第3章整流电路part2

《电力电子技术》 电力电子技术》
第3章 整流电路 章
3.6 大功率可控整流电路
在电解电镀等工业中，常常使用低电压大电流（例如 几十伏，几千至几万安）可调直流电源。 如果采用三相桥式可控整流电路，则由于过大的负载 电流需要将多个元件并联，这就使元件的均流和保护 问题复杂化，而且这样大的负载电流每个通路都要经 过二个导通元件，压降损耗大，整流装置效率低。 如果采用两组三相半波可控整流电路并联，使每组电 路只承担负载电流之半，同时对变压器次级绕组采用 合适的连接方式，以消除三相半波可控整流电路的直 流磁化，则可以满足低电压大电流的负载要求 此时，一般不使用三相半波电路。常常使用双反星形 可控整流电路（两组共阴极的三相半波并联构成）。 （两组共阴极的三相半波并联构成）。
∫α
ωt
+ 5π 6
6U 2 5π 6U 2 5π sin( ω t − ) d (ω t ) = [cos α − cos( ω t − )] 2X B 6 2X B 6
《电力电子技术》 电力电子技术》 由上述推导过程，已经求得： 由上述推导过程，已经求得：
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3.3 变压器漏感对整流电路的影响
ud
α
ua
ub
uc
O
ωt
ia ib ic ia Id
id ic O
γ
ωt
图3-25 考虑变压器漏感时的 三相半波可控整流电路及波形
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3.3 变压器漏感对整流电路的影响
换相重叠角——换相过程持续的时间，用电角度γ表示。 换相过程持续的时间， 表示。 换相重叠角 换相过程持续的时间 换相过程中，整流电压u 换相过程中 ， 整流电压 d为同时导通的两个晶闸管所对 应的两个相电压的平均值。 应的两个相电压的平均值。
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3.6.1带平衡电抗器的双反星形可控整流电路 带平衡电抗器的双反星形可控整流电路
1 2 3
一、电路组 成与基本特 点
二、平衡电 抗器L 抗器 P的作 用
三、定量计 算
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3.6.1带平衡电抗器的双反星形可控整流电路 带平衡电抗器的双反星形可控整流电路
电路结构的特点
二次侧为两组匝数相同极性相 反的绕阻，分别接成两组三相 半波电路。 二次侧两绕组的极性相反可消 除铁芯的直流磁化。 平衡电抗器是为保证两组三相 半波整流电路能同时导电。 与三相桥式电路相比，双反星 形电路的输出电流可大一倍。
图3-35 带平衡电抗器的 双反星形可控整流电路
《电力电子技术》 电力电子技术》 绕组的极性相反的目的：消除直流磁通势 消除直流磁通势
平衡电抗器的作用： 平衡电抗器的作用：
使得两组三相半波整流电路同时导电。
对平衡电抗器作用的理解是掌握双反星形电路 原理的关键。
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3.6.1带平衡电抗器的双反星形可控整流电路 3.6.1带平衡电抗器的双反星形可控整流电路
d1 ' d2 b a ' c b ' a c ' b
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ud1 ,ud2 ub ua u'c ub ua uc ub ' ' ' t O ω1 u p b) O ° 60
3.6.1带平衡电抗器的双反星形可控整流电路 3.6.1带平衡电抗器的双反星形可控整流电路
原理分析(续 ： 原理分析 续)：
虽然 u d 1 < u d 2 ，但由于Lp的平衡作 用，使得晶闸管VT6 和VT1 同时导 通。 时间推迟至ub′与ua的交点时， ub′ = ua ， u p = 0 。 之后 ub′ < ua ，则流经 ub′相的电流 要减小，但Lp有阻止此电流减小的 作用，up的极性反向，Lp仍起平衡 的作用，使VT6继续导电。 直到 uc′ > ub′ ，电流才从VT6换至 VT2。此时VT1、VT2同时导电。 每一组中的每一个晶闸管仍按三相 半波的导电规律而各轮流导电。
