第3章整流电路（2）.ppt

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1、3.6 大功率可控整流电路大功率可控整流电路 3.6.1 带平衡电抗器的双反星带平衡电抗器的双反星 形可控整流电路形可控整流电路 3.6.2 多重化整流电路多重化整流电路 3.6 大功率可控整流电路大功率可控整流电路引言引言带平衡电抗器的双反星形可控整流电路的特带平衡电抗器的双反星形可控整流电路的特点点 适用于适用于低电压低电压、大电流大电流的场合。的场合。多重化整流电路的特点：多重化整流电路的特点：在采用相同器件时可达到在采用相同器件时可达到更大的功率更大的功率。可减少交流侧输入电流的可减少交流侧输入电流的谐波谐波或提高或提高功功率因数率因数，从而减小对供电电网的，从而减小对供电电网的干扰干

2、扰。3.6.1 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电路分析电路分析 电路结构的特点电路结构的特点 二次侧为两组匝数相同二次侧为两组匝数相同极性极性相反相反的绕阻，分别接成两组的绕阻，分别接成两组三相半三相半波电路波电路。二次侧两绕组的极性相反可二次侧两绕组的极性相反可消除铁芯的消除铁芯的直流磁化直流磁化，如，如图图3-38，虽然两组相电流的瞬时值不同，虽然两组相电流的瞬时值不同，但是平均电流相等而绕组的极性相但是平均电流相等而绕组的极性相反，所以直流安匝互相抵消。反，所以直流安匝互相抵消。平衡电抗器平衡电抗器保证两组三相半保证两组三相半波整流电路能同时导电。波

3、整流电路能同时导电。与三相桥式电路相比，双反与三相桥式电路相比，双反星形电路的星形电路的输出电流可大一倍输出电流可大一倍。图图3-37 带平衡电抗器的带平衡电抗器的双反星形可控整流电路双反星形可控整流电路3.6.1 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平衡电抗器平衡电抗器 接平衡电抗器的原因接平衡电抗器的原因 两个直流电源并联运行时，只有两个直流电源并联运行时，只有当当电压平均值电压平均值和和瞬时值瞬时值均相等均相等 时，时，才能使才能使负载均流负载均流，在双反星形电路中，两组整流电压平均值相等，但，在双反星形电路中，两组整流电压平均值相等，但瞬时值不等。瞬时值

4、不等。两个星形的中点两个星形的中点n1和和n2间的电压等于间的电压等于ud1和和ud2之差，该电压加在之差，该电压加在Lp上，产生电流上，产生电流ip，它通过两组星形自成回路，不流到负载中去，称为它通过两组星形自成回路，不流到负载中去，称为环环流或平衡电流流或平衡电流。为了使两组电流尽可能平均分配，一般使为了使两组电流尽可能平均分配，一般使Lp值足够大，以便限制值足够大，以便限制环流在负载额定电流的环流在负载额定电流的1%2%以内。以内。双反星形电路中如不接平衡电抗器，即成为双反星形电路中如不接平衡电抗器，即成为六相半波整流电路六相半波整流电路。六相半波整流电路中，只能有一个晶闸管导电，其余五

5、管均阻断，六相半波整流电路中，只能有一个晶闸管导电，其余五管均阻断，每管最大导通角为每管最大导通角为60 ，平均电流为，平均电流为Id/6；当；当=0 时，时，Ud为为1.35U2，比比三相半波时的三相半波时的1.17U2略大些；因略大些；因晶闸管导电时间晶闸管导电时间短，短，变压器利用率变压器利用率低，低，极少采用。极少采用。3.6.1 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图图3-39 平衡电抗器作用下输出电压的平衡电抗器作用下输出电压的波形和平衡电抗器上电压的波形波形和平衡电抗器上电压的波形图图3-40 平衡电抗器作用下两平衡电抗器作用下两个晶闸管同时导电的

6、情况个晶闸管同时导电的情况平衡电抗器的工作原理分析平衡电抗器的工作原理分析 平衡电抗器平衡电抗器Lp承担了承担了n1、n2间的电位差，它补偿了间的电位差，它补偿了ub和和ua的电动势差的电动势差，使得，使得ub和和ua两相的晶闸管能同时导电。两相的晶闸管能同时导电。t1时，时，ubua，VT6导通，导通，此电流在流经此电流在流经LP时，时，LP上要感上要感应一电动势应一电动势up，其方向是要其方向是要阻阻止电流增大止电流增大。可导出。可导出Lp两端电两端电压、整流输出电压的数学表达压、整流输出电压的数学表达式如下：式如下：(3-97)(3-98)t1时刻时刻3.6.1 带平衡电抗器的双反星形可

