电力电子第二章

当控制角时输出 电压波形：
波形特点：
当α＜30o 时， 一周期有一大一 小6个波头。
当控制角α≥60o
时输出电压波形
只剩3个波头， 处临界连续；当 控制角α＝120o 时输出电压波形
如图。
移相范围：180o
小结
1． 对于电阻性负载，输出电流波形与输出电压波形ud 形状相同，Ud、、Id、IVT、I2及cosφ均为α的函数； 对于电感性负载，它使负载电流 id 平直，输出电
阻容参数
（二）交流侧过电压及其保护 交流侧电路在接通、断开时会出现过电压，通常发生在下 列几种情况：①由高压电源供电或电压比很大的变压器供电，
在一次侧合闸瞬间，由于一、二次绕组之间存在分布电容使高
压耦合到低压出现过电压。
解决办法是在单相变压器二次侧或三相变压器二次侧星形中点与地之 间并联o．5μF左右电容，也可在变压器一、二次绕组间加屏蔽层。 ②与整流装置并联的其它负载或装置直流侧断开时，因电源回路电感 产生感应电动势造成过电压。③整流变压器空载且电源电压过零时一 次侧断电，因变压器励磁电流突变导致二次侧感应瞬时过电压。一般 来说，开关速度越快过电压越高。
第二章 三相相控整流电路
第一节 三相半波相控整流电路 第二节 三相桥式相控整流电路
第三节 整流电路的换相压降、外特性和直流电动机的机械特性
第四节 晶闸管的保护与容量扩展 第五节 晶 闸 管 相 控 触 发 电 路
第六节 触发脉冲与主电路电压的同步——脉冲变压器与防误触发措施
三相可控整流电路
三相电压介绍
4）快速熔断器
四、晶闸管的容量扩展 （1）晶闸管串联
由于晶闸管 两端的阻容吸收
电路在串联时可
起动态均压作用， 故不必再另接电 阻电容。
（2）晶闸管并联
器件并联，若一个管子先导通且管压降较低时，可能导致其它 并联管子不能触发导通，使先导通的管子承担全部电流而烧毁。因 此必须采用强触发，提高触发脉冲前沿以缩短管子开通时间，达到 尽量保持导通一致。因此，非不得已最好不采用管子并联的做法。
流波形系数减小，晶闸管导电时间延长，流过晶闸管
的电流为一方波，而输出电压ud波形则出现负值； 当负载为直流电动机时，为了改善运行特性，需
加平波电抗器，使负载具有大电感性质。
小结
2．三相可控整流电路广泛用于 4kW 以上、直流电 压可调的场合。三相整流电路的基本形式是三相 半波整流电路，它有共阴极组接法与共阳极组接 法两种，三相全控桥整流电路可以看成两个三相 半波整流电路的串联。 3 ．三相可控整流与单相电路不同，它的自然换相 点即 α=0°为相邻电压的交点，距相电压波形原 点为30°。三相半波可控整流电路的输出电压波 形为三相相电压的一部分，一周期有三个波头； 而三相桥式整流电路的输出电压波形是六个线电 压的一部分，一周期有六个波头；
（3）ud一周期脉动6次，每次脉动的波形都一样，
故该电路为6脉波整流电路。
（4）需保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲 • 可采用两种方法：一种是宽脉冲触发 另一种是双窄脉冲触发（常用） （5）晶闸管承受的电压波形与三相半波时相同， 晶闸管承受最大正、反向电压的关系也相同。
二、三相桥式半控整流电路
为防止失控，也要加续流二极管。
在某些整流装置中，考虑能共用一块大散热器与安装方便采 用共阳接法，缺点是要求三个管子的触发电路的输出端彼此绝缘。
第二节 三 相 桥 式 相 控 整 流 电 路
为了克服三相半波电路的缺点，利用共阴与共阳接 法对于整流变压器电流方向相反的特点，用一个变压器 同时对共阴与共阳两组整流电路供电。
所以三相桥式电路实质上是三相半波共阴与共阳极组的串联。 一、三相桥式全控整流电路
u2 a b c
A
B C a b c
wt
三相电压波形
ua 2U 2 sin t
副边Y形接法
原边△形接法
ub 2U 2 sin(t _ 1200 )
uc 2U 2 sin(t 1200 )
第一节 三 相 半 波 相 控 整 流 电 路 一、三相半波（三相零式）不可控整流电路
