三相可控整流电路.pptx
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1、会计学1三相可控整流电路三相可控整流电路本章内容本章内容本章内容本章内容: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工作原工作原工作原理理理理、波形分析波形分析波形分析波形分析及及及及计算计算计算计算,整流电压的,整流电压的,整流电压的,整流电压的谐波分析谐波分析谐波分析谐波分析,变,变,变,变压器压器压器压器漏抗漏抗漏抗漏抗对整流电路的影响,可控整流电路带反对整流电路的影响,可控整流电路带反对整流电路的影响,可控整流电路带反对整流电路的影响,可控整流电路带反电势负载时的工作情况,大功率
2、可控整流电路接电势负载时的工作情况,大功率可控整流电路接电势负载时的工作情况,大功率可控整流电路接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特点。线形式及其特点。线形式及其特点。线形式及其特点。学习要点学习要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掌握三相半波、三相桥式全控整流电路在不同性掌握三相半波、三相桥式全控整流电路在不同性掌握三相半波、三相桥式全控整流电路在不同性质负载下的质负载下的质负载下的质负载下的工作原理工作原理工作原理工作原理及及及及波形分析波形分析波形分析波形分析,控制角移相范,控制角移相范,控制角移相范,控制角移相范围,电流有效值、平均值的计
3、算,对相位控制触围,电流有效值、平均值的计算,对相位控制触围,电流有效值、平均值的计算,对相位控制触围,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。掌握整流电路的发脉冲的基本要求。掌握整流电路的发脉冲的基本要求。掌握整流电路的发脉冲的基本要求。掌握整流电路的谐波分析谐波分析谐波分析谐波分析。掌握变压器掌握变压器掌握变压器掌握变压器漏抗漏抗漏抗漏抗对整流电路的影响。了解可控整对整流电路的影响。了解可控整对整流电路的影响。了解可控整对整流电路的影响。了解可控整流电路带反电势负载时的工作情况。理解以带平流电路带反电势负载时的工作情况。理解以带平流电路带反电势负载时的工作情况。理解以带平流
4、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反星性电路为代表的大功率整流电衡电抗器的双反星性电路为代表的大功率整流电衡电抗器的双反星性电路为代表的大功率整流电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。路工作原理。路工作原理。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第1页/共60页引言引言交流测由三相电源供电。交流测由三相电源供电。交流测由三相电源供电。交流测由三相电源供电。负负负负载载载载容容容容量量量量较较较较大大大大,或或或或要要要要求求求求直直直直流流流流电电电电压压压压脉脉脉脉动动动动较较较较小小小小、容易滤波。容易滤波。容易滤波。容易滤波。基基基基
5、本本本本的的的的是是是是三三三三相相相相半半半半波波波波可可可可控控控控整整整整流流流流电电电电路路路路,三三三三相相相相桥桥桥桥式全控整流电路应用最广式全控整流电路应用最广式全控整流电路应用最广式全控整流电路应用最广 。第2页/共60页3.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路电路的特点:电路的特点:电路的特点:电路的特点:变变变变压压压压器器器器二二二二次次次次侧侧侧侧接接接接成成成成星星星星形形形形得得得得到到到到零零零零线线线线,而而而而一一一一次次次次侧侧侧侧接接接接成成成成三三三三角形避免角形避免角形避免角形避免3 3次谐波流入电网。次谐波流入电网。次谐波流入电网。次谐波流入
6、电网。三三三三个个个个晶晶晶晶闸闸闸闸管管管管分分分分别别别别接接接接入入入入a a、b b、c c三三三三相相相相电电电电源源源源,其其其其阴阴阴阴极极极极连连连连接接接接在在在在一起一起一起一起共阴极接法共阴极接法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自然换相点,是各相晶闸管能触发导通的最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早时刻,将其作为计算各晶闸管触发角管触发角a的起点,即的起点,即a=0。b)c)d)e)f)u2Riduaubuc=0O
7、t1t2t3uGOudOOuabuacOiVT1uVT1ttttta)动画演示第3页/共60页3.1 三相半波可控整流电路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变压压器器二二次次侧侧a相相绕绕组组和和晶晶闸闸管管VT1的的电电流流波波形形,变变压压器器二二次绕组电流有直流分量。次绕组电流有直流分量。晶晶闸闸管管的的电电压压波波形形,由由3段段组组成。成。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 =30 的波形(的波形(图3-2)特特点点:负负载载电电流流处处于于连连续续和和断断续之间的临界状态。续之间的临界状态。30 的情况(的情况(图3
