第2章整 流电路.ppt

1、第2章 整 流电路,2.1 单相可控整流电路 2.2 三相可控整流电路 2.3 带平衡电抗器的双反星形可控整流电路 2.4 整流电路的换相压降与外特性 2.5 电容滤波的整流电路 2.6 整流主电路的计算与保护 2.7 晶闸管应用中应注意的问题,2.1 单相可控整流电路,2.1.1 单相半波可控整流电路1电阻性负载图2-1是单相半波可控整流电路原理图，图2-2是带电阻负载时的工作波形。用一只晶闸管VT作为整流器件，变压器T起变换电压和隔离的作用，其一次和二次电压瞬时值分别用u1和u2表示，有效值分别用U1和U2表示，直流输出电压的平均值和有效值分别用Ud和U表示，直流输出电流的平均值和有效值分

2、别用Id和I表示，负载电阻为R。变压器二次侧电压u2为50Hz正弦波，横坐标是电角度t，周期为2rad，如图2-2所示。,图2-1 单相半波可控整流电路原理图,图2-2 电阻负载时单相半波电路的工作波形,1） 工作原理和波形分析在电源的正半周，t在0t1阶段内，晶闸管加上正向阳极电压，但在未加触发脉冲之前，不满足晶闸管导通的条件， 晶闸管无法导通，所以晶闸管处于阻断状态，电路中无电流通过。此时负载电阻上没有输出电压， 全部电源电压施加在晶闸管两端。 当t=t1时，晶闸管门极加上触发脉冲ug，VT立即导通， 电路中有电流通过，电源电压全部加在负载R上(忽略晶闸管电压降)， 波形如图所示。,当t时

3、，电源电压下降为零，流过晶闸管的电流随着下降到零，小于管子的维持电流而关断，晶闸管由导通状态转入阻断状态。 在电源的负半周期间，VT因承受反向电压而处于阻断状态， 电源电压又全部加在晶闸管两端，负载上的电压和电流均为零。 直至下一个周期，晶闸管又在正向电压作用下，再加上触发脉冲时，晶闸管重新导通。当电源电压的每一个周期都以恒定的时刻加上触发脉冲时，则负载R上就能得到稳定的缺角半波电压输出波形，如此循环重复上述过程。这是一个单方向的脉动直流电压，负载电流与电压波形相同，如图2-2所示。,2） 主要概念控制角：在单相电路中，把晶闸管承受正压到施加上触发脉冲导通为止的电角度称为控制角，亦称移相角(F

4、iringAngle)，常用表示。 导通角：晶闸管在一个周期内导通的电角度称为导通角(ConductionAngle)，用表示。显然，。 移相：改变的大小，即改变触发脉冲在每周期内出现的相位称为移相。 移相范围：触发角从0开始到最大触发电角度的区间称为移相范围。对单相半波电路而言，的移相范围为080。,3） 主要参数关系 整流输出电压的平均值：,从式（2-1）可以看出，当0时，整流输出电压为最大值，即，当时，整流输出电压最小，即，当控制角从向0方向变化即触发脉冲向左移动时，负载直流电压Ud从零到0.45U2之间连续变化，起到直流电压连续可调的目的。所以单相半波电路可控整流电路在电阻性负载时，的

5、移相范围为0180。,整流输出电流的平均值：,（2-2）,由于整流输出电流也是缺角正弦半波，因此在选择晶闸管、 熔断器、导线截面以及计算负载电阻R的有功功率时必须按电流有效值计算。 整流输出电压的有效值即均方根值U：,（2-3）,整流输出电流的有效值：,（2-4）,电流的波形系数：,（2-5）,对于整流电路通常要考虑功率因数。不难看出，变压器二次侧所供给的有功功率（忽略晶闸管的损耗）P=I2R=UI（注意：不是I2dR），而变压器二次侧的视在功率S=U2I。所以电路功率因数：,（2-6）,流过晶闸管的电流平均值和有效值：,（2-7）,（2-8）,从图2-2中也可看出，晶闸管承受的最大正、反向电

6、压均为变压器二次侧电压的最大值， 即,2电感性负载 1） 工作原理及波形分析图2-3为单相半波可控整流电路带感性负载时的电路及工作波形。,图2-3 感性负载的单相半波整流电路原理图及其电压、电流波形 (a) 电路原理图； (b) 工作波形图,整流输出的电压平均值：,（2-9）,在电源电压正半周，晶闸管在=t1时刻触发导通，有电流流过VT、L、R，负载上电压与电源电压相同，续流二极管VD承受反压不通，负载上的电压波形与不加二极管时相同。 当电源电压变负时，由于电流减小，负载L上产生的感应电动势经二极管VD形成回路，使负载电流继续流通，所以此二极管称续流二极管。当续流二极管续流导通时，反向的电源电

