1、第二章第二章 整流電路整流電路v 本章所要講述的內容本章所要講述的內容v 單相可控整流電路單相可控整流電路v 三相可控整流電路三相可控整流電路v 變壓器漏感對整流電路的影響變壓器漏感對整流電路的影響v 整流電路的諧波分析整流電路的諧波分析v 有源逆變的基本原理有源逆變的基本原理v 三相有源逆變電路分析和計算三相有源逆變電路分析和計算v 逆變失敗與最小逆變角的限制逆變失敗與最小逆變角的限制v 相控變流裝置的觸發電路相控變流裝置的觸發電路v 本章重點本章重點 v 單相和三相橋式全控整流電路、有源逆變電路組單相和三相橋式全控整流電路、有源逆變電路組成和工作原理、不同性質負載下重要物理量的波形成和工作

2、原理、不同性質負載下重要物理量的波形分析和數值計算。分析和數值計算。2.1 概述概述圖圖2.1 部分常用的整流電路部分常用的整流電路c）d）除除c）、）、d外外a）e）f）、）、g）b）、）、f） c）、）、d）、）、e）、）、g）a）、）、f）b）、）、 c）、）、d）、）、e）、）、g）不可控整流按組成器件半控整流可控整流全控整流單相三相按電源相數六相零式按電路結構橋式半波按變壓器繞組電流全波整流電路整流電路 不同性質的負載對于整流電路輸出的電壓電流波形有很大影不同性質的負載對于整流電路輸出的電壓電流波形有很大影響。響。 負載的性質大致分為以下幾種負載的性質大致分為以下幾種 電阻性負載電阻

3、性負載如電阻加熱爐、電解、電鍍和電焊等。如電阻加熱爐、電解、電鍍和電焊等。 電感性負載電感性負載各種電機的勵磁繞組，經電抗器濾波的負載。各種電機的勵磁繞組，經電抗器濾波的負載。 電容性負載電容性負載整流輸出端接大電容濾波的情況。整流輸出端接大電容濾波的情況。 反電勢負載反電勢負載整流裝置輸出供蓄電池充電或供直流電動機整流裝置輸出供蓄電池充電或供直流電動機作電源用時。作電源用時。 實際上屬于單純的某一種性質的負載是很少的。實際上屬于單純的某一種性質的負載是很少的。確定負載性質必須根據實際情況作具體分析。確定負載性質必須根據實際情況作具體分析。2.1 概述概述2.2 單相可控整流電路單相可控整流電

4、路2.2.1 單相橋式全控整流電路單相橋式全控整流電路1. 電阻負載電阻負載電路結構及其工作原理電路結構及其工作原理 圖圖2.2 單相橋式整流帶電阻負載時的電路及工作原理不可控）單相橋式整流帶電阻負載時的電路及工作原理不可控）aD4D1i22ubTu1D3idRudD2u2 (a)D1RD4u2 (b)u2 0u2Owt圖圖2.2 單相橋式整流帶電阻負載時的電路及工作原理不可控）單相橋式整流帶電阻負載時的電路及工作原理不可控）aD4D1i22ubTu1D3idRudD2u2 02.2.1 單相橋式全控整流電路單相橋式全控整流電路RTu1u2i2abVT1VT3VT2VT4udid圖圖2.3 單

5、相橋式全控整流帶電阻負載時的電路及工作原理全控）單相橋式全控整流帶電阻負載時的電路及工作原理全控）RTu1u2i2abVT1VT3VT2VT4udid圖圖2.3 單相橋式全控整流帶電阻負載時的電路及工作原理全控）單相橋式全控整流帶電阻負載時的電路及工作原理全控）u2 (b)VT3RVT2u2 (a)u2 0b)c)d)wtwtwtpaa000i2udiduVT1,4u( i )dd轉轉u2負半負半周周圖圖2.4 單相橋式全控整流帶電阻負載時的電路及波形（單相橋式全控整流帶電阻負載時的電路及波形（ ud、id ）RTu1u2i2abVT1VT3VT2VT4udida)u2 02.2.1 單相橋式

6、全控整流電路單相橋式全控整流電路圖圖2.4 單相橋式全控整流帶電阻負載時的電路及波形（單相橋式全控整流帶電阻負載時的電路及波形（ uVT1，4 ）RTu1u2i2abVT1VT3VT2VT4udida)u2 02.2.1 單相橋式全控整流電路單相橋式全控整流電路圖圖2.4 單相橋式全控整流帶電阻負載時的電路及波形（單相橋式全控整流帶電阻負載時的電路及波形（ i2 ）RTu1u2i2abVT1VT3VT2VT4udida)u2 300，負載電流斷續的移相范圍:001500。 負載電流平均值IdU.td(t)UUdcos171sin21223265662232612sin0 6751 cosdUU

