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第七节第七节 大功率可控整流电路大功率可控整流电路一一. 带平衡电抗器的双反星形带平衡电抗器的双反星形 可控整流可控整流电路电路二二. 多重化整流电路多重化整流电路1整流电路 最新第七节第七节 大功率可控整流电路大功率可控整流电路··引言引言带平衡电抗器的双反星形可控整流电路的特点：适用于低电压、大电流的场合多重化整流电路的特点：在采用相同器件时可达到更大的功率可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2整流电路 最新一一. 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电路结构的特点电路结构的特点图2-35  带平衡电抗器的双反星形可控整流电路二次侧为两组匝数相同极性相反的绕阻，分别接成两组三相半波电路二次侧两绕组的极性相反可消除铁芯的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导电与三相桥式电路相比，双反星形电路的输出电流可大一倍3整流电路 最新一一. 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绕组的极性相反的目的：消除直流磁通势消除直流磁通势如图可知，虽然两组相电流的瞬时值不同，但是平均电流相等而绕组的极性相反，所以直流安匝互相抵消。

图2-36  双反星形电路，  =0时两组整流电压、电流波形ttud1uaubuciaud2ia'uc'ua'ub'uc'OtOOtOId12Id16Id12Id164整流电路 最新一一. 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接平衡电抗器的原因：接平衡电抗器的原因：当电压平均值和瞬时值均相等时，才能使负载均流两组整流电压平均值相等，但瞬时值不等ttud1uaubuciaud2ia'uc'ua'ub'uc'OtOOtOId12Id16Id12Id165整流电路 最新一一. 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接平衡电抗器的原因：接平衡电抗器的原因：两个星形的中点n1和n2间的电压等于ud1和ud2之差该电压加在Lp上，产生电流ip，它通过两组星形自成回路，不流到负载中去，称为环流环流或平衡电流平衡电流ttud1uaubuciaud2ia'uc'ua'ub'uc'OtOOtOId12Id16Id12Id166整流电路 最新一一. 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接平衡电抗器的原因：接平衡电抗器的原因：为了使两组电流尽可能平均分配，一般使Lp值足够大，以便限制环流在负载额定电流的1%～2%以内。

7整流电路 最新一一. 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双反星形电路中如不接平衡电抗器，即成为六相半波整流电路六相半波整流电路：：只能有一个晶闸管导电，其余五管均阻断，每管最大导通角为60o，平均电流为Id/6当α=0o 时，Ud为1.35U2，比三相半波时的1.17U2略大些因晶闸管导电时间短，变压器利用率低，极少采用平衡电抗器的作用：平衡电抗器的作用：使得两组三相半波整流电路同时导电对平衡电抗器作用的理解是掌握双反星形电路原理的关键8整流电路 最新一一. 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平衡电抗器使得两组三相半波整流电路同时导电的原理分析原理分析：：图2-37  平衡电抗器作用下输出电压的波形和平衡电抗器上电压的波形图2-38  平衡电抗器作用下两个晶闸管同时导电的情况平衡电抗器Lp承担了n1、n2间的电位差，它补偿了ub′和ua的电动势差，使得ub′和ua两相的晶闸管能同时导电upud1,ud2OO60 °360 °t1ttb)a)uaubucuc'ua'ub'ub'9整流电路 最新一一. 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平衡电抗器使得两组三相半波整流电路同时导电的原理分析原理分析：： 时，ub′>ua，VT6导通，此电流在流经LP时，LP上要感应一电动势up，其方向是要阻止电流增大。

