第三章-三相可控整流电路课件

三相可控整流电路三相可控整流电路第三章三相可控整流电路第三章三相可控整流电路 当负载容量大，或者要求直流电压脉动小，易滤波等当负载容量大，或者要求直流电压脉动小，易滤波等场合，一般采用对电网来说是平衡的三相整流装置。场合，一般采用对电网来说是平衡的三相整流装置。三相整流与单相整流相比，具有三相整流与单相整流相比，具有输出电压高且脉动小，输出电压高且脉动小，脉动频率高，网侧功率因数高以及动态响应快脉动频率高，网侧功率因数高以及动态响应快等优点。等优点。电路类型：三相半波电路类型：三相半波（零式零式）、三相全控桥式、三相半控桥式、三相全控桥式、三相半控桥式、双反星形（六相）、十二相（适用于大功率）双反星形（六相）、十二相（适用于大功率）1三相可控整流电路三相可控整流电路重点和要求重点和要求1.1.理解和掌握理解和掌握三相半波、三相桥式等整流电路的电路结构、三相半波、三相桥式等整流电路的电路结构、工作原理、波形分析、参数计算和电气性能评估。工作原理、波形分析、参数计算和电气性能评估。2.2.理解变压器漏抗对整流电路的影响及换相重叠角的概念。理解变压器漏抗对整流电路的影响及换相重叠角的概念。3.3.了解大功率整流电路的形式和特点。了解大功率整流电路的形式和特点。重点：重点：波形分析和基本电量计算的方法。波形分析和基本电量计算的方法。难点：难点：不同负载对工况的影响、整流器交流侧电抗对整流不同负载对工况的影响、整流器交流侧电抗对整流 电路的影响电路的影响2三相可控整流电路三相可控整流电路一、电阻性负载一、电阻性负载 第一节第一节 三相半波相控整流电路三相半波相控整流电路 一次绕组一般接成三角形，一次绕组一般接成三角形，二次绕组必须接成星型，二次绕组必须接成星型，三个晶三个晶闸管阳极分别到闸管阳极分别到u,v,wu,v,w三相电源，三相电源，阴极连接在一起，称为共阴极接阴极连接在一起，称为共阴极接法，法，这种接法在触发电路有公共这种接法在触发电路有公共线时连接比较方便。线时连接比较方便。1.1.电路结构电路结构三角形接法三角形接法星形共阴极接法星形共阴极接法3三相可控整流电路三相可控整流电路udtuuuwuvVT1控制控制角起点角起点VT3控制控制角起点角起点VT2控制控制角起点角起点2.2.工作原理工作原理自然换相点：自然换相点：当电路中的可控元件全部由当电路中的可控元件全部由不可控元件代替时，各元件的不可控元件代替时，各元件的导电转换点。导电转换点。即三相电压（即三相电压（u,v.wu,v.w）正半周正半周的交点。的交点。控制角从自然换相点开始计算。控制角从自然换相点开始计算。4三相可控整流电路三相可控整流电路三相半波可控整流电路电阻性负载三相半波可控整流电路电阻性负载=0时的波形时的波形(a)电路；电路；(b)电源相电压；电源相电压；(c)触发脉冲；触发脉冲；(d)输出电压、输出电压、电流；电流；(e)晶闸管晶闸管VT1上的电流；上的电流；(f)晶闸管晶闸管VT1上的电压上的电压5三相可控整流电路三相可控整流电路1 1）当）当=0=0时：时：tt1 1时刻时刻,VT1,VT1触发导通，触发导通，u ud d=u uu u;tt2 2时刻时刻(隔隔120120)VT2)VT2触发导通，触发导通，由于此刻以后由于此刻以后u uv vuuu u，VT1VT1反压关断反压关断,u ud d=u uv v；tt3 3时刻触发时刻触发VT3VT3导通，导通，VT2VT2反压关断，反压关断，u ud d=u uw w。如此循环下去。如此循环下去。电阻性负载电阻性负载=0=0时的波形时的波形ud d,id d连续连续6三相可控整流电路三相可控整流电路负载端输出电压：负载端输出电压：图图(d)(d)中：中：u ud d是连续的脉动的直流电压，它是三相交流是连续的脉动的直流电压，它是三相交流相电压正半周包络线，一周期内相电压正半周包络线，一周期内u ud d脉动三次，脉动三次，脉动频率：脉动频率：3 350Hz50Hz=150 Hz150 Hz。特点：特点：一个周期内三相电源轮流向负载供电，一个周期内三相电源轮流向负载供电，每相晶闸管各导通每相晶闸管各导通120120，u ud d连续。连续。电阻性负载电阻性负载=0=0时的波形时的波形7三相可控整流电路三相可控整流电路图图(e)(e)是流过是流过u u相晶闸管相晶闸管VT1VT1的电流波形，其的电流波形，其它两相晶闸管的电流波形形状与此相同，相它两相晶闸管的电流波形形状与此相同，相位依次相差位依次相差120120。负载端输出电流：负载端输出电流：电阻性负载电阻性负载=0=0时的波形时的波形特点：特点：变压器绕组中电流是变压器绕组中电流是直流脉动电流直流脉动电流，一个，一个周期内每相只工作周期内每相只工作1/31/3周期。周期。因此存在变压器铁芯直流磁化和利用率不因此存在变压器铁芯直流磁化和利用率不高的问题。高的问题。8三相可控整流电路三相可控整流电路 图图(f)(f)是是VT1VT1上电压的波形。上电压的波形。VT1VT1导通时为零；导通时为零；VT2VT2导通时，导通时，VT1VT1承受线电压承受线电压u uuvuv(u uu u-u-uv v)，是反压；是反压；VT3VT3导通时，导通时，VT1VT1承受线电压承受线电压u uuwuw(u uu u-u-uv v)，是，是反压；反压；其它两只晶闸管上的电压波形形状与此相其它两只晶闸管上的电压波形形状与此相同，只是相位依次相差同，只是相位依次相差120120。晶闸管承受电压：晶闸管承受电压：电阻性负载电阻性负载=0=0时的波形时的波形9三相可控整流电路三相可控整流电路设设VT3VT3正在导通，此时正在导通，此时u ud d=u uw w；经过经过tt1 1时，由于无触发脉冲时，由于无触发脉冲VT1VT1仍仍关断，由于此时关断，由于此时u uw w0 0，VT3VT3继续导通；继续导通；tt1111处，处，VT1VT1触发导通，触发导通，VT3VT3反压关反压关断，断，i id d从从w w相换到相换到u u相。