整流逆变

图2-11 晶闸管在同一桥臂的单相半控整 流电路及其L足够大时的工作波形
2.3
三相半波可控整流电路
（一）控制角及触发脉冲顺序
三个晶闸管的导通顺序是 VT1 → VT3 → VT5 → VT1
（二） = 0° 时 α
输出电压在一个周期中的分段表达式为
uU u 0 = uV u W
Ud 1 = T
理想化假设 : 1.开关元件是理想的 2.变压器是理想的 3.电网电压是理想的正弦波
（一）工作原理 （二）控制角、元件导通角 （三）输出电压
∫ （四）输出电流
Ud =
0
θ= π− α
1 π 2 Hale Waihona Puke BaiduU 2 sin ω ω = td t U 2 (1 + cosα ) 2π∫α 2π
2U2 U sinω t dωt = 2 R R
α= 60° 的工作波形 （一） α< 60° 时
电路稳态工作时，电流在 α < 60° 时是连续的；在 0 ≤ α≤ 60° 时 电流处于临界连续状态。输出 电压的平均值为
2
1 T
T
u 0 dt =
I 0 = I 2 = IVT
1 T 2 1 π = i0 dt = T ∫0 2π ∫α
π− α 1 sin 2α+ 4π 2π
图2-3 电阻性负载的单相半波整流电路及其 工作波形
（五）元件电压
2.2.2 电感性负载的单相半波可控整流
（一）无续流二极管电路的工作原理及波形
Id =
Ud 3 6 U2 = ⋅ cos α Rd 2π Rd
元件电流的平均值
I Td
图2-13 时电阻负载 α= 30° 的三相半波可控整流电路 波形 图2-14 电阻负载三 相半波可控整流 α= 60° 时的工作波形图
Id 6 U2 = = ⋅ cos α 3 2π Rd
元件电流的有效值 I T 、变压器副方 绕组电流的有效值 I 2为
∫π
5 π +α 6 +α
2U 2 sin ω td ω t
6
（三）输出电流的平均值
Id =
3 6U 2 cos α = 1.17U 2 cos α 2π
π Ud 3 6 U2 = cos α (α < ) 2π Rd R 2
IT = I2 = 1 3π 2 I d d ωt = 2π ∫0
2
（四）晶闸管元件电流
uL =uL~ =u0~ −uR~ ≈u0~
图2-6 电阻负载的单相桥式 可控整流电路及工作波形
Ud U = 0.9 2 cosα R R
（五）晶闸管电流
由于两晶闸管对轮流导通，在一个正弦周期内各导通180°，故流过各晶闸管上的电流 是幅值为 、宽度为180°的矩形波电流，所以其平均值为 Id
I Td = 1 I d 2
（二）输出电压 的平均值
Ud =
（三）电感L上的电压及电阻R上的电压 电感L上的电压及电阻R
1 T 1 π +α u0dt = ∫ T ∫0 π α
2U2 sinωtdωt =
2 2
π
U2 cosα = 0.9U2 cosα
uR = U Rd + uR ~ ≈ U d
（四）输出电流
Id = I0 = I2 =
uV = uW =
U 2
2U 2U
2
sin( ω t −
2
2 π) 3 4 sin( ω t - π) 3
2.4.1 电阻性负载 α= 0时 （一）工作原理 那末，对上组（共阴连接组） t （R～S） 晶闸管，在ω = 30° ~ 150° 之间是 VT1 导通， 3 、 5 承受 VT VT 反压而关断；在 ω = 150° ~ 270° t t 之间是 VT3 导通；在ω = 270° ~ 390° 之间是 VT5 导通。 同理，对下组（共阳连接组） VT 晶闸管， 2 的导通区间是
dt
解此方程可得输出电流为:
i 0 ( t ) = i1 ( t ) + i 2 ( t ) =
图2-4 电感负载的单相半波可控整 流电路
当 ω = π 电源电压过零时，由于电感的存在，这时 t 的电流并不为零，晶闸管VT不会关断。 可得关于导通 θ − 角的方程为 sin( α + θ − φ ) − sin( α − φ ) e tg φ = 0 u 在ω = ω 4 之后，由于晶闸管VT关断， 0 、i0 又都保持 t t 为零，直至下一个周期又重复上面分析的过程。
