ACDC变换课件.ppt

第第3 3章章 AC/DC AC/DC变换电路变换电路 3.1　单相相控整流电路3.2　三相相控整流电路 3.3　变压器漏感对相控整流电路的影响 3.4　不可控整流电路 3.6　大功率整流电路 3.7　相控整流电路的有源逆变工作状态 3.8　相控整流电路的晶闸管触发电路 3.5　整流电路的谐波分析 整流电路概述整流电路概述　整流器（或整流装置）电力半导体开关电路及其辅助元器件构成的实现整流的系统　　整流将交流电（AC）转换为直流电（DC）的变换整流电路实现整流的电路整流电路概述整流电路概述- -分类分类◆按组成的器件可分为不可控、半控、全控 三种◆按电路结构可分为桥式电路和零式电路◆按交流输入相数分为单相电路和多相电路◆按变压器二次侧电流的方向是单向或双 向，分为单拍电路和双拍电路◆◆按控制方式不同，AC/DC变换分为相控整流和PWM整流两种形式PWM整流技术是一种新型AC/DC变换技术，它采用全控型功率器件和现代控制技术，使输入电流波形接近正弦波，功率因数接近１，性能优良，具有广泛的应用前景相控整流-通过控制晶闸管导通的相位控制输出电压PWM整流-通过控制一周期中器件导通的时间比例控制输出电压。

相控整流电路结构简单、控制方便、性能稳定，利用它可以方便地得到大、中、小各种容量的直流电能，是目前获得直流电能的主要方法，得到了广泛的应用整流电路概述整流电路概述- -分类分类主要内容： 单相/三相相控整流电路 大容量相控整流电路 整流电路的谐波分析电路结构、基本工作原理主要电压/电流波形、数量关系整流电路的特点及应用整流电路概述整流电路概述整流电路概述整流电路概述----性能指标性能指标 整流器的主要性能指标有：1、输出直流电压2、输出电流3、输出电压纹波系数4、稳压精度5、输入电流总畸变率6、输入功率因数整流电路概述整流电路概述----性能指标性能指标电压纹波系数：输出电压的有效值：U输出电压的直流平均值：UD输出电压的交流纹波有效值：UH整流电路概述整流电路概述----性能指标性能指标输入电流总畸变率：是除基波电流以外的所有谐波电流有效值与基波电流有效值之比I 电流有效值I1 基波电流有效值In n次谐波电流有效值式中：整流电路概述整流电路概述----性能指标性能指标输入功率因数：交流电源输入有功功率平均值P与视在功率S之比只要电流存在谐波, 有 PF<13.1　单相相控整流电路3.1.1 单相半波可控整流电路 １．电阻性负载电路结构工作原理控制方式主要波形数量关系分析要点:晶闸管开/关条件相位控制方法分段线性分析单相半波可控整流电路 VTRudidu1u2Tr3.1.1 单相半波可控整流电路１．电阻性负载变压器作用:隔离电网与负载匹配电压提高功率因数单相半波可控整流电路 VTRudidu1u2Tr3.1.1 单相半波可控整流电路１．电阻性负载分段线性分析：将VT看作理想器件VT导通等效电路 VTRudidu1u2TrVT截止等效电路 VTRudidu1u2TrVTRudidu1u2Tr１．电阻性负载sim工作原理Øu2的正半周, VT承受正电压，给VT触发脉冲，VT导通, u2加到负载上Øu2的负半周到来时,负载电阻承受负电压，电流应反向,但VT只能通过正向电流, 故u2变负时,VT截止单相半波可控整流电路 VTRudidu1u2Tr１．电阻性负载Ø改变晶闸管触发脉冲到来的时刻，ud的波形也跟着变化Øud波形只在电源电压正半周出现，因此称为单相半波可控整流电路。

Ø输出电压ud是极性不变但幅值变化的脉动直流电压单相半波可控整流电路 VTRudidu1u2Trα１．电阻性负载单相半波可控整流电路 Ø从晶闸管开始承受正向电压起到加上触发脉冲，这一电角度称为控制角，用α表示Ø晶闸管在一个周期内导通的电角度称为导通角，用θ表示.对单相半波可控整流电路电阻负载时 ：θ= π – αθ相位控制方式通过改变触发脉冲相位来控制直流输出电压大小的方式.基本术语: a=150a=90VTRudidu1u2Tra=90１．电阻性负载单相半波可控整流电路 Ø移相范围: 整流平均输出电压为正的控制角变化范围θ基本术语: VTRudidu1u2Tr单相半波可控整流电路的移相范围: Ø自然换相点: 将晶闸管换成二极管,二极管导通的时刻称为自然换相点.自然换相点是控制角计算的起点.不同电路、不同位置晶闸管自然换相点不同.１．电阻性负载单相半波可控整流电路 α整流输出电压的平均值： 数量关系 Ø晶闸管承受的最大正反向电压uVT为　改变控制角α，就可改变整流输出电压的平均值VTRudidu1u2Tr１．电阻性负载单相半波可控整流电路 VTRudidu1u2Trα数量关系 整流输出电压有效值为： 整流输出电流有效值为： １．电阻性负载单相半波可控整流电路 VTRudidu1u2Tα数量关系 变压器二次侧输出有功功率： 输入功率因数为： 控制角大时,输入功率因数很低! 2．电感性负载单相半波可控整流电路 电感特点:电感中的电流不能突变。

