相控整流電路PPT

石油人在北京

第二章     相控整流電路
要求及重點(diǎn)
理解和掌握單相橋式、三相半波、三相橋式等整流電路的電路結(jié)構(gòu)、工作原理、波形分析、電氣性能、分析方法和參數(shù)計(jì)算。
重點(diǎn)：波形分析和基本電量計(jì)算的方法。
難點(diǎn)：不同負(fù)載對(duì)工況的影響和整流器交流側(cè)電抗對(duì)整流電路的影響

整流電路的分類
不可控整流電路
直流整流電壓和交流電源電壓的比固定
全控整流電路
直流整流電壓的平均值和極性可調(diào)
半控整流電路
負(fù)載電壓平均值可調(diào)、極性不能改變

可控整流電路的分類
按電路結(jié)構(gòu)分類
橋式電路（又稱全波電路或雙拍電路）
零式電路（又稱半波電路或單拍電路）
按輸出電壓脈波數(shù)分類
單脈波電路
雙脈波電路
三脈波電路
多脈波電路
可控整流電路的分類（續(xù)）
按控制方式分類
相控式電路
斬控式電路
按組成器件分類
全控型電路
半控型電路
按工作范圍分類
單象限電路
多象限電路
按電網(wǎng)相數(shù)分類
單相電路
三相電路
多相電路
可控整流電路的一般結(jié)構(gòu)
整流電路在應(yīng)用中，應(yīng)滿足的基本技術(shù)要求
整流電路的理想條件：
理想器件
理想電源


整流電路的分析方法
波形分析法：
根據(jù)電源電壓 u2 和控制角 以及負(fù)載性質(zhì)，作出負(fù)載電壓 ud 、負(fù)載電流 id 、和整流元件的電壓、電流波形圖，從而導(dǎo)出基本電量的計(jì)算公式及數(shù)量關(guān)系。
具體步驟：
1、繪出主電路原理圖，標(biāo)出各電量和元件序號(hào)；
2、畫(huà)出相（線）電壓波形圖，確定自然換相點(diǎn)；
整流電路的分析方法（續(xù)）
3、根據(jù)控制角 在相應(yīng)位置上繪出觸發(fā)脈沖，并  標(biāo)明相應(yīng)序號(hào)；
4、根據(jù)可控整流電路的工作原理，繪出負(fù)載電壓  ud、負(fù)載電流 id 、SCR電流 iT 等波形；
5、根據(jù)波形圖，導(dǎo)出基本電量的計(jì)算式；
6、對(duì)整流電路進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。例如：電路的優(yōu)、  缺點(diǎn)；電路的可控移相范圍；負(fù)載電流是否連  續(xù)；整流元件承受的最大正、反向電壓值；整  流電壓 ud 的紋波系數(shù)  w 和脈動(dòng)系數(shù)  m 等。
整流電路的基本概念
控制角
從晶閘管開(kāi)始承受正向電壓到被觸發(fā)導(dǎo)通這一角度。
導(dǎo)通角
晶閘管在一個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通的電角度。
移相
改變控制角蓰大小，即改變觸發(fā)脈沖出現(xiàn)的相位。
移相控制
整流電路的基本概念（續(xù)）
移相范圍
控制角蓰允許調(diào)節(jié)范圍。
同步
觸發(fā)脈沖信號(hào)和晶閘管電壓（即電源電壓）在頻率和相位上的協(xié)調(diào)配合關(guān)系。
自然換相點(diǎn)
當(dāng)電路中的可控元件全部由不可控元件代替時(shí)，各元件的導(dǎo)電轉(zhuǎn)換點(diǎn)。
單相半波可控整流電路
工作原理
波形分析
單相半波整流電路的基本電量
直流平均電壓 Ud 與控制角  的關(guān)系: Ud = f ()


直流平均電流 Id 與  的關(guān)系:    I d = f ()


負(fù)載兩端的電壓有效值U與蓰獶系： U = f ()
單相半波整流電路的基本電量（續(xù)）
副邊繞組電流有效值 I2 與  的關(guān)系：I d = f ()