7、控整流电路带平衡电抗器的双反星形可控整流电路图图3-39 平衡电抗器作用下输出电压的平衡电抗器作用下输出电压的波形和平衡电抗器上电压的波形波形和平衡电抗器上电压的波形图图3-40 平衡电抗器作用下两平衡电抗器作用下两个晶闸管同时导电的情况个晶闸管同时导电的情况虽然虽然ud1ud2，但由于但由于Lp的平衡作用，的平衡作用，使得晶闸管使得晶闸管VT6和和VT1同时导通。同时导通。时间推迟至时间推迟至ub与与ua的交点时，的交点时，ub=ua，up=0。之后之后ub ub，电流才从电流才从VT6换至换至VT2，此时此时VT1、VT2同时导电。同时导电。每一组中的每一个晶闸管仍按每一组中的每一个晶闸管

8、仍按三相三相半波的导电规律半波的导电规律而各轮流导电。而各轮流导电。平衡电抗器中点作为整流电压输出平衡电抗器中点作为整流电压输出的负端，其输出的整流电压瞬时值为的负端，其输出的整流电压瞬时值为两组三相半波整流电压瞬时值的平均两组三相半波整流电压瞬时值的平均值。值。3.6.1 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谐波分析谐波分析 将图将图3-38中中ud1和和ud2的波形用傅氏级数展开，可得当的波形用傅氏级数展开，可得当=0 时的时的ud1、ud2，即即由式（由式（3-97）和（）和（3-98）可得）可得 负载电压负载电压ud中的中的谐波分量谐波分量比比直流分量直

9、流分量要小得多，而且要小得多，而且最低次谐波最低次谐波为为六次六次谐谐波。波。直流平均电压为直流平均电压为(3-99)(3-100)(3-101)(3-102)3.6.1 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=30、=60 和和=90 时输时输出电压的波形分析出电压的波形分析 当需要分析各种控制角时的当需要分析各种控制角时的输出波形时，可根据式（输出波形时，可根据式（3-98）先求出两组三相半波电路的先求出两组三相半波电路的ud1和和ud2波形，然后做出波形波形，然后做出波形(ud1+ud2)/2。输出电压波形与三相半波电输出电压波形与三相半波电路比较，路比较，

10、脉动程度减小了脉动程度减小了，脉动脉动频率加大一倍频率加大一倍，f=300Hz。在在电感负载情况下，移相范电感负载情况下，移相范围是围是90。在在电阻负载情况下，移相范电阻负载情况下，移相范围为围为120。整流电压平均值为整流电压平均值为Ud=1.17图图3-41 当当 =30、60、90 时，时，双反星形电路的输出电压波形双反星形电路的输出电压波形U2cos 3.6.1 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将双反星形电路与三相桥式电路进行比较可得出以将双反星形电路与三相桥式电路进行比较可得出以下结论下结论 三相桥为两组三相半波三相桥为两组三相半波串联串联，而双

11、反星形为两，而双反星形为两组三相半波组三相半波并联并联，且后者需用，且后者需用平衡电抗器平衡电抗器。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是三相桥的是三相桥的2倍。倍。两种电路中，晶闸管的导通及触发脉冲的分配两种电路中，晶闸管的导通及触发脉冲的分配关系一样，关系一样，ud和和id的波形形状一样。的波形形状一样。3.6.2 多重化整流电路多重化整流电路可采用多重化整流电路减轻整流装可采用多重化整流电路减轻整流装置所产生的谐波、无功功率等对电网置所产生的谐波、无功功率等对电网的的干扰干扰，将几个整流电路多重联结可，将几个整流电路多重联结可以减少交流侧

12、输入以减少交流侧输入电流谐波电流谐波，而对晶，而对晶闸管多重整流电路采用顺序控制的方闸管多重整流电路采用顺序控制的方法可提高法可提高功率因数功率因数。移相多重联结移相多重联结 有有并联多重联结并联多重联结和和串联多重联结串联多重联结。可减少可减少输入电流谐波输入电流谐波，减小，减小输出输出电压电压中的中的谐波谐波并提高并提高纹波频率纹波频率，因而，因而可减小平波电抗器。可减小平波电抗器。使用使用平衡电抗器平衡电抗器来平衡来平衡2组整流器组整流器的电流。的电流。图图3-42的电路是的电路是2个三相桥并联而个三相桥并联而成的成的12脉波整流电路脉波整流电路。图图3-42 并联多重联结并联多重联结的

13、的12脉波整流电路脉波整流电路3.6.2 多重化整流电路多重化整流电路图图3-43 移相移相30 串联串联2重联结电重联结电路路移相移相30 构成的串联构成的串联2重联结电路重联结电路 整流变压器二次绕组分别采用星形和三角形接法构成整流变压器二次绕组分别采用星形和三角形接法构成相位相差相位相差30、大小相等、大小相等的两组电压，接到相互的两组电压，接到相互串联串联的的2组整流桥。组整流桥。因绕组接法不同，变压器一次绕组和两组二次绕组的匝比如图所因绕组接法不同，变压器一次绕组和两组二次绕组的匝比如图所示，为示，为1:1:。该电路为该电路为12脉波脉波整流电路。整流电路。星形星形接法接法三角形三角

