三相整流电路课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,ppt课件,*,第,2,章 三相相控整流电路,第,2,章 三相相控整流电路,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,ppt课件,*,2.1,三相半波相控整流电路,2.2,三相全控桥式相控整流电路,2.3,变压器漏电抗对整流电路的影响,2.4,集成触发电路,习题及思考题,第,2,章 三相相控整流电路,1,ppt课件,2.1 三相半波相控整流电路 第2章 三相相控整流电路1,2.1.1,电阻性负载,三相半波,(,又称三相零式,),相控整流电路如图,2-1(a),所示。图中,TR,是整流变压器，可直接由三相四线电源供电。三只晶闸管的阴极连在一起，称为共阴极接法，这在触发电路有公共线时连接比较方便，因此得到了广泛应用。,2.1,三相半波相控整流电路,2,ppt课件,2.1.1 电阻性负载2.1 三相半波相控整流电路2,图,2-1,三相半波可控整流电路电阻性负载,=0,时的波形,(a),电路；,(b),电源相电压；,(c),触发脉冲；,(d),输出电压、电流；,(e),晶闸管,V-1,上的电流；,(f),晶闸管,V-1,上的电压,3,ppt课件,图 2-1 三相半波可控整流电路电阻性负载=0时的波,图,2-1(b),是电源相电压波形，三相电压正半周交点是不用控制时整流的自然换流点，也就是各相晶闸管能被触发导通的最早时刻（,1,点离,a,相相电压,u,a,的原点,/6,），该点作为控制角,的计算起点。当,=0,时（,t,1,所处时刻），触发,V,1,管，则,V,1,管导通，负载上得到,a,相相电压。同理，隔,120,电角（,t,2,时刻）触发,V,2,管，则,V,2,导通，,V,1,则受反压而关断，负载得到,b,相相电压。,t,3,时刻触发,V,3,导通，而,V,2,关断，负载上得到,c,相相电压。如此循环下去。输出电压,u,d,是一个脉动的直流电压，它是三相交流相电压正半周包络线，相当于半控整流的情况。在一个周期内，,u,d,有三次脉动，脉动的最高频率是,150 Hz,。从中可看出，三相触发脉冲依次间隔,120,电角，在一个周期内三相电源轮流向负载供电，每相晶闸管各导通,120,，负载电压是连续的。,4,ppt课件,图2-1(b)是电源相电压波形，三相电压正半,图,2-1(e),是流过,a,相晶闸管,V,1,的电流波形，其它两相晶闸管的电流波形形状与此相同，相位依次相差,120,。变压器绕组中流过的是直流脉动电流，在一个周期中，每相绕组只工作,1/3,周期，因此存在变压器铁芯直流磁化和利用率不高的问题。,图,2-1(f),是,V,1,上电压的波形。,V,1,导通时为零；,V,2,导通时，,V,1,承受的是线电压,u,ab,；,V,3,导通时，,V,1,承受的是线电压,u,ac,。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,120,。,5,ppt课件,图2-1(e)是流过a相晶闸管V1的电流波形,图,2-2,三相半波可控整流电路电阻性负载,=30,时的波形,(a),电源电压；,(b),触发脉冲；,(c),输出电压、电流；,(d),晶闸管上的电流,6,ppt课件,图 2-2 三相半波可控整流电路电阻性负载=30时的波,图,2-2,所示是,=30,时的波形。设,V,3,已导通，负载上获得,c,相相电压,u,c,，当电源经过自然换流点,t,0,时，由于,V,1,的触发脉冲,u,g1,还没来到，因而不能导通，而,u,c,仍大于零，所以,V,3,不能关断而继续导通；直到,t,1,处，此时,u,g1,触发,V,1,导通，,V,3,承受反压关断，负载电流从,c,相换到,a,相。以后即如此循环下去。从图,2-2,中可看出，这是负载电流连续的临界状态，一个周期中，每只管子仍导通,120,。,7,ppt课件,图2-2所示是=30时的波形。设V3已导,图,2-3,所示是,=60,时的波形，设,V,3,已工作，电路输出,c,相相电压,u,c,。当,u,c,过零变负时，,V,3,因承受反压而关断。此时,V,1,虽已承受正向电压，但因其触发脉冲,u,g1,尚未来到，故不能导通。此后，直到,u,g1,到来前的一段时间内，各相都不导通，输出电压电流都为零。当,u,g1,到来，,V,1,导通，输出电压为,a,相相电压,u,a,依次循环。若控制角,继续增大，则整流电路输出电压,u,d,将继续减小。当,=150,时，,u,d,就减小到零。,8,ppt课件,图2-3所示是=60时的波形，设V3已,图,2-3,三相半波可控整流电路电阻性负载,=60,时的波形,电源电压；,(b),触发脉冲；,(c),输出电压、电流；,(d),晶闸管上的电压,9,ppt课件,图 2-3 三相半波可控整流电路电阻性负载=60时的波形,由上分析可知：,（,1,）控制角,=0,时，输出电压最大；,增大，输出电压减小；当,=150,时，输出电压为零，所以最大移相范围为,150,。