变压器为三角形／星形联 结，三只整流管的三个阳极分 别接到变压器二次侧，阴极连 在一起接到负载端，称为共阴 接法。
a
0
a b c
VT1 VT2 VT3 Rd
C
b
c
a
ωt
三相半波可控整流电路， 对脉冲要求，一个周期需 结论：三相半波 距 三个脉冲，相邻脉冲间隔 离坐标原点为30° 120°。
结论
ud
0＜≤30时，负载端 电压波形是连续的
0
a
b
c
a
t ω
ud
＞30时，负载端电压 波形是断续的
0
a
1、每个管子导通的 顺序为： 1→2→3→4→5→6， 间隔为60o。 2、触发脉冲可采用 两种触发形式：一种 是间隔60o双窄脉冲， 另一种是宽脉冲触发， 每一个脉冲的宽度大 于60o通常取90o。
当电路控制角α＝60o
时输出电压波形：
当电路控制角α＝60o时 电感性负载的输出电压
波形：
三相桥式全控整流电路
换相重叠角γ ——换相过程持续的时间，用电角度γ 表示 换相重叠角γ 的计算
cos cos( )
2U 2 sin m
X B Id
可见，γ 随其它参数变化的规律： （1） Id越大则γ 越大； （2） XB越大γ 越大； （3） 当 ≤90时， 越小γ 越大。
变压器漏感对整流电路影响： （1） 出现换相重叠角γ ，整流输出电压平
（二）电流断续时直流电动机的机械特性
1）机械特性变软，即电动机 轴上负载转矩很小的变化能引 起转速很大的变化。
2）理想空载转速no升高。no是 指电动机电流Id为零时的转速。
第四节 晶闸管的保护与容量扩展
一、过电压保护
根据产生的原因过电压可分两类：开、关过程
中的操作过电压与雷击干扰的浪涌过电压。研究过 电压保护主要是了解过电压产生的原因与特性，采 取适当的保护措施，使电路开关时出现的过电压限 制在晶闸管额定电压范围内，使浪涌过电压限制在
第三节 整流电路的换相压降、外特性和直流电动机的机械特性
第三节 整流电路的换相压降、外特性和直流电动机的机械特性 以三相半波电路为例： VT1换相至VT2的过程： 因a、b两相均有漏感 LB ，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。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。
由于LB的存在，使得晶闸管的换流不能瞬时完成，在换 相过程中会出现两条电路同时导电的所谓重叠导通现象。 一、换相期间的输出电压
换流期间
输出直流电压为
换相过程中，整流输出电压ud为同时导通的两个晶 闸管所对应的两个相电压的平均值。这导致ud的波形 出现一个明显的缺口。同时各相的电流也不是突变的。
直流平均电压值为
整流输出电压 ud 和管子二端电压 uD 的波形在调试
与维修时很有用，根据波形可判断各元件的工作是否正 常以及故障出在何处。
二、三相半波相控整流电路
（一）电阻负载
VT1、VT2、VT3共阴极接 法，阳极电位高者先导通
将整流管换成晶闸管即为三相半波相控整流电路。
A B
自然换相点， 定义为=0°
1 3 2 Ud 2 U sin td ( t ) U 1 cos( ) 2 2 2 2 6 6 3 0.6751 cos( ) 6
（二）大电感负载
输出直流电压为
输出电流平均值为
电压是脉动的，如主电路平波电感量不够大或电动机轻载或空 载时均会出现电流不连续，而电流连续与不连续时电动机的机
械特性差别很大。②由于晶闸管的单向导电特性，整流装置的
输出电流不能反向，因此当电机需要可逆运转时，必须用开关 切换电机电枢成励磁，要求高的需增添另一套反向整流装置。
（一）电流连续时直流电动机的机械特性
id
RT
mXB/2π
Ud Ud0cosα1
α1
α2
ud0cosα
ud
Biblioteka Baidu
Z
nΔU
0
IH
Id1
Id
三、晶闸管相控整流电路供电的直流电动机机械特性
晶闸管相控整流电路供电的直流电动机调速系统，具有起 动性能好、调速范围宽、动态和静态性能好等优点。此类调整
