电力电子技术(本科)课件第三章整流电路2资料
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在图5.5.1(b)中为便于计算，将坐标原移到Ａ、Ｂ相的自然换流点，设
由式(5.5.1)可得
将上式两边同乘以ω得
(5.5.5)
从电路工作原理可知，当电感Ll中电流从０变到Id时，正好对应ωt从 α变到α+γ，将此条件代入式(5.5.5)得
即 则换相重叠角为
(5.5.6) (5.5.7)
5.5 相控整流电路的换相压降
5.6.2 单相和三相桥式相控整流电压 的谐波分析
(5.5.7)
图5.5.1 考虑变压器的漏抗后相控整流电路的等效电路及输出电压电流的波形
上式表明，当Ll或Id增大时，γ将增大；当α增大时，γ减小。必 须指出，如果在负载两端并联续流二极管，将不会出现换流重叠的 现象，因为换流过程被续流二极管的存在所改变。
5.5 相控整流电路的换相压降
2、换相重叠角γ计算过程
第五章：整流电路
5.1 整流器的性能指标 5.2 单相相控整流电路 5.3 三相相控整流电路 5.4 大容量相控整流电路 5.5 相控整流电路的换相压降 5.6 整流电路的谐波分析 5.7 有源逆变电路 5.8 晶闸管相控电路的驱动控制 5.9 PWM整流电路
5.5 相控整流电路的换相压降 P94
的傅里叶级数表达式为：
(5.6.1)
m脉波相控整流输出电压平均值为：
谐波的系数
(5.6.7)
(5.6.10)
(5.6.11)
令m=2,3,6，即可得到相控整流时单相桥、三相半波以及三相全桥 相控整流电压的各次谐波及整流直流电压平均值。
令α=0，则可得到不控整流时单相桥、三相半波以及三相全桥等 不控整流电压的各次谐波及整流直流电压平均值。
( 5.5.3 ) 图中的阴影面积大小为：
( 5.5.4 )
图5.5.1 考虑变压器的漏抗后相控整流电路
的等效电路及输出电压电流的波形
5.5 相控整流电路的换相压降
3、参数计算
1）换相压降Uγ
在图5.5.1(a)所示的三相半波可控整流电 路中，整流输出电压为3相波形组合 （即一周期内换相3次），每个周期 内有3个阴影面积，这些阴影面积之和 3S除以周期2π，即为换相重叠角期间输
的等效电路及输出电压电流的波形
5.5 相控整流电路的换相压降
2、工作过程
由图可知
( 5.5.1 )
而整流输出电压为
( 5.5.2 )
图5.5.1 考虑变压器的漏抗后相控整流电路
的等效电路及输出电压电流的波形
5.5 相控整流电路的换相压降
2、工作过程
式 ud
表明：
在γ期间，直流输出电压比uA或uB 都小，使输出电压波形减少了一块 阴影面积, 降低的电压值为 。
Ll为变压器的每相绕组 折合到二次侧的漏抗
1、换相重叠角γ
实际工作中，整流变 压器存在漏抗，晶闸管之 间的换流不能瞬时完成， 会出现参与换流的两个晶 闸管同时导通的现象，同 时导通的时间对应的电角 度称为换相重叠角γ。
图5.5.1 考虑变压器的漏抗后相控整流电路 的等效电路及输出电压电流的波形
5.5 相控整流电路的换相压降
5.4 大容量相控整流电路
3、平衡电抗器工作原理：
由于平衡电抗器 的接入，瞬时电压差 加在电抗
器两端，
，当
时，
，
，使 降低 后接入负载，
，
使 升高 后接入负载，电感使两组整流桥输出到负载
的电压达到平衡，正、负两组同时导电，故称之为平衡电
抗器。
5.4 大容量相控整流电路
2. 带平衡电抗器的双反星形相控整流电路数量关系
（2）当U2相等时，双反星形的Ud是三相桥的1/2，而 Id是单相桥的2倍； （3）每一整流器件承担负载电流Id的一半，整流器件 流过电流的有效值在电感性负载时为0.289 Id ，所以与 其他整流电路相比，提高了整流器件承受负载的能力；
（4）两种电路中晶闸管的导通及触发脉冲的分配关系 一样，ud和id的波形形状一样。
5.6.1 m脉波相控整流输出电 压通用公式 P97
如图：在一个交流电源周期2π中，有m个形状相
同的脉波，但它们相差 ，脉波的周期为
。
若将纵坐标选在整流电压的峰值处，则在 ～ 期间，整流输出电压的表达式为：