14、形接法接法0a)b)c)d)ia1Id180360ia2iab2iAIdiab2tttt000Id2333Id33IdId32 3(1+)Id32 3(1+)Id33Id13其他特性如下：其他特性如下：直流输出电压直流输出电压 3.6.2 多重化整流电路多重化整流电路对图对图3-44波形波形iA进行傅里叶分析，可得其基波幅值进行傅里叶分析，可得其基波幅值Im1和和n次谐波幅值次谐波幅值Imn分别如下：分别如下：即输入电流即输入电流谐波次数谐波次数为为12k1，其幅值与次数成反比而降低。其幅值与次数成反比而降低。功率因数功率因数(3-103)(3-104)位移因数位移因数（单桥时相同）（单桥时相

15、同）3.6.2 多重化整流电路多重化整流电路利用变压器二次绕阻接法的不同，互相错开利用变压器二次绕阻接法的不同，互相错开20，可将三组桥构成，可将三组桥构成串联串联3重重联结电路联结电路 整流变压器采用星形三角形组合无法移相整流变压器采用星形三角形组合无法移相20，需采用，需采用曲折接法曲折接法。整流电压整流电压ud在每个电源周期内脉动在每个电源周期内脉动18次，故此电路为次，故此电路为18脉波整流电路脉波整流电路。交流侧输入电流谐波更少，为交流侧输入电流谐波更少，为18k1次次（k=1,2,3），），ud的脉动也更小。的脉动也更小。输入位移因数和功率因数分别为：输入位移因数和功率因数分别为：

16、cos 1=cos =0.9949cos 将整流变压器的二次绕组移相将整流变压器的二次绕组移相15，可构成，可构成串联串联4重联结电路重联结电路 为为24脉波整流电路脉波整流电路。其交流侧输入电流谐波次为其交流侧输入电流谐波次为24k1，k=1，2，3。输入位移因数功率因数分别为：输入位移因数功率因数分别为：cos 1=cos =0.9971cos 采用多重联结的方法并不能提高采用多重联结的方法并不能提高位移因数位移因数，但可使，但可使输入电流谐波输入电流谐波大幅减小，大幅减小，从而也可以在一定程度上提高从而也可以在一定程度上提高功率因数功率因数。3.6.2 多重化整流电路多重化整流电路db)

17、c)iId2 IduOap+aa)图图3-45 单相串联单相串联3重联结电路重联结电路及顺序控制时的波形及顺序控制时的波形 多重联结电路的顺序控制多重联结电路的顺序控制 只对一个桥的只对一个桥的 角进行控制角进行控制，其余各桥，其余各桥的工作状态则根据需要输出的整流电压而定，的工作状态则根据需要输出的整流电压而定，或者不工作而使该桥输出直流电压为零，或或者不工作而使该桥输出直流电压为零，或者者 =0而使该桥输出电压最大。而使该桥输出电压最大。根据所需总直流输出电压根据所需总直流输出电压从低到高从低到高的变的变化，按顺序依次对各桥进行控制，因而被称化，按顺序依次对各桥进行控制，因而被称为为顺序控

18、制顺序控制。以用于电气机车的以用于电气机车的3重晶闸管整流桥顺重晶闸管整流桥顺序控制为例序控制为例 当需要输出的直流电压低于三分之一当需要输出的直流电压低于三分之一最高电压时，只对最高电压时，只对第第I组桥的组桥的 角角进行控制，进行控制，同时同时VT23、VT24、VT33、VT34保持导通，这保持导通，这样第样第II、III组桥的直流输出电压就为零。组桥的直流输出电压就为零。3.6.2 多重化整流电路多重化整流电路当需要输出的直流电压达到三分之一最高电压时，当需要输出的直流电压达到三分之一最高电压时，第第I组桥组桥的的 角为角为0。需要输出电压为三分之一到三分之二最高电压时，需要输出电压为

19、三分之一到三分之二最高电压时，第第I组桥组桥的的 角固定为角固定为0，VT33和和VT34维持导通，仅对维持导通，仅对第第II组桥的组桥的 角角进行控制。进行控制。需要输出电压为三分之二最高电压以上时，需要输出电压为三分之二最高电压以上时，第第I、II组桥的组桥的 角固定为角固定为0，仅对，仅对第第III组桥的组桥的 角角进行控制。进行控制。db)c)iId2 IduOap+a图图3-45 单相串联单相串联3重联结电路及顺序控制时的波形重联结电路及顺序控制时的波形 a）3.6.2 多重化整流电路多重化整流电路图图3-45 a)单相串联单相串联3重联结电路重联结电路 使直流输出电压波形不含负的部