8、-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)u2uaubuc=0Ot1t2t3uGOudOOuabuacOiVT1uVT1ttttta)R动画演示第4页/共60页3.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路(3-1)当a=0时,Ud最大,为 。(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:第5页/共60页3.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路UUd d/UU2 2随随a a变化的规律如图变化的规律如图2-152-15中的曲线中的曲线1
9、1所示。所示。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电阻电感负载第6页/共60页3.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路 负载电流平均值为负载电流平均值为 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(3-3)(3-4)(3-5)第7页/共60页3.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路2)阻感负)阻感负载载图3-5 三相半波可控整流电路,阻感负载时的电路及=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
10、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。udiauaubucibiciduacOtOtOOtOOttt动画演示第8页/共60页3.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路数量关系数量关系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Ud/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。图3-3三相半波可控整流电路Ud/U
11、2随a变化的关系1电阻负载2电感负载3电阻电感负载第9页/共60页3.1 三相半波可控整流电路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。(3-6)(3-7)(3-8)第10页/共60页3.2 三相桥式全控整流电路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三相桥是应用最为广泛的整流电路共共阴阴极极组组阴极连接在一起的3个晶闸管(VT
12、1,VT3,VT5)共共阳阳极极组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:VT1VT2VT3VT4VT5VT6第11页/共60页3.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路1 1)带电阻负载时的工作情况)带电阻负载时的工作情况)带电阻负载时的工作情况)带电阻负载时的工作情况当a60 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
13、整流电路a角的移相范围是120第12页/共60页3.2 三相桥式全控整流电路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晶闸管及输出整流电压的情况如表3-13-1所示所示时 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-ub=ucb 请参照图37第13页/共60页3.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路(2 2)对触发脉冲的要求:)对触发脉冲的要求:按按VTVT1 1-VT-V
14、T2 2-VT-VT3 3-VT-VT4 4-VT-VT5 5-VT-VT6 6的的顺顺序序,相相位位依依次次差差6060。共共阴阴极极组组VTVT1 1、VTVT3 3、VTVT5 5的的脉脉冲冲依依次次差差120120,共共阳阳极组极组VTVT4 4、VTVT6 6、VTVT2 2也依次差也依次差120120。同同一一相相的的上上下下两两个个桥桥臂臂,即即VTVT1 1与与与与VTVT4 4,VTVT3 3与与与与VTVT6 6,VTVT5 5与与与与VTVT2 2,脉冲相差脉冲相差180180。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
15、为同1相器件。第14页/共60页3.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路(3 3)u ud d一一周周期期脉脉动动6 6次次,每每次次脉脉动动的的波波形形都都一一样样,故故该该电路为电路为6 6脉波整流电路。脉波整流电路。(4 4)需保证同时导通的)需保证同时导通的2 2个晶闸管均有脉冲个晶闸管均有脉冲可可采采用用两两种种方方法法:一一种种是是宽宽脉脉冲冲触发触发 一种是一种是双脉冲双脉冲触发(常用)触发(常用)(5(5)晶晶闸闸管管承承受受的的电电压压波波形形与与三三相相半半波波时时相相同同,晶晶闸闸管管承受最大正、反向电压的关系也相同。承受最大正、反向电压的关系也相同。三相桥式全控
