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当前位置:首页 > 电子/通信 > 综合/其它 > 电力电子(模板)第2章
第2章可控整流电路可控整流技术是晶闸管最基本的应用之一,把交流电变换成大小可调的单一方向直流电的过程称为可控整流。第2章可控整流电路•单相可控整流电路的电路简单,一般4KW以下容量的可控整流装置采用较多。•当负载功率超过4KW,要求直流电压脉动较小时,可以采用三相可控整流电路。第2章可控整流电路•2.1单相半波可控整流电路•2.2单相全控桥式和单相全波可控整流电路•2.3单相半控桥式整流电路•2.4三相半波可控整流电路•2.5三相全控桥式整流电路•2.6三相半控桥式整流电路2.1单相半波可控整流电路单相可控整流电路因其具有电路简单、投资少和制造、调试、维修方便等优点,一般4KW以下容量的可控整流装置采用较多。2.1.1电阻性负载222sinuUt电路图2.1.1电阻性负载几个重要的基本概念:触发延迟角:从晶闸管开始承受正向阳极电压起到施加触发脉冲止的电角度,用a表示,也称触发角或控制角。导通角:晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度称为,用θ表示。2.1.1电阻性负载单相半波可控整流电路及波形2.1.1电阻性负载工作原理•0-期间,没有触发脉冲,T正向阻断。•时刻加触发脉冲,T导通,R上有电流流过。负载电压ud=u2。•u2负半周,晶闸管承受反向电压,处于反向截止状态,u2全部加在晶闸管两端,负载上的电压为零。a2.1.1电阻性负载直流输出电压平均值为aaa2cos145.0)cos1(22)(sin221222dUUttdUUVT的移相范围为180通过控制触发脉冲的相位来控制直流输出电压大小的方式称为相位控制方式,简称相控方式。a带阻感负载的单相半波电路及其波形(不带续流二极管)阻感负载的特点:电感对电流变化有抗拒作用,使得流过电感的电流不发生突变2.1.2电感性负载及续流二极管2.1.2电感性负载及续流二极管工作原理电源电压的正半周,晶闸管处于正向阻断状态。时触发晶闸管,晶闸管由正向阻断状态转为导通状态,电流从0开始上升,至时上升至最大值,随后开始下降。在电源电压由正变负的过零点处,由于电感储能作用,使尚未降至零,晶闸管仍处于导通状态。tadid2iRu带续流二极管的单相半波相控整流电路及其波形2.1.2电感性负载及续流二极管2.1.2电感性负载及续流二极管•带续流二极管当过零变负时,续流二极管因承受正向电压而导通,负载电流经续流二极管构成通路,电感释放储能。2.1.2电感性负载及续流二极管•流过晶闸管的电流平均值为•流过续流二极管的电流平均值为•流过晶闸管和续流二极管的电流有效值分别为dDdπ2πIIaπ2Tdd1πd()2π2πIItIaa2π2Dddπ1πd()2π2πIItIaadTdπ2πIIa2.1.2电感性负载及续流二极管VT的a移相范围为180。简单,但输出脉动大,变压器二次侧电流中含直流分量,造成变压器铁芯直流磁化。实际上很少应用此种电路。分析该电路的主要目的建立起整流电路的基本概念。单相半波可控整流电路的特点2.2单相全控桥式和单相全波可控整流电路为了使交流电源u2的另一半周期也能向负载输出同方向的直流电压,即能减少输出电压ud波形的脉动,又能提高输出直流电压平均值,则需采用单相全控桥式和单相全波可控整流电路。2.2.1电阻性负载带电阻性负载的单相全控桥式整流电路及其波形2.2.1电阻性负载•工作原理及波形分析–VT1和VT4组成一对桥臂,在u2正半周承受电压u2,得到触发脉冲即导通,当u2过零时关断。–VT2和VT3组成另一对桥臂,在u2正半周承受电压-u2,得到触发脉冲即导通,当u2过零时关断。2.2.1电阻性负载•整流输出电压平均值为•输出电流的平均值和有效值分别为•晶闸管电流平均值为•晶闸管电流有效值为d21cos0.92UUad2d1cos0.92UUIRRa2sin2π2ππUUIRRaa2dTd11cos0.4522UIIRa2π22Td21sin2πsind()2π2ππ22UUIIttRRaaa2.2.2电感性负载2OtOtOtudidi2b)OtOtuVT1,4OtOtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4单相全控桥带阻感负载时的电路及波形2.2.2电感性负载假设电路已工作于稳态,id的平均值不变。假设负载电感很大,负载电流id连续且波形近似为一水平线。u2过零变负时,晶闸管VT1和VT4并不关断。至ωt=π+a时刻,晶闸管VT1和VT4关断,VT2和VT3两管导通。VT2和VT3导通后,VT1和VT4承受反压关断,流过VT1和VT4的电流迅速转移到VT2和VT3上,此过程称换相,亦称换流。2.2.2电感性负载•整流输出电压平均值•整流输出电压有效值•流过晶闸管的电流平均值和有效值πd22212sind()π22cos0.9cosπUUttUUaaaaπ2221(2sin)dπUUttUaaTddπ12π2IIIdTddπ12π2III2.2.3反电动势负载b)idOEudtIdOtaqd单相桥式全控整流电路接反电动势—电阻负载时的电路及波形2.2.3反电动势负载•在|u2|E时,才有晶闸管承受正电压,有导通的可能。•导通之ud=u2,,直至|u2|=E,id即降至0使得晶闸管关断,此后ud=E。REuidd2.2.3反电动势负载•与电阻负载时相比,晶闸管提前了电角度δ停止导电,δ称为停止导电角,•在a角相同时,整流输出电压比电阻负载时大。212sinUEd2.2.3反电动势负载•当αd时,触发脉冲到来时,晶闸管承受负电压,不可能导通。•触发脉冲有足够的宽度,保证当wt=d时刻有晶闸管开始承受正电压时,触发脉冲仍然存在。