1、1第第2章章 整流電路整流電路2第第2章章 整流電路整流電路引言引言整流電路的分類：按組成的器件可分為不可控不可控、半控半控、全控全控三種。按電路結(jié)構(gòu)可分為橋式電路橋式電路和零式電路零式電路。按交流輸入相數(shù)分為單相電路單相電路和多相電路多相電路。按變壓器二次側(cè)電流的方向是單向或雙向，又分為單拍電路單拍電路和雙拍電路雙拍電路。整流電路整流電路：出現(xiàn)最早的電力電子電路，將交流電變?yōu)橹绷麟姟?2.1 單相可控整流電路單相可控整流電路42.1.1 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路wwwwt0wt1p2 ptttu2 uguduVTaq000 ud u2 u152.1.1 單相半波可控整流電路單

2、相半波可控整流電路觸發(fā)角觸發(fā)角, a a導(dǎo)通角導(dǎo)通角：移相范圍移相范圍： a a 的取值范圍相控方式相控方式：改變觸發(fā)脈沖的相位 分段線性方法分段線性方法：基本方法重要的基本重要的基本概念概念62.1.1 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路 阻感負(fù)載wu20p2 ptug0udiduVTqa+ + +72.1.1 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路a)b)VTRLVTRLu2u2基本分析方法器件的理想化，理想開(kāi)關(guān)，開(kāi)或者關(guān)，二者必居其一分段線性電路82.1.1 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路)sin(2)sin(22)(2dwaawwtZUeZUitLRpaaapwwp2

3、cos145. 0)cos1 (22)(sin221222dUUttdUU平均值（積分上下限，周期）一階電路三要素法VTRLu2有效值（方均根值）92.1.1 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路續(xù)流續(xù)流二極管增大輸出電壓平均值阻感負(fù)載u2udiduVTiVTIdIdwt1wtp-ap +aiVDR VDR VT u2 ud id102.1.1 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路單相半波單相半波可控整流可控整流電路的特電路的特點(diǎn)點(diǎn)11單相橋式全控整流電路單相橋式全控整流電路pwtwtwt000i2udidaaVT1,4兩個(gè)橋臂兩個(gè)橋臂, 電阻負(fù)載電阻負(fù)載 id ud VT1 VT2

4、VT3 VT4 i212單相橋式全控整流電路單相橋式全控整流電路輸出（直流）電壓平均值，越大越好paawwp2cos19 . 0)( dsin2122UttUUd每個(gè)流過(guò)晶閘管的電流平均值只有輸出直流平均值的一半：ddVTII212cos19 . 02aRURUIdd輸出（直流）電流平均值 id ud VT1 VT2 VT3 VT4132.1.2 單相橋式全控整流電路單相橋式全控整流電路單個(gè)晶閘管的電流有效值：變壓器二次測(cè)電流有效值I2與輸出直流電流Id有效值相等：pawwp)(d)sin2(2122ttRUIVTpawwp)()sin2(1222tdtRUII id ud VT1 VT2 V

5、T3 VT4142.1.2 單相橋式全控整流電路單相橋式全控整流電路u2wtud輸出電壓idOIdIdIdIdIdiVT1,4一個(gè)重要假設(shè)：負(fù)載電感很大，負(fù)載電流id恒值換流，或稱之為換相輸入電壓iVT2,3i2uVT1,4 id ud VT1 VT2 VT3 VT4輸出電流晶閘管電流變壓器二次側(cè)電流i2何時(shí)換流，取決于下組觸發(fā)信號(hào)何時(shí)到來(lái)152.1.2 單相橋式全控整流電路單相橋式全控整流電路輸出電壓平均值輸出電壓平均值apaawwpcos9 . 0)(dsin2122dUttUU每個(gè)晶閘管移相范圍為90。每個(gè)晶閘管承受的最大正反向電壓均為 22U162.1.2 單相橋式全控整流電路單相橋式

6、全控整流電路在|u2|E時(shí)，晶閘管才有導(dǎo)通的可能。至|u2|=E，id即降至0，使得 晶閘管關(guān)斷，此后ud=E 。，停止導(dǎo)電角idEudwtIdaqd id ud VT1 VT2 VT3 VT4i2E17單相橋式全控整流電路單相橋式全控整流電路（反電勢(shì)負(fù)載） d d , 觸發(fā)脈沖足夠?qū)?。uidOEdwtIdOwtqd18單相全波可控整流電路單相全波可控整流電路變壓器不存在直流磁化的問(wèn)題wtwaudi1t輸出電壓 udVT1VT2i1uin變壓器原邊電流 i1輸出電流 id輸出電流 iduin19單相橋式半控整流電路單相橋式半控整流電路dO2udidIdi2IdIdIdIIdawtapapaiV

7、T1iVD4iVT2iVD3iVDR202.1.4 單相橋式半控整流電路單相橋式半控整流電路無(wú)續(xù)流二極管換流問(wèn)題VT1，VD4VT1，VD3VT2，VD3VT2，VD4VT1VT2VD3VD4212.1.4 單相橋式半控整流電路單相橋式半控整流電路有續(xù)流二極管避免失控現(xiàn)象續(xù)流過(guò)程由VDR完成續(xù)流期間導(dǎo)電回路中只有一個(gè)管壓降，有利于降低損耗。22單相橋式半控整流電路單相橋式半控整流電路單相橋式半控整流電路的另一種接法單相橋式半控整流電路的另一種接法注意續(xù)流回路注意續(xù)流回路232.2 三相可控整流電路三相可控整流電路242.2 三相可控整流電路三相可控整流電路引言引言交流測(cè)由三相電源供電。交流測(cè)由

8、三相電源供電。負(fù)載容量較大，或要求直流電壓脈動(dòng)較小、容易負(fù)載容量較大，或要求直流電壓脈動(dòng)較小、容易濾波。濾波。基本的是三相半波可控整流電路，三相橋式全控基本的是三相半波可控整流電路，三相橋式全控整流電路應(yīng)用最廣整流電路應(yīng)用最廣。252.2.1 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路a =0 共陰極接法自然換相點(diǎn)u2uaubuca =0wt1wt2wt3uGudOuabuaciVT1uVT1wtwtwtwtwtuaubucudVT126圖圖2-13 三相半波可控整流電路，電阻負(fù)載，三相半波可控整流電路，電阻負(fù)載， a a=30=30 時(shí)的波形時(shí)的波形a =30u2uaubucwtwtwtwtw

9、tuGuduabuacwt1iVT1uVT1uaca a=30 ：負(fù)載電流處于連續(xù)和斷續(xù)之間的臨界狀態(tài)uaubucudVT127三相半波可控整流電路，電阻負(fù)載， a a=60時(shí)的波形wwttwtwta =60u2uaubucOOOOuGudiVT1uaubucudVT1a a=60 ：負(fù)載電流斷續(xù),導(dǎo)通角為90 282.2.1 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路awwpapapcos17.1)(sin232126562UttdUUd)6cos(1675. 06)(sin22321appapwwpttdUUd整流輸出電壓平均值（注意積分周期、上限、下限）整流輸出電壓平均值（注意積分周期、上