相。如此循环下去。如此循环下去。电阻性负载电阻性负载=30=30时的波形时的波形2 2）当）当=30=30时：时：从图中可看出：从图中可看出：负载电流处于连续的临界状态，负载电流处于连续的临界状态，一个周期中，每只管子仍导通一个周期中，每只管子仍导通120120。连续和断续连续和断续的分界点的分界点10三相可控整流电路三相可控整流电路设设VT3VT3正在导通，正在导通，u ud d=u uw w。当当u uw w过零变负时，过零变负时，VT3VT3受反压关断。受反压关断。此时此时VT1VT1虽受正压，但因虽受正压，但因u ug1g1没到，故没到，故不能导通。不能导通。此后，此后，u ug1g1到来前的一段时间内，到来前的一段时间内，各相都不导通，各相都不导通，u ud d，i id d都为零。都为零。当当u ug1g1到来，到来，VT1VT1导通，导通，u ud d=u uu u,依依次循环。次循环。电阻性负载电阻性负载=60=60时的波形时的波形3 3）当）当=60=60时：时：Ud d,id d 不连续不连续11三相可控整流电路三相可控整流电路电阻性负载电阻性负载=60=60时的波形时的波形4 4）当）当=90=90时：时：当当=150=150时，时，u ud d减小到零。减小到零。若若继续增大，则继续增大，则u ud d将继续减小。将继续减小。5 5）当）当=120=120时：时：6 6）当）当=150=150时：时：所以所以移相范围为移相范围为15015012三相可控整流电路三相可控整流电路由上分析可知由上分析可知:（2 2）由于三相轮流导电，每相导电）由于三相轮流导电，每相导电1/31/3周期，周期，则有则有:1/31/3周期内输出电压的平均值周期内输出电压的平均值 =一个周期内输出的电压平均值。一个周期内输出的电压平均值。（1 1）控制角）控制角=0=0时，输出电压最大；时，输出电压最大；增大，输出电压减小；增大，输出电压减小；当当=150=150时，输出电压为零，所以时，输出电压为零，所以移相范围为移相范围为150150；当当3030时，电流（压）连续，每相晶闸管导通角时，电流（压）连续，每相晶闸管导通角为为120120；当当3030时，电流（电压）断续，导通角时，电流（电压）断续，导通角小于小于120120，导通角为导通角为=150=150-。13三相可控整流电路三相可控整流电路1 1）当）当3030时，电压、流连续，输出直流电压平均值时，电压、流连续，输出直流电压平均值U Ud d为为 0303.3.数量关系数量关系14三相可控整流电路三相可控整流电路2 2）当）当3030150150时，电路输出电压时，电路输出电压u ud d、输出电流、输出电流i id d波形波形不连续，导通角不连续，导通角=150=150-3015015三相可控整流电路三相可控整流电路3 3）负载电流平均值）负载电流平均值I Id d和晶闸管电流平均值和晶闸管电流平均值IdT、有效值、有效值IT流过每个晶闸管的平均电流流过每个晶闸管的平均电流I IdTdT为为流过每个晶闸管电流的有效值流过每个晶闸管电流的有效值I IT为为030负载电流的平均值负载电流的平均值I Id d3015016三相可控整流电路三相可控整流电路 4 4）晶闸管承受正反压：）晶闸管承受正反压：最大反向电压为变压器二次线电压峰值最大反向电压为变压器二次线电压峰值，即，即；最大正向电压为变压器二次相电压峰值最大正向电压为变压器二次相电压峰值，即：，即：5 5）移相范围：）移相范围：015017三相可控整流电路三相可控整流电路二、大电感负载二、大电感负载 uvwVT1VT2VT3idRudL1.1.电路结构电路结构负载是大电感（负载是大电感（L L）若负载是大电感（若负载是大电感（L L），则），则i id d波形为连续水平直线波形为连续水平直线18三相可控整流电路三相可控整流电路3030时：时：u u波形和计算式与纯电阻性负载波形一样；波形和计算式与纯电阻性负载波形一样；i id d 波形为平直；波形为平直；晶闸管导通角为晶闸管导通角为120120，每个晶闸管各担，每个晶闸管各担1 13 3的的i id d 。tuuuuuuutIdiT11 1）当）当=0=0时：时：uvwVT1VT2VT3idRudL2.2.工作原理工作原理2 2）当）当=30=30时：时：19三相可控整流电路三相可控整流电路tuuuuuu30时，时，ud出现出现负值，波形连续，负值，波形连续，输出电压平均值下输出电压平均值下降，晶闸管导通角降，晶闸管导通角为为120tIdiT1uuvw123idRudLuuvtuuwuT1晶闸管承受的最大正反晶闸管承受的最大正反向压降为向压降为2 2）当）当=60=60时：时：20三相可控整流电路三相可控整流电路3 3）当）当=90=90时：时：u u=0=0，i id d处于断续的分界点处于断续的分界点4 4）当）当9090时：时：u u=0=0，i id d断续断续5 5）移相范围：）移相范围：9090tuuuuuu21三相可控整流电路三相可控整流电路1 1）输出电压平均值）输出电压平均值U Ud d为为当当090时：时：3.3.数量关系数量关系当当3030时时:当当3030 9090时时:uuuuuuu22三相可控整流电路三相可控整流电路2 2）负载电流的平均值）负载电流的平均值I Id d为为3 3）流过晶闸管的电流平均值流过晶闸管的电流平均值IdT与有效值与有效值IT为为4 4）晶闸管承受的最大正反向压降为线电压峰值）晶闸管承受的最大正反向压降为线电压峰值23三相可控整流电路三相可控整流电路将三只晶闸管阳极连接在一起的三相半波可控整流电路，将三只晶闸管阳极连接在一起的三相半波可控整流电路，称为共阳极接法。