7、td(t).U()RUIdd2.3.1 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路基本數量關系基本數量關系a =30u2uaubucOwtOwtOwtOwtOwtuGuduabuacwt1iVT1uVT1uacwwttwtwta =60u2uaubucOOOOuGudiVT1晶閘管承受的最大反向電壓URM 晶閘管承受的最大正向電壓UFM 晶閘管的額定電壓UT(AV)晶閘管的額定電流IT(AV)26UUFM2632U)(UT(AV)571251.I).(ITT(AV)26UURM2.3.1 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路a =30u2uaubucOwtOwtOwtOwtOwtuGudua

8、buacwt1iVT1uVT1uac圖圖2.15 三相半波可控整流電路共陰極接法電感負載三相半波可控整流電路共陰極接法電感負載時的電路及時的電路及=600的波形的波形uvwTRLu2udeLidVT1VT2VT32.3.1 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路2.電感性負載電感性負載p54）特點：阻感負載，特點：阻感負載，L L值很大，值很大，idid波形基本平直。波形基本平直。a30a30時：整流電壓波形與時：整流電壓波形與電阻負載時相同。電阻負載時相同。a30a30時如時如a=60a=60時的波時的波形如圖形如圖2-162-16所示）。所示）。u2u2過零時，過零時，VT1VT1不關斷

9、，直到不關斷，直到VT2VT2的脈沖到來，才換流，的脈沖到來，才換流，udud波形中出現負的部分。波形中出現負的部分。idid波形有一定的脈動，但為簡波形有一定的脈動，但為簡化分析及定量計算，可將化分析及定量計算，可將idid近近似為一條水平線。似為一條水平線。阻感負載時的移相范圍為阻感負載時的移相范圍為9090。udiauaubucibiciduacOwtOwtOOwtOOwtawtwt輸出電壓平均值Ud 由上式，a的移相范圍 00900。 輸出電流平均值Id I2即晶閘管電流的有效值IT 晶閘管電流的平均值IdTRUIddawwpappcos17. 1)(sin22326562UttdUU

10、d32165622ddTItdIIIapapwpdddVTItdII3121656apapwp2.3.1 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路基本數量關系基本數量關系udiauaubucibiciduacOwtOwtOOwtOOwtawtwt 晶閘管最大正反向電壓 晶閘管的額定電流 晶閘管的額定電壓 三相整流電路的功率因數2RMFM6UUU571251.I).(ITT(AV)223cosIUIUSPdd2632U)(UT(AV)2.3.1 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路udiauaubucibiciduacOwtOwtOOwtOOwtawtwt圖圖2.16 三相橋式全控整流電路三

11、相橋式全控整流電路(p54，圖，圖2.17)2.3.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路電阻負載電阻負載共陰極組共陰極組陰極連接在一起陰極連接在一起的的3 3個晶閘管個晶閘管VT1VT1，VT3VT3，VT5VT5）共陽極組共陽極組陽極連接陽極連接在 一 起 的在 一 起 的 3 3 個 晶 閘 管個 晶 閘 管VT4VT4，VT6VT6，VT2VT2）導通順序：導通順序： VT1 VT1VT2VT2VT3VT3 VT4 VT4VT5VT5VT6VT6VT1VT1電路電路工作原理工作原理1 12.3.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路u2w wu2uaucubOta a =

12、0w wt1圖圖2.17 2.17 三相橋式全控整流電路工作原理三相橋式全控整流電路工作原理(p54(p54，圖，圖2.17)2.17)工作原理工作原理2 2w wu2uaucubw wt1Ota a = 02.3.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路圖圖2.17 2.17 三相橋式全控整流電路工作原理三相橋式全控整流電路工作原理(p54(p54，圖，圖2.17)2.17)工作原理工作原理3 3wu2uaucubwt1Ota = 02.3.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路圖圖2.17 2.17 三相橋式全控整流電路工作原理三相橋式全控整流電路工作原理(p54(p54，圖，圖