当,30,时，电流（压）连续，每相晶闸管的导通角,为,120,，当,30,时，电流（电压）断续，导通角,小于,120,，导通角为,=150-,。,10,ppt课件,由上分析可知：10ppt课件,（,2,）由于每相导电情况相同，故只需在,1/3,周期内求取电路输出电压的平均值，即一个周期内电路输出的平均值。,当,30,时，电流电压连续，输出直流电压平均值,U,d,为,0,30,式中,U,2,为变压器次级相电压有效值。,11,ppt课件,（2）由于每相导电情况相同，故只需在1/3周期内,当,30,150,时，电路输出电压,u,d,、输出电流,i,d,波形断续，如图,2-3,所示，导通角,=150-,。可求得输出电压的平均值为,30,150,12,ppt课件,当30150时，电路输出电压ud、,（,3,）负载电流的平均值,I,d,为,I,流过每个晶闸管的平均电流,I,dV,为,流过每个晶闸管电流的有效值为,0,30,13,ppt课件,（3）负载电流的平均值Id为I流过每个晶闸管的平均电流Id,0,150,（,4,）从图,2-1(,f,),可看出，晶闸管所承受的最大反向电压为 电源线电压峰值 ，最大正向电压为电源相电压峰值，即。,14,ppt课件,0150 （4）从图2-1(f)可看出,2.1.2,大电感负载,图,2-4,三相半波可控整流电路大电感负载,=60,时的波形,(a),电路；,(b),输出电压；,(c),触发脉冲；,(d),输出电流；,(e),晶闸管上的电压,15,ppt课件,2.1.2 大电感负载图 2-4 三相半波可控整流电路大电,由上分析可得：,（,1,）图,2-4,可看出晶闸管承受的最大正、反向电压均为线电压峰值 ，这一点与电阻性负载时晶闸管承受 的正向电压是不同的。,16,ppt课件,由上分析可得：16ppt课件,（,2,）输出电压的平均值,U,d,可由,u,d,波形从,/6+,5/6+,内积分求得,负载电流的平均值,I,d,为,流过晶闸管的电流平均值与有效值为,17,ppt课件,（2）输出电压的平均值Ud可由ud波形从/6+,图,2-5,三相半波可控整流电路电感负载带续流二极管时的波形,(a),电路；,(b),输出电压；,(c),输出电流,18,ppt课件,图 2-5 三相半波可控整流电路电感负载带续流二极管时的波形,很明显，,u,d,的波形与纯电阻负载时一样，,U,d,的计算公式也与电阻性负载时相同。一个周期内，晶闸管的导通角,T,=150-,。续流二极管在一个周期内导通三次，因此其导通角,VD,=3(,-30),。流过晶闸管的平均电流和电流的有效值分别为,19,ppt课件,很明显，ud的波形与纯电阻负载时一样，Ud的,流过续流二极管的电流的平均值和有效值分别为,20,ppt课件,流过续流二极管的电流的平均值和有效值分别为20ppt课件,2.1.3,反电势负载,串联平波电抗器的电动机负载就是一种反电势负载。当电感,L,足够大时，负载电流,i,d,的波形近似于一条直线，电路输出电压,u,d,的波形及计算与大电感负载时一样。但当,L,不够大或负载电流太小，,L,中储存的磁场能量不足以维持电流连续时，则,u,d,的波形出现由反电势,E,形成的阶梯，,U,d,不再符合前面的计算公式。,21,ppt课件,2.1.3 反电势负载21ppt课件,2.1.4,共阳极整流电路,图,2-6(a),所示电路为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。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。共阳极接法中，晶闸管只能在相电压的负半周工作，其阴极电位为负且有触发脉冲时导通，换相总是换到阴极电位更负的那一相去。,22,ppt课件,2.1.4 共阳极整流电路22ppt课件,相电压负半周的交点就是共阳极接法的自然换流点。共阳极整流电路的工作情况、波形及数量关系与共阴极接法相同，仅输出极性相反，其输出电压、电流波形和三个晶闸管中的电流波形如图,2-6(b),、,(c),、,(d),、,(e),、,(f),所示，均为负值。大电感负载时，,U,d,的计算公式为,U,d,=-1.17,U,2,cos,(2-15),式中负号表示电源零线是负载电压的正极端。,23,ppt课件,相电压负半周的交点就是共阳极接法的自然换流点。共,三相半波可控整流电路只用三只晶闸管，接线简单，与单相电路比较，其输出电压脉动小、输出功率大、三相平衡。但是整流变压器次级绕组在一个周期内只有,1/3,时间流过电流变压器的利用率低。另外，变压器次级绕组中电流是单方向的，其直流分量在磁路中产生直流不平衡磁动势，会引起附加损耗；如不用变压器，则中线电流较大，同时交流侧的直流电流分量会造成电网的附加损耗。因此，这种电路多用于中等偏小容量的设备上。