第二章相控整流电路ppt课件.ppt

相控整流第二章第二章 相控整流电路相控整流电路相控整流要求及重点要求及重点•了解和掌握单相桥式、三相半波、三相桥式等了解和掌握单相桥式、三相半波、三相桥式等整流电路的电路构造、任务原理、波形分析、整流电路的电路构造、任务原理、波形分析、电气性能、分析方法和参数计算电气性能、分析方法和参数计算•重点：波形分析和根本电量计算的方法重点：波形分析和根本电量计算的方法•难点：不同负载对工况的影响和整流器交流侧难点：不同负载对工况的影响和整流器交流侧电抗对整流电路的影响电抗对整流电路的影响相控整流整流电路的分类整流电路的分类•不可控整流电路不可控整流电路•直流整流电压和交流电源电压的比固定直流整流电压和交流电源电压的比固定•全控整流电路全控整流电路•直流整流电压的平均值和极性可调直流整流电压的平均值和极性可调•半控整流电路半控整流电路•负载电压平均值可调、极性不能改动负载电压平均值可调、极性不能改动相控整流可控整流电路的分类可控整流电路的分类•按电路构造分类按电路构造分类•桥式电路〔又称全波电路或双拍电路〕桥式电路〔又称全波电路或双拍电路〕•零式电路〔又称半波电路或单拍电路〕零式电路〔又称半波电路或单拍电路〕•按输出电压脉波数分类按输出电压脉波数分类•单脉波电路单脉波电路•双脉波电路双脉波电路•三脉波电路三脉波电路•多脉波电路多脉波电路相控整流可控整流电路的分类〔续〕可控整流电路的分类〔续〕•按控制方式分类按控制方式分类•相控式电路相控式电路•斩控式电路斩控式电路•按组成器件分类按组成器件分类•全控型电路全控型电路•半控型电路半控型电路•按任务范围分类按任务范围分类•单象限电路单象限电路•多象限电路多象限电路•按电网相数分类按电网相数分类•单相电路单相电路•三相电路三相电路•多相电路多相电路相控整流可控整流电路的普通构造可控整流电路的普通构造•整流电路在运用中，应满足的根本技术要求整流电路在运用中，应满足的根本技术要求•整流电路的理想条件：整流电路的理想条件：•理想器件理想器件•理想电源理想电源相控整流整流电路的分析方法整流电路的分析方法•波形分析法：波形分析法：•根据电源电压根据电源电压 u2 和控制角和控制角 以及负载性质，作以及负载性质，作出负载电压出负载电压 ud 、负载电流、负载电流 id 、和整流元件的电、和整流元件的电压、电流波形图，从而导出根本电量的计算公式压、电流波形图，从而导出根本电量的计算公式及数量关系。

及数量关系•详细步骤：详细步骤：•1、绘出主电路原理图，标出各电量和元件序号；、绘出主电路原理图，标出各电量和元件序号；•2、画出相〔线〕电压波形图，确定自然换相点；、画出相〔线〕电压波形图，确定自然换相点；相控整流整流电路的分析方法〔续〕整流电路的分析方法〔续〕3、根据控制角、根据控制角 在相应位置上绘出触发脉冲，并在相应位置上绘出触发脉冲，并 标明相应序号；标明相应序号；4、根据可控整流电路的任务原理，绘出负载电压、根据可控整流电路的任务原理，绘出负载电压 ud、负载电流、负载电流 id 、、SCR电流电流 iT 等波形；等波形；5、根据波形图，导出根本电量的计算式；、根据波形图，导出根本电量的计算式；6、对整流电路进展综合评价例如：电路的优、、对整流电路进展综合评价例如：电路的优、 缺陷；电路的可控移相范围；负载电流能否连缺陷；电路的可控移相范围；负载电流能否连 续；整流元件接受的最大正、反向电压值；整续；整流元件接受的最大正、反向电压值；整 流电压流电压 ud 的纹波系数的纹波系数  w 和脉动系数和脉动系数  m 等相控整流整流电路的根本概念整流电路的根本概念•控制角控制角 •从晶闸管开场接受正向电压到被触发导通这从晶闸管开场接受正向电压到被触发导通这一角度。

