1、三相可控整流 (电感负载）,2018/8/20,1,1,第12讲,第三章2： 主要内容：,1。电感负载下的三相半波可控整流1）三相半波可控整流（共阴）2）三相半波可控整流（共阳） 2。三相桥式可控整流1）三相桥式可控整流电路的形成2）三相桥式可控整流电路3）三相半桥可控整流电路,2018/8/20,1,2,三相半波可控整流（电感负载）,如果负载是大电感性的，L值很大时，整流输出电流基本是连续平直的。流过晶闸管的电流近似为矩形波形。,2018/8/20,1,3,在大电感负载下，只要输出整流电压不为零，每相晶闸管均导通120，与控制角 无关。 其电流波形为方波。,2018/8/20,1,4,1.
2、030区,1. 在 0 30 区，ud 波形不会出现负值。如图所示。而电流id 波形为方波。 图中还给出了 电流id是由id1+id3+id5组成。,2018/8/20,1,5,分别说来：（ =20） 输出电压波形：如图所示，在该区间，输出电压不出现负值。假定电路已经稳定，在自然换相点1后，A 相电压最高。 在t1时触发脉冲加到A 相的晶闸管DT1上，DT1导通，输出电压：ud1 = ua（图中的红色）,2018/8/20,1,6,在t2 时触发脉冲加到B相的晶闸管DT3上，当DT3导通后，输出电压： ud3 = ub（黄色）,2018/8/20,1,7,在t3时触发脉冲加到C相的晶闸管DT5
3、上，当DT5导通后，输出电压： ud5 = uc（绿色）,在一个周期中输出电压是三相相电压的叠加：ud =ud1+ ud3 + ud5 =ua+ ub + uc,2018/8/20,1,8,输出电流波形：电流波形为方波。分别由iD1和iD3和iD5组成：电流 id = iD1 + iD3 + iD5,2018/8/20,1,9,2. 3090区,3090区ud 波形出现负值，平均电压下降,但Ud 为正值。见下图 我们分析如下：,2018/8/20,1,10,我们分析如下： 假定电路已经稳定，晶闸管DT5导通,输出电压ud5=uc 在自然换相点1后30度交流电过零时,由于电感存在的原因,晶闸管D
4、T5维持导通状态，输出电压仍为ud5=uc 在自然换相点1后60度(t1)时触发晶闸管DT1导通，其关断前面导通的晶闸管DT5，输出电压ud1=ua，在该相电压ua过零时，由于电感的续流作用，晶闸管DT1并不关断，输出电压出现负值。电感提供能量,输出电压ud1=ua, ua为负值.,2018/8/20,1,11,在t2时触发晶闸管DT3导通，关断前面导通的晶闸管DT1，输出电压ud=ub， 同样在该相电压ub过零时，由于电感提供能量，晶闸管DT3并不关断，输出电压ud也出现负值；,2018/8/20,1,12,在t3时触发晶闸管DT5导通，关断前面导通的晶闸管DT5，输出电压ud=uc，同样在
5、该相电压uc过零时，由于电感的续流作用，晶闸管DT5并不关断，输出电压ud也出现负值； 。,2018/8/20,1,13,但由于每一个晶闸管导通中都有一个负值区，最后输出平均电压Ud下降, 但输出直流平均电压Ud仍保持正值。,2018/8/20,1,14,在交流电过零后靠什么来维持晶闸管导通呢？ 这是由于电感L的作用，当负载电流变化时，电感两端电压uL就由感应电势eL来决定。当负载电流从小变大时，感应电势来阻碍电流的增大；当负载电流从大变小时，感应电势来阻碍电流的减小。,2018/8/20,1,15,当负载电流变化时，电感两端电压uL就由感应电势eL来决定。当负载电流从大变小时，感应电势来阻碍
6、电流的减小，其感应电压的方向是下正上负；,2018/8/20,1,16,这样，即使电源电压过零变负，由于感应电势的作用，当电压降低，减小时，感应电势的方向是阻碍电流减小。只要电感L足够大，既使电源电压过零后，晶闸管承受的电压仍然正向电压，而维持导通。,2018/8/20,1,17,另外，尽管30，波形出现带电感负载的三相半波可控整流负面积，但只要正面积大于负面积，其 平均值不等于零，电流仍可连续平稳。虽然整流电压的脉动大(出现负值)，但电流的脉动却很小。整流输出电流基本不变。,2018/8/20,1,18,DT1承受电压的情况如下：,2018/8/20,1,19,对晶闸管DT1来说，分别承受三