13、2.17)2.17)工作原理工作原理4 4wu2uaucubwt1Ota = 02.3.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路圖圖2.17 2.17 三相橋式全控整流電路工作原理三相橋式全控整流電路工作原理(p54(p54，圖，圖2.17)2.17)工作原理工作原理5 5wu2uaucubwt1Ota = 02.3.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路圖圖2.17 2.17 三相橋式全控整流電路工作原理三相橋式全控整流電路工作原理(p54(p54，圖，圖2.17)2.17)工作原理工作原理6 6uuuwu2acbwt1Ota = 02.3.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流

14、電路圖圖2.17 2.17 三相橋式全控整流電路工作原理三相橋式全控整流電路工作原理(p54(p54，圖，圖2.17)2.17)2.3.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路波形分析波形分析1=00 ）電阻負載電阻負載wwwwu2ud1ud2u2Luduabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuaucubwt1OtOtOtOta = 0iVT1uVT1圖圖2.18 2.18 三相橋式全控整流電三相橋式全控整流電路電阻負載路電阻負載=0o=0o時的波形時的波形波形分析波形分析2=300 ）2.3.2 三相橋式全控整流電路三相

15、橋式全控整流電路wwwwud1ud2a = 30iaOtOtOtOtuduabuacuaubucwt1uabuacubcubaucaucbuabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuVT1圖圖2.19 2.19 三相橋式全控整流電三相橋式全控整流電路電阻負載路電阻負載=30o=30o時的波形時的波形2.3.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路波形分析波形分析3=600 ）w ww ww wa a = 60ud1ud2uduacuacuabuabuacubcubaucaucbuabuacuaubucOtw wt1OtOtuVT1圖圖2.20 2.20 三相橋式全控整流電

16、三相橋式全控整流電路電阻負載路電阻負載=60o=60o時的波形時的波形波形分析波形分析1=00 ）2.3.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路cbaw ww wu2u2Luduabuacubcubaucaucbuabuacuuuw wt1OtOta a = 0udud波形波形圖圖2.21 三相橋式全控整流電三相橋式全控整流電路電感性負載路電感性負載=00時的波形時的波形p55，圖，圖2.18）電感負載電感負載w ww wuabuacuabuacubcubaucaucbuabuacOtOtiT1uT1波形分析波形分析1=00 ）2.3.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路idw

17、wtOcbaw wu2uuuw wt1Ota a = 0id、iT1、uT1波形波形圖圖2.21 三相橋式全控整流電三相橋式全控整流電路電感性負載路電感性負載=00時的波形時的波形p55，圖，圖2.18）cba波形分析波形分析2=300 ）w wu2uuuw wt1Ot2.3.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路w wtuduab uac ubc uba uca ucb uab uacw wtOidw wtOa a = 30iT1w wtOw wtOud 、id、iT1波形波形圖圖2.22 三相橋式全控整流電三相橋式全控整流電路電感性負載路電感性負載=300時的波時的波形形p56，圖，

18、圖2.19）cba波形分析波形分析2=300 ）w wu2uuuw wt1Ot2.3.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路w wtu T1abacbcbacacbabacw wtOi2w wtOa a = 30uT1 、i2波形波形iT1iT4圖圖2.22 三相橋式全控整流電三相橋式全控整流電路電感性負載路電感性負載=300時的波時的波形形p56，圖，圖2.19）圖圖2.23 三相橋式全控整流電路電感性負載三相橋式全控整流電路電感性負載=600時的波形時的波形 （p57，圖，圖2.20）波形分析波形分析3=600 ）cbaw wu2uuuw wt1Otw wtuduab uac ubc

19、 uba uca ucb uab uacw wtOidw wtOa a = 60iT1w wtO2.3.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路波形分析波形分析3=600 ）cbaw wu2uuuw wt1Otw wtuab uac ubc uba uca ucb uab uacw wtOOa a = 60i2w wtO2.3.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路u T1iT4iT1圖圖2.23 三相橋式全控整流電路電感性負載三相橋式全控整流電路電感性負載=600時的波形時的波形 （p57，圖，圖2.20）觸發脈沖分析圖圖2.24 三相橋式全控整流電三相橋式全控整流電路的觸發脈沖路

20、的觸發脈沖p58，圖，圖2.17）2.3.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路 對觸發脈沖的要求：對觸發脈沖的要求：按按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的順序，的順序，相位依次差相位依次差6060。共陰極組共陰極組VT1VT1、VT3VT3、VT5VT5的脈沖依次差的脈沖依次差120120，共陽極組，共陽極組VT4VT4、VT6VT6、VT2VT2也依也依次差次差120120。同一相的上下兩個橋臂，即同一相的上下兩個橋臂，即VT1VT1與與VT4VT4，VT3VT3與與VT6VT6，VT5VT5與與VT2VT2，脈沖相差，脈沖