Øu2的负半周到来时,只要电感电流不为零, VT将保持导通,直到电感电流减少到零时VT截止simØ导通角θ> π – αθ2．电感性负载单相半波可控整流电路 θØ导通角θ计算初值: 负载电流满足: 求得id(t)令id((+q)/)=0求得q2．电感性负载θØ导通角θ计算求得id(t)令id((+q)/)=0求得q：其中:单相半波可控整流电路 2．电感性负载θØ数量关系输出电压平均值： 输出电流平均值： 单相半波可控整流电路 2．电感性负载θ由于负载中存在电感，使负载电压波形出现负值部分，晶闸管导通角θ变大，且负载中L越大，θ越大，输出电压波形图上负值的面积越大，从而使输出电压平均值减小在大电感负载时，负载电压波形中正负面积接近相等，Ud≈0 sim单相半波可控整流电路 2．电感性负载单相半波可控整流电路 为使大电感负载时输出电压平均值与电阻负载情形相同，可在负载两端并联续流二极管 .sim整流输出电压的平均值： 设加了续流二极管以后,电感电流基本不变,则有:流过晶闸管的平均电流： 流过续流二极管的平均电流： 流过续流二极管电流的有效值： 流过晶闸管电流的有效值： 3.1.2 单相桥式全控整流电路 １．电阻性负载晶闸管承受的最大反向电压为　　　，　　　，承受的最大正向压降为　　　　。

　　　　 sim单相桥式全控整流电路１．电阻性负载a数量关系整流输出电压平均值： 整流输出电压有效值： １．电阻性负载a数量关系输出直流电流平均值： 输出直流电流有效值： 变压器二次绕组电流有效值： １．电阻性负载a数量关系变压器二次绕组电流有效值： 流过每个晶闸管的电流有效值为： １．电阻性负载a数量关系有功功率为： 电路功率因数为： 控制角大时,输入功率因数很低! 2．电感性负载单相桥式全控整流电路 aL=0.01L=0.05simØU2反向时,只要电感电流不为零, T将保持导通,直到电感电流减少到零时T截止2．电感性负载aq数量关系 负载电流连续时，整流输出电压平均值为： 整流输出电压有效值为： 2．电感性负载aq数量关系 设负载电流Id近似不变.变压器二次绕组电流有效值： 晶闸管的电流有效值： 电路功率因数为： 3 3．反电动势负载．反电动势负载sim对反电势负载,晶闸管承受的电压不仅和电源有关,还和反电势有关!存在停止导电角dL=0dL>0单相桥式全控整流电路 3．反电动势负载δδ停止导电角停止导电角: :数量关系 整流电压平均值(电流连续)： 负载电流平均值： 单相桥式全控整流电路 例：单相桥式全控整流电路计算示例 单相桥式全控整流电路，U2=100V，负载中R=2Ω，L值极大，反电势E=60V，当=30时，要求： ①作出ud、id和i2的波形； ②求整流输出平均电压Ud、电流Id，变压器二次侧电流有效值I2； ③考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。

例：单相桥式全控整流电路计算示例U2=100V，R=2Ω，L极大，E=60V，=30解：①ud、id和i2的波形u2OtOtOtudidi2OtIdIdIdpp 例：单相桥式全控整流电路计算示例U2=100V，R=2Ω，L极大，E=60V，=30解：②整流输出平均电压Ud Ud＝0.9 U2 cos＝0.9×100×cos30°＝77.97(A)输出平均电流Id:Id ＝(Ud－E)/R＝(77.97－60)/2＝9(A)变压器二次侧电流有效值I2:I2＝Id＝9(A)例：单相桥式全控整流电路计算示例U2=100V，R=2Ω，L极大，E=60V，=30解： ③晶闸管选择晶闸管承受的最大反向电压为变压器二次电压的峰值，即：故晶闸管的额定电压为： UN＝(2~3)×141.4＝283~424 V 晶闸管的额定电流为： IN＝(1.5~2)×6.36∕1.57＝6~8 A晶闸管电流有效值为：可选额定电压500V、电流10A的晶闸管3.1.3 单相全波可控整流电路t波形udi1OOt■电阻负载情形 ◆电路分析 ☞变压器Tr带中心抽头。