20、分，可采使直流输出电压波形不含负的部分，可采取如下控制方法取如下控制方法 以第以第I组桥为例，当电压相位为组桥为例，当电压相位为 时，触时，触发发VT11、VT14使其导通并流过直流电流。使其导通并流过直流电流。在电压相位为在电压相位为 时，触发时，触发VT13，则，则VT11关关断，通过断，通过VT13、VT14续流，桥的输出电压为续流，桥的输出电压为零而不出现负的部分。零而不出现负的部分。电压相位为电压相位为+时，触发时，触发VT12，则，则VT14关断，由关断，由VT12、VT13导通而输出直流电压。导通而输出直流电压。电压相位为电压相位为2 时，触发时，触发VT11，则，则VT13关关

21、断，由断，由VT11和和VT12续流，桥的输出电压为零。续流，桥的输出电压为零。顺序控制的电流波形中，正（或负）半周顺序控制的电流波形中，正（或负）半周期内前后四分之一周期波形不对称，因此含期内前后四分之一周期波形不对称，因此含有一定的有一定的偶次谐波偶次谐波，但其基波分量比电压的，但其基波分量比电压的滞后少，因而滞后少，因而位移因数位移因数高，从而提高了总的高，从而提高了总的功率因数功率因数。3.7 整流电路的有源逆变工作状态整流电路的有源逆变工作状态 3.7.1 逆变的概念逆变的概念 3.7.2 三相桥整流电路的有源逆变工作状态三相桥整流电路的有源逆变工作状态 3.7.3 逆变失败与最小逆

22、变角的限制逆变失败与最小逆变角的限制 3.7.1 逆变的概念逆变的概念什么是逆变？为什么要逆变？什么是逆变？为什么要逆变？逆变（逆变（invertion）：把直流电转变成交流电的把直流电转变成交流电的过程。过程。逆变电路：把直流电逆变成交流电的电路。逆变电路：把直流电逆变成交流电的电路。当交流侧和电网连结时，为当交流侧和电网连结时，为有源逆变有源逆变电路。电路。变流电路的交流侧不与电网联接，而直接接变流电路的交流侧不与电网联接，而直接接到负载，即把直流电逆变为某一频率或可调频率到负载，即把直流电逆变为某一频率或可调频率的交流电供给负载，称为的交流电供给负载，称为无源逆变无源逆变。对于对于可控整

23、流电路可控整流电路，满足一定条件就可工作于，满足一定条件就可工作于有源逆变有源逆变，其电路形式未变，只是电路工作条件，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，称转变。既工作在整流状态又工作在逆变状态，称为为变流电路变流电路。3.7.1 逆变的概念逆变的概念图图3-46 直流发电机直流发电机电动机之间电能的流转电动机之间电能的流转a）两电动势同极性两电动势同极性EGEM b）两电动势同极性两电动势同极性EMEG c）两电动势反极性，形成短路两电动势反极性，形成短路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 M作作电动运转电动运转，EGEM，电流电

24、流Id从从G流向流向M，电能由电能由G流向流向M，转变转变为为M轴上输出的机械能轴上输出的机械能。回馈制动回馈制动状态中，状态中，M作发电运转，作发电运转，EMEG，电流反向，从电流反向，从M流向流向G，M轴上输入的机械能转变为电能反送给轴上输入的机械能转变为电能反送给G。两电动势两电动势顺向串联顺向串联，向电阻，向电阻R供电，供电，G和和M均输出功率，由于均输出功率，由于R一般都很一般都很小，实际上形成短路，在工作中必须严防这类事故发生。小，实际上形成短路，在工作中必须严防这类事故发生。两个电动势两个电动势同极性相接同极性相接时，电流总是从电动势高的流向电动势低的，由时，电流总是从电动势高的

25、流向电动势低的，由于回路电阻很小，即使很小的电动势差值也能产生大的电流，使两个电动势于回路电阻很小，即使很小的电动势差值也能产生大的电流，使两个电动势之间交换很大的功率，这对分析有源逆变电路是十分有用的。之间交换很大的功率，这对分析有源逆变电路是十分有用的。3.7.1 逆变的概念逆变的概念EM逆变产生的条件逆变产生的条件 以单相全波电路代替上述发以单相全波电路代替上述发电机来分析电机来分析 电动机电动机M作作电动机电动机运行，运行，全波电路应工作在全波电路应工作在整流状态整流状态，的范围在的范围在0/2间，直流侧输出间，直流侧输出Ud为正值，并且为正值，并且UdEM，交流电交流电网输出电功率，

