1、第2章：整流电路,一、单相可控整流电路 二、三相可控整流电路 三、变压器漏感对整流电路影响 四、大功率可控整流电路 五、有源逆变电路 六、晶闸管直流电动机系统 七、可控电路的驱动控制,第2章：整流电路,整流电路；交流转换为直流,按照输入交流电源的相数:单相、三相和多相整流电路；按电路中组成的电力电子器件控制特性:不可控、半控和全控整流电路；根据整流电路的结构形式:半波、全波和桥式整流电路等类型。 负载的性质主要有：电阻性、电感性、电容性、反电动势等。,可控整流电路:电压可调； 二极管整流电路:电压固定；,整流电路的类型 ：,第2章：整流电路,一、单相可控整流电路 二、三相可控整流电路 三、变压
2、器漏感对整流电路影响 四、大功率可控整流电路 五、有源逆变电路 六、晶闸管直流电动机系统 七、可控电路的驱动控制,在单相可控整流电路中，定义晶闸管从承受正向电压起到触发导通之间的电角度称为控制角(或移相角)，晶闸管在一个周期内导通的电角度称为导通角，用表示。,1 单相半波可控整流电路,图2.1.1 单相半波可控整流,（1）电阻性负载,（2.1.1）,1 单相半波可控整流电路,上式表明，只要改变控制角(即改变触发时刻)，就可以改变整流输出电压的平均值，达到可控整流的目的。,电阻性负载时参数计算：,根据波形图2.1.1 (b)，可求出整流输出电压平均值为：,移相范围：整流输出电压Ud的平均值从最大
3、值变 化到零时，控制角的变化范围为移相范围。,当=0时，Ud=0，当=时，Ud=0.45U2为最大值。,单相半波可控整流电路带电阻性负载时移相范围为。,图2.1.1（b) 单相半波可控整流波形图,1 单相半波可控整流电路,电阻性负载时参数计算（续）：,图2.1.1（b) 单相半波可控整流波形图,根据有效值的定义，整流输出电压的有效值为,（2.1.3）,那么，整流输出电流的平均值Id和有效值I分别为,电流的波形系数Kf为,（2.1.6）,（2.1.4）,（2.1.5）,上式(2.1.6)表明，控制角越大，波形系数Kf越大。,1 单相半波可控整流电路,电阻性负载时参数计算（续）：,图2.1.1 单
4、相半波可控整流原理,（2.1.7）,如果忽略晶闸管T的损耗，则变压器二次侧输出的有功功率为,电源输入的视在功率为,（2.1.9）,（2.1.8）,从上式可知，功率因数是控制角的函数，且越大，可控整流输出电压越低，功率因数PF越小。当=0时， =0.707为最大值。这是因为电路的输出电流中不仅存在谐波，而且基波电流与基波电压(即电源输入正弦电压)也不同相，即是使电阻性负载， 也不会等于1。,电路的功率因数,1 单相半波可控整流电路,（2）电感性负载,（等效为电感L和电阻R串联）,图2.1.2 感性负载单相半波可控整流电路及其波形,工作原理,( 2) 电感性负载,1 单相半波可控整流电路,感性负载
5、上的输出电压平均值Ud为,故,（2.1.10）,（2.1.11）,（2.1.12）,式(2.1.12)表明, 感性负载上的电压平均值等于 负载电阻上的电压平均值。,由于负载中存在电感，使负载电压波形出现负值部分，晶闸管的流通角变大，且负载中L越大，越大，输出电压波形图上负压的面积越大，从而使输出电压平均值减小。在大电感负载LR的情况 下，负载电压波形图中正负面积相近，即不论为何值， 。,(2) 电感性负载（大电感）,1 单相半波可控整流电路,图2.1.3 LR 时不同时的电流波形,(2) 电感性负载（大电感）,1 单相半波可控整流电路,大电感负载时输出平均电压为零，解决的办法是在负载两端并联续
6、流二极管D，如图2.1.4(a)所示。,图2.1.4 大电感负载接续流管的单相半波整流电路及电流电压波形,在电源电压正半周，负载电流由晶闸管导通提供；电源电压负半周时，续流二极管D维持负载电流；因此负载电流是一个连续且平稳的直流电流。大电感负载时，负载电流波形是一条平行于横轴的直线，其值为Id；,晶闸管与续流管承受的最大电压均为,1 单相半波可控整流电路,（3）电感性负载（大电感）参数计算,若设T和D分别为晶闸管和续流二极管在一个周期内的导通角， 则容易得出晶闸管的电流平均值为,流过续流二极管的电流平均值为,流过晶闸管和续流管的电流有效值分别为,（2.1.16）,（2.1.13）,（2.1.1