21、相差180180。觸發脈沖分析觸發脈沖分析 需保證同時導通的需保證同時導通的2個晶閘管均個晶閘管均有脈沖，可采用兩種方法：一種有脈沖，可采用兩種方法：一種是寬脈沖觸發，一種是雙窄脈沖是寬脈沖觸發，一種是雙窄脈沖觸發常用）觸發常用）2.3.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路 輸出電壓平均值Ud連續時） 帶電阻負載且600時，整流電壓平均值Ud 輸出電流平均值Id 如果是反電勢負載帶平波電抗器，則輸出電流Idawwpapapcos34. 2)(sin63123232UttdUUd)3cos(134. 2)(sin631232apwwppapUttdUUdRUIddREUIdd2.3.2

22、三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路基本數量關系基本數量關系 流過晶閘管的電流值有效值IT 晶閘管承受的最大正向電壓 晶閘管承受的最大反向電壓 晶閘管的額定電壓26UUFMdTII3126UURM2632U)(UT(AV)2.3.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路基本數量關系基本數量關系工作原理小結工作原理小結表表21晶閘管及輸出整流電壓的情況晶閘管及輸出整流電壓的情況時時 段段I IIIIIIIIIIIIVIVV VVIVI共陰極組中導通共陰極組中導通的晶閘管的晶閘管VT1VT1VT1VT1VT3VT3VT3VT3VT5VT5VT5VT5共陽極組中導通共陽極組中導通的晶閘管的晶

23、閘管VT6VT6VT2VT2VT2VT2VT4VT4VT4VT4VT6VT6整流輸出電壓整流輸出電壓ududua-ubua-ub=uab=uabua-ua-ucuc=uac=uacub-ucub-uc=ubc=ubcub-ub-uaua=uba=ubauc-uc-uaua=uca=ucauc-uc-ubub=ucb=ucb2.3.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路的特點三相橋式全控整流電路的特點（1 12 2管同時導通形成供電回路，其中共陰極組和管同時導通形成供電回路，其中共陰極組和共陽極組各共陽極組各1 1，且不能為同，且不能為同1 1相器件。相器件。工作原理小

24、結工作原理小結（2 2udud一周期脈動一周期脈動6 6次，每次脈動的波形都一樣，次，每次脈動的波形都一樣，故該電路為故該電路為6 6脈波整流電路。脈波整流電路。2.3.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路2.4 變壓器漏感對整流電路的影響變壓器漏感對整流電路的影響 考慮包括變壓器漏感包含源邊和副邊漏感在內的交考慮包括變壓器漏感包含源邊和副邊漏感在內的交流側電感的影響，該漏感可用一個集中的電感流側電感的影響，該漏感可用一個集中的電感LBLB表示。表示。 以三相半波為例，將其結論推廣。以三相半波為例，將其結論推廣。LRabcTLudicibiaBLBLBikVT1VT2VT3ik=ib是

25、逐漸增大的，是逐漸增大的， 而而ia=Id-ik是逐漸減小的。是逐漸減小的。當當ik增大到等于增大到等于Id時，時，ia=0，VT1關斷關斷,換流過程換流過程結束。結束。VT1VT1換相至換相至VT2VT2的過程：的過程： 因因a、b兩相均有漏感，故兩相均有漏感，故ia、ib均不能突變。于是均不能突變。于是VT1和和VT2同時導通，相當于將同時導通，相當于將a、b兩相短路，在兩相組成的回路兩相短路，在兩相組成的回路中產生環流中產生環流ik。圖圖2.25 考慮變壓器漏抗時的三相半波可控整流考慮變壓器漏抗時的三相半波可控整流電路及波形電路及波形p60，圖，圖2.25）udidwtOwtOgicia

26、ibiciaIduaubucat1dBdIXmUp222coscos6dU()U2.4.1 換相過程中的輸出電壓換相過程中的輸出電壓兩個概念兩個概念換相壓降換相壓降與不考慮變壓器漏感時相比，與不考慮變壓器漏感時相比，ud平均值降低的多少。平均值降低的多少。 換相重疊角換相重疊角g 換相過程所對應的電角度，用換相過程所對應的電角度，用g表示。表示。換相壓降的計算換相壓降的計算角的計算角的計算2.5 諧波和無功功率分析諧波和無功功率分析2.5.1 諧波分析目的 隨著電力電子技術的發展，其應用日益廣泛，由此帶來的無功隨著電力電子技術的發展，其應用日益廣泛，由此帶來的無功(reactive power

