晶闸管相控变换器

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1、10-110-2图10.1-1 单相半波可控整流电路及波形变压器B起变换电压和电气隔离的作用。 一、电阻性负载下单相半波整流电路的相控原理一、电阻性负载下单相半波整流电路的相控原理交流输入为单相，直流输出电压波形交流输入为单相，直流输出电压波形只在交流输入的正半周内出现，故称只在交流输入的正半周内出现，故称为单相半波可控整流电路。为单相半波可控整流电路。特点：特点：电压与电流成正比，两者波形相同电压与电流成正比，两者波形相同 2-3 首先，引入两个重要的基本概念：控制角控制角：从晶闸管开始承受正向阳极电压起到施加触发脉冲止的电角度,用a表示,也称触发角或触发延迟角。导通角导通角：晶闸管在一个电

2、源周期中处于通态的电角度，用表示 。基本数量关系基本数量关系直流输出电压平均值为aaa2cos145. 0)cos1 (22)(sin221222dUUttdUU(10.1-3)2-4 图10.1-2 带阻感负载的 单相半波电路及其波形阻感负载的特点阻感负载的特点：电感对电流变化有抗拒作用，使得流过电感的电流不发生突变。讨论负载阻抗角j、触发角a、晶闸管导通角的关系。2-5图 单相半波可控整流电路的分段线性等效电路a)VT处于关断状态 b)VT处于导通状态 a)b)VTRLVTRLu2u2电力电子电路的一种基本分析方法通过器件的理想化，将电路简化为分段线性电路，分段进行分析计算。器件的每种状态

3、对应于一种线性电路拓扑。电力电子电路中存在非线性的电力电子器件，决定了电力电子电路时非线性电路。2-6VTb)RLu2b) VT处于导通状态tURitiLsin2dd2dd（2-2）)sin()sin(tanjajaje（2-4）初始条件：t=，id=0。求解式（2-2）并将初始条件代入可得当t=+ 时，id=0，代入式（2-3）并整理得 )sin(2)sin(22)(2djjaatZUeZUitLR（2-3）22)( LRZRLjarctan其中 ，2-7负载阻抗角负载阻抗角j j、触发角、触发角a 、晶闸管导通角、晶闸管导通角的关系的关系l 若j为定值，a 越大，在u2正半周L储能越少，维

4、持导电的能力就越弱，越小l 若a为定值，j 越大，则L贮能越多，越大；且j 越大，在u2负半周L维持晶闸管导通的时间就越接近晶闸管在u2正半周导通的时间，ud中负的部分越接近正的部分，平均值Ud越接近零，输出的直流电流平均值也越小。l 为避免为避免Ud太小，在整流电路的负载两端并联续流二极管太小，在整流电路的负载两端并联续流二极管2-8 L储存的能量保证了电流id在L-R-VDR回路中流通，此过程通常称为续流。2-9u2udidIdt1tttOOOb)c)d)2-10图10.1-4 单相半波带阻感负载有续流二极管的电路及波形 数量关系数量关系ddTIIa2（10.1-5）ddTItdIIaa2

5、)(212（10.1-7）ddDRIIa2（10.1-6）ddDRItdIIaa2)(2122（10.1-8）若近似认为id为一条水平线，恒为Id，则有2-11单相半波可控整流电路的特点单相半波可控整流电路的特点2-12工作原理及波形分析工作原理及波形分析VT1和VT4组成一对桥臂，在u2正半周承受电压u2，得到触发脉冲即导通，当u2过零时关断，ud=u2。VT2和VT3组成另一对桥臂，在u2正半周承受电压-u2，得到触发脉冲即导通，当u2过零时关断，ud=-u2。电路结构电路结构一、单相桥式全控整流电路一、单相桥式全控整流电路2-13工作原理及波形分析工作原理及波形分析VT1和VT4组成一对

