5 *->虹七fU.4^1- ■一一"PWM整流電路工作原理，分析和相控整流電路的原理和性能不同之處相控整流電路-正文編輯本段回目錄采用相位控制方式以實(shí)現(xiàn)負(fù)載端直流電能控制的可控整流電路?？煽厥且?yàn)檎髟褂镁哂锌刂乒δ艿木чl管。在這種電路中，只要適當(dāng)控制晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通瞬間的相位角，就能夠控制直流負(fù)載電壓的平均值。故稱為相控。分類相控整流電路分為單相、三相、多相整流電路3種。單相整流電路 圖1a為單相半波可控整流電路。圖中ug為晶閘管的觸發(fā)脈沖，其工作過程如下：當(dāng)u2負(fù)半周時(shí)，晶閘管不導(dǎo)通。在U2正半周時(shí)，不加觸發(fā)脈沖之前，晶閘管也不導(dǎo)通，只有加觸發(fā)脈沖之后，晶閘管才導(dǎo)通，這時(shí)負(fù)載R上流過電流。在電流為零d時(shí)刻，晶閘管自動(dòng)關(guān)斷，為下一次觸發(fā)導(dǎo)通作好準(zhǔn)備，如此循環(huán)往復(fù)，負(fù)載上得到脈動(dòng)的直流電壓ud。晶閘管從開始承受正向電壓起到開始導(dǎo)通這一角度稱為控制角，以a表示。這樣，只要改變控制角。的大小，即改變觸發(fā)脈沖出現(xiàn)的時(shí)刻，就改變了直流輸出電壓的平均值。觸發(fā)脈沖總是在電源周期的同一特定時(shí)刻加到晶閘管的控制極上，所以，觸發(fā)脈沖和電源電壓在頻率和相位上要配合好，這種協(xié)調(diào)配合的關(guān)系稱為同步。圖1b為單相橋式可控整流電路。它與單相半波可控整流電路相比，其變壓器利用系數(shù)較高，直流側(cè)脈動(dòng)的基波頻率為交流基波的二倍，故為小功率場合常用的整流電路之一。這里，脈波數(shù)P的概念很重要。所謂脈波數(shù)就是在交流電源的一個(gè)周期之內(nèi)直流側(cè)輸出波形的重復(fù)次數(shù)。通常脈波數(shù)越多，直流側(cè)輸出越平滑，交流側(cè)電流越接近正弦波。為了增加脈波數(shù)，可以增加交流側(cè)相數(shù),但是，一般相數(shù)增加越多，各相的通電時(shí)間變得越短，這樣會(huì)使整流元件與整流變壓器副邊繞組的利用率變壞，使裝置體積變大，成本提高。圖1c為單相橋式半控整流電路，由于可控的晶閘管與不控的二極管混合組成故稱半控。F稱續(xù)流二極管，若直流電壓變?yōu)樨?fù)值，它成為直流側(cè)環(huán)流的路徑，維持輸出電壓為零。單相整流電路比較簡單，對(duì)觸發(fā)電路的要求較低,相位同步問題很簡單，調(diào)整也比較容易。但它的輸出直流電壓的紋波系數(shù)較大。由于它接在電網(wǎng)的一相上，易造成電網(wǎng)負(fù)載不平衡，所以一般只用于4kW以下的中小容量的設(shè)備上。如果負(fù)載較大，一般都用三相電路。三相整流電路當(dāng)整流容量較大，要求直流電壓脈動(dòng)較小，對(duì)快速性有特殊要求的場合，應(yīng)考慮采用三相可控整流電路。這是因?yàn)槿嗾餮b置三相是平衡的，輸出的直流電壓和電流脈動(dòng)小，對(duì)電網(wǎng)影響小，且控制滯后時(shí)間短。圖2為三相橋式全控整流電路及其輸