7、压经VD使晶闸管受反压而关断。在电源电压反向期间，负载两端电压仅为二极管压降，接近于零，因而不出现负电压。从图2-4可以看出， 加了续流二极管以后，整流输出直流电压的波形与电阻负载时一样，而电流波形则完全不同。电源电压正半周时，电流由电源经导通的晶闸管供给负载；电源电压负半周时，晶闸管关断， 电流由续流二极管电流维持。因此，负载电流由两部分组成， 即,图2-4 带续流二极管的单相半波整流电路及其电压、电流波形 (a) 电路原理图； (b) 工作波形图,（2）主要参数关系由于整流输出电压的波形与电阻性负载时相同，所以整流输出电压的平均值公式与阻性负载时也相同。即,由图2-4也可知道，当控制角为时

8、，晶闸管导通角为-，续流二极管导通角为+，所以流过晶闸管的电流平均值和有效值为,（2-10）,（2-11）,流过续流二极管的电流平均值和有效值：,（2-12）,（2-13）,晶闸管承受的最大正、反向电压均为 ，的移相范围仍为0180。 单相半波可控整流电路的特点是简单、易调整，但输出的电流脉动大,而且变压器二次侧绕组中通过含直流分量的电流也容易使铁心产生直流磁化问题。所以，半波整流只适用于小容量的场合。,2.1.2 单相桥式全控整流电路1. 电阻性负载1） 工作原理及波形分析单相桥式全控整流电路如图2-5所示。图中晶闸管VT1、 VT4组成一对桥臂，VT2、VT3组成另一对桥臂，变压器二次电压

9、接在桥臂中点。,图2-5 单相桥式全控整流电路在电阻性负载时的电路和输出波形 (a) 电路原理图； (b) 工作波形图,2） 主要参数关系 整流输出电压的平均值：,（2-14）,因为一个周期内有两个相同的波形，所以其值正好是半波整流电路的2倍。当控制角=0时，晶闸管轮流导通，整流输出电压为最大值，即Ud=Ud max=0.9U2；当控制角=180时，整流输出电压最小,Ud0，所以此电路的移相范围为0180。,整流输出电流的平均值：,（2-15）,整流输出电压的有效值：,（2-16）,整流输出电流的有效值：,（2-17）,由于两组晶闸管轮流导通， 因此流过每个晶闸管的电流平均值为负载电流的一半，

10、 即,（2-18）,流过晶闸管电流的有效值：,（2-19）,变压器二次侧绕组电流的有效值：,（2-20）,电路的功率因数：,（2-21）,显然, 当=0时，cos=1，电流波形没有畸变，为完整的正弦波形。 晶闸管承受的最大正、反向电压为二次电源电压的峰值， 即 。,2. 电感性负载1） 工作原理和波形分析单相桥式全控整流电路带感性负载时的电路及工作波形如图2-6所示。假设电感很大，即LR，电流连续，则波形为一条直线。 电源电压的正半周，在触发角=t1时,触发晶闸管VT1、 VT4导通，负载上的电压和电源电压相同。但由于电感的平波作用，电流不能突变，因此波形平稳。,图2-6 单相桥式全控整流电路

11、带感性负载时的电路及工作波形 (a) 电路原理图； (b) 工作波形图,2）主要参数关系 整流输出电压的平均值：,（2-22）,显然当 时， ；当 时， 。,整流输出电流的平均值：,（2-23）,由于一个周期两组管子轮流导通，各导通180，与大小没有关系，因此流过晶闸管电流的平均值：,（2-24）,流过晶闸管电流的有效值：,（2-25）,变压器二次侧电流的有效值：,（2-26）,如果负载电感较小，电感储存的能量不能维持电流导通到+，则负载电流将不连续， 出现断续状态， 其波形如图2-7所示。,图2-7 电感较小时整流电路的电压和电流波形,从上面分析可知，单相桥式整流电路带感性负载时，由于整流输

12、出电压的波形出现了负面积，从而使整流输出电压的平均值下降，如果想提高整流输出电压的平均值，可以在负载两端反并联续流二极管，如图2-8所示，工作过程自行分析。,图2-8 带续流二极管的单相可控整流电路,3. 反电动势负载蓄电池、直流电机的电枢等类负载本身是一个直流电源， 对于可控整流电路来说，它们是反电动势性质的负载，如图2-9所示。,图2-9 反电动势负载时的原理图和输出波形 (a) 原理图； (b) 输出波形图,当忽略主回路中的电感时，只有在整流输出电压大于反电动势时才有电流输出，因而晶闸管导电的时间缩短了。如果要求相同的负载平均电流，就必须有较大的整流电流的峰值，所以电流的有效值要比平均值