7、4）,（2.1.15）,1）优点：线路简单，调整方便； 2）缺点：（a）输出电压脉动大，负载电流脉动大（电阻性负载时）。（b）整流变压器次级绕组中存在直流电流分量， 使铁芯磁化，变压器容量不能充分利用。若不用变压器，则交流回路有直流电流，使电网波形畸变引起额外损耗。 3）应用：单相半波可控整流电路只适于小容量、波形要求不高的场合。,（4）单相半波可控整流电路特点：,1 单相半波可控整流电路,2 单相桥式可控整流电路,(1)阻性负载,图2.1.5 单相全控桥式整流电路 带电阻性负载的电路与工作波形,（的移相范围是0180）,工作原理分析：,2 单相桥式可控整流电路,阻性负载参数计算：,3）输出电
8、流的平均值和有效值分别为,2）整流输出电压的有效值为,即Ud为最小值时，=180，Ud为最大值时=0，所以单相全控 桥式整流电路带电阻性负载时，的移相范围是0180。,1）整流输出电压的平均值,（2.1.17）,（2.1.18）,（2.1.19）,（2.1.20）,2 单相桥式可控整流电路,阻性负载参数计算：,4）流过每个晶闸管的平均电流为输出电流平均值的一半，即,5）流过每个晶闸管的电流有效值为,（2.1.22）,（2.1.21）,6）晶闸管承受的最大反向电压为 U2。,7）在一个周期内每个晶闸管只导通一次，流过晶闸管的电流 波形系数为,（2.1.23）,2 单相桥式可控整流电路,阻性负载参
9、数计算：,9） 在一个周期内电源通过变压器两次向负载提供能量，因此负载电流有效值与变压器次级电流有效值I2相同。那么电路的功率因数可以按下式计算,8）负载电流的波形系数为,（2.1.25）,（2.1.24）,2 单相桥式可控整流电路,、 的移相范围相等，均为0180； 、输出电压平均值Ud是半波整流电路的倍； 、在相同的负载功率下，流过晶闸管的平均电流减小一半； 、功率因数提高了 倍。,通过上述数量关系的分析，电阻负载时，对单相全控桥式整流电路与半波整流电路可作如下比较：,2 单相桥式可控整流电路,（2）大电感负载,图2.1.6 单相全控桥式整流电路带电感性负载电路与波形图,工作原理分析：,电
10、路控制角的移相范围为0/2,2 单相桥式可控整流电路,大电感负载参数计算：,1）在电流连续的情况下整流输出电压的平均值为,2）整流输出电压有效值为,3）晶闸管承受的最大正反向电压为 U2。,(090),(2.1.26),(2.1.27),4）在一个周期内每组晶闸管各导通180，两组轮流导通， 变压器次级中的电流是正负对称的方波，电流的平均值Id和 有效值I相等，其波形系数为。,2 单相桥式可控整流电路,大电感负载参数计算：,5）在电流连续的情况下晶闸管电流的平均值和有效值为,(2.1.28),(2.1.29),单相全控桥式整流电路具有输出电流脉动小，功率因数高， 变压器次级中电流为两个等大反向
11、的半波，没有直流磁化问题， 变压器的利用率高。在大电感负载情况下，接近/2时，输出电压的平均值接 近于零，负载上的电压太小。且理想的大电感负载是不存在的， 故实际电流波形不可能是一条直线，而且在之前，电流就 出现断续。电感量越小，电流开始断续的值就越小。,结论：,图2.1.7 单相全控桥式整流电路带反电势负载电路与波形图,（3）反电势负载工作原理,2 单相桥式可控整流电路,反电动势负载：对于可控整流电路来说，被充电的蓄电池、电容器、正在运行的直流电动机的电枢（电枢旋转时产生感应电动势E）等本身是一个直流电压的负载。,图2.1.7 单相全控桥式整流电路带反电势负载电路波形图,（3）反电势负载工作
12、原理,2 单相桥式可控整流电路,导电角时，整流电流波形出现断流。其波形如图2.1.7(c)所示，图中的为停止导电角。也就是说与电阻负载时相比，晶闸管提前了电角度停止导电。,(2.1.30),时，若触发脉冲到来，晶闸管因承受负电压不可能导通。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 时刻晶闸管开始承受正电压时，触发脉冲仍然存在。这样就要求触发角。,反电势负载参数计算,2 单相桥式可控整流电路,(2.1.32),(2.1.31),1）整流器输出端直流电压平均值,2）整流电流平均值,（1）大电感负载时的工作情况,3 单相桥式半控整流电路,图2.1.8 单相半控桥式整流电路带 大电感负载