6、桥臂，在u2正半周承受电压u2，得到触发脉冲即导通，当u2过零时关断。VT2和VT3组成另一对桥臂，在u2正半周承受电压-u2，得到触发脉冲即导通，当u2过零时关断。电路结构电路结构一、单相桥式全控整流电路一、单相桥式全控整流电路2-14aaa2cos19 . 02cos122)( dsin21222dUUttUU（10.2-1）a 角的移相范围为180。向负载输出的平均电流值为：流过晶闸管的电流平均值只有输出直流平均值的一半，即：2cos145. 0212ddVTaRUII2cos19 . 02cos12222ddaaRURURUI(10.2-3)2-15流过晶闸管的电流有效值：变压器二次测

7、电流有效值I2与输出直流电流I有效值相等：aaa2sin212)(d)sin2(21222RUttRUITaaa2sin21)()sin2(12222RUtdtRUI（10.2-4）II21T（10.2-6）2-162cos19 . 02cos12222ddaaRURURUIaa2sin2122RUI）（）（aaacos1222sinId2I变压器二次测电流有效值I2与输出直流电流I有效值相等：aaa2sin21)()sin2(12222RUtdtRUI（10.2-4）2-17上式用于选择晶闸管的额定电流：d2786.021IIIT当=00时，d22d2I11. 111. 142cos1222

8、sinIIIaaa）（）（1.57)25.1TaII（T选择晶闸管的额定电压：22)32UU（T不考虑变压器的损耗时，要求变压器的容量 S=U2I2。晶闸管承受的最大正反向电压均为 。22U2-18假设电路已工作于稳态，id的平均值不变。假设负载电感很大，负载电流id连续且波形近似为一水平线。u2过零变负时，晶闸管VT1和VT4并不关断。至t=+a 时刻，晶闸管VT1和VT4关断，VT2和VT3两管导通。VT2和VT3导通后，VT1和VT4承受反压关断，流过VT1和VT4的电流迅速转移到VT2和VT3上，此过程称换相换相，亦称换流换流。u2OtOtOtudidIdOtiVT1,4OtuVT1,

9、42-19u2OtOtOtudidi2OtOtuVT1,4OtOtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4假设电路已工作于稳态，id的平均值不变。假设负载电感很大，负载电流id连续且波形近似为一水平线。2-20aaaacos9 . 0cos22)(dsin21222dUUttUU（10.2-13）晶闸管移相范围为90。晶闸管承受的最大正反向电压均为 。22Uu2OtOtOtudidb)OtOtuVT1,4OtOtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4i2当=0，整流电压平均值最大22d9 . 0cos9 . 0UUUa当=90，整流电压平均值最小0cos9 . 02daUU2-21晶

10、闸管导通角与无关，均为180。电流的平均值和有效值：变压器二次侧电流i2的波形为正负各180的矩形波，其相位由角决定，有效值I2=Id。ddT21IIddT707. 021IIIu2OtOtOtudidb)OtOtuVT1,4OtOtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4i22-22图10.2-7 单相桥式全控整流电路接反电动势电阻负载时的电路及波形 在|u2|E时，才有晶闸管承 受正电压，有导通的可能。在a 角相同时，整流输出电压比电阻负载时大。导通之后， ud=u2， ， 直至|u2|=E，id即降至0使得 晶闸管关断，此后ud=E 。REuidd与电阻负载时相比，晶闸管提前了电角度

11、停止导电， 称为不导电角，212sinUE（10.2-19）b)idOEudtIdOta2-23图10.2-4b 单相桥式全控整流电路接反电动势电阻电阻负载时的波形 如图10.2-4b所示id波形所示：ub)idOEdtIdOtaEttUU)(dEsin212d）（10.2-20）2-24图10.2-4b 单相桥式全控整流电路接反电动势电阻电阻负载时的波形 如图10.2-4b所示id波形所示：ub)idOEdtIdOta)(dREsin212dttUI（10.2-21）直流电流有效值：a)(dREsin2122dttUI）（10.2-22）2-25图10.2-4b 单相桥式全控整流电路接反电动