可导出Lp两端电压、整流输出电压的数学表达式如下：图2-38  平衡电抗器作用下两个晶闸管同时导电的情况图2-37  平衡电抗器作用下输出电压的波形和平衡电抗器上电压的波形upud1,ud2OO60 °360 °t1ttb)a)uaubucuc'ua'ub'ub'10整流电路 最新一一. 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平衡电抗器使得两组三相半波整流电路同时导电的原理分析原理分析：：（2-97）（2-98）图2-37  平衡电抗器作用下输出电压的波形和平衡电抗器上电压的波形upud1,ud2OO60 °360 °t1ttb)a)uaubucuc'ua'ub'ub'图2-38  平衡电抗器作用下两个晶闸管同时导电的情况11整流电路 最新一一. 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原理分析原理分析(续续)：：虽然              ，但由于Lp的平衡作用，使得晶闸管VT6和VT1同时导通 时间推迟至ub′与ua的交点时， ub′ = ua ，            图2-38  平衡电抗器作用下两个晶闸管同时导电的情况图2-37  平衡电抗器作用下输出电压的波形和平衡电抗器上电压的波形upud1,ud2OO60 °360 °t1ttb)a)uaubucuc'ua'ub'ub'12整流电路 最新一一. 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原理分析原理分析(续续)：：之后 ub′ < ua ，则流经 ub′相的电流要减小，但Lp有阻止此电流减小的作用，up的极性反向，Lp仍起平衡的作用，使VT6继续导电。

图2-38  平衡电抗器作用下两个晶闸管同时导电的情况图2-37  平衡电抗器作用下输出电压的波形和平衡电抗器上电压的波形upud1,ud2OO60 °360 °t1ttb)a)uaubucuc'ua'ub'ub'13整流电路 最新一一. 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原理分析原理分析(续续)：： 直到 ua′ > ub′           电流才从VT6换至VT2此时VT1、VT2同时导电每一组中的每一个晶闸管仍按三相半波的导电规律而各轮流导电图2-38  平衡电抗器作用下两个晶闸管同时导电的情况图2-37  平衡电抗器作用下输出电压的波形和平衡电抗器上电压的波形upud1,ud2OO60 °360 °t1ttb)a)uaubucuc'ua'ub'ub'14整流电路 最新一一. 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由上述分析以可得：图2-37  平衡电抗器作用下输出电压的波形和平衡电抗器上电压的波形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。

波形如图2-37 a2-98）谐波分析详细分析ud中的谐波分量比直流分量要小得多，且最低次谐波为六次谐波直流平均电压为：u ,uupd1d2OO60 °360 °t1ttb)a)uaubucuc'ua'ub'ub'15整流电路 最新一一. 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接平衡电抗器的原因：接平衡电抗器的原因：当电压平均值和瞬时值均相等时，才能使负载均流两组整流电压平均值相等，但瞬时值不等两个星形的中点n1和n2间的电压等于ud1和ud2之差该电压加在Lp上，产生电流ip，它通过两组星形自成回路，不流到负载中去，称为环流环流或平衡电流平衡电流为了使两组电流尽可能平均分配，一般使Lp值足够大，以便限制环流在负载额定电流的1%～2%以内16整流电路 最新一一. 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  =30 、、   =60 和和  =90 时时输输出出电电压压的的波波形形分析分析图2-39  当  =30、60、90时，双反星形电路的输出电压波形 分析输出波形时，可先求出ud1和ud2波形，然后根据式（2-98）做出波形( ud1+ud2 ) / 2。

输出电压波形与三相半波电路比较，脉动程度减小了，脉动频率加大一倍，f=300Hz电感负载情况下，移相范围是90电阻负载情况下，移相范围为12090=60=30=udududtOtOtOuaubucuc'ua'ub'ubucuc'ua'ub'ubucuc'ua'ub'17整流电路 最新一一. 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整流电压平均值与三相半波整流电路的相等，为:     Ud=1.17 U2 cos   将双反星形电路与三相桥式电路进行比较可得出以下结论：三相桥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当U2相等时，双反星形的Ud是三相桥的1/2，而Id是三相桥的2倍两种电路中，晶闸管的导通及触发脉冲的分配关系一样，ud和id的波形形状一样数值、高度是否一样）18整流电路 最新二二. 多重化整流电路多重化整流电路概述：            整流装置功率进一步加大时，所产生的谐波、无功功率等对电网的干扰也随之加大，为减轻干扰，可采用多重化整流电路原理：    按照一定的规律将两个或更多的相同结构的整流电路 进行组合得到。