27、) 和諧波和諧波(harmonics)問題日益嚴重，引起了關注。問題日益嚴重，引起了關注。 在電力電子裝置接入電網前，必須進行諧波分析，弄清楚諧波分布和在電力電子裝置接入電網前，必須進行諧波分析，弄清楚諧波分布和注入電網的諧波值，以便制定諧波治理方案，使電力電子裝置能夠滿足注入電網的諧波值，以便制定諧波治理方案，使電力電子裝置能夠滿足標準所規定的允許值。標準所規定的允許值。諧波的定義諧波的定義對于非正弦波電壓，滿足狄里赫利條件，可分解為傅里葉級數：對于非正弦波電壓，滿足狄里赫利條件，可分解為傅里葉級數：正弦波電壓可表示為：正弦波電壓可表示為：)sin(2)(utUtuw 基波基波fundame

28、ntalfundamental）頻率與工頻相同的分量頻率與工頻相同的分量 諧波諧波頻率為基波頻率大于頻率為基波頻率大于1 1整數倍的分量整數倍的分量 諧波次數諧波次數諧波頻率和基波頻率的整數比諧波頻率和基波頻率的整數比2.5.2 幾個重要的物理概念幾個重要的物理概念%IInn100HRI1（1n次諧波電流含有率次諧波電流含有率HRIn%100THD1iIIh（2電流諧波總畸變率電流諧波總畸變率THDi （3電壓紋波因數電壓紋波因數u12222012sinsin24sinRudmmmmUmmUppppgppm23612u/%48.218.274.180.9940表表1 1 不同脈波數不同脈波數m

29、 m時的電壓紋波因數值時的電壓紋波因數值 m脈波整流電壓ud0的諧波次數為mk (k=1,2,3,)次，即m的整數倍次。 當m一定時，隨著諧波次數的增加，諧波幅值迅速減小。 各次諧波幅值與角的關系如圖2.26所示。圖圖2.26 三相全控橋電流連續時三相全控橋電流連續時n次諧波幅值與次諧波幅值與的關系的關系p73，圖圖2.34） 2.5.3 諧波分析幾個重要結論諧波分析幾個重要結論 2.5.4 無功功率分析無功功率分析功率因數功率因數n正弦電路中的情況u 電路的有功功率就是其平均功率：pwp20cos)(21UItuidPu視在功率為電壓、電流有效值的乘積，即視在功率為電壓、電流有效值的乘積，即

30、S=UI u無功功率定義為：無功功率定義為： Q=U I sinj u功率因數功率因數l 定義為有功功率定義為有功功率P和視在功率和視在功率S的比值：的比值：SPu 此時無功功率Q與有功功率P、視在功率S之間有如下關系：222QPSu功率因數是由電壓和電流的相位差j 決定的：l =cos j n非正弦電路中的情況u有功功率、視在功率、功率因數的定義均和正弦電路相同，功有功功率、視在功率、功率因數的定義均和正弦電路相同，功率因數仍由式率因數仍由式 定義。定義。SPu非正弦電路的有功功率 ：P=U I1 cosj1 u功率因數為：11111coscoscosIIUIUISP u 基波因數基波因數n

31、 =I1 / I，即基波電流有效值和總電流有效值之比，即基波電流有效值和總電流有效值之比u 位移因數基波功率因數）位移因數基波功率因數）cos 1u功率因數由基波電流相移和電流波形畸變這兩個因素共同決定的。 2.5.4 無功功率分析無功功率分析n非正弦電路的無功功率u定義很多，但尚無被廣泛接受的科學而權威的定義。定義很多，但尚無被廣泛接受的科學而權威的定義。u一種簡單的定義：一種簡單的定義：u 22PSQu無功功率無功功率Q反映了能量的流動和交換，目前被較廣泛地接受。反映了能量的流動和交換，目前被較廣泛地接受。u也可采用符號也可采用符號Qf，忽略電壓中的諧波時有：，忽略電壓中的諧波時有：Q f

