第二章-三相可控整流电路1

第2章三相可控整流电路2.1三相半波可控整流电路2.2三相桥式全控整流电路2.3变压器漏感对整流电路的影响2.4晶闸管相控整流电路供电的直流电动机机械特性2.1三相可控整流电路·引言交流测由三相电源供电。负载容量较大，或要求直流电压脉动较小、容易滤波。基本的是三相半波可控整流电路，三相桥式全控整流电路应用最广。三相半波（三相零式）不可控整流电路三相半波不可控整流电路2.1三相半波可控整流电路由三相变压器供电，也可直接接到三相四线制交流电网，二次相电压有效值为U2Φ，线电压为U21，其表达式为三只整流管的阴极连在一起接到负载端，称为共阴接法，三个阳极分别接到变压器二次侧，变压器为三角形／星形联结。2.1三相半波可控整流电路直流平均电压值为将三相半波整流输出电压ud波形用富氏级数展开可得2.1三相半波可控整流电路其中直流分量即为输出电压的平均值Ｕd，最低次的谐波为三次谐波分量，其幅值为U2Φ，其纹波因数为o．183远比单相小。整流输出电压ud和管子二端电压uD的波形在调试与维修时很有用，根据波形可判断各元件的工作是否正常以及故障出在何处。2.1三相半波可控整流电路2.1三相半波可控整流电路电路的特点：变压器二次侧接成星形得到零线，而一次侧接成三角形避免3次谐波流入电网。三个晶闸管分别接入a、b、c三相电源，其阴极连接在一起——共阴极接法。1)电阻负载自然换相点：二极管换相时刻为自然换相点，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。2.1三相半波可控整流电路图2-12三相半波可控整流电路共阴极接法电阻负载时的电路及a=0时的波形b)c)d)e)f)u2Riduaubuca=0Owt1wt2wt3uGOudOOuabuacOiVT1uVT1wtwtwtwtwt2.1三相半波可控整流电路a=0时的工作原理分析变压器二次侧a相绕组和晶闸管VT1的电流波形，变压器二次绕组电流有直流分量。晶闸管的电压波形，由3段组成。图2-12三相半波可控整流电路共阴极接法电阻负载时的电路及a=0时的波形b)c)d)e)f)u2uaubuca=0Owt1wt2wt3uGOudOOuabuacOiVT1uVT1wtwtwtwtwta)Ra=30°u2uaubucOwtOwtOwtOwtOwtuGuduabuacwt1iVT1uVT1uac三相半波可控整流电路，电阻负载，a=30时的波形特点：负载电流处于连续和断续之间的临界状态。wwttwtwta=60°u2uaubucOOOOuGudiVT1三相半波可控整流电路，电阻负载，a=60时的波形特点：负载电流断续，晶闸管导通角小于120。aawwaacos17.1cos263)(sin2321226562UUttdUUd2.1三相半波可控整流电路（2-18）当a=0时，Ud最大，为。(2-19)整流电压平均值的计算a≤30时，负载电流连续，有：a30时，负载电流断续，晶闸管导通角减小，此时有：217.1UUUd0d)6cos(1675.0)6cos(1223)(sin2321262aawwaUttdUUd2.1三相半波可控整流电路Ud/U2随a变化的规律如图2-15中的曲线1所示。图2-15三相半波可控整流电路Ud/U2随a变化的关系1－电阻负载2－电感负载3－电阻电感负载2.1三相半波可控整流电路负载电流平均值为晶闸管承受的最大反向电压，为变压器二次线电压峰值，即晶闸管阳极与阴极间的最大正向电压等于变压器二次相电压的峰值，即（2-20）（2-21）（2-22）RUIdd245.226232UUUURM22UUFM2.1三相半波可控整流电路2）阻感负载图2-16三相半波可控整流电路，阻感负载时的电路及a=60时的波形特点：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（如a=60时的波形如图2-16所示）。u2过零时，VT1不关断，直到VT2的脉冲到来，才换流，——ud波形中出现负的部分。id波形有一定的脉动，但为简化分析及定量计算，可将id近似为一条水平线。阻感负载时的移相范围为90。udiauaubucibiciduacOwtOwtOOwtOOwtawtwt2.1三相半波可控整流电路数量关系由于负载电流连续，Ud可由式（2-18）求出，即Ud/U2与a成余弦关系，如图2-15中的曲线2所示。如果负载中的电感量不是很大，Ud/U2与a的关系将介于曲线1和2之间，曲线3给出了这种情况的一个例子。图2-15三相半波可控整流电路Ud/U2随a变化的关系1－电阻负载2－电感负载3－电阻电感负载acos17.12UUUd0dddVTIIII577.03122.1三相半波可控整流电路变压器二次电流即晶闸管电流的有效值为晶闸管的额定电流为晶闸管最大正、反向电压峰值均为变压器二次线电压峰值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。（2-23）（2-24）（2-25）dVTVT(AV)III368.057.1245.2UUURMFM3)共阳接法三相半波相控整流电路在某些整流装置中，考虑能共用一块大散热器与安装方便采用共阳接法，缺点是要求三个管子的触发电路的输出端彼此绝缘。2.1三相半波可控整流电路为了克服三相半波电路的缺点，利用共阴与共阳接法对于整流变压器电流方向相反的特点，用一个变压器同时对共阴与共阳两组整流电路供电。所以三相桥式电路实质上是三相半波共阴与共阳极组的串联。