10、限、下限）a30時(shí)，負(fù)載電流連續(xù)，有：a30時(shí)，負(fù)載電流斷續(xù)，晶閘管導(dǎo)通角減小，此時(shí)有：292.2.1 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路負(fù)載電流平均值為負(fù)載電流平均值為 晶閘管承受的最大反向電壓，為變壓器二次線電壓峰值，即晶閘管陽(yáng)極與陰極間的最大正向電壓等于變壓器二次相電壓的峰值，即RUIdd222RM45.2632UUUU22UUFM302.2.1 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路重要假設(shè)：L很大，id波形基本平直。a30時(shí)：整流電壓與電阻負(fù)載時(shí)相同。a30時(shí)。ua過(guò)零時(shí)，VT1不關(guān)斷，直到VT2的脈沖到來(lái)，才換流，ud波形中出現(xiàn)負(fù)的部分。id波形有一定的脈動(dòng)，但可簡(jiǎn)化為一條

11、水平線。阻感負(fù)載時(shí)的移相范圍為90。udiauaubucibiciduacaa=60312.2.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路三相橋是應(yīng)用最為廣泛的整流電路三相橋是應(yīng)用最為廣泛的整流電路導(dǎo)通順序： VT1VT2 VT3 VT4 VT5VT6共陽(yáng)極組共陽(yáng)極組共陰極組共陰極組編號(hào)順序編號(hào)順序322.2.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路1）帶電阻負(fù)載時(shí)的工作情況當(dāng)a60 時(shí)，ud波形均連續(xù)，對(duì)于電阻負(fù)載，id波形與ud波形形狀一樣，也連續(xù) 波形圖： a =0 （圖218 ） a =30 （圖219） a =60 （圖220）當(dāng)a60 時(shí)，ud波形每60中有一段為零，ud波形

12、不能出現(xiàn)負(fù)值 波形圖： a =90 （ 圖221）帶電阻負(fù)載時(shí)三相橋式全控整流電路a角的移相范圍是12033圖圖2-18 三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載a a=0=0 時(shí)的波形時(shí)的波形wwwwu2ud1ud2uduabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuaucubtttta = 0iVT1uVT134三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載a a= 30 = 30 時(shí)的波形時(shí)的波形wwwwud1ud2a = 30iattttuduabuacuaubucwt1uabuacubcu

13、baucaucbuabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuVT135三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載a a= = 60 60 時(shí)的波形時(shí)的波形wwwa = 60ud1ud2uduacuacuabuabuacubcubaucaucbuabuacuaubucOtwt1OtOtuVT136圖圖2-21 三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載載a a= 90 = 90 時(shí)的波形時(shí)的波形ud1ud2uduaubucuaubwtOwtOwtOwtOwtOiaiduabuacubcubaucaucbuabuacubcubaiVT137三相橋

14、式全控整流電路三相橋式全控整流電路時(shí) 段IIIIIIIVVVI共陰極組中導(dǎo)通的晶閘管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共陽(yáng)極組中導(dǎo)通的晶閘管VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流輸出電壓udua-ub=uabua-uc=uacub-uc=ubcub-ua=ubauc-ua=ucauc-ub=ucb382.2.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路（2）對(duì)觸發(fā)脈沖的要求：）對(duì)觸發(fā)脈沖的要求：按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的順序，相位依次差60（為什么？）（為什么？）。共陰極組VT1、VT3、VT5的脈沖依次差120，共陽(yáng)極組VT4、VT6、VT2也依次差120（為什么

15、？）（為什么？）。同一相的上下兩個(gè)橋臂，即VT1與與VT4，VT3與與VT6，VT5與與VT2，脈沖相差180（為什么？）（為什么？）。 三相橋式全控整流電路的特點(diǎn)特點(diǎn)（1）2管同時(shí)通形成供電回路，其中共陰極組和共陽(yáng)極組各1個(gè)管，且不能為同1相器件。392.2.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路（3）ud一周期脈動(dòng)一周期脈動(dòng)6次，每次脈動(dòng)的波形都一樣，故該電路為次，每次脈動(dòng)的波形都一樣，故該電路為6脈脈波整流電路。波整流電路。（4）需保證同時(shí)導(dǎo)通的）需保證同時(shí)導(dǎo)通的2個(gè)晶閘管均有脈沖個(gè)晶閘管均有脈沖可采用兩種方法：一種是寬脈沖觸發(fā)一種是一種是雙（窄）脈沖雙（窄）脈沖觸發(fā)（常用）觸發(fā)（

16、常用）(5）晶閘管承受的電壓波形與三相半波時(shí)相同，晶閘管承受最大）晶閘管承受的電壓波形與三相半波時(shí)相同，晶閘管承受最大正、反向電壓的關(guān)系也相同。正、反向電壓的關(guān)系也相同。 三相橋式全控整流電路的特點(diǎn)特點(diǎn)40三相橋式全控整流電路的觸發(fā)脈沖三相橋式全控整流電路的觸發(fā)脈沖寬脈沖寬脈沖 雙窄雙窄脈沖脈沖 41三相橋式全控整流電路的觸發(fā)脈沖三相橋式全控整流電路的觸發(fā)脈沖 三相橋式三相橋式可控整流可控整流電路電路 6個(gè)晶閘個(gè)晶閘管門(mén)極觸管門(mén)極觸發(fā)信號(hào)發(fā)信號(hào) 寬脈沖寬脈沖42三相橋式全控整流電路的觸發(fā)脈沖三相橋式全控整流電路的觸發(fā)脈沖 三相橋式三相橋式可控整流可控整流電路電路 6個(gè)晶閘個(gè)晶閘管門(mén)極觸管門(mén)極觸

17、發(fā)信號(hào)發(fā)信號(hào) 雙窄脈沖雙窄脈沖43圖圖2-21 三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載 a a= 90 = 90 時(shí)的波形（負(fù)載電流斷續(xù)）時(shí)的波形（負(fù)載電流斷續(xù)）寬脈沖寬脈沖 44圖圖2-21 三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載 a a= 90 = 90 時(shí)的波形（負(fù)載電流斷續(xù)）時(shí)的波形（負(fù)載電流斷續(xù)）雙窄雙窄脈沖脈沖 45a60 時(shí)時(shí)（a =0 圖222；a =30 圖223）ud波形連續(xù)，工作情況與帶電阻負(fù)載時(shí)十分相似。 各晶閘管的通斷情況 輸出整流電壓ud波形 晶閘管承受的電壓波形2.2.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路2) 阻

18、感負(fù)載時(shí)的工作情況主要包括a 60 時(shí)（時(shí)（ a =90圖224）阻感負(fù)載時(shí)的工作情況與電阻負(fù)載時(shí)不同。 電阻負(fù)載時(shí)，ud波形不會(huì)出現(xiàn)負(fù)的部分。 阻感負(fù)載時(shí)，ud波形會(huì)出現(xiàn)負(fù)的部分。帶阻感負(fù)載時(shí)，三相橋式全控整流電路的a角移相范圍為90 。區(qū)別在于：得到的負(fù)載電流id波形不同。 當(dāng)電感足夠大的時(shí)候， id的波形可近似為一條水平線。46圖圖2-22 三相橋式全控整流電路帶阻感負(fù)三相橋式全控整流電路帶阻感負(fù)載載a a= 0 = 0 時(shí)的波形時(shí)的波形ud1u2ud2u2LudidwtOwtOwtOwtOuaa = 0ubucwt1uabuacubcubaucaucbuabuaciVT147圖圖2-2