12、势电阻电阻负载时的波形 电流断续电流断续触发脉冲有足够的宽度，保证当 t= 时刻有晶闸管开始承受正电压时，触发脉冲仍然存在。这样，相当于触发角被推迟为 。 如图10.2-4b所示id波形所示：电流连续电流连续ub)idOEdtIdOt2-26为了克服此缺点，一般在主电路中直流输出侧串联一个平波电抗器。图10.2-5 单相桥式全控整流电路带反电动势负载串平波电抗器，电流连续的临界情况tOud0Eidta = 2-27这时整流电压ud的波形和负载电流id的波形与阻感负载电流连续时的波形相同，ud的计算公式也一样。为保证电流连续所需的电感量L可由下式求出：dmin23dmin21087.222IUI

13、UL图10.2-5 单相桥式全控整流电路带反电动势负载串平波电抗器，电流连续的临界情况tOud0Eidta = 2-28电阻负载电阻负载 半控电路与全控电路在电阻负载时的工作情况相同。2-29 图10.2-6 单相桥式半控整流电路，无续流二极管，阻感负载时的电路及波形在u2正半周，u2经VT1和VD4向负载供电，ud=u2。2-30 图10.2-6 单相桥式半控整流电路，无续流二极管，阻感负载时的电路及波形在u2正半周，u2经VT1和VD4向负载供电，ud=u2。 u2过零变负时，因电感作用电流不再流经变压器二次绕组，而是由VT1和VD3续流， ud为零。2-31 图10.2-6 单相桥式半控

14、整流电路，无续流二极管，阻感负载时的电路及波形在u2负半周触发角a时刻触发VT2，VT2导通，u2经VT2和VD3向负载供电， ud=-u2 。u2过零变正时，VD4导通，VD3关断。VT2和VD4续流，ud又为零。2-32 图10.2-6 单相桥式半控整流电路，无续流二极管，阻感负载时的电路及波形在u2负半周触发角a时刻触发VT2，VT2导通，u2经VT2和VD3向负载供电， ud=-u2 。u2过零变正时，VD4导通，VD3关断。VT2和VD4续流，ud又为零。2-33 若无续流二极管，则当a 突然增大至180或触发脉冲丢失时，会发生一个晶闸管持续导通而两个二极管轮流导通的情况，这使ud成

15、为正弦半波，其平均值保持恒定，称为失失控控。为避免可能发生的失控现象，电路中加入续流二极管VDR。有续流二极管VDR时，续流过程由VDR完成，避免了失控的现象。2-34续流期间导电回路中只有一个管压降，有利于降低损耗。 图10.2-6 单相桥式半控整流电路，有续流二极管，阻感负载时的电路及波形2-35续流期间导电回路中只有一个管压降，有利于降低损耗。 图10.2-6 单相桥式半控整流电路，有续流二极管，阻感负载时的电路及波形晶闸管和二极管的电流波形宽度都是-，其电流有效值：dDT2IIIa（10.2-23）续流二极管的电流波形宽度，每个周期出现两次，其电流有效值：ddD22RIIIaa（10.

16、2-24）2-36续流二极管承受反向最大电压为 图10.2-6 单相桥式半控整流电路，有续流二极管，阻感负载时的电路及波形变压器二次电流有效值：d2IIa（10.2-25）2u22-37省去-续流二极管VDR，续流由VD3和VD4来实现。单相半控桥式有续流二极管时的电路单相桥式半控整流电路的另一接法2-3827.（6分）单相桥式半控整流电路如图所示，负载L足够大。试绘出=90时输出电压ud、流过晶闸管VT1的电流iT1以及流过二极管VD4的电流iD4的波形。2-3912单相桥式全控整流电路带反电势负载，串L，工作在有源逆变状态， 的工作范围是（ ）A. B. C. D. 13可控整流电路输出直

17、流电压可调，主要取决于晶闸管触发脉冲的（ ）A. 幅值 B. 移相 C. 形状D. 脉宽14单相桥式全控整流电路带电阻性负载，电源电压有效值为U2，晶闸管承受最大反向电压是（ ）A. U2/2B. U2 C. D. 0900120901509018022U23U2-4040题40图为单相桥式全控整流电路带电阻性负载，R=20，U2=280V（1）计算Ud、Id；（ ）（2）选取电路中晶闸管电压及电流定额。（计算中数值取整数）30 , /1.17dI Ia2-4113. 单相半波可控整流电路带电阻性负载，的移相范围是【 】A. 090 B. 0120 C. 0150D. 018014. 单相桥式