出電壓波形。在理想情況下，電路在任何時(shí)刻都必須有兩個(gè)晶閘管導(dǎo)通，一個(gè)是共陽極組的，另一個(gè)是共陰級(jí)組的，只有它們同時(shí)導(dǎo)通才能形成導(dǎo)電回路。T、T、T、T、T、T的1 2 3 4 5 6觸發(fā)脈沖互差60°。因此，電路每隔60°有一個(gè)晶閘管換流，導(dǎo)通次序?yàn)?-2-3-4-5-6,每個(gè)晶閘管導(dǎo)通120°。在整流電路合閘后，共陰極和共陽級(jí)組各有一個(gè)晶閘管導(dǎo)通。因此，每個(gè)觸發(fā)脈沖的寬度應(yīng)大于60°、小于120°,或用兩個(gè)窄脈沖等效地代替大于60°的寬脈沖，即在向某一個(gè)晶閘管送出觸發(fā)脈沖的同時(shí),向前一個(gè)元件補(bǔ)送一個(gè)脈沖，稱雙脈沖觸發(fā)。整流輸出電壓波形如圖2所示。當(dāng)T「T6導(dǎo)通時(shí),u=u；T、T導(dǎo)通時(shí)，u=u；同理，依次為u，u，u，u，均為線電壓的一部dab1 2 dac bcbacacb分，脈動(dòng)頻率為300Hz,晶閘管T1上的電壓uT1波形分為三段，在T1導(dǎo)電的120°中，陣尸。(僅管壓降)；當(dāng)T導(dǎo)通，T受反向電壓關(guān)斷,u=u；T導(dǎo)通時(shí),T關(guān)斷，u=u。因此3 1 T1ab5 3 T1ac晶閘承受的最大正、反向電壓為線電壓的峰值。采用三相全控橋式整流電路時(shí)，輸出電壓交變分量的最低頻率是電網(wǎng)頻率的6倍，交流分量與直流分量之比也較小，因此濾波器的電感量比同容量的單相或三相半波電路小得多。另外，晶閘管的額定電壓值也較低。因此，這種電路適用于大功率變流裝置。多相整流電路隨著整流電路的功率進(jìn)一步增大(如軋鋼電動(dòng)機(jī)，功率達(dá)數(shù)兆瓦)，為了減輕對(duì)電網(wǎng)的干擾，特別是減輕整流電路高次諧波對(duì)電網(wǎng)的影響，可采用十二相、十八相、二十四相，乃至三十六相的多相整流電路。圖3a為兩組三相橋串聯(lián)組成的十二相整流電路。為了獲得十二相波形，每個(gè)波頭應(yīng)該錯(cuò)開30°。所以采用三繞組變壓器，次級(jí)的兩個(gè)繞組一個(gè)接成星形，另一個(gè)接成三角形，分別供給兩組三相橋。兩組整流橋串聯(lián)后再接到負(fù)載。由于兩組整流橋輸出的電壓的相位彼此差30°，因此在負(fù)載上得到十二脈波的整流電壓，合成電壓中最低次諧波頻率為600Hz，輸出電壓u=u+u,電流i=i=i。圖3b是dd1d2 dd1d2兩組三相橋并聯(lián)組成大電流的十二相整流電路。兩橋變壓器次級(jí)繞組電壓依次相差30°。若兩組橋的交流線電壓相等，各自的控制角也相等，則兩組橋的整流平均電壓也相等，只要極性相符合，就可以并聯(lián)運(yùn)行。但是兩組整流電壓的瞬時(shí)值是不等的，兩組電源間會(huì)出現(xiàn)交流環(huán)流。為了限止環(huán)流，延長晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間，需要加入平衡電抗器，輸出電壓ud=(ud1+ud2)/2,電流'二、％。采用多相整流電路能改善功率因數(shù)，提高脈動(dòng)頻率，使變壓器初級(jí)電流的波形更接近正弦波，從而顯著減少諧波的影響。理論上，隨著相數(shù)的增加，可進(jìn)一步削弱諧波的影響。但這樣做增加了設(shè)備費(fèi)用，在技術(shù)上對(duì)精確地得到相同的控制角提出了較嚴(yán)格的要求。