第二章整流电路2分析.docx
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第二章整流电路2分析
2.2三相可控整流电路
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、容易滤波。
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。
2.2.1三相半波可控整流电路
1)电阻负载
•图2-12三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
电路的特点:
1、变压器二次侧接成星形得到零线,而一次侧接成三角形避免3次谐波流入电网。
2、三个晶闸管分别接入a、b、c三相电源,其阴极连接在一起——共阴极接法。
自然换相点:
二极管换相时刻为自然换相点,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发角a的起点,即a=0︒。
a=0︒时的工作原理分析
变压器二次侧a相绕组和晶闸管VT1的电流波形,变压器二次绕组电流有直流分量。
晶闸管的电压波形,由3段组成。
a=30︒的波形(图2-13)
特点:
负载电流处于连续和断续之间的临界状态。
a>30︒的情况(图2-14)
特点:
负载电流断续,晶闸管导通角小于120︒。
整流电压平均值的计算
a≤30︒时,负载电流连续,有:
当a=0时,Ud最大,为
a>30︒时,负载电流断续,晶闸管导通角减小,此时有:
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最大正向电压等于变压器二次相电压的峰值,即
2)阻感负载
特点:
阻感负载,L值很大,id波形基本平直。
a≤30︒时:
整流电压波形与电阻负载时相同。
a>30︒时(如a=60︒时的波形如图2-16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︒。
图2-16三相半波可控整流电路,阻感负载时的电路及a=60︒时的波形
数量关系
由于负载电流连续,Ud
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。
2.2.2三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——阴极连接在一起的3个晶闸管(VT1,VT3,VT5)
共阳极组——阳极连接在一起的3个晶闸管(VT4,VT6,VT2)
导通顺序:
VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6
1)带电阻负载时的工作情况
当a≤60°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
当a>60°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°
带电阻负载时三相桥式全控整流电路a角的移相范围是120°
a=0(图2-17)
晶闸管及输出整流电压的情况如表2-1所示
请参照图2-17
三相桥式全控整流电路的特点
(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。
(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VT4,VT3与VT6,VT5与VT2,脉冲相差180°。
三相桥式全控整流电路的特点
(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。
2)阻感负载时的工作情况
a≤60°时
ud波形连续,工作情况与带电阻负载时十分相似。
主要包括:
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。
a>60°时
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)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a≤60°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/R
当整流变压器为图2-17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2-23中所示,其有效值为:
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:
式中R和E分别为负载中的电阻值和反电动势的值。
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=0,VT1关断,换流过程结束。
2.3变压器漏感对整流电路的影响
三相半波可控整流电路及波形
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。
图2-18考虑变压器漏感时的电路波形
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。
换相重叠角——换相过程持续的时间,用电角度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。
变压器漏感对整流电路影响的一些结论:
出现换相重叠角g,整流输出电压平均值Ud降低。
整流电路的工作状态增多。
晶闸管的di/dt减小,有利于晶闸管的安全开通。
有时人为串入进线电抗器以抑制晶闸管的di/dt。
换相时晶闸管电压出现缺口,产生正的du/dt,可能使晶闸管误导通,为此必须加吸收电路。
换相使电网电压出现缺口,成为干扰源。
2.4电容滤波的不可控整流电路
在交—直—交变频器、不间断电源、开关电源等应用场合中,大量应用。
最常用的是单相桥和三相桥两种接法。
由于电路中的电力电子器件采用整流二极管,故也称这类电路为二极管整流电路。
2.4.1电容滤波的单相不可控整流电路
常用于小功率单相交流输入的场合,如目前大量普及的微机、电视机等家电产品中。
1)工作原理及波形分析
a)电路b)波形
图2-19电容滤波的单相桥式不可控整流电路及其工作波形
基本工作过程:
在u2正半周过零点至wt=0期间,因u2 至wt=0之后,u2将要超过ud,使得VD1和VD4开通,ud=u2,交流电源向电容充电,同时向负载R供电。 2)主要的数量关系 输出电压平均值 2.5整流电路的有源逆变工作状态 2.5.1逆变的概念 1)什么是逆变? 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。 2)直流发电机—电动机系统电能的流转 a)两电动势同极性EG>EMb)两电动势同极性EM>EGc)两电动势反极性,形成短路 图2-20直流发电机—电动机之间电能的流转(P80) 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。 3)逆变产生的条件 单相全波电路代替上述发电机 交流电网输出电功率电动机输出电功率 图2-21单相全波电路的整流和逆变 从上述分析中,可以归纳出产生逆变的条件有二: 半控桥或有续流二极管的电路,因其整流电压ud不能出现负值,也不允许直流侧出现负极性的电动势,故不能实现有源逆变。 欲实现有源逆变,只能采用全控电路。 2.5.2三相桥整流电路的有源逆变工作状态 逆变和整流的区别: 控制角a 不同
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- 第二 整流 电路 分析