18、全控整流电路带电阻性负载，电源电压有效值为U2，电路中晶闸管SCR承受的最大反向电压为【 】A.U2B. C. D. 22U23U2U62-4232. 题32图所示为单相桥式半控整流电路，带R负载。（1）绘出=30时的ud、id、iT1、i2波形；（2）写出的移相范围。2-4333. 题33图所示为单相桥式全控整流电路带R、L负载，LR，忽略id的脉动。（1）绘出=30时ud、id、iT1、i2波形；（2）写出的移相范围。2-4437. 题37图所示为单相桥式全控整流电路带电感性负载，LR，忽略id的脉动。已知R=2，=60时，ud =90V，求SCR的额定电压及额定电流。2-4513. 单相

19、桥式半控整流电路带电阻性负载，的移相范围是【 】A. 090 B. 0120 C. 0150D. 01802-4633. 题33图所示为单相桥式半控整流电路带电感性负载，LR。（1）绘出=30时ud波形，并在图中标出各管子导通的区间；（2）正值VT1导通时VT1、VT2脉冲突然消失，绘出此时ud的波形，并在图中标出各管子的导通区间。2-4737. 题37图所示为单相桥式全控整流电路带电感性负载，LR，忽略id的脉动。已知R=1，=30时，ud =60V。（1）计算变压器容量S；（2）计算SCR的额定电压及额定电流。2-4813.单相桥式全控整流电路带电阻性负载，触发脉冲的移相范围是【 】A.

20、090 B. 0120 C. 0150D. 0180A. U2B. C. D. 15将交流电能变换成可调的直流电能称为【 】A. 逆变 B. 整流 C. 斩波 D. 调压2-4936. 题36图所示为单相桥式全控整流电路带电感性负载，LR，电流连续，R=5，U2=200V，=30。（1）计算Ud、Id值；（2）选择电路中晶闸管的电流及电压额定值。2-5032. 题32图所示单相半波可控整流电路带电阻性负载。（1）绘出=30时ugk、ud、id的波形；（2）Ud在0 udmax间变化的移相范围。2-5137. 题37图所示单相桥式半控整流电路带电阻性负载。已知U2=400V，R=10。求：（1）

21、=30时，Ud、Id值；（2）选取晶闸管的额定电压及额定电流（I/Id=1.17）。2-5213. 单相桥式全控整流电路带电阻性负载，电源电压有效值为U2，则晶闸管承受的最大正向电压值是【 】A. B. C. D. 2U2212U212U2U22-5337. 题37图为单相桥式全控整流电路带电阻性负载，R=5，U2=300V，控制角=60（I2/Id=1.33）。（1）计算Ud、Id；（2）选取电路中晶闸管电压及电流定额。题题37图图21 cos0.9202.52dUUVa202.540.55ddUIAR37.（1）（1分）（1分）（1分）（1分）（2）V1273849300232U32UTR

22、MA545 .4033. 133. 1Id2IA3821I2TI（1分）A483657. 125 . 1ITTaI2-5413. 单相桥式全控整流电路带电阻性负载，电源电压有效值为U2，电路中晶闸管承受的最大电压值是【 】A. B. C. D. 2U24U22U32U22-5533. 题33图所示单相半波可控整流电路，带电阻性负载，已知U2=200V，R=5，,60。（1）绘出时ug、ud、id、uT的波形；（2）求Ud及Id值 。2-5637. 题37图为单相桥式全控整流电路，带电感性负载，忽略idd的脉动，R=2，要求输出直流电压平均值Ud=80V（=30）。求：（1）电源电压U2；（2）

23、晶闸管的额定电压及额定电流。题题37图图2-572-58图10.3-1 三相半波可控整流电路共阴极接法电阻负载时的电路及a =0时的波形 （一（一)电阻负载电阻负载自然换相点：二极管换相时刻为自然换相点自然换相点，是各相晶闸管能触发导通的最早时刻，将其作为计算各晶闸管触发角a的起点，即a =0 。一、共阴极三相半波相控整流电路一、共阴极三相半波相控整流电路2-59a =0 时的工作原理分析时的工作原理分析变压器二次侧a相绕组和晶闸管VT1的电流波形，变压器二次绕组电流有直流分量。晶闸管的电压波形，由3段组成。图10.3-1 三相半波可控整流电路共阴极接法电阻负载时的电路及a =0时的波形 a