7、段电压：1）导通段：UDT1为零；2）DT3导通段： UDT1为线电压uab；3） DT5导通段： UDT1为线电压uac 。,2018/8/20,1,20,只要电感量足够大，导通的晶闸管就会维持到下一个晶闸管（下一相）触发导通。当下一相的晶闸管导通时，就使原来导通的晶闸管承受反向电压而关断，我们称强迫关断，也称为换相。,2018/8/20,1,21,当=90时，的正负面积相等。 因而电感负载下的整流电路要求的移相范围是0 90。,2018/8/20,1,22,电流连续时计算公式：,平均电压ud与成余弦关系。 显见和电阻负载的的计算公式在030时的公式是相同的。,2018/8/20,1,23,
8、2018/8/20,1,24,有没有办法来消除电压波形中的负面积？联想单相可控整流电路中的续流二极管，在这里当然可以采用。,2018/8/20,1,25,大电感负载接续流二极管：,为了扩大移相范围，并使负载电感更平稳，可在电感负载的两端接续流二极管D，续流二极管D的出现，输出直流电压的波形中不会再有负值，与电阻负载的波形一样。,2018/8/20,1,26,在0 30 ,在030度时，电源电压均为正值，波形连续，续流二极管不起作用。,2018/8/20,1,27,在30 150 区,当30150 时，电源电压出现过零变化时，续流二极管及时导通，为负载提供续流回路，则晶闸管承受反压而关断。 由于
9、晶闸管过零关断，输出电压不会出现负值。,2018/8/20,1,28,续流二极管起作用时，每个晶闸管导通角为： t =150- 二极管D的导通角为：d = 3(-30),2018/8/20,1,29,有续流二极管时的计算：,2018/8/20,1,30,2018/8/20,1,31,2018/8/20,1,32,逆变区,90区, ud波形出现的负值面积大于正值的面积，平均电压Ud下降，为负值。这一区域，可以提供了逆变的条件之一：负电压。这一点在以后的章节中加以描述。,2018/8/20,1,33,共阳极三相半波可控整流电路,三相半波整流电路中除了上面介绍的共阴极接法外，还有一种把三只晶闸管阳极
10、联接在一起，而三个阴极分别接到三相电源上去，如图的电路，称为共阳极的接法。,2018/8/20,1,34,共阳极电路的特点：,1：由于三个阳极联结在一起(等电位)，可以把三只晶闸管的阳极固定在一块大的散热片上，散热效果好，安装方便。（原因是螺旋式晶闸管的阳极接散热片） 2：触发电路要严格隔离。我们知道，晶闸管工作是在阳极电位高于阴极电位时，即阳极承受正相电压时由触发信号才能导通。也就是说，三只晶闸管各在交流电负半周才能触发导通。,2018/8/20,1,35,三相交流电的自然换相点分别为2、4、6、2点，而且换相点总是换到阴极更负的那一相去。,2018/8/20,1,36,在自然换相点2处，C
11、相电位开始更负一些，但没有触发脉冲，原来B相的晶闸管继续导通； 过=30度时，在t2时刻触发C相晶闸管DT2导通，输出整流电压瞬时值ud =uc ； 这时晶闸管DT4承受线电压uca 。,2018/8/20,1,37,=,DT2导通使 DT6立即承受到线电压ucb而关断。 电路输出从B相移相到C相，实现一次换相。 输出电压的瞬时值： ud =uc,2018/8/20,1,38,，,在自然换相点4处，A相电位开始更负一些，但没有触发脉冲到来，DT4不能导通，原来C相导通的晶闸管DT2继续导通； 到=30度时，在t4时刻触发A相晶闸管DT4导通，输出整流电压瞬时值ud =ua ； 这时晶闸管DT4
12、两端只有饱合压降。,2018/8/20,1,39,在自然换相点6处，B相电位开始更负一些，但没有触发脉冲到来，原来A相导通的晶闸管DT4继续导通； 到=30度时，在t6时刻触发B相晶闸管DT6导通，输出整流电压瞬时值ud =ub； 这时晶闸管DT4立即承受线电压uba而关断，电路输出A相移到B相。,2018/8/20,1,40,显见，共阳极接法的波形情况与共阴极接法相位仅是输出极性相反，电感负载时共阳极整流电压与的关系为： Ud= 1.17U2cos 电路各电量的计算与共阳极接法相同。,2018/8/20,1,41,显见，共阳极接法的波形情况与共阴极接法相位仅是输出极性相反，电感负载时共阳极整