,24,ppt课件,三相半波可控整流电路只用三只晶闸管，接线简,图,2-6,三相半波共阳极可控整流电路及波形,25,ppt课件,图2-6 三相半波共阳极可控整流电路及波形25ppt课件,三相全控桥式整流电路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，如图,2-7,所示。因此，整流输出电压的平均值,U,d,为三相半波整流时的两倍，在大电感负载时为,式中,U,2l,为变压器次级线电压有效值。,2.2,三相全控桥式相控整流电路,26,ppt课件,三相全控桥式整流电路由一组共阴极接法的三相半波,图,2-7,三相桥式全控整流电路,27,ppt课件,图 2-7 三相桥式全控整流电路27ppt课件,与三相半波电路相比，若要求输出电压相同，则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；若输入电压相同，则输出电压,U,d,比三相半波可控整流时高一倍。另外，由于共阴极组在电源电压正半周时导通，流经变压器次级绕组的电流为正；共阳极组在电压负半周时导通，流经变压器次级绕组的电流为负，因此在一个周期中变压器绕组不但提高了导电时间，而且也无直流流过，克服了三相半波可控整流电路存在直流磁化和变压器利用率低的缺点。,28,ppt课件,与三相半波电路相比，若要求输出电压相同，则三相,图,2-8,三相全控桥式整流电路大电感负载,=0,时的波形,(a),输入电压；,(b),晶闸管的导通情况；,(c),触发脉冲；,(d),输出电压；,(e),变压器次级电流及电源线电流；,(f),晶闸管上的电压,2.2.1,工作原理,29,ppt课件,图 2-8 三相全控桥式整流电路大电感负载=0时的波形,图,2-8,三相全控桥式整流电路大电感负载,=0,时的波形,(a),输入电压；,(b),晶闸管的导通情况；,(c),触发脉冲；,(d),输出电压；,(e),变压器次级电流及电源线电流；,(f),晶闸管上的电压,30,ppt课件,图 2-8 三相全控桥式整流电路大电感负载=0时的波形,图,2-8,三相全控桥式整流电路大电感负载,=0,时的波形,(a),输入电压；,(b),晶闸管的导通情况；,(c),触发脉冲；,(d),输出电压；,(e),变压器次级电流及电源线电流；,(f),晶闸管上的电压,31,ppt课件,图 2-8 三相全控桥式整流电路大电感负载=0时的波形,为分析方便，把一个周期分为,6,段，每段相隔,60,。在第,(1),段期间，,a,相电位,u,a,最高，共阴极组的,V,1,被触发导通，,b,相电位,u,b,最低，共阳极组的,V,6,被触发导通，电流路径为,u,a,V,1,R,(,L,)V,6,u,b,。变压器,a,、,b,两相工作，共阴极组的,a,相电流,i,a,为正，共阳极组的,b,相电流,i,b,为负，输出电压为线电压,u,d,=,u,ab,。在第,(2),段期间，,u,a,仍最高，,V,1,继续导通，而,u,c,变为最负，电源过自然换流点时触发,V,2,导通，,c,相电压低于,b,相电压，,V,6,因承受反压而关断，电流即从,b,相换到,c,相。这时电流路径为,u,a,V,1,R,(,L,)V,2,u,c,。变压器,a,、,c,两相工作，共阴极组的,a,相电流,i,为正，共阳极组的,c,相电流,i,c,为负，输出电压为线电压,u,d,=,u,ac,32,ppt课件,为分析方便，把一个周期分为6段，每段相隔60,在第,(3),段期间，,u,b,为最高，共阴极组在经过自然换流点时触发,V,3,导通，由于,b,相电压高于,a,相电压，,V,1,管因承受反压而关断，电流从,a,相换相到,b,相。,V,2,因为,u,c,仍为最低而继续导通。这时电流路径为,u,b,V,3,R,(,L,)V,2,u,c,。变压器,b,、,c,两相工作，共阴极组的,b,相电流,i,b,为正，共阳极组的,c,相电流,i,c,为负，输出电压为线电压,u,d,=,u,bc,。以下各段依此类推，可得到在第,(4),段时输出电压,u,d,=,u,ba,；在第,(5),段时输出电压,u,d,=,u,ca,；在第,(6),段时输出电压,u,d,=,u,cb,。以后则重复上述过程。由以上分析可知，三相全控桥式整流电路晶闸管的导通换流顺序是：,V,6,V,1,V,2,V,3,V,4,V,5,V,6,。电路输出电压,u,d,的波形如图,2-8(d),所示。,33,ppt课件,在第(3)段期间，ub为最高，共阴极组在经过,由以上分析可看出如下几点：,(1),三相全控桥式整流电路在任何时刻必须保证有两个不同组的晶闸管同时导通才能构成回路。换流只在本组内进行，每隔,120,换流一次。,由于共阴极组与共阳极组换流点相隔,60,，所以每隔,60,有一个元件换流。同组内各晶闸管的触发脉冲相位差为,120,，接在同一相的两个元件的触发脉冲相位差为,180,，而相邻两脉冲的相位差是,60,。元件导通及触发脉冲情况如图,2-8(b),、,(c),所示。