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平衡电抗器使得两组三相半波整流电路同时导电的 u ,u u u u u u u u 原理分析： 原理分析：
a) t O ω1 u p b) O ° 60
平衡电抗器Lp 承担了n1 、 n2 间的 电位差，它补偿了ub′ 和ua 的电动 势差，使得ub′ 和ua 两相的晶闸管 能同时导电。 在流经LP时，LP上要感应一电动势 up，其方向是要阻止电流增大。可 导出Lp两端电压、整流输出电压的 数学表达式如下：
ik =
∫α
ωt
+ 5π 6
6U 2 5π 6U 2 5π sin( ω t − ) d ( ω t ) = [cos α − cos( ω t − )] 6 2X B 6 2XB
Id =
当 ωt = α + γ +
2X
5π 时，i k = I d，于是 6 6U 6U 2 [ c o s α − c o s (α + γ ) ]
B
c os α − c os (α + γ ) =
2X BId 6U 2
γ 随其它参数变化的规律： 越大； （1） Id越大则γ 越大； ） 越大； （2） XB越大γ 越大； ） 越大。 （3） 当α≤90°时，α 越小γ 越大。 ） °
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3.3 变压器漏感对整流电路的影响
平衡电抗器中点作为整流电压输出的负端，其输出的整流电压瞬时 值为两组三相半波整流电压瞬时值的平均值。波形如图3-37 a。
u d = u d2 −
1 1 1 u p = u d1 + U p = (u d1 + u d2 ) 2 2 2
ud1 ,u d2 ub ua u'c ub ua uc ub ' ' '
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3.6.1带平衡电抗器的双反星形可控整流电路 3.6.1带平衡电抗器的双反星形可控整流电路
如图可知，虽然两组相电流的瞬时值不同，但是平均电流相 等而绕组的极性相反，所以直流安匝互相抵消。
u d1 ua ub uc
O ia 1I 2 d
ωt
1I 6 d u c' u a'
' ub
O u d2
1 α + γ + 56π 3 ∆U d = ∫α + 56π ( u b − u d ) d (ω t ) = 2π 2π / 3 3 = 2π
换相压降——与不考虑变压器漏感时相比，ud平均值 与不考虑变压器漏感时相比， 换相压降 与不考虑变压器漏感时相比 降低的多少。 降低的多少。
d ik d ik u a + u b u d = u a + LB = u b − LB = dt dt 2
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3.3 变压器漏感对整流电路的影响
换相重叠角γ的计算
d ik = (u b − u a ) 2 LB = dt 6U 2 sin( ω t − 2 LB 5π ) 6
由上式得： 由上式得：
进而得出： 进而得出：
ik =
d ik 6U 2 5π = sin( ω t − ) dω t 2X B 6
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3.3 变压器漏感对整流电路的影响
变压器漏感对整流电路影响的一些结论: 变压器漏感对整流电路影响的一些结论
出现换相重叠角γ ，整流输出电压平均值 降低。 整流输出电压平均值Ud降低 降低。 出现 整流电路的工作状态增多。 整流电路的 晶闸管的di/dt 减小，有利于晶闸管的安全开通。 减小，有利于晶闸管的安全开通。 晶闸管的 有时人为串入进线电抗器以抑制晶闸管的di/dt。 有时人为串入进线电抗器以抑制晶闸管的 。 换相时晶闸管电压出现缺口，产生正的 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 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。 ，成为干扰源。 换相使电网电压出现
Id X B 2U 2
2Id X B 2U 2
Id
2
②
6U
s in
π m
注：①单相全控桥电路中，环流ik是从 d变为 d。本表所 单相全控桥电路中，环流 是从-I 变为I 列通用公式不适用； 列通用公式不适用； ②三相桥等效为相电压等于 3U 2的6脉波整流电路， 脉波整流电路， 脉波整流电路 3U 2 故其m=6，相电压按 3U 2 代入。 代入。 故其 ， 3U 2
