同便形成一锯齿波，同样样ue3也是一个锯齿波电压，也是一个锯齿波电压，射射极极跟跟随随器器T3的的作作用用是是减减小小控控制制回回路路的的电电流流对对锯锯齿齿波波电电压压的的影影响响。调调节节电电位位器器RW2，即即改改变变C2的恒定充电电流的恒定充电电流I1c，可调节锯齿波斜率。可调节锯齿波斜率。图图5.8.3 5.8.3 同步信号为锯齿同步信号为锯齿波的触发电路及工作波形图波的触发电路及工作波形图1)1)锯齿波形成锯齿波形成5.8.2 晶闸管触发电路晶闸管触发电路（1)1)锯齿波形成、同步移相环节锯齿波形成、同步移相环节 T4基基极极电电位位由由锯锯齿齿波波电电
44、压压uh、控控制制电电压压uco、直流偏移电压直流偏移电压up三者共同决定。三者共同决定。如如果果uco=0，up为为负负值值时时，ub4点点的的波波形形由由uh+up确定。确定。当当uco为为正正值值时时，ub4点点的的波波形形由由uh+up+uco确定。确定。ub4电电压压等等于于0.7V后后，T4导导通通，T4经经过过M点点时时使使电电路路输输出出脉脉冲冲。之之后后ub4一一直直被被钳钳位位在在0.7V。M点点是是T4由由截截止止到到导导通通的的转转折折点，也就是脉冲的前沿。点，也就是脉冲的前沿。因因此此当当up为为某某固固定定值值时时，改改变变uco便便可可改改变变M点点的的时时间间坐
45、坐标标，即即改改变变了了脉脉冲冲产产生生的的时时刻刻，脉脉冲冲被被移移相相。可可见见，加加up的的目目的的是是为为了了确确定定控控制制电电压压uco=0时时脉脉冲冲的的初初始始相相位。位。图图5.8.3 5.8.3 同步信号为锯齿同步信号为锯齿波的触发电路及工作波形图波的触发电路及工作波形图 2)2)同步移相环节初始位同步移相环节初始位5.8.2 晶闸管触发电路晶闸管触发电路（1)1)锯齿波形成、同步移相环节锯齿波形成、同步移相环节 对对于于三三相相全全控控桥桥接接感感性性负负载载且且电电流流连连续时，脉冲初始相位应定在续时，脉冲初始相位应定在=90o。如如果果是是可可逆逆系系统统，需需要要在
46、在整整流流和和逆逆变变状状态态下下工工作作，要要求求脉脉冲冲的的移移相相范范围围理理论论上上为为180o（由由于于考考虑虑min和和min，实实际际一一般般为为120o），由由于于锯锯齿齿波波波波形形两两端端的的非非线线性性，因因而而要要求求锯锯齿齿波波的的宽宽度度大大于于180o（例例如如240o）。此此时时令令uco=0，调调节节up的的大大小小使使产产生生脉脉冲冲的的M点点移移至至锯锯齿齿波波240o的的中中央央（120o处），对应于处），对应于=90o的位置。的位置。如如uco为为正正值值，M点点就就向向前前移移，控控制制角角90o，晶闸管电路处于逆变状态。晶闸管电路处于逆变状态。图图
47、5.8.3 5.8.3 同步信号为锯齿同步信号为锯齿波的触发电路及工作波形图波的触发电路及工作波形图 2)2)同步移相环节初始位同步移相环节初始位5.8.2 晶闸管触发电路晶闸管触发电路（2 2）同步环节）同步环节 当当Q点点电电位位达达1.4V时时，T2导导通通，Q点点电电位位被被钳钳位位在在1.4V。直直到到 TB二二次次电电压压的的下下一一个个负负半半周周到到来来时时，D1重重新新导导通通，C1迅迅速速放放电电后后又又被被充充电电，T2截截止止。如如此此周周而而复复始始。在在一一个个正正弦弦波波周周期期内内，T2包包括括截截止止与与导导通通两两个个状状态态，对对应应锯锯齿齿波波波波形形恰
48、恰好好是是一一个个周周期期，与与主主电电路路电电源源频频率率和和相相位位完完全全同步，达到同步的目的。同步，达到同步的目的。可可以以看看出出，Q点点电电位位从从同同步步电电压压负负半半周周上上升升段段开开始始时时刻刻到到达达 1.4V的的时时间间越越长长，T2截截止止时时间间就就越越长长，锯锯齿齿波波就就越越宽宽。锯锯齿齿波波的的宽宽度度是是由由充充电电时间常数时间常数R1C1决定的决定的,可达可达240o。图图5.8.3 5.8.3 同步信号为锯齿同步信号为锯齿波的触发电路及工作波形图波的触发电路及工作波形图 同步环节是由同步变压器同步环节是由同步变压器TB和作同步开关用的和作同步开关用的晶
49、体管晶体管T2组成。组成。同步变压器同步变压器TB二次电压经二极管二次电压经二极管D1间接加在间接加在T2的基极上。当二次电压波形在负半周的下降段时，的基极上。当二次电压波形在负半周的下降段时，D1导通，电容导通，电容C1被迅速充电。因被迅速充电。因O点接地为零电点接地为零电位，位，R点为负电位，点为负电位，Q点电位与点电位与R点相近，故在这点相近，故在这一阶段一阶段T2基极为反向偏置而截止。在负半周的上升基极为反向偏置而截止。在负半周的上升段，段，15V电源通过电源通过R1给电容给电容C1反向充电，为电容反反向充电，为电容反向充电波形，其上升速度比向充电波形，其上升速度比 波形慢，故波形慢，
50、故D1截止。截止。5.8.2 晶闸管触发电路晶闸管触发电路（3 3）脉冲形成环节）脉冲形成环节 脉冲形成环节脉冲形成环节T4、T5 组成，组成，T7、T8组成组成 控控制制电电压压uco加加在在T4基基极极上上。uco=0时时，T4截截止止，T5饱饱和和导导通通。T7、T8处处于于截截止止状状态态，脉脉冲冲变变压压器器TP二二次次侧侧无无脉脉冲冲输输出出。电电容容C3充充电电，充满后电容两端电压接近充满后电容两端电压接近2EC(30V)。当当 时时，T4导导通通，A点点电电位位由由+EC(+15V)下下降降到到1.0V左左右右，由由于于C3两两端端的的电电压压不不能能突突变变，T5基基极极电电