第3章三相可控整流电路课件.ppt
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1、第3章 三相可控整流电路本章内容本章内容:三相半波可控、三相桥式全控整流电路的三相半波可控、三相桥式全控整流电路的工作原理工作原理、波形分析波形分析及及计算计算,整流电压的,整流电压的谐波分析谐波分析,变压器,变压器漏漏抗抗对整流电路的影响,可控整流电路带反电势负载对整流电路的影响,可控整流电路带反电势负载时的工作情况,大功率可控整流电路接线形式及其时的工作情况,大功率可控整流电路接线形式及其特点。特点。学习要点学习要点:掌握三相半波、三相桥式全控整流电路在不同性质掌握三相半波、三相桥式全控整流电路在不同性质负载下的负载下的工作原理工作原理及及波形分析波形分析,控制角移相范围,控制角移相范围,
2、电流有效值、平均值的计算,对相位控制触发脉冲电流有效值、平均值的计算,对相位控制触发脉冲的基本要求。掌握整流电路的的基本要求。掌握整流电路的谐波分析谐波分析。掌握变压。掌握变压器器漏抗漏抗对整流电路的影响。了解可控整流电路带反对整流电路的影响。了解可控整流电路带反电势负载时的工作情况。理解以带平衡电抗器的双电势负载时的工作情况。理解以带平衡电抗器的双反星性电路为代表的大功率整流电路工作原理。反星性电路为代表的大功率整流电路工作原理。本章学习内容与学习要点本章学习内容与学习要点引言交流测由三相电源供电。交流测由三相电源供电。负载容量较大,或要求直流电压脉动较小、负载容量较大,或要求直流电压脉动较
3、小、容易滤波。容易滤波。基本的是三相半波可控整流电路,三相桥式基本的是三相半波可控整流电路,三相桥式全控整流电路应用最广全控整流电路应用最广。3.1 三相半波可控整流电路电路的特点:电路的特点:变压器二次侧接成星形得到变压器二次侧接成星形得到零线,而一次侧接成三角形零线,而一次侧接成三角形避免避免3次谐波流入电网。次谐波流入电网。三个晶闸管分别接入三个晶闸管分别接入a、b、c三相电源,其阴极连接在一三相电源,其阴极连接在一起起共阴极接法共阴极接法。图3-1 三相半波可控整流电路共阴极接法电阻负载时的电路及a=0时的波形 1)电阻负载电阻负载自然换相点:二极管换相时刻为二极管换相时刻为自然换相点
4、自然换相点,是各相晶闸管能触发导通的最早是各相晶闸管能触发导通的最早时刻,将其作为计算各晶闸管触时刻,将其作为计算各晶闸管触发角发角a的起点,即的起点,即a=0。b)c)d)e)f)u2Riduaubuca=0Owt1wt2wt3uGOudOOuabuacOiVT1uVT1wtwtwtwtwta)动画演示3.1 三相半波可控整流电路a=0 时的工作原理分析时的工作原理分析变压器二次侧变压器二次侧a相绕组和晶闸管相绕组和晶闸管VT1的电流波形,变压器二次绕的电流波形,变压器二次绕组电流有直流分量。组电流有直流分量。晶闸管的电压波形,由晶闸管的电压波形,由3段组成。段组成。图3-1 三相半波可控整
5、流电路共阴极接法电阻负载时的电路及a=0时的波形 a a=30 的波形(的波形(图3-2)特点:负载电流处于连续和断特点:负载电流处于连续和断续之间的临界状态。续之间的临界状态。a a30 的情况(的情况(图3-3 )特点:负载电流断续,晶闸管特点:负载电流断续,晶闸管导通角小于导通角小于120 。b)c)d)e)f)u2uaubuca=0Owt1wt2wt3uGOudOOuabuacOiVT1uVT1wtwtwtwtwta)R动画演示3.1 三相半波可控整流电路aawwaacos17.1cos263)(sin2321226562dUUttdUU(3-1)当a=0时,Ud最大,为 。2d0d1
6、7.1UUU)6cos(1675.0)6cos(1223)(sin2321262daawwaUttdUU(3-2)整流电压平均值的计算整流电压平均值的计算a30时,负载电流连续,有:a30时,负载电流断续,晶闸管导通角减小,此时有:3.1 三相半波可控整流电路Ud/U2随a变化的规律如图2-15中的曲线1所示。03060901201500.40.81.21.17321a/()Ud/U2图3-4 三相半波可控整流电路Ud/U2随a变化的关系1电阻负载 2电感负载 3电阻电感负载3.1 三相半波可控整流电路 负载电流平均值为 晶闸管承受的最大反向电压,为变压器二次线电压峰值,即晶闸管阳极与阴极间的