19、3 三相橋式全控整流電路帶阻感負(fù)三相橋式全控整流電路帶阻感負(fù)載載a a= 30 = 30 時(shí)的波形時(shí)的波形ud1a = 30ud2uduabuacubcubaucaucbuabuacwtOwtOwtOwtOidiawt1uaubuc48圖圖2-24 三相橋式全控整流電路帶阻感負(fù)載三相橋式全控整流電路帶阻感負(fù)載a a= 90 = 90 時(shí)的波形時(shí)的波形a = 90ud1ud2uacubcubaucaucbuabuacuabuduacuabuacwtOwtOwtOubucuawt1uVT1492.2.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路3) 定量分析當(dāng)整流輸出電壓連續(xù)時(shí)（即帶阻感負(fù)載時(shí)，或

20、帶電阻負(fù)載a60 時(shí)）的平均值為： 帶電阻負(fù)載且a 60時(shí)，整流電壓平均值為：輸出電流平均值為 ：Id=Ud /Rawwpapapcos34.2)(sin63123232dUttdUU（2-26）)3cos(134.2)(sin63232dapwwppapUttdUU（2-27）502.2.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路當(dāng)整流變壓器為圖當(dāng)整流變壓器為圖2-17中所示采用星形接法，帶阻感負(fù)載時(shí)，變中所示采用星形接法，帶阻感負(fù)載時(shí)，變壓器二次側(cè)電流波形如圖壓器二次側(cè)電流波形如圖2-23中所示，其有效值為：中所示，其有效值為：ddddIIIII816.03232)(3221222ppp

21、（2-28）晶閘管電壓、電流等的定量分析與三相半波時(shí)一致。接反電勢(shì)阻感負(fù)載時(shí)，在負(fù)載電流連續(xù)的情況下，電路工作情況與電感性負(fù)載時(shí)相似，電路中各處電壓、電流波形均相同。僅在計(jì)算Id時(shí)有所不同，接反電勢(shì)阻感負(fù)載時(shí)的Id為：REUIdd（2-29）式中R和E分別為負(fù)載中的電阻值和反電動(dòng)勢(shì)的值。512.4電容濾波的不可控整流電路電容濾波的不可控整流電路522.4電容濾波的不可控整流電路電容濾波的不可控整流電路在交在交直直交變頻器、不間斷電源、開(kāi)關(guān)電源等應(yīng)用場(chǎng)合中，交變頻器、不間斷電源、開(kāi)關(guān)電源等應(yīng)用場(chǎng)合中，大量應(yīng)用。大量應(yīng)用。最常用的是單相橋和三相橋兩種接法。由于電路中的電力電子器件采用整流二極管，故

22、也稱這類電路為二極管（不控）整流電路。532.4.1電容濾波的單相不可控整流電路電容濾波的單相不可控整流電路常用于小功率單相交流輸入的場(chǎng)合，如目前大量普及的微機(jī)、電視機(jī)等家電產(chǎn)品中。1） 工作原理及波形分析工作原理及波形分析圖2-26 電容濾波的單相橋式不可控整流電路及其工作波形a) 電路 b) 波形b)0iudqdp2pwti,uda)+RCu1u2i2VD1VD3VD2VD4iCiRud542.4.1電容濾波的單相不可控整流電路電容濾波的單相不可控整流電路 感容濾波的二極管整流電路實(shí)際應(yīng)用為此情況，但分析復(fù)雜。ud波形更平直，電流i2的上升段平緩了許多，這對(duì)于電路的工作是有利的。圖2-29

23、 感容濾波的單相橋式不可控整流電路及其工作波形a） 電路圖 b）波形a)b)u2udi20dqpwti2,u2,ud552.4.2電容濾波的三相不可控整流電路電容濾波的三相不可控整流電路1） 基本原理某一對(duì)二極管導(dǎo)通時(shí)，輸出電壓等于交流側(cè)線電壓中最大的一個(gè)，該線電壓既向電容供電，也向負(fù)載供電。當(dāng)沒(méi)有二極管導(dǎo)通時(shí)，由電容向負(fù)載放電，ud按指數(shù)規(guī)律下降。圖2-30 電容濾波的三相橋式不可控整流電路及其波形a)b)Oiaudiduduabuac0dqwtpp3wt562.4.2電容濾波的三相不可控整流電路電容濾波的三相不可控整流電路考慮實(shí)際電路中存在的交流側(cè)電感以及為抑制沖擊電流而串聯(lián)考慮實(shí)際電路中

24、存在的交流側(cè)電感以及為抑制沖擊電流而串聯(lián)的電感時(shí)的工作情況：的電感時(shí)的工作情況：電流波形的前沿平緩了許多，有利于電路的正常工作。 隨著負(fù)載的加重，電流波形與電阻負(fù)載時(shí)的交流側(cè)電流波形逐漸接近。圖2-32 考慮電感時(shí)電容濾波的三相橋式整流電路及其波形 a）電路原理圖 b）輕載時(shí)的交流側(cè)電流波形 c）重載時(shí)的交流側(cè)電流波形b)c)iaiaOOw tw t572.5 整流電路的諧波和功率因數(shù)整流電路的諧波和功率因數(shù)582.5 整流電路的諧波和功率因數(shù)整流電路的諧波和功率因數(shù)引言引言隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用日益廣泛，由此帶來(lái)的隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用日益廣泛，由此帶來(lái)的諧波諧波(harmo

25、nics)和和無(wú)功無(wú)功(reactive power)問(wèn)題日益嚴(yán)重，引起了關(guān)問(wèn)題日益嚴(yán)重，引起了關(guān)注。注。無(wú)功的危害：導(dǎo)致設(shè)備容量增加。使設(shè)備和線路的損耗增加。線路壓降增大，沖擊性負(fù)載使電壓劇烈波動(dòng)。諧波的危害：降低設(shè)備的效率。影響用電設(shè)備的正常工作。引起電網(wǎng)局部的諧振，使諧波放大，加劇危害。導(dǎo)致繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的誤動(dòng)作。對(duì)通信系統(tǒng)造成干擾。59狄里赫利條件狄里赫利條件: 在在1829年，狄里赫利得出結(jié)論：只有在滿足一年，狄里赫利得出結(jié)論：只有在滿足一定條件時(shí)，周期信號(hào)才能展開(kāi)成傅里葉級(jí)數(shù)。定條件時(shí)，周期信號(hào)才能展開(kāi)成傅里葉級(jí)數(shù)。 一、周期函數(shù)分解為傅里葉級(jí)數(shù)一、周期函數(shù)分解為傅里葉級(jí)數(shù)式中