13、大得多。从波形上看， 晶闸管导通时，整流输出电压和电源电压相同；当晶闸管关断时，整流输出电压和反电动势相等。因此，即使控制角相同，此时的整流输出电压也比电阻性负载时大。,如果变压器二次电压的峰值为 ，反电动势E的大小也已确定，则晶闸管停止导通时的导电角即可确定:,根据图2-9即可求出整流输出电压的平均值为,电流的平均值和有效值可用下式表示：,当时，为了使晶闸管可靠导通，要求触发脉冲有足够的宽度，保证当t=时，脉冲仍存在，可使晶闸管被触发。 如果负载是直流电动机，由于电流断续，其机械特性将变软。从上图也可看出，导通角越小，则电流波形的底部越窄。 电流平均值与电流的波形面积成正比，所以,为了增加平

14、均电流， 需要较多地降低反电动势。因此，当电流断续时，随着电流平均值的增大，转速的降落越大，则机械特性越软，相当于整流电源的内阻增大。,较大的峰值电流在电动机换向时容易产生火花。电流的有效值大，要求电源的容量也大。为了克服这些缺点，一般在主回路中串联平波电抗器，用来减少电流的脉动和延长晶闸管导通的时间。 加入电感后，当u2E或u2值变负时，晶闸管仍可导通。只要电感量足够大，就能使电流连续，晶闸管导通角增大到180时，整流电压的波形和负载电流的波形与电感性负载电流连续时的波形相同，Ud的计算公式也相同。 电动机负载串一个平波电抗器，即负载为R、L、E时的工作情况请自行分析。图210 所示为单相桥

15、式全控整流电路反电动势负载串平波电抗器后的临界连续电压、电流波形。,图2-10 单相桥式全控整流电路反电动势负载串平波电抗器后的临界连续电压、电流波形,2.1.3 单相桥式半控整流电路1. 电阻性负载图2-11为电阻性负载时单相桥式半控整流电路及工作波形， 与图2-5的区别在于用二极管VD3、VD4代替了原来的晶闸管VT3、VT4。阻性负载时， 单相半控桥式整流电路的工作情况和单相全控桥式整流电路的工作情况几乎完全相同。 在电源电压的正半周，VT1和VD4承受正向电压，当某个控制角下给VT1触发脉冲，VT1导通，形成aVT1R VD4 b电流通路， 此时VT2和VD3因承受反向电压而关断。在电

16、源电压过零时，VT1关断。 在电源电压的负半周，VT2和VD3承受正向电压，当一定控制角时触发VT2，形成电流路径为bVT2RVD3 a。这样，在负载上得到的输出波形和单相全控桥式整流电路一样，如图2-11所示。,图2-11 阻性负载时单相半控桥式整流电路及工作波形 (a) 原理图； (b) 输出波形图,2. 电感性负载1） 工作原理和波形分析图2-12所示为感性负载时单相桥式半控整流电路及工作波形(假设电感足够大，可使负载电流波形连续且为一条直线)。,图2-12 感性负载时单相半控桥式整流电路及工作波形 (a) 原理图； (b) 输出波形图,在电源电压的正半周，t=时刻，触发晶闸管VT1，则

17、电流路径为：aVT1RLVD4b，负载电压和电源电压相同； 当电源电压过零变负时，由于电感的存在， VT1将继续导通， 但此时b点电位比a点高，二极管自然换流，VD3导通而VD4关断， 这样电流的路径变为：a VT1RLVD3 a。电流不再流过变压器二次侧，忽略器件导通时的管压降，则整流输出电压变为零。 在电源电压的负半周，t=+时刻，触发晶闸管VT2，同时由于VT2的触发导通使晶闸管VT1承受反向电压而关断，电流路径为：bVT2RLVD3a，负载电压为b、a间电压差。 当电源电压从负半周过零变正时，电感L通过VT2续流，负载电流从二极管VD3换流到VD4，电流路径为：b VT2RLVD4b

18、。电流不再流过变压器二次侧，忽略器件导通时的管压降， 则整流输出电压变为零。,由以上分析可知，感性负载与阻性负载时输出电压波形完全相同，所以整流输出电压和电流的平均值的计算公式和阻性负载时相同。但是输出电流不再断续， 而是连续电流输出； 而且晶闸管在触发时刻换流，而二极管在电源电压过零时刻换流。所以，单相半控桥式整流电路带感性负载时，各个元件导通角为180。,这种电路在不接续流二极管时可以工作。但在有些情况下（触发脉冲突然丢失或移到180以后）会发生一个晶闸管一直导通，而两个二极管轮流导通的现象，这种现象称为失控现象。 例如，在t=+时刻，晶闸管VT2的脉冲丢失或控制角增大到180，则晶闸管V