,2.2.2,结果分析,34,ppt课件,2.2.2 结果分析34ppt课件,(2),为了保证整流装置启动时共阴与共阳两组各有一个晶闸管导通或电流断续后能使关断的晶闸管再次导通，必须对两组中应导通的一对晶闸管同时加触发脉冲。,采用宽脉冲（必须大于,60,、小于,120,，一般取,80,100,）或双窄脉冲（在一个周期内对每个晶闸管连续触发两次，两次脉冲间隔为,60,）都可达到上述目的。采用双窄脉冲触发的方式示于图,2-8(c),中。双窄脉冲触发电路虽然复杂，但可减小触发电路功率与脉冲变压器体积，所以较多采用。,35,ppt课件,(2)为了保证整流装置启动时共阴与共阳两组各,(3),整流输出电压,u,d,由线电压波头,u,ab,、,u,ac,、,u,bc,、,u,ba,、,u,ca,和,u,cb,组成，其波形是上述线电压的包络线。,可以看出，三相全控桥式整流电压,u,d,在一个周期内脉动,6,次，脉动频率为,300 Hz,，比三相半波大一倍（相当于,6,相）。,(4),图,2-8(e),所示为流过变压器次级的电流和电源线电流的波形。,由图可看出，由于变压器采用,/Y,接法，使电源线电流为正、负面积相等的阶梯波，更接近正弦波，谐波影响小，因此在整流电路中，三相变压器多采用,/Y,或,Y/,接法。,36,ppt课件,(3)整流输出电压ud由线电压波头uab、,(5),图,2-8(f),所示为晶闸管所承受的电压波形。,由图可看出，在第,(1),、,(2),两段的,120,范围内，因为,V,1,导通，故,V,1,承受的电压为零；在第,(3),、,(4),两段的,120,范围内，因,V,3,导通，所以,V,1,管承受反向线电压,u,ab,；在第,(5),、,(6),两段的,120,范围内，因,V,5,导通，所以,V,1,管承受反向线电压,u,ac,。同理也可分析其它管子所承受电压的情况。当,变化时，管子电压波形也有规律地变化。可以看出，晶闸管所承受最大正、反向电压均为线电压峰值，即,37,ppt课件,(5)图2-8(f)所示为晶闸管所承受的电,(6),脉冲的移相范围在大电感负载时为,0,90,。,顺便指出，当电路接电阻性负载时，当,60,时波形断续，晶闸管的导通要维持到线电压过零反向后才关断，移相范围为,0,120,。,38,ppt课件,(6)脉冲的移相范围在大电感负载时为09,(7),流过晶闸管的电流与三相半波时相同，电流的平均值和有效值分别为,当,0,时，每个晶闸管都不在自然换流点换流，而是后移一个,角开始换流，图,2-9,、,2-10,、,2-11,为,=30,、,60,、,90,时电路的波形。从图中可见，当,60,时，,u,d,的波形均为正值，其分析方法与,=0,时相同。当,60,时，由于电感,L,的感应电势的作用，,u,d,的波形出现负值，但正面积大于负面积，平均电压,U,d,仍为正值。当,=90,时，正、负面积相等，输出电压,U,d,=0,。,39,ppt课件,(7)流过晶闸管的电流与三相半波时相同，电,图,2-9,三相全控桥式整流电路大电感负载,=30,时的电压波形,40,ppt课件,图 2-9 三相全控桥式整流电路大电感负载=30时的电,图,2-10,三相全控桥式整流电路大电感负载,41,ppt课件,图2-10 三相全控桥式整流电路大电感负载41ppt课件,图,2-11,三相全控桥式整流电路大电感负载,=90,时的电压波形,42,ppt课件,图 2-11 三相全控桥式整流电路大电感负载=90时的电,2.3.1,换相期间的输出电压,以三相半波可控整流大电感负载为例，分析漏抗对整流电路的影响，其等效电路如图,2-12(a),所示。在换相（即换流）时，由于漏抗阻止电流变化，因此电流不能突变，因而存在一个变化的过程。,2.3,变压器漏电抗对整流电路的影响,43,ppt课件,2.3.1 换相期间的输出电压2.3 变压器漏电抗对整,在图,2-12(b),中，,t,1,时刻触发,V,2,管，使电流从,a,相转换到,b,相，,a,相电流从,I,d,不能瞬时下降到零，而,b,相电流也不能从零突然上升到,I,d,，电流换相需要一段时间，直到,t,2,时刻才完成，如图,2-12(c),所示，这个过程叫换相过程。换相过程所对应的时间以相角计算，叫换相重叠角，用,表示。在重叠角,期间，,a,、,b,两相晶闸管同时导电，相当于两相间短路。两相电位之差,u,b,-,u,a,称为短路电压，在两相漏抗回路中产生一个假想的短路电流,i,k,，如图,2-12(a),虚线所示，,a,相电流,i,a,=,I,d,-,i,k,，随着,i,k,的增大而逐渐减小；而,i,b,=,i,k,是逐渐增大的。当增大到,I,d,也就是,i,a,减小到零时，,V,1,关断，,V,2,管电流达到稳定电流,I,d,，完成换相过程。,44,ppt课件,在图2-12(b)中，t1时刻触发V2管，使,换相期间，短路电压为两个漏抗电势所平衡，即,负载上电压为,(2-20),(2-21),45,ppt课件,换相期间，短路电压为两个漏抗电势所平衡，即负载上电压为(,上式说明，在换相过程中，,u,d,波形既不是,u,a,也不是,u,b,，而是换流两相电压的平均值，如图,2-12(b),所示。