θ= π− α 。
2.2.3 电阻负载的单相桥式全控整流电路 （一）工作原理
图2-6的桥式整流电路与图2-3的单相半波整流电路相比， 桥式整流把电源电压的负半波也利用起来了，使输出电压 在一个电源周期中由原来的只有一个脉波变成了有二个脉 波，改善了波形，提高了输出。在变压器的副方绕组中， 绕组电流的波形如图2-6h）所示，两个半周期的电流方向 相反且波形对称，因此不再存在半波整流电路中的变压器 直流磁化问题，提高了变压器的绕组利用率。
电路图如图2-4a）所示，电源电压如图2-4b）所示， 触发信号仍为与电源同步且控制角为的脉冲，如图24c）所示。
ω 在 ωt = 0 到 t = α阶段，晶闸管VT承受正向电压 但没有触发信号，晶闸管不会导通，u0 、i0 都等于零。
t 当 ω = α 的 ω 1 时刻，晶闸管VT被触发导通.导通 t 期间内有方程 u 0 = Ri 0 + L di 0 = 2 U 2 sin ω t
30° < ω < 150° t 150° < ω < 270° t 270° < ω < 390° t
5π
输出电压的平均值为
∫
T
0
3 6 u 0 dt = π 2π ∫6
2U 2 sin ωtd ωt =
3 6 U 2 = 1 . 17 U 2 2π
电流是连续的 ，其平均值为 图2-12 电阻负载时的三相半波 可控整流电路及α= 0° 时的工作 波形
I Td 1 = Id 3
3 Id 3
（五）晶闸管电压
图2-15 电感性负载三相半波可控整 流 α= 60° 时的工作波形
（六）控制角的移相范围 α的移相范围应是 0 ~ 90° ，有续流二极管时 0 ~ 150°
最大反压，最大正向阻断电压都为 6U 2
2.3.3 共阳极连接的三相半波可控整流电路
5 + U 1 3 1 6π α 2U2 IT = I 2 = ( ⋅ sinωt) 2 dωt = 2 ⋅ + cos2α ∫π 2π 6 +α Rd Rd 3 4π
2.3.2 电感负载的三相半波可控整流电路
（一）工作原理 （二）输出直流电压的平均值
1 Ud = T
=
∫
T
0
3 u 0 dt = 2π
晶闸管电流的有效值为
IT =
Id 2
（六）元件电压
元件的最大断态正向电压、最大反向电压都为
2U 2 。
（七）控制角与导通角
控制角的有效移相范围为 0 ~ π，但从式（2-18）可看到，当 α > π / 2 时，输出电压的 平均值为负。元件的导通角θ= π 。
2.2.5 单相桥式半控整流电路
（一）晶闸管共阴极接法电路
图2-1 整流与逆变的功率流向
图2-2 部分常用的整流电路
按组成器件 不控整流 可控整流 单相 三相 六相 L L 零式 桥式 半控整流 全控整流
按电源相数
图2-19 触发脉冲的三种形式
2.4.2 电阻性负载 α 0 时 ≠
（二） > 60° 时 α
输出电压平均值为
Ud = 6 2π
5 π 6 +α
∫
π
6
π 3 6 π 3 2U 2 sin(ωt + )dωt = U 2 [1 + cos( + α )] 6 3 π
图2-20 电阻性负载三相全控整流桥
在电流断续、电流连续或电感足够大的几种情况下， 有续流二极管电路的输出电压在一个周期内的表达式 α < ωt < π 都为 u = 2 U ⋅ sin ω t
2 0
0
π < ω t < 2π + α
输出电压 u 0 的直流分量（平均值） d 为 U
2．负载电阻R上电压平均值 U Rd = U d = 3．输出电流平均值 I d = I Rd = 4．元件电压、元件电流
从波形图可知，输出电压的平均值为
U
d
=
2U
2
π
( 1 + cos α)
失控现象
图2-9 单相桥式半控整流电路 失控时的波形
图2-8 单相桥式半控整流电路 及其L足够大时的工作波形
（二） 有续流二极管的晶 闸管共阴极接法电路