图5.6.1 m脉波整流输出直流脉动电压波形
5.6.1 m脉波相控整流输出电压通用公式
整流输出电压的表达式
（5.4.9）
晶闸管承受的最大正反向电压的计算，与三相半波时相同。关于变压器所 流过的电流其二次绕组与三相半波时相同，一次绕组则与三相桥式相同。
5.4 大容量相控整流电路
3、结论
将双反星形电路与三相桥式电路进行比较：
（1）三相桥为两组三相半波串联，而双反星形为两 组三相半波并联，且后者需用平衡电抗器，同时有两相 导电，变压器磁路平衡，不存在直流磁化问题；
Ll为变压器的每相绕组 折合到二次侧的漏抗
2、工作过程
当ωt１时刻触发Ｔ２ 时，Ｂ相电流不能瞬时上
升到Ｉd值，Ａ相电流不能 瞬时下降到零，电流换相
需要时间tγ，换流重叠角 所对应的时间为tγ=γ/ω。 在重叠角期间，Ｔ１、Ｔ２ 同时导通，产生一个虚拟
电流Ik ，
图5.5.1 考虑变压器的漏抗后相控整流电路
出平均电压的减少量，称为换相压降Uγ。
图5.5.1 考虑变压器的漏抗后 相控整流电路的等效电路
(5.5 .4)
上式中
是变压器每相漏感折合到二次则的漏电抗。
换相压降Uγ正比于负载电流Ｉd，它相当于整流电源增加了一项等
效电阻
，但这个等效内阻并不消耗有功功率。
5.5 相控整流电路的换相压降wk.baidu.com
2、换相重叠角γ 计算过程
2、换相重叠角γ的计算过程
表5.5.1 各种整流电路换相压降和换相重叠角的计算
第五章：整流电路
5.1 整流器的性能指标 5.2 单相相控整流电路 5.3 三相相控整流电路 5.4 大容量相控整流电路 5.5 相控整流电路的换相压降 5.6 整流电路的谐波分析 5.7 有源逆变电路 5.8 晶闸管相控电路的驱动控制 5.9 PWM整流电路
由式
（5.4.6）
可知，输出电压中的谐波阶次n为6k，k=1,2,3……..， n=6,12,18….，最低谐波为6次谐波，其值仅为直流平均值 的2／35。
由于每组三相半波整流电流是负载电流的1/2，故晶闸 管的选择和变压器二次绕组额定容量的确定只要按Id/2计 算即可。流过晶闸管和变压器二次绕组的电流相同，在电 感性负载时都是方波，其等效值为
由式(5.5.1)可得
将上式两边同乘以ω得
(5.5.5)
从电路工作原理可知，当电感Ll中电流从０变到Id时，正好对应ωt从 α变到α+γ，将此条件代入式(5.5.5)得
即 则换相重叠角为
(5.5.6) (5.5.7)
5.5 相控整流电路的换相压降
5.6.2 单相和三相桥式相控整流电压 的谐波分析
(5.5.7)
图5.5.1 考虑变压器的漏抗后相控整流电路的等效电路及输出电压电流的波形
上式表明，当Ll或Id增大时，γ将增大；当α增大时，γ减小。必 须指出，如果在负载两端并联续流二极管，将不会出现换流重叠的 现象，因为换流过程被续流二极管的存在所改变。
5.5 相控整流电路的换相压降
2、换相重叠角γ计算过程
第五章：整流电路
5.1 整流器的性能指标 5.2 单相相控整流电路 5.3 三相相控整流电路 5.4 大容量相控整流电路 5.5 相控整流电路的换相压降 5.6 整流电路的谐波分析 5.7 有源逆变电路 5.8 晶闸管相控电路的驱动控制 5.9 PWM整流电路
5.5 相控整流电路的换相压降 P94
的傅里叶级数表达式为：
(5.6.1)
m脉波相控整流输出电压平均值为：
谐波的系数
(5.6.7)
(5.6.10)
(5.6.11)
令m=2,3,6，即可得到相控整流时单相桥、三相半波以及三相全桥 相控整流电压的各次谐波及整流直流电压平均值。
令α=0，则可得到不控整流时单相桥、三相半波以及三相全桥等 不控整流电压的各次谐波及整流直流电压平均值。
( 5.5.3 ) 图中的阴影面积大小为：
( 5.5.4 )
图5.5.1 考虑变压器的漏抗后相控整流电路
的等效电路及输出电压电流的波形
5.5 相控整流电路的换相压降
3、参数计算
1）换相压降Uγ
在图5.5.1(a)所示的三相半波可控整流电 路中，整流输出电压为3相波形组合 （即一周期内换相3次），每个周期 内有3个阴影面积，这些阴影面积之和 3S除以周期2π，即为换相重叠角期间输