一角度•导通角导通角 •晶闸管在一个周期内导通的电角度晶闸管在一个周期内导通的电角度•移相移相•改动控制角改动控制角的大小，即改动触发脉冲出现的大小，即改动触发脉冲出现的相位•移相控制移相控制相控整流整流电路的根本概念〔续〕整流电路的根本概念〔续〕•移相范围移相范围•控制角控制角的允许调理范围的允许调理范围•同步同步•触发脉冲信号和晶闸管电压〔即电源电压〕在触发脉冲信号和晶闸管电压〔即电源电压〕在频率和相位上的协调配合关系频率和相位上的协调配合关系•自然换相点自然换相点•当电路中的可控元件全部由不可控元件替代时，当电路中的可控元件全部由不可控元件替代时，各元件的导电转换点各元件的导电转换点相控整流单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路•任务原理任务原理任务原理任务原理•波形分析波形分析波形分析波形分析相控整流单相半波整流电路的根本电量单相半波整流电路的根本电量•直流平均电压直流平均电压 Ud 与控制角与控制角  的关系的关系: Ud = f ()•直流平均电流直流平均电流 Id 与与  的关系的关系: I d = f ()•负载两端的电压有效值负载两端的电压有效值U与与的关系：的关系： U = f ()相控整流单相半波整流电路的根本电量〔续〕单相半波整流电路的根本电量〔续〕•副边绕组电流有效值副边绕组电流有效值 I2 与与  的关系：的关系：I d = f ()•流过流过SCR的电流有效值的电流有效值 IT 和平均值和平均值 IdT• •SCR接受的最大正向电压接受的最大正向电压UDM和最大反向电压和最大反向电压URM相控整流单相半波整流电路的根本电量〔续〕单相半波整流电路的根本电量〔续〕•电路的功率因数电路的功率因数 cos 与与  的关系的关系• P---有效输出功率有效输出功率• S---次级视在功率次级视在功率相控整流单相半波整流电路的根本电量〔续〕单相半波整流电路的根本电量〔续〕•整流电压的纹波系数整流电压的纹波系数  w〔〔  = 0 º〕〕•整流电压的脉动系数整流电压的脉动系数  m〔〔  = 0 º〕〕相控整流单相半波整流电路的特点单相半波整流电路的特点•构造简单构造简单•单脉波电路单脉波电路•电压脉动率高电压脉动率高•变压器利用率低变压器利用率低•变压器存在直流磁化问题变压器存在直流磁化问题相控整流单相全控桥式整流电路〔单相全控桥式整流电路〔R负载〕负载〕•任务原理任务原理任务原理任务原理•波形分析波形分析波形分析波形分析相控整流单相全控桥式电路〔单相全控桥式电路〔R负载〕电量计算负载〕电量计算•输出平均电压输出平均电压 Ud•移相范围移相范围 0 º ～～ 180º•输出平均电流输出平均电流 Id•SCR平均电流平均电流 IdT = Id / 2相控整流•负载电压有效值负载电压有效值 U•变压器副边绕组电流有效值变压器副边绕组电流有效值 I2•流过晶闸管的电流有效值流过晶闸管的电流有效值•功率因数功率因数 cos 相控整流课堂思索〔一〕课堂思索〔一〕•试分析下面电路的输出电压波形：试分析下面电路的输出电压波形：相控整流单相全控桥式整流电路〔单相全控桥式整流电路〔L负载〕负载〕•任务原理任务原理任务原理任务原理•波形分析波形分析波形分析波形分析相控整流单相全控桥式电路〔单相全控桥式电路〔L〕电量计算〕电量计算•输出平均电压输出平均电压 Ud•移相范围移相范围 0 º ～～ 90º•输出平均电流输出平均电流 Id相控整流单相全控桥式电路〔单相全控桥式电路〔L〕电量计算〔续〕电量计算〔续〕〕•SCR平均电流平均电流 IdT = Id / 2•流过晶闸管的电流有效值流过晶闸管的电流有效值 IT •变压器副边绕组电流有效值变压器副边绕组电流有效值 I 2相控整流电流断续时特性分析电流断续时特性分析•负载电流断续时整流电压、电流波形负载电流断续时整流电压、电流波形•电流断续时电流断续时、、、、的关系：的关系：• 越大，越大，  越小越小• 越大，越大，  越大越大相控整流单相全控桥式整流电路〔反电势负载单相全控桥式整流电路〔反电势负载〕〕•任务原理任务原理任务原理任务原理•波形分析波形分析波形分析波形分析相控整流单相全控桥式电路〔单相全控桥式电路〔E〕电量计算〕电量计算•最小起始导电角最小起始导电角• >  时时• <  