（三）晶闸管在同一桥臂的 电路
图2-10 有续流二极管的单相半控整流电 路及其L足够大时的工作波形
90° ~ 210°( A ~ B ) ， VT 的导通 4 区间是 210° ~ 330°( B ~ C ) ， VT 的
330 导通区间是 ° ~ 450°(C ~ A)
6
。
图2-18 电阻性负载三相桥式全控整流
六只晶闸管导通的顺序是VT1 →VT2 → VT3→VT4 → VT5 → VT6 → VT1 。
图2-17 共阳 极连接的三 相半波可控 整流电路及 a)波形电路图 b）α＝0° 时的波形图 c）α＝30° 时的波形图
2.4 三相桥式全控整流电路
三相半波整流 电路虽然较单相整 流电路来说在装置 容量、输出电压的 脉动等许多方面有 了很大的改善，但 三相半波整流电路 的输出在每个电源 周期中仍只有3个脉 波，且整流变压器 中还存在着严重的 直流磁化电流问题。 因此在工业生产中 最大量使用的是三 相桥式整流电路 本节将只讨论三相桥式全控整流器的理 想工作状态。所谓理想工作状态是假设 具有如下的理想条件： ①理想变压器。即变压器的漏抗、 绕组电阻和励磁电流都可忽略。 ② 晶闸管元件是理想的。 ③电感性负载时，直流电感Ld足够 大，输出电流的纹波可以不计。 ④电源为三相对称系统，其表达式 如式 u = 2 U sin ω t
α= 0° 时的工作波形
（ 二） 三相桥式可控整流电路 触发脉冲的形式
◤在晶闸管需导通的区域仅用初 始的一个窄脉冲去触发的方式称 “单窄脉冲触发” ◢ ◤每个元件除了在各自的换流点 处有一个脉冲之外，还在60度电 角度之后的下一个导通元件的导 通时刻补了一个脉冲。所补的脉 冲在电流连续的稳态工作时并不 起任何作用，但它却是电路启动 及在电流断续时使电路正常工作 所不可缺少的，这种触发方式称 之为“双窄脉冲触发”。 ◢ ◤ 若把上面的双窄脉冲连成一 个宽脉冲，电路当然也可正常工 作，这种触发方式称之为“宽脉 冲触发” ◢
2 2π
U 2 (1 + cos α)
图2-5 有续流二极管的单相半波 可控整流电路及其工作波形
U Rd 2 U2 = (1 + cosα ) R 2π R
晶闸管VT所承受的断态正向峰值电压、反向峰值电压 及二极管VD的反向峰值电压都为 2U 。
2
5．控制角的有效移相范围为
. 0 ~ π6．晶闸管VT的元件导通角
c） d） 除c）、d）外 a）～e） f）、g）
按电路结构 按变压器绕组电流
半波 全波
◤可控整流电 路的主元件在 采用晶闸管时， 其控制方式都 采用相位控制， 故这类整流电 b）、f） c）、d）、e）、g） 路又称之为相 控整流。◢ a）、b）*、f）
c）、d）、e）、g）
2.2 单相可控整流电路 2.2.1电阻性负载的单相半波 可控整流
2U z
2
sin( ω t − φ ) −
2U z
2
sin( α − φ ) e
α −ω t t gφ
（二）有续流二极管电路的工作原理
为了提高整流器输出电压的平均值和减小变压器的发热损 耗，按图2-5a)所示极性在负载两端并联一功率二极管VD， VD称为续流二极管。
（三）有续流二极管电路工作时的数学表达式 1．输出电压
Ud 3 6 U2 U2 Id = = = 1.17 Rd Rd 2π Rd
（三）0° < α
≤ 30°
时
0° ≤ α ≤ 30° 时，输出电压的平均值
为
：
+ 3 5π α 3 6 6 U d = ∫π 2U 2 ⋅ sinω ω = td t U 2 ⋅ cosα +α 2π 6 2π
输出电流的平均值
第2章 整流与有源逆变
2.1 概述
整流
将交流电转换成直流电的变换称之为 整流，实现整流变换的装置称之为整 流器。 不控整流 可控整流 在整流变换过程中，其平均功率（或 能量）的流向是从交流电源流向直流 负载。
逆变
工业应用中常常需要把直流电能转换 成交流电能，这种对应于整流的逆向 过程称之为逆变 。 有源逆变 无源逆变 在逆变过程中，其平均功率（或能 量）是从直流侧流向交流侧的。