与不考虑变压器漏抗，即,=0,时相比，整流输出电压波形减少了一块阴影面积，使输出平均电压,U,d,减小了。这块减少的面积是由负载电流,I,d,换相引起的，因此这块面积的平均值也就是,I,d,引起的压降，称为换相压降，其值为图中三块阴影面积在一个周期内的平均值。对于在一个周期中有,m,次换相的其它整流电路来说，其值为,m,块阴影面积在一个周期内的平均值。由式,(2-21),知，在换相期间输出电压,u,d,=,u,b,-,L,T,(,di,k,/d,t,)=,u,b,-,L,T,(d,i,b,/d,t,),，而不计漏抗影响的输出电压为,u,b,，故由,L,T,引起的电压降低值为,u,b,-,u,d,=,L,T,(d,i,b,/d,t,),，所以一块阴影面积为,46,ppt课件,上式说明，在换相过程中，ud波形既不是ua也,因此一个周期内的换相压降为,上式中,m,为一个周期内的换相次数，三相半波电路,m,=3,，三相桥式电路,m,=6,。,X,T,是漏感为,L,T,的变压器每相折算到次级绕组的漏抗。变压器的漏抗,X,T,可由公式 求得，式中,U,2,为相电压有效值，,I,2,为相电流有效值，,u,k,%,为变压器短路比,取值在,5,12,之间。换相压降可看成在整流电路直流侧增加一只阻值为,mX,T,/2,的等效内电阻，负载电流,I,d,在它上面产生的压降，区别仅在于这项内电阻并不消耗有功功率。,47,ppt课件,因此一个周期内的换相压降为 上式中m为一个周期内,图,2-12,变压器漏抗对可控整流电路电压、电流波形的影响,48,ppt课件,图2-12 变压器漏抗对可控整流电路电压、电流波形的影响4,为了便于计算，将图,2-12,中的坐标原点移到,a,、,b,相的自然换相点，并设,从电路工作原理可知，当电感,L,T,中电流从变到,I,d,时，正好对应,t,从,变到,，根据这些条件，再对式（,2-20,）进行数学运算可求得,（,2-23,）,2.3.2,换相重叠角,49,ppt课件,为了便于计算，将图2-12中的坐标原点移到a、b相的自然换,上式是一个普遍公式，对于三相半波电路，代入,m,=3,可得,对于三相桥式电路，因它等效于相电压为 时的六相半波整流电路，电压为 ，,m,=6,，代入后结果与三相半波电路相同。,50,ppt课件,上式是一个普遍公式，对于三相半波电路，代入m=3可得,对于单相双半波电路，它相当于两相半波电路,只要把,m,=2,代入即可得,对于单相全控桥，由于变压器漏抗,X,T,在一周期两次换流中都起作用，其电流从,I,d,到,-,I,d,，虽然此时,m,=2,，但换流角方程为,51,ppt课件,对于单相双半波电路，它相当于两相半波电路,由式,(2-23),可见，只要已知,I,d,、,X,T,、,U,2,与控制角,，就可计算出重叠角,。当,一定时，,I,d,X,T,增大，则,增大，这是因为重叠角的产生是由于换相期间变压器漏感储存电能引起的，,I,d,X,T,愈大，变压器储存的能量也愈大。当,I,d,X,T,为常数时，,愈小则,愈大，,为,0,时,最大。,变压器的漏抗与交流进线串联电抗的作用一样，能够限制短路电流且使电流变化比较缓和，对晶闸管上的电流变化率和电压变化率也有限制作用。但是由于漏抗的存在，在换相期间，相当于两相间短路，使电源相电压波形出现缺口，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。,52,ppt课件,由式(2-23)可见，只要已知Id、XT、U2,可控整流电路对直流负载来说是一个有内阻的电压可调的直流电源。考虑换相压降,U,、整流变压器电阻,R,T,（为变压器次级绕组每相电阻与初级绕组折算到次级的每相电阻之和）及晶闸管压降,U,后，直流输出电压为,(2-24),式中，,U,do,为,=0,时整流电路输出的电压（,U,do,=1.17,U,2,），即空载电压；,R,I,为整流电路内阻，,R,I,=,R,T,mX,T,/2,；,U,是一个晶闸管的正向导通压降，单位为,V,；三相半波时电流流经一个整流元件,n,=1,，三相桥式时,n,=2,。考虑变压器漏抗时的可控整流电路。外特性曲线如图,2-13,所示。,2.3.3,可控整流电路的外特性,53,ppt课件,可控整流电路对直流负载来说是一个有内阻的电压可调的直流电源。,图,2-13,考虑变压器漏抗时的可控整流电路外特性,54,ppt课件,图 2-13 考虑变压器漏抗时的可控整流电路外特性54pp,由图可以看出，当控制角,一定时，随着整流电流,I,d,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，这是由整流电路内阻所引起的。而当电路负载一定时，即整流输出电流不变，则随着控制角,的逐渐增大，输出整流电压也是逐渐减小的。