称为共阳极接法。这种接法可将散热器连在一起，但三个这种接法可将散热器连在一起，但三个触发电源必须相互绝缘。触发电源必须相互绝缘。三、三相半波晶闸管共阳极整流电路三、三相半波晶闸管共阳极整流电路 1.1.电路结构电路结构共阳极接法中，晶闸管只能在相电共阳极接法中，晶闸管只能在相电压的负半周工作。压的负半周工作。阴极电位为负且阴极电位为负且有触发脉冲时导通，换相总是换到有触发脉冲时导通，换相总是换到阴极电位更负的那一相去。阴极电位更负的那一相去。24三相可控整流电路三相可控整流电路共阳极接法的自然换流点是相电压负半周的交点。电路工作情况、共阳极接法的自然换流点是相电压负半周的交点。电路工作情况、波波形及数量关系与共阴极接法相同，仅输出极性相反为负值。形及数量关系与共阴极接法相同，仅输出极性相反为负值。2.2.工作原理工作原理 三相半波共阳极可控整流电路及波形三相半波共阳极可控整流电路及波形25三相可控整流电路三相可控整流电路大电感负载时，大电感负载时，U Ud d的计算公式为的计算公式为 式中式中:负号表示电源零线是负载电压的正极端。负号表示电源零线是负载电压的正极端。3.3.数量关系数量关系26三相可控整流电路三相可控整流电路三相半波可控整流电路的优、缺点三相半波可控整流电路的优、缺点优点：优点：输出电压脉动小输出电压脉动小输出功率大输出功率大三相负载平衡三相负载平衡缺点缺点变压器利用率低变压器利用率低容易出现直流磁化现象容易出现直流磁化现象需用大零线需用大零线零线上通过较大的负载电流零线上通过较大的负载电流无论共阴，共阳，电流都是同一个方向无论共阴，共阳，电流都是同一个方向无论是无论是u，v，w，一个周期只用，一个周期只用120，闲置，闲置240因此，因此，这种电路多用于中等偏小容量的设备上。这种电路多用于中等偏小容量的设备上。27三相可控整流电路三相可控整流电路习题4.在三相半波整流在三相半波整流电路中，如果路中，如果u相的触相的触发脉冲消失，脉冲消失，试绘出出在在电阻性阻性负载和和电感性感性负载下整流下整流电压ud的波形。的波形。例例1 1：解：假设解：假设 当当负载为电阻阻时，ud的波形的波形为：当负载为电感时，当负载为电感时，u ud d的波形为：的波形为：28三相可控整流电路三相可控整流电路三相半波可控整流电路，三相半波可控整流电路，U U2 2=100V=100V，带电阻电感负载，带电阻电感负载，R R=5=5，L L值极大，值极大，当当a a=60=60 时，要求：时，要求：1.画出画出u ud d、i id d和和i iVT1VT1的波形；的波形；2.计算计算U Ud d、I Id d、I IdTdT和和I IT T。例例2 2：解：解：u ud d、i id d和和i iVT1VT1的波形如下图：的波形如下图：Ud、Id、IdT和和IVT分分别如下如下 Ud1.17U2cos 1.17100cos6058.5（V）IdUdR58.5511.7（A）IdTId311.733.9（A）ITId =6.755（A A）29三相可控整流电路三相可控整流电路第二节第二节 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路1.1.电路结构电路结构 由一组共阴极接法的三相半波可控整流电路和一组共阳极接由一组共阴极接法的三相半波可控整流电路和一组共阳极接法的三相半波可控整流电路串联而成。法的三相半波可控整流电路串联而成。30三相可控整流电路三相可控整流电路结构：结构：由两个（一个为共阴极，一个为共阳极）三相半波整流电路组成。由两个（一个为共阴极，一个为共阳极）三相半波整流电路组成。优点：优点：共阴极组在正半周导电，共阳极组在负半周导电，正负半周都有共阴极组在正半周导电，共阳极组在负半周导电，正负半周都有电流流过变压器，因此变压器使用率效率高。电流流过变压器，因此变压器使用率效率高。变压器绕组无直流磁化现象；变压器绕组无直流磁化现象；与与三相半波电路相比：三相半波电路相比：若要求输出电压相同，三相桥式整流电路对晶闸管最大正反向电若要求输出电压相同，三相桥式整流电路对晶闸管最大正反向电压的要求降低一半；压的要求降低一半；若输入电压相同，则输出电压若输入电压相同，则输出电压U Ud d比三相半波可控整流时高一倍。比三相半波可控整流时高一倍。31三相可控整流电路三相可控整流电路注意注意六个晶闸管编号的排列顺序。六个晶闸管编号的排列顺序。负载两端实际电压是线电压。负载两端实际电压是线电压。变压器次级变压器次级线线电压电压有效值有效值32三相可控整流电路三相可控整流电路2.2.工作原理工作原理1 1）电阻性负载）电阻性负载(触发顺序分析，设触发顺序分析，设a=0)a=0)33三相可控整流电路三相可控整流电路3652uvRudid14wtuuuuuutuuuuwuvwuvuuwuuwvuuvt1t2t3t4t5t6t72.2.工作原理工作原理(触发顺序分析，设触发顺序分析，设a=0)a=0)一个周期一个周期6 6个自然换相点。个自然换相点。为分析方便，把一个周期为分析方便，把一个周期分为分为6 6段，每段相隔段，每段相隔6060。34三相可控整流电路三相可控整流电路3652uvRudid14wtuuuuuutuuvuuwuvwuvuuwuuwvuuv1 16 6uvt1t2t3t4t5t6t72.2.工作原理工作原理(触发顺序分析，设触发顺序分析，设a=0)a=0)第第(1)(1)段期间段期间:u u相电位相电位u uu u最高，共阴极组的最高，共阴极组的VT1VT1触触发导通，发导通，v v相电位相电位u uv v最低，共阳极组最低，共阳极组的的VT6VT6被触发导通，电流路径为被触发导通，电流路径为uVT1uVT1R RVT6vVT6v。变压器。