浙大电力电子技术课件03交流-直流（AC-DC）变换

-电力电子技术-1讨论:（1）主电路形式（2）结构特点（3）工作原理（4）工作特性（5）电压电流波形（6）数量关系第9学时第3章第1节交流—直流（AC-DC）变换（1）第三章交流-直流（AC-DC）变换-电力电子技术-2负载：电阻性，电感性，电容性，反电势分类：电路形式(桥式、零式)相数(单相、三相、多相)控制方式(相控、斩控)器件(半控式、全控式)工作范围(单象限、多象限)第9学时第3章第1节交流—直流（AC-DC）变换（1）-电力电子技术-3一、单相可控整流电路1.单相半波可控整流电路(1)电阻性负载α和θ的定义θ=π-α移相与同步的概念第9学时第3章第1节交流—直流（AC-DC）变换（1）-电力电子技术-4直流平均电压Ｕｄ2cos145.0)cos1(22sin221222UUttdUUdＵｄ=f(α)α=0θ=πUd=0.45U2α=πθ=0Ud=0移相范围180º第9学时第3章第1节交流—直流（AC-DC）变换（1）-电力电子技术-5直流电流有效值22sin41)(21222dddTRUtdRUII直流电流的平均值为Id=Ud/Rd=0.452cos1/2dRU)cos1(2)(22sin2dII第9学时第3章第1节交流—直流（AC-DC）变换（1）-电力电子技术-6功率因数222cosIUUIsp22sin41)sin2(21222UtdtUU22sin41cosα=0，cosφ=0.707第9学时第3章第1节交流—直流（AC-DC）变换（1）-电力电子技术-7(2)电感性负载ωt1ωt2ωt３ωt２ωt４ωt1ωt＝0～α：阻断ud=0，uT=u2ωt1～ωt2：导通ud=u2，uT=0Id在ωt２时id最大，eL上(+)下(-)，但(u2+eL)0导通ωt２～ωt３：导通ud=u2，uT=0Id达idmax时，eL上(-)下(+)，维持导通(u2+eL)0ωt３～ωt４：u20，但eL上(-)下(+)，仍导通(u2+eL)0第9学时第3章第1节交流—直流（AC-DC）变换（1）-电力电子技术-8结论：Ld存在，使θ↑→Ud↓(有负面积)ddRLtg1↑→Ld↑→储能↑→导通能力θ↑α↑→导通延迟→正半周储能↓→导通能力差θ↓第9学时第3章第1节交流—直流（AC-DC）变换（1）-电力电子技术-9(3)续流二极管的作用如ωLdRd,φ=π/2正负面积近似相等，Ud≈0加VDF改进第9学时第3章第1节交流—直流（AC-DC）变换（1）-电力电子技术-10直流平均电压Ｕｄ2cos145.0)cos1(2222UUUd晶闸管电流θ=π-α2dTdIIdTII2续流二极管电流θ=π+αddDFII2dDFII2第9学时第3章第1节交流—直流（AC-DC）变换（1）-电力电子技术-11晶闸管及续流二极管承受的最大正、反向峰值电压均为交流电压的最大值22U特点：简单，成本低，调整方便波形差，脉动、I2/Id大结束直流分量→直流磁化→饱和→B↓→Sfe↑→变压器体积↑→Cu、Fe↑第9学时第3章第1节交流—直流（AC-DC）变换（1）-电力电子技术-122.单相桥式全控整流电路(1)电阻性负载工作原理正半周:~,~02~,~负半周:变压器副边绕组有正反电流，平均值为零，没有直流磁化现象第10学时第3章第2节交流—直流（AC-DC）变换（2）-电力电子技术-13基本数量关系直流平均电压Ud2cos19.0sin2122UttdUUd直流电流平均值Id、有效值I２2cos19.0/2ddddRURUI2sin21)sin2(12222ddRUtdtRUI第10学时第3章第2节交流—直流（AC-DC）变换（2）-电力电子技术-14晶闸管电流平均值、有效值2cos145.0212dddTRUII22221)sin2(21ItdtRUIdT晶闸管承受的最大反向峰值电压为相电压峰值22UUTM第10学时第3章第2节交流—直流（AC-DC）变换（2）-电力电子技术-15(2)电感性负载工作原理ωLd很大，id连续、平直在ωt＝0～π：u２正半周内，a点电位为(＋)、b点(－)在ωt＝π～2π：u２负半周，b点为(＋)、a点为(－)第10学时第3章第2节交流—直流（AC-DC）变换（2）-电力电子技术-16直流平均电压cos9.0sin2122UttdUUd直流电流平均值、有效值tdiIdd1回路电压方程tUiRdtdiLddddsin22ttdUtdiRtddtdiLddddsin22第10学时第3章第2节交流—直流（AC-DC）变换（2）-电力电子技术-17ttdUtdiRdiLddIIddsin220+RdId=22Uttdsin=UddddRUI即第10学时第3章第2节交流—直流（AC-DC）变换（2）-电力电子技术-18晶闸管电流平均值、有效值ddTII21dddTIItdII21212122晶闸管承受的最大正、反向电压均为相电压峰值22UUTM第10学时第3章第2节交流—直流（AC-DC）变换（2）-电力电子技术-第11学时第3章第3节交流—直流（AC-DC）变换（3）19(3)反电势负载1)电阻—反电势负载①U2E导通Ud=ddRiEU2U2=E关断id=0②停止导电角δα≥δ时α＜δ时θ:α~π-δθ=π-δ-απ断续θ:δ~π-δ，θ=π-2δπ断续(要正常导通，脉宽应δ－α))2/(sin21UE-电力电子技术-第11学时第3章第3节交流—直流（AC-DC）变换（3）202）电感—反电势负载)sin(222tUuEiRdtdiLudddd22222sincossincos22UEteUERUitgtdd)(1ddRLtg-电力电子技术-第11学时第3章第3节交流—直流（AC-DC）变换（3）21给定E、φ、α，图解法求θ反电势的影响：(1)机械特性变软(2)换向困难(3)电流容量上升代入ωt＝０时，id＝０ωt＝θ时，id＝０cos)sin(sin)1(22tgtgeeUE-电力电子技术-第11学时第3章第3节交流—直流（AC-DC）变换（3）22(4)单相桥式半控整流电路-电力电子技术-第11学时第3章第3节交流—直流（AC-DC）变换（3）234.单相双半波可控整流电路-电力电子技术-第11学时第3章第3节交流—直流（AC-DC）变换（3）24二、三相可控整流电路双反星形半控全控三相桥式共阳极共阴极三相半波三相整流-电力电子技术-第11学时第3章第3节交流—直流（AC-DC）变换（3）25（1）电阻性负载共阴极接法2）α≤30°3）α＞30°1.三相半波可控整流电路1）α＝0自然换流点导通原则：阳极电位高的元件以α＝30°为例，id处于临界状态θ＝120°α＝60°为例，直流电流变得不连续。θ＜120°-电力电子技术-第11学时第3章第3节交流—直流（AC-DC）变换（3）26结论：①最大,0du②，电流连续30θ=120º③α30º，电流断续，θ=150º-α都不通通通通aacabTuVTuVTuVTu32110元件上的电压-电力电子技术-第11学时第3章第3节交流—直流（AC-DC）变换（3）27直流平均电压Uｄ①α≤30°②α＞30°α=150°时，Uｄ＝０，故电阻性负载下三相半波可控整流电路的移相范围为150°cos17.1cos3223sin2321226562UUttdUUd)]6cos(1[675.0)]6cos(1[223sin23212226UUttdUUd晶闸管承受的最大反向电压UＲＭ为线电压峰值26UURM结束-电力电子技术-28（2）电感性负载α≤30°时，大电感负载电压波形与电阻负载时相同。α＞30°后，负载电感Ld中感应电势eL的作用，使得交流电压过零时晶闸管不会关断。第12学时第3章第4节交流—直流（AC-DC）变换（4）-电力电子技术-29直流平均电压Uｄcos17.12UUd晶闸管电流ddTII31dddTIIII578.0313601202TII2晶闸管承受的最大正、反向峰值电压均为线电压峰值26UUTM第12学时第3章第4节交流—直流（AC-DC）变换（4）-电力电子技术-302.三相桥式全控整流电路第12学时第3章第4节交流—直流（AC-DC）变换（4）-电力电子技术-31(1)电感性负载ωLｄRｄua最大，ub最小，VT1、VT6通,ud=uabua最大，uc最小，VT1、VT2通，ud=uacub最大，uc最小，VT2、VT3通，ud=ubcub最大，ua最小，VT3、VT4通,ud=ubauc最大，ua最小，VT4、VT5通，ud=ucauc最大，ub最小，VT5、VT6通，ud=ucbiT为120°宽的矩形波1）α=0°第12学时第3章第4节交流—直流（AC-DC）变换（4）-电力电子技术-32通VT通VT通VT05ac3ab1T1uuU2)0°o60以α=30°为例udα=60°时ud出现过零点。3)α60°ud负面积，Ld作用，eL+u2l0仍通α=90°时，ud=0。移相范围90°第12学时第3章第4节交流—直流（AC-DC）变换（4）-电力电子技术-334）基本数量关系直流平均电压Ud32322cos34.2sin631UttdUUd晶闸管电流与三相半波时相同，即平均值为dddUIRddTII313dTII变压器次级绕组电流有效值为dddIIII32323221222其值比三相半波时高2倍，说明绕组的利用率提高了。第12学时第3章第4节交流—直流（AC-DC）变换（4）-电力电子技术-345）对触发脉冲的要求宽脉冲双窄脉冲第12学时第3章第4节交流—直流（AC-DC）变换（4）-电力电子技术-35(2)电阻性负载α≤60°＝60°是电阻负载下电流连续与否的临界点＞60°第12学时第3章第4节交流—直流（AC-DC）变换（4）-电力电子技术-第13学时第3章第5节换流重叠现象363.换流重叠现象(1)换流压降a相向b相换流：0,：badiiIVT1、VT2同时导通时间为换流重叠时间，μ角内，VT1、VT2都通，相当于短路。“1”时，2VT触通，开始换流“2”时，0i,Iiadb假想电流dkIi0:kaaiii0daIi0kbbiii000bi换流结束dkIidbaIii0-电力电子技术-第13学时第3章第5节换流重叠现象37ik↑时，LB上产生感应电势a相：dtdiLkB左（－）右（＋）b相：dtdiLkB左（＋）右（－）dtdiLuukBab222baabbkBbduuuuudtdiLuu-电力电子技术-第13学时第3章第5节换流重叠现象38ua、ub的平均值与μ=0的相比，少了部分面积，称换流压降△Ud12dbdUuudtm三相半波m＝３三相桥式m＝６换流压降2kBdimLdtdt2kBdimLdtdt0222dIBBkBddmXmm