☞在u2正半周，VT1工作 ☞u2负半周，VT2工作 ☞变压器不存在直流磁化的 问题 ☞负载波形与全控桥式电路 相同单相全波可控整流电路3.1.3 单相全波可控整流电路◆单相全波与单相全控桥的区别: ☞单相全波中变压器结构较复 杂，材料的消耗多 ☞单相全波只用2个晶闸管， 比单相全控桥少2个，但是晶 闸管承受的最大电压是单相 全控桥的2倍 ☞单相全波导电回路只含1个 晶闸管，比单相桥少1个，因而管压降也少1个t波形udi1OOt单相全波可控整流电路◆单相全波电路有利于在低输出 电压的场合应用3.1.4 单相桥式半控整流电路 sim工作特点：(1)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2)由于自然续流的作用，整流输出电压ud的波形没有负值的部分单相桥式半控整流电路3.1.4 单相桥式半控整流电路 u2idudT3/D4通+T1/D4通T1/D2通T1/T3关断停止触发后,如电流在负半周内下降到零, 则晶闸管停止导通,电路工作正常.单相桥式半控整流电路3.1.4 单相桥式半控整流电路 失控现象u2idudT3/D4通+T1/D4通T1/D2通T1/D4通停止触发后,如电流在负半周内不能下降到零, 则导通的晶闸管会保持导通失控现象.单相桥式半控整流电路3.1.4 单相桥式半控整流电路 失控现象　　为了避免失控情况，可以在负载侧并联一个续流二极管D，使负载电流通过D续流，而不再经过T1和D2，这样就可使晶闸管恢复阻断能力. u2idudT3/D4通+T1/D4通T1/D2通T1/D4通单相桥式半控整流电路3.1.4 单相桥式半控整流电路 　　负载侧并联续流二极管VDR，半控整流电路不再存在失控现象. ?单相桥式半控整流电路VDR单相整流电路 小结优点: 电路简单, 控制方便, 成本低廉缺点: 输出电压脉动大, 适用于小功率应用场合3.2　三相相控整流电路 ■交流侧由三相电源供电。

■当整流负载容量较大，或要求直流电压脉动较小、易滤波时，应采用三相整流电路■最基本的是三相半波可控整流电路■广泛应用有：三相桥式全控整流电路、以及双反星形可控整流电路、十二脉波可控整流电路等三相整流电路概述： 3.2　三相相控整流电路 3.2.1 三相半波可控整流电路 １．电阻性负载α=0°时，负载电流连续，各相导电120°电角度 α=0°波形uabuac自然换相点=?sim三相半波可控共阴极整流电路α=30°波形uabuacα3.2　三相相控整流电路 3.2.1 三相半波可控整流电路 １．电阻性负载α=30°时，负载电流临界连续，各相导电120°电角度 自然换相点三相半波可控共阴极整流电路3.2　三相相控整流电路 3.2.1 三相半波可控整流电路 １．电阻性负载>30°时，负载电流断续，各相导电<120°电角度 α=60°波形uabuacua晶闸管承受的最大反向电压为变压器二次绕组线电压的峰值电压　　　 电阻负载时电阻负载时移相范围移相范围为为150 １．电阻性负载—数量关系整流电压平均值应分为两种情况计算 uabuacαα=30°当α≤30°时，ud波形连续 负载电流平均值： 三相半波可控共阴极整流电路１．电阻性负载—数量关系整流电压平均值应分为两种情况计算 当α>30°时，ud波形断续 uabuacuaα=60°负载电流平均值： 三相半波可控共阴极整流电路2．电感性负载 大电感负载的三相半波可控整流电路在α≤30°时，ud的波形与电阻性负载相同。

当α＞30°时，由于电感性负载作用, ud的波形中会出现负的电压部分sim2．电感性负载 整流输出电压平均值为：(电流连续情形)2．电感性负载 为提高整流输出电压平均值,可在负载侧并接续流二极管.接续流二极管后，ud的波形与纯电阻性负载时一样，Ud的计算公式也一样 VD3　三相半波可控共阳极整流电路α=30°时，整流电压为负,负载电流连续，各相导电120°电角度 自然换相点=?simα=30°波形uabuacuabuacα3　三相半波可控共阳极整流电路α=60°波形>30°时，整流电压为负,负载电流断续，各相导电<120°电角度 uabuacuabuacαua3　三相半波可控共阳极整流电路从整流电压波形可知, 三相半波可控共阳极整流电路输出电压平均值计算公式与共阴极整流电路的绝对值相同,但符号相反 当α≤30°时，ud波形连续 当α>30°时，ud波形断续 三相半波可控整流电路特点Ø电路简单Ø三相电源负载平衡Ø变压器副边绕组通过直流电流,存在直流磁化问题,且最多导电120度,变压器利用率低3.2.2 三相桥式可控整流电路 １．电阻性负载 三相桥式可控整流电路三相桥式可控整流电路可看作是三相半波可控共阴极整流电路与三相半波可控共阳极整流电路串联组合而成.１．电阻性负载 三相桥式可控整流电路　◆电路工作特点：　分析要点：Ø自然换相点Ø触发顺序Ø每个时刻需两个晶闸管同时导通:宽脉冲触发或双窄脉冲触发(2) 触发脉冲顺序★共阴极组T1、T3、T5的触发脉冲之间互差120°，★共阳极组T2、T4、T6的触发脉冲之间也互差120°。

★上下桥臂之间互差180°(1)自然换相点VT1VT2  VT3  VT4  VT5  VT6  VT1, 脉冲互差60°触发顺序：各相电压的交点１．电阻性负载 三相桥式可控整流电路　 ◆电路工作特点：　分析要点：Ø自然换相点Ø触发顺序Ø每个时刻需两个晶闸管同时导通:宽脉冲触发或双窄脉冲触发(3)必须对两组中应导通的一对晶闸管同时给触发脉冲可采用两种办法：1. 使每个触发脉冲的宽度大于60°，称为宽脉冲触发；2. 触发某一晶闸管的同时，给前一个晶闸管补发一个脉冲，相当于用两个窄脉冲等效替代大于60°的宽脉冲，称为双脉冲触发通常采用双窄脉冲触发１．电阻性负载 三相桥式可控整流电路　 ◆电路工作特点：(4)输出整流电压 分段线电压组成sim晶闸管承受的最大反向电压是α=0°波形uabuacuabuacubcubaucaucbuab ud一周期脉动6次，称该电路为6脉波整流电路１．电阻性负载 三相桥式可控整流电路uabuacuabuacαα=60°>60°负载电流断续１．电阻性负载 三相桥式可控整流电路α=90°uacua/2uacαuabubcuab移相范围:0 ≤  <120°１．电阻性负载 三相桥式可控整流电路uabuacuabuacαα=60°(1) 0°≤α≤60°◆数量关系１．电阻性负载 三相桥式可控整流电路αuab◆数量关系(２) 60°＜α≤120° α=90°波形2．电感性负载三相桥式可控整流电路　当0°≤α≤60°时，由于负载电压、电流连续，这时输出电压ud波形与电阻性负载一样. 　当α > 60°时，由于电感负载作用, 负载输出电压ud波形出现负的电压部分. α=90°波形αuab2．电感性负载三相桥式可控整流电路α=90°波形αuab整流输出电压平均值： 负载电流连续时,有:2．电感性负载三相桥式可控整流电路晶闸管电流有效值: 负载电流连续id≈Id有:变压器副边相电流有效值: 2．电感性负载设负载要求最高电压为Udmax 晶闸管最小触发角为amin 滤波电感值计算:通常根据输出最小电流值时电流应临界连续来确定. 变压器副边电压计算:对三相桥式整流电路,滤波电感值最小值为:？？3.2.3 相控整流电源设计 (1)选择整流电路整流电路选择主要原则：①整流器开关元件的电流容量和电压容量做到充分利用。

②整流器直流侧的纹波越小越好，以减小整流直流电压的脉动分量，从而减少或省去平波电抗器③使整流器引起的交流侧谐波电流，特别是低次谐波电流越小越好，以保证整流器有较高的功率因数，减小对电网和弱电系统的干扰④整流变压器的容量应得到充分利用，并避免产生磁通直流分量3.2.3 相控整流电源设计 (2)计算整流变压器参数①变压器副边线电压、电流的计算②变压器原边线电压的确定及线电流的计算3)开关器件的选用与计算原则①计算每臂开关管的正反向峰值电压②计算每臂器件的电流③根据整流器的用途、使用场合及特殊要求确定电流和电压的安全裕量系数④根据开关器件参数、经济技术指标选用开关器件 3.2.3 相控整流电源设计 (4) 主要部件和器件的计算及选用①电压调节器的设计；②触发器的选用；③确定电压、电流检测方式；④平波电抗器的计算 　(5) 保护系统设计保护系统是整流装置的重要组成部分，其功能就是及时发现并切除故障，防止故障进一步扩大，造成重大经济损失保护系统主要包括过压抑制，过流及负载短路保护，电压电流上升率的限制等例设计一直流电动机驱动用晶闸管整流装置， 设计要求有:①负载要求额定负载电压UN = 220V额定负载电流IN = 25A，要求启动电流限制在60A，并且当负载电流降到3A时，电流仍然连续。

②整流器的电源参数电网频率为工频50Hz，电网额定线电压UL = 380V，电网电压波动±10％ 试确定整流装置主要电参数.例额定负载电压UN = 220V额定负载电流IN = 25A，要求启动电流限制在60A，并且当负载电流降到3A时，电流仍然连续电网频率为工频50Hz，电网额定线电压UL = 380V，电网电压波动±10％ 解:(1)整流器主电路设计 因为Pd＞5KW，所以采用三相桥式整流电路且带整流变压器例额定负载电压UN = 220V额定负载电流IN = 25A，要求启动电流限制在60A，并且当负载电流降到3A时，电流仍然连续电网频率为工频50Hz，电网额定线电压UL = 380V，电网电压波动±10％ 解:(2)晶闸管的选择①电流参数的选取电动机在启动过程中电流最大，因此以启动电流作为晶闸管电流参数计算的依据有效值：晶闸管通态平均电流：取安全裕量２，可取晶闸管额定电流为50A例额定负载电压UN = 220V额定负载电流IN = 25A，要求启动电流限制在60A，并且当负载电流降到3A时，电流仍然连续电网频率为工频50Hz，电网额定线电压UL = 380V，电网电压波动±10％。

解:在三相桥式整流整流电路中，晶闸管承受的峰值电压为　　 ，U2为变压器二次侧相电压有效值②电压参数的选取为可靠换相，取αmin = 30°，则因为存在±10％的波动，所以例额定负载电压UN = 220V额定负载电流IN = 25A，要求启动电流限制在60A，并且当负载电流降到3A时，电流仍然连续电网频率为工频50Hz，电网额定线电压UL = 380V，电网电压波动±10％ 解:②电压参数的选取晶闸管承受的峰值电压值：取安全裕量为２，则晶闸管电压值为588V晶闸管的确额定电压选取700V.可选晶闸管型号为KP50-700例额定负载电压UN = 220V额定负载电流IN = 25A，要求启动电流限制在60A，并且当负载电流降到3A时，电流仍然连续电网频率为工频50Hz，电网额定线电压UL = 380V，电网电压波动±10％ 解:(3)变压器的设计①变压器容量计算根据负载要求可知Id =25A变压器相电流有效值为：S1 =S2 =7.344KVA，取S为7.5KVA取I1=7A U1=380V I2=21A U2=120V S=7.5KVA变压器原边电流：例额定负载电压UN = 220V额定负载电流IN = 25A，要求启动电流限制在60A，并且当负载电流降到3A时，电流仍然连续。