26、式中T為周期，為周期，k = 0、1、2、3 （k為正整數(shù)）為正整數(shù)）)()(kTtftf Tp pw w2 （1）函數(shù)在一周期內(nèi)極大值與極小值為有限個(gè)。）函數(shù)在一周期內(nèi)極大值與極小值為有限個(gè)。（2）函數(shù)在一周期內(nèi)間斷點(diǎn)為有限個(gè)，）函數(shù)在一周期內(nèi)間斷點(diǎn)為有限個(gè)，而且，在這些不連續(xù)而且，在這些不連續(xù) 點(diǎn)上，點(diǎn)上， f(t) 的函數(shù)值必須是有限值。的函數(shù)值必須是有限值。（3）在一周期內(nèi)函數(shù)絕對(duì)值積分為有限值）在一周期內(nèi)函數(shù)絕對(duì)值積分為有限值 。 dttfT0)(即即任何滿足狄里赫利條件的周期函數(shù)任何滿足狄里赫利條件的周期函數(shù)f(t)可展開(kāi)成傅里葉級(jí)數(shù)可展開(kāi)成傅里葉級(jí)數(shù)2.5.1諧波和無(wú)功功率分析基

27、礎(chǔ)諧波和無(wú)功功率分析基礎(chǔ)60)sin( )sin( )2sin()sin()(1022110kkkkktkcctkctctcctfq qw wq qw wq qw wq qw w sincos )2sin2cos()sincos()(1022110tkbtkaatbtatbtaatfkkkw ww ww ww ww ww w 周期函數(shù)傅里葉級(jí)數(shù)展開(kāi)式為周期函數(shù)傅里葉級(jí)數(shù)展開(kāi)式為還可表示成下式還可表示成下式將同頻率將同頻率 與與 合并，合并，)(tfcossin61kkkkkkcbcaq qq qcossin 或或即即f(t)在一周期內(nèi)平均值在一周期內(nèi)平均值求傅里葉系數(shù)求傅里葉系數(shù)(Fourie

28、r coefficient)的公式：的公式：kkkkkkbabac q qtan22兩種表示式中系數(shù)間的關(guān)系：兩種表示式中系數(shù)間的關(guān)系：kakbkq qkc 2200d)(1d)(1TTTttfTttfTa p pp pw ww wp pw w)(dcos)(1dcos)(20ttktfttktfTaTk p pp pw ww wp pw w)(dsin)(1dsin)(20ttktfttktfTbTk00ac 62)sin( )sin( )2sin()sin()(1022110kKkkktkcctkctctcctfq qw wq qw wq qw wq qw w 直流分量直流分量諧波分量諧波

29、分量基波基波二次諧波二次諧波高次諧波高次諧波(higher harmonic) k 2次的次的諧波諧波奇次諧波奇次諧波(odd harmonic) k為奇為奇次的次的諧波諧波偶次諧波偶次諧波(even harmonic) k為偶為偶次的次的諧波諧波k次諧波次諧波63奇函數(shù)，波形對(duì)稱于原點(diǎn)奇函數(shù)，波形對(duì)稱于原點(diǎn))sin(sinxx 正弦函數(shù)是奇函數(shù)正弦函數(shù)是奇函數(shù))()(tftf (a)1. 根據(jù)函數(shù)奇偶性來(lái)判斷根據(jù)函數(shù)奇偶性來(lái)判斷二、二、 波形的對(duì)稱波形的對(duì)稱(symmetry)性與傅里葉系數(shù)的關(guān)系性與傅里葉系數(shù)的關(guān)系 此類函數(shù)的傅里葉級(jí)數(shù)展開(kāi)式只包含正弦函數(shù)項(xiàng)，不此類函數(shù)的傅里葉級(jí)數(shù)展開(kāi)式只

30、包含正弦函數(shù)項(xiàng)，不包含余弦函數(shù)項(xiàng)和常數(shù)項(xiàng)。包含余弦函數(shù)項(xiàng)和常數(shù)項(xiàng)。f(t)0tT-Tf(t)0tT-T64(b) )()(tftf 偶函數(shù)，波形對(duì)稱于縱軸偶函數(shù)，波形對(duì)稱于縱軸。余弦函數(shù)是偶函數(shù)余弦函數(shù)是偶函數(shù))cos(cosxx 此類函數(shù)的傅里葉級(jí)數(shù)展開(kāi)式只包含余弦函數(shù)項(xiàng)，不此類函數(shù)的傅里葉級(jí)數(shù)展開(kāi)式只包含余弦函數(shù)項(xiàng)，不包含正弦函數(shù)項(xiàng)，可能有常數(shù)項(xiàng)。包含正弦函數(shù)項(xiàng)，可能有常數(shù)項(xiàng)。f(t)0tT-Tf(t)0tT-T65)2()(Ttftf 半波對(duì)稱橫軸半波對(duì)稱橫軸2. 根據(jù)半波對(duì)稱性質(zhì)判斷根據(jù)半波對(duì)稱性質(zhì)判斷 此類函數(shù)的傅里葉級(jí)數(shù)展開(kāi)式只包含奇次函數(shù)項(xiàng)，不此類函數(shù)的傅里葉級(jí)數(shù)展開(kāi)式只包含奇次

31、函數(shù)項(xiàng)，不包含偶次函數(shù)項(xiàng)，沒(méi)有常數(shù)項(xiàng)。包含偶次函數(shù)項(xiàng)，沒(méi)有常數(shù)項(xiàng)。f(t)0tT-T)2(Ttf 3. 平移縱軸平移縱軸(改變時(shí)間起點(diǎn)），可以改變函數(shù)的奇偶性，但不改變時(shí)間起點(diǎn)），可以改變函數(shù)的奇偶性，但不能改變半波對(duì)稱性質(zhì)。能改變半波對(duì)稱性質(zhì)。)(tftT0-T662.5.1諧波和無(wú)功功率分析基礎(chǔ)諧波和無(wú)功功率分析基礎(chǔ)1） 諧波對(duì)于非正弦波電壓，滿足狄里赫利條件狄里赫利條件，可分解為傅里葉級(jí)數(shù)傅里葉級(jí)數(shù)：n次諧波電流含有率以HRIn（Harmonic Ratio for In）表示 （2-57）電流諧波總畸變率THDi（Total Harmonic distortion）定義為 （2-58）

32、%1001IIHRInn%1001IITHDhi正弦波電壓可表示為：)sin(2)(utUtuw基波（fundamental）頻率與工頻相同的分量諧波頻率為基波頻率大于1整數(shù)倍的分量諧波次數(shù)諧波頻率和基波頻率的整數(shù)比672.5.1諧波和無(wú)功功率分析基礎(chǔ)諧波和無(wú)功功率分析基礎(chǔ)2） 功率因數(shù)正弦電路中的情況電路的有功功率有功功率就是其平均功率平均功率：pwp20cos)(21UItuidP（2-59）視在功率視在功率為電壓、電流有效值的乘積，即S=UI （2-60）無(wú)功功率無(wú)功功率定義為： Q=U I sin （2-61）功率因數(shù)功率因數(shù)l 定義為有功功率P和視在功率S的比值：SPl（2-62）

