1、第3章 整流電路（IV）,丘東元,2,目 錄,3.6 大功率可控整流電路 3.7 整流電路的有源逆變工作狀態(tài),3,3.6 大功率可控整流電路3.6.1 帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路,在電解電鍍等工業(yè)應用中，經(jīng)常需要低電壓大電流（例如幾十伏，幾千至幾萬安）可調直流電源 三相橋式電路，回路中有兩個管壓降損耗，降低了效率,4,3.6.1 帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路,電路結構 變壓器二次側每相有兩個匝數(shù)相同極性相反的繞阻，分別接成兩組三相半波電路 變壓器二次側兩繞組的極性相反可消除鐵芯的直流磁化 設置電感量為Lp的平衡電抗器是為保證兩組三相半波整流電路能同時導電，每組承擔一半負載,5,帶

2、平衡電抗器的雙反星形可控整流電路,與三相橋式電路相比，在采用相同晶閘管的條件下，雙反星形電路的輸出電流可大一倍,雙反星形電路,三相橋式電路,6,帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路,利用繞組的極性相反來消除變壓器中的直流磁通勢,雙反星形電路， a = 0時兩組整流電壓、電流波形,帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路,7,不考慮平衡電抗器的雙反星形可控整流電路,每個時刻只有一個晶閘管導通,8,帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路,平衡電抗器Lp承擔了n1、n2間的電位差，它補償了ub和ua的電動勢差，使得ub和ua兩相的晶閘管能同時導電 Lp兩端電壓為 整流輸出電壓為,9,帶平衡電抗器的雙反星形可控整

3、流電路,每一組中的每一個晶閘管仍按三相半波的導電規(guī)律而各輪流導電120o 以平衡電抗器中點作為整流電壓輸出的負端，其輸出的整流電壓瞬時值為兩組三相半波整流電壓瞬時值的平均值。 整流電壓平均值與三相半波整流電路的相等，為Ud=1.17U2cos ,10,帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路,將雙反星形電路與三相橋式電路進行比較可得出以下結論： （1）三相橋為兩組三相半波串聯(lián)，而雙反星形為兩組三相半波并聯(lián)，且后者需用平衡電抗器； （2）當U2相等時，雙反星形的Ud是三相橋的1/2，而Id是三相橋的2倍； （3）兩種電路中，晶閘管的導通及觸發(fā)脈沖的分配關系一樣，ud和id的波形形狀一樣。,11,3.6

4、.2 多重化整流電路,整流裝置功率進一步加大時，所產(chǎn)生的諧波、無功功率等對電網(wǎng)的干擾也隨之加大 為減輕干擾，可采用多重化整流電路，即按一定的規(guī)律將兩個或更多個相同結構的整流電路進行組合，可以減少交流側輸入電流的諧波或提高功率因數(shù) 將整流電路進行移相多重聯(lián)結可以減少交流側輸入電流諧波，從而也可以在一定程度上提高功率因數(shù)。 對串聯(lián)多重整流電路采用順序控制的方法可提高功率因數(shù), ncosa,12,移相串聯(lián)多重聯(lián)結,移相30構成的串聯(lián)2重聯(lián)結電路 利用變壓器二次繞組接法的不同，使兩組三相交流電源間相位錯開30，從而使輸出整流電壓ud在每個交流電源周期中脈動12次，故該電路為12脈波整流電路； 整流變壓

5、器二次繞組分別采用星形和三角形接法構成相位相差30、大小相等的兩組電壓，接到相互串聯(lián)的2組整流橋。,移相30o串聯(lián)2重聯(lián)結電路,13,移相多重聯(lián)結,移相30構成的串聯(lián)2重聯(lián)結電路 輸入電流諧波次數(shù)為12k1，其幅值與次數(shù)成反比而降低。 位移因數(shù) cosj1 = cosa 功率因數(shù) l = n cosj1 = 0.9886cosa,移相30o串聯(lián)2重聯(lián)結電路電流波形,14,移相串聯(lián)多重聯(lián)結,利用變壓器二次繞阻接法的不同，互相錯開20，可將三組橋構成串聯(lián)3重聯(lián)結： 整流變壓器采用星形三角形組合無法移相20，需采用曲折接法 整流電壓ud在每個電源周期內脈動18次，故此電路為18脈波整流電路 交流側輸