目标：    移项多重联结减少交流侧输入电流谐波，串联多重整流电路采用顺序控制可提高功率因数19整流电路 最新二二. 多重化整流电路多重化整流电路1. 移相多重联结移相多重联结图2-40  并联多重联结的12脉波整流电路有并联多重联结和串联多重联结可减少输入电流谐波，减小输出电压中的谐波并提高纹波频率，因而可减小平波电抗器使用平衡电抗器平衡电抗器来平衡2组整流器的电流2个三相桥并联而成的12脉波整流电路脉波整流电路20整流电路 最新二二. 多重化整流电路多重化整流电路移相移相30 构成的串联构成的串联2重联结电路重联结电路图2-41  移相30串联2重联结电路 图2-42  移相30串联2重联结电路电流波形整流变压器二次绕组分别采用星形和三角形接法构成相位相差30、大小相等的两组电压该电路为12脉波整流电路0a)b)c)d)ia1Id180°360°ia2iab2'iAIdiab2tttt000Id2333Id33IdId323(1+ )Id323(1+)Id33Id13星形三角形21整流电路 最新二二. 多重化整流电路多重化整流电路iA基波幅值Im1和n次谐波幅值Imn分别如下：（2-103）（2-104）即输入电流谐波次数为12k±1，其幅值与次数成反比而降低。

该电路的其他特性如下：直流输出电压    位移因数     cosj j1 1=cos  （单桥时相同）功率因数     =n n cosj j1 1 =0.9886cos 22整流电路 最新二二. 多重化整流电路多重化整流电路利用变压器二次绕阻接法的不同，互相错开20，可将三组桥构成串联串联3重联结电路重联结电路：整流变压器采用星形三角形组合无法移相20，需采用曲折接法整流电压ud在每个电源周期内脉动18次，故此电路为18脉脉波整流电路波整流电路交流侧输入电流谐波更少，为18k±1次（k=1, 2, 3…），ud的脉动也更小输入位移因数和功率因数分别为：cosj j1 1=cos   =0.9949cos 23整流电路 最新二二. 多重化整流电路多重化整流电路将整流变压器的二次绕组移相15，可构成串串联联4重联结电路重联结电路：： 为为24脉波整流电路脉波整流电路 其交流侧输入电流谐波次为24k±1，k=1，2，3… 输入位移因数功率因数分别为：cosj j1 1=cos  =0.9971cos 采用多重联结的方法并不能提高位移因数，但可使输入电流谐波大幅减小，从而也可以在一定程度上提高功率因数。

24整流电路 最新二二. 多重化整流电路多重化整流电路2. 多重联结电路的顺序控制多重联结电路的顺序控制只对一个桥的 角进行控制，其余各桥的工作状态则根据需要输出的整流电压而定   或者不工作而使该桥输出直流电压为零   或者  =0而使该桥输出电压最大根据所需总直流输出电压从低到高的变化，按顺序依次对各桥进行控制，因而被称为顺序控制顺序控制不能降低输入电流谐波，但是总功率因数可以提高我国电气机车的整流器大多为这种方式25整流电路 最新二二. 多重化整流电路多重化整流电路 3重晶闸管整流桥顺序控制重晶闸管整流桥顺序控制 图2-43  单相串联3重联结电路及顺序控制时的波形控制过程可详见教材从电流i的波形可以看出，虽然波形并为改善，但其基波分量比电压的滞后少，因而位移因数高，从而提高了总的功率因数a)db)c)iId2 IduOp +26整流电路 最新第七节第七节 整流电路的有源逆变工作状态整流电路的有源逆变工作状态一一. 逆变的概念逆变的概念二二. 三相桥整流电路的有源逆变工作状态三相桥整流电路的有源逆变工作状态三三. 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27整流电路 最新一一. 逆变的概念逆变的概念1. 什么是逆变什么是逆变？？为什么要逆变为什么要逆变？？逆变（Invertion）——把直流电转变成交流电，整流的逆过程。

