3.6大功率可控整流电路

3.6大功率可控整流电路太原工业学院自动化系2020/5/11电力电子技术带平衡电抗器的双反星形可控整流电路的特点：适用于低电压、大电流的场合多重化整流电路的特点：•在采用相同器件时可达到更大的功率•可减少交流侧输入电流的谐波或提高功率因数，从而减小对供电电网的干扰。太原工业学院自动化系2020/5/11电力电子技术3.6.1带平衡电抗器的双反星形可控整流电路电解电镀等工业中应用•低电压大电流（例如几十伏，几千至几万安）可调直流电源TabcLRniPLPudidVT2VT6VT4VT1VT3VT5c'a'b'n1n2带平衡电抗器的双反星形可控整流电路太原工业学院自动化系2020/5/11电力电子技术电路结构的特点•变压器二次侧为两组匝数相同极性相反的绕阻，分别接成两组三相半波电路。•变压器二次侧两绕组的极性相反可消除铁芯的直流磁化。•设置电感量为Lp的平衡电抗器是为保证两组三相半波整流电路能同时导电。•与三相桥式电路相比，在采用相同晶闸管的条件下，双反星形电路的输出电流可大一倍。TabcLRniPLPudidVT2VT6VT4VT1VT3VT5c'a'b'n1n2太原工业学院自动化系2020/5/11电力电子技术绕组的极性相反的目的：消除直流磁通势如何实现？•如图可知，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反，所以直流安匝互相抵消。ud1uaubuciaud2ia'uc'ua'ub'uc'OtOtOtOtId12Id16Id12Id16双反星形电路，=0时两组整流电压、电流波形太原工业学院自动化系2020/5/11电力电子技术接平衡电抗器的原因：•两个直流电源并联时，只有当电压平均值和瞬时值均相等时，才能使负载均流。•双反星形电路中，两组整流电压平均值相等，但瞬时值不等。•两个星形的中点n1和n2间的电压等于ud1和ud2之差。该电压加在Lp上，产生电流ip，它通过两组星形自成回路，不流到负载中去，称为环流或平衡电流。•考虑到ip后，每组三相半波承担的电流分别为Id/2±ip。为了使两组电流尽可能平均分配，一般使Lp值足够大，以便限制环流在负载额定电流的1%～2%以内。太原工业学院自动化系2020/5/11电力电子技术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：•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60o，平均电流为Id/6。•当α=0o时，Ud为1.35U2，比三相半波时的1.17U2略大些。•六相半波整流电路因晶闸管导电时间短，变压器利用率低，极少采用。双反星形电路与六相半波电路的区别——有无平衡电抗器。平衡电抗器的作用：•使得两组三相半波整流电路同时导电。对平衡电抗器作用的理解是掌握双反星形电路原理的关键。太原工业学院自动化系2020/5/11电力电子技术由于平衡电抗器的作用使得两组三相半波整流电路同时导电的原理分析：•平衡电抗器Lp承担了n1、n2间的电位差，它补偿了u’b和ua的电动势差，使得u’b和ua两相的晶闸管能同时导电。•时，u’bua，VT6导通，此电流在流经LP时，LP上要感应一电动势up，其方向是要阻止电流增大。可导出Lp两端电压、整流输出电压的数学表达式如下：d1d2puuu)(212121d2d1pd1pd2duuUuuuu1tnLR+-+-ud1LPub'ud2udn2n1iPuaVT1VT6uP12平衡电抗器作用下两个晶闸管同时导电的情况太原工业学院自动化系2020/5/11电力电子技术原理分析(续)：•虽然，但由于Lp的平衡作用，使得晶闸管VT6和VT1同时导通。•时间推迟至u’b与ua的交点时，u’b=ua。•之后u’bua，则流经u’b相的电流要减小，但Lp有阻止此电流减小的作用，up的极性反向，Lp仍起平衡的作用，使VT6继续导电。•直到u’cu’b，电流才从VT6换至VT2。此时变成VT1、VT2同时导电。•每一组中的每一个晶闸管仍按三相半波的导电规律而各轮流导电。nLR+-+-ud1LPub'ud2udn2n1iPuaVT1VT6uP12平衡电抗器作用下两个晶闸管同时导电的情况21dduu太原工业学院自动化系2020/5/11电力电子技术由上述分析可得：•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两组三相半波整流电压瞬时值的平均值，见下式，波形如图a中红色粗线所示。)(212121d2d1pd1pd2duuUuuuuupud1,ud2OO60°360°t1ttb)a)uaubucuc'ua'ub'ub'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太原工业学院自动化系2020/5/11电力电子技术=30、=60和=90时输出电压的波形分析•需要分析各种控制角时的输出波形时，可先求出两组三相半波电路的ud1和ud2波形，然后根据式（2-98）做出波形(ud1+ud2)/2。•双反星形电路的输出电压波形与三相半波电路比较，脉动程度减小了，脉动频率加大一倍，f=300Hz。•电感负载情况下，移相范围是90。•如果是电阻负载，移相范围为120。。90。60。30udududtOtOtOuaubucuc'ua'ub'ubucuc'ua'ub'ubucuc'ua'ub'当=30、60、90时，双反星形电路的输出电压波形太原工业学院自动化系2020/5/11电力电子技术整流电压平均值与三相半波整流电路的相等，为:Ud=1.17U2cos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：（1）三相桥为两组三相半波串联，而双反星形为两组三相半波并联，且后者需用平衡电抗器。（2）当U2相等时，双反星形的Ud是三相桥的1/2，而Id是单相桥的2倍。