时时相控整流单相全控桥式整流电路〔单相全控桥式整流电路〔R、、L、、E〕〕•任务原理任务原理任务原理任务原理•波形分析波形分析波形分析波形分析•电量计算电量计算电量计算电量计算•和电感型负载一样和电感型负载一样和电感型负载一样和电感型负载一样相控整流单相桥式半控整流电路〔单相桥式半控整流电路〔L〕〕•任务原理任务原理任务原理任务原理•波形分析波形分析波形分析波形分析相控整流单相桥式半控整流〔单相桥式半控整流〔L〕电量计算〕电量计算•Ud 、、Id、、 U•计算公式与全控桥〔计算公式与全控桥〔R〕一样〕一样•流过变压器副边绕组的电流有效值流过变压器副边绕组的电流有效值 I2•流过流过SCR和整流管的电流平均值和有效值和整流管的电流平均值和有效值相控整流失失 控控 现现 象象 分分 析析•产生缘由产生缘由•忽然将触发脉冲切断忽然将触发脉冲切断•将将  角增大到角增大到 180 º•本质：本质：•对晶闸管的任务失去控制造用对晶闸管的任务失去控制造用•防止方法：防止方法：•加续流二极管加续流二极管相控整流失失 控控 现现 象象 分分 析〔续〕析〔续〕•任务原理任务原理任务原理任务原理•波形分析波形分析波形分析波形分析相控整流失失 控控 现现 象象 分分 析〔续〕析〔续〕•其它方式的单相桥式半控电路其它方式的单相桥式半控电路相控整流反电势负载单相半控桥式整流电路反电势负载单相半控桥式整流电路•波形分析波形分析波形分析波形分析•〔〔〔〔 b b〕电流延续时的电压电流波形〕电流延续时的电压电流波形〕电流延续时的电压电流波形〕电流延续时的电压电流波形•〔〔〔〔 c c〕电流断续时的电压电流波形〕电流断续时的电压电流波形〕电流断续时的电压电流波形〕电流断续时的电压电流波形相控整流单相整流电路的优、缺陷单相整流电路的优、缺陷•优点：优点：•构造简单构造简单•对触发电路的要求较低对触发电路的要求较低•缺陷：缺陷：•输出直流电压脉动大输出直流电压脉动大•易呵斥电网负载不平衡易呵斥电网负载不平衡相控整流三相半波可控整流电路〔三相半波可控整流电路〔R负载〕负载〕•任务原理任务原理任务原理任务原理•波形分析〔波形分析〔波形分析〔波形分析〔＝＝＝＝0º0º〕〕〕〕相控整流三相半波可控整流〔三相半波可控整流〔R〕〔续〕〕〔续〕•   ＝＝＝＝30º30º的任务情况的任务情况的任务情况的任务情况•此时负载电流此时负载电流此时负载电流此时负载电流处于延续和断处于延续和断处于延续和断处于延续和断续的临界形状。

续的临界形状续的临界形状续的临界形状相控整流三相半波可控整流〔三相半波可控整流〔R〕〔续〕〕〔续〕•    > 30º > 30º的任务情况的任务情况的任务情况的任务情况•移相范围为移相范围为移相范围为移相范围为150 º150 º•触发失败的缘由触发失败的缘由触发失败的缘由触发失败的缘由•触发脉冲在自然换触发脉冲在自然换触发脉冲在自然换触发脉冲在自然换相点之前且很窄相点之前且很窄相点之前且很窄相点之前且很窄•    角过小角过小角过小角过小•处理措施处理措施处理措施处理措施•限制限制限制限制     min min相控整流三相半波可控整流〔三相半波可控整流〔R〕电量计算〕电量计算•0 º 0 º             30 º 30 º•30 º 30 º             150 º 150 º相控整流三相半波可控整流电路〔三相半波可控整流电路〔L负载〕负载〕•任务原理任务原理任务原理任务原理•波形分析〔波形分析〔波形分析〔波形分析〔     30º 30º〕〕〕〕相控整流三相半波可控整流〔三相半波可控整流〔L〕电量计算〕电量计算•整流电压整流电压 Ud•整流电流整流电流 Id•变压器的相电流变压器的相电流 I2 ，，SCR的电流有效值的电流有效值 IT相控整流三相半波可控整流〔三相半波可控整流〔L〕电量计算〕电量计算•变压器副边容量变压器副边容量变压器副边容量变压器副边容量• S2 = 3U2I2 = 1.48 Pd S2 = 3U2I2 = 1.48 Pd•变压器原边容量变压器原边容量变压器原边容量变压器原边容量• S2 = 3U1I1 = 3U2I1 = 1.21 Pd ( S2 = 3U1I1 = 3U2I1 = 1.21 Pd (假设假设假设假设W1=W2W1=W2〕〕〕〕•变压器容量变压器容量变压器容量变压器容量• 相控整流三相半波可控整流电路的优、缺陷三相半波可控整流电路的优、缺陷•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•缺陷缺陷•变压器利用率低变压器利用率低•容易出现直流磁化景象容易出现直流磁化景象•零线上经过较大的负载电流零线上经过较大的负载电流相控整流三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路相控整流三相桥式全控整流电路〔续〕三相桥式全控整流电路〔续〕•构造：构造：•由两个〔一个为共阴极，一个为共阳极〕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。

三相半波整流电路组成•优点：优点：•变压器绕组无直流磁势；变压器绕组无直流磁势；•变压器绕组正负半周都任务，效率高变压器绕组正负半周都任务，效率高相控整流三相桥式全控整流电路的触发要求三相桥式全控整流电路的触发要求•本组内本组内SCR每隔每隔 120换流一次；换流一次；共阴极与共阳极组的换流点相隔共阴极与共阳极组的换流点相隔 60 •SCR的导照射序：的导照射序：•(6-1)   (1-2)   (2-3)   (3-4)   (4-5)   (5-6)•自然换相点为相电压〔或线电压〕的交点自然换相点为相电压〔或线电压〕的交点•必需运用双窄脉冲或宽脉冲〔见下页〕必需运用双窄脉冲或宽脉冲〔见下页〕相控整流三相桥式全控整流的触发要求〔续〕三相桥式全控整流的触发要求〔续〕•〔〔a〕变压器副边〕变压器副边 三相电压波形三相电压波形•〔〔b〕宽脉冲触发〕宽脉冲触发•〔〔c〕双窄脉冲触发〕双窄脉冲触发相控整流三相桥式全控整流电路〔三相桥式全控整流电路〔L〕〕•任务原理任务原理任务原理任务原理•波形分析〔波形分析〔波形分析〔波形分析〔 = 0º = 0º〕〕〕〕相控整流三相桥式全控整流电路〔三相桥式全控整流电路〔L〕〔续〕〕〔续〕    = 30º = 30º     = 60º = 60º 相控整流三相桥式全控整流电路〔三相桥式全控整流电路〔L〕〔续〕〕〔续〕    = 90º = 90º     = 120º = 120º 相控整流三相桥式全控整流〔三相桥式全控整流〔L〕电量计算〕电量计算•整流电压整流电压 Ud•变压器的相电流变压器的相电流 I2相控整流三相桥式全控整流电路〔三相桥式全控整流电路〔R〕〕•任务原理任务原理任务原理任务原理•波形分析波形分析波形分析波形分析•〔〔〔〔a a〕〕〕〕 = 60 º = 60 º•〔〔〔〔b b〕〕〕〕 60 º 60 º         120 º 120 º相控整流三相桥式全控整流〔三相桥式全控整流〔R〕电量计算〕电量计算•整流电压整流电压 Ud• 0 º     60 º• 60 º     120 º相控整流三相桥式半控整流电路三相桥式半控整流电路•任务原理任务原理任务原理任务原理• 由一个三相半由一个三相半由一个三相半由一个三相半波不控整流电波不控整流电波不控整流电波不控整流电路与一个三相路与一个三相路与一个三相路与一个三相半波可控整流半波可控整流半波可控整流半波可控整流电路串联而成电路串联而成电路串联而成电路串联而成相控整流三相桥式半控整流电路〔三相桥式半控整流电路〔R负载〕负载〕•    = 30º = 30º     = 120º = 120º相控整流三相桥式半控整流〔三相桥式半控整流〔R〕电量计算〕电量计算•整流电压整流电压 Ud•输出电压为不可控半波电路输出电压输出电压为不可控半波电路输出电压与可控的三相半波电路输出电压之和与可控的三相半波电路输出电压之和相控整流三相桥式半控整流电路〔三相桥式半控整流电路〔L负载〕负载〕•        60 º 60 º 60 º 60 