19、T2不会导通，只要电感L足够大，储存的能量足够多，可以维持电流流通到下个周期，这时晶闸管VT1不再需要触发脉冲，因电源电压的过零变正而重新开始承受正向电压继续导通，但是两个二极管在电源电压的每个过零点换流， 此时整流输出电压不再受控， 即发生失控现象。,图2-13 带续流二极管的感性负载时单相半控桥式整流电路及工作波形 (a) 原理图； (b) 工作波形图,2） 主要参数关系实际中常采用带续流二极管的电路，此处讨论此种整流电路的主要参数关系。不带续流二极管时的参数关系请自行分析。 整流输出电压的平均值：,（2-27）,整流输出电流的平均值：,（2-28）,晶闸管的电流平均值和有效值：,（2-2

20、9）,（2-30）,续流二极管的电流平均值和有效值：,（2-31）,（2-32）,变压器二次侧绕组中电流有效值：,（2-33）,2.2 三相可控整流电路,2.2.1 三相半波可控整流电路1. 电阻性负载1） 工作原理和波形分析如图2-14(a)所示，三只晶闸管的阴极连在一起接到负载端， 称为共阴接法，三个阳极分别接到变压器二次侧。为了得到零线和避免三次谐波流入电网，变压器一次侧为三角形联结，二次侧为星形联结。这种接法有公共连接线，连线方便，所以得到广泛的应用。其整流输出电压、电流波形如图2-14(b)所示。,图2-14三相半波可控整流电路及0时的工作波形 a)原理图 b)输出波形图,由以上分析

21、可知，一个周期中三个二极管轮流导通，每个导通时间为120，整流输出电压波形为三相电源电压的三个完整的波头。二极管换相发生在三相相电压的交点t1、 t2、t3处，把这些点称为自然换相点。对三相半波可控整流电路来说，自然换相点是各相晶闸管触发导通的最早时刻， 因此将这些点作为晶闸管控制角的起点，即记这些点处0，所以0对应相电压的30时刻。单相可控整流电路中，0对应相电压的过零时刻。,当=30时，波形如图2-15所示。t=60处给出VT1的触发脉冲，VT1导通， 输出电压和a相电压相等， 在b相的自然换相点处，由于b相的脉冲没有到来，因此VT2不导通，VT1因承受正向电压而继续导通，直到a相电压过零

22、的时刻，VT1关断，同时VT2的脉冲到来，触发VT2导通，输出电压再与b相电压相等，负载电流从a相换到b相。同理，在c相的自然换相点后30处，触发VT3导通，同时VT2因该相电压过零而关断，负载电流从b相换到c相流通。下个周期亦如此循环。由波形可以看出，负载电流开始出现零点，如果控制角再增大，则电流就会出现断续。所以，=30是电流连续和断续的临界点， 在此控制角以内，各相导通角为120，晶闸管两端的电压波形中开始出现正向电压。,图2-15 三相半波可控整流电路带阻性负载在=30时的工作波形,当30时，其分析方法同=30。=60时各整流输出电压、电流波形如图2-16所示。由图可知， 在导通相的相

23、电压过零时，该相的晶闸管关断，而下一相晶闸管的脉冲没有到来，不导通，造成此时三相都不导通，所以输出电压和电流均为零， 使输出电压和电流的波形出现断续，各相晶闸管的导通角将小于120，即=150-。在各相晶闸管都不导通的时间内，每个晶闸管承受自己一相的相电压，所以，三相半波可控整流电路在阻性负载时，晶闸管所承受的最大正向电压为相电压的峰值 ，最大反向电压为线电压的峰值 。,图2-16 三相半波可控整流电路阻性负载在=60时的工作波形,当控制角继续增大时，整流输出电压将随着控制角的增大而减小。150后，即使晶闸管获得脉冲，也不会导通， 因此时晶闸管承受的相电压已经过零变负，所以整流输出电压变为零。

24、因此，三相半波可控整流电路带阻性负载时的移相范围为0150。,2） 主要参数关系由以上的分析可知，对于三相半波可控整流电路带阻性负载时，整流输出有断续和连续之分，所以整流输出电压的平均值也不同。 整流输出电压的平均值： 030时，电流连续，各相晶闸管导通角始终是120，所以,（2-34）, 30150时，电流断续，各相晶闸管导通角小于120，到相电压过零的时刻关断，所以,（2-35）,负载电流的平均值： 030时,（2-36）, 30150时,（2-37）,电流连续时， 整流变压器二次侧一相电流有效值:,（2-38）,电流断续时， 二次电流有效值：,（2-39）,由于三相半波整流电路中，流过变

