1、第2章 三相可控整流电路,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、易滤波时用。 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 。,2.1 三相半波可控整流电路,2.1.1 三相半波不可控整流电路,变压器接法、相电压、线电压、二极管接法 二极管导通条件、自然换流点、Ud波形特点、二极管承受最大电压,2.1.2 三相半波可控整流电路,1、 电阻负载,1)电路,2)工作原理: 自然换相点： a =0 触发角的度量以自然换流点为起点，触发脉冲与自然换流点之间的相位差（即时间差）则称为触发角。,电流临界状态 a =30,a =60,三相半波可控整流电路，电阻负载，a=3
2、0时的波形,三相半波可控整流电路，电阻负载，a=60时的波形,3) 数量关系：,a30时，电流连续,a 30时，电流断续,三相半波可控整流电路Ud/U2随a变化的关系 1电阻负载 2电感负载 3电阻电感负载,负载电流平均值为晶闸管承受的最大反向电压，为变压器二次线电压峰值，即晶闸管承受的最大正向电压等于变压器二次相电压的峰值，即,2、阻感负载,1)电路,2)工作原理:,a30时：整流电压波形与电阻负载时相同电流波形近似为一条直线,a 30 时（如a=60时的如波形图所示）,a 的移相范围: 090,3) 数量关系,（电流连续）,4) 三相半波的主要缺点：变压器二次电流中含有直流分量，为此其应用
3、较少,（晶闸管电流的有效值即变压器二次电流）,（晶闸管的额定电流）,2.2 三相桥式全控整流电路,电路组成,共阴极组共阳极组编号：1、3、5，4、6、2,可视为一个共阴极接法的三相半波和一个共阳极接法的三相半波的串联,电路的特点,1） 应有两管同时通形成供电回路，其中共阴极组和共阳极组各一，且不能为同一相器件； 2） 负载得到的瞬时电压为线电压， ud一周期脉动6次，为6脉波整流电路； 3） 控制角的起算点：仍为三相电压的自然换流点； 4） 只要负载中电感L足够大，可认为id为连续平滑的直线；,5） 晶闸管导通、触发规律：每个晶闸管在一个电源周期中导通120，导通顺序为VT1-VT2-VT3-
4、VT4-VT5-VT6循环，相位依次相差60；每隔60 有一个晶闸管触发导通，且关断本组前一序号晶闸管，共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差120，共阳极组VT4、VT6、VT2也依次差120；同一相的上下两个桥臂，即VT1与VT4，VT3与VT6，VT5与VT2，其脉冲相差180； 两种触发方式：宽脉冲触发双窄脉冲触发,6） 晶闸管承受的电压波形与三相半波时相同，晶闸管承受最大正、反向电压的关系也相同； 7） 无直流磁化问题； 8） 电源线电流有两个阶梯，更接近正弦波，谐波影响小。,1、电阻性负载,1)a =0时的情况 2)a=30时的情况 3)a=60时的情况 4)a=90时的情况,
5、小结:当a60时，ud波形均连续，id波形与ud波形形状一样，也连续。当a60时，ud波形每60中有一段为零。a 角的移相范围是120,1) a60时: ud波形连续，工作情况与电阻负载相似 波形图中Ib的波形不同，近似为一条直线,2）a 60时 ： 与电阻负载不同，由于L的作用，ud波形会出现负的部分 以a=90波形图为例,2、阻感性负载,小结： 负载电流始终连续a 角移相范围为90,3、定量计算,1) 电压Ud ：Ud为六脉波，故对一个周期求均值即可,Ud连续阻感负载或60的电阻负载,Ud断续,整流变压器二次侧电流：,2) 电流,SCR：UFM=URM=,3、定量计算,2.3 三相可控整流
6、电路变压器漏感对整流电路的影响,考虑包括变压器漏感在内的交流侧电感的影响，换相过程不能瞬间完成，该漏感可用一个集中的电感LB表示，现以三相半波为例，然后将其结论推广。,2.3.1 三相半波整流电流的换相,1、电路,L足够大，因此负载上流过的电流Id为一条直线,VT1换相至VT2的过程：,于是VT1和VT2同时导通,相当于将a、b两相短路，在两相组成的回路中产生环流ik,ik=ib是逐渐增大的，而ia=Id-ik是逐渐减小的。当ik增大到等于Id时，ia=0,VT1关断,换流过程结束。,因a、b两相均有漏感,故ia、ib均不能突变。,2、换相过程,换相重叠角换相过程持续的时间，用电角度表示,3、