变压器u u、v v两两相工作，共阴极组的相工作，共阴极组的u u相电流相电流i iu u为正，为正，共阳极组的共阳极组的v v相电流相电流i iv v为负，输出电为负，输出电压为线电压压为线电压u ud d=u uuvuv。35三相可控整流电路三相可控整流电路3652uvRudid14wtuuuuuutuuvuuwuvwuvuuwuuwvuuv1 16 61 12 2uwt1t2t3t4t5t6t72.2.工作原理工作原理(触发顺序分析，设触发顺序分析，设a=0)a=0)第第(2)(2)段期间段期间:u uu u仍最高，仍最高，VT1VT1继续导通，而继续导通，而u uw w变为变为最低，电源过最低，电源过t2时触发时触发VT2VT2导通由导通由于此时于此时u uw wu uv v，VT6VT6反压关断，电流反压关断，电流即从即从v v相换到相换到w w相。这时电流路径为相。这时电流路径为u uVT1VT1R RVT2wVT2w。变压器。变压器u u、w w两两相工作，相工作，u u相电流相电流i iu u为正，为正，w w相电流相电流i iw w为负，输出电压为线电压为负，输出电压为线电压u ud d=u uuwuw36三相可控整流电路三相可控整流电路3652uvRudid14wtuuuuuutuuvuuwuvwuvuuwuuwvuuv1 16 61 12 23 32 2vwt1t2t3t4t5t6t72.2.工作原理工作原理(触发顺序分析，设触发顺序分析，设a=0)a=0)第第(3)(3)段期间段期间;u uv v最高，共阴极组在经过最高，共阴极组在经过t3时触发时触发VT3VT3导通，由于导通，由于u uv vu uu u，VT1VT1反压关反压关断，断，电流从电流从u u相换到相换到v v相。相。VT2VT2因为因为u uw w仍为最低而继续导通。这时电流路径仍为最低而继续导通。这时电流路径为为u uVT3VT3R RVT2wVT2w。变压器。变压器v v、w w两相工作，两相工作，v v相电流相电流i iv v为正，为正，w w相电流相电流i iw w为负，为负，u ud d=u uvwvw。37三相可控整流电路三相可控整流电路3652uvRudid14wtuuuuuutuuvuuwuvwuvuuwuuwvuuv1 16 61 12 23 34 43 32 2vut1t2t3t4t5t6t72.2.工作原理工作原理(触发顺序分析，设触发顺序分析，设a=0)a=0)第第(4)(4)段期间段期间:VT3VT3维持导通维持导通,VT4,VT4触发导通，触发导通，电流流向？输出电压电流流向？输出电压u ud d=u uvuvu；依此类推依此类推:38三相可控整流电路三相可控整流电路3652uvRudid14wtuuuuuutuuvuuwuvwuvuuwuuwvuuv1 16 61 12 25 54 43 34 43 32 2wut1t2t3t4t5t6t72.2.工作原理工作原理(触发顺序分析，设触发顺序分析，设a=0)a=0)第第(5)(5)段期间：段期间：VT5VT5触发导通触发导通,VT4,VT4维持导通，维持导通，电流流向？输出电压电流流向？输出电压u ud d=u uwuwu；39三相可控整流电路三相可控整流电路3652uvRudid14wtuuuuuutuuvuuwuvwuvuuwuuwvuuv1 16 61 12 25 56 65 54 43 34 43 32 2vwt1t2t3t4t5t6t72.2.工作原理工作原理(触发顺序分析，设触发顺序分析，设a=0)a=0)第第(6)(6)段期间：段期间：VT5VT5维持导通维持导通,VT6,VT6触发导通，触发导通，电流流向？输出电压电流流向？输出电压u ud d=u uwvwv。40三相可控整流电路三相可控整流电路3652uvRudid14wtuuuuuutuuvuuwuvwuvuuwuuwvuuv1 16 61 12 25 56 65 54 43 34 43 32 2uvuvt1t2t3t4t5t6t72.2.工作原理工作原理(触发顺序分析，设触发顺序分析，设a=0)a=0)以后则重复上述过程。以后则重复上述过程。41三相可控整流电路三相可控整流电路时段时段共阴极组中导通的晶闸管共阴极组中导通的晶闸管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共阳极组中导通的晶闸管共阳极组中导通的晶闸管VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流输出电压整流输出电压udua-ub=uabua-uc=uacub-uc=ubcub-ua=ubauc-ua=ucauc-ub=ucb表表3-1 三相桥式全控整流电路电阻负载三相桥式全控整流电路电阻负载=0 时晶闸管工作情况时晶闸管工作情况tuuuuuutuuvuuwuvwuvuuwuuwvuuvt1t2t3t4t5t6t742三相可控整流电路三相可控整流电路=30=30 时，晶闸管起始导通时刻推迟了时，晶闸管起始导通时刻推迟了3030，组成，组成u ud d的每的每一段线电压因此推迟一段线电压因此推迟3030，u ud d平均值降低，波形如下平均值降低，波形如下:wwwwud1ud2a=30iaOtOtOtOtuduabuacuaubucwt1uabuacubcubaucaucbuabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuVT1三相桥式全控整流电路带电阻负载三相桥式全控整流电路带电阻负载=30 时的波形时的波形43三相可控整流电路三相可控整流电路 (1)(1)每个时刻均有每个时刻均有2 2个晶闸管同时导通，形成向负载供电个晶闸管同时导通，形成向负载供电的回路，共阴极组的和共阳极组的各的回路，共阴极组的和共阳极组的各1 1个，且不能为同一相的个，且不能为同一相的晶闸管。