26、电动机则输入电网输出电功率，电动机则输入电功率。功率。电动机电动机M作作发电回馈制动发电回馈制动运行，由于晶闸管器件的运行，由于晶闸管器件的单向导单向导电性电性，电路内，电路内Id的方向依然不变，的方向依然不变，而而M轴上输入的机械能转变为电轴上输入的机械能转变为电能反送给能反送给G，只能改变只能改变EM的极性的极性，为了避免两电动势顺向串联，为了避免两电动势顺向串联，Ud的极性的极性也必须反过来，故也必须反过来，故 的范的范围在围在/2，且，且|EM|Ud|。uuua)b)u10udu20u10aOO tIdidUdEM10ud2010OOIdidUd/2，使，使Ud为负值。为负值。两者必须

27、同时具备才能实现有源逆变。两者必须同时具备才能实现有源逆变。半控桥或有续流二极管的电路半控桥或有续流二极管的电路，因其整流电压，因其整流电压ud不能出现负值，也不允许直流侧出现负极性的电不能出现负值，也不允许直流侧出现负极性的电动势，故不能实现有源逆变，欲实现有源逆变，动势，故不能实现有源逆变，欲实现有源逆变，只能采用只能采用全控电路全控电路。3.7.2 三相桥整流电路的有源逆变工作状三相桥整流电路的有源逆变工作状态态uabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbuabuacubcuaubucuaubucuaubucuaubu2ud

28、tOtOb=p4b=p3b=p6b=p4b=p3b=p6t1t3t2图图3-48 三相桥式整流电路工作于有源逆变状态时的电压波形三相桥式整流电路工作于有源逆变状态时的电压波形 逆变角逆变角 通常把通常把 /2时的控制角用时的控制角用-=表示，表示，称为逆变角称为逆变角。的大小自的大小自=0的起始点向的起始点向左方左方计量。计量。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及晶闸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及晶闸管两端电压波形如图管两端电压波形如图3-48所示。所示。3.7.2 三相桥整流电路的有源逆变工作状三相桥整流电路的有源逆变工作状态态基本的数量

29、关系基本的数量关系 三相桥式电路的输出电压三相桥式电路的输出电压Ud=-3.34U2cos=-1.35U2Lcos 输出直流电流的平均值输出直流电流的平均值 流过晶闸管的电流有效值流过晶闸管的电流有效值从交流电源送到直流侧负载的有功功率为从交流电源送到直流侧负载的有功功率为变压器二次侧线电流的有效值变压器二次侧线电流的有效值 当逆变工作时，由于当逆变工作时，由于EM为负值，故为负值，故Pd一般为负值一般为负值，表示功率由直流电，表示功率由直流电源输送到交流电源。源输送到交流电源。(3-105)(3-106)(3-107)(3-108)3.7.3 逆变失败与最小逆变角的限制逆变失败与最小逆变角的

30、限制逆变运行时，一旦发生换相失败，外接的直流电源逆变运行时，一旦发生换相失败，外接的直流电源就会通过晶闸管电路形成短路，或者使变流器的就会通过晶闸管电路形成短路，或者使变流器的输出平均电压和直流电动势变成顺向串联，由于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，形成很大的短路电流，这逆变电路的内阻很小，形成很大的短路电流，这种情况称为种情况称为逆变失败逆变失败，或称为，或称为逆变颠覆逆变颠覆。逆变失败的原因逆变失败的原因 触发电路触发电路工作不可靠，不能适时、准确地给各工作不可靠，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，致晶闸管分配脉冲，如脉冲丢失、脉冲延

31、时等，致使晶闸管不能正常换相。使晶闸管不能正常换相。晶闸管晶闸管发生故障，该断时不断，或该通时不通。发生故障，该断时不断，或该通时不通。交流电源交流电源缺相或突然消失。缺相或突然消失。换相的换相的裕量角裕量角不足，引起换相失败。不足，引起换相失败。3.7.3 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udOOidttuaubucuaubpbgb giVT1iVTiVT3iVTiVT322考虑变压器漏抗引起重叠角考虑变压器漏抗引起重叠角 对逆对逆变电路换相的影响变电路换相的影响 以以VT3和和VT1的换相过程来分析，的换相过程来分析，在在 时，经过换相过程后，时，经过换相过程后，a相电

32、相电压压ua仍高于仍高于c相电压相电压uc，所以换相结所以换相结束时，能使束时，能使VT3承受反压而承受反压而关断关断。当当 时，换相尚未结束，电路时，换相尚未结束，电路的工作状态到达自然换相点的工作状态到达自然换相点p点之后，点之后，uc将高于将高于ua，晶闸管晶闸管VT1承受反压而承受反压而重新重新关断关断，使得应该关断的，使得应该关断的VT3不能不能关断却继续关断却继续导通导通，且，且c相电压随着时相电压随着时间的推迟愈来愈高，电动势间的推迟愈来愈高，电动势顺向串联顺向串联导致逆变失败。导致逆变失败。为了防止逆变失败，不仅逆变为了防止逆变失败，不仅逆变角角 不能等于零，而且不能太小，必不