13、时的电压、电流波形图,晶闸管在触发时刻被迫换流，二极管则在电源电压过零时自然换流；由于自然续流的作用，整流输出电压ud的波形没有负半波的部分，与全控桥电路带电阻性负载相同。的移相范围为0180，Ud、d的计算公式和全控桥带电阻性负载时相同；流过晶闸管和二极管的电流都是宽度为180的方波且与无关，交流侧电流为正负对称的交变方波。,工作特点：,（1）大电感负载时的工作情况,3 单相桥式半控整流电路,图2.1.8 单相半控桥式整流电路带 大电感负载时的电压、电流波形图,在实际运行中，当突然把控制角 增大到180以上或突然切断触发电路时，会发生正在导通的晶闸管一直导通两个二极管轮导通的失控现象。此时触
14、发信号对输出电压失去了控制作用，失控在使用中是不允许的，为了消除失控，带电感性负载的半控桥式整流电路还需加接续流二极管。,续流二极管的作用：,消除失控,大电感负载时参数计算,3 单相桥式半控整流电路,输出电压平均值为,输出电压有效值为,(2.1.34),(2.1.33),3 单相桥式半控整流电路,在控制角为时，每个晶闸管一周期内的导通角为 ，续流管的流通角为 ，,大电感负载时参数计算,流经续流二极管的平均电流和有效电流分别为,(2.1.36),(2.1.35),(2.1.38),(2.1.37),则流过晶闸管的电流平均值和有效值分别为,第2章：整流电路,一、单相可控整流电路 二、三相可控整流电
15、路 三、变压器漏感对整流电路影响 四、大功率可控整流电路 五、有源逆变电路 六、晶闸管直流电动机系统 七、可控电路的驱动控制,1）在t1t2期间，相电压比、相都高，如果在t1时刻触发晶闸管导通，负载上得到相电压uA。2）在t2t3期间，相电压最高，若在t2时刻触发导通，负载上得到B相电压uB， 关断 。3）在t3 t4时期间，C相电压最高，若在t3刻触发导通，负载上得到相电压uC，并关断。,1 三相半波可控整流电路,（1）电阻性负载工作原理分析,图2.2.1 电阻性负载的三相半波可控整流电路及波形(=0),自然换流点：t1、t2和t3时刻距相电压波形过零点30电角度，它是各相晶闸管能被正常触发
16、导通的最早时刻，在该点以前，对应的晶闸管因承受反压，不能触发导通，所以把它叫做自然换流点。在三相相控整流电路中，把自然换流点作为计算控制角的起点，即该处=0（注意：这与单相可控整流电路是不同的）。,1 三相半波可控整流电路,（1）电阻性负载工作原理分析,图2.2.1 电阻性负载的三相半波可控整流电路及波形(=0),1 三相半波可控整流电路,（1）电阻性负载工作原理分析,当=30时，ud、id波形临界连续。,当=150时，整流输出电压为零。,在30时，输出电压和电流波形将不再连续； 在电源交流电路中不存在电感情况下，晶闸管之间的电流转移是在瞬间完成的； 负载上的电压波形是相电压的一部分； 晶闸管
17、处于截止状态时所承受的电压是线电压而不是相电压。 整流输出电压的脉动频率为HZ(脉波数m=3)。,结论：,图2.2.2 三相半波相控整流 =18、60时的波形图,1 三相半波可控整流电路,电阻性负载数量关系,若A相电源输入相电压 ，B、C相相应滞后 则有如下数量关系：,式中为整流变压器二次侧相电压有效值。,(2.2.1), 当30时，负载电流连续，各相晶闸管每周期 轮流导电120，即导通角T =120。输出电压平均值为, 当=0时整流输出电压平均值d最大。增大， Ud减小，当=150时，Ud=0。所以带电阻性负载的三相 半波相控整流电路的移相范围为0150,1 三相半波可控整流电路,电阻性负载
