电力电子技术_第二章三相整流

电力电子技术整流电路2.2三相可控整流电路虽然单相可控整流电路具有线路简单，维护、调试方便等优点，但输出整流电压脉动大，又会影响三相交流电网的平衡。因此，当负载容量较大（一般指4KW以上），要求的直流电压脉动较小时，通常采用三相可控整流电路。先重点介绍三相半波可控整流电路不同负载时的组成、工作原理、波形分析、电路各电量的计算等，然后再介绍三相桥式全控整流电路。电力电子技术整流电路2.2.1三相半波可控整流电路一.电阻性负载1.三相半波不可控整流电路22265617.1263)(sin223UUttdUUd二极管换相时刻(1、3、5点)为自然换相点，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a的起点，即a=0电力电子技术整流电路2.三相半波可控整流电路（共阴极）注意：（1）T的接法、共阴极的特点。（2）α角的起始点不再是坐标原点，而是自然换相点1、3、5点处。电力电子技术整流电路3.工作原理（1）300α≤30°时输出的电压、电流的波形都是连续的电力电子技术整流电路（2）150＜30输出电压断续晶闸管的导通角是150°-α。注意:在输出电压断续情况下，晶闸管所承受的电压除了前面提到的三部分外，还多了一种情况，就是当三只晶闸管都不导通时，每只晶闸管均承受各自的相电压。)6cos(1U675.0)6cos(1U223)t(tdsinU223U2226d电力电子技术整流电路20ddU17.1UU4.数量关系：（1）直流输出电压的平均值Ud300cosU17.1)t(tdsinU223U22656d150＜30)6cos(1U675.0)t(tdsinU223U226d当α=0°时，Ud最大，为150时，Ud最小，为0。（2）直流输出电流的平均值IddddRUI（3）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22224526322U.UUUUlTM在电流断续时，晶闸管承受的是各自的相电压，故其承受的最大正向电压是相电压的峰值为。2U2电力电子技术整流电路二.电感性负载ud波形没有出现负值，电流也是连续的ud的波形出现了负值，电流id的波形即连续又平稳α=90°时，ud的波形的正负面积相等电力电子技术整流电路数量关系：（1）直流输出电压的平均值UdcosU17.1)t(tdsinU223U22656d（2）直流输出电流的平均值IddddRUI（3）变压器相电流和流过一只晶闸管的电流ddTI31Idd2TI577.0I31II（4）晶闸管承受的最大正反向电压22l2TMU45.2U6U2U（5）有效移相范围是90～057.1I)2～5.1(IT)AV(T注：为了扩大移相范围以及使电流id平稳，也可在负载两端并接续流二极管VDR。电力电子技术整流电路特点：阻感负载，L值很大，id波形基本平直a≤30时：整流电压波形与电阻负载时相同a30时•u2过零时，VT1不关断，直到VT3的脉冲到来，才换流，由VT3导通向负载供电，同时向VT1施加反压使其关断——ud波形中出现负的部分阻感负载时的移相范围为90三相半波的主要缺点在于其变压器二次电流中含有直流分量，为此其应用较少电力电子技术整流电路四.共阳极三相半波可控整流电路dddREUI三.反电动势负载对于螺栓式的晶闸管来说，可以将晶闸管的阳极固定在同一块大散热器上，散热效果好，安装方便。此电路的触发电路不能再像共阴极电路的触发电路那样，引出公共的一条接阴极的线，而且输出脉冲变压器二次侧绕组也不能有公共线，这就给调试和使用带来了不便。cosU17.1U2d电力电子技术整流电路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，相对单相输出脉动小，基波150Hz。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120°。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）。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。电力电子技术整流电路2.2.2三相桥式全控整流电路为改善三相半波电路变压器利用率低等缺点，可将三相半波共阴极和共阳极电路串联起来，形成三相桥式全控整流电路。应用最为广泛共阴极组——阴极连接在一起的3个晶闸管（VT1，VT3，VT5）共阳极组——阳极连接在一起的3个晶闸管（VT4，VT6，VT2）电力电子技术整流电路一.电阻性负载ωt1～ωt2：在ωt1时刻，给VT1加触发脉冲，满足其导通的两个条件，假设此时共阳极组阴极电位最低的晶闸管VT6已导通。uvvuduuuuωt2～ωt3：u相相电压uu仍是最高，w相相电压uw为最负，在2点，给晶闸管VT2加触发脉冲，使其导通。uwwuduuuuωt3～ωt4：VT3和VT2导通，ud=uvwωt4～ωt5：VT4和VT3导通，ud=uvuωt5～ωt6：VT5和VT4导通,ud=uwuωt6～ωt7：VT6和VT5导通,ud=uwv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电力电子技术整流电路特点:晶闸管的触发导通顺序为VT1→VT2→VT3→VT4→VT5→VT6→VT1。输出电压的波形为三相线电压的包络线.对脉冲的要求：（1）单宽脉冲：宽度大于60°，小于120°，一般80°～100°。特点：要求有较大的输出功率，脉冲变压器体积大。（2）双窄脉冲：宽度小于60°，加一辅助脉冲。特点：线路虽然复杂，但可以减小装置的输出功率，减小TP的体积。