33、能等于零，而且不能太小，必须限制在某一允许的须限制在某一允许的最小角度最小角度内。内。图图3-49 交流侧电抗对逆交流侧电抗对逆变换相过程的影响变换相过程的影响 3.7.3 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确定最小逆变角确定最小逆变角 min的依据的依据 逆变时允许采用的逆变时允许采用的最小逆变角最小逆变角 应等于应等于 为晶闸管的关断时间为晶闸管的关断时间tq折合的电角度折合的电角度,约约4 5 为换相重叠角，可查阅相关手册，也可根据表为换相重叠角，可查阅相关手册，也可根据表3-2计算，计算，即即 根据逆变工作时根据逆变工作时=-，并设，并设=，上式可改写成，上式可改写成

34、 由此计算出由此计算出 为安全裕量角，主要针对脉冲不对称程度（一般可达为安全裕量角，主要针对脉冲不对称程度（一般可达5），约取为），约取为10。设计逆变电路时，必须保证设计逆变电路时，必须保证 ，因此常在触发电路中附加一保护环节，保证，因此常在触发电路中附加一保护环节，保证触发脉冲不进入小于触发脉冲不进入小于 min的区域内。的区域内。(3-109)(3-110)(3-111)3.8 相控电路的驱动控制相控电路的驱动控制 3.8.1 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 3.8.2 集成触发器集成触发器 3.8.3 触发电路的定相触发电路的定相3.8 相控电路的驱动控制相控电路

35、的驱动控制引言引言相控电路相控电路 晶闸管可控整流电路，通过控制晶闸管可控整流电路，通过控制触发角触发角 的大小即控制的大小即控制触发脉冲起始触发脉冲起始相位相位来控制输出电压大小。来控制输出电压大小。采用晶闸管相控方式时的交流电力变换电路和交交变频采用晶闸管相控方式时的交流电力变换电路和交交变频电路（第电路（第4章）。章）。相控电路的驱动控制相控电路的驱动控制 为保证相控电路正常工作，很重要的是应保证按为保证相控电路正常工作，很重要的是应保证按触发角触发角 的大小在正确的时刻向电路中的晶闸管施加有效的触发的大小在正确的时刻向电路中的晶闸管施加有效的触发脉冲。脉冲。晶闸管相控电路，习惯称为晶闸

36、管相控电路，习惯称为触发电路触发电路。大、中功率的变流器广泛应用的是大、中功率的变流器广泛应用的是晶体管触发电路晶体管触发电路，其中，其中以以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应用最多。应用最多。同步信号为锯齿波的触发电路结构电网电压同步环节锯齿波形成脉冲形成双窄脉冲放大控制信号3.8.1 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3.8.1 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电路电路输出可为输出可为双窄脉冲双窄脉冲（适（适用于有两个晶闸管同时导通的用于有两个晶闸管同时导通的电路），也可为电路），也可为单窄脉冲单窄脉冲。三个基本环节：三个基本环节：

37、脉冲的形成脉冲的形成与放大与放大、锯齿波的形成和脉冲锯齿波的形成和脉冲移相移相、同步环节同步环节。此外，还有。此外，还有强触发和双窄脉冲形成环节强触发和双窄脉冲形成环节。脉冲形成环节脉冲形成环节 由晶体管由晶体管V4、V5组成，组成，V7、V8起起脉冲放大脉冲放大作用。作用。控制电压控制电压uco加在加在V4基极基极上上 电路的触发脉冲由脉冲电路的触发脉冲由脉冲变压器变压器TP二次侧输出，其一次二次侧输出，其一次绕组接在绕组接在V8集电极电路中。集电极电路中。脉冲前沿由脉冲前沿由V4导通时刻导通时刻确定，脉冲宽度与反向充电回确定，脉冲宽度与反向充电回路时间常数路时间常数R11C3有关。有关。图

38、图3-50 同步信号为同步信号为锯齿波的触发电路锯齿波的触发电路3.8.1 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锯齿波的形成和脉冲移相锯齿波的形成和脉冲移相环节环节 锯齿波电压形成的方案锯齿波电压形成的方案较多，如采用较多，如采用自举式电路自举式电路、恒流源电路恒流源电路等，本电路采用等，本电路采用恒流源电路。恒流源电路。恒流源电路方案由恒流源电路方案由V1、V2、V3和和C2等元件组成，其等元件组成，其中中V1、VS、RP2和和R3为一为一恒恒流源电路流源电路同步环节同步环节 触发电路与主电路的同触发电路与主电路的同步是指要求锯齿波的步是指要求锯齿波的频率频率与与主电路电源的