18、数量关系,(2.2.2), 当30时，负载电流断续， ， 输出电压平均值d为,(4) 晶闸管承受的最大反向电压为电源线电压峰值， 即 ，最大正向电压为电源相电压，即 。,1 三相半波可控整流电路,电阻性负载数量关系,(2.2.4),（5）负载电流的平均值,流过每个晶闸管的平均电流,流过每个晶闸管的电流有效值为,(2.2.5),(2.2.3),(2.2.6),1 三相半波可控整流电路,（2）大电感负载,(a)在30时，ud的波形与电阻性负载时相同。 (b)30时ud波形出现部分负压。(c)尽管30，由于大电感负载的作用，仍然使各相晶闸管导通120，保证了电流的连续。,电路特点：,图2.2.3 大
19、电感负载的三相半波整流电路及波形,续流二极管,接续流二极管,1 三相半波可控整流电路,（2）大电感负载（无续流二极管）数量关系,流过每个晶闸管的平均电流与有效电流分别为,当=0时Ud最大，当=90时，Ud=0。因此，大电感负载时，三相半波整流电路的移相范围为090。,整流输出电压平均值ud为,(2.2.8),(2.2.7),(2.2.9),1 三相半波可控整流电路,（3）大电感负载接续流二极管时,4）续流二极管在一周期内导通三次，其导通角D=3(30)。,1）ud的波形与纯电阻性负载时一样，Ud的计算公式也一样。,图2.2.4 大电感负载的三相半波整流电路,2）负载电流id=iT1+iT2+i
20、T3+iD。,3）一周期内晶闸管的导通角,T=150。,1 三相半波可控整流电路,（3）大电感负载接续流二极管时,图2.2.4 大电感负载的三相半波整流电路,（2.2.13）,5）流过晶闸管的平均电流和有效电流分别为,6）流过续流管的平均电流和 有效电流分别为,（2.2.10）,（2.2.11）,（2.2.12）,2 三相桥式可控整流电路,共阴极组的自然换流点(=0) 在t1、t、t时刻，分别 触发、晶闸管。共阳极组的自然换流点(=0) 在t、t、t时刻，分别 触发、晶闸管。晶闸管的导通顺序为： 123456。,图2.2.5 三相桥式相控整流电路带电阻负载 时的情况,（1）电阻性负载工作原理,
21、（2）三相桥式全控整流电路的特点,2 三相桥式可控整流电路,（a）每个时刻均需2个不同组的晶闸管同时导通，形 成向负载供电的回路，其中且不能为同一相的晶闸管；,（b）对触发脉冲的要求：6个晶闸管的触发脉冲按ug1ug2ug3ug4ug5ug6的顺序（相位依次差60）分别触发晶闸管123456； 共阴极组1、3、5的触发脉冲依次相差120， 共阳极组、的触发脉冲也依次差 120, 同一相的上下两个桥臂，即 T1、与T4，T3与 T6，T5与 T2脉冲相差180；,（2）三相桥式全控整流电路的特点,2 三相桥式可控整流电路,宽脉冲触发：使脉冲宽度大于60(一般取80100); 双脉冲触发：用两个窄
22、脉冲代替宽脉冲，两个窄脉冲的前沿相差60，脉宽一般为2030。,（c）全控桥触发脉冲类型：,（d）带电阻负载时三相桥式全控整流电路角的移相范围是 120。,(3)三相桥式全控整流 电路不同时工作原理,2 三相桥式可控整流电路,=30时工作波形：,图2.2.6 三相桥式相控整流电路带电阻负载=30 时的情况,（3）三相桥式全控整流 电路不同时工作原理,2 三相桥式可控整流电路,=60时工作波形：,图2.2.7 三相桥式相控整流电路带电阻负载=60 时的情况,2 三相桥式可控整流电路,=90时工作波形：,图2.2.8 三相桥式相控整流电路带电阻负载=90 时的情况,（3）三相桥式全控整流 电路不同
23、时工作原理,（4）三相桥式全控整流电路参数计算,2 三相桥式可控整流电路,2）当60时，负载电流不连续，整流输出电压的平均值为,1）当60时，负载电流连续，负载上承受的是线电压设其表达式为 ，在 内积分上 、 下限为 和 。因此当控制角为时，整流输出电压的平均值为,（2.2.14）,（2.2.15）,晶闸管承受的最大正、反向峰值电压为,（5）大电感负载,2 三相桥式可控整流电路,图2.2.9 带大电感负载的 三相全控桥式 整流电路及 =0时的电流电压波形,1）=0时工作波形,电路移向范围为090,（5）大电感负载,2 三相桥式可控整流电路,图2.2.10 带大电感负载的三相全控桥式整流电路在=