6、入電流諧波更少，為18k1次（k = 1, 2, 3），ud的脈動也更小 輸入位移因數(shù)和功率因數(shù)分別為： cosj1 = cosa 0.9949cosa,15,移相串聯(lián)多重聯(lián)結,將整流變壓器的二次繞組移相15，可構成串聯(lián)4重聯(lián)結電路 為24脈波整流電路 其交流側輸入電流諧波次數(shù)為24k1，k = 1，2，3 。 輸入位移因數(shù)和功率因數(shù)分別為 cosj1= cosa = 0.9971cosa 采用多重聯(lián)結的方法，實質是令各整流橋交流二次輸入電壓錯開一定相位，但各橋的控制角a是相同的，因此并不能提高位移因數(shù)cosa，但可使輸入電流諧波含量大幅減小，從而也可以在一定程度上提高功率因數(shù)。,16,多重聯(lián)

7、結電路的順序控制,只對多重整流橋中一個橋的角進行控制，其余各橋的工作狀態(tài)則根據(jù)需要輸出的整流電壓而定，或者不工作而使該橋輸出直流電壓為零，或者 = 0而使該橋輸出電壓最大 根據(jù)所需總直流輸出電壓從低到高的變化，按順序依次對各橋進行控制，因而被稱為順序控制,17,多重聯(lián)結電路的順序控制,3重晶閘管整流橋順序控制 當需要的輸出電壓低于1/3最高電壓時，只控制第I組橋的角，同時令第II、III組橋的輸出電壓就為零 當需要輸出電壓為1/3到2/3最高電壓時，第I組橋的角固定為0，第III組橋輸出為零，使其輸出電壓為零，僅控制第II組橋的角 當需要輸出電壓為2/3最高電壓以上時，第I、II組橋的角固定為

8、0，僅控制第III組橋的角,單相串聯(lián)3重聯(lián)結電路,18,單相串聯(lián)3重聯(lián)結電路的順序控制,并不能降低輸入電流諧波。但是各組橋中只有一組在進行相位控制，其余各組或不工作，或位移因數(shù)為1，因此總功率因數(shù)得以提高 電流i 波形半周期內前后四分之一周期不對稱，但其基波分量比電壓的滯后少，因而位移因數(shù)高，從而提高了總的功率因數(shù)。,直流輸出電壓大于2/3最高電壓時的總直流輸出電壓和總交流輸入電流的波形,19,3.7 整流電路的有源逆變工作狀態(tài),單相橋式全控整流電路（帶阻感負載）,a =30 a 90 時，Ud0，意味著什么？,20,3.7 整流電路的有源逆變工作狀態(tài),1. 什么是逆變？為什么要逆變？ 逆變

9、把直流電轉變成交流電，整流的逆過程 逆變電路 把直流電逆變成交流電的電路 有源逆變電路 交流側和電網(wǎng)連結 實例：電力機車下坡行駛，機車的位能轉變?yōu)殡娔?，反送到交流電網(wǎng)中去 其他實例：直流可逆調速系統(tǒng)、交流繞線轉子異步電動機串級調速以及高壓直流輸電等實例 無源逆變 變流電路的交流側不與電網(wǎng)聯(lián)接，而直接接到負載,21,直流發(fā)電機電動機系統(tǒng)電能的流轉,a）M電動運轉，兩電動勢同極性，EG EM ，電流Id從G流向M， G輸出電功率， M吸收電功率,22,直流發(fā)電機電動機系統(tǒng)電能的流轉,b）回饋制動狀態(tài)，M作發(fā)電運轉，兩電動勢同極性，EM EG，電流反向，從M流向G，故M輸出電功率，G則吸收電功率,2

10、3,直流發(fā)電機電動機系統(tǒng)電能的流轉,c）兩電動勢反極性，形成短路。兩電動勢順向串聯(lián)，向電阻R供電，G和M均輸出功率，由于R一般都很小，實際上形成短路，在工作中必須嚴防這類事故發(fā)生,24,單相全波電路的整流,單相全波電路代替上述發(fā)電機，給電動機供電 M電動運行，全波電路工作在整流狀態(tài)，在0 p/2間，Ud為正值，并且Ud EM，才能輸出Id。 交流電網(wǎng)輸出電功率，電動機則輸入電功率。,25,單相全波電路的逆變,M作發(fā)電回饋制動運行，由于晶閘管的單向導電性，Id方向不變，欲改變電能的輸送方向，只能改變EM極性。 為了防止兩電動勢順向串聯(lián)，Ud極性也必須反過來，即Ud應為負值，且|EM| |Ud|，