33、此時(shí)無(wú)功功率Q與有功功率P、視在功率S之間有如下關(guān)系：222QPS（2-63）功率因數(shù)是由電壓和電流的相位差 決定的：l l =cos （2-64）682.5.1諧波和無(wú)功功率分析基礎(chǔ)諧波和無(wú)功功率分析基礎(chǔ)非正弦電路中的情況非正弦電路中的情況有功功率、視在功率、功率因數(shù)的定義均和正弦電路相同，功率因數(shù)仍由式 定義。不考慮電壓畸變，研究電壓為正弦波、電流為非正弦波的情況有很大的實(shí)際意義。SPl非正弦電路的有功功率 ：P=U I1 cos 1 （2-65）功率因數(shù)功率因數(shù)為：11111coscoscoslIIUIUISP（2-66） 基波因數(shù)基波因數(shù)n =I1 / I，即基波電流有效值基波電流有效

34、值和總電流有效值總電流有效值之比 位移因數(shù)位移因數(shù)（基波功率因數(shù)基波功率因數(shù)）cos 1功率因數(shù)由基波電流相移基波電流相移和電流波形畸變電流波形畸變這兩個(gè)因素共同決定的。692.5.1諧波和無(wú)功功率分析基礎(chǔ)諧波和無(wú)功功率分析基礎(chǔ)非正弦電路的無(wú)功功率非正弦電路的無(wú)功功率定義很多，但尚無(wú)被廣泛接受的科學(xué)而權(quán)威的定義。一種簡(jiǎn)單的定義是仿照式（2-63）給出的： （2-67）22PSQ無(wú)功功率Q反映了能量的流動(dòng)和交換，目前被較廣泛的接受。也可仿照式（2-61）定義無(wú)功功率，為和式（2-67）區(qū)別，采用符號(hào)Qf，忽略電壓中的諧波時(shí)有：Q f =U I 1 sin 1 (2-68）在非正弦情況下， ，因此

35、引入畸變功率畸變功率D，使得： （2-69）222fQPS2222DQPSfQ f為由基波電流所產(chǎn)生的無(wú)功功率，D是諧波電流產(chǎn)生的無(wú)功功率。702.5.2帶阻感負(fù)載時(shí)可控整流電路帶阻感負(fù)載時(shí)可控整流電路 交流側(cè)諧波和功率因數(shù)分析交流側(cè)諧波和功率因數(shù)分析1) 單相橋式全控整流電路忽略換相過(guò)程和電流脈動(dòng)，帶阻感負(fù)載，直流電感L為足夠大（電流i2的波形見(jiàn)圖2-6）i2OwtdLLL,5,3,1,5,3,12sin2sin14)5sin513sin31(sin4nnntnItnnItttIiwwpwwwpdd（2-72）變壓器二次側(cè)電流諧波分析：pnIInd22n=1,3,5,（2-73） 電流中僅含

36、奇次諧波。 各次諧波有效值與諧波次數(shù)成反比，且與基波有效值的比值為諧波次數(shù)的倒數(shù)。712.5.2帶阻感負(fù)載時(shí)可控整流電路帶阻感負(fù)載時(shí)可控整流電路 交流側(cè)諧波和功率因數(shù)分析交流側(cè)諧波和功率因數(shù)分析基波電流有效值為 （2-74） i2的有效值I= Id，結(jié)合式（2-74）可得基波因數(shù)為 （2-75）電流基波與電壓的相位差就等于控制角a a ，故位移因數(shù)為（2-76）所以，功率因數(shù)為所以，功率因數(shù)為d122IIppII12 209 .aapllcos9.0cos22cos111IIalcoscos11（2-77） 功率因數(shù)計(jì)算功率因數(shù)計(jì)算722.5.2帶阻感負(fù)載時(shí)可控整流電路帶阻感負(fù)載時(shí)可控整流電路

37、 交流側(cè)諧波和功率因數(shù)分析交流側(cè)諧波和功率因數(shù)分析2）三相橋式全控整流電路圖2-23 三相橋式全控整流電路帶阻感負(fù)載a=30時(shí)的波形阻感負(fù)載，忽略換相過(guò)程和電流脈動(dòng)，直流電感L為足夠大。以a a =30為例，此時(shí)，電 流 為 正 負(fù) 半 周 各120的方波，其有效值與直流電流的關(guān)系為：d32II（2-78）tud1a = 30ud2uduabuacubcubaucaucbuabuac wtOwOwtOwtOidiawt1uaubucd32II （2-78）732.5.3電容濾波的不可控整流電路電容濾波的不可控整流電路 交流側(cè)諧波和功率因數(shù)分析交流側(cè)諧波和功率因數(shù)分析（一般性了解）（一般性了解）

38、1) 單相橋式不可控整流電路實(shí)用的單相不可控整流電路采用感容濾波。實(shí)用的單相不可控整流電路采用感容濾波。電容濾波的單相不可控整流電路交流側(cè)諧波組成有如下規(guī)律：諧波次數(shù)為奇次。諧波次數(shù)越高，諧波幅值越小。諧波與基波的關(guān)系是不固定的。 越大，則諧波越小。LCw關(guān)于功率因數(shù)的結(jié)論如下：位移因數(shù)接近1，輕載超前，重載滯后。諧波大小受負(fù)載和濾波電感的影響。742.7整流電路的有源逆變工作狀整流電路的有源逆變工作狀態(tài)態(tài)752.7.1逆變的概念逆變的概念1) 什么是逆變？為什么要逆變？逆變（Invertion）把直流電轉(zhuǎn)變成交流電，整流的逆過(guò)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(cè)和電網(wǎng)連

39、結(jié)（能量回饋能量回饋）。 應(yīng)用：直流可逆調(diào)速系統(tǒng)、交流繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速以及高壓直流輸電等場(chǎng)合。無(wú)源逆變電路變流電路的交流側(cè)不與電網(wǎng)聯(lián)接，而直接接到負(fù)載，將在第5章介紹。對(duì)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(zhuǎn)變。既工作在整流狀態(tài)又工作在逆變狀態(tài)，稱為變流電路變流電路。762.7.1逆變的概念逆變的概念2) 直流發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)電能的流轉(zhuǎn)圖2-44 直流發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)之間電能的流轉(zhuǎn)a）兩電動(dòng)勢(shì)同極性EG EM b）兩電動(dòng)勢(shì)同極性EM EG c）兩電動(dòng)勢(shì)反極性，形成短路電路過(guò)程分析（旋轉(zhuǎn)機(jī)組變流裝置，旋轉(zhuǎn)機(jī)組變流裝置，G-M系統(tǒng)系統(tǒng)）。兩個(gè)電動(dòng)勢(shì)

40、同極性相接時(shí)，電流總是從電動(dòng)勢(shì)高的流向低的，回路電阻小，可在兩個(gè)電動(dòng)勢(shì)間交換很大的功率。772.7.1逆變的概念逆變的概念3) 逆變產(chǎn)生的條件單相全波電路代替上述發(fā)電機(jī)（靜止式變流裝置靜止式變流裝置）圖2-45 單相全波電路的整流和逆變交流電網(wǎng)輸出電功率電動(dòng)機(jī)輸出電功率a)b)u10udu20u10aOOwtwtIdidUdEMu10udu20u10OOwtwtIdidUd /2，使Ud為負(fù)值(?)。p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(fù)值，也不允許直流側(cè)出現(xiàn)負(fù)極性的電動(dòng)勢(shì)，故不能實(shí)現(xiàn)有源逆變（為什么？）。欲實(shí)現(xiàn)有源逆變，只能采用全控電路。792.7.2三相橋整流電路的有源逆