32、 =U I 1 sin 1 u 在非正弦情況下，在非正弦情況下， ，因此引入畸變功率，因此引入畸變功率D，使得：，使得： 222fQPS2222DQPSfQ f為由基波電流所產生的無功功率，為由基波電流所產生的無功功率，D是諧波電流產生的無功功率。是諧波電流產生的無功功率。 2.5.4 無功功率分析無功功率分析n逆變、有源逆變的基本概念逆變、有源逆變的基本概念n有源逆變產生的基本條件有源逆變產生的基本條件 n有源逆變電路的分析方法有源逆變電路的分析方法n逆變失敗和最小逆變角逆變失敗和最小逆變角2.7 有源逆變電路有源逆變電路n逆變逆變InvertionInvertion）將直流電能轉變成交流電

33、能，是整將直流電能轉變成交流電能，是整流的逆過程。流的逆過程。n逆變電路逆變電路把直流電能逆變成交流電能的電路。把直流電能逆變成交流電能的電路。 n有源逆變有源逆變將直流變為交流之后，輸出端與交流電網相將直流變為交流之后，輸出端與交流電網相連。連。 應用：直流可逆調速系統、交流繞線轉子異步電動機應用：直流可逆調速系統、交流繞線轉子異步電動機串級調速以及高壓直流輸電等。串級調速以及高壓直流輸電等。 n無源逆變無源逆變 將直流變為交流之后，輸出端與負載相連將直流變為交流之后，輸出端與負載相連( (第第5 5章內容章內容) )。2.7.1 基本概念基本概念 對于可控整流電路，滿足一定條件就可工作于有

34、源逆變，對于可控整流電路，滿足一定條件就可工作于有源逆變，其電路形式未變，只是電路工作條件轉變。既工作在整流狀其電路形式未變，只是電路工作條件轉變。既工作在整流狀態又工作在逆變狀態，稱為變流電路。態又工作在逆變狀態，稱為變流電路。2.7 有源逆變電路有源逆變電路2.7.2 有源逆變電路的應用有源逆變電路的應用直流可逆電力拖動系統直流可逆電力拖動系統圖圖2.29 兩組變流器的反并聯可逆電路及工作狀態兩組變流器的反并聯可逆電路及工作狀態p89,圖圖2.53）直流發電機直流發電機電動機系統電能的流轉電動機系統電能的流轉圖2.30 直流發電機電動機之間電能的流轉a兩電動勢同極性EG EM b兩電動勢同

35、極性EM EG c兩電動勢反極性，形成短路 電路過程分析。電路過程分析。 兩個電動勢同極性相接時，電流總是從電動勢高的流向低的，回路兩個電動勢同極性相接時，電流總是從電動勢高的流向低的，回路電阻小，可在兩個電動勢間交換很大的功率。電阻小，可在兩個電動勢間交換很大的功率。2.7.3 2.7.3 有源逆變的基本原理有源逆變的基本原理用單相全波電路代替上述發電機用單相全波電路代替上述發電機有源逆變產生的條件有源逆變產生的條件a)b)u10udu20u10aOOwtwtIdidUdEMu10udu20u10OOwtwtIdidUdEMaiVT1iVT2iVT2id=iVT +iVT12id=iVT +

36、iVT12iVT1iVT2iVT1圖圖2.31 單相全波電路的整流和逆變運行過程單相全波電路的整流和逆變運行過程p81，圖，圖2.45）t1t1t1t1t2t2t3t3t2t2t4電動機電動機M M電動運行電動運行電動機電動機M M發電發電回饋制動運行回饋制動運行2.7.3 2.7.3 有源逆變的基本原理有源逆變的基本原理（1外部條件外部條件有直流電動勢源，其極性必須和晶閘管有直流電動勢源，其極性必須和晶閘管的導通方向一致，其值應稍大于變流器直流側平均電壓。的導通方向一致，其值應稍大于變流器直流側平均電壓。（2內部條件內部條件要求晶閘管的控制角要求晶閘管的控制角/2，使，使Ud為負為負值。值。

37、從上述分析中，可以歸納出產生逆變的條件：從上述分析中，可以歸納出產生逆變的條件： 半控橋或有續流二極管的電路，因其整流電壓半控橋或有續流二極管的電路，因其整流電壓ud不不能出現負值，也不允許直流側出現負極性的電動勢，故不能出現負值，也不允許直流側出現負極性的電動勢，故不能實現有源逆變。欲實現有源逆變，只能采用全控電路。能實現有源逆變。欲實現有源逆變，只能采用全控電路。2.7.3 2.7.3 有源逆變的基本原理有源逆變的基本原理考慮：半控橋或有續流二極管的電路能不能實現有源逆變？考慮：半控橋或有續流二極管的電路能不能實現有源逆變？逆變和整流的區別：控制角逆變和整流的區別：控制角 不同不同 以自然