这样,相当于触发角被推迟为d。2.2.4单相全波可控整流电路a)tab)udi1OOt单相全波可控整流电路及波形2.2.4单相全波可控整流电路•单相全波与单相全控桥从直流输出端或从交流输入端看均是基本一致的。•变压器不存在直流磁化的问题。•从上述后两点考虑,单相全波电路有利于在低输出电压的场合应用。2.2.4单相全波可控整流电路•单相全波与单相全控桥的区别单相全波中变压器结构较复杂,材料的消耗多。单相全波只用2个晶闸管,比单相全控桥少2个,相应地,门极驱动电路也少2个;但是晶闸管承受的最大电压是单相全控桥的2倍。单相全波导电回路只含1个晶闸管,比单相桥少1个,因而管压降也少1个。2.3单相半控桥式整流电路•在单相全控桥电路中,要求桥臂上晶闸管同时被导通,因此选择晶闸管时要求具有相同的导通时间,且脉冲变压器二次侧绕组之间要承受u2电压,所以绝缘要求高。从经济角度出发,可用两只整流二极管代替两只晶闸管,组成单相半控桥式整流电路。2.3.1电阻性负载a)TabROb)u2i2udidVT1VT2VD3VD4u2OudIdtta单相半控桥式整流电路,电阻负载时的电路及波形。2.3.1电阻性负载电路结构单相全控桥中,每个导电回路中有2个晶闸管,1个晶闸管可以用二极管代替,从而简化整个电路。如此即成为单相半控桥式整流电路。电阻负载半控电路与全控电路在电阻负载时的工作情况相同。2.3.2电感性负载单相半控桥式整流电路及其波形2.3.2电感性负载•单相桥式半控整流电路虽然自身有自然续流能力,但在实际运行中,当突然增大至或触发脉冲突然丢失时,会发生一个晶闸管持续导通而两个二极管轮流导通的现象,此时触发脉冲对输出电压失去了控制作用,称为失控。2.3.2电感性负载O)2OudidIdOOOOOi2IdIdIdIIdatttttttaaaiVT1iVD4iVT2iVD3iVDR并联续流二极管的单相半控桥式整流电路及其波形2.3.2电感性负载在u2正半周,u2经VT1和VD4向负载供电。u2过零变负时,因电感作用电流不再流经变压器二次绕组,而是由VT1和VD2续流。在u2负半周触发角a时刻触发VT3,VT3导通,u2经VT3和VD2向负载供电。u2过零变正时,VD4导通,VD2关断。VT3和VD4续流,ud又为零。2.3.2电感性负载•有续流二极管VDR时,续流过程由VDR完成,避免了失控的现象。•续流期间导电回路中只有一个管压降,有利于降低损耗。2.3.2电感性负载•并联续流二极管的输出电压平均值•输出电压有效值•晶闸管电流平均值和有效值分别为•续流二极管的电流平均值和有效值分别为πd222121cos2sind()(1cos)0.9ππ2UUttUUaaaπ2221sin2π(2sin)dπ2ππUUttUaaadTdπ2πIIaTdπ2πIIadDdd22ππIIIaaDdd22ππIIIaa2.4三相半波可控整流电路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。2.4.1电阻性负载TudidVT2VT1VT3Rbca)a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=0Ot1t2t3uGOudOOuabuacOiVT1uVT1ttttt2.4.1电阻性负载电路的特点: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。2.4.1电阻性负载•电阻性负载•在不可控整流情况下,二极管换相发生在相电压的交点、、处,这些交点称为自然换相点。•对三相半波可控整流电路而言,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的起点。1t2t3t2.4.1电阻性负载a=30ou2uaubucOtOtOtOtOtuguduabuact1iT1uT1uac三相半波相控整流电路,阻性负载时的波形o30a2.4.1电阻性负载u2uaubucOtOtOtOtOtuguduabuact1iT1uT1uaco60auauaua三相半波相控整流电路,阻性负载时的波形o60a2.4.1电阻性负载•当时•当时030a≤≤5π6πd22261362sind()cos1.17cos2π2π3UUttUUaaaa30150a≤≤ππd226132π2sind()1cos()2π2π63π0.6751cos()6UUttUaaa2.4.1电阻性负载•负载电流平均值为•电流连续时,整流变压器二次侧各相绕组电流有效值为•电流断续时,整流变压器二次侧各相绕组电流有效值为ddUIR25π26π26221sind()2π13cos234πUIttRURaaa2π2π26221sind()2π531cos2sin2122π8π8πUIttRURaaaa2.4.2电感性负载udiaabcibiciduacOtOtOOtOOtatt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2.4.2电感性负载•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时的波形如上图所示)。–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。2.4.2电感性负载•整流输出电压平均值为(移相范围0~90)•负载电流平均值为•整流变压器二次侧绕组和晶闸管电流有效值为5π6πd22261362sind()cos1.17cos2π2π3UUttUUaaaad2d1.17cosUUIRRa2Tdd1200.5
本文标题:电力电子(模板)第2章
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