7、参量计算,换相过程中，整流电压ud为同时导通的两个晶闸管所对应的两个相电压的平均值。,换相压降与不考虑变压器漏感时相比，ud平均值降低的多少。,换相重叠角g的计算,由上式得：,进而得出：,由上述推导过程，已经求得：,当 时， ，于是,g 随其它参数变化的规律：（1） Id越大则g 越大；（2） XB越大g 越大；（3） 当a90时， 越小g 越大。,2.3.2 各种整流电路换相压降和换相重叠角的计算,注：单相全控桥电路中，环流ik是从-Id变为Id。本表所列通用公式不适用；三相桥等效为相电压等于 的6脉波整流电路，故其m=6，相电压按 代入。,1）出现换相重叠角g ，整流输出电压平均值Ud降低
8、。 2）整流电路的工作状态增多。 3) 晶闸管的di/dt 减小，有利于晶闸管的安全开通。有时人为串入进线电抗器以抑制晶闸管的di/dt。 4）换相时晶闸管电压出现缺口，产生正的du/dt，可能使晶闸管误导通，为此必须加吸收电路。 5）换相使电网电压出现缺口，成为干扰源。,变压器漏感对整流电路影响：,2.4 晶闸管的保护与容量扩展,2.4.1 过电压的产生及过电压保护,1、电力电子装置可能的过电压原因,外因过电压：,(1) 操作过电压：由分闸、合闸等开关操作引起 (2) 雷击过电压：由雷击引起,内因过电压：,换相过电压：由线路电感在器件两端感应出过电压 关断过电压：全控型器件关断时，正向电流迅
9、速降低而由线路电感在器件两端感应出的过电压,常见外因过电压抑制措施：,RC过电压抑制电路（最常见）,2、过电压保护措施,RC过电压抑制电路可接于供电变压器的两侧（供电网一侧称网侧，电力电子电路一侧称阀侧），或电力电子电路的直流侧,大容量电力电子装置可采用反向阻断式RC电路,用雪崩二极管、金属氧化物压敏电阻、硒堆和转折二极管等非线性元器件并联在器件旁限制或吸收过电压,2、过电压保护措施,2.4.2 过电流保护,过电流分为过载、短路两种,常用措施：快速熔断器、直流快速断路器、过电流继电器 同时采用几种过电流保护措施，提高可靠性和合理性电子电路作为第一保护措施，快熔仅作为短路时的部分区段的保护，直流
10、快速断路器整定在电子电路动作之后实现保护，过电流继电器整定在过载时动作,各种过电流保护措施及配置位置,2.4.3 缓冲电路（吸收电路）,作用：抑制器件的内因过电压、du/dt、过电流和di/dt，减小器件的开关损耗,分类：,关断缓冲电路（du/dt抑制电路、缓冲电路）吸收器件关断过电压和换相过电压，抑制du/dt，减小关断损耗 开通缓冲电路（di/dt抑制电路）抑制器件开通时的电流过冲和di/dt，减小器件的开通损耗 复合缓冲电路将关断缓冲电路和开通缓冲电路结合在一起,目的：当晶闸管额定电压小于要求时，可以串联,问题：理想串联希望器件分压相等，但因特性差异，使器件电压分配不均匀,1、静态不均压
11、问题,串联的器件流过的漏电流相同，但因静态伏安特性的分散性，各器件分压不等,2.4.4 晶闸管的容量扩展,晶闸管的串联,后果：承受电压高的器件首先达到转折电压而导通，使另一个器件承担 全部电压也导通，失去控制作用反向时，可能使其中一个器件先反向击穿，另一个随之击穿,静态均压措施：,1）选用参数和特性尽量一致的器件 2）采用电阻均压，Rp的阻值应比器件阻断时的正、反向电阻小得多,2、动态不均压问题,由于器件动态参数和特性的差异造成的不均压,动态均压措施：,1）选择动态参数和特性尽量一致的器件 2）用RC并联支路作动态均压 3）采用门极强脉冲触发可以显著减小器件开通时间 上的差异,晶闸管的并联,目的：多个器件并联来承担较大的电流,问题：会分别因静态和动态特性参数的差异而电流分配不均匀,均流措施：,1）挑选特性参数尽量一致的器件 2）采用均流电抗器 3）用门极强脉冲触发也有助于动态均流 4）当需要同时串联和并联晶闸管时，通常采用先串后并的方法联接,