24、a=30 的波形（的波形（图10.3-2） 特点：负载电流处于连续和断续之间的临界状态。a a30 的情况（的情况（图10.3-3 ） 特点：负载电流断续，晶闸管导通角小于120 。动画演示（一（一)电阻负载电阻负载一、共阴极三相半波相控整流电路一、共阴极三相半波相控整流电路2-60aaaacos17. 1cos263)(sin2321226562UUttdUUd（10.3-1）当a=0时，Ud最大，为 。2d0d17.1UUU)6cos(1675. 0)6cos(1223)(sin2321262daaaUttdUU(10.3-2)整流电压平均值的计算整流电压平均值的计算a30时，负载电流连续

25、，有：a30时，负载电流断续，晶闸管导通角减小，此时有：（一（一)电阻负载电阻负载一、共阴极三相半波相控整流电路一、共阴极三相半波相控整流电路30 u2OtOOOOuacuaubucttttuabuacuGudiVT1uVT1t12-61由于晶闸管是交替工作的，所以 流过每个晶闸管的平均电流：RUIdd（一（一)电阻负载电阻负载一、共阴极三相半波相控整流电路一、共阴极三相半波相控整流电路ddII31T)2cos2332(21)(Rsin221I265622TaaaRUtdtU）（a30时，晶闸管电流连续，其有效值为：a30时，晶闸管电流断续，此时其有效值为：)2sin412cos4365(21

26、)(Rsin221I2622TaaaaRUtdtU）（控制角增大则电流波形变窄；在输出平均电流相同的情况下，控制角愈大则电流的有效值增大得愈厉害。2-62 晶闸管承受的最大反向电压，为变压器二次线电压峰值，即晶闸管阳极与阴极间的最大正向电压等于变压器二次相电压的峰值，即222RM45. 2632UUUU22UUFM（一（一)电阻负载电阻负载一、共阴极三相半波相控整流电路一、共阴极三相半波相控整流电路选择晶闸管的额定电流57. 1I25 . 1TTaI选择晶闸管的额定电压2TU3232U 变压器二次侧容量：222IU3S 2-63图10.3-4三相半波可控整流电路，阻感负载时的电路及a =60时

27、的波形特点：阻感负载，L值很大，id波形基本平直。a30时：整流电压波形与电阻负载时相同。a30时（如a=60时的波形如图10.3-4所示）。u2过零时，VT1不关断，直到VT2的脉冲到来，才换流，ud波形中出现负的部分。id波形有一定的脉动，但为简化分析及定量计算，可将id近似为一条水平线。阻感负载时的移相范围为90。uacOOOOOOta动画演示（二（二)电感性负载电感性负载一、共阴极三相半波相控整流电路一、共阴极三相半波相控整流电路tttttuabuacuT1idicibiauaubucud2-64由于负载电流连续， Ud可求出，即（二（二)电感性负载电感性负载一、共阴极三相半波相控整流

28、电路一、共阴极三相半波相控整流电路aaaacos17. 1cos263)(sin2321226562UUttdUUd（10.3-11）当=0时，Ud最大，为1.17U2。当=90时，Ud最小，为0。所以触发脉冲的移相范围为90。uduaubucidOOtat2-65晶闸管的额定电流为晶闸管最大正、反向电压峰值均为变压器二次线电压峰值三相半波的主要缺点在于其变压器二次电流中含有直流分量，为此其应用较少。ddTIIIII577. 0313601202002ddTTIII368. 025 . 157. 125 . 1a2245. 232UUUURMFM（二（二)电感性负载电感性负载一、共阴极三相半波

