电力电子技术3 整流电路4

第3章整流电路（IV）丘东元2目录3.6大功率可控整流电路3.7整流电路的有源逆变工作状态33.6大功率可控整流电路3.6.1带平衡电抗器的双反星形可控整流电路在电解电镀等工业应用中，经常需要低电压大电流（例如几十伏，几千至几万安）可调直流电源43.6.1带平衡电抗器的双反星形可控整流电路三相桥式电路，回路中有两个管压降损耗，降低了效率三相半波电路，回路中只有一个管压降，但变压器二次电流中含有直流分量bacTn负载iaidudVT1VT3VT5VT4VT6VT2d2d1abcTRLu2udeLidVT1VT2VT353.6.1带平衡电抗器的双反星形可控整流电路双反星形可控整流电路的特点变压器二次侧每相有两个匝数相同极性相反的绕组，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，每组承担一半负载TabcLRniPLPudidVT2VT6VT4VT1VT3VT5c'a'b'n1n26不考虑平衡电抗器的双反星形可控整流电路6个晶闸管共阴极接法每个时刻只有一个晶闸管导通每个晶闸管导通60o，每个管子的平均电流为Id/6ud1,ud2O60otuaubucuc'ua'ub'ub'iVT1IdTabcLRudidVT2VT6VT4VT1VT3VT5c'a'b'当a=0时，输出电压的平均值为1.35U2晶闸管导通时间短，变压器利用率低，故极少采用7带平衡电抗器的双反星形可控整流电路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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120onLR+-+-ud1LPub'ud2udn2n1iPuaVT1VT6uP12ud1uaubuciaud2uc'ua'ub'uc'OtOtOtOtId12Id16Id12Id16ib’ub'8带平衡电抗器的双反星形可控整流电路•Lp两端电压为；整流输出电压为以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。整流电压平均值与三相半波整流电路的相等，为1.17U2cosanLR+-+-ud1LPub'ud2udn2n1iPuaVT1VT6uP12upud1,ud2OO60o360ot1ttb)a)uaubucuc'ua'ub'ub'd1d2puuu)(212121d2d1pd1pd2duuuuuuu9带平衡电抗器的双反星形可控整流电路的特点利用绕组的极性相反来消除变压器中的直流磁通势ud1uaubuciaud2ia'uc'ua'ub'uc'OtOtOtOtId12Id16Id12Id16双反星形电路，a=0时两组整流电压、电流波形TabcLRniPLPudidVT2VT6VT4VT1VT3VT5c'a'b'n1n2带平衡电抗器的双反星形可控整流电路10带平衡电抗器的双反星形可控整流电路的特点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'n1n2ud1uaubuciaud2ia'uc'ua'ub'uc'OtOtOtOtId12Id16Id12Id16双反星形电路ud1u2ud2u2LudidtOtOtOtOuaa=0¡ãubuct1uabuacubcubaucaucbuabuacⅠⅡⅢⅣⅤⅥiVT1三相桥式电路bacTn负载iaidudVT1VT3VT5VT4VT6VT2d2d111带平衡电抗器的双反星形可控整流电路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是三相桥的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。bacTn负载iaidudVT1VT3VT5VT4VT6VT2d2d1TabcLRniPLPudidVT2VT6VT4VT1VT3VT5c'a'b'n1n2123.6.2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，即按一定的规律将两个或更多个相同结构的整流电路进行组合，可以减少交流侧输入电流的谐波或提高功率因数将整流电路进行移相多重联结可以减少交流侧输入电流谐波，从而也可以在一定程度上提高功率因数。对串联多重整流电路采用顺序控制的方法可提高功率因数＝ncosa13移相串联多重联结移相30构成的串联2重联结电路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、大小相等的两组三相交流电源电压，接到相互串联的2组整流桥。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C▲LRBA1*▲▲**0°滞后30°3iAc1b1a11c2b2a2iab2ua2b2ua1b1ia1idudⅠⅡⅠⅡ14移相30串联2重联结电路的电流波形输入电流谐波次数为12k±1，其幅值与次数成反比而降低。位移因数cosj1=cosa功率因数ncosj1=0.9886cosa0a)b)c)d)ia1Id180°360°ia2iab2'iAIdiab2tttt000Id2333Id33IdId323(1+)Id323(1+)Id33Id13C▲LRBA1*▲▲**0°滞后30°3iAc1b1a11c2b2a2iab2ua2b2ua1b1ia1idudⅠⅡⅠⅡ15移相串联多重联结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：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=cosa＝0.9949cosa16移相串联多重联结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数为24k±1，k=1，2，3…。