41、變工作狀態(tài)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：控制角控制角a不同不同 0a a p p /2 時(shí)，電路工作在整流狀態(tài)。 p p /2 a a p p /2時(shí)的控制角用pp a a = b b表示，b b 稱為逆變角逆變角。逆變角b b和控制角a a的計(jì)量方向相反，其大小自b =0的起始點(diǎn)向左方計(jì)量。802.7.2三相橋整流電路的有源逆變工作狀態(tài)三相橋整流電路的有源逆變工作狀態(tài)三相橋式電路工作于有源逆變狀態(tài)，不同逆變角時(shí)的輸出電壓波三相橋式電路工作于有源逆變狀態(tài)，不同逆變角時(shí)的輸出電壓波形及晶閘管兩端電壓波形如圖形及晶閘管兩端電壓波形如圖2-46所示。所示。圖2-46 三相橋式整流

42、電路工作于有源逆變狀態(tài)時(shí)的電壓波形uabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbuabuacubcuaubucuaubucuaubucuaubu2udwtOwtOb =p4b =p3b =p6b =p4b =p3b =p6wt1wt3wt2812.7.2三相橋整流電路的有源逆變工作狀態(tài)三相橋整流電路的有源逆變工作狀態(tài)有源逆變狀態(tài)時(shí)各電量的計(jì)算：有源逆變狀態(tài)時(shí)各電量的計(jì)算：REUId輸出直流電流的平均值亦可用整流的公式，即bbcos35. 1cos34. 222UUUd（2-105）每個(gè)晶閘管導(dǎo)通2p p/3，故流過(guò)晶閘管的電流有效值

43、為：ddVTIII577. 03（2-106）從交流電源送到直流側(cè)負(fù)載的有功功率為：dMddIEIRP2（2-107）當(dāng)逆變工作時(shí)，由于EM為負(fù)值，故Pd一般為負(fù)值，表示功率由直流電源輸送到交流電源。（2-108）在三相橋式電路中，變壓器二次側(cè)線電流的有效值為：ddVTIIII816.03222822.7.3逆變失敗與最小逆變角的逆變失敗與最小逆變角的限制限制逆變失?。孀冾嵏玻孀冾嵏玻?逆變時(shí)，一旦換相失敗，外接直流電源就會(huì)通過(guò)晶閘管電路短路短路，或使變流器的輸出平均電壓和直流電動(dòng)勢(shì)變成順向串聯(lián)順向串聯(lián)，形成很大短路電流短路電流。觸發(fā)電路工作不可靠，不能適時(shí)、準(zhǔn)確地給各晶閘管分配脈沖，如

44、脈沖丟失、脈沖延時(shí)等，致使晶閘管不能正常換相。晶閘管發(fā)生故障，該斷時(shí)不斷，或該通時(shí)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。1) 逆變失敗的原因逆變失敗的原因832.7.3逆變失敗與最小逆變角的逆變失敗與最小逆變角的限制限制換相重疊角的影響：換相重疊角的影響：圖2-47 交流側(cè)電抗對(duì)逆變換相過(guò)程的影響當(dāng)b g 時(shí)，換相結(jié)束時(shí)，晶閘管能承受反壓而關(guān)斷。如果b giVT1iVTiVT3iVTiVT322842.8 晶閘管直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)晶閘管直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)852.8 晶閘管直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)晶閘管直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)（系統(tǒng)概念）（系統(tǒng)概念）有系統(tǒng)信號(hào)反饋有系統(tǒng)信號(hào)反饋為閉環(huán)控制為閉環(huán)控制無(wú)

45、系統(tǒng)信號(hào)反無(wú)系統(tǒng)信號(hào)反饋為開(kāi)環(huán)控制饋為開(kāi)環(huán)控制功率輸出功率輸出觸發(fā)（驅(qū)動(dòng)）觸發(fā)（驅(qū)動(dòng)）控制信號(hào)控制信號(hào)強(qiáng)電環(huán)節(jié)強(qiáng)電環(huán)節(jié)弱電控制強(qiáng)電弱電控制強(qiáng)電小功率控制大功率小功率控制大功率本節(jié)內(nèi)容本節(jié)內(nèi)容電力電子變換裝置電力電子變換裝置電路系統(tǒng)基本構(gòu)成電路系統(tǒng)基本構(gòu)成框圖（閉環(huán)）框圖（閉環(huán)）晶閘管晶閘管-直流電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)框圖（開(kāi)環(huán)）系統(tǒng)框圖（開(kāi)環(huán)）862.8 晶閘管直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)晶閘管直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)引言引言晶閘管直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)晶閘管可控整流裝置帶直流電晶閘管可控整流裝置帶直流電動(dòng)機(jī)負(fù)載組成的系統(tǒng)動(dòng)機(jī)負(fù)載組成的系統(tǒng)。是電力拖動(dòng)系統(tǒng)中主要的一種（目前以交流拖動(dòng)為主）。是可控整流裝置的主要用途之一。 對(duì)該

46、系統(tǒng)的研究包括兩個(gè)方面：其一是在帶電動(dòng)機(jī)負(fù)載時(shí)整流電路的工作情況。其二是由整流電路供電時(shí)電動(dòng)機(jī)的工作情況。本節(jié)主要從第二個(gè)方面進(jìn)行分析。872.8.1晶閘管直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)晶閘管直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng) 工作于整流狀態(tài)工作于整流狀態(tài)整流電路接反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載時(shí)，整流電路接反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載時(shí)，負(fù)載電流斷續(xù)，對(duì)整流電路和負(fù)載電流斷續(xù)，對(duì)整流電路和電動(dòng)機(jī)的工作都很不利。電動(dòng)機(jī)的工作都很不利。在實(shí)際應(yīng)用中要盡量避免出現(xiàn)在實(shí)際應(yīng)用中要盡量避免出現(xiàn)負(fù)載電流斷續(xù)的工作情況。負(fù)載電流斷續(xù)的工作情況。圖2-48 三相半波帶電動(dòng)機(jī)負(fù)載且加平波電抗器時(shí)的電壓電流波形通常在電樞回路串聯(lián)一平平波電抗器波電抗器，保證整流電流在較大范圍內(nèi)連續(xù)

47、，如圖2-48。udOidwtuaubucaudOiaibicicwtEUdidR882.8.1 晶閘管直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)晶閘管直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng) 工作于整流狀態(tài)工作于整流狀態(tài)此時(shí)，整流電路直流電壓的平衡方程為此時(shí)，整流電路直流電壓的平衡方程為（2-112）式中，式中，。 為電動(dòng)機(jī)的反電動(dòng)勢(shì) 負(fù)載平均電流Id所引起的各種電壓降，包括： 變壓器的電阻壓降 電樞電阻壓降 由重疊角引起的電壓降 晶閘管本身的管壓降，它基本上是一恒值。系統(tǒng)的兩種工作狀態(tài)：系統(tǒng)的兩種工作狀態(tài)：電流連續(xù)工作狀態(tài)電流連續(xù)工作狀態(tài)電流斷續(xù)工作狀態(tài)電流斷續(xù)工作狀態(tài)UIREUdMdp23BMBXRRRMEdIRBdRIMdRI)2(3pd