13、流电压与的关系为：Ud= 1.17U2cos 0 30 电流不连续时:,2018/8/20,1,42,作业:,4已知三相半波可控整流电路电感负载，L=0.2H，R=2，U2=220伏，试求当角为60时，画出接续流二极管和不接续流二极管时的输出电压波形和晶闸管DT1两端的波形，并计算这两种情况下的负载电流Id。,2018/8/20,1,43,三相桥式整流电路分析,2018/8/20,1,44,第十三讲,1。三相半波整流电路特点:,三相半波可控整流电路，不管是共阴极接法还是共阳极接法，都只用三只晶闸管，接线简单，一个周期输出电压有三个波头，波动频率为150HZ。但要输出同样的Ud，晶闸管承受的正反
14、向峰值电压大。 另外变压器二次绕组，在交流电一个周期中每相仅导通120度，电流是单方向，所以，存在直流磁化问题，（为了防止磁饱和，要加大铁芯截面积，增大损耗）。 还有直流输出的电流要流入电网的零线，引起额外的损耗。特别要加大零线的截面积。,2018/8/20,1,45,上述缺点使三相半波整流电路多用在一般中等偏小容量的设备上。为了克服上述缺点，可利用共阴接法与共阳极接法对同一台整流变压器二次绕组相反的作用特点，克服直流磁化作用。,2018/8/20,1,46,2.三相全控桥整流电路组成,如果两电路（两台电动机）的参数一样，要求调压移相的控制角也一样，两组电路各自独立工作，但由于两组中流过中线的
15、电流方向相反，大小相等，所以中线合成电流为零。 这个电路我们看到了一个问题，中线上合成电流为零，我们将中线取消，也不会影响工作，如果将两组负载合并，就构成三相桥式整流电路。,2018/8/20,1,47,三相全控桥整流电路,工业上应用的三相桥式电路就是由三相半波电路发展起来的。 三相全控桥整流电路一般用于直流电动机、或要有能实现有源逆变的电路负载。为了改善电流波形，有利于直流电动机换相及减小火花，一般要串入电感量足够大的平波电抗器。这就等同于大电感负载。,2018/8/20,1,48,DT1、DT3、DT5接成共阴极电路，DT2、DT4、DT6接成共阳极电路。 A相电源供给DT1和DT4，DT
16、1在正半周导通，而DT4在负半周导通 B相电源供给DT3和DT6；DT3在正半周导通，而DT6在负半周导通 C相电源供给DT5和DT2，DT5在正半周导通，而DT2在负半周导通。,2018/8/20,1,49,三相全控桥电路为三相共阴组和三相共阳组的串联，且控制角完全相同。因此，整流输出电压是三相半波的两倍： Ud=21.17U2cos 很显然，三相全桥用晶闸管要求的最大正反向电压比三相半波线路中的晶闸管低一半。,2018/8/20,1,50,3. 全桥式电路=0处工作原理分析,2018/8/20,1,51,三相全控桥整流的工作原理：,为了搞清楚变化时各晶闸管的导通规律性，并分析输出波形的变化
17、。 图3-12中给出了的情况。要求六路触发脉冲信号先后向各自所控制的晶闸管的门极送信号： 共阴极组在三相电源相电压正半周的1、3、5点处分别触发晶闸管DT1、DT3、DT5。 而共阳组在三相电源相电压负半周的2、4、6点处分别触发晶闸管DT2、DT4、DT6。,2018/8/20,1,52,共阴极组的输出电压ud1为三相交流电源相电压正半周的包络线； 共阳组的输出电压ud2为三相交流电源相电压负半周的包络线。,2018/8/20,1,53,而三相全桥的输出电压ud=ud1-ud2所得。即由三相电源线电压uab、uac、ubc、uba、 uca、 ucb、的正半周所组成的包络线。,2018/8/
18、20,1,54,各相电压的交点处： 1。共阴极在1、3、5、1点 2。共阳极在2、4、6、2点 3。三相全控桥六只晶闸管DT1DT6的在1、2、3、4、5、6、1点上移相角换相。也就是六只晶闸管控制角的起始点。,2018/8/20,1,55,各线电压的交点处1、2、3、4、5、6、1就是三相全控桥六只晶闸管DT1、DT2、DT3、DT4、DT5、DT6的控制角的起始点。 也就是说，从自然换相点1开始，共阴极晶闸管DT1开始承受正向压降，可以控制其导通了。 自然换相点1对应的DT1晶闸管的角度为零度。 其它所有的自然换相点都对应一个晶闸管的角度为零,2018/8/20,1,56,为了便于分析，我