,55,ppt课件,由图可以看出，当控制角一定时，随着整流电流,2.4.1 KC04,集成移相触发器,KC,系列集成触发器品种多，功能全，可靠性高，调试方便，应用非常广泛。,KC04,移相触发器主要为单相或三相全控桥式晶闸管整流电路作触发电路，其主要技术参数有：,2.4,集成触发电路,56,ppt课件,2.4.1 KC04集成移相触发器2.4 集成触发电路,电源电压：,DC15 V,（允许波动,5%,）；,电源电流：正电流小于等于,15 mA,，负电流小于等于,8 mA,；,脉冲宽度：,400,s,2 ms,；,脉冲幅值；大于等于,13 V,；,移相范围：小于,180,（同步电压,u,s=30 V,时，为,150,）；,输出最大电流：,100 mA,；,环境温度：,-10,70,。,57,ppt课件,电源电压：DC15 V（允许波动5%）；57ppt课,图,2-14 KC04,组成的移相式触发电路,58,ppt课件,图 2-14 KC04组成的移相式触发电路58ppt课件,1,同步电路,同步电路由晶体管,V,1,V,4,等元件组成。正弦波同步电压,u,V,经限流电阻加到,V,1,、,V,2,的基极。在,u,V,正半周，,V,2,截止，,V,1,导通，,VD,1,导通，,V,4,得不到足够的基极电压而截止。在,u,V,的负半，,V,1,截止，,V,2,、,V,3,导通，,VD,2,导通，,V,4,同样得不到足够的基极电压而截止。必须注意的是，在上述,u,V,的正、负半周内，当,|,u,V,|,0.7 V,时，,V,1,、,V,2,、,V,3,均截止，,VD,1,、,VD,2,也截止，于是,V,4,从电源,+15 V,经,R,3,、,R,4,获得足够的基极电流而饱和导通，在,V,4,的集电极获得与正弦波同步电压,u,V,同步的脉冲,u,c4,，即,u,c4,与,u,V,的变化频率相同，如图,2-15,所示。,59,ppt课件,1 同步电路59ppt课件,2,锯齿波形成电路,三极管,V,5,、电容,C,1,等组成锯齿波发生器。当,V,4,截止时，,+15 V,电源通过,R,6,、,R,22,、,R,W,、,-15 V,对,C,1,充电。当,V,4,导通时，,C,1,通过,V,4,、,VD,3,迅速放电，在,KC04,的第,脚（也就是,V,5,的集电极）形成锯齿波电压,u,c5,，锯齿波的斜率取决于,R,22,、,R,W,与,C,1,的大小，锯齿波的相位与,u,c4,相同。,60,ppt课件,2 锯齿波形成电路60ppt课件,3,移相电路,晶体管,V,6,与外围元件组成移相电路。锯齿波电压,u,c5,、控制电压,U,K,、偏移电压,U,P,分别通过电阻,R,24,、,R,23,、,R,25,在,V,6,的基极叠加成,u,be6,，当,u,be6,0.7 V,时，,V,6,导通，即,u,c5,U,P,U,K,控制了,V,6,的导通与截止时刻。由波形图可以看出，锯齿波与,t,轴的交点就是脉冲产生的时刻，如,u,b6,波形所示。这个交点的左移或右移可由控制电压,U,K,来确定。当,U,K,增加时，交点左移，脉冲左移，控制角,减小；当,U,K,减小时，交点右移，脉冲也右移，控制角,增大，这样就控制了脉冲的移相。偏移电压,U,P,的作用是当控制电压,U,K,为零时，可用,U,P,来确定脉冲的起始位置。,61,ppt课件,3 移相电路61ppt课件,图,2-15 KC04,各点电压波形图,62,ppt课件,图 2-15 KC04各点电压波形图62ppt课件,图,2-15 KC04,各点电压波形图,63,ppt课件,图 2-15 KC04各点电压波形图63ppt课件,4,脉冲形成电路,V,7,与外围元件组成脉冲形成电路。当,V,6,截止时，,15 V,电源通过,R,7,、,V,7,的,b-e,结对,C,2,充电（左正右负），同时,V,7,经,R,26,获得基极电流而导通。当,V,6,导通时，,C,2,上的充电电压成为,V,7,的,b-e,结的反偏电压，,V,7,截止。此后,15 V,经,R,26,、,V,6,对,C,2,充电（左负右正），当反向充电电压大于,1.4 V,时，,V,7,又恢复导通。这样在,V,7,的集电极得到了脉冲,u,c7,，其脉宽由时间常数,R,26,C,2,的大小决定。,64,ppt课件,4 脉冲形成电路64ppt课件,5,脉冲输出电路,V,8,V,15,组成脉冲输出电路。在同步电压,u,V,的一个周期内，,V,7,的集电极输出两个相位差,180,的脉冲。在,u,V,的正半周，,V,1,导通，,A,点为低电位，,B,点为高电位，使,V,8,截止，,V,12,导通。,V,12,的导通使,VD,W5,截止，由,V,13,、,V,14,、,V,15,组成的放大电路无脉冲输出。,V,8,的截止使,VD,W3,导通，,V,7,集电极的脉冲经,V,9,、,V,10,、,V,11,组成的电路放大后由,脚输出。同理可知，在,u,V,的负半周，,V,8,导通，,V,12,截止，,V,7,的正脉冲经,V,13,、,V,14,、,V,15,组成的电路放大后由,15,脚输出。