39、主电路电源的频率相同频率相同且且相相位关系位关系确定。确定。图图3-50 同步信号为锯齿同步信号为锯齿波的触发电路波的触发电路3.8.1 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锯齿波是由开关锯齿波是由开关V2管管来控制的来控制的 V2开关的频率就是开关的频率就是锯齿波的频率锯齿波的频率由由同步变压器所接的交同步变压器所接的交流电压决定。流电压决定。V2由导通变截止期由导通变截止期间产生锯齿波间产生锯齿波锯锯齿波起点齿波起点基本就是同基本就是同步电压由正变负的过步电压由正变负的过零点。零点。V2截止状态持续的截止状态持续的时间就是时间就是锯齿波的宽锯齿波的宽度度取决于充电时取决于充

40、电时间常数间常数R1C1。图图3-50 同步信号为锯齿同步信号为锯齿波的触发电路波的触发电路3.8.1 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双窄脉冲形成环节双窄脉冲形成环节 内双脉冲电路内双脉冲电路：每个触发单元的一个周期内输出两个：每个触发单元的一个周期内输出两个间隔间隔60 的脉冲的电路。的脉冲的电路。V5、V6构成一个构成一个“或或”门门 当当V5、V6都导通时，都导通时，V7、V8都截止，没有脉冲输出。都截止，没有脉冲输出。只要只要V5、V6有一个截止，都会使有一个截止，都会使V7、V8导通，有脉导通，有脉冲输出。冲输出。第一个脉冲由本相触发单元的第一个脉冲由本相触发单

41、元的uco对应的控制角对应的控制角 产产生。隔生。隔60 的第二个脉冲是由滞后的第二个脉冲是由滞后60 相位的后一相触相位的后一相触发单元产生（通过发单元产生（通过V6）。）。在三相桥式全控整流电路中，器件的导通次序为在三相桥式全控整流电路中，器件的导通次序为VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6，彼此间隔彼此间隔60，相邻器件，相邻器件成双成双接通接通，所以某个器件导通的同时，触发单元需要给前一，所以某个器件导通的同时，触发单元需要给前一个导通的器件补送一个脉冲。个导通的器件补送一个脉冲。3.8.2 集成触发器集成触发器图图3-52 KJ004电路原理图电路原理图集成电路集成电路可靠

42、性高，技术性能好，体积小，功耗低，调试方便，已逐步取代可靠性高，技术性能好，体积小，功耗低，调试方便，已逐步取代分立式电路分立式电路。KJ004 与分立元件的锯齿波移相触发电路相似与分立元件的锯齿波移相触发电路相似,分为分为同步同步、锯齿波形成锯齿波形成、移相移相、脉冲形成脉冲形成、脉冲分选脉冲分选及及脉冲放大脉冲放大几个环节。几个环节。3.8.2 集成触发器集成触发器图图3-53 三相全控桥整流电路的集成触发电路三相全控桥整流电路的集成触发电路完整的三相全控桥触发电路完整的三相全控桥触发电路 3个个KJ004集成块集成块和和1个个KJ041集成块集成块，可形成六路双，可形成六路双脉冲，再由六

43、个晶体管进行脉脉冲，再由六个晶体管进行脉冲放大即可。冲放大即可。KJ041内部是由内部是由12个二极个二极管构成的管构成的6个个或门或门，其作用是，其作用是将将6路单脉冲输入转换为路单脉冲输入转换为6路双路双脉冲输出。脉冲输出。模拟触发电路与数字触发电模拟触发电路与数字触发电路路 模拟触发电路模拟触发电路的优点是的优点是结结构简单、可靠构简单、可靠;缺点是易受电缺点是易受电网电压影响，触发脉冲不对称网电压影响，触发脉冲不对称度较高，度较高，可达可达3 4，精度，精度低。低。数字触发电路数字触发电路的脉冲对称的脉冲对称度很好，如基于度很好，如基于8位单片机的位单片机的数字触发器精度可达数字触发器

44、精度可达0.7 1.5。3.8.3 触发电路的定相触发电路的定相触发电路的定相：触发电路应保证每个晶闸触发电路的定相：触发电路应保证每个晶闸管触发脉冲与施加于晶闸管的交流电压保管触发脉冲与施加于晶闸管的交流电压保持固定、正确的持固定、正确的相位关系相位关系。触发电路的定相触发电路的定相 利用一个利用一个同步变压器同步变压器保证触发电路和主保证触发电路和主电路频率一致。电路频率一致。接下来的问题是触发电路的定相，即选接下来的问题是触发电路的定相，即选择同步电压信号的相位，以保证触发脉冲择同步电压信号的相位，以保证触发脉冲相位正确，关键是相位正确，关键是确定同步信号与晶闸管确定同步信号与晶闸管阳极