24、30、90时的电流电压波形,2）=30、 90 时工作波形,（6）大电感负载参数计算,2 三相桥式可控整流电路,在090范围内负载电流连续，负载上承受的是线电压，设其表达式为 ，而线电压超前于相电压30，在内 积分上、下限为 和 。因此当控制角为时：,(2.2.16),1）整流输出电压的平均值为,（090）,2）负载电流平均值为,(2.2.17),2 三相桥式可控整流电路,三相全控桥式整流电路中，晶闸管换流只在本组内进行，每隔120换流一次，即在电流连续的情况下，每个晶闸管的导通角T=120。,3）流过晶闸管的电流平均值和有效值,(2.2.18),(2.2.19),4） 流进变压器次级的电流有
25、效值为,5）晶闸管承受的最大电压为,(2.2.20),（6）大电感负载参数计算,第2章：整流电路,一、单相可控整流电路 二、三相可控整流电路 三、变压器漏感对整流电路影响 四、大功率可控整流电路 五、有源逆变电路 六、晶闸管直流电动机系统 七、可控电路的驱动控制,三、变压器漏感对整流电路影响,图2.3.1 考虑变压器的漏抗后可控整流电路的等效电路及输出电压电流的波形,实际工作中，整流变压器存在漏抗，晶闸管之间的换流不能瞬时完成，会出现参与换流的两个晶闸管同时导通的现象，同时导通的时间对应的电角度称为换相重叠角。,1、换相重叠角,Ll为变压器的每相绕组折合到二次侧的漏抗,三、变压器漏感对整流电路
26、影响,图2.3.1 考虑变压器的漏抗后可控整流电路的等效电路及输出电压电流的波形,当t时刻触发时，相电流不能瞬时上升到d值，相电流不能瞬时下降到零，电流换相需要时间t，换流重叠角所对应的时间为t=/。在重叠角期间，、同时导通，产生一个虚拟电流Ik ，,2、工作过程,Ll为变压器的每相绕组折合到二次侧的漏抗,三、变压器漏感对整流电路影响,图2.3.1 考虑变压器的漏抗后可控整流电路的等效电路,1）换相压降U,3、参数计算,上式中 是变压器每相漏感折合到二次则的漏电抗。,在图2.2.11(a)所示的三相半波可控整流电路中，整流输出电压为3相波形组合（即一周期内换相3次），每个周期 内有3个阴影面积
27、，这些阴影面积之和3S除以周期2，即为换相重叠角期间输出平均电压的减少量，称为换相压降U。,(2.3 .5),换相压降U正比于负载电流d，它相当于整流电源增加了一项等效电阻 ，但这个等效内阻并不消耗有功功率。,三、变压器漏感对整流电路影响,上式表明，当Ll或Id增大时，将增大；当增大时，减小。必须指出，如果在负载两端并联续流二极管，将不会出现换流重叠的现象，因为换流过程被续流二极管的存在所改变。,2）换相重叠角,(2.3.6),计算过程,图2.3.1 考虑变压器的漏抗后相控整流电路的等效电路及输出电压电流的波形,第2章：整流电路,一、单相可控整流电路 二、三相可控整流电路 三、变压器漏感对整流
28、电路影响 四、大功率可控整流电路 五、有源逆变电路 六、晶闸管直流电动机系统 七、可控电路的驱动控制,1. 带平衡电抗器的双反星形可控整流电路工作原理,四、 大功率可控整流电路,图2.4.1 带平衡电抗器的双反星形相控整流电路及其波形图,四、 大功率可控整流电路,(2.4.6),2、带平衡电抗器的双反星形相控整流电路数量关系,根据图 2.4.1(b)得到整流输出电压瞬时值为,将式（2.4.1）、（2.4.2）代入上式得,如果控制角为，输出直流电压平均值为,(2.4.4),输出直流电压平均值为,(2.4.5),四、大功率可控整流电路,3、结论,（4）两种电路中晶闸管的导通及触发脉冲的分配关系 一
29、样，ud和id的波形形状一样。,将双反星形电路与三相桥式电路进行比较：,（1）三相桥式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，同时有两相导电，变压器磁路平衡，不存在直流磁化问题；,（2）当U2相等时，双反星形的Ud是三相桥的1/2，而 Id是单相桥的2倍；,（3）每一整流器件承担负载电流Id的一半，整流器件流过电流的有效值在电感性负载时为0.289 Id ，所以与其他整流电路相比，提高了整流器件承受负载的能力；,第2章：整流电路,一、单相可控整流电路 二、三相可控整流电路 三、变压器漏感对整流电路影响 四、大功率可控整流电路 五、有源逆变电路 六、晶闸管直流电动