晶闸管。结论结论44三相可控整流电路三相可控整流电路(2)(2)6 6个晶闸管的脉冲按个晶闸管的脉冲按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，的顺序，相位依次差相位依次差6060 ，一个周期内所有管子轮换一遍。，一个周期内所有管子轮换一遍。共阴极组共阴极组VT1VT1、VT3VT3、VT5VT5的脉冲依次差的脉冲依次差120120，共阳极组，共阳极组VT4VT4、VT6VT6、VT2VT2也依次差也依次差120120 。同一相的上下两个桥臂，即同一相的上下两个桥臂，即VT1VT1与与VT4VT4，VT3 VT3与与VT6VT6，VT5VT5与与VT2VT2，脉冲相差，脉冲相差180180 。时段时段共阴极组中导通的晶闸管共阴极组中导通的晶闸管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共阳极组中导通的晶闸管共阳极组中导通的晶闸管VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流输出电压整流输出电压udua-ub=uabua-uc=uacub-uc=ubcub-ua=ubauc-ua=ucauc-ub=ucb45三相可控整流电路三相可控整流电路(3)(3)整流输出电压整流输出电压u ud d由线电压波头由线电压波头u uuvuv、u uuwuw、u uvwvw、u uvuvu、u uwuwu和和u uwvwv组成，组成，其波形是上述线电压的包络线。其波形是上述线电压的包络线。可以看出，可以看出，三相全控桥式整流电三相全控桥式整流电压压u ud d在一个周期内脉动在一个周期内脉动6 6次，脉动次，脉动频率为频率为300 Hz300 Hz，比三相半波大一比三相半波大一倍（相当于倍（相当于6 6相）。相）。tuuuuuutuuvuuwuvwuvuuwuuwvuuvt1t2t3t4t5t6t746三相可控整流电路三相可控整流电路（4 4）为确保任意时刻电路中总有两个管子的正常工作，为确保任意时刻电路中总有两个管子的正常工作，需保证同时导通的需保证同时导通的2 2个晶闸管均有脉冲。个晶闸管均有脉冲。宽脉冲触发宽脉冲触发 ：使脉冲宽度大于：使脉冲宽度大于6060（一般取（一般取8080 100100）双脉冲触发双脉冲触发 ：用两个窄脉冲代替宽脉冲，两个窄脉冲的前沿：用两个窄脉冲代替宽脉冲，两个窄脉冲的前沿 相差相差6060，脉宽一般为，脉宽一般为2020 3030 。常用的是双脉冲触发。常用的是双脉冲触发。47三相可控整流电路三相可控整流电路(5)(5)晶闸管所承受的电压晶闸管所承受的电压:在第在第(1)(1)、(2)(2)两段的两段的120120范围内，范围内，因因VTVT1 1导通，故导通，故VTVT1 1承受的电压为零；承受的电压为零；在第在第(3)(3)、(4)(4)两段的两段的120120范围内，因范围内，因VTVT3 3导通，故导通，故VTVT1 1管受反向线电压管受反向线电压u uuvuv；在第在第(5)(5)、(6)(6)两段的两段的120120范围内，因范围内，因VTVT5 5导通，导通，故故VTVT1 1管受反向线电压管受反向线电压u uuwuw。同理也可分析其它管子所承受电压的情况。当同理也可分析其它管子所承受电压的情况。当变化时，管子电压波形也变化时，管子电压波形也有规律地变化。有规律地变化。可以看出可以看出:晶闸管所承受最大反向电压均为线电压峰值晶闸管所承受最大反向电压均为线电压峰值48三相可控整流电路三相可控整流电路(6)(6)移相范围为移相范围为0 0120120。电阻性负载时，当电阻性负载时，当6060时波形时波形断续，断续，晶闸管的导通要维持到线电晶闸管的导通要维持到线电压过零反向后才关断压过零反向后才关断，移相范围为移相范围为0 0120120。tuuuuuutuuvuuwuvwuvuuwuuwvuuvt1t2t3t4t5t6t749三相可控整流电路三相可控整流电路ud1u2ud2u2LudidwtOwtOwtOwtOuaa=0ubucwt1uabuacubcubaucaucbuabuaciVT1 三相桥式全控整流电路带阻感负载三相桥式全控整流电路带阻感负载=0 时的波形时的波形=0=0 时的波形时的波形2 2）大电感负载（）大电感负载（L L）3652uvRudidL+-14w50三相可控整流电路三相可控整流电路ud1a=30ud2uduabuacubcubaucaucbuabuacwtOwtOwtOwtOidiawt1uaubuc三相桥式全控整流电路带阻感负载三相桥式全控整流电路带阻感负载=30 时的波形时的波形=30=30 时的波形时的波形51三相可控整流电路三相可控整流电路a=90ud1ud2uacubcubaucaucbuabuacuabuduacuabuacwtOwtOwtOubucuawt1uVT1三相桥式整流电路带阻感负载，三相桥式整流电路带阻感负载，=90 时的波形时的波形=90=90 时的波形时的波形移相范围为移相范围为0 0909052三相可控整流电路三相可控整流电路 当当 60 时时 ud波形连续，电路的工作情况与带电阻负载时十分相似波形连续，电路的工作情况与带电阻负载时十分相似，各晶闸管的通断情况、输出整流电压，各晶闸管的通断情况、输出整流电压ud波形、晶闸管承波形、晶闸管承受的电压波形等都一样。受的电压波形等都一样。区别在于区别在于电流电流，当电感足够大的时候，当电感足够大的时候，id、iT、iu的波的波形在导通段都可近似为一条水平线。形在导通段都可近似为一条水平线。当当 60 时时 由于电感由于电感L的作用，的作用，ud波形会出现波形会出现负的部分负的部分。