电网频率为工频50Hz，电网额定线电压UL = 380V，电网电压波动±10％ 解:平波电抗器取：L=28(mH) IL=Id=25A(4)平波电抗器的计算最小平波电抗器值的计算公式:3.3　变压器漏感对相控整流电路的影响 变压器漏感的影响: 电感电流不能突变,因此,当负载电流从A相换相到B相时，A相电流逐渐减小，而B相电流是从零逐步增大，这个过程称为换相过程考虑变压器漏感的三相半波共阴极整流电路换相过程所对应的时间用电角度表示，叫换相重叠角，用γ表示 3.3　变压器漏感对相控整流电路的影响 考虑变压器漏感的三相半波共阴极整流电路simg换相过程影响: (1)输出电压降低 (2)换相时间长短与漏感大小有关, 与负载电流大小有关换相过程分析换相过程等效电路: VT1VT2设控制角为a. 经VT1~VT2回路电流为ik设负载电感较大,负载电流基本上为常数.回路电流为ik从0增加到Id时换相过程结束.求得ik即可算出换相重叠角 换相期间，ik=ib换相过程分析以自然换相点作为时间原点:t换相过程等效电路当触发脉冲到来到换流结束时，回路电流为ik从0增加到Id.换相过程分析换相压降计算： t换相过程等效电路换相过程分析换相压降计算： t换相压降与漏感及负载电流大小成正比其中变压器漏抗:换相过程等效电路换相过程分析换相重叠角g的计算 因为:t换相过程等效电路换相过程分析换相重叠角g的计算 换相过程等效电路相控整流电路换向压降和换向重叠角的计算 电路换向压降单相桥式m=2两相半波m=2三相半波m=3三相全桥m=6ΔUB（（U U2 2为相电压有效值）为相电压有效值） 返回返回3. 4 不可控整流电路 ■基本特点：电路中的电力电子器件采用整流二极管。

 这类电路也称为二极管整流电路常采用电容虑波■交—直—交变频器、不间断电源、开关电源等应用场合大都采用不可控整流电路■最常用的是单相桥式和三相桥式两种接法 3. 4 不可控整流电路 a)b)u2udi20dqpti2,u2,ud感容滤波的单相桥式不可控整流电路及其工作波形 ◆◆输出电压平均值 ☞☞空载时，， ☞☞重载时，，Ud逐渐趋近于0.9U2，，即趋近于接近电阻负载时的特性 ◆◆在设计时根据负载的情况选择电容C值，使 , 此时输出电压为： Ud≈1.2U23. 4 不可控整流电路 b)c)iaiaOO t t考虑感容滤波的三相桥式不可控整流电路及其波形a）原理图 b）轻载交流侧电流波形 c）重载交流侧电流波形■三相桥式不可控整流电路主要数量关系 ◆◆输出电压平均值 ☞☞Ud在（（2.34U2 ~2.45U2））之间变化 ◆◆电流平均值 ☞☞二极管电流平均值为Id的1/3，，即 ID=Id/3=IR/33.5　整流电路的谐波分析 1、谐波问题的提出2、谐波分析基本方法：傅立叶级数分析方法3、降低谐波的方法要点：谐波的概念非正弦电压u(wt)分解为如下形式的傅里叶级数：正弦波电压可表示为： 式中U为电压有效值；u为初相角；为角频率，=2f=2/ T；f为频率； T为周期n=1, 2, 3…式中:?谐波的概念非正弦电压u(wt) 傅里叶级数形式：式中:◆◆基波分量:◆◆n次谐波：：非正弦电流i(wt) 具有相似的傅里叶级数形式无功与功率因数的概念式中：为电流滞后于电压的相位差。

视在功率： S=UI 无功功率： Q=UIsin  功率因数： 无功功率Q与有功功率P、视在功率S之间的关系： ◆◆正弦电路 有功功率：无功与功率因数的概念◆非正弦电路 -- 假设电压是正弦波输入功率因数：交流电源输入有功功率平均值P与视在功率S之比视在功率： S=UI 式中：1为基波电流滞后于电压的相位差有功功率： I1/I：称为基波因数 cos1：：称为位移因数或基波功率因数◆非正弦电路 -- 假设电压是正弦波只要电流存在谐波, 有 PF<1无功与功率因数的概念无功功率： 一般定义为（反映了能量的流动和交换）： 3.5.1 问题的提出◆谐波和无功的危害：谐波会导致损耗增加、影响周围设备正常工作，无功将浪费电网容量，降低电网系统使用效益◆电力电子器件工作在开关状态，是非线性元件，导致流过器件、电网侧的电流具有非正弦形式，导致输入侧电流谐波(harmonics)与无功(reactive power)增加 ◆随着电力电子技术的发展，其应用日益广泛，由此带来的谐波和无功问题日益严重，引起了关注有必要对此进行分析、寻找解决方法3.5. 2 谐波分析　◆谐波分析基本方法：傅立叶级数分析方法◆分析两种方波电流的谐波：1、180°方波电流180°180°2、120°方波电流120°120°180°方波电流谐波分析　单相桥式全控整流电路大电感负载时流过整流变压器的电流即为180°方波波形。