30、机系统 七、可控电路的驱动控制,五、有源逆变电路,c、有源逆变器：完成有源逆变的装置称为有源逆变器。,a、无源逆变电路：将直流电能变为交流电能输出至负载。,b、有源逆变电路：将直流电能变为交流电能输出给交流电网。,五、有源逆变电路,3 三相桥式有源逆变电路,1 有源逆变的工作原理,2 三相半波有源逆变电路,有源逆变最小逆变角min的限制,1 有源逆变的工作原理,图2.5.2单相全波整流电路的逆变工作状态,图2.5.1单相全波整流电路的整流工作状态,1 有源逆变的工作原理,（a）一定要有直流电动势源，其极性必须与晶闸管的导通方向一致，其值应稍大于变流器直流侧的平均电压。,(1)有源逆变的条件：,
31、（b）变流器必须工作在 的区域内，使Ud0。,因为Ra阻值很小,其两端电压也很小，因此，UdE，此时电流Id从电动机反电势E的正端注入，直流电机吸收功率。如果在电机运动过程中使控制角减小，则Ud增大，Id瞬时值也随之增大，电动机电磁转矩增大，所以电动机转速提高。随着转速升高，E增大，Id随之减小，最后恢复到原来的数值，此时电机稳定运行在较高转速状态。反之，如果使角增大，电动机转速减小。所以，改变晶闸管的控制角，可以很方便地对电动机进行无级调速。,1 有源逆变的工作原理,( 2) 全波整流电路工作在整流状态,当移相控制角在0范围内变化时，单相全波整流电路直流侧输出电压Ud 0，如图5.7.1所示
32、，电动机M作电机运行。整流器输出功率，电机吸收功率，电流值为：,式中E为电机的反电动势，Ra为电机绕组电阻。,(2.5.1),1 有源逆变的工作原理,(3) 全波整流电路工作在逆变状态,整流电路的控制角必须在 范围内变化。此时，电流Id为：,(2.5.2),由于晶闸管单向导电性，Id方向仍然保持不变。如果|E|Ud|，则Id0。电动势的极性改变了，而电流的方向未变，因此，功率的传递关系便发生了变化，电动机处于发电机状态，发出直流功率，整流电路将直流功率逆变为50Hz的交流电返送到电网，这就是有源逆变工作状态。,逆变时，电流Id的大小取决于E与Ud ，而E由电机的转速决定，Ud可以调节控制角改变
33、其大小。在逆变工作状态下，虽然控制角在 间变化，晶闸管的阳极电位大部分处于交流电压的负半周期，但由于有外接直流电动势E的存在，使晶闸管仍能承受正向电压导通。,五、有源逆变电路,3 三相桥式有源逆变电路,1 有源逆变的工作原理,2 三相半波有源逆变电路,有源逆变最小逆变角min的限制,2 三相半波有源逆变电路,图2.5.3 三相半波有源逆变电路及其波形,图2.5.3（a）为三相半波整流器带电动机负载时的电路,并假设负载电流连续。当在 范围内变化时，变流器输出电压的瞬时值在整个周期内虽然有正有负或者全部为负，但负的面积总是大于正的面积，故输出电压的平均值Ud为负值。电机E的极性具备有源逆变的条件。
34、当在范围 内变化且 EUd时，可以实现有源逆变。,(1)工作原理,图2.5.3三相半波整流电路的逆变工作状态,2 三相半波有源逆变电路,(2) 参数计算,变流器逆变时，直流测电压计算公式与整流时一样。当电流连续时，,有：,(2.5.3),(2.5.4),式中U2为相电压的有效值。,由于逆变时90，故cos计 算不大方便，于是引入逆变角， 令=-，则（5.7.3）改写成：,逆变角为的触发脉冲位置从 =的时刻左移角来确定。,五、有源逆变电路,3 三相桥式有源逆变电路,1 有源逆变的工作原理,2 三相半波有源逆变电路,有源逆变最小逆变角min的限制,3 三相桥式有源逆变电路,（1）工作原理,式中：U
35、2为逆变电路输入相电压， U2L为逆变电路输入线电压。,三相全控桥式整流电路用作有源逆变时，就成了三相桥式逆变电路。,三相桥式逆变电路的工作与三相桥式整流电路一样，要求每隔60依次触发晶闸管，电流连续时，每个管子导通120，触发脉冲必须是双窄脉冲或者是宽脉冲。,直流侧电压计算公式为：,或,（2.5.5 ）,（2.5.6 ）,五、有源逆变电路,3 三相桥式有源逆变电路,1 有源逆变的工作原理,2 三相半波有源逆变电路,有源逆变最小逆变角min的限制,4 有源逆变最小逆变角min的限制,如果逆变角小于换流重叠角，即时，从图2.5.4所示的波形中可清楚看到，换流还未结束，电路的工作状态到达uA与uB