（3）两种电路中，晶闸管的导通及触发脉冲的分配关系一样，ud和id的波形形状一样。太原工业学院自动化系2020/5/11电力电子技术3.6.2多重化整流电路整流装置功率进一步加大时，所产生的谐波、无功功率等对电网的干扰也随之加大，为减轻干扰，可采用多重化整流电路。1.移相多重联结MLTVT12c1b1a1c2b2a2LP并联多重联结的12脉波整流电路有并联多重联结和串联多重联结，对于交流输入电流来说，二者效果相同。不仅可减少输入电流谐波，也可减小输出电压中的谐波并提高纹波频率，因而可减小平波电抗器。使用了平衡电抗器来平衡2组整流器的电流，其原理与双反星形电路中是一样的。2个三相桥并联而成的12脉波整流电路。太原工业学院自动化系2020/5/11电力电子技术移相30构成的串联2重联结电路•利用变压器二次绕组接法的不同，使两组三相交流电源间相位错开30，从而使输出整流电压ud在每个交流电源周期中脉动12次，故该电路为12脉波整流电路。•整流变压器二次绕组分别采用星形和三角形接法构成相位相差30、大小相等的两组电压，接到相互串联的2组整流桥。C▲LRBA1*▲▲**0°滞后30°3iAc1b1a11c2b2a2iab2ua2b2ua1b1ia1idudⅠⅡⅠⅡ移相30串联2重联结电路0a)b)c)d)ia1Id180°360°ia2iab2'iAIdiab2tttt000Id2333Id33IdId323(1+)Id323(1+)Id33Id13移相30串联2重联结电路电流波形太原工业学院自动化系2020/5/11电力电子技术iA基波幅值Im1和n次谐波幅值Imn分别如下：即输入电流谐波次数为12k±1，其幅值与次数成反比而降低。该电路的其他特性如下：•直流输出电压•位移因数cosj1=cos（单桥时相同）•功率因数l=ncosj1=0.9886cos)32(34dd1IIIm单桥时为,3,2,1,112341dkknInImn太原工业学院自动化系2020/5/11电力电子技术利用变压器二次绕阻接法的不同，互相错开20，可将三组桥构成串联3重联结电路：•整流变压器采用星形三角形组合无法移相20，需采用曲折接法。•整流电压ud在每个电源周期内脉动18次，故此电路为18脉波整流电路。•交流侧输入电流谐波更少，为18k±1次（k=1,2,3…），ud的脉动也更小。•输入位移因数和功率因数分别为：cosj1=cosl=0.9949cos太原工业学院自动化系2020/5/11电力电子技术将整流变压器的二次绕组移相15，可构成串联4重联结电路•为24脉波整流电路•其交流侧输入电流谐波次为24k±1，k=1，2，3…。•输入位移因数功率因数分别为：cosj1=cosl=0.9971cos采用多重联结的方法并不能提高位移因数，但可使输入电流谐波大幅减小，从而也可以在一定程度上提高功率因数。太原工业学院自动化系2020/5/11电力电子技术2.多重联结电路的顺序控制只对多重整流桥中一个桥的角进行控制，其余各桥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。•或者=0而使该桥输出电压最大。根据所需总直流输出电压从低到高的变化，按顺序依次对各桥进行控制，因而被称为顺序控制。并不能降低输入电流谐波。但是各组桥中只有一组在进行相位控制，其余各组或不工作，或位移因数为1，因此总功率因数得以提高。我国电气机车的整流器大多为这种方式。太原工业学院自动化系2020/5/11电力电子技术3重晶闸管整流桥顺序控制•当需要的输出电压达到三分之一最高电压时，第I组桥的角为0。•需要输出电压为三分之二最高电压以上时，第I、II组桥的角固定为0，仅对第III组桥的角进行控制。•需要输出电压为三分之一到三分之二最高电压时，第I组桥的角固定为0，第III组桥的VT33和VT34维持导通，使其输出电压为零，仅对第II组桥的角进行控制。•当需要的输出电压低于三分之一最高电压时，只对第I组桥的角进行控制，连续触发VT23、VT24、VT33、VT34使其导通，这样第II、III组桥的输出电压就为零。Lia)负载ⅠⅡⅢu2u2u2IdVT11VT13VT14VT12VT21VT23VT24VT22VT31VT33VT34VT32udb)c)iId2IdudO+单相串联3重联结电路及顺序控制时的波形从电流i的波形可以看出，虽然波形并未改善，但其基波分量比电压的滞后少，因而位移因数高，从而提高了总的功率因数。太原工业学院自动化系2020/5/11电力电子技术3.7.1逆变的概念1.什么是逆变？为什么要逆变？逆变（invertion）——把直流电转变成交流电，整流的逆过程。•实例：1.电力机车下坡行驶，往往使直流电动机工作在发电制动状态，从而将机车的位能转变为电能反送到交流电网中去，这样既产生了制动转矩，又充分利用了位能。2.电机快速正反转的调速过程中，首先要使电机迅速制动，然后再反向加速。制动时可使电机做发电机运行，将电机的动能变为直流电能，然后逆变为交流送回电网。3.高压直流输电时。太原工业学院自动化系2020/5/11电力电子技术逆变电路——把直流电逆变成交流电的电路•有源逆变电路——交流侧和电网连结－应用：直流可逆调速系统、交流绕线转子异步电动机串级调速以及高压直流输电等•无源逆变电路——变流电路的交流侧不与电网联接，而直接接到负载，将在第5章介绍对于可控整流电路，满足一定条件就可工作于有源逆变，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，称为变流电路。太原工业学院自动化系2020/5/11电力电子技术2.直流发电机—电动机系统电能的流转直流发电机—电动机之间电能的流转a）两电动势同极性EGEMb）两电动势同极性EMEGc）两电动势反极性，形成短路图c两电动势顺向串联，向电阻R供电，G和M均输出功率，由于R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。图b回馈制动状态，M作发电运转，此时，E