可控整流电路的基本分析步骤

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区间3:Ug3> 0、Ug2> 0,ub> ua> uc,VT3、VT2导通,输出电压ubc
区间4:Ug3> 0、Ug4> 0,ub> uc> ua,VT3、VT4导通,输出电压uba
区间5:Ug5> 0、Ug4> 0,uc> ub> ua,VT5、VT4导通,输出电压uca
区间6:Ug5> 0、Ug6> 0,uc> ua> ub,VT5、VT6导通,输出电压ucb
区间Ⅲ:Ug3> 0、Ug2> 0,ub> uc> ua,VT3、VT2导通,输出电压ubc
区间Ⅳ:Ug3> 0、Ug4> 0,uc> ub> ua,VT3、VT4导通,输出电压uba
区间Ⅴ:Ug5> 0、Ug4> 0,uc> ua> ub,VT5、VT4导通,输出电压uca
区间Ⅵ:Ug5> 0、Ug6> 0,ua> uc> ub,VT5、VT6导通,输出电压ucb
RR’ S S’ TT’
U U’ VV’ WW’
R’ U’S’ V’ T’ W’
三、a = 60°时的工作情况:
触发脉冲起始时间在自然换流点之后60°时间,即在R’、S’、T’、U’、V’、W’
时间处发生脉冲,其余不变,波形如下:
(1)a=60º时触发脉冲规律
R’—S’之间: Ug1> 0 VT1触发
R’U’ S’ V’ T’ W’
四、输出平均电压变化规律
当a> 0时,
U2为相电压有效值
90°>a> 0时,Ud> 0,整流状态
180 >a> 90°时,Ud< 0,逆变状态
第三节负载性质对整流电路性能的影响
一、纯阻性负载( )的情况
纯阻性负载电路如图所示:在60°>a> 0°范围内,从前节的分析可以了解,输出电压ud0,电流始终连续,a= 60°时,电流临界连续,无电感时电流波形与电压完全相同。
V’—W’之间: Ug4> 0VT4触发
T’—R’之间: Ug5> 0 VT5触发
W’—U’之间: Ug6> 0 VT6触发
1)脉冲宽度:2π/3每个晶闸管允许导通时间为2π/3
2)脉冲起点:分别在R’、S’、T’、U’、V’、W’,从自然换流点后移30º,
其中R’、S’、T’对应VT1、VT3、VT5,U’、V’、W’对应
3、触发角的定义:
在自然换流点作为晶闸管触发脉冲起始位置,此时定义触发角 。
四、三相电路的向量关系与波形图
1、三相电路的向量图与向量运算之间的关系
2、向量关系的函数表达、依据向量图绘制相关波形的方法
第二节理想条件下三相桥式整流电路分析
一、理想条件
1、理想器件:
a)晶闸管具有理想开关的特性,无惯性和损耗。
2)在每一脉动区,Ud按正弦规律变化,并与电网线电压相等。
波形分析:
根据傅里叶级数,可以表达为:
2、微分方程法(瞬态过程分析)
当电路处于开通或关断瞬间,或者电路中的开关元件(如晶闸管)开关瞬间,整个电路处于动态过程,此时需要采用微分方程法分析。
例:三相桥式整流电路按照图2—4的状态
假定id=Id=constant,则电路有初始条件:
U’~V区间: ,VT1、VT2导通(VT2、VT6换流),输出电压为Uac。
V~S’区间: 虽然 ,但由于电感Ld续流作用导致VT1、VT2继续导通,输出电压仍然为Uac。
其他区段以此类推
对比以上两种情况可以得出:
(1)对于 状态
R U S V T W R U S V T
3、a=0时触发脉冲规律
R—S之间:Ug1> 0 VT1触发
U—V之间:Ug2> 0VT2触发
S—T之间:Ug3> 0VT3触发
V—W之间:Ug4> 0VT4触发
T—R之间:Ug5> 0VT5触发
W—U之间:Ug6> 0 VT6触发
1)脉冲宽度:2π/3每个晶闸管允许导通时间为2π/3
3、等效电路的线性分析条件
等效电路作为线性电路分析是有条件的,也是有适用范围的。首先把器件开关状态看作理想,即导通时视作理想短路,关断时视作理想开路,这样的条件不能用来分析器件本身的损耗。其次,其它电路元件也看作完全线性。
从前面的分析可以看出,整流电路的分析主要依据晶闸管的的导通情况,因此,分析过程必须关注以下条件:
U’—V’之间: Ug2> 0 VT2触发
S’—T’之间: Ug3> 0 VT3触发
V’—W’之间: Ug4> 0VT4触发
T’—R’之间: Ug5> 0 VT5触发
W’—U’之间: Ug6> 0 VT6触发
1)脉冲宽度:2π/3每个晶闸管允许导通时间为2π/3
2)脉冲起点:分别在R’、S’、T’、U’、V’、W’,从自然换流点后移60º
其中R’、S’、T’对应VT1、VT3、VT5,U’、V’、W’对应
VT2、VT4、VT6。
(2)波形分析
区间Ⅰ:Ug1> 0、Ug6> 0,ua> ub> uc,由于Ug2=0,VT2不能导通,因此VT1、VT6导通,输出电压uab,
区间Ⅱ:Ug1> 0、Ug2> 0,ub> ua> uc,由于Ug2> 0触发脉冲的初始时刻存在VT6导通, , ,VT2承受正向电压,满足导通条件,当Ug2> 0后,VT2导通,拉低 ,使VT6承受反压关断,VT6向VT2换流,最终结果VT1、VT2导通,输出电压uac,其他区间分析类似。
(图2-4a)
(图2-4a)
(VT2导通未表示出来)(图2-4b)
(图2-4b)
对于VT1、VT3之间的环流i,可以建立方程(图2-4b状态)
根据电路的初始状态,可以解出电流i方程表达
注意:由于晶闸管的单向导电性,环流i是一个虚拟的概念,实际是流过VT1、VT3的电流的增量Δi。
根据方程和初始条件,可以计算环流i,最终计算出iVT1和iVT3的时间函数。
1)电网电压的分布情况(主要影响Uak的条件)
2)晶闸管门极脉冲状态(导通必要条件之一)
3)电路的结构状态(不同的结构有不同的电路条件)
4)负载的性质(不同负载对晶闸管的导通有不同的影响)
整流系数的定义:整流电路最高输出平均电压和输入交流电压峰值之比。
DB= Udo/ Um
Udo:整流电路最高输出平均电压
Um:输入交流电压峰值
二、整流电路的基本分析方法
1、谐波分析法(稳态过程分析)
由于晶闸管的单向导电性,整流电路输入是正弦波,输出是非正弦周期函数。下图是三相整流电路某一工况下的输出电压波形:(图2-3 )
其中:在2π/3~ π区间ud表达式为:
波形的特点:
1)非正弦周期函数,一个周期包含六次脉动,脉波数m=6
VT2、VT4、VT6。
(2)波形分析
区间Ⅰ:Ug1> 0、Ug6> 0,R’—U区间:ua> uc> ub,VT1、VT6导通,输出电压uab,U—U’区间:虽然ua> ub> uc,但此时Ug2=0,只能VT6继续导通,继续输出电压uab;其他区段的分析也类似。
区间Ⅱ:Ug1> 0、Ug2> 0,初始ua> ub> uc,VT1、VT2导通,输出电压uac
b)变压器具有理想输出特性,无漏抗和内阻。
2、理想电源:
a)交流电网容量无穷大,输入电压理想正弦波。
b)三相电源恒频、恒压、对称,无寄生电感。
3、理想负载:
a)滤波电抗L∞,直流内阻为零。
b)负载为纯阻性。
4、理想运行条件:
电路稳态工作,每一工作循环中各瞬时量的边值相等。
二、 时的工作情况
1、电路形式:
第一节&概述
一、可控整流电路的基本分析步骤
1、等效电路构成的条件与方法
三相桥式整流电路结构如下(图2-2a ):
六个晶闸管可视为六只开关,当任一只晶闸管的Ugk>0、Uak>0时,开关导通,否则视为关断。当VT1,VT2导通时,前面的电路可以等效为如下电路(图2-2b ):
2、等效电路的时间性
三相整流电路中的六只晶闸管是轮流导通的,在交流电源一个周期内每只晶闸管只是导通一定时间,当前述VT1、VT2导通改变为VT3、VT2导通时,等效电路转变为如下(图2-2c ):
区间Ⅲ:Ug3> 0、Ug2> 0,初始ub> ua> uc,VT3、VT2导通,输出电压ubc
区间Ⅳ:Ug3> 0、Ug4> 0,初始ub> uc> ua,VT3、VT4导通,输出电压uba
区间Ⅴ:Ug5> 0、Ug4> 0,初始uc> ub> ua,VT5、VT4导通,输出电压uca
区间Ⅵ:Ug5> 0、Ug6> 0,初始uc> ua> ub,VT5、VT6导通,输出电压ucb