2 2）大电感负载（）大电感负载（L L）53三相可控整流电路三相可控整流电路电阻性负载时移相范围是电阻性负载时移相范围是120120，大电感负载时移相范围为大电感负载时移相范围为9090。三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路 角的移相范围：角的移相范围：54三相可控整流电路三相可控整流电路1 1）整流输出电压平均值）整流输出电压平均值 3.3.数量关系数量关系 60 60 时时电阻性负载电阻性负载 6060 时（连续）时（连续）tuuuuuutuuvuuwuvwuvuuwuuwvuuvt1t2t3t4t5t6t755三相可控整流电路三相可控整流电路2）整流输出电流平均值）整流输出电流平均值 大电感负载大电感负载1 1）整流输出电压平均值）整流输出电压平均值 2）整流输出电流平均值）整流输出电流平均值 56三相可控整流电路三相可控整流电路3 3）流过晶闸管的电流平均值流过晶闸管的电流平均值IdT与有效值与有效值IT与三相半波一样与三相半波一样与三相半波不同的是变压器二次侧电流与三相半波不同的是变压器二次侧电流I2三相半波三相半波:三相桥三相桥:57三相可控整流电路三相可控整流电路例：三相桥式全控整流电路，例：三相桥式全控整流电路，U U2 2=100V=100V，带电阻电感负载，带电阻电感负载，R R=5=5，L L值极大，当值极大，当a a=60=60 时，要求：时，要求：1.1.画出画出u ud d、i id d和和i iVT1VT1的波形；的波形；2.2.计算计算U Ud d、I Id d、I IdTdT和和I IT T。58三相可控整流电路三相可控整流电路解：解：u ud d、i id d和和i iVT1VT1的波形如下：的波形如下：Ud、Id、IdT和和IT分分别如下：如下：Ud2.34U2cos 2.34100cos60 117（V）IdUdR117523.4（A）IdTId323.437.8（A）ITId 23.4 23.4 13.5113.51（A A）59三相可控整流电路三相可控整流电路第四节第四节 变压器漏抗对整流电路的影响变压器漏抗对整流电路的影响n换相过程：换相过程：在分析电感性负载的可控整流电路过程时都假设晶闸管的在分析电感性负载的可控整流电路过程时都假设晶闸管的 换相是瞬时完成的：换相是瞬时完成的：-要关断的晶闸管电流要关断的晶闸管电流I Id d突然突然下降到零；下降到零；-而要导通的晶闸管电流从零瞬时上升到而要导通的晶闸管电流从零瞬时上升到I Id d；-输出输出I Id d波形为水平直线。波形为水平直线。问题提出问题提出晶闸管之间的换流晶闸管之间的换流瞬时完成，是无缝瞬时完成，是无缝的拼接的拼接60三相可控整流电路三相可控整流电路 众所周知变压器都有漏感，该漏感可用一个集中参数众所周知变压器都有漏感，该漏感可用一个集中参数L LB B表示，且其值是折算到变压器二次侧的。表示，且其值是折算到变压器二次侧的。由于电感要阻止电流的变化，电感电流不能突变，因由于电感要阻止电流的变化，电感电流不能突变，因此电流换相必然要经过一段时间，不能瞬时完成，此电流换相必然要经过一段时间，不能瞬时完成，会出现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对应的电角度称为换相重叠角。现以三相半波为例来分析，然后将其结论推广现以三相半波为例来分析，然后将其结论推广 假设负载中电感很大，假设负载中电感很大，负载电流为水平线负载电流为水平线。61三相可控整流电路三相可控整流电路tuuuuuuuti123uvwRLLLL分析分析VT1VT1换相至换相至VT2VT2的过程的过程1.1.工作过程分析工作过程分析 在在 t1t1时刻之前时刻之前VT1VT1导通，导通，t1t1时刻触发时刻触发VT2VT2，因，因u u、v v两相均有漏感，两相均有漏感，i iu u、i iv v均不能突均不能突变，于是变，于是VT1VT1和和VT2VT2同时导通，相当于将同时导通，相当于将u u、v v两相短路两相短路，两相间电压差为，两相间电压差为u uv v-u-uu u，它在两相，它在两相组成的回路中产生组成的回路中产生环流（虚拟电流环流（虚拟电流)i ik k。其中：其中：i iv v=i ik k：，i iu u=I=Id d-i ik k：。当当i ik k增大到等于增大到等于I Id d时，时，i iu u=0 0，VT1 VT1 关断，换流过程结束。关断，换流过程结束。换相重叠角换相重叠角 ：换相过程持续换相过程持续的时间，用电角度表示。的时间，用电角度表示。62三相可控整流电路三相可控整流电路tuuuuuuuti第四节第四节 变压器漏抗对整流电路的影响变压器漏抗对整流电路的影响123uvwRLLLL换相过程中：换相过程中：u ud d波形既不是波形既不是u uu u也不是也不是u uv v，而是而是换流两相电压的平均值。换流两相电压的平均值。63三相可控整流电路三相可控整流电路tuuuuuuuti第四节第四节 变压器漏抗对整流电路的影响变压器漏抗对整流电路的影响123uvwRLLLL换相压降换相压降:与不考虑变压器漏抗，即与不考虑变压器漏抗，即=0=0时时相比，整流输出电压波形减少了相比，整流输出电压波形减少了一块阴影面积，使输出平均电压一块阴影面积，使输出平均电压U Ud d减小了。这块减少的面积是由减小了。这块减少的面积是由负载电流负载电流I Id d换相引起的，因此这换相引起的，因此这块面积的平均值也就是块面积的平均值也就是I Id d引起的引起的压降，压降，称为换相压降。称为换相压降。64三相可控整流电路三相可控整流电路换相压降换相压降1）换相压降）换相压降123uvwRLLLLtuuuuuuuti2.2.