因而需對(duì)方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行全面分析，最后作出選擇。主要特性 相控整流電路具有以下幾個(gè)主要特性。輸出直流平均電壓Ud,在脈波數(shù)為P的整流電路中一般有"斗⑴式中Ud為考慮了負(fù)載電流引起的電壓降時(shí)的直流電壓，k是與電路有關(guān)的常數(shù)，X是換相電抗，Id為直流平均電流。由式(1)可見，電壓降主要由交流側(cè)電抗引起，由換相重疊現(xiàn)象引起的電壓降與換相結(jié)束時(shí)的直流側(cè)電流成正比。從直流側(cè)看，交流側(cè)電抗起著一個(gè)等效電阻的作用。U^=Ud0cosa (2)一宓7^7 (3)式中U為相位控制時(shí)的空載電壓，。為控制角。rV⑷式中Ud0為空載無相位控制時(shí)電壓；U2為交流電壓有效值，在P相半波整流電路中為相電壓，在P/2相橋式整流電路中為線電壓。當(dāng)控制角為。時(shí)，式(2)適用于全控橋式電路，式(3)適用于半控橋式電路。整流變壓器容量和整流功率Pd的關(guān)系：變壓器平均計(jì)算容量S為S=(S+S)/21 2由于直流分量i*只能產(chǎn)生直流而交流分量i將通過變壓器的輻射單元暮相器功率分配器由于直流分量i*只能產(chǎn)生直流而交流分量i將通過變壓器的輻射單元暮相器功率分配器至發(fā)射機(jī)圖1相控陣天線示意圖式中S1為初級(jí)容量，S1=miUiI1；S2為次級(jí)容量，S2=m2U2I2；m1、m2分別為變壓器初、次級(jí)繞組相數(shù)。帶有大電感負(fù)載的三相半波電路如圖4所示。由圖可見，變壓器次級(jí)繞倦S尊洗電洛推和帽中組電流i2可以分解成直流分量i2=和交流分量i。半」?慢圣*二虧 磁通勢(shì)，所以它無法影響初級(jí)電流作相應(yīng)變化。磁耦合反映到初級(jí)電流中去。這樣，初、次級(jí)電流有效值分別為I1=Id/3、I2=Id/。在a=0°和不考慮電網(wǎng)電壓波動(dòng)等情況下，得S「1.48Pd、S1=1.21Pd、S=1.345Pd，其中P為整流功率。在三相橋式電路中，次級(jí)無直流分量電流，所以初、次級(jí)電流是波形d相同的交流電，故S=1.05Pd，可見橋式接線時(shí)變壓器利用率提高。重疊導(dǎo)電現(xiàn)象和電壓降:圖5所示為變壓器漏抗存在時(shí)對(duì)整流電路波形的影響。當(dāng)T1處于導(dǎo)通狀態(tài)，給直流側(cè)提供電流Id時(shí)，觸發(fā)T2，若ud<ub，則T2變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。但由于交流側(cè)存在漏感，T2中的電流并不立即變?yōu)镮d，T1中的電流也不立即降為零，因此出現(xiàn)T1和T2同時(shí)導(dǎo)通的狀態(tài)，這種狀態(tài)稱為換相重疊現(xiàn)象,這段時(shí)間以相角計(jì)算，稱換相重疊角，用u表示。在重疊期中，輸出電壓為(ud+Ub)/2,與不考慮漏抗時(shí)相比，輸出電壓降低了(*-岑)/2。重疊期內(nèi)直流電流一定的話，則T「T2回路中流過環(huán)流i，這時(shí)a相電流id=Id-i將逐漸減小，而b相電流ib=i,當(dāng)ib增加到Id時(shí)，id就等于零，這樣就完成了換相過程。