当a> 60°时,电压有过零现象,而电流不能反向,导致晶闸管关断,下面分析a= 90°时电流连续与不连续两种状态的波形作为比较。
状态下的波形分析
R’~S区间: ,VT1、VT6导通,输出电压为Uab。
S~U’区间: ,VT1、VT6承受反压关断,输出电压为0。
U’~V区间: ,VT1、VT2导通,输出电压为Uac。
谐波分析法和微分方程法是电路分析的两种基本方法,实际应用时必须注
意电路条件,选择合适的方法。
三、晶闸管的导通条件和自然换流点
1、晶闸管的导通条件:
和 同时满足
2、自然换流点的认识:
以二极管代替晶闸管,桥路上二极管导通支路更换的时刻就是自然换流点。
例:分析单相、三相桥式、零式整流电路的自然换流点和自然整流波形。
2、自然换流点与触发角α
如下图所示,R、S、T、U、V、W点上,相邻两相电压相等,在交点的右侧满足以下条件:
R—U之间:ua> uc> ubVT1、VT6的UAK> 0符合导通条件
U—S之间:ua> ub> ucVT1、VT2的UAK> 0符合导通条件
S—V之间:ub> ua> ucVT3、VT2的UAK> 0符合导通条件
U2为相电压有效值
三、a = 30°时的工作情况:
触发脉冲起始时间在自然换流点之后30°时间,即在R’、S’、T’、U’、V’、W’
时间处发生脉冲,其余不变,波形如下:
(1)a=30º时触发脉冲规律
R’—S’之间: Ug1> 0 VT1触发
U’—V’之间: Ug2> 0 VT2触发
S’—T’之间: Ug3> 0 VT3触发
V~S’区间: ,VT1、VT2承受反压关断,输出电压为0。
其他区段以此类推
二、理想状态( )的情况
状态下的波形分析
R’~S区间: ,VT1、VT6导通,输出电压为Uab。
S~U’区间: 虽然 ,但由于电感Ld续流作用导致VT1、VT6继续导通(由于Ld的反电势作用,使VT1、VT6承受正向电压),输出电压仍然为Uab。
3)网侧线电流基波有效值:
以a相电流正、负两个半波的中点为时间零点,按傅立叶级数展开函数有:
基波的有效值:
各次谐波的有效值: n = 6k± 1 k = 1,2,3, …..
4)晶闸管电流平均值:
5)晶闸管端压:
以VT1为例:
VT1导通时,UVT1≈0V,
VT3导通时,UVT1= uab,
VT5导通时,UVT1=uac,
(1)单相整流电路自然换流点与自然整流波形
(2)三相零式整流电路自然换流点与自然整流波形
R S T
(3)三相桥式整流电路自然换流点与自然整流波形
R S T R S T
U V W U V W
特点:1)任一瞬间,上、下桥臂各只有一只管子导通。
2)每一器件导电角度为120º。
3)理想状态,负载电流为恒定直流。
图形结果见上
5、相关参数计算
1)输出直流电压:
输出波形为周期函数,直流电压为一个周期的平均值,周期π/3。
U2为相电压有效值。
2)网侧线电流有效值:
以ia为例,与a相相连的器件有VT1、VT4,在R—S时间段,VT1导通,电流Id;在V—W时间段,VT4导通,电流–Id;ia电流为周期2π,以此循环的周期函数。
V—T之间:ub> uc> uaVT3、VT4的UAK> 0符合导通条件
T—W之间:uc> ub> uaVT5、VT4的UAK> 0符合导通条件
W—R之间:uc> ua> ubVT5、VT6的UAK> 0符合导通条件
R、S、T、U、V、W点称为自然换流点。
R S T Rຫໍສະໝຸດ BaiduS T
U V W U V W
2)脉冲起点:分别在R、S、T、U、V、W自然换流点,其中R、S、T
对应VT1、VT3、VT5;U、V、W对应VT2、VT4、VT6。
4、波形分析(理想条件下,La、Lb、Lc影响忽略,以下同)
区间1:Ug1> 0、Ug6> 0,ua> uc> ub,VT1、VT6导通,输出电压uab
区间2:Ug1> 0、Ug2> 0,ua> ub> uc,VT1、VT2导通,输出电压uac
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