29、相控整流电路一、共阴极三相半波相控整流电路晶闸管的额定电压为2U3232U T2-6614.三相半波可控整流电路带电感性负载（未接续流二极管），电源电压有效值为U2，则晶闸管承受的最大正反向电压为【 】A. U2B. C. D. 22U23U2U62-6714.三相半波可控整流电路带电阻性负载，相电压有效值为U2，晶闸管承受的最大反向电压为【 】A. U2B. C. D. 22U23U2U62-6814. 三相半波相控整流电路带电阻性负载，电源电压有效值为U2，则晶闸管SCR在电路中承受的最大反向电压为【 】A. U2B. C. D. 22U23U2U62-6932. 题32图所示为三相半波可

30、控整流电路带电感性负载。（1）绘出=30时ud、id的波形；（2）写出的移相范围。题题32图图（4分）（2）090（1分）2-7014.三相半波可控整流电路带电阻性负载，的移相范围是【 】A. 090 B. 0120 C. 0150D. 01802-71共阴极组共阴极组阴极连接在一起的3个晶闸管（VT1，VT3，VT5）共阳极组共阳极组阳极连接在一起的3个晶闸管（VT4，VT6，VT2） 三相桥式全控整流电路原理图导通顺序： VT1VT2 VT3 VT4 VT5VT62-72共阴极组中阳极电位最高的二极管导通； D1RLuoD6 D3D5D4D2iocbau+ o 三相变压器原绕组接成三角形，

31、副绕组接成星形共阳极组共阴极组2-73 在 t1 t2 期间共阴极组中a点电位最高，D1 导通； 共阳极组中b点电位最低，D4 导通。 D1RLuoD6 D3D5D4D2io cbau+ o负载电压变压器副边电压uouaubuC2uoot1t2t3t4t5t6t7t8t9tt 在 t2 t3 期间共阴极组中a点电位最高，D1 导通； 共阳极组中c点电位最低，D6 导通。 D1RLuoD6 D3D5D4D2io cbau+ o负载电压变压器副边电压uouaubuC2uoot1t2t3t4t5t6t7t8t9tt 在 t3 t4 期间共阴极组中b点电位最高，D3 导通； 共阳极组中c点电位最低，D

32、6 导通。 D1RLuoD6 D3D5D4D2io cbau+ o负载电压变压器副边电压uouaubuC2t1t2t3t4t5t6t7t8t9uoott 在 t4 t5 期间共阴极组中b点电位最高，D3 导通； 共阳极组中a点电位最低，D2 导通。 D1RLuoD6 D3D5D4D2io cbau+ o负载电压变压器副边电压uouaubuC2uoot1t2t3t4t5t6t7t8t9tt uoo 在一个周期中，每个二极管只有三分之一的时间导通（导通角为120）。 D1RLuoD6 D3D5D4D2io cbau+ o变压器副边电压负载电压uouaubuC2t1t2t3t4t5t6t7t8t9t

33、 tuoto D1RLuoD6 D3D5D4D2io cbau+ o变压器副边电压负载电压uouaubuC2t t1t2t3t4t5t6t7t8t9) )d(30 sin(231ab26ttU UU2.34 2-79当a60 时，ud波形均连续，对于电阻负载，id波形与ud波形形状一样，也连续 波形图： a =0 （图10.4-a ） a =30 （图10.4-b） a =60 （图10.4-c）当a60 时，ud波形每60中有一段为零，ud波形不能出现负值 波形图： a =90 （ 图10.4-e）带电阻负载时三相桥式全控整流电路a角的移相范围是1202-80时 段IIIIIIIVVVI共阴

34、极组中导通的晶闸管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共阳极组中导通的晶闸管VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流输出电压udua-ub=uabua-uc=uacub-uc=ubcub-ua=ubauc-ua=ucauc-ub=ucbu2Otuaubuc2-81 三相桥式全控整流电路的特点特点（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，且不能为同1相器件。2-82 三相桥式全控整流电路的特点特点2-83a60 时时（a =0 图10.4-2； a =30 图10.4-3）ud波形连续，工作情况与带电阻负载时十分相似。 各晶闸管的通断情况 输出整流电压ud波形 晶闸管承受的电压波