36、交点P，从P点之后，uA将高于uB ，晶闸管T2承受反压而重新关断，而应该关断的T1却承受正压而继续导通，从而造成逆变失败。,因此，为了防止逆变失败，不仅逆变角不能等于零，而且不 能太小，必须限制在某一允许的最小角度内。,（1）逆变失败,图2.5.4 交流侧电抗对逆变换相过程的影响,4 有源逆变最小逆变角min的限制,（2）最小逆变角min的选取,（a）换相重叠角随电路形式、工作电流的大小不同而不同，一般选取为15o25o电角度。 （b）晶闸管关断时间tq所对应的电角度。一般tq 大的可达200300s，折算电角度为4o5o 。 （c）安全裕量角。考虑到脉冲调整时不对称、电网波动等因素影响，还
37、必须留有一个安全裕量角，一般选取为10o 。 综上所述，最小逆变角min 为：设计有源逆变电路时，必须保证大于min，因此，常在触发电路中附加一保护环节，保证控制脉冲不进入min区域内。,(2.5.7),第2章：整流电路,一、单相可控整流电路 二、三相可控整流电路 三、变压器漏感对整流电路影响 四、大功率可控整流电路 五、有源逆变电路 六、晶闸管直流电动机系统 七、可控电路的驱动控制,六、晶闸管直流电动机系统,(1)工作于整流状态时 整流电路直流电压方程为：,RB为变压器等效电阻，RM为电机电枢电阻压降， 重叠角引起的电压降,六、晶闸管直流电动机系统,(1)工作于整流状态时,(2)工作于有源逆
38、变状态,连续时,六、晶闸管直流电动机系统,(2)工作于有源逆变状态,(3)直流可逆电力拖动系统,第2章：整流电路,一、单相可控整流电路 二、三相可控整流电路 三、变压器漏感对整流电路影响 四、大功率可控整流电路 五、有源逆变电路 六、晶闸管直流电动机系统 七、可控电路的驱动控制,对触发电路的要求,晶闸管触发主要有移相触发、过零触发和脉冲列调制触发等。触发电路对其产生的触发脉冲要求：,、触发信号可为直流、交流或脉冲电压。,、触发信号应有足够的功率（触发电压和触发电流）。,、触发脉冲应有一定的宽度，脉冲的前沿尽可能陡，以使 元件在触发导通后，阳极电流能迅速上升超过掣住电流而维 持导通。,、触发脉冲
39、必须与晶闸管的阳极电压同步，脉冲移相范 围必须满足电路要求。,图2.7.1 强触发电流波形,晶闸管触发电路,、单结晶体管触发电路,图2.7.2 单结晶体管触发电路及波形,由单结晶体管构成的触发电路具有简单、可靠、抗干扰能力强、温度补偿性能好，脉冲前沿陡等优点，在小容量的晶闸管装置中得到了广泛应用。,由自激振荡、同步电源、移相、脉冲形成等部分组成。,组成：,特点：,晶闸管触发电路,（1）单结晶体管自激振荡电路,图2.7.2 单结晶体管触发电路及波形,经D3D6整流后的直流电源UW，一路经R2、R1加在单结晶体管两个基极b1、b2之间；另一路通过e对电容C充电、通过单结晶体管放电。控制BT的导通、
40、截止；在电容上形成锯齿波振荡电压，在R1上得到一系列前沿很陡的触发尖脉冲ug，如图2.7.2(b)所示，其振荡频率为,工作原理：,特点：利用单结晶体管的负阻特性与RC电路的充放电可组成自激振荡电路，产生频率可变的脉冲。,上式中 是单结晶体管的分压比，即调节e，可调节振荡频率。,(2.7.1),晶闸管触发电路,（2）同步电源,图2.7.2 单结晶体管触发电路及波形,工作原理：,当uDW过零时，电容C经e-b1、R1迅速放电到零电压。这就是说，每半周开始，电容C都从零开始充电。进而保证每周期触发电路送出第一个脉冲距离过零的时刻（即控制角）一致，实现了同步。,同步电压由变压器TB获得，而同步变压器与
41、主电路接至同一 电源，故同步电压与主电压同相位、同频率。,同步电压经桥式整流、稳压管Dw削波为梯形波uDW，而削波后的最大值Uw既是同步信号，又是触发电路电源。,晶闸管触发电路,、单结晶体管触发电路,图2.7.2 单结晶体管触发电路及波形,当Re增大时，单结晶体管发射极充电到峰点电压Up的时间增大，第一个脉冲出现的时刻推迟，即控制角增大，实现了移相。,工作原理：,（3）移相控制,晶闸管触发电路,、单结晶体管触发电路,图2.7.2 单结晶体管触发电路及波形,触发脉冲ug由1直接取出，这种方法简单、经济，但触发电路与主电路有直接的电联系，不安全。对于晶闸管串联接法的全控桥电路无法工作。所以一般采用