25、压器二次侧的电流就是流过该相晶闸管的电流，因此晶闸管电流有效值与二次侧电流有效值相等，即IT=I2。由于每个周期三个晶闸管轮流导通，因此流过晶闸管的电流平均值是负载电流平均值的1/3，即IdT=Id/3。,2. 电感性负载1） 工作原理和波形分析感性负载时，如果L值足够大，则整流电流的波形连续且基本为一水平直线。图2-17为感性负载时三相半波可控整流电路的原理结构和工作波形。,图2-17 感性负载的三相半波可控整流电路及=60时的工作波形 (a) 原理图； (b) 输出波形图,30时，整流输出电压波形与电阻负载时波形完全相同，因为两种负载情况下，负载电流均连续。但负载电流波形不同。 30时，如

26、图中60时的输出波形。当电源电压过零时，由于负载电感L阻碍电流下降，且L足够大，它产生的自感电势使晶闸管在电源电压过零变负时仍承受正向电压，所以导通相的晶闸管继续导通，直到下一相晶闸管被触发导通才发生换流，使原导通相晶闸管关断。所以，每相晶闸管均可导通120，输出电压波形连续，且出现负面积。如果继续增大控制角，则负面积也会增大，直到90时，整流输出电压波形中的正负面积相等，Ud的平均值变为零，因此感性负载时的移相范围为090。,2） 主要参数关系由于电流始终是连续的，晶闸管的导通角始终为120， 因此整流输出电压的平均值：,（2-40）,当=0时，Ud max=1.17U2；当=90时，Ud=

27、0，所以移相范围为090。,负载电流的平均值：,（2-41）,流过晶闸管的电流平均值和有效值：,（2-42）,（2-43）,流过晶闸管的电流就是流过变压器二次侧的电流，所以整流变压器二次侧电流有效值：,（2-44）,变压器二次侧容量：,（2-45）,三相半波可控整流电路只用三个晶闸管，接线和控制都很简单，但整流变压器二次侧绕组一个周期中仅半个周期通电一次，为120，输出电压的脉动频率为150 Hz，脉动较大，绕组利用率低，且单方向的电流也会造成铁心的直流磁化，引起损耗的增大。所以，三相半波可控整流电路一般用在中小容量的设备上。,3. 三相半波共阳极整流电路三相半波整流电路中，也可把三个晶闸管的

28、阳极连在一起， 而三个阴极接到三相电源上，此种接法称为共阳极接法。图2-18所示为三相半波共阳极整流电路及其工作波形。 由于晶闸管只有满足正向阳极电压，加触发后才能导通， 因此，共阳极晶闸管整流电路只能在相电压的负半周才能工作， 每次换相总是换到阴极更负的一相上去。其工作情况、波形输出以及数量关系和共阴极接法时相仿，仅输出极性相反，即共阴极的波形在坐标轴的上面，而共阳极的波形则在坐标轴的下面。电感负载时共阳极整流电压与控制角之间的关系为,图2-18 三相半波共阳整流电路及其波形 (a) 原理图； (b) 输出波形图,三相半波可控整流电路不管是共阴极还是共阳极接法， 都需要三个晶闸管，接线方式简

29、单。但要输出同样的Ud时， 晶闸管承受正、反向的峰值电压较高，变压器二次绕组每周期导电角度为120，绕组利用率低，且电流为单方向，直流分量的存在使绕组铁心容易产生直流磁化，为防止铁心饱和必须增大变压器铁心的截面积，因而还要引起附加损耗。整流的负载电流要流入电网零线，也将引起额外损耗，特别是要增大零线电流时，必须增大零线的截面。 三相半波电路多数情况下使用共阴极接法，但有时共阴极和共阳极并用则更加合理。例如，直流电机可逆运行时，可用共阴极接法供给正向电压，用共阳极接法供给反向电压。如有两个相同的感性负载， 用同一台变压器供电，则一组为共阴极整流电路，另一组为共阳极接法，分别供给两个负载，如图2-

30、19所示。,图2-19 三相半波电路共阴极和共阳极并用的接法和波形 (a) 原理图； (b) 输出波形图,2.2.2 三相桥式全控整流电路,图2-20 带阻性负载的三相桥式全控整流电路原理图,1. 电阻性负载1） 工作原理和波形分析阻性负载时的分析过程与三相半波可控整流电路相同。 假设整流电路中的晶闸管为二极管，此种情况相当于晶闸管控制角=0时的情况。此时，对于共阴极组的三个晶闸管，阳极所接交流电压值最高的一个导通；而对于共阳极组的三个晶闸管， 则在阴极所接交流电压值最低的一个导通。这样，任意时刻共阳极组和共阴极组中各有一个晶闸管导通，负载上得到的电压为线电压。其在自然换相点换相时的工作波形如

