整流与有源逆变

图2-2部分常用的整流电路全波半波按变压器绕组电流桥式零式按电路结构六相三相单相按电源相数全控整流半控整流可控整流不控整流按组成器件◤可控整流电路的主元件在采用晶闸管时，其控制方式都采用相位控制，故这类整流电路又称之为相控整流。◢c）d）除c）、d）外a）～e）f）、g）b）、f）c）、d）、e）、g）a）、b）*、f）c）、d）、e）、g）2.2单相可控整流电路图2-3电阻性负载的单相半波整流电路及其工作波形2.2.1电阻性负载的单相半波可控整流理想化假设:1.开关元件是理想的2.变压器是理想的3.电网电压是理想的正弦波（一）工作原理（二）控制角、元件导通角（三）输出电压（四）输出电流（五）元件电压απθ)cos1(22sin22112200αUπtωtdωUπdtuTUπαTdtdtRUdtiTIIITVT2220020ωsin2211παπαπRU22sin4122.2.2电感性负载的单相半波可控整流图2-4电感负载的单相半波可控整流电路（一）无续流二极管电路的工作原理及波形电路图如图2-4a）所示，电源电压如图2-4b）所示，触发信号仍为与电源同步且控制角为的脉冲，如图2-4c）所示。在到阶段，晶闸管VT承受正向电压但没有触发信号，晶闸管不会导通，、都等于零。当的时刻，晶闸管VT被触发导通.导通期间内有方程解此方程可得输出电流为:当电源电压过零时，由于电感的存在，这时的电流并不为零，晶闸管VT不会关断。可得关于导通角的方程为在之后，由于晶闸管VT关断，、又都保持为零，直至下一个周期又重复上面分析的过程。0tωαtω0u0iαtω1tωtωUdtdiLRiusin22000φtωα22210)φαsin(2)φωsin(2)()()(gtezUtzUtititiπtω0)sin()sin(tge4tωtω0u0i（二）有续流二极管电路的工作原理为了提高整流器输出电压的平均值和减小变压器的发热损耗，按图2-5a)所示极性在负载两端并联一功率二极管VD，VD称为续流二极管。图2-5有续流二极管的单相半波可控整流电路及其工作波形（三）有续流二极管电路工作时的数学表达式1．输出电压在电流断续、电流连续或电感足够大的几种情况下，有续流二极管电路的输出电压在一个周期内的表达式都为输出电压的直流分量（平均值）为2．负载电阻R上电压平均值3．输出电流平均值4．元件电压、元件电流晶闸管VT所承受的断态正向峰值电压、反向峰值电压及二极管VD的反向峰值电压都为。5．控制角的有效移相范围为.20sin220tttUu0udU)cos1(222αUπUUdRd)cos1(222αRUπRUIIRdRdd22Uπ~06．晶闸管VT的元件导通角。απθ2.2.3电阻负载的单相桥式全控整流电路图2-6电阻负载的单相桥式可控整流电路及工作波形（一）工作原理图2-6的桥式整流电路与图2-3的单相半波整流电路相比，桥式整流把电源电压的负半波也利用起来了，使输出电压在一个电源周期中由原来的只有一个脉波变成了有二个脉波，改善了波形，提高了输出。在变压器的副方绕组中，绕组电流的波形如图2-6h）所示，两个半周期的电流方向相反且波形对称，因此不再存在半波整流电路中的变压器直流磁化问题，提高了变压器的绕组利用率。（二）输出电压的平均值cos9.0cos22sin21122200UUttdUdtuTUTd（三）电感L上的电压及电阻R上的电压dRRdRUuUu~~0~~0~uuuuuRLL（四）输出电流αRURUIIIddcos9.0220（五）晶闸管电流由于两晶闸管对轮流导通，在一个正弦周期内各导通180°，故流过各晶闸管上的电流是幅值为、宽度为180°的矩形波电流，所以其平均值为晶闸管电流的有效值为dIdTdII212dTII（六）元件电压元件的最大断态正向电压、最大反向电压都为。22U（七）控制角与导通角控制角的有效移相范围为，但从式（2-18）可看到，当时，输出电压的平均值为负。元件的导通角。π~02/πθ2.2.5单相桥式半控整流电路图2-8单相桥式半控整流电路及其L足够大时的工作波形（一）晶闸管共阴极接法电路从波形图可知，输出电压的平均值为)cos1(22απUUd失控现象图2-9单相桥式半控整流电路失控时的波形（二）有续流二极管的晶闸管共阴极接法电路图2-10有续流二极管的单相半控整流电路及其L足够大时的工作波形（三）晶闸管在同一桥臂的电路图2-11晶闸管在同一桥臂的单相半控整流电路及其L足够大时的工作波形2.3三相半波可控整流电路图2-12电阻负载时的三相半波可控整流电路及时的工作波形0α（一）控制角及触发脉冲顺序三个晶闸管的导通顺序是1531VTVTVTVT（二）时输出电压在一个周期中的分段表达式为输出电压的平均值为电流是连续的，其平均值为0α390270270150150300tωutωutωuuWVU2226560017.1263sin2231UUπtωtdωUπdtuTUππTddddddRURURUI2217.1π263（三）时300图2-13时电阻负载的三相半波可控整流电路波形30α图2-14电阻负载三相半波可控整流时的工作波形图60α时，输出电压的平均值为：输出电流的平均值元件电流的平均值元件电流的有效值、变压器副方绕组电流的有效值为300αUπtωtdωUUdcos263sin2π2322απ65α6πcos2632ddddRURUIcos2632ddTdRUIITI2I2cos4331)sin2(π21222απ65α6π2ddTRUtdtRUII2.3.2电感负载的三相半波可控整流电路图2-15电感性负载三相半波可控整流时的工作波形60α（一）工作原理（二）输出直流电压的平均值dtuTUTd0016562sin223ttdUcos17.1cos26322UU（三）输出电流的平均值cos2632dddRURUI)2(（四）晶闸管元件电流dTdII31ddπTItωdIπII332123202（五）晶闸管电压最大反压，最大正向阻断电压都为26U（六）控制角的移相范围的移相范围应是，有续流二极管时α90~0150~02.3.3共阳极连接的三相半波可控整流电路图2-17共阳极连接的三相半波可控整流电路及a)波形电路图b）α＝0°时的波形图c）α＝30°时的波形图2.4三相桥式全控整流电路三相半波整流电路虽然较单相整流电路来说在装置容量、输出电压的脉动等许多方面有了很大的改善，但三相半波整流电路的输出在每个电源周期中仍只有3个脉波，且整流变压器中还存在着严重的直流磁化电流问题。因此在工业生产中最大量使用的是三相桥式整流电路本节将只讨论三相桥式全控整流器的理想工作状态。所谓理想工作状态是假设具有如下的理想条件：①理想变压器。即变压器的漏抗、绕组电阻和励磁电流都可忽略。②晶闸管元件是理想的。③电感性负载时，直流电感Ld足够大，输出电流的纹波可以不计。④电源为三相对称系统，其表达式如式)34-tsin(2)32sin(2sin2222πωUuπtωUutωUuWVU2.4.1电阻性负载时0α图2-18电阻性负载三相桥式全控整流时的工作波形0α（一）工作原理那末，对上组（共阴连接组）晶闸管，在（R～S）之间是导通，、承受反压而关断；在之间是导通；在之间是导通。150~30tω3VT5VT270~150tω3VT390~270tω5VT同理，对下组（共阳连接组）晶闸管，的导通区间是，的导通区间是，的导通区间是。2VT)~(210~90BA4VT)~(330~210CB6VT)~(450~330AC六只晶闸管导通的顺序是→→→→→→。1VT2VT3VT4VT5VT6VT1VT1VT（二）三相桥式可控整流电路触发脉冲的形式图2-19触发脉冲的三种形式◤在晶闸管需导通的区域仅用初始的一个窄脉冲去触发的方式称“单窄脉冲触发”◢◤每个元件除了在各自的换流点处有一个脉冲之外，还在60度电角度之后的下一个导通元件的导通时刻补了一个脉冲。所补的脉冲在电流连续的稳态工作时并不起任何作用，但它却是电路启动及在电流断续时使电路正常工作所不可缺少的，这种触发方式称之为“双窄脉冲触发”。◢◤若把上面的双窄脉冲连成一个宽脉冲，电路当然也可正常工作，这种触发方式称之为“宽脉冲触发”◢2.4.2电阻性负载时0α图2-20电阻性负载三相全控整流桥的工作波形60α（一）时06α电路稳态工作时，电流在时是连续的；在时电流处于临界连续状态。输出电压的平均值为60600αtdtUtdudtuTUUVTd)6ωsin(233π2612α2πα6π2600cos34.2cos6322UU60α（二）时输出电压平均值为)]3cos(1[63)6sin(232622656UtdtUUd图2-21电阻性负载三相全控整流桥的工作波形90α2.4.3电感性负载时图2-22大电感负载时三相桥式全控整流电路及其在时的波形30α（一）工作原理（二）输出电压tdtUdtuTUTd)6sin(2326122600cos34.2cos6322UU（三）输出电流cos632ddddRURUI（四）元件电流和变压器副方绕组电流dTTTdIdtiTI3110ddUTItdIdtiTI322212656202（五）元件电压图2-23给出了三相桥式全控整流电路大电感负载在不同控制角时的输出电压波形，从图中可看到当控制角变化时输出电压的变化情况。图2-23三相桥式全控整流电路大电感负载在不同控制角时的波形图2.5整流电路换流过程2.5.1换流过程分析图2-24有交流电感的三相桥式全控整流电路及时的波形30α◤同一组中有两管同时导通的期间称之为换流期间◢◤VT5与VT1换流期间的等值电路可画成如图2-25所示，图中在考虑到直流侧电感的作用后把负载电路已作为恒流源处理。◢图2-25VT5与VT1换流时的等效电路换流期间，有方程：UWTCTCdTTudtdiLdtdiLIii5151（一）换流期间的电压02121651dtdILdtdiLuudtdiLuudtdiLudCTCLCVUWTCLCWUWTCLCU输出电压为：)(2121210UVWVUWUVVUWUNPuuuuuuuuuu对于其它换流期间，也可得到类似的表达式，由此可以得到的结论是：1。换流期间参与换流的交流侧电感上的压降其大小等于参与换流的两相线电压的1/2（两个相电压之差的1/2），不参与换流相电感上的压降为零；2。换流期间换流元件处输出点的电位等于参与换流的两相电压的算术平均值（两个相电压之和的1/2）；3。换流期间的输出电压是不计时的输出电压减去换流电感上的电压值，或者说是换流前与换流后两个输出线电压的算术平均值（两个线电压之和的1/2）。αULωIαμCd)32(coscos21（二）换流期间的电流)]6cos([cos2621tLUiCT)]6cos([cos26215πtωαLωUIiIiCdTdT换流期间的换流电流是按余弦曲线规律变化的曲线，其波形