º             180 º 180 º相控整流三相桥式半控整流〔三相桥式半控整流〔L〕电量计算〕电量计算•整流电压整流电压 Ud•同电阻性负载同电阻性负载•输出电压为不可控半波电路输出电压输出电压为不可控半波电路输出电压与可控的三相半波电路输出电压之和与可控的三相半波电路输出电压之和相控整流三相桥式半控〔三相桥式半控〔L〕电量计算〔续〕〕电量计算〔续〕•SCR电流的有效值电流的有效值 IT、整流管电流有效值、整流管电流有效值 ID•SCR电流的平均值电流的平均值 IdD 、整流管电流平均值、整流管电流平均值 IdT相控整流三相桥式半控〔三相桥式半控〔L〕电量计算〔续〕〕电量计算〔续〕•变压器副边绕组电流有效值变压器副边绕组电流有效值 I2•   60 º • 60 º      180 º相控整流三相桥式半控整流的失控景象三相桥式半控整流的失控景象•产生缘由产生缘由•忽然将触发脉冲切断忽然将触发脉冲切断•将将  角增大到角增大到 180 º•本质：本质：•对晶闸管的任务对晶闸管的任务失去控制造用失去控制造用•防止方法：防止方法：•加续流二极管加续流二极管相控整流整流器交流侧电抗的影响整流器交流侧电抗的影响•缘由缘由•变压器存在一定的漏电感变压器存在一定的漏电感•交流回路存在一定的电感交流回路存在一定的电感•结果结果•出现重迭导通景象〔两条支路同时导电〕出现重迭导通景象〔两条支路同时导电〕•简化思索简化思索•把一切交流侧的电感都折算到变压器副边，用把一切交流侧的电感都折算到变压器副边，用集中电感集中电感 LB 表示。

表示相控整流换流期间电压电流波形分析换流期间电压电流波形分析•以电感负载，三相半波可控整流电路为例以电感负载，三相半波可控整流电路为例相控整流换流期间电压电流波形分析〔续〕换流期间电压电流波形分析〔续〕•换相过程：换相过程：Id   0 或或 0   Id•换相重叠角换相重叠角  ：换相过程所对应的相角：换相过程所对应的相角•换相电压：换相过程中两相间电位差瞬时值换相电压：换相过程中两相间电位差瞬时值 uba = ub - ua•换相电压的作用：换相电压的作用：•强迫导通元件中的电流下降为零；强迫导通元件中的电流下降为零；•保证退出导通的元件恢复阻断才干保证退出导通的元件恢复阻断才干相控整流换流期间电压电流波形分析〔续〕换流期间电压电流波形分析〔续〕•重迭对输出波形的影响重迭对输出波形的影响•换相过程中，整流电压的瞬时值换相过程中，整流电压的瞬时值•与与  = 0时相比，产生了换相压降时相比，产生了换相压降   Ud相控整流换相压降的计算换相压降的计算–    对于单相全控桥，必需用对于单相全控桥，必需用 2Id 替代替代 Id–式中符号定义见下页式中符号定义见下页–整流输出电压的平均值整流输出电压的平均值相控整流换相压降的计算〔续〕换相压降的计算〔续〕•符号定义符号定义:•m   输出电压在一个周期的波头数。

输出电压在一个周期的波头数•xB   整流电路交流侧每相电抗值整流电路交流侧每相电抗值•U2   变压器二次绕组额定相电压变压器二次绕组额定相电压•I2   变压器二次绕组额定相电流〔星接〕变压器二次绕组额定相电流〔星接〕•uK%   变压器的短路电压比变压器的短路电压比相控整流思索思索  时的整流器输出特性时的整流器输出特性•输出电压的平均值输出电压的平均值 Ud•整流电路的输出特性整流电路的输出特性如右图所示如右图所示相控整流换相重叠角换相重叠角   的计算的计算•m   输出电压在一个周期的波头数输出电压在一个周期的波头数•     对于单相全控桥，必需用对于单相全控桥，必需用 2Id 替代替代 Id•     对于三相全控桥，用对于三相全控桥，用 线电压〔即线电压〔即 〕替〕替代代相控整流变压器漏感的作用变压器漏感的作用•利：利：•限制短路电流，使电流变化相对缓和，对限制短路电流，使电流变化相对缓和，对 di/dt 和和 du/dt 值的限制有利值的限制有利•弊：弊：•使电网波形畸变，加大干扰；使电网波形畸变，加大干扰；•使功率因数降低。