电力电子技术整流电路三相桥式全控整流电路电阻负载=0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=uuwuv-uw=uvwuv-uu=uvuuw-uu=uwuuw-uv=uwv电力电子技术整流电路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1只，且不能为同一相器件（2）对触发脉冲的要求：–按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，相位依次差60–共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差120，共阳极组VT4、VT6、VT2也依次差120–同一相的上下两个桥臂，即VT1与VT4，VT3与VT6，VT5与VT2，脉冲相差180（3）ud一周期脉动6次，每次脉动的波形都一样，故该电路为6脉波整流电路（4）需保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲•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）（5）晶闸管承受的电压波形与三相半波时相同，晶闸管承受最大正、反向电压的关系也相同电力电子技术整流电路不同α角时的输出波形导通时间比α=0°时推迟了30°正负各120°的对称的波形。ud波形出现了零点,是一临界情况VT1导通电阻性负载，只要α≤60°，ud和id的波形就是连续的。VT4导通电力电子技术整流电路α角的移相范围是0°～120°当α＞60°时ud的波形就出现断续了,每个线电压输出小于60°30°VT1导通VT4导通iv、iw的波形与iu波形形状一致，只是相位依次相差。此三相电流均可统一用i2来表示。电力电子技术整流电路小结当a≤60时，ud波形均连续，对于电阻负载，id波形与ud波形形状一样，也连续当a60时，ud波形每60中有一段为零，ud波形不能出现负值带电阻负载时三相桥式全控整流电路a角的移相范围是120电力电子技术整流电路二.电感性负载1.电路2.原理与电阻负载不同与电阻负载相同临界情况，即ud正好没有负电压的输出。电力电子技术整流电路3.数量关系（1）直流输出电压的平均值UdcosU35.1cosU34.2cosU63)t(tdsinU626Ul2222323d（2）直流输出电流的平均值IddddRUI（3）流过一只晶闸管的电流ddTI31IddTI577.0I31I（4）变压器二次侧绕组的电流有效值Idd2I816.0I32I（5）晶闸管承受的最大正反向电压22l2TMU45.2U6U2U（在相同输出时，为三相半波的一半）（6）有效移相范围（电感）是90～0电力电子技术整流电路三相桥式全控整流电路小结：1.电路需有两只晶闸管同时导通，各120°换相一次。2.六只晶闸管依次导通，顺序与下标同。3.脉冲间隔为60°，要求单宽或双窄脉冲触发。4.输出电压波形每周期脉动6次，基波频率为300Hz。相同U2时，输出电压为半波时的两倍。5.变压器利用率高，二次侧每周期有120°+120°流过电流，且电流波形正负面积相等，无直流分量。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，其分析方法同单相半控桥。电力电子技术整流电路单相可控整流电路电力电子技术整流电路三相可控整流电路电力电子技术整流电路返回电力电子技术整流电路返回电力电子技术整流电路返回电力电子技术整流电路2.3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，将所有这些电感都折算到变压器的二次侧，用一个集中的电感来LT代替。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。换相过程对应的时间常用相应的电角度来表示，称为换相重叠角，用γ来表示。一.换流期间的整流输出电压uduvkuuu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）即为短路电压用uk表示如假想的短路电流ik:du1TIii0iiv3T换相前:换相中:kdu1TiIiikv3Tiii换相后:0iiu1Tdv3TIii教材中用LB表示电力电子技术整流电路换相期间换流回路的电压方程式为uvkTuudtdiL2换相期间的整流输出电压的瞬时值ud就变为2uudtdiLudtdiLuuvukTukTvd二.换相压降的计算)t(d)uu(23Udvd)t(d)2uuu(23vuv)t(ddtdiL23kTdTkI0TIX23diL23dXT是变压器每相折算到二次侧的漏抗，且XT=ωLT电力电子技术整流电路如果是m脉波电路，其换相压降可表示为dTdIX2mU三.考虑了变压器漏抗后的整流电压为d0ddUcosUUUd0为整流电路理想情况下，当α=0°时的输出电压平均值。上面三相半波电路的输出电压就变为dT2d0ddIX23cosU17.1UcosUU四.对换相重叠角γ的计算)t(d)uu(23Udvd)t(d)2uuu(23vuv)t(d)2uu(23uv)t(du43vu)t(dtsinU64322dT2dT2dU6IX2U643IX23U643U)cos(cos移相得：0dd2dUU2U623U2)cos(cos)cos(cosU6432当α角为某一固定值时，则XT越大换相重叠角γ越大；Id越大换相重叠角也越大。电力电子技术整流电路例三相桥式全控整流电路，带电感性负载，其中R=5Ω，L=∞，变压器二次侧电压有效值为220V，折算到变压器二次侧的每相漏感为LT=2mH。求当时α=30°：（1）换相压降；