48、BIXU平波電抗器平波電抗器呢？呢？892.8.1 晶閘管直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)晶閘管直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng) 工作于整流狀態(tài)工作于整流狀態(tài)轉(zhuǎn)速與電流的轉(zhuǎn)速與電流的機(jī)械特性關(guān)系式為關(guān)系式為1) 電流連續(xù)時(shí)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性電流連續(xù)時(shí)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 在電機(jī)學(xué)中，已知直流電動(dòng)機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)為nCEeM（2-113）可根據(jù)整流電路電壓平衡方程式（2-112），得UIRUEdMacos17. 12（2-114）edeCUIRCUnacos17. 12（2-115）圖2-49 三相半波電流連續(xù)時(shí)以電流表示的電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性其機(jī)械特性是一組平行的直線，其斜率由于內(nèi)阻不一定相同而稍有差異。調(diào)節(jié)a a 角，即可調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。O

49、na1a260a)3cos(22paU當(dāng)Id減小至某一定值Id min以后，電流變?yōu)閿嗬m(xù)，這個(gè) 是不存在的，真正的理想空載點(diǎn)遠(yuǎn)大于此值。0E 圖2-50 電流斷續(xù)時(shí)電動(dòng)勢(shì)的特性曲線斷續(xù)區(qū)特性的近似直線斷續(xù)區(qū)連續(xù)區(qū)EE0E0OIdminId(0.585U2)( U2)2（?）912.8.1 晶閘管直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)晶閘管直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng) 工作于整流狀態(tài)工作于整流狀態(tài)電流斷續(xù)時(shí)電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的特點(diǎn)（定性分析）：圖2-50 電流斷續(xù)時(shí)電動(dòng)勢(shì)的特性曲線電流斷續(xù)時(shí)理想空載轉(zhuǎn)速升高。機(jī)械特性變軟，即負(fù)載電流變化很小也可引起很大的轉(zhuǎn)速變化。隨著a 的增加，進(jìn)入斷續(xù)區(qū)的電流值加大（為什么（為什么?）。為保證在最小負(fù)

50、載電流Imin時(shí)電流波形連續(xù)，主回路電感量：斷續(xù)區(qū)特性的近似直線斷續(xù)區(qū)連續(xù)區(qū)EE0E0OIdminId(0.585U2)( U2)2Oa3a2a1Id分界線斷續(xù)區(qū)連續(xù)區(qū)a5a4E0E圖2-51 考慮電流斷續(xù)時(shí)不同a 時(shí)反電動(dòng)勢(shì)的特性曲線a a 1 a 2 a 3 a 460 92v 對(duì)于三相半波整流：對(duì)于三相半波整流：v 對(duì)于三相橋式整流：對(duì)于三相橋式整流：Imin為電動(dòng)機(jī)的空載電流，一般取電動(dòng)機(jī)額定電流的為電動(dòng)機(jī)的空載電流，一般取電動(dòng)機(jī)額定電流的5%10%)(.46. 1min2mHIULd)(.693. 0min2mHIULd932.8.2 晶閘管直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)晶閘管直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng) 工作于

51、有源逆變狀態(tài)工作于有源逆變狀態(tài)1) 電流連續(xù)時(shí)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性（電動(dòng)機(jī)為發(fā)電狀態(tài)）電流連續(xù)時(shí)的機(jī)械特性由 決定的。 逆變時(shí)由于 ， 反接，得 因?yàn)镋M=Cen，可求得電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性方程式RIEUdMdbcos0ddUUME)cos(0RIUEddMb（2-122)cos(10RIUCnddeb（2-123)圖2-52 電動(dòng)機(jī)在四象限中的機(jī)械特性正組變流器反組變流器na3a2a1Ida4b2b3b4b1a =b =p2a =b =p2b3b2b1b4a2a3a4a1a1=b 1;a 1=b1a2=b 2;a 2=b2a 增大方向b 增大方向a 增大方向b 增大方向942.8.2 晶閘管直流電動(dòng)

52、機(jī)系統(tǒng)晶閘管直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng) 工作于有源逆變狀態(tài)工作于有源逆變狀態(tài)2) 電流斷續(xù)時(shí)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性逆變電流斷續(xù)時(shí)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性，與逆變電流斷續(xù)時(shí)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性，與整流時(shí)十分相似整流時(shí)十分相似：理想空載轉(zhuǎn)速上翹很多，機(jī)械特性變軟，且呈現(xiàn)非線性。逆變狀態(tài)的機(jī)械特性是整流狀態(tài)的延續(xù)。影響電動(dòng)機(jī)的理想空載轉(zhuǎn)速n0)6sin(220pbeCUn（可以從波形上分析出上述公式）952.8.3直流可逆電力拖動(dòng)系統(tǒng)直流可逆電力拖動(dòng)系統(tǒng)圖2-53 兩組變流器的反并聯(lián)可逆線路圖2-53a與b是兩組反并聯(lián)的可逆電路a三相半波有環(huán)流接線b三相全控橋無(wú)環(huán)流接線c對(duì)應(yīng)電動(dòng)機(jī)四象限運(yùn)行時(shí)兩組變流器工作情況正組和反組變流器的

53、切換（簡(jiǎn)稱正反橋切換正反橋切換）這里介紹的是一種電機(jī)電樞電流反向系統(tǒng)，此外還有勵(lì)磁反向。962.8.3直流可逆電力拖動(dòng)系統(tǒng)直流可逆電力拖動(dòng)系統(tǒng)兩套變流裝置反并聯(lián)連接的可逆電路的相關(guān)概念和結(jié)論：連接的可逆電路的相關(guān)概念和結(jié)論：環(huán)流環(huán)流是指只在兩組變流器之間流動(dòng)而不經(jīng)過(guò)負(fù)載的電流。正向運(yùn)行時(shí)由正組變流器供電；反向運(yùn)行時(shí)，則由反組變流器供電（是由晶閘管的單向?qū)щ娦詻Q定的）。根據(jù)對(duì)環(huán)流的處理方法，反并聯(lián)可逆電路又可分為不同的控制方案，如配合控制有環(huán)流（ ）、可控環(huán)流、邏輯控制無(wú)環(huán)流和錯(cuò)位控制無(wú)環(huán)流等。電動(dòng)機(jī)都可四象限運(yùn)行四象限運(yùn)行?？筛鶕?jù)電動(dòng)機(jī)所需運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)來(lái)決定哪一組變流器工作及其工作狀態(tài)：整流或逆變