的等效电路及输出电压电流的波形
5.5 相控整流电路的换相压降
2、工作过程
由图可知
( 5.5.1 )
而整流输出电压为
( 5.5.2 )
图5.5.1 考虑变压器的漏抗后相控整流电路
的等效电路及输出电压电流的波形
5.5 相控整流电路的换相压降
2、工作过程
式 ud
表明：
在γ期间，直流输出电压比uA或uB 都小，使输出电压波形减少了一块 阴影面积, 降低的电压值为 。
Ll为变压器的每相绕组 折合到二次侧的漏抗
1、换相重叠角γ
实际工作中，整流变 压器存在漏抗，晶闸管之 间的换流不能瞬时完成， 会出现参与换流的两个晶 闸管同时导通的现象，同 时导通的时间对应的电角 度称为换相重叠角γ。
图5.5.1 考虑变压器的漏抗后相控整流电路 的等效电路及输出电压电流的波形
5.5 相控整流电路的换相压降
5.4 大容量相控整流电路
3、平衡电抗器工作原理：
由于平衡电抗器 的接入，瞬时电压差 加在电抗
器两端，
，当
时，
，
，使 降低 后接入负载，
，
使 升高 后接入负载，电感使两组整流桥输出到负载
的电压达到平衡，正、负两组同时导电，故称之为平衡电
抗器。
5.4 大容量相控整流电路
2. 带平衡电抗器的双反星形相控整流电路数量关系
（2）当U2相等时，双反星形的Ud是三相桥的1/2，而 Id是单相桥的2倍； （3）每一整流器件承担负载电流Id的一半，整流器件 流过电流的有效值在电感性负载时为0.289 Id ，所以与 其他整流电路相比，提高了整流器件承受负载的能力；
（4）两种电路中晶闸管的导通及触发脉冲的分配关系 一样，ud和id的波形形状一样。
5.6.1 m脉波相控整流输出电 压通用公式 P97
如图：在一个交流电源周期2π中，有m个形状相
同的脉波，但它们相差 ，脉波的周期为
。
若将纵坐标选在整流电压的峰值处，则在 ～ 期间，整流输出电压的表达式为：
图5.6.1 m脉波整流输出直流脉动电压波形
5.6.1 m脉波相控整流输出电压通用公式
整流输出电压的表达式
（5.4.9）
晶闸管承受的最大正反向电压的计算，与三相半波时相同。关于变压器所 流过的电流其二次绕组与三相半波时相同，一次绕组则与三相桥式相同。
5.4 大容量相控整流电路
3、结论
将双反星形电路与三相桥式电路进行比较：
（1）三相桥为两组三相半波串联，而双反星形为两 组三相半波并联，且后者需用平衡电抗器，同时有两相 导电，变压器磁路平衡，不存在直流磁化问题；
Ll为变压器的每相绕组 折合到二次侧的漏抗
2、工作过程
当ωt１时刻触发Ｔ２ 时，Ｂ相电流不能瞬时上
升到Ｉd值，Ａ相电流不能 瞬时下降到零，电流换相
需要时间tγ，换流重叠角 所对应的时间为tγ=γ/ω。 在重叠角期间，Ｔ１、Ｔ２ 同时导通，产生一个虚拟
电流Ik ，
图5.5.1 考虑变压器的漏抗后相控整流电路
出平均电压的减少量，称为换相压降Uγ。
图5.5.1 考虑变压器的漏抗后 相控整流电路的等效电路
(5.5 .4)
上式中
是变压器每相漏感折合到二次则的漏电抗。
换相压降Uγ正比于负载电流Ｉd，它相当于整流电源增加了一项等
效电阻
，但这个等效内阻并不消耗有功功率。
5.5 相控整流电路的换相压降wk.baidu.com
2、换相重叠角γ 计算过程
2、换相重叠角γ的计算过程
表5.5.1 各种整流电路换相压降和换相重叠角的计算
第五章：整流电路
5.1 整流器的性能指标 5.2 单相相控整流电路 5.3 三相相控整流电路 5.4 大容量相控整流电路 5.5 相控整流电路的换相压降 5.6 整流电路的谐波分析 5.7 有源逆变电路 5.8 晶闸管相控电路的驱动控制 5.9 PWM整流电路
由式
（5.4.6）
可知，输出电压中的谐波阶次n为6k，k=1,2,3……..， n=6,12,18….，最低谐波为6次谐波，其值仅为直流平均值 的2／35。
由于每组三相半波整流电流是负载电流的1/2，故晶闸 管的选择和变压器二次绕组额定容量的确定只要按Id/2计 算即可。流过晶闸管和变压器二次绕组的电流相同，在电 感性负载时都是方波，其等效值为