2.2三相桥式全控整流电路2.2三相桥式全控整流电路三相桥是应用最为广泛的整流电路共阴极组——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）图2-17三相桥式全控整流电路原理图导通顺序：VT1－VT2－VT3－VT4－VT5－VT62.2三相桥式全控整流电路1）带电阻负载时的工作情况当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，也连续波形图：a=0（图1）a=30（图2）a=60（图3）当a60时，ud波形每60中有一段为零，ud波形不能出现负值波形图：a=90（图4）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图1三相桥式全控整流电路带电阻负载a=0时的波形ⅠⅡⅢⅣⅤⅥuaucubwt1OtOtOtOta=0°iVT1uVT1图2三相桥式全控整流电路带电阻负载a=30时的波形=30°iaOtOtOtOtuduabuacuaubucwt1uabuacubcubaucaucbuabuacⅠⅡⅢⅣⅤⅥuabuacubcubaucaucbuabuacuVT1图3三相桥式全控整流电路带电阻负载a=60时的波形=60°ud1ud2uduacuacuabuabuacubcubaucaucbuabacuaⅠⅡⅢⅣⅤⅥubucOtwt1OtOtuVT1u图4三相桥式全控整流电路带电阻负载a=90时的波形ud1ud2uduaubucuaubwtOwtOwtOwtOwtOiaiduabuacubcubaucaucbuabuacubcubaiVT12.2三相桥式全控整流电路晶闸管及输出整流电压的情况如表2－1所示时段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udua-ub=uabua-uc=uacub-uc=ubcub-ua=ubauc-ua=ucauc-ub=ucb请参照图12.2三相桥式全控整流电路（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。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个，且不能为同一相器件。2.2三相桥式全控整流电路（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。三相桥式全控整流电路的特点a≤60时（a=0图1；a=30图2）ud波形连续，工作情况与带电阻负载时十分相似。各晶闸管的通断情况输出整流电压ud波形晶闸管承受的电压波形2.2三相桥式全控整流电路2)阻感负载时的工作情况主要包括a60时（a=90图3）阻感负载时的工作情况与电阻负载时不同。电阻负载时，ud波形不会出现负的部分。阻感负载时，ud波形会出现负的部分。带阻感负载时，三相桥式全控整流电路的a角移相范围为90。区别在于：得到的负载电流id波形不同。当电感足够大的时候，id的波形可近似为一条水平线。图1三相桥式全控整流电路带阻感负载a=0时的波形ud1u2ud2u2LudidwtOwtOwtOwtOuaa=0°ubucwt1uabuacubcubaucaucbuabuacⅠⅡⅢⅣⅤⅥiVT1图2三相桥式全控整流电路带阻感负载a=30时的波形ud1a=30°ud2uduabuacubcubaucaucbuabuacⅠⅡⅢⅣⅤⅥwtOwtOwtOwtOidiawt1uaubuc图3三相桥式全控整流电路带阻感负载a=90时的波形a=90°ud1ud2uacubcubaucaucbuabuacuabⅠⅡⅢⅣⅤⅥuduacuabuacwtOwtOwtOubucuawt1uVT12.2三相桥式全控整流电路3)定量分析当整流输出电压连续时（即带阻感负载时，或带电阻负载a≤60时）的平均值为：带电阻负载且a60时，整流电压平均值为：输出电流平均值为：Id=Ud/R（2-26）（2-27）awwaacos34.2)(sin63123232UttdUUd)3cos(134.2)(sin63232awwaUttdUUd2.2三相桥式全控整流电路当整流变压器为图2-17中所示采用星形接法，带阻感负载时，变压器二次侧电流波形如图2-23中所示，其有效值为：（2-28）晶闸管电压、电流等的定量分析与三相半波时一致。接反电势阻感负载时，在负载电流连续的情况下，电路工作情况与电感性负载时相似，电路中各处电压、电流波形均相同。仅在计算Id时有所不同，接反电势阻感负载时的Id为：（2-29）式中R和E分别为负载中的电阻值和反电动势的值。ddddIIIII816.03232)(3221222REUIddik=ib是逐渐增大的，而ia=Id-ik是逐渐减小的。当ik增大到等于Id时，ia=0，VT1关断,换流过程结束。2.3变压器漏感对整流电路的影响考虑包括变压器漏感在内的交流侧电感的影响，该漏感可用一个集中的电感LB表示。现以三相半波为例，然后将其结论推广。VT1换相至VT2的过程：因a、b两相均有漏感，故ia、ib均不能突变。于是VT1和VT2同时导通，相当于将a、b两相短路，在两相组成的回路中产生环流ik。图2-25考虑变压器漏感时的三相半波可控整流电路及波形udidwtOwtOgiciaibiciaIduaubuca换相重叠角——换相过程持续的时间，用电角度g表示。换相过程中，整流电压ud为同时导通的两个晶闸管所对应的两个相电压的平均值。换相压降——与不考虑变压器漏感时相比，ud平