装置应特别注意以下两个特殊问题：①晶闸管电路输出的直流
小结
4．相控整流电路对直流负载来说，可以看成具有一定
内阻的可调直流电源。内阻主要是变压器漏抗在晶闸
管换相时造成，内阻的大小为mXB／2π。 5．相控整流装置的缺点是功率因数较低。且控制角越 大，功率因数越低。并且非正弦电流的高次谐波分量 对电网有不利影响。在使用时特别是大容量的场合要 尽量设法减小这些影响。
第五节 晶 闸 管 相 控 触 发 电 路
一、同步电压为正弦波的触发电路
二、同步电压为锯齿波的触发电路
R15
同步环节
+15V
b
c
a
t ω
三相半波可控整流电路
整流电压平均值的计算
★
（1）α≤30时，负载电流连续，有：
1 Ud 2 3

5 6
2U 2 sin td (t )
6
3 6 U 2 cos 1.17U 2 cos 2
。
当a=0时，Ud最大，为
（2-14）
（2）α>30时，负载电流断续，晶闸管导通角减小， U d U d0 1.17U 2 此时有：
均值Ud降低，电压的脉动系数也增加；
（2） 换相使电网电压出现缺口，造成波形
畸变，成为干扰源。
二、相控整流电路的外特性
相控整流电路对直流负载来说是一个带内阻的可变直流电源。
直流输出电压为
式中，Ｕd0cosα为空载直流输出电压；Ｒi为整流桥内阻；三 相半波电路电流只流过一个管子n取1，三相桥式n取2。
（三）过电压保护器件
对于电网遭受雷击或从电网侵入的干扰过电压称为偶发性
浪涌电压，要求高的场合通常采用阀型避雷器。 目前已大量采用压敏电阻等非线性元件，它是以氧化锌为基 体的金属氧化物，有两个电极，极间充填有氧化铋等晶粒。正常 电压时晶粒呈高阻态仅有 100μA左右的漏电流，过电压时引起 电子雪崩呈低阻使电流迅速增大吸收过电压。
晶闸管断态正反向不重复峰值电压 UDSM 、 URSM 值
以下，保证装置正常工作。
（一）晶闸管关断过电压及其保护
这个电动势与外电压串联，反向加在已恢复阻断的晶闸管上， 此过电压值可达工作峰值电压的5～6倍。
对于这种尖峰状的瞬时过电压，常用的方法是晶闸管两端并 接电容，利用电容电压不能突变的特性吸收尖峰过电压，把它限 制在允许范围内。
压敏电阻具有伏安特性。
主要参数为：① 漏电流为１ m Ａ时的 额定电压值Ｕe亦称Ｕ
1mA
， ②残压比为放
电电流达规定值 IY 时 的 电 压 UY 与 Ｕ 1mA 之 比。③允许通流容量 为规定脉冲波形下允 许通过的最大冲击电
流。
二、过电流保护
晶闸管装置可能采用的几种过电流保护措施
1）串接交流进线电抗或采用漏抗大的整流变压器，利用电抗限 制短路电流。 2）电流检测和过流继电器 3）直流快速开关
流过晶闸管的平均电流与有效电流分别为
由于变压器二次侧流过晶闸管电流为120 o底宽的矩形波电流为：
一次电流有效值I1为
变压器一次、二次功率分别为
由上述计算可见，变压器一次电流与功率小于二次是由于二次电流 存在直流分量的缘故。此时整流变压器的功率用平均值S来衡量
三、共阳接法三相半波相控整流电路
★ 三相桥式全控整流电路的特点
（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管，且不能为同1相器件。 （2）对触发脉冲的要求：
• 按VT1到VT6的顺序，相位依次相差60。
• 共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差120，共阳
极组VT4、VT6、VT2也依次差120。
• 同一相的上下两个桥臂，即 VT1与VT4，VT3与VT6， VT5与VT2，脉冲相差180。
换相压降△Ud——与不考虑变压器漏感时相比，ud 平均值降低的多少。 换相压降相当于阴影部分的面积的平均值，它使得输 出的整流电压下降。
式中的XB为变压器每相折算到二次侧的漏抗，此值可根据变压器的铭牌数 值求得 ，U2e，I2e为变压器二次额定电压电流，Ud1为变
压器短路电压比，一般为5％～12％。