38、換相點作為計量的起始點，并以此向右計量。以自然換相點作為計量的起始點，并以此向右計量。0 p /2 時，電路工作在整流狀態。時，電路工作在整流狀態。 p /2 p /2時的控制角用時的控制角用p- = b表示，表示，b 稱為逆變角。稱為逆變角。逆變角逆變角b和控制角和控制角a的計量方向相反，其大小自的計量方向相反，其大小自b =0的起始點向的起始點向左方計量。左方計量。2.7.3 2.7.3 有源逆變的基本原理有源逆變的基本原理電路結構、波形分析及基本數量關系電路結構、波形分析及基本數量關系圖圖2.32 三相橋構成的有源逆變電路三相橋構成的有源逆變電路 cab2.7.4 三相有源逆變電路三相有

39、源逆變電路圖2.33 三相橋式整流電路工作于有源逆變狀態時的電壓波形(p82)uabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbuabuacucaubaucaucbuabuacubcuaubucuaubucuaubucuaubu2udwtOwtOb =p4b =p3b =p6b =p4b =p3b =p6wt1wt3wt22.7.4 三相有源逆變電路三相有源逆變電路Md|dEUIR22L2.34cos1.35cosdUUUbb 每個晶閘管導通每個晶閘管導通2p/3，故流過晶閘管的電流有效值為：，故流過晶閘管的電流有效值為：0.5773dVTdIII從交流電源送到直流側負載

40、的有功功率為：從交流電源送到直流側負載的有功功率為：dMddIEIRP2當逆變工作時，由于當逆變工作時，由于EM為負值，故為負值，故Pd一般為負值，表示功率由直一般為負值，表示功率由直流電源輸送到交流電源。流電源輸送到交流電源。在三相橋式電路中，變壓器二次側線電流的有效值為：在三相橋式電路中，變壓器二次側線電流的有效值為：2220 .8 1 63TddIIII2.7.4 三相有源逆變電路三相有源逆變電路2.7.5 逆變失敗與最小逆變角逆變失敗與最小逆變角（一逆變失敗逆變顛覆的概念（一逆變失敗逆變顛覆的概念逆變時，一旦換相失敗，外接直流電源就會通過晶閘管電逆變時，一旦換相失敗，外接直流電源就會通

41、過晶閘管電路短路，或使變流器的輸出平均電壓和直流電動勢變成順路短路，或使變流器的輸出平均電壓和直流電動勢變成順向串聯，形成很大短路電流。向串聯，形成很大短路電流。（二逆變失敗的原因（二逆變失敗的原因（1觸發電路工作不可靠，不能適時地、準確地給各晶閘觸發電路工作不可靠，不能適時地、準確地給各晶閘管分配脈沖，如脈沖丟失、脈沖延遲等，致使晶閘管不能管分配脈沖，如脈沖丟失、脈沖延遲等，致使晶閘管不能正常換相，使交流電源電壓和直流電動勢順向串聯，形成正常換相，使交流電源電壓和直流電動勢順向串聯，形成短路。短路。u10udu20u10OOwtwtIdidUdg 時，換相結束時，晶時，換相結束時，晶閘管能承

42、受反壓而關斷。閘管能承受反壓而關斷。如果如果b g ，該通的晶閘管，該通的晶閘管VT1會關斷，而應關斷的晶閘管會關斷，而應關斷的晶閘管VT3)不能關斷，不能關斷，最終導致逆變失敗。最終導致逆變失敗。 圖圖2.34 交流側電抗對逆變換相過程的影響交流側電抗對逆變換相過程的影響udOOidwtwtuaubucuaubpbg giVT1iVTiVT3iVTiVT322 結論：為了防止結論：為了防止逆變失敗，逆變角逆變失敗，逆變角不能太小，其最不能太小，其最小值必須加以限制。小值必須加以限制。abc（三最小逆變角（三最小逆變角確定的依據確定的依據（1逆變時允許采用的最小逆變時允許采用的最小min角應等