逆变电路——把直流电逆变成交流电的电路有源逆变电路——交流侧和电网连结   应用：直流可逆调速系统、交流绕线转子异步电动机串级调速以及高压直流输电等无源逆变电路——变流电路的交流侧不与电网联接，而直接接到负载，将在第5章介绍对于可控整流电路，满足一定条件就可工作于有源逆变，其电路形式未变，只是电路工作条件转变既工作在整流状态又工作在逆变状态，称为变流电路变流电路28整流电路 最新一一. 逆变的概念逆变的概念2. 直流发电机直流发电机—电动机系统电能的流转电动机系统电能的流转图2-44  直流发电机—电动机之间电能的流转a）两电动势同极性EG >EM     b）两电动势同极性EM >EG c）两电动势反极性，形成短路电路过程分析两个电动势同极性相接时，电流总是从电动势高的流向低的，回路电阻小，可在两个电动势间交换很大的功率29整流电路 最新一一. 逆变的概念逆变的概念3. 逆变产生的条件逆变产生的条件单相全波电路代替上述发电机图2-45  单相全波电路的整流和逆变a)b)u10udu20u10OOttIdidUd>EMu10udu20u10OOttIdidUd

晶闸管的控制角 >      /2，使Ud为负值a)b)u10udu20u10OOttIdidUd>EMu10udu20u10OOttIdidUd p p /2时的控制角用p-p-   = b b表示，b b 称为逆变角逆变角逆变角b b和控制角 的计量方向相反，其大小自b =0的起始点向左方计量33整流电路 最新二二. 三相桥整流电路的有源逆变工作状态三相桥整流电路的有源逆变工作状态三相桥式电路工作于有源逆变状态，不同逆变角时的输出电压波形及晶闸管两端电压波形如图2-46所示。

图2-46  三相桥式整流电路工作于有源逆变状态时的电压波形uabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbuabuacubcuaubucuaubucuaubucuaubu2udtOtOb =p4b =p3b =p6b =p4b =p3b =p6t1t3t2动画演示34整流电路 最新二二. 三相桥整流电路的有源逆变工作状态三相桥整流电路的有源逆变工作状态有源逆变状态时各电量的计算：输出直流电流的平均值亦可用整流的公式，即（2-105）每个晶闸管导通2p p/3，故流过晶闸管的电流有效值为：（2-106）从交流电源送到直流侧负载的有功功率为：（2-107）当逆变工作时，由于EM为负值，故Pd一般为负值，表示功率由直流电源输送到交流电源2-108）在三相桥式电路中，变压器二次侧线电流的有效值为：35整流电路 最新2.3 2.3 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逆变失败逆变失败（逆变颠覆）       逆变时，一旦换相失败，外接直流电源就会通过晶闸管电路短路短路，或使变流器的输出平均电压和直流电动势变成顺向串联顺向串联，形成很大短路电流短路电流。

触发电路工作不可靠，不能适时、准确地给各晶闸管分配脉冲，如脉冲丢失、脉冲延时等，致使晶闸管不能正常换相晶闸管发生故障，该断时不断，或该通时不通交流电源缺相或突然消失换相的裕量角不足，引起换相失败1) 逆变失败的原因逆变失败的原因36整流电路 最新三三. 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逆变失败逆变失败（逆变颠覆）       逆变时，一旦换相失败，外接直流电源就会通过晶闸管电路短路短路，或使变流器的输出平均电压和直流电动势变成顺向串联顺向串联，形成很大短路电流短路电流触发电路工作不可靠，不能适时、准确地给各晶闸管分配脉冲，如脉冲丢失、脉冲延时等，致使晶闸管不能正常换相晶闸管发生故障，该断时不断，或该通时不通交流电源缺相或突然消失换相的裕量角不足，引起换相失败1. 逆变失败的原因逆变失败的原因37整流电路 最新三三. 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换相重叠角的影响：图2-47  交流侧电抗对逆变换相过程的影响当b >g 时，换相结束时，晶闸管能承受反压而关断如果b