变压器漏抗对各种整流电路的影响
表3-2 各种整流电路换相压降和换相重叠角的计算
电路形式
单相 全波
X
B
单相全 控桥Hale Waihona Puke 2X∆U dπ
Id
π
B
Id
三相 半波 3X B Id 2π
2X BId 6U 2
三相全 控桥
3X B Id π
2X
B
m脉波 脉波 整流电路
mX B ① Id 2π
Id X 2U
2 B
cos α − cos(α + γ )
u c'
ωt
O i a' 1I 2 d
ωt
1I 6 d
O
ωt
图3-36 双反星形电路，α =0°时两组整流电压、电流波形
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3.6.1带平衡电抗器的双反星形可控整流电路 3.6.1带平衡电抗器的双反星形可控整流电路
接平衡电抗器的原因： 接平衡电抗器的原因：
当电压平均值和瞬时值均相等时，才能使负载均流。 两组整流电压平均值相等，但瞬时值不等。 两个星形的中点n1和n2间的电压等于ud1和ud2之差。 该电压加在Lp上，产生电流ip，它通过两组星形自成 回路，不流到负载中去，称为环流 平衡电流 环流或平衡电流 环流 平衡电流。 为了使两组电流尽可能平均分配，一般使Lp值足够大， 以便限制环流在负载额定电流的1%～2%以内。
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3.3 变压器漏感对整流电路的影响
考虑包括变压器漏感在内的交流侧电感的影响， 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L 表示。 该漏感可用一个集中的电感 B表示。
VT1换相至 2的过程： 换相至VT 的过程：
两相均有漏感， 因a、b两相均有漏感，故ia、 、 两相均有漏感 ib均不能突变。于是 1和VT2 均不能突变。于是VT 同时导通，相当于将a、 两相 同时导通，相当于将 、b两相 短路， 短路，在两相组成的回路中产 生环流i 生环流 k。 ik=ib是逐渐增大的， 是逐渐增大的， 是逐渐减小的。 而ia=Id-ik是逐渐减小的。 增大到等于I 当ik增大到等于 d时，ia=0，VT1 ， 关断,换流过程结束 换流过程结束。 关断 换流过程结束。
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3.6.1带平衡电抗器的双反星形可控整流电路 3.6.1带平衡电抗器的双反星形可控整流电路
双反星形电路中如不接平衡电抗器，即成为 六相半波整流电路： 六相半波整流电路：
只能有一个晶闸管导电，其余五管均阻断，每管最大导通 角为60o，平均电流为Id/6。 当α=0o 时，Ud为1.35U2，比三相半波时的1.17U2略大些。 因晶闸管导电时间短，变压器利用率低，极少采用。
∫α
α +γ +
+ 5π 6
5π 6
d ik [u b − (u b − LB )] d ( ω t ) dt 3 X BId 2π
∫α
α +γ +
+ 5π 6
5π 6
di 3 L B k d (ω t ) = dt 2π
∫
Id
0
ω L B d ik =
对于m相可控整流电路：一周期中有 个波头 换相m次 个波头， 对于 相可控整流电路：一周期中有m个波头，换相 次， ∆Ud =mXBId/(2π)
图3-38 平衡电抗器作用下 两个晶闸管同时导电的情况 a)
ω t
ω t
° 360 图3-37 平衡电抗器作用下输出电压 的波形和平衡电抗器上电压的波形
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3.6.1带平衡电抗器的双反星形可控整流电路 3.6.1带平衡电抗器的双反星形可控整流电路
由上述分析以可得：
u p = u d2 − u d1
u d = u d2 −
ω t
ω t1时，ub′>ua，VT6导通，此电流
° 360 图3-37 平衡电抗器作用下输出电压 的波形和平衡电抗器上电压的波形
ω t
1 1 1 u p = u d1 + U p = (u d1 + u d2 ) 2 2 2
图3-38 平衡电抗器作用下 两个晶闸管同时导电的情况