180°180°a注意：坐标右移a不改变各次谐波有效值180°180°oti2IdId主要讨论上述电流波形各次谐波有效值180°方波电流谐波分析　将电流波形分解为傅里叶级数，可得:其中基波和各次谐波有效值为: n=1,3,5,… 180°180°oti2IdId180°方波电流谐波分析　◆功率因数 ☞基波电流有效值为:☞i2的有效值I=Id，可得基波因数为: ☞ 位移因数为: (电流基波与电压的相位差就等于控制角) ☞功率因数为：180°180°a120°方波电流谐波分析　三相桥式全控整流电路大电感负载时流过整流变压器的电流即为120°方波波形◆电流波形分解为傅立叶级数 120°120°Id120°方波电流谐波分析　120°120°Id电流基波和各次谐波有效值分别为:电流中仅含6k1（k为正整数）次谐波120°方波电流谐波分析　◆◆功率因数☞☞基波因数为:☞☞电流基波与电压的相位差仍为 ，，故位移因数仍为 :☞☞功率因数为:120°120°3.5.3　降低谐波的方法 ■ 采用电力电子补偿装置如输入侧加装APF装置（有源电力虑波器）■ 电力电子装置前端直接增加功率因数校正装置3.6 大功率整流电路 在相控整流电路中如果要实现采用相同器件达到更大的功率，需要采用大功率整流电路。

大功率整流电路中，为减少交流侧输入电流的谐波或提高功率因数，从而减小对供电电网的干扰，常采用多重化整流电路3.6 大功率整流电路 在相控整流电路中如果要实现采用相同器件达到更大的功率，需要采用大功率整流电路 ◆带平衡电抗器的双反星形整流电路 ◆多重化整流电路3.6.1 带平衡电抗器的双反星形相控整流电路关键:理解平衡电抗器LP的作用3.6.1 带平衡电抗器的双反星形整流电路 在电解电镀等工业应用中，经常需要低压大电流的可调直流电源如果采用三相桥式电路，电流通道中有两个晶闸管串联，管压降较大，降低了效率在这种情况下，可采用带平衡电抗器的双反星形相控整流电路6相半波共阴极整流电路wtu2123456A在A点时刻, T1开始承受正偏电压，给T1触发脉冲，T1导通 自然换相点:相电压的交点:A、B等时刻 B在B点时刻,T2开始承受正偏电压，给T2触发脉冲，T2导通 .T1关断触发顺序：T1T2…T6T1晶闸管电流有效值:一周期中每个晶闸管导通的时间只有60°带平衡电抗器的双反星形相控整流电路电路特点:带平衡电抗器的双反星形相控整流电路采用对称控制, 有:一周期中每个晶闸管导通的时间120°晶闸管电流有效值:<带平衡电抗器的双反星形整流电路有以下特点：①两组三相半波电路双反星形并联工作，整流电压的脉动情况比三相半波时小得多。

②同时有两相导电，变压器磁路平衡，不存在直流磁化问题③与六相半波电路相比，变压器二次绕组的利用率提高了一倍，所以变压器的设备容量比六相半波整流时小④整流器件流过电流的有效值，电感性负载时比六相半波电路小，故提高了整流器件的负载能力3.6.2 多重化整流电路大功率整流电路中，为减少交流侧输入电流的谐波或提高功率因数，从而减小对供电电网的干扰，常采用多重化整流电路并联多重联结并联多重联结: : 负载电流是各整流电路输出电流之和串联多重联结串联多重联结: : 负载电压是各整流电路输出电压之和3.6.2 多重化整流电路并联多重联结并联多重联结串联多重联结串联多重联结3.7　相控整流电路的有源逆变工作状态 　　如把直流电能变为交流电能回馈交流电网，称为有源逆变，完成有源逆变的装置称为有源逆变器 3.7.1 有源逆变的工作原理 3.7.2 三相半波有源逆变电路 3.7.3 三相桥式有源逆变电路 3.7.4 逆变失败与最小逆变角的限制 　　把直流电能变为交流电的过程称为逆变如交流电送普通负载如电机使用，则此种逆变称为无源逆变3.7.1 有源逆变的工作原理 　　把直流电能变为交流电能输出给交流电网，称为有源逆变，完成有源逆变的装置称为有源逆变器。