,KC04,的第,13,脚为脉冲列调制端，,14,脚为脉冲封锁控制端。在,KC04,的基础上采用四级晶闸管作脉冲记忆就构成了改进型产品,KC09,。,KC09,与,KC04,可以互换，但,KC04,提高了抗干扰能力和触发脉冲的前沿陡度，脉冲调节范围也增大了。,65,ppt课件,5 脉冲输出电路65ppt课件,2.4.2,六路双脉冲发生器,KC41C,三相全控桥式整流电路要求用双窄脉冲触发，即用两个间隔,60,的窄脉冲去触发晶闸管。产生双脉冲的方法有两种，一种是每个触发电路在每个周期内只产生一个脉冲，脉冲输出电路同时触发两个桥臂的晶闸管，这叫外双脉冲触发；另一种是每个触发电路在一个周期内连续发出两个相隔,60,的窄脉冲，脉冲输出电路只触发一个晶闸管，这称为内双脉冲触发。内双脉冲触发是目前应用最多的一种触发方式。,66,ppt课件,2.4.2 六路双脉冲发生器KC41C66ppt课件,图,2-16 KC41C,原理图及其外部接线图,(a),原理图；,(b),外部接线图,67,ppt课件,图 2-16 KC41C原理图及其外部接线图67ppt课件,图,2-17 KC04,与,KC41C,组成的全控桥触发电路,68,ppt课件,图 2-17 KC04与KC41C组成的全控桥触发电路68p,图,2-18 KC41C,各输出点的波形,69,ppt课件,图 2-18 KC41C各输出点的波形69ppt课件,在晶闸管装置中，送到主电路各晶闸管的触发脉冲与其阳极电压之间保持正确的相位关系，关系到装置能否正常工作。触发脉冲必须在晶闸管阳极电压为正的区间内出现，晶闸管才能被触发导通。锯齿波同步触发电路产生触发脉冲的时刻由接到触发电路的同步电压,u,T,定位，由控制电压,U,K,、偏移电压,U,P,的大小来产生移相。这就是说，必须根据被触发晶闸管的阳极电压相位正确供给触发电路特定相位的同步电压,u,T,，以使触发电路在晶闸管需要触发脉冲的时刻输出脉冲。这种正确选择同步电压相位以及得到不同相位的同步电压的方法，称为晶闸管装置的同步或定相。,2.4.3,触发脉冲与主电路电压的同步,70,ppt课件,在晶闸管装置中，送到主电路各晶闸管的触发脉冲与其阳极,每个触发电路的同步电压,u,T,与被触发晶闸管的阳极电压应该有什么样的相位关系呢？这取决于主电路形式、触发电路形式、负载性质、移相范围要求等几个方面。例如，主电路为图,2-19,所示的三相半波可控整流电路，而触发电路采用图,2-14,所示的锯齿波同步触发电路，选用,15,脚输出的脉冲，即图,2-15,中,u,c15,的波形，整流电路的移相范围要求,180,。因为锯齿波底宽最高能达到,240,，考虑到两端充放电时间的非线性，故取,30,210,作为控制角,=0,180,的移相区间。,71,ppt课件,每个触发电路的同步电压uT与被触发晶闸管的阳,图,2-19,主电压与同步电压的相位关系,72,ppt课件,图 2-19 主电压与同步电压的相位关系72ppt课件,以,a,相晶闸管,V,1,为例，,=0,时，触发电路产生的触发脉冲应对准,a,相电压的自然换流点，即对准相电压,u,a,的,30,时刻。而触发脉冲正好就在锯齿波的充电过程中即上升的直线段产生，因此，锯齿波的起点正好是相电压,u,a,的上升过零点，而,u,c15,的脉冲是在同步电源,u,Ta,的负半周产生的，这样控制锯齿波电压的同步电压,u,Ta,应与晶闸管阳极电压,u,a,相位上相差,180,，就可获得与主电路,a,相电源同步的触发脉冲。同理，,u,Tb,与,u,b,、,u,Tc,与,u,c,也应在相位上互差,180,。三个触发电路的同步电压应选取为,-,u,a,、,-,u,b,和,-,u,c,。,73,ppt课件,以a相晶闸管V1为例，=0时，触发电路,那么如何获得上述的同步电压呢？晶闸管装置通过同步变压器的不同连接方式再配合阻容移相，得到特定相位的同步电压。三相同步变压器有,24,种接法，可得到,12,种不同相位的次级电压，通常形象地用钟点数来表示各相的相位关系，这在电机拖动中讨论过。由于同步变压器次级电压要分别接至各触发电路，需要有公共接地端，所以同步变压器次级绕组采用星形连接，即同步变压器只能有,Y/Y,、,/Y,两种形式的接法。实现同步就是确定同步变压器的接法，具体步骤是：,(1),根据主电路形式、触发电路形式与移相范围来确定同步电压,u,T,与对应的晶闸管阳极电压之间的相位关系。,74,ppt课件,那么如何获得上述的同步电压呢？晶闸管装置通过,(2),根据整流变压器,TR,的实际连接或钟点数，以电网某线电压作参考矢量，画出整流变压器次级电压，也就是晶闸管阳极电压的矢量。再根据步骤,(1),所确定的同步电压与晶闸管阳极电压的相位关系，画出同步相电压与同步线电压矢量。,(3),根据同步变压器次级线电压矢量位置，确定同步变压器的钟点数和连接法。