7、最大正向电压等于变压器二次相电压的峰值,即RUIdd(3-3)222RM45.2632UUUU(3-4)22UUFM(3-5)3.1 三相半波可控整流电路2)阻感负载)阻感负载图3-5 三相半波可控整流电路,阻感负载时的电路及a=60时的波形特点:阻感负载,L值很大,id波形基本平直。a30时:整流电压波形与电阻负载时相同。a30时(如a=60时的波形如图所示)。u2过零时,VT1不关断,直到VT2的脉冲到来,才换流,ud波形中出现负的部分。id波形有一定的脉动,但为简化分析及定量计算,可将id近似为一条水平线。阻感负载时的移相范围为90。udiauaubucibiciduacOwtOwtOO
8、wtOOwtawtwt动画演示3.1 三相半波可控整流电路数量关系数量关系由于负载电流连续,Ud可由式(3-1)求出,即2d0d17.1UUUUd/U2与a成余弦关系,如图3-4中的曲线2所示。如果负载中的电感量不是很大,Ud/U2与a的关系将介于曲线1和2之间,曲线3给出了这种情况的一个例子。03060901201500.40.81.21.17321a/()Ud/U2图3-3 三相半波可控整流电路Ud/U2随a变化的关系1电阻负载 2电感负载 3电阻电感负载3.1 三相半波可控整流电路变压器二次电流即晶闸管电流的有效值为变压器二次电流即晶闸管电流的有效值为晶闸管的额定电流为晶闸管最大正、反向
9、电压峰值均为变压器二次线电压峰值三相半波的主要缺点在于其变压器二次电流中含有直流分量,为此其应用较少。ddVT2577.031IIII(3-6)dVTVT(AV)368.057.1III(3-7)2RMFM45.2UUU(3-8)3.2 三相桥式全控整流电路三相桥是应用最为广泛的整流电路共阴极组共阴极组阴极连接在一起的3个晶闸管(VT1,VT3,VT5)共阳极组共阳极组阳极连接在一起的3个晶闸管(VT4,VT6,VT2)图3-6 三相桥式全控整流电路原理图导通顺序:VT1VT2 VT3 VT4 VT5VT63.2 三相桥式全控整流电路1)带电阻负载时的工作情况)带电阻负载时的工作情况当a60
10、时,ud波形均连续,对于电阻负载,id波形与ud波形形状一样,也连续 波形图:a=0 (图37)a=30(图38)a=60(图39)当a60 时,ud波形每60中有一段为零,ud波形不能出现负值 波形图:a=90(图310)带电阻负载时三相桥式全控整流电路a角的移相范围是1203.2 三相桥式全控整流电路晶闸管及输出整流电压的情况如表3-1所示时 段IIIIIIIVVVI共阴极组中导通的晶闸管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共阳极组中导通的晶闸管VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流输出电压udua-ub=uabua-uc=uacub-uc=ubcub-ua=ubauc-ua=ucauc
11、-ub=ucb 请参照图373.2 三相桥式全控整流电路(2)对触发脉冲的要求:按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序,相位依次差60。共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差120,共阳极组VT4、VT6、VT2也依次差120。同一相的上下两个桥臂,即VT1与与VT4,VT3与与VT6,VT5与与VT2,脉冲相差180。三相桥式全控整流电路的特点特点(1)2管同时通形成供电回路,其中共阴极组和共阳极组各1,且不能为同1相器件。3.2 三相桥式全控整流电路(3)ud一周期脉动6次,每次脉动的波形都一样,故该电路为6脉波整流电路。(4)需保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲可采用两
12、种方法:一种是宽脉冲触发 一种是双脉冲触发(常用)(5)晶闸管承受的电压波形与三相半波时相同,晶闸管承受最大正、反向电压的关系也相同。三相桥式全控整流电路的特点特点a60 时时(a=0 图311;a=30 图312)ud波形连续,工作情况与带电阻负载时十分相似。各晶闸管的通断情况 输出整流电压ud波形 晶闸管承受的电压波形3.2 三相桥式全控整流电路2)阻感负载时的工作情况阻感负载时的工作情况主要包括a 60 时(时(a=90图313)阻感负载时的工作情况与电阻负载时不同。电阻负载时,ud波形不会出现负的部分。阻感负载时,ud波形会出现负的部分。带阻感负载时,三相桥式全控整流电路的a角移相范围
13、为90。区别在于:得到的负载电流id波形不同。当电感足够大的时候,id的波形可近似为一条水平线。3.2 三相桥式全控整流电路3)定量分析定量分析当整流输出电压连续时(即带阻感负载时,或带电阻负载a60 时)的平均值为:带电阻负载且a 60时,整流电压平均值为:输出电流平均值为:Id=Ud/Rawwaacos34.2)(sin63123232dUttdUU(3-9))3cos(134.2)(sin63232dawwaUttdUU(3-10)3.2 三相桥式全控整流电路当整流变压器为图3-6中所示采用星形接法,带阻感负载时,变压器二次侧电流波形如图3-12中所示,其有效值为:ddddIIIII81