16、整流电路的特点特点第15页/共60页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三相桥式全控整流电路2)2)阻感负载时的工作情况阻感负载时的工作情况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
17、,id的波形可近似为一条水平线。第16页/共60页3.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路3)3)定量分析定量分析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/R(3-9)(3-10)第17页/共60页3.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路当当整整流流变变压压器器为为图图3-63-6中中所所示示采采用用星星形形接接法法,带带阻阻感感负负载载时时,变变压压器器二二次次侧侧电电流流波波形形如如图图3-123-12中中所所示示,其其有有效值为:效值为:(3-11)晶闸
18、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:(3-12)式中R和E分别为负载中的电阻值和反电动势的值。第18页/共60页3.3 整流电压的谐波分整流电压的谐波分析析随着电力电子技术的发展,其应用日益广泛,由此带随着电力电子技术的发展,其应用日益广泛,由此带来的来的谐波谐波(harmonics)(harmonics)和和无功无功(reactive power)(reactive power)问题日益严问题日益严重,引起了关注。重,引起了关注
19、。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。第19页/共60页3.3 整流电压的谐波分析整流电压的谐波分析谐波谐波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: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第20页/共60页3.3 整流电压的谐波整流电压的
20、谐波分析分析 整整流流电电路路的的输输出出电电压压中中主主要要成成分分为为直直流流,同同时时包包含含各各种频率的谐波,这些谐波对于负载的工作是不利的。种频率的谐波,这些谐波对于负载的工作是不利的。图3-14 =0时,m脉波整流电路的整流电压波形 =0 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P49第21页/共60页3.3 整流电压的谐波整流电压的谐波分析分析 =0=0 时整流电压、电流中的谐波有如下规律: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
21、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。第22页/共60页3.3 整流电压的谐波整流电压的谐波分析分析 不为不为不为不为0 0 时的情况时的情况时的情况时的情况:整流电压谐波的一般表达式十分复杂,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下面只说明谐波电压与 角的关系。角的关系。图3-15 三相全控桥电流连续时,以n为参变量的与 的关系以n为参变量,n次谐波幅值对 的关系如图2-3
22、4所示:当 从0 90 变化时,ud的谐波幅值随 增大而增大,=90 时谐波幅值最大。从90180之间电路工作于有源逆变工作状态,ud的谐波幅值随 增大而减小。第23页/共60页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。3.4 变压器漏变压器漏抗抗对整流电路的影响对整流电路的影响考考虑虑包包括括变变压压器器漏漏感感在在内内的的交交流流侧侧电电感感的的影影响响,该漏感可用一个集中的电感该漏感可用一个集中的电感L LB B表示。表示。现以三相半波为例,然后将其结论推广。现以三相半波为例,然后将其结论推广。VT1换相至VT2的
23、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udidtOtOgiciaibiciaIduaubuc第24页/共60页3.4 变压器漏变压器漏抗抗对整流电路的影响对整流电路的影响换相重叠角换相重叠角换相重叠角换相重叠角换相过程持续的时间,用电角度换相过程持续的时间,用电角度g g g g表示。表示。换换相相过过程程中中,整整流流电电压压u ud d为为同同时时导导通通的的两两个个晶晶闸闸管管所所对对应的两个相电压的平均值。应的两个相电压的平均值。换相
24、压降与不考虑变压器漏感时相比,ud平均值降低的多少。(3-13)(3-14)第25页/共60页3.4 变压器漏变压器漏抗抗对整流电路的影响对整流电路的影响换换相相重重叠叠角角g g g g的的计计算算由上式得:进而得出:(3-15)(3-16)(3-17)第26页/共60页3.4 变压器漏变压器漏抗抗对整流电路的影响对整流电路的影响由上述推导过程,已经求得:由上述推导过程,已经求得:当 时,于是g g 随其它参数变化的规律:(1)Id越大则g g 越大;(2)XB越大g g 越大;(3)当 90 时,越小g g 越大。(3-18)(3-19)第27页/共60页3.4 变压器漏变压器漏抗抗对整流
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