１．全波整流电路的整流工作状态 3.7.1 有源逆变的工作原理１．全波整流电路的整流工作状态 当控制角α在0～90°范围内变化时，直流侧输出电压Ud>0整流器输出功率，电动机吸收功率，此时电动机处于电动工作状态，电流值为：逆变:因Id方向不能变,要求Ud<0,必须E<0２．全波整流电路的逆变工作状态Eug1ug2u1u2UdT1导通T2导通T1导通T2导通设负载电感较大,负载电流连续. E<0输出整流电压平均值:时输出电压平均值<0>0直流电能变为交流电能回馈电网ug1ug2２．全波整流电路的逆变工作状态有源逆变的条件为：①要有直流电动势源，其极性必须与晶闸管的导通方向一致（E<0)②变流器直流侧电压平均值必须小于零，即：Ud<0，为此控制角α应大于90°逆变角:逆变电压:Eug1ug2u1u2UdT1导通T2导通T1导通T2导通3.7.2 3.7.2 三相半波有源逆变电路三相半波有源逆变电路 逆变器逆变工作时，直流侧电压计算公式和整流时一样 引入逆变角β，令β=π-α，则： wtu2uaubucE21ud3bb3a考虑控制角a>90°情况:输出电压为负,但电流方向不变直流侧电能回馈电网 bb3.7.3 三相桥式有源逆变电路 逆变角: β=π-α 整流电压: a>90°时输出电压为负逆变电压: ubucuauaβ21uac3243546516655416ugu2tubcuabudE逆变电路波形(E<0)Ud3.7.3 三相桥式有源逆变电路 输出直流电流的平均值: 从交流侧送到直流侧负载的有功功率: 设id=Id , 近似直流逆变电压: 流过晶闸管电流的有效值: 变压器二次侧线电流有效值: 3.7.4 3.7.4 逆变失败与最小逆变角的限制逆变失败与最小逆变角的限制 由于逆变电路通常内阻很小，逆变运行时，如果出现变流器输出的平均电压和外接的直流电动势变成顺向串联, 或变流器输出的平均电压与直流电源之差过大，就会在ud、R、E等之间形成短路，产生极大的短路电流，从而将损害变流器。

这种情况称为逆变失败，或称为逆变颠覆 逆变电路应用的关键问题就是要防止逆变失败 逆变颠覆问题:电源缺相导致逆变失败分析 1233wtu2uaubucEbbbudba逆变电路正常工作波形设T1触发脉冲到来之前a相电源突然掉电. 设b<60°123wtu2uaubucEbudb3bba逆变失败工作波形ØT1触发脉冲到来后T3维持导通ØT2触发脉冲到来时因c相电压高于b相电压，T3仍维持导通Ud=0Id逆变失败的原因主要有：1、触发电路工作不可靠，致使晶闸管不能正常换相，使交流电压和直流电动势顺向串联，形成短路2、晶闸管发生故障，器件失去阻断能力，或应导通时刻不能导通，造成逆变失败3、在逆变工作时，交流电源发生缺相或突然消失，由于直流电动势的存在，晶闸管仍可导通，此时变流器交流侧由于失去了同直流电动势极性相反的交流电压，因此直流电动势将经晶闸管电路而短路4、换相裕量角不足，引起换相失败，应考虑变压器漏抗引起的换相重叠角对逆变电路换相的影响逆变失败的防止最小逆变角βmin的选取要考虑以下因素：①换相重叠角γ，一般取15～25°电角度②晶闸管关断时间tq所对应的电角度δ，一般tq大的可达200～300μs，折算电角度δ为4～5°。

③安全裕量角θ考虑脉冲调整时不对称、电网波动等因素影响，还必须留有一个安全裕量角，一般选取θ为10°最小逆变角βmin为：1、硬件工作可靠2、设置最小控制角，确保可靠换相3.7.5 晶闸管-直流电动机系统工作原理3.7.5 晶闸管-直流电动机系统工作原理第一象限：电流Id大于零，电动机电磁转矩与电流成正比，因此电动机电磁转矩大于零，转矩方向是驱动电动机正转；电机正转，反电动势EM与电动机转速成正比１组桥工作在整流状态，α<90°，Ud>EM，电流从Ud正极性端流出，故整流桥输出电能；电流从EM正极性端流入，电动机吸收电能，处于正转电动状态 正转整流3.7.5 晶闸管-直流电动机系统工作原理第二象限：电流Id小于零，２组桥工作；转速大于零，电动机正转，EM极性不变，由电流方向可知，UdEM，电流从EM正极性端流入，电动机吸收电能，电机处于反转电动状态；２组桥电流从Ud正极性端流出，输出电能，处于整流状态。