 udOOidttuaubucuaubpbgb giVT1iVTiVT3iVTiVT32238整流电路 最新三三. 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2. 确定确定最小逆变角最小逆变角b bmin的依据的依据逆变时允许采用的最小逆变角b b 应等于b bmin=d d +g g+q q′                      （2-109）d d ——晶闸管的关断时间tq折合的电角度g g —— 换相重叠角q q′——安全裕量角tq大的可达200~300ms，折算到电角度约4~5随直流平均电流和换相电抗的增加而增大主要针对脉冲不对称程度（一般可达5）值约取为1039整流电路 最新三三. 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g g —— 换相重叠角的确定：1.查阅有关手册        举例如下：整流电压整流电流变压器容量短路电压比Uk%g g220V800A240kVA5%15~202.参照整流时g g 的计算方法（2-110）（2-111）根据逆变工作时            ，并设        ，上式可改写成这样， b bmin一般取30~35。

40整流电路 最新第八节第八节 晶闸管直流电动机系统晶闸管直流电动机系统一一. 工作于整流状态工作于整流状态二.二.工作于有源逆变状态工作于有源逆变状态三.三. 直流可逆电力拖动系统直流可逆电力拖动系统41整流电路 最新第八节第八节 晶闸管直流电动机系统晶闸管直流电动机系统··引言引言晶闸管直流电动机系统晶闸管直流电动机系统——晶闸管可控整流装置带直流电动机负载组成的系统是电力拖动系统中主要的一种是可控整流装置的主要用途之一 对该系统的研究包括两个方面：其一是在带电动机负载时整流电路的工作情况其二是由整流电路供电时电动机的工作情况本节主要从这个方面进行分析42整流电路 最新一一. 工作于整流状态时工作于整流状态时整流电路接反电动势负载时，负载电流断续，对整流电路和电动机的工作都很不利图2-48  三相半波带电动机负载且加平波电抗器时的电压电流波形通常在电枢回路串联一平波电抗器，保证整流电流在较大范围内连续，如图2-48udOidtuaubucudOiaibicictEUdidR43整流电路 最新一一. 工作于整流状态时工作于整流状态时此时，整流电路直流电压的平衡方程为                    式中，    为电动机的反电动势        负载平均电流Id所引起的各种电压降，包括：–变压器的电阻压降 –电枢电阻压降–由重叠角引起的电压降       晶闸管本身的管压降，它基本上是一恒值。

系统的两种工作状态：电流连续工作状态                                                   电流断续工作状态44整流电路 最新一一. 工作于整流状态时工作于整流状态时 转速与电流的机械特性关系式为                  1. 电流连续时电动机的机械特性电流连续时电动机的机械特性 在电机学中，已知直流电动机的反电动势为（2-113）可根据整流电路电压平衡方程式（2-112），得（2-114）（2-115）图2-49  三相半波电流连续时以电流表示的电动机机械特性其机械特性是一组平行的直线，其斜率由于内阻不一定相同而稍有差异调节  角，即可调节电动机的转速Ona1

               时为：                                  主电路电感足够大，可以只考虑电流连续段，完全按线性处理当低速轻载时，可改用另一段较陡的特性来近似处理，等效电阻要大一个数量级当Id减小至某一定值Id min以后，电流变为断续，这个       是不存在的，真正的理想空载点远大于此值图2-50  电流断续时电动势的特性曲线断续区特性的近似直线断续区连续区EE0E0'OIdminId(0.585U2)(     U2)246整流电路 最新一一. 工作于整流状态时工作于整流状态时电流断续时电动机机械特性电流断续时电动机机械特性的特点的特点：：图2-50  电流断续时电动势的特性曲线电流断续时理想空载转速抬高机械特性变软，即负载电流变化很小也可引起很大的转速变化随着a 的增加，进入断续区的电流值加大断续区特性的近似直线断续区连续区EE0E0'OIdminId(0.585 U2)(     U2)2Oa3a2a1Id分界线断续区连续区a5a4E0E图2-51  考虑电流断续时不同 时反电动势的特性曲线  1 < a 2 a 4>60 47整流电路 最新二二. 工作于有源逆变状态时工作于有源逆变状态时1. 电流连续时电动机的机械特性电流连续时电动机的机械特性电流连续时的机械特性由                         决定的。