,按照上述步骤实现同步时，为了简化步骤，只要先确定一只晶闸管触发电路的同步电压，然后对比其它晶闸管阳极电压的相位顺序，依序安排其余触发电路的同步电压即可。,75,ppt课件,(2)根据整流变压器TR的实际连接或钟点数,例,2-1,三相全控桥式整流电路，整流变压器,TR,为,/Y-5,接法。采用图,2-14,锯齿波同步触发电路。电路要求工作在整流与逆变状态。同步变压器,TB,次级电压,u,T,经阻容滤波后变为,u,T,再送至触发电路，,u,T,滞后,u,T,30,。试确定同步变压器,TB,的接线。,76,ppt课件,例2-1 三相全控桥式整流电路，整流变压器TR为/Y-5接,解,（,1,）要求电路工作在整流与逆变状态，表明移相范围为,180,。因为锯齿波底宽接近,240,，故取,30,210,作为,=0,180,的移相区间，锯齿波的,30,处应对应阳极电压,30,处,即控制锯齿波电压的同步电压,u,T,应与阳极电压反相。对晶闸管,V,1,，其触发电路的同步电压,u,Ta,应滞后阳极电压,u,a,180,。因为加接了阻容滤波器，故同步变压器次级电压,u,T,应滞后阳极电压,u,a,150,。,77,ppt课件,解（1）要求电路工作在整流与逆变状态，表明移相范围为180,（,2,）因为整流变压器,TR,为,/Y-5,接法，故若以电网线电压,作参考矢量，则可做出图,2-20,所示的,TR,电压矢量图。由于是采用,/Y-5,接法，因此整流变压器,TR,副边线电压,滞后原边线电压,；,副边相电压,滞后副边线电压,。,根据（,1,）确定,a,相同步电压,u,Ta,应滞后,a,相晶闸管阳极电压,150,可得出，在整流变压器,TR,的电压矢量图上做出,矢量,滞后,，,而与,反相,。,因为同步变压器,TB,的次级只能是星形接法，故,TB,次级线电压,超前,，,也即,超前,，将,画在图,2-20,中。,78,ppt课件,（2）因为整流变压器TR为/Y-5接法，故,图,2-20,整流变压器电压矢量图,79,ppt课件,图 2-20 整流变压器电压矢量图79ppt课件,图,2-21,同步变压器接线图,80,ppt课件,图2-21 同步变压器接线图80ppt课件,1.,三相半波可控整流电路电阻性负载，如在自然换流点之前加入窄触发脉冲，会出现什么现象？画出,u,d,的电压波形图。,2.,三相半波可控整流电路电阻性负载，如果,V,2,管无触发脉冲，试画出,=30,和,=60,两种情况的,u,d,波形，并画出,=30,时,V,1,两端电压,u,V1,的波形。,习题及思考题,81,ppt课件,1.三相半波可控整流电路电阻性负载，如在自,3.,三相半波可控整流电路中，能否将三只晶闸管的门极连在一起用一组触发电路每隔,120,送出一个触发脉冲，电路能否正常工作？,4.,三相半波可控整流电路大电感负载，画出,=90,时,V,1,管两端电压的波形。从波形上看晶闸管承受的最大正反向电压为多少？,82,ppt课件,3.三相半波可控整流电路中，能否将三只晶,5.,图,2-22,所示三相半波可控整流电路，,L,足够大，试问,=90,时，负载平均电流,I,d,约等于多少？,图,2-22,题,5,图,83,ppt课件,5.图2-22所示三相半波可控整流电路，,6.,三相半波可控整流电路大电感负载，已知整流变压器副边相电压,U,2,=220 V,，整流电路的总电阻,R,=10,，试分别计算无续流二极管和有续流二极管两种情况下，当,=45,时输出电压的平均值,U,d,和负载电流平均值,I,d,以及流过晶闸管和续流二极管的电流平均值与有效值，并画出电压、电流波形图。,7.,在三相桥式可控整流电路中，为什么三相电压的六个交点就是六个桥臂主元件的自然换流点？并说明各交点所对应的换流元件。,84,ppt课件,6.三相半波可控整流电路大电感负载，已知,8.,理想的三相桥式可控整流电路，电阻性负载，当控制角,=30,时，回答下列问题：,（,1,）各换流点分别为哪些元件换流？,（,2,）各元件的触发脉冲相位及波形是怎样的？,（,3,）各元件的导通角为多少？,（,4,）同一相的两个元件的触发信号在相位上有何关系？,（,5,）画出输出电压,u,d,的波形及表达式。,85,ppt课件,8.理想的三相桥式可控整流电路，电阻性,9.,三相全控桥式整流电路如图,2-23,所示，当,=60,时，画出下列故障情况下的,u,d,波形：,（,1,）熔断器,FU1,熔断；,（,2,）熔断器,FU2,熔断；,（,3,）熔断器,FU2,、,FU3,同时熔断。,86,ppt课件,9.三相全控桥式整流电路如图2-23所示，,图,2-23,题,9,图,87,ppt课件,图 2-23 题9图87ppt课件,10.,三相全控桥式整流电路带大电感负载，负载电阻,R,d,=4,，要求,u,d,在,0,220 V,之间变化。试求：,（,1,）不考虑控制角裕量时，整流变压器的副边线电压；,（,2,）计算晶闸管电压和电流值，如电压、电流取,2,倍裕量，选择晶闸管型号。,88,ppt课件,10.三相全控桥式整流电路带大电感负载，负,