反转整流3.7.5 晶闸管-直流电动机系统工作原理第四象限：电流Id大于零，１组桥工作；转速小于零，电动机反转，EM极性不变，由电流方向可知，Ud

T2截止在uTB正半周前期，uQ依然小于1.4V, D1、T2保持截止当Q点电位达到1.4V时，T2导通T2导通T2截止uQ变化与电源同频率、相位2．锯齿波的形成环节T1、Dz、RP2和R3为一恒流源C2两端电压Uc为:Q点电压≈1.4V时, T2导通C2迅速放电, T3截止,ue3=0Q点电压<1.4V时, T2截止Uc2线性增长，即T3的基极电位线性增长 ue3线性增长wtuTBuQT2截止T2导通T2截止ue3240°3．脉冲移相环节ue3是与主电路频率同步的锯齿波电压根据叠加原理，T4基极电压为： 2ub4 =(ue3＋up＋uco)/3upucoue3wtub4wtup偏置电压,电路整定用uco控制电压,调整T4基极电位过零时刻,从而控制输出脉冲相位T4导通后,T4基极电压为0.7V4．脉冲的形成与放大环节T4基极控制电压ub4 <0.7Vub4<0.7V,无脉冲输出uAE1uguC32E1T4截止, T5饱和导通， uc5接近于-E1 T7、T8处于截止状态，无脉冲输出C3充电，充满后电容电压接近2E1 ub4-E1ub5t14．脉冲的形成与放大环节电容C3经电源+E1、R11、D4、T4放电和反向充电，使T5基极电位又逐渐上升.ub4 >0.7V, uC3 >E1时段T7、T8导通，输出触发脉冲ub4uAE1-E1ub5-E1uguC32E1T4导通，A点电位由+E1迅速降低至1.0V,T5立即截止T7、T8:功率放大t1 t24．脉冲的形成与放大环节ub4 >0.7V, uC3 <=E1时段ub4uAE1-E1ub5-E1uguC32E1T4导通，T5截止,C3经+E1、R11、T4放电和反向充电直到uc3 <=E1时, ub5>-E1，T5重新导通 T5导通后,T7、T8截止，输出脉冲终止输出脉冲宽度: uc3从2E1E1所需时间E1t1 t2 t34．脉冲的形成与放大环节ub4 <0.7V, uC3 :E12E1T4截止, T5继续导通uc3从E12E1,充电结束ub4uAE1-E1ub5-E1uguC32E1E1C3经+E1、R9、T5充电,A点电位上升2E1ub4>0.7V, 输出宽度可控的脉冲t1 t2 t3 t4 t5主要环节波形wtuTBuQue3upucoub4(ue3＋up＋uco)/3uAE1-E1ub5-E1uguc32E1E1说明：wtuTBuQue3upucoub4(ue3＋up＋uco)/3uAE1-E1ub5-E1uguc32E1E11、锯齿波得宽度通常为240°前30 °后30 °线性度不好，通常不用。

2、调整偏置电压及控制电压uco,使输出触发脉冲a=0位于锯齿的30 °位置，或同步信号的210 °位置3、同时使控制电压uco=0时使输出触发脉冲对应于a=90 °（大电感负载）或150 °（三相整流电阻负载）或180 °（单相整流电阻负载）5．双窄脉冲的形成环节当T5、T6都导通时，T7、T8截止，没有脉冲输出只要T5、T6有一个截止，都会使T7、T8导通，有脉冲输出本相触发单元控制T5的截止后一相触发单元的X输出线连接到本单元的Y输入线，控制T6的截止6．强触发环节　　强触发环节可以宿短晶闸管的开通时间，提高晶闸管承受di/dt的能力，有利于改善串并联器件动态均压和均流ub7ug15V无强触发环节有强触发环节ug15V30V3.8.2 触发电路的定相■定相概念：触发电路应保证每个晶闸管触发脉冲与施加于晶闸管的交流电压保持固定、正确的相位关系■触发电路的定相 ◆利用一个同步变压器保证触发电路和主电路频率一致 ◆选择同步电压信号的相位，以保证触发脉冲相位正确，关键是确定同步信号与晶闸管阳极电压的关系 三相全控桥触发电路的定相◆◆三相全控桥晶闸管触发顺序：VT1-VT2-…-VT6-VT1。

相互间相差 60°◆◆ VT1触发脉冲a=0位于相电压ua30 °位置触发脉冲要求：三相全控桥触发电路的定相假设：1、采用锯齿波触发电路2、a=0位于同步信号的 210 °位置Otuaubucu2ua-VT1触发脉冲a=0时刻-ua相位恰好满足VT1定相同步信号的要求三相全控桥触发电路的定相同步变压器联结形式：D D/y-11,5整流变压器联结形式：D D/y-11D,y 11D,y 5-11TRTSuAuBuCuaubuc- usa u-sb- usc usausb usc整流变压器同步变压器UcUsc-UsaUbUsb-Usc-UsbUaUsaUAB矢量图-usa相位满足VT1定相要求三相全控桥触发电路的定相晶闸管晶闸管VT1VT2VT3VT4VT5VT6主电路主电路电压电压+ua -uc +ub -ua +uc -ub 同步电同步电压压-usa +usc -usb +usa -usc +usb 三相全控桥各晶闸管的同步电压AC/DC 小结1. 整流是将交流电变换为直流电的过程2. 以二极管为开关器件的整流电路输出的直流电压不受控制信号控制，完全由输入电压决定，电路简单，使用广泛3. 传统的整流电路以晶闸管作为开关器件，通过改变晶闸管的控制角来调节输出直流电压。

整流电路的这种控制方式称为相位控制方式（调相控制）本章介绍了单相半波、单相桥式、三相半波、三相桥式整流电路的结构、工作原理、主要数量关系AC/DC 小结4. 相控整流目前仍是大功率交流-直流变换的重要方法，仍在同步电动机直流励磁、电解电镀电源、直流传动等领域获得广泛应用5.相控有源逆变利用晶闸管将直流电能回馈电网实现相控有源逆变的必要条件是：直流电势变负且晶闸管的控制角大于90度有源逆变电路工作中需注意逆变颠覆问题6.相控整流电路主要问题： （1）给电网带来有害的交流谐波电流 （2）控制角大时输入功率因数很低练习 练习 练习 练习 。