输入位移因数和功率因数分别为cosj1=cosa=0.9971cosa采用多重联结的方法，实质是令各整流桥交流二次输入电压错开一定相位，但各桥的控制角a是相同的，因此并不能提高位移因数cosa，但可使输入电流谐波含量大幅减小，从而也可以在一定程度上提高功率因数。移相串联多重联结的典型应用高压直流输电系统1718多重联结电路的顺序控制只对多重整流桥中一个桥的a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a=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Lia)负载ⅠⅡⅢu2u2u2IdVT11VT13VT14VT12VT21VT23VT24VT22VT31VT33VT34VT32ud19单相串联3重联结电路的顺序控制当需要的输出电压UdUdmax/3时，只控制第I组桥的a角，同时令第II、III组桥的输出电压就为零当需要的输出电压Udmax/3Ud2Udmax/3时，第I组桥的a角固定为0，第III组桥输出为零，使其输出电压为零，仅控制第II组桥的a角当需要的输出电压Ud2Udmax/3时，第I、II组桥的a角固定为0，仅控制第III组桥的a角Lia)负载ⅠⅡⅢu2u2u2IdVT11VT13VT14VT12VT21VT23VT24VT22VT31VT33VT34VT32ud20单相串联3重联结电路的顺序控制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电流波形半周期内前后四分之一周期不对称，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。Lia)负载ⅠⅡⅢu2u2u2IdVT11VT13VT14VT12VT21VT23VT24VT22VT31VT33VT34VT32udb)c)iId2IdudOa+aUd2Udmax/3时总直流输出电压和总交流输入电流的波形213.7整流电路的有源逆变工作状态TabRLu1u2i2VT1VT3VT2VT4udid单相桥式全控整流电路（带阻感负载）•a90，Ud0u2OtOtudu2OtOtud•a90，Ud0•意味着什么？Ud=0.9U2cosa223.7整流电路的有源逆变工作状态1.什么是逆变？为什么要逆变？逆变—把直流电转变成交流电，整流的逆过程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实例：电力机车下坡行驶，机车的位能转变为电能，反送到交流电网中去其他实例：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实例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（第四章学习）直流发电机－电动机系统电能的流转a）M电动运转，两电动势同极性，EGEM，电流Id从G流向M，G输出电功率，M吸收电功率b）回馈制动状态，M作发电运转，两电动势同极性，EMEG，电流反向，从M流向G，故M输出电功率，G则吸收电功率c）两电动势反极性，形成短路。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23c)b)a)MGMGMGEGEMIdR∑EGEMIdR∑EGEMIdR∑c)b)a)MGMGMGEGEMIdR∑EGEMIdR∑EGEMIdR∑c)b)a)MGMGMGEGEMIdR∑EGEMIdR∑EGEMIdR∑24单相全波电路的整流单相全波电路代替上述发电机G，给电动机M供电M电动运行，全波电路工作在整流状态，a在0~/2间，Ud为正值，并且UdEM，才能输出Id。交流电网输出电功率，电动机则吸收电功率。a)R+-电能M102u10u20udidLVT1VT2u10udu20u10aOOttIdidUdEM0EMiVT1iVT2id=iVT+iVT12iVT1iVT2iVT1+-c)b)a)MGMGMGEGEMIdR∑EGEMIdR∑EGEMIdR∑EGEM25单相全波电路的逆变M作发电回馈制动运行，由于晶闸管的单向导电性，Id方向不变，欲改变电能的输送方向，只能改变EM极性，即EM0。为了防止两电动势顺向串联，Ud极性也必须反过来，即Ud应为负值，且0UdEM或|EM||Ud|，才能把电能从直流侧送到交流侧，实现逆变。电能的流向与整流时相反，M输出电功率，电网吸收电功率。b)电能MR+-102udidLVT1VT2u10udu20u10OOttIdid0UdEMaEMiVT1iVT2iVT1iVT2iVT2id=iVT+iVT12+-c)b)a)MGMGMGEGEMIdR∑EGEMIdR∑EGEMIdR∑EGEM单相全波电路的逆变Ud可通过改变a来进行调节，由于逆变状态时Ud为负值，故逆变时a在/2~间。逆变工作时，虽然晶闸管的阳极电位大部分处于交流电压为负的半周期，但由于EM的存在，且|EM||Ud|，使晶闸管仍能承受正向电压而导通。26acos9.02dUUb)电能MR+-102udidLVT1VT2u10udu20u10OOttIdid0UdEMaEMiVT1iVT2iVT1iVT2iVT2id=iVT+iVT12+-27逆变产生的条件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