45、电压的关系阳极电压的关系。3.8.3 触发电路的定相触发电路的定相Ott1t2uaubucu2ua-图图3-54 三相全控桥中同步电压与主电路电压关系示意图三相全控桥中同步电压与主电路电压关系示意图分析三相全控桥分析三相全控桥 VT1所接主电路电压为所接主电路电压为+ua，VT1的触发脉冲从的触发脉冲从0 至至180 的范围为的范围为 t1 t2。锯齿波的上升段为锯齿波的上升段为240，上升段起始的，上升段起始的30 和终了的和终了的30 线性度不好，线性度不好，舍去不用，使用中间的舍去不用，使用中间的180，锯齿波的中点与同步信号的锯齿波的中点与同步信号的300 位置对应位置对应。将将=90

46、 确定为锯齿波的中点，锯齿波向前向后各有确定为锯齿波的中点，锯齿波向前向后各有90 的移相范围。于的移相范围。于是是=90 与同步电压的与同步电压的300 对应，也就是对应，也就是=0 与同步电压的与同步电压的210 对应对应。=0 对应于对应于ua的的30 的位置，则同步信号的的位置，则同步信号的180 与与ua的的0 对应，说明对应，说明VT1的同步电压应滞后于的同步电压应滞后于ua180。对于其他对于其他5个晶闸管，也存在同样的对应关系。个晶闸管，也存在同样的对应关系。3.8.3 触发电路的定相触发电路的定相图图3-55给出了变压器接法的一种情况及相应的矢量图，其中主电路给出了变压器接法

47、的一种情况及相应的矢量图，其中主电路整流变压器为整流变压器为D,y-11联结，同步变压器为联结，同步变压器为D,y-11,5联结，同步电压选取联结，同步电压选取的结果如表的结果如表3-4所示，为防止电网电压波形畸变对触发电路产生干扰，所示，为防止电网电压波形畸变对触发电路产生干扰，可对同步电压进行可对同步电压进行R-C滤波，当滤波，当R-C滤波器滞后角为滤波器滞后角为60 时，同步电压时，同步电压选取结果如表选取结果如表3-5所示。所示。图图3-53 同步变压器和整流变压器的接法及矢量图同步变压器和整流变压器的接法及矢量图 3.8.3 触发电路的定相触发电路的定相表表3-4 三相全控桥各晶闸管

48、的同步电压（采用图三相全控桥各晶闸管的同步电压（采用图3-59变压器接法时）变压器接法时）表表3-5 三相桥各晶闸管的同步电压（有三相桥各晶闸管的同步电压（有R-C滤波滞后滤波滞后60）晶闸管晶闸管VT1VT2VT3VT4VT5VT6主电路主电路电压电压+ua-uc+ub-ua+uc-ub 同步电同步电压压-usa+usc-usb+usa-usc+usb 晶闸管晶闸管VT1VT2VT3VT4VT5VT6主电路主电路电压电压+ua-uc+ub-ua+uc-ub 同步电同步电压压+usb-usa+usc-usb+usa-usc 3.8.3 触发电路的定相触发电路的定相例：三相全控桥，电动机负载，要

49、求可逆，整流变压器的接法是例：三相全控桥，电动机负载，要求可逆，整流变压器的接法是D，y-5，采用采用NPN锯齿波触发器，并附有滞后锯齿波触发器，并附有滞后30 的的R-C滤波器，决定晶闸管的同步电压和同步变压器的联结形式。滤波器，决定晶闸管的同步电压和同步变压器的联结形式。解：整流变压器接法如图解：整流变压器接法如图3-56所示所示 以以a相为例，相为例，ua的的120 对应于对应于=90，此时此时Ud=0，处于整流和逆变的临界点。该点与锯齿波的中点重合，即对处于整流和逆变的临界点。该点与锯齿波的中点重合，即对应于同步信号的应于同步信号的300，所以同步信号滞后，所以同步信号滞后ua180，

50、又因为又因为R-C滤波已使同步信号滞后滤波已使同步信号滞后30，所以同步信号只要再，所以同步信号只要再滞后滞后150就可以了。就可以了。满足上述关系的同步电压相量图及同步变压器联结形式如下两幅图所示。满足上述关系的同步电压相量图及同步变压器联结形式如下两幅图所示。图图3-56 整流变压器接法整流变压器接法 各晶闸管的同步电压选取如下表：各晶闸管的同步电压选取如下表：晶闸管VT1VT2VT3VT4VT5VT6同步电压-usbusa-uscusb-usausc图图3-57 同步电压相量图及同步变压器联接图同步电压相量图及同步变压器联接图a 同步电压相量图同步电压相量图 b同步变压器联接图同步变压器