11、才能把電能從直流側送到交流側，實現(xiàn)逆變。 電能的流向與整流時相反，M輸出電功率，電網(wǎng)吸收電功率。,26,單相全波電路的逆變,Ud可通過改變來進行調節(jié)，由于逆變狀態(tài)時Ud為負值，故逆變時在p/2 p間。 逆變工作時，雖然晶閘管的陽極電位大部分處于交流電壓為負的半周期，但由于EM的存在，使晶閘管仍能承受正向電壓而導通。,27,逆變產(chǎn)生的條件,對于可控整流電路，滿足一定條件就可工作于有源逆變，其電路形式未變，只是電路工作條件轉變。既工作在整流狀態(tài)又工作在逆變狀態(tài)，稱為變流電路 產(chǎn)生逆變的條件有二： （1）有直流電動勢，其極性和晶閘管的導通方向一致，其值大于變流器直流側平均電壓：|EM| |Ud| （

12、2）晶閘管的控制角 p/2，使Ud為負值 半控橋或有續(xù)流二極管的電路，因其整流電壓Ud不能出現(xiàn)負值，也不允許直流側出現(xiàn)負極性的電動勢，故不能實現(xiàn)有源逆變。欲實現(xiàn)有源逆變，只能采用全控電路。,28,3.7.2 三相橋整流電路的有源逆變工作狀態(tài),逆變和整流的區(qū)別：控制角a不同 0 p /2時的控制角用p - a = b 表示，b 稱為逆變角 逆變角b 和控制角a 的關系： a b p,29,3.7.2 三相橋整流電路的有源逆變工作狀態(tài),三相橋式整流電路工作于有源逆變狀態(tài)時的電壓波形,30,輸出電壓的平均值 Ud = -2.34U2cosb = 2.34U2cosa 輸出直流電流的平均值 在逆變狀態(tài)

13、時，Ud和EM的極性都與整流狀態(tài)時相反，均為負值。 從交流電源送到直流側負載的有功功率為 Pd = RId2+EMId = UdId 當逆變工作時，由于EM（Ud）為負值，故Pd一般為負值，表示功率由直流電源輸送到交流電源。,三相橋整流電路的有源逆變狀態(tài)時各電量的計算,31,3.7.3 逆變失敗與最小逆變角的限制,逆變失?。孀冾嵏玻?逆變時，一旦換相失敗，外接直流電源就會通過晶閘管電路短路，或使變流器的輸出平均電壓和直流電動勢變成順向串聯(lián)，形成很大短路電流,32,逆變失敗的原因,觸發(fā)電路工作不可靠，不能適時、準確地給各晶閘管分配脈沖，如脈沖丟失、脈沖延時等，致使晶閘管不能正常換相，使交流電源

14、電壓和直流電動勢順向串聯(lián)，形成短路； 晶閘管發(fā)生故障，該斷時不斷，或該通時不通； 交流電源缺相或突然消失； 換相的裕量角不足，引起換相失敗，應考慮變壓器漏抗引起的重疊角對逆變電路換相的影響。,33,換相重疊角的影響,以VT1導通， VT3關斷為例 當b g 時，換相結束時，ua uc，晶閘管VT3能承受反壓而關斷。 當b g 時，換相尚未結束， ua uc，該通的晶閘管（VT1）會關斷，而應關斷的晶閘管（VT3）不能關斷卻繼續(xù)導通，最終導致逆變失敗。,交流側電抗對逆變換相過程的影響,34,確定最小逆變角bmin的依據(jù),逆變時允許采用的最小逆變角b 應等于 bmin = d + g + q d 晶閘管的關斷時間tq折合的電角度，tq大的可達200300ms，折算到電角度約45； g 換相重疊角，隨直流平均電流和換相電抗的增加而增大。參照整流時g 的計算方法（注：ap - b ） 參考課本表3-2 q 安全裕量角。主要針對脈沖不對稱程度（一般可達5）。 q值約取為10 最小逆變角b一般取3035,35,本章小結,可控整流電路，重點掌握：電力電子電路作為分段線性電路進行分析的基本思