19、们把一个周期分成六个部分。一个部分一个部分来描述电路的工作情况。,2018/8/20,1,57,设电路已稳定工作，在自然换相点1前DT5和DT6工作，输出电压： 共阴极为uc， 共阳极为ub， 负载上总电压为：ud= uc- ub=ucb,2018/8/20,1,58,在1区，A相电位最高。这时共阴组的晶闸管DT1被触发导通； B相的电位最低，共阳组的晶闸管DT6被触发保持导通。 电流由变压器A相经DT1流向负载，又经DT6流入变压器B相。整流变压器A相和B相线圈工作。 DT1导通输出电压ua DT6导通输出电压ub DT1导通，关断原来导通的管子DT5，实现一次换相。,2018/8/20,1
20、,59,设A相绕组提供是电流给共阴极组为正，那么共阳极流入B相绕组的电流为负。这一区间，DT1和DT6工作，输出电压： ud=ud1-ud2 =ua-ub=uab DT1导通，其管压降为零,2018/8/20,1,60,在2区，A相电位仍最高，DT1继续导通。C相的电位最低，共阳组C相上的晶闸管DT2被触发导通。使DT6承受的反压被强迫关断。 这区间负载电流由变压器A相经DT1流向负载，又经DT2流入变压器C相。 A相绕组流出电流给共阴极组为正，共阳极流入B相绕组的电流为负。 输出电压：ud=ud1-ud2=ua-uc=uac DT1导通，管压降为零。,2018/8/20,1,61,在3区电源
21、B相电位变得最高，在DT3自然换相点处触发共阴组的晶闸管DT3导通； C相的电位仍最低，共阳组C相上的晶闸管DT2继续导通。 这区间负载电流由A相换到了B相流出，经DT3流向负载，又经DT2流入变压器C相。 输出电压： ud=ud1-ud2=ub-uc=ubc DT3导通；使DT1承受反压uab被强迫关断。,2018/8/20,1,62,在4区，A相电位最低，在DT4自然换相点处触发共阳组DT4，DT4导通 B相正半周自然最高，DT3继续导通，负载电流从B相经负载流向A相。整流变压器B相，A相工作， 输出电压：ud=ud1-ud2=ub-ua=uba DT4导通，使DT2承受反向电压uca，强
22、迫关断DT2。 DT3导通；使DT1承受反压uab强迫关断,2018/8/20,1,63,在5区， 在该段A相电位仍最低，DT4仍继续导通；C相电位最高，在t5处触发DT5晶闸管，DT5 导通，强迫关断DT3, 负载电流从B相换到C相。 负载电流从C相流出经负载到A相流入。整流变压器 C相A相两相工作， 输出电压 ：ud=ud1-ud2=uc-ua=uca DT5导通，使DT3承受反向电压ubc，强迫关断DT3。DT5导通使DT1承受反压uac保持关断,2018/8/20,1,64,在6区，C相电位最高，DT5仍继续导通；B相电位最低，在t6处触发DT6 导通，关断DT4, 负载电流从A相换到
23、 B相。 电流从C相流出，经过负载，从B相流入整流变压器， C相B相两相工作， 输出电压ud=ud1-ud2 = uc - ub =ucb DT6导通，使DT4承受反向电压uba，强迫关断DT4。DT5导通使DT1承受反压uac保持关断,2018/8/20,1,65,此后，A相电位最高，在处触发DT1，DT1 导通，强迫关断晶闸管DT5， B相电位最低，DT6仍然导通。 负载电流从C相换到 A相。电流从A相出发，经负载流入变压器B相。 整流变压器 A相和B相两相工作，输出电压ud=ud1-ud2=ua-ub=uab DT1 导通段，管压降为零。该段是1区的重复。,2018/8/20,1,66,
24、我们分析了三相桥式可控整流电路，每一段输出一个线电压，在一个周期中出现6个电压波头； 输出电压的线电压有：,2018/8/20,1,67,晶闸管导通的顺序,三相全控桥整流电路中，六个晶闸管导通的顺序是： DT6-DT1、DT1-DT2、DT2-DT3、DT3-DT4、DT4-DT5、DT5-DT6、DT6-DT1 共阴极组：DT1DT3DT5DT1 共阳极组：DT2DT4DT6DT2 每个晶闸管导通120度，每隔60度有一管换相。,2018/8/20,1,68,三相桥输出的是变压器二次线电压的整流电压波形，是相对于零点的输出应是两相相减后的波形。即线电压波形。如波头“Uab,Uac,Uba,U