31、图2-21所示。 为了说明晶闸管的工作情况，将波形中的一个周期分为6个阶段，每个阶段为60，如图2-21所示。每一个阶段中导通的晶闸管和整流输出电压的情况如表2-1所示。,表2-1 三相桥式全控整流电路阻性负载0时的情况,图2-21 三相工全控整流电路阻性负载=0时的工作波形,当控制角0时，晶闸管的换流不在自然换相点，而是从自然换相点向后移角开始换相。 图2-22为=60时整流输出的波形。图2-23为=90时整流输出的波形。波形原理请自行分析。,图2-22 三相桥式全控整流电路阻性负载=60时的输出波形,当控制角0时，晶闸管的换流不在自然换相点，而是从自然换相点向后移角开始换相。图2-22为=

32、60时整流输出的波形。图2-23为=90时整流输出的波形。 波形原理请自行分析。 由图2-22所示可知，=60是电流连续和断续的临界角度， 当60后，电流波形断续。阻性负载时，晶闸管承受的最大正向电压为线电压峰值的1/2，即为( )/2，最大反向电压为线电压的峰值 。随着控制角的增大， 整流输出电压减小，当增大到120时，整流输出电压波形将全为零，其平均值也为零。可见，带阻性负载时三相桥式全控整流电路控制角的移相范围为0120。,图2-23 三相桥式全控整流电路阻性负载=90时的输出波形,由以上分析可得出如下结论： (1） 三相桥式全控整流电路每个时刻必须有两个晶闸管导通，才能构成电流通路，其

33、中共阳极组和共阴极组各有一个晶闸管导通。本组内每隔120换流一次，共阴极组与共阳极组间每隔60换流一次。同组内晶闸管的触发脉冲相位差为120，而同一桥臂上的晶闸管的触发脉冲相位差为180。,(2） 为了保证整流电路启动时或电流断续后能再次导通， 要求共阴极组和共阳极组各有一个管子导通，则必须对两组中的一对晶闸管同时给触发脉冲， 因此， 需要采用宽脉冲（脉冲宽度大于60、小于120，一般在80100之间取值）或双窄脉冲（一个周期内对每一个晶闸管间隔60连续发两次脉冲）触发晶闸管。 (3） 一个周期内整流输出电压脉动6次，脉动频率为300 Hz，比三相半波整流输出大1倍。,2） 主要参数关系 60

34、（负载电流连续）时， 整流输出电压的平均值：,（2-46）,60（电流断续）时， 整流输出电压的平均值：,（2-47）,负载电流的平均值：,变压器二次绕组的电流有效值： 60电流连续时，,（2-48）,60电流断续时，,（2-49）,流过晶闸管电流的平均值和有效值：,（2-50）,（2-51）,整流变压器二次绕组的容量：,2. 电感性负载1） 工作原理和波形分析图2-24所示为三相桥式全控整流电路带感性负载时的原理图，假设电感足够大，使整流输出的负载电流连续且为一条水平线。60时，整流电路的输出电压波形与阻性负载时相同，导电规律也与阻性负载时相同。当60时，由于电感L的作用，在电源电压过零后晶

35、闸管仍然导通，直到下一个晶闸管触发导通为止，这样整流输出电压的波形中出现负面积， 整流输出电流为一水平线。当控制角增大到90时，输出电压的波形中正、负面积相等，则输出电压的平均值Ud=0。所以感性负载时，整流电路的移相范围为090。=30和=90时的输出波形分别如图225和图2-26所示。,图2-24 三相桥式全控整流电路带感性负载时的原理图,图2-25 三相桥式全控整流电路带感性负载=30时的输出波形,图2-26 三相桥式全控整流电路带感性负载=90时的输出波形,2） 主要参数关系感性负载时，负载电流总是连续的，因此每个晶闸管的导通角总是120。整流输出电压的波形每隔60重复一次，所以整流输

36、出电压的平均值：,（2-52）,负载电流的平均值：,（2-53）,变压器二次侧绕组由于一个周期流过正、反两个方向的两次电流，每次对应的电角度为120，因此变压器二次侧的电流有效值：,（2-54）,流过晶闸管的电流平均值和有效值：,（2-55）,（2-56）,三相桥式全控整流电路接反电动势负载时，只要电感足够大，可以使负载电流连续，则电路的工作情况与感性负载时相似，电路输出电压、电流波形均相同， 只是在计算整流输出电流的平均值时，求解公式不同。接反电动势负载时的电流平均值为,（2-57）,式中， E为负载中的反电势值。,2.2.3 三相桥式半控整流电路1. 电阻性负载三相桥式半控整流电路在控制角