35、形主要包括a 60 时（时（ a =90图10.4-5）阻感负载时的工作情况与电阻负载时不同。 电阻负载时，ud波形不会出现负的部分。 阻感负载时，ud波形会出现负的部分。带阻感负载时，三相桥式全控整流电路的a角移相范围为90 。区别在于：得到的负载电流id波形不同。 当电感足够大的时候， id的波形可近似为一条水平线。2-84当整流输出电压连续时（即带阻感负载时，或带电阻负载a60 时）的平均值为： 带电阻负载且a 60时，整流电压平均值为：输出电流平均值为 ：Id=Ud /Raaacos34.2)(sin63123232UttdUUd)3cos(134.2)(sin63232daaUttd

36、UUud1a = 30ud2uduabuacubcubaucaucbuabuac tOtOtOtOidiat1uaubuc2-85ddddIIIII816. 03232)(3221222晶闸管电压、电流等的定量分析与三相半波时一致。接反电势阻感负载时，在负载电流连续的情况下，电路工作情况与电感性负载时相似，电路中各处电压、电流波形均相同。仅在计算Id时有所不同，接反电势阻感负载时的Id为：REUIdd式中R和E分别为负载中的电阻值和反电动势的值。2-86ik=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。VT1换相至VT2的过程

37、：因a、b两相均有漏感，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。图10.5-1 考虑变压器漏感时的三相半波可控整流电路及波形udidtOtOgiciaibiciaIduaubuca2-87换相压降与不考虑变压器漏感时相比，ud平均值降低的多少。2ddddbakBbkBaduutiLutiLuudB0B6565B6565Bbb6565dbd23d23)(ddd23)(d)dd(23)(d)(3/21IXiLttiLttiLuutuuUIgaagaagaadkkk2-88B2Bab2)65sin(62)(ddLtULuutik由上

38、式得：)65sin(26ddB2tXUtik进而得出：)65cos(cos26)(d)65sin(26B265B2aatXUttXUitk2-89)65cos(cos26)(d )65sin(26B265B2aatXUttXUitk 当 时， ，于是65gatdkIig g 随其它参数变化的规律： （1） Id越大则g g 越大； （2） XB越大g g 越大； （3） 当a a90 时，a a 越小g g 越大。)cos(cos26B2dgaaXUI2dB62)cos(cosUIXgaa2-90 dUdBIXdB2IXdB23IXdB3IXdB2ImX)cos(cosgaa2Bd2UXI2B

39、d22UXI2dB62UIX2dB62UIXmUXIsin22Bd电路形式单相全波单相全控桥三相半波三相全控桥m脉波整流电路 各种整流电路换相压降和换相重叠角的计算注：单相全控桥电路中，环流ik是从-Id变为Id。本表所列通用公式不适用； 三相桥等效为相电压等于 的6脉波整流电路，故其m=6，相电压按 代入。23U23U2-91出现换相重叠角g g ，整流输出电压平均值Ud降低。整流电路的工作状态增多。晶闸管的di/dt 减小，有利于晶闸管的安全开通。 有时人为串入进线电抗器以抑制晶闸管的di/dt。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，为此必须加吸收电路。 换相使

40、电网电压出现缺口，成为干扰源。2-92正弦电路中的情况电路的有功功率有功功率就是其平均功率平均功率：j20cos)(21UItuidP视在功率视在功率为电压、电流有效值的乘积，即S=UI ）无功功率无功功率定义为： Q=U I sinj j功率因数功率因数l 定义为有功功率P和视在功率S的比值：SPl 此时无功功率Q与有功功率P、视在功率S之间有如下关系：222QPS功率因数是由电压和电流的相位差j 决定的：l l =cos j j2-93有功功率、视在功率、功率因数的定义均和正弦电路相同，功率因数仍由式 定义。不考虑电压畸变，研究电压为正弦波、电流为非正弦波的情况有很大的实际意义。SPl非正

41、弦电路的有功功率 ：P=U I1 cosj j1功率因数功率因数为：11111coscoscosjjjlIIUIUISP 基波因数基波因数n =I1 / I，即基波电流有效值和总电流有效值之比 位移因数位移因数（基波功率因数）cosj j 1功率