關(guān)于電流i，2Xdi/d0=ub-ud式成立，由于在控制角a處i=0，在(a+u)處i=Id，故有2xI「(ub-ud)?u。因此，交流電流在一周期內(nèi)換相一次引起的平均輸出電壓降為d=XI/2n。重疊xd角u隨a不同而不同,但電壓降是與a無關(guān)的常數(shù)。在三相橋式電路中，由于一周內(nèi)換相6次，換相壓降nx=6XId/2n，式中X是每相的電抗。整流電路的功率因數(shù)及諧波：功率因數(shù)4=P/S=〃-cos。，〃稱畸變因數(shù)，表征電流對(duì)正弦波的偏離度；cos。稱位移因數(shù);。為電壓和基波電流間的相位移。在不控整流電路中，當(dāng)重疊角很小時(shí)，交流側(cè)基波電流與電壓相位相同，即cos。=1。所以，功率因數(shù)可由圖6中的電流波形計(jì)算求得，其值分別為單相橋式電路是2/n00.900,三相橋式電路是3/n00.955,在P=12的電路中為0.989,故對(duì)于12脈波以上的電路，實(shí)際上可以認(rèn)為功率因數(shù)近似于1。采用晶閘管相位控制時(shí)，由于交流電流波形形狀不變，只是相位延遲了一個(gè)控制角a，所以可控整流電路的功率因細(xì)甲-cosa，此時(shí)。=a，即為不可控整流電路的功率因數(shù)乘以位移因數(shù)cosa，考慮重疊角時(shí)的功率因數(shù)，由于存在重疊角u，除電流相位延遲外，電流波形也由近似的方波變?yōu)榻频奶菪尾ǎ溆行е狄灿兴淖儯蚨β室驍?shù)的計(jì)算趨于復(fù)雜。近似地可以只考慮相位延遲的影響。如三相橋式電路的控制角為。，重疊角為u,則功率因數(shù)為0.955?cos（。+u/2）。在整流電路產(chǎn)生的諧波中，若控制保持對(duì)稱的話，則僅有特定次數(shù)的諧波從交流電源側(cè)流出。在三相P脈波整流電路中僅產(chǎn)生nP±1次諧波（n=1，2,…）。選擇整流電路時(shí)，主要從電性能好、結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、對(duì)電網(wǎng)影響小等方面考慮，合理選用。相控整流電路整流電路；交流轉(zhuǎn)換為直流。相控整流電路:電壓可調(diào)。二極管整流電路:電壓固定。相控整流電路的類型：按照輸入交流電源的相數(shù):單相、三相和多相整流電路;按電路中組成的電力電子器件控制特性:不可控、半控整流電路；2.2單相相控整流電路單相相控整流電路可分為單相半波、單相全波和單相橋式相控整流電路，它們所連接的負(fù)載性質(zhì)不同就會(huì)有不同的特點(diǎn)。2.2.1單相半波相控整流電路1.電阻性負(fù)載圖2.2.1單相半波可控整流如圖2.2.1（a）所示是單相半波相控整流帶電阻性負(fù)載的電路。圖中稱為整流變壓器，其二次側(cè)的輸出電壓為u=y/2Usinwt （2.2.1）在電源正半周，晶閘管T承受正向電壓，31<a期間由于未加觸發(fā)脈沖,T處于正向阻斷狀態(tài)而承受全部電壓，負(fù)載Rd中無電流通過，負(fù)載上壓ud為零。在31=a時(shí)T被觸發(fā)導(dǎo)通，電源電壓全部加在上（忽略管壓降），到3t=n時(shí)，電壓過零，在上述過程中，二。隨著電壓的下降電流也下降，當(dāng)電流下降到小于晶閘管的維持電流時(shí)，晶閘管T關(guān)斷，此時(shí)、均為零。在的負(fù)半周，T承受反壓，一直處于反相阻斷狀態(tài)，全部加在T兩端。直到下一個(gè)周期的