14、6.03232)(3221222(3-11)晶闸管电压、电流等的定量分析与三相半波时一致。接反电势阻感负载时,在负载电流连续的情况下,电路工作情况与电感性负载时相似,电路中各处电压、电流波形均相同。仅在计算Id时有所不同,接反电势阻感负载时的Id为:REUIdd(3-12)式中R和E分别为负载中的电阻值和反电动势的值。3.3 整流电压的谐波分析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(harmonics)和无功(reactive power)问题日益严重,引起了关注。无功的危害:导致设备容量增加。使设备和线路的损耗增加。线路压降增大,冲击性负载使电压剧烈波动。谐波的危害:降低设备
15、的效率。影响用电设备的正常工作。引起电网局部的谐振,使谐波放大,加剧危害。导致继电保护和自动装置的误动作。对通信系统造成干扰。3.3 整流电压的谐波分析谐波谐波对于非正弦波电压,满足狄里赫利条件,可分解为傅里叶级数傅里叶级数:正弦波电压可表示为:)sin(2)(utUtuw基波(fundamental)频率与工频相同的分量谐波频率为基波频率大于1整数倍的分量谐波次数谐波频率和基波频率的整数比谐波分析基础谐波分析基础3.3 整流电压的谐波分析 整流电路的输出电压中主要成分为直流,同时包含各种频率的谐波,这些谐波对于负载的工作是不利的。图3-14 a=0时,m脉波整流电路的整流电压波形a a=0
16、时,m脉波整流电路的整流电压的谐波分析。整流输出电压谐波分析整流输出电压谐波分析详见书详见书P490.80.91图 2-330.81udwtOmm2mU223.3 整流电压的谐波分析a=0时整流电压、电流中的谐波有如下规律:m脉波整流电压ud0的谐波次数为mk(k=1,2,3.)次,即m的倍数次;整流电流的谐波由整流电压的谐波决定,也为mk次。当m一定时,随谐波次数增大,谐波幅值迅速减小,表明最低次(m次)谐波是最主要的,其它次数的谐波相对较少;当负载中有电感时,负载电流谐波幅值dn的减小更为迅速。m增加时,最低次谐波次数增大,且幅值迅速减小,电压纹波因数迅速下降。3.3 整流电压的谐波分析a
17、 a 不为不为0 时的情况时的情况:整流电压谐波的一般表达式十分复杂,下面只说明谐波电压与a a 角的关系。030120 150 180600.10.20.390n=6n=12n=18a/()U2Lcn2图3-15 三相全控桥电流连续时,以n为参变量的与a a 的关系以n为参变量,n次谐波幅值对a a 的关系如图2-34所示:当a a 从0 90 变化时,ud的谐波幅值随a a 增大而增大,a a=90 时谐波幅值最大。a a 从90 180之间电路工作于有源逆变工作状态,ud的谐波幅值随a a 增大而减小。ik=ib是逐渐增大的,而ia=Id-ik是逐渐减小的。当ik增大到等于Id时,ia=
18、0,VT1关断,换流过程结束。3.4 变压器漏抗对整流电路的影响考虑包括变压器漏感在内的交流侧电感的影响,该漏感可用一个集中的电感LB表示。现以三相半波为例,然后将其结论推广。VT1换相至VT2的过程:因a、b两相均有漏感,故ia、ib均不能突变。于是VT1和VT2同时导通,相当于将a、b两相短路,在两相组成的回路中产生环流ik。图3-16 考虑变压器漏感时的三相半波可控整流电路及波形udidwtOwtOgiciaibiciaIduaubuca3.4 变压器漏抗对整流电路的影响换相重叠角换相重叠角换相过程持续的时间,用电角度g g表示。换相过程中,整流电压ud为同时导通的两个晶闸管所对应的两个
19、相电压的平均值。换相压降与不考虑变压器漏感时相比,ud平均值降低的多少。2ddddbakBbkBaduutiLutiLuu(3-13)dB0B6565B6565Bbb6565dbd23d23)(ddd23)(d)dd(23)(d)(3/21IXiLttiLttiLuutuuUIwwwwgaagaagaadkkk(3-14)3.4 变压器漏抗对整流电路的影响换相重叠角g g的计算B2Bab2)65sin(62)(ddLtULuutiwk由上式得:)65sin(26ddB2wwtXUtik进而得出:)65cos(cos26)(d)65sin(26B265B2wawwwatXUttXUitk(3-1
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