流過(guò)SCR的電流有效值 IT 和平均值 IdT

SCR承受的最大正向電壓UDM和最大反向電壓URM
單相半波整流電路的基本電量（續(xù)）
電路的功率因數(shù) cos 與  的關(guān)系


   P---有效輸出功率
   S---次級(jí)視在功率



單相半波整流電路的基本電量（續(xù)）
整流電壓的紋波系數(shù)  w（  = 0 ）



整流電壓的脈動(dòng)系數(shù)  m（  = 0 ）
單相半波整流電路的特點(diǎn)
結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單
單脈波電路
電壓脈動(dòng)率高
變壓器利用率低
變壓器存在直流磁化問(wèn)題
單相全控橋式整流電路（R負(fù)載）
工作原理
波形分析

單相全控橋式電路（R負(fù)載）電量計(jì)算
輸出平均電壓 Ud

移相范圍 0  ～ 180
輸出平均電流 Id


SCR平均電流 IdT =  Id / 2

負(fù)載電壓有效值 U


變壓器副邊繞組電流有效值 I2


流過(guò)晶閘管的電流有效值
功率因數(shù) cos

課堂思考（一）
試分析下面電路的輸出電壓波形：






單相全控橋式整流電路（L負(fù)載）
工作原理
波形分析

單相全控橋式電路（L）電量計(jì)算
輸出平均電壓 Ud

移相范圍 0  ～ 90
輸出平均電流 Id


單相全控橋式電路（L）電量計(jì)算（續(xù)）
SCR平均電流 IdT =  Id / 2
流過(guò)晶閘管的電流有效值 IT


變壓器副邊繞組電流有效值 I 2



電流斷續(xù)時(shí)特性分析
負(fù)載電流斷續(xù)時(shí)整流電壓、電流波形
電流斷續(xù)時(shí)、、蓰獶系：
  越大，  越小
  越大，  越大


單相全控橋式整流電路（反電勢(shì)負(fù)載）
工作原理
波形分析
單相全控橋式電路（E）電量計(jì)算
最小起始導(dǎo)電角

  >   時(shí)



  <   時(shí)
單相全控橋式整流電路（R、L、E）
工作原理
波形分析
電量計(jì)算
和電感型負(fù)載相同
單相橋式半控整流電路（L）
工作原理
波形分析
單相橋式半控整流（L）電量計(jì)算
Ud 、Id、 U
計(jì)算公式與全控橋（R）一樣
流過(guò)變壓器副邊繞組的電流有效值 I2


流過(guò)SCR和整流管的電流平均值和有效值

失 控 現(xiàn) 象 分 析
產(chǎn)生原因
突然將觸發(fā)脈沖切斷
將  角增大到 180
實(shí)質(zhì)：
對(duì)晶閘管的工作失去控制作用
避免方法：
加續(xù)流二極管
失 控 現(xiàn) 象 分 析（續(xù)）
工作原理
波形分析






失 控 現(xiàn) 象 分 析（續(xù)）
其它形式的單相橋式半控電路
反電勢(shì)負(fù)載單相半控橋式整流電路




波形分析
（ b）電流連續(xù)時(shí)的電壓電流波形
（ c）電流斷續(xù)時(shí)的電壓電流波形
單相整流電路的優(yōu)、缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)：
結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單
對(duì)觸發(fā)電路的要求較低
缺點(diǎn)：
輸出直流電壓脈動(dòng)大
易造成電網(wǎng)負(fù)載不平衡
三相半波可控整流電路（R負(fù)載）
工作原理
波形分析（＝0）
三相半波可控整流（R）（續(xù)）

＝30萀工作情況
此時(shí)負(fù)載電流處于連續(xù)和斷續(xù)的臨界狀態(tài)。
三相半波可控整流（R）（續(xù)）
> 30萀工作情況
移相范圍為150
觸發(fā)失敗的原因
觸發(fā)脈沖在自然換相點(diǎn)之前且很窄
角過(guò)小
解決措施
限制  min
三相半波可控整流（R）電量計(jì)算
0     30


30     150





三相半波可控整流電路（L負(fù)載）
工作原理
波形分析（  30）
三相半波可控整流（L）電量計(jì)算
整流電壓 Ud

整流電流 Id

變壓器的相電流 I2 ，SCR的電流有效值 IT
三相半波可控整流（L）電量計(jì)算
變壓器副邊容量
   S2 = 3U2I2 = 1.48 Pd
變壓器原邊容量