54、。ba972.8.3直流可逆電力拖動(dòng)系統(tǒng)直流可逆電力拖動(dòng)系統(tǒng)直流可逆拖動(dòng)系統(tǒng)，除能方便地實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)外，還能直流可逆拖動(dòng)系統(tǒng)，除能方便地實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)外，還能實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的回饋制動(dòng)。實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的回饋制動(dòng)。abab 配合控制的有環(huán)流可逆系統(tǒng)對(duì)正、反兩組變流器同時(shí)輸入觸發(fā)脈沖，并嚴(yán)格保證a=b b 的配合控制關(guān)系 。假設(shè)正組為整流，反組為逆變，即有a Pb b N N ，Uda aP=Udb bN，且極性相抵，兩組變流器之間沒(méi)有直流環(huán)流。但兩組變流器的輸出電壓瞬時(shí)值不等，會(huì)產(chǎn)生脈動(dòng)環(huán)流。串入環(huán)流電抗器LC限制環(huán)流。982.8.3直流可逆電力拖動(dòng)系統(tǒng)直流可逆電力拖動(dòng)系統(tǒng)邏輯無(wú)環(huán)流可逆系統(tǒng)工程上使用較廣泛，不

55、需設(shè)置環(huán)流電抗器。只有一組橋投入工作（另一組關(guān)斷），兩組橋之間不存在環(huán)流。兩組橋之間的切換兩組橋之間的切換過(guò)程：首先應(yīng)使已導(dǎo)通橋的晶閘管斷流，要妥當(dāng)處理使主回路電流變?yōu)榱?，使原?dǎo)通晶閘管恢復(fù)阻斷能力。隨后再開(kāi)通原封鎖著的晶閘管，使其觸發(fā)導(dǎo)通。 這種無(wú)環(huán)流可逆系統(tǒng)中，變流器之間的切換過(guò)程由邏輯單元控制，稱為邏輯控制無(wú)環(huán)流邏輯控制無(wú)環(huán)流系統(tǒng)。直流可逆電力拖動(dòng)系統(tǒng)，將在后繼課“電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)”（運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)直流調(diào)速部分）中進(jìn)一步分析討論。992.9相控電路的驅(qū)動(dòng)控制相控電路的驅(qū)動(dòng)控制1002.9相控電路的驅(qū)動(dòng)控制相控電路的驅(qū)動(dòng)控制引言引言相控電路： 晶閘管可控整流電路，通過(guò)控制觸發(fā)角a a的大

56、小即控制觸發(fā)控制觸發(fā)脈沖起始相位脈沖起始相位來(lái)控制輸出電壓大小。相控電路的驅(qū)動(dòng)控制相控電路的驅(qū)動(dòng)控制為保證相控電路正常工作，很重要的是應(yīng)保證按觸發(fā)角a a的大小在正確的時(shí)刻向電路中的晶閘管施加有效的觸發(fā)脈沖。晶閘管相控電路，習(xí)慣稱為觸發(fā)電路。大、中功率的變流器廣泛應(yīng)用的是晶體管觸發(fā)電路，其中以同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路應(yīng)用最多（模擬模擬電路控制方案電路控制方案）。101三相橋式全控整流電路的觸發(fā)脈沖三相橋式全控整流電路的觸發(fā)脈沖寬脈沖寬脈沖 雙窄雙窄脈沖脈沖 102三相橋式全控整流電路的觸發(fā)脈沖三相橋式全控整流電路的觸發(fā)脈沖 三相橋式三相橋式可控整流可控整流電路電路 6個(gè)晶閘個(gè)晶閘管門(mén)極觸管門(mén)

57、極觸發(fā)信號(hào)發(fā)信號(hào) 寬脈沖寬脈沖103三相橋式全控整流電路的觸發(fā)脈沖三相橋式全控整流電路的觸發(fā)脈沖 三相橋式三相橋式可控整流可控整流電路電路 6個(gè)晶閘個(gè)晶閘管門(mén)極觸管門(mén)極觸發(fā)信號(hào)發(fā)信號(hào) 雙窄脈沖雙窄脈沖1042.9.1同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路電路輸出可為雙窄脈沖（適用于有兩個(gè)晶閘管同時(shí)導(dǎo)通的電路），輸出可為雙窄脈沖（適用于有兩個(gè)晶閘管同時(shí)導(dǎo)通的電路），也可為單窄脈沖。也可為單窄脈沖。三個(gè)基本環(huán)節(jié)：三個(gè)基本環(huán)節(jié)：脈沖的形成與放大、鋸齒波的形成和脈沖移相、同步環(huán)節(jié)。此外，還有強(qiáng)觸發(fā)和雙窄脈沖形成環(huán)節(jié)。此外，還有強(qiáng)觸發(fā)和雙窄脈沖形成環(huán)節(jié)。圖圖2-54 同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路

58、同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路1052.9.1同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路電路1) 脈沖形成環(huán)節(jié)V4、V5 脈沖形成V7、V8 脈沖放大控制電壓uco加在V4基極上V4的基極控制信號(hào)有三個(gè): 鋸齒波、uP、uCO圖2-54 同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路220 V36V+BTP+15 VAVS+15 V-15 V-15 VX Y接封鎖信號(hào)RQutsVD1VD2C1R2R4TSV2R5R8R6R7R3R9R10R11R12R13R14R16R15R18R17RP1ucoupC2C3C3C5C6C7R1RP2V1I1cV3V4V6V5V7V8VD4VD10VD5VD6VD7VD9VD8

59、VD15VD11VD14脈沖前沿由V4導(dǎo)通時(shí)刻確定，脈沖寬度與反向充電回路時(shí)間常數(shù)R11C3有關(guān)。電路的觸發(fā)脈沖由脈沖變壓器TP二次側(cè)輸出，其一次繞組接在V8集電極電路中。1062.9.1同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路電路2) 鋸齒波的形成和脈沖移相環(huán)節(jié)鋸齒波電壓形成的方案較多，如采用自舉式電路、恒流源電路等；本電路采用恒流源電路。V2周期性導(dǎo)通與截止，ue3為周期性的鋸齒波，鋸齒波的 寬度由V2截止時(shí)間決定，鋸齒波斜率由電位器RP2決定。 V1、VS、RP2和R3為一恒流源電路圖圖2-54 同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路1072.9.1同步信號(hào)為鋸齒波

60、的觸發(fā)同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路電路3) 脈沖移相v ub4 = ue3 + uco + upv up為一負(fù)電壓，疊加到V4的基極，使鋸齒波與橫坐標(biāo)有一交點(diǎn)，V4在交點(diǎn)處由截止轉(zhuǎn)為導(dǎo)通，此時(shí)正好為產(chǎn)生脈沖的時(shí)刻。v 改變up可以改變脈沖的初始相位，一般將交點(diǎn)放在鋸齒波的中點(diǎn)上，即=900。v 移相控制電壓uco，當(dāng)uCO0時(shí)，鋸齒波上移，相當(dāng)于交點(diǎn)前移，脈沖相位前移， 900。v 移相控制電壓uco，當(dāng)uCO0時(shí)，鋸齒波上移，相當(dāng)于交點(diǎn)后移，脈沖相位后移， 900。v 對(duì)可逆系統(tǒng)，脈沖移相范圍為1800，鋸齒波寬度一般為24001082.9.1同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路電