基本数量关系基本数量关系漏感为漏感为LB的变压的变压器每相折算到二器每相折算到二次侧的次侧的漏抗漏抗65三相可控整流电路三相可控整流电路换相压降换相压降 单相双半波电路：单相双半波电路：m=2 单相桥式电路：单相桥式电路：m=4 三相半波电路：三相半波电路：m=3 三相桥式电路：三相桥式电路：m=6 2）XB的计算的计算XB=（U2/I2）(u uk k)/100)/100U U2 2为相电压有效值，为相电压有效值，I I2 2为相电流有效值，为相电流有效值，u uk k%为变压器短路电压比为变压器短路电压比,取值在取值在5 51212之间，一般为之间，一般为5 5。换相压降可看成换相压降可看成在整流电路直流在整流电路直流侧增加一只阻值侧增加一只阻值为为mXmXB B/2/2的等的等效内电阻，负载效内电阻，负载电流电流I Id d在它上面在它上面产生的压降，区产生的压降，区别仅在于这项内别仅在于这项内电阻并不消耗有电阻并不消耗有功功率。功功率。66三相可控整流电路三相可控整流电路3）换相重叠角）换相重叠角换相重叠角换相重叠角与与a a、X XB B 、I Id d的定量关系影响整流和逆变的工作状态的定量关系影响整流和逆变的工作状态67三相可控整流电路三相可控整流电路单相双半波电路：单相双半波电路：m=2 单相桥式电路：上式分子中的单相桥式电路：上式分子中的m=4,分母中的分母中的m=2。68三相可控整流电路三相可控整流电路换相重叠角换相重叠角三相半波电路：三相半波电路：m=三相桥式电路：三相桥式电路：m=6 U2为为U2L取取3 U269三相可控整流电路三相可控整流电路（1 1）对于某已定电路，对于某已定电路，U U2 2，X XB B是已知的。只要给定是已知的。只要给定I Id d和和a a，就可计算出换相重叠角就可计算出换相重叠角。随其它参数变化的规律：随其它参数变化的规律：1）Id 越大则越大则 越大；越大；2）XB 越大越大 越大；越大；3）当）当 90 时，时，越小越小 越大。越大。总结：总结：70三相可控整流电路三相可控整流电路（2 2）整流电路换相压降和换相重叠角的计算整流电路换相压降和换相重叠角的计算 m脉波整流电路脉波整流电路三相桥三相桥三相半波三相半波单相桥单相桥单相双半波单相双半波 电路形式电路形式注：注：单相桥电路中，单相桥电路中，XB在一周期的两次换相中都起作用，等效为在一周期的两次换相中都起作用，等效为m=4；三相桥等效为相电压三相桥等效为相电压 的的6脉波整流电路，其脉波整流电路，其m=6，相电压按，相电压按 代入。代入。表表3-2 各种整流电路换相压降和换相重叠角的计算各种整流电路换相压降和换相重叠角的计算 71三相可控整流电路三相可控整流电路变压器漏感对整流电路影响的一些结论变压器漏感对整流电路影响的一些结论:出现换相重叠角出现换相重叠角，整流输出电压平均值，整流输出电压平均值U Ud d降低。降低。整流电路的工作状态增多。整流电路的工作状态增多。能够限制其短路电流，并使电流变化比较缓和。晶闸管的能够限制其短路电流，并使电流变化比较缓和。晶闸管的d di i/d/dt t 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 制晶闸管的制晶闸管的d di i/d/dt t。换相时期间使相间短路，电网电压出现缺口，成为换相时期间使相间短路，电网电压出现缺口，成为干扰源干扰源。用示波器观察相电压波形时，在换流点上会出现毛刺，严重时用示波器观察相电压波形时，在换流点上会出现毛刺，严重时 将造成电网电压波形畸变，影响本身与其它用电设备的正常运行。将造成电网电压波形畸变，影响本身与其它用电设备的正常运行。使整流装置的功率因数变坏，电压脉动系数增加。使整流装置的功率因数变坏，电压脉动系数增加。72三相可控整流电路三相可控整流电路考虑变压器漏抗时的可控整流电路外特性考虑变压器漏抗时的可控整流电路外特性由图可以看出：当控制角由图可以看出：当控制角一定时，一定时，随着整流电流随着整流电流I Id d的逐渐增大，即电的逐渐增大，即电路所带负载的增加，整流输出电压逐渐减小，路所带负载的增加，整流输出电压逐渐减小，这是由整流电路内阻所引这是由整流电路内阻所引起的。起的。而当电路负载一定时，而当电路负载一定时，即整流输出电流不变，即整流输出电流不变，则随着控制角则随着控制角的逐渐增大，输出整流电压也是逐渐减小的。的逐渐增大，输出整流电压也是逐渐减小的。可控整流电路对直流可控整流电路对直流负载来说是一个有内负载来说是一个有内阻的电压可调的直流阻的电压可调的直流电源。电源。73三相可控整流电路三相可控整流电路例：三相桥式不可控整流电路，阻感负载，例：三相桥式不可控整流电路，阻感负载，R R=5=5，L L=，U U2 2=220V=220V，X XB B=0.3=0.3，求，求U Ud d、I Id d、I ID D、I I2 2和和 的值的值.74三相可控整流电路三相可控整流电路解：三相桥式不可控整流电路相当于三相桥式可控整流电路解：三相桥式不可控整流电路相当于三相桥式可控整流电路 0时的情况。时的情况。Ud2.34U2cos Ud Ud3XBId IdUdR 解方程组得：解方程组得：Ud2.34U2cos（13XB/R）486.9（V）Id97.38（A）又又 =2 U2 即得出即得出 =0.892 换流重叠角换流重叠角 26.93 二极管电流和变压器二次侧电流的有效值分别为二极管电流和变压器二次侧电流的有效值分别为 IDId397.38333.46（A）I2a Id79.51（A）75三相可控整流电路三相可控整流电路第六节第六节 大功率可控整流电路大功率可控整流电路一、带平衡电抗器的双反星形可控整流电路一、带平衡电抗器的双反星形可控整流电路用途：用途：适用于适用于低电压、大电流低电压、大电流的场合。的场合。解决办法：解决办法：采用三相半波电路，为了有大电流通过，采用三相半波电路，为了有大电流通过，使每相并联多个晶闸管使每相并联多个晶闸管。