25、bc,Uca,Ucb”均为线电压的一部分。输出是一直流电压，波头是六段线电压的包络线。三相桥的控制角仍从自然换相电算起。因为线电压的交点与相电压的交点在同一相位上，故线电压的交点同样是自然换相点。 三相桥整流输出电压在交流电一个周期内脉动6次（6个波头），脉动频率是：650=300hz.比三相半波时高了一倍。,2018/8/20,1,69,晶闸管承受的电压情况：,=0时，晶闸管DT1承受的电压波形见图3-19。我们知道，电路在任何瞬间都有两臂的器件导通，其余四个臂的器件均承受反向电压。DT1、DT6导通则DT3承受反向电压uba；DT2承受反向电压ubc；DT5承受反向电压uca。,2018/
26、8/20,1,70,图3-19的uDT1仅给出DT1管承受反向压的情况。其它共阴极管子承受电压的情况与DT1管子的波形一样，只是相位相差120度而已。 我们再看一下DT1承受电压的情况： DT1导通，仅有正向饱和压降很小。,2018/8/20,1,71, DT3导通, DT1承受反向线电压Uab；,2018/8/20,1,72, DT5导通,DT1承受反向电压Uac。,2018/8/20,1,73,同理，也可以画出其它各晶闸管承受电压的图，其与DT1晶闸管承受反向电压的情况一样，只不过相位不同，承受反向电压不同罢了。,2018/8/20,1,74,DT3承受电压的情况： 1。导通段只有饱合压降
27、； 2。DT5导通，则DT3承受反相电压ubc 2。DT1导通，则DT3承受反相电压uba,2018/8/20,1,75,DT5承受电压的情况： 1。导通段只有饱合压降； 2。DT1导通，则DT5承受反相电压uca 2。DT3导通，则DT5承受反相电压ucb,2018/8/20,1,76,过程小结：,从上述三相桥式整流电路的工作过程中可以看出： 1）三相桥式全控电路在任何时刻都必须有两个晶闸管导通，才能形成导电回路，其中一个共阴极的管子，另一个是共阳极的管子； 2）触发脉冲的相位， 共阴极组的DT1,DT3,DT5之间的相位互差120度 。 共阳极组的DT2,DT4,DT6之间互120度。 3
28、）接在同一相的两管DT1和DT4，DT3和 DT6，DT5和DT2之间互差180度。 4）触发脉冲的形式,2018/8/20,1,77,为了保证整流合闸后，共阴极组和共阳极组各有一晶闸管导电。或者由于电流断续后能再次导通，必须对两组中应导通的一对晶闸管同时给触发脉冲，为此采用两种方法：双脉冲和宽脉冲法,2018/8/20,1,78,宽脉冲触发,1 宽脉冲触发： 每一个触发脉冲的宽度大于60度而小于120度（一般80-120度）， 这样每相隔60度要换相时，当后一个脉冲出现的时刻，前一个脉冲还未消失。 因此电路在任何换相点均能同时触发相邻两只晶闸管导通。,2018/8/20,1,79,双窄脉冲触
29、发,2 采用双窄脉冲触发 在触发某一相晶闸管时，触发电路应同时给前一相导通的晶闸管补发一个脉冲（辅助脉冲） 相当于用两个窄脉冲替代大于60度的宽脉冲，所以称为双脉冲触发。用双脉冲触发，在一个周期内对每一个晶闸鹳需要连续触发两次，两次脉冲前沿的间隔为60度。,2018/8/20,1,80,双脉冲特点,1. 双脉冲电路比较复杂 2. 但它可减少触发装置的输出功率 3. 减小脉冲变压器的磁芯体积 故常用双脉冲。,2018/8/20,1,81,在实际工作中，为了可靠触发晶闸管导通，在保证安全的前提下，要适当地增加触发功率。 在保证可靠触发晶闸管导通的前提下，要适当地减少触发装置的输出功率，以减小脉冲变压器的磁芯体积，这就产生一对矛盾：“驱动功率和功耗”,2018/8/20,1,82,调制脉冲,为了解决这一矛盾，现在一般在触发电路中还采用了脉冲调制的方法。图3-21C给出了宽脉冲加调制的触发脉冲波。同样对图3-21A的双窄触发脉冲也可以加以调制。,2018/8/20,1,83,第13讲就到这同学们,再见。,2018/8/20,1,84,