37、=0时，工作情况与三相全控桥完全一样，输出电压波形也完全相同，输出直流电压的最大值为2.34U2。这里不再讨论。 当60时，可参考图2-28所示=30的工作波形。,图2-27 三相桥式半控整流电路原理图,图2-28 三相桥式半控整流电路阻性负载=30时的输出波形,如此类推，负载的输出电压为3个完整的波头和3个缺角的脉动波形。当控制角增大到=60时，整流输出的电压波形中只剩下3个波头，波形为连续的临界状态。整流输出电压由下式计算（060）：,（2-58）,当60180时，可参考图2-29所示=120时的工作波形。t1时刻, 触发VT1导通，同上述原因, 此时二极管VD2导通，电流路径为a VT1

38、 RVD2c，输出电压为Uac。 此后VT1 、VD2在线电压作用下， 一直维持导通到t3 时刻， a相过零时，VT1、VD2也不会关断。在t3t4期间，VT3虽承受正向电压，但是没有触发脉冲，所以不导通，波形出现断续。 直到t4时刻，VT3被触发导通，输出电压为Uba。整流输出电压由下式计算（60180）:,（2-59）,图2-29 三相桥式半控整流电路阻性负载=120时的输出波形,2. 电感性负载三相桥式半控整流电路在感性负载时的工作特点和单相半控整流电路感性负载时相同，即晶闸管在承受正向电压时触发导通，而整流二极管在承受正向电压时自然换流。当线电压过零变负时，由于电感的存在，使晶闸管承受

39、正向电压而继续导通，同单相半控桥式整流电路一样，出现在同一桥臂上的晶闸管和二极管同时导通，因此整流输出电压波形中不会出现负波形。,由以前的分析可知，单相桥式整流电路带阻感负载时， 如果脉冲丢失或是把脉冲移到180以后，电路中会出现一个晶闸管一直导通， 而三个二极管轮流导通的现象，称为失控现象。为了克服失控现象，可在负载端并联续流二极管。 并联续流二极管后，在60内，续流二极管不起作用， 只有当60后，续流管才起作用。流过晶闸管、整流二极管和续流二极管的电流计算与三相半波相似。流过晶闸管和整流二极管的电流平均值和有效值（60180）为,（2-60）,（2-61）,流过续流二极管的电流平均值和有效

40、值：,（2-62）,（2-63）,2.3 带平衡电抗器的双反星形可控整流电路,图2-30所示为带平衡电抗器的双反星形可控整流电路，由双反星形变压器供电。该电路的特点：一是整流变压器具有两组二次绕组，且都接成星形，但两绕组接到晶闸管的同名端相反，其电压矢量图是两个相反的星形，所以称为双反星形；二是两组二次绕组的中性点是通过平衡电抗器连接在一起的。其中平衡电抗器是一个带有中心抽头的铁心线圈，抽头两侧的匝数相等，两边电感量相等，在任一边线圈中有交变电流流过时， 在两边的电感中都会形成大小相同，方向一致的感应电动势。,图2-30 带平衡电抗器的双反星形可控整流电路原理图,整流变压器二次侧每相两个匝数相

41、同、极性相反的绕组，分别接成两组三相半波电路，即a、b、c一组，a、b、c一组。 a与a绕组接在同一相铁心上， 如图中所示，“”表示同名端。 两绕组的极性相反可消除铁心的直流磁化；设置电感量为Lp的平衡电抗器是为了保证两组三相半波整流电路同时导电，每组承担一半负载。因此，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。 当两组三相半波电路的控制角=0时，两组整流电压、 电流的波形如图231所示。,图中，两组的相电压相差180，因此相电流也相差180。 它们幅值相等，都是Id/2。以a相而言，相电流ia和ia出现的时刻虽不同，但它们的平均值都是Id/6。因为平均电流

42、相等而绕组的极性相反， 所以直流磁势相互抵消。,图2-31 双反星形可控整流电路=0时两组整流电压、电流波形,在这种并联电路中，两个星形的中点间接有带中间抽头的平衡电抗器，这时因为直流电源并联运行时，只有当电源的电压平均值和瞬时值均相等时，才能使负载电流平均分配。假设两组同时导电，则虽然输出电压平均值Ud1和Ud2相等，但其瞬时值不同，它们的脉动波相差60。如图2-32所示，ud1的波形由电压ua、ub、uc的正包络线组成；ud2的波形由电压ua、ub、u c的正包络线组成。 因为6个元件为共阴极连接， 所以两个星形的中点o1和o2间的电压等于ud1和ud2瞬时值之差，它的波形是3倍基频的近似

43、三角波形， 如图2-32所示。这个电压加在平衡电抗器Lp上，产生电流ip，通过两组星形组成回路，不流过负载，所以称为环流或平衡电流。考虑ip后，每组三相半波承担Id/2ip的电流。另外，该电压全部降落在电抗器上，与ip通过Lp时产生的感生电势相平衡。同时，为了使两组电流尽可能平均分配，一般使Lp值足够大，以限制环流在负载额定电流的12以内。,图2-32 平衡电抗器作用下输出电压的波形和平衡电抗器上电压的波形,在图2-32中取任一瞬时t1，这时ub、ua均为正，但ub ua，如果两组三相半波整流电路的中点o1和o2直接相连，则必然只有b相的晶闸管VT6能导通。但接平衡电抗器Lp后，在t1时刻，b