42、脉冲变压器输出。,工作原理：,（4）脉冲输出,晶闸管触发电路,2、同步信号为锯齿波的触发电路,图2.7.3 同步信号为锯齿波的触发电路,晶闸管触发电路,2、同步信号为锯齿波的触发电路,图2.7.3 同步信号为锯齿波的触发电路及工作波形图,晶闸管触发电路,（1) 锯齿波形成、同步移相环节,锯齿波形成电路由Vl、V2、V3和C2等元件组成，其中Vl、VS、RP2和R3为一恒流源电路。V2截止时，恒流源电流I1c对电容C2充电，所以C2两端电压uc为,（2.7.2）,当V2导通时，由于R4阻值很小，所以C2迅速放电，使ub3电位迅速降到零。当V2周期性地导通和关断时，ub3便形成一锯齿波，同样ue3
43、也是一个锯齿波电压，,射极跟随器V3的作用是减小控制回路的电流对锯齿波电压的影响。调节电位器RP2，即改变C2的恒定充电电流I1c，可调节锯齿波斜率。,图2.7.3 同步信号为锯齿 波的触发电路及工作波形图,1) 锯齿波形成,晶闸管触发电路,（1) 锯齿波形成、同步移相环节,V4基极电位由锯齿波电压uh、控制电压uco、直流偏移电压up三者共同决定。如果uco=0，up为负值时，ub4点的波形由uh+up确定。当uco为正值时，ub4点的波形由uh+ up+uco确定。ub4电压等于0.7V后，V4导通，V4经过M点时使电路输出脉冲。之后ub4一直被钳位在0.7V。M点是T4由截止到导通的转折
44、点，也就是脉冲的前沿。因此当up为某固定值时，改变uco便可改变M点的时间坐标，即改变了脉冲产生的时刻，脉冲被移相。可见，加up的目的是为了确定控制电压uco=0时脉冲的初始相位。,图2.7.3 同步信号为锯齿 波的触发电路及工作波形图,2) 同步移相环节初始位,晶闸管触发电路,（2）同步环节,当Q点电位达1.4V时，V2导通，Q点电位被钳位在1.4V。直到 TS二次电压的下一个负半周到来时，VD1重新导通，C1迅速放电后又被充电， V2截止。如此周而复始。在一个正弦波周期内，V2包括截止与导通两个状态，对应锯齿波波形恰好是一个周期，与主电路电源频率和相位完全同步，达到同步的目的。可以看出，Q
45、点电位从同步电压负半周上升段开始时刻到达 1.4V的时间越长，V2截止时间就越长，锯齿波就越宽。锯齿波的宽度是由充电时间常数R1C1决定的,可达240o 。,图2.7.3 同步信号为锯齿 波的触发电路及工作波形图,同步环节是由同步变压器TS和作同步开关用的晶体管V2组成。,同步变压器TS二次电压经二极管VD1间接加在V2 的基极上。当二次电压波形在负半周的下降段时， VD1导通，电容C1被迅速充电。因O点接地为零电 位，R点为负电位，Q点电位与R点相近，故在这 一阶段V2基极为反向偏置而截止。在负半周的上升 段，15V电源通过R1给电容C1反向充电，为电容反 向充电波形，其上升速度比 波形慢，
46、故VD1截止。,晶闸管触发电路,（3）脉冲形成环节,脉冲形成环节V4、V5 组成，V7、V8组成 控制电压uco加在V4基极上。uco=0时，V4截止，V5饱和导通。V7、V8处于截止状态，脉冲变压器TP二次侧无脉冲输出。电容C3充电，充满后电容两端电压接近2EC(30V)。当时，V4导通，A点电位由+EC(+15V)下降到1.0V左右，由于C3两端的电压不能突变，V5基极电位迅速降致-2EC(-30V)， V5立即截止。V5集电极电压由-EC(-15V)上升到钳位电压+2.1V(VD6、V7、V8三个PN结正向压降之和)，V7、V8导通，脉冲变压器TP二次侧输出触发脉冲。与此同时，电容C3经+15V、R11、VD4、V4放电和反向充电，使V5基极电位上升，直到ub5-EC(-15V)，V5又重新导通。使V7、V8截止，输出脉冲终止。输出脉冲前沿由V4导通时刻确定，脉冲宽度与反向充电回路时间常数R11C3有关,图2.7.3 同步信号为锯齿波的触发电路及工作波形图,脉冲放大电路。,