43、于角應等于 式中，式中，為晶閘管的關斷時間為晶閘管的關斷時間tq折合的電角度折合的電角度, 為換為換相重疊角相重疊角, 為安全裕量角。為安全裕量角。晶閘管的關斷時間晶閘管的關斷時間tq可達可達200300s，折算成電角度，折算成電角度約為約為45。而重疊角。而重疊角是隨直流平均電流和換是隨直流平均電流和換相電抗的增加而增大。相電抗的增加而增大。一般取一般取10o。qgdbmin2.7.5 逆變失敗與最小逆變角逆變失敗與最小逆變角2.8 相控變流裝置的觸發電路相控變流裝置的觸發電路晶閘管相控裝置對觸發電路的要求晶閘管相控裝置對觸發電路的要求圖圖2.35 常見的觸發脈沖波形常見的觸發脈沖波形（1觸

44、發脈沖必須有足夠的功率，保證在允許的整個工作溫度范圍內，對觸發脈沖必須有足夠的功率，保證在允許的整個工作溫度范圍內，對所有合格的元件都能可靠觸發。所有合格的元件都能可靠觸發。（2觸發脈沖應有足夠的寬度，以保證晶閘管可靠導通。觸發脈沖應有足夠的寬度，以保證晶閘管可靠導通。（3觸發脈沖的前沿應盡量陡些。觸發脈沖的前沿應盡量陡些。（4觸發脈沖的相位應能夠根據控制信號的要求在規定的范圍內移動。觸發脈沖的相位應能夠根據控制信號的要求在規定的范圍內移動。（5觸發脈沖與晶閘管主回路電源電壓必須同步。觸發脈沖與晶閘管主回路電源電壓必須同步。 （6觸發電路與晶閘管主回路之間有必要的電氣隔離。觸發電路與晶閘管主回

45、路之間有必要的電氣隔離。 作用：產生符合要求的門極觸發脈沖，保證晶閘管在需要的作用：產生符合要求的門極觸發脈沖，保證晶閘管在需要的 時刻由阻斷轉為導通。時刻由阻斷轉為導通。晶閘管變流裝置觸發電路簡介晶閘管變流裝置觸發電路簡介（1 1主要有主要有3 3種類型種類型 A A、由分立元件組成的觸發電路，一般稱之為、由分立元件組成的觸發電路，一般稱之為分立式觸發電路。分立式觸發電路。 B B、由模擬集成電路和少量的外圍元件組成的、由模擬集成電路和少量的外圍元件組成的模擬集成觸發電路。模擬集成觸發電路。C C、數字觸發電路。、數字觸發電路。2.8 相控變流裝置的觸發電路相控變流裝置的觸發電路（2 2一種

46、比較典型一種比較典型的分立式觸發電的分立式觸發電路路 同步信號同步信號為鋸齒波的觸發為鋸齒波的觸發電路電路 1 1） 脈沖形成與放大脈沖形成與放大 環節環節 2 2） 鋸齒波的形成鋸齒波的形成 和脈沖移相環節和脈沖移相環節 3 3） 同步環節同步環節 4 4） 雙窄脈沖形成雙窄脈沖形成 環節環節圖圖2.36 同步信號為鋸齒波的觸發電路同步信號為鋸齒波的觸發電路2.8 相控變流裝置的觸發電路相控變流裝置的觸發電路1脈沖形成與放大環節脈沖形成與放大環節 E1R7E2-E1uco2.8 相控變流裝置的觸發電路相控變流裝置的觸發電路n Uco=0V,V4截止，截止，V5飽和導通，飽和導通， V7和和V

47、8截止，沒有脈沖輸出。截止，沒有脈沖輸出。n Uco=0.7V,V4導通，導通，V5截止，截止， V7和和V8導通，形成脈沖。導通，形成脈沖。n 脈沖前沿由脈沖前沿由V4導通時刻確定，導通時刻確定，脈沖寬度與反向充電回路時間脈沖寬度與反向充電回路時間常數常數R11C3有關。有關。n 電路的觸發脈沖由脈沖變壓器電路的觸發脈沖由脈沖變壓器TP二次側輸出，其一次繞組接二次側輸出，其一次繞組接在在V8集電極電路中。集電極電路中。2） 鋸齒波的形成鋸齒波的形成 和脈沖移相環節和脈沖移相環節 鋸齒波電壓形成電鋸齒波電壓形成電路由路由V1、V2、V3和和C2等元件組成，其中等元件組成，其中V1、VS、RP2和和R3為一恒流源電路。為一恒流源電路。2.8 相控變流裝置的觸發電路相控變流裝置的觸發電路 3） 同步環節同步環節 u同步同步要求觸發脈沖的頻率與主電要求觸發脈沖的頻率與主電路電源的頻率相同且相位關系確定。路電源的頻率相同且相位關系確定。u