44、相电压最高，由于VT6导通，电流流过Lp，在o和o2端的感应电势为up/2， 方向是阻止电流增大，即o端为正，o2端为负。在o和o1端的感应电势为up/2，它的方向o端为负，o1端为正。由此可看出,o和o2间的电势与ub方向相反，而o和o1间的电势与ua方向相同。因此,只要平衡电抗器的感应电势up等于u b与ua的差值，则 ，故晶闸管VT1和VT6同时导通。,在ub与ua的交点ub=ua，VT1和VT6继续导通，此时up0。 此后ubua，流过b相的电流要减少。同理,由于平衡电抗器具有阻止电流减小的作用， 使VT6继续导通，直到c相电压大于b相，电流才从VT6管换到VT2管，此时改为VT1和V

45、T2同时导电。如此类推，可得出其它时间内元件的换流和导通情况。 显然，接入平衡电抗器后， 两组三相半波可以同时工作，即在任一瞬间，每组都有一个管子导通，共同负担负载电流。 且每隔60换相一次，而同组间每隔120换流一次，这样不仅提高了变压器的利用率，而且不存在直流磁化问题。此种带平衡电抗器的整流电路的输出整流电压瞬时值为两组三相半波整流电压瞬时值的平均。 关系如下：,所以得,（2-64）,（2-65）,其波形如图2-32中粗黑线所示。ud为周期性函数，可按傅氏级数展开为直流分量与各次正弦波的叠加。其中控制角=0时， 直流电压平均值为,（2-66）,当分析其他控制角的输出波形时，可先作出两组三相

46、半波电路的ud1和ud2的波形，然后作出叠加波形（ud1ud2）/2即可。 图2-33给出了控制角=30、60、90时的输出电压波形。由图可以看出，双反星形整流电路与三相半波整流电路相比，输出脉动减小了，脉动频率加大1倍，为300 Hz。但阻性负载时，为了保证电流断续后两组三相半波电路还能同时工作，要求采用双脉冲或宽脉冲触发，移相范围为0120（单组工作为150）。晶闸管承受的最大正、反向电压同三相半波，为 。,图2-33 带平衡电抗器双反星形整流电路输出电压的波形 (a) =30, (b)=60; (c) =90,在双反星形整流电路中，由于每组三相半波整流是负载电流的50，因此在选择元件和变

47、压器次级绕组容量时，按Id/2计算。流过晶闸管和变压器次级的电流相同，在感性负载时都是矩形波， 有效值为,（2-67）,由以上分析可知, 带平衡电抗器的双反星形整流电路具有如下特点： (1) 双反星形为两组三相半波整流电路的并联，且需要平衡电抗器。整流输出电压的波动比半波电路小得多，波形与六相半波一样。 (2) 解决了半波电路中的直流磁化问题，即此种整流电路不存在直流磁化问题，因为同时有两组工作，同三相桥式整流电路相同（三相桥式整流电路为两组半波的串联）。,(3) 与三相半波整流电路相比，变压器利用率提高了一倍。整流输出平均值同半波电路。 (4) 每组整流器承受负载电流的一半，流过元件的电流有

48、效值为0.289Id。导电时间比六相半波增加了一倍，整流电流的平均值是单相桥式电路的2倍。 (5) 晶闸管的脉冲分配关系和三相桥式整流电路一样， 整流电压和电流的输出波形形状也相同。,2.4 整流电路的换相压降与外特性,2.4.1 换相期间的输出电压在换相时，由于漏抗的存在而阻碍电流变化，因此电流不能突变，而要有一个变化的过程。如图2-34所示，t1时刻触发VT2导通，电流从a相换流到b相，由于a相电流不能从Id瞬时下降为零，b相电流也不能瞬时上升到Id值，使电流换相需要一段时间，直到时刻t2完成换相，这个过程称为换相过程。换相过程对应的时间以电角度计算，称为换相重叠角(换相角、换流角)， 用表示，即t1t2期间对应的电角度。 在此过程中, 两个相邻相的晶闸管同时导通，相当于a、b两相同时导通，两相线间短路,Ub-Ua为短路电压。,在两相回路中产生一假想的短路电流ik，如图2-34中虚线所示（实际上晶闸管都是单向导电的， 相当于在原有电流上叠加一个ik）。a相电流ia=Id-ik随着ik的增大而逐渐减小，而ib=ik将逐渐增大。当ib增大到Id，也就是ia下降为零时，VT1关断，VT2管电流达到稳定值，完成了a到b相之间的换流。,