   S2 = 3U1I1 = 3U2I1 = 1.21 Pd  (假設(shè)W1=W2）
變壓器容量

三相半波可控整流電路的優(yōu)、缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)：
輸出電壓脈動(dòng)小
輸出功率大
三相負(fù)載平衡
缺點(diǎn)
變壓器利用率低
容易出現(xiàn)直流磁化現(xiàn)象
零線上通過(guò)較大的負(fù)載電流
三相橋式全控整流電路








三相橋式全控整流電路（續(xù)）
結(jié)構(gòu)：
由兩個(gè)（一個(gè)為共陰極，一個(gè)為共陽(yáng)極）三相半波整流電路組成。
優(yōu)點(diǎn)：
變壓器繞組無(wú)直流磁勢(shì)；
變壓器繞組正負(fù)半周都工作，效率高。
三相橋式全控整流電路的觸發(fā)要求
本組內(nèi)SCR每隔 120拰流一次；共陰極與共陽(yáng)極組的換流點(diǎn)相隔 60 。
SCR的導(dǎo)通順序：
(6-1)  (1-2)  (2-3)  (3-4)  (4-5)  (5-6)
自然換相點(diǎn)為相電壓（或線電壓）的交點(diǎn)。
必須使用雙窄脈沖或?qū)捗}沖（見(jiàn)下頁(yè)）。
三相橋式全控整流的觸發(fā)要求（續(xù)）

（a）變壓器副邊      三相電壓波形
（b）寬脈沖觸發(fā)
（c）雙窄脈沖觸發(fā)


三相橋式全控整流電路（L）
工作原理
三相橋式半控（L）電量計(jì)算（續(xù)）
SCR電流的有效值 IT、整流管電流有效值 ID

SCR電流的平均值 IdD 、整流管電流平均值 IdT



三相橋式半控（L）電量計(jì)算（續(xù)）
變壓器副邊繞組電流有效值 I2
   60                           


60      180
三相橋式半控整流的失控現(xiàn)象
產(chǎn)生原因
突然將觸發(fā)脈沖切斷
將  角增大到 180
實(shí)質(zhì)：
對(duì)晶閘管的工作失去控制作用
避免方法：
加續(xù)流二極管

整流器交流側(cè)電抗的影響
原因
變壓器存在一定的漏電感
交流回路存在一定的電感
結(jié)果
出現(xiàn)重迭導(dǎo)通現(xiàn)象（兩條支路同時(shí)導(dǎo)電）
簡(jiǎn)化考慮
把所有交流側(cè)的電感都折算到變壓器副邊，用集中電感 LB 表示。
換流期間電壓電流波形分析
以電感負(fù)載，三相半波可控整流電路為例
換流期間電壓電流波形分析（續(xù)）
換相過(guò)程：Id  0 或 0  Id
換相重疊角   ：換相過(guò)程所對(duì)應(yīng)的相角
換相電壓：換相過(guò)程中兩相間電位差瞬時(shí)值                    uba = ub - ua
換相電壓的作用：
強(qiáng)制導(dǎo)通元件中的電流下降為零；
保證退出導(dǎo)通的元件恢復(fù)阻斷能力。
換流期間電壓電流波形分析（續(xù)）
重迭對(duì)輸出波形的影響



換相過(guò)程中，整流電壓的瞬時(shí)值

與  = 0時(shí)相比，產(chǎn)生了換相壓降  Ud
換相壓降的計(jì)算
對(duì)于單相全控橋，必須用 2Id 代替 Id
式中符號(hào)定義見(jiàn)下頁(yè)
整流輸出電壓的平均值

換相壓降的計(jì)算（續(xù)）
符號(hào)定義:
m    輸出電壓在一個(gè)周期的波頭數(shù)。
xB    整流電路交流側(cè)每相電抗值


U2   變壓器二次繞組額定相電壓
I2     變壓器二次繞組額定相電流（星接）
uK%    變壓器的短路電壓比
考慮   時(shí)的整流器輸出特性
輸出電壓的平均值 Ud

整流電路的輸出特性如右圖所示
換相重疊角   的計(jì)算

m    輸出電壓在一個(gè)周期的波頭數(shù)。
   對(duì)于單相全控橋，必須用 2Id 代替 Id
   對(duì)于三相全控橋，用 線電壓（即             ）代替

變壓器漏感的作用
利：
限制短路電流，使電流變化相對(duì)緩和，對(duì)  di/dt 和 du/dt 值的限制有利。
弊：
使電網(wǎng)波形畸變，加大干擾；
使功率因數(shù)降低。

sdqdpd333

很專業(yè)

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