出现问题：出现问题：各个管子的均流、保护复杂；直流磁化严重；加大表观容量。各个管子的均流、保护复杂；直流磁化严重；加大表观容量。采用三相桥式电路，为了有大电流通过，采用三相桥式电路，为了有大电流通过，使整流电路并联使整流电路并联。出现问题：出现问题：管压降损耗增大；输出脉冲幅值不等，会有一组晶闸管被关断。管压降损耗增大；输出脉冲幅值不等，会有一组晶闸管被关断。76三相可控整流电路三相可控整流电路二次侧为两组匝数相同二次侧为两组匝数相同极性极性相反相反的绕组，分别接成两组的绕组，分别接成两组三三相半波电路。相半波电路。带平衡电抗器的双反星形可控整流电路带平衡电抗器的双反星形可控整流电路1.1.电路结构电路结构u和和u绕在同一铁心上，同样绕在同一铁心上，同样v和和v，w和和w也分别也分别绕在同一绕在同一铁心上铁心上，称为称为双反星形电路双反星形电路。与三相桥式电路相比，双反星与三相桥式电路相比，双反星形电路的输出电流可形电路的输出电流可大一倍大一倍。一、带平衡电抗器的双反星形可控整流电路一、带平衡电抗器的双反星形可控整流电路二次侧两绕组的极性相反可消二次侧两绕组的极性相反可消除直流磁化，平衡电抗器是为保除直流磁化，平衡电抗器是为保证两组三相半波整流电路能同时证两组三相半波整流电路能同时导电。导电。77三相可控整流电路三相可控整流电路当两组三相半波电路的当两组三相半波电路的a=0a=0时：时：twwtud1uaubuciaud2iaucuaubucOwtOOwtOId12Id16Id12Id16双反星形电路，双反星形电路，=0 时两组整流电压、电流波形时两组整流电压、电流波形 两组三相半波：两组三相半波：相电压互差相电压互差180，相电流互差相电流互差180180，幅值相等均为幅值相等均为1/2Id，而绕组的极性相反，而绕组的极性相反，直流磁化问题得以直流磁化问题得以 避免。避免。78三相可控整流电路三相可控整流电路 接平衡电抗器的原因：接平衡电抗器的原因：两个直流电源并联运行时，只有当两个直流电源并联运行时，只有当电压平均值电压平均值和和瞬时值瞬时值均相等均相等 时，时，才能使才能使负载均流负载均流，在双反星形电路中，两组整流电压平均值相等，在双反星形电路中，两组整流电压平均值相等，但瞬时值不等。但瞬时值不等。两个星形的中点两个星形的中点n1和和n2间的电压等于间的电压等于ud1和和ud2之差，该电压加在平衡之差，该电压加在平衡 电抗器电抗器Lp上，产生电流上，产生电流ip，它通过两组星形自成回路，不流到负载中，它通过两组星形自成回路，不流到负载中 去，称为去，称为环流或平衡电流环流或平衡电流。有有平衡电抗器后，每组承担的电流分别为平衡电抗器后，每组承担的电流分别为1/2I1/2Id di ip p。为了使两组电为了使两组电 流尽可能平均分配，一般使流尽可能平均分配，一般使Lp值足够大，以便限制环流在负载额定值足够大，以便限制环流在负载额定 电流的电流的1%2%以内。以内。结构上，平衡电抗器的中间抽头把它一分为二，两端分别接到两组结构上，平衡电抗器的中间抽头把它一分为二，两端分别接到两组 电源，中间抽头接负载电源，中间抽头接负载。平衡电抗器平衡电抗器79三相可控整流电路三相可控整流电路平衡电抗器的作用平衡电抗器的作用 平衡电抗器平衡电抗器Lp承担了承担了n1、n2间的电位差，它补偿了间的电位差，它补偿了ub和和ua的的 电动势差电动势差，使得，使得ub和和ua两相的晶闸管能同时导电。两相的晶闸管能同时导电。平衡电抗器保证两组三相半波整流电路能同时导电。平衡电抗器保证两组三相半波整流电路能同时导电。提供浮动中点提供浮动中点.对平衡电抗器作用的理解对平衡电抗器作用的理解是掌握双反星形电路原理是掌握双反星形电路原理的关键的关键.80三相可控整流电路三相可控整流电路双反星形电路与三相半波电路进行比较可得出：双反星形电路与三相半波电路进行比较可得出：每一组中的每一个晶闸管仍按每一组中的每一个晶闸管仍按三相半波的导电规律三相半波的导电规律而各轮流导电。而各轮流导电。输出电压波形与三相半波电路比较，输出电压波形与三相半波电路比较，脉动程度减小，脉动频率加大脉动程度减小，脉动频率加大 一倍一倍，f f=300Hz=300Hz。平衡电抗器中点作为整流电压输出的负端，其输出的整流电压瞬时平衡电抗器中点作为整流电压输出的负端，其输出的整流电压瞬时 值为两组三相半波整流电压瞬时值的平均值。值为两组三相半波整流电压瞬时值的平均值。带平衡电抗器的双反星形可控整流电路的带平衡电抗器的双反星形可控整流电路的 输出电压平均值与三相半波整流电路的相等，为输出电压平均值与三相半波整流电路的相等，为:Ud=1.17 U2 cos 81三相可控整流电路三相可控整流电路双反星形电路与三相桥式电路进行比较可得出：双反星形电路与三相桥式电路进行比较可得出：三相桥为两组三相半波三相桥为两组三相半波串联串联，而双反星形为两组三相半波，而双反星形为两组三相半波并联并联，且，且后者需用后者需用平衡电抗器平衡电抗器。当当U2相等时，双反星形的相等时，双反星形的Ud是三相桥的是三相桥的1/2，而，而Id是三相桥的是三相桥的2倍。倍。两种电路中，晶闸管的导通及触发脉冲的分配关系一样，两种电路中，晶闸管的导通及触发脉冲的分配关系一样，ud和和id的的 波形形状一样。波形形状一样。82三相可控整流电路三相可控整流电路本本 章章 总总 结结1.1.三相半波、三相桥式整流电路的电路结构、工作原理、三相半波、三相桥式整流电路的电路结构、工作原理、波形分析、参数计算和电气性能评估。波形分析、参数计算和电气性能评估。2.2.换相重叠角的概念、变压器漏抗对整流电路的影响。换相重叠角的概念、变压器漏抗对整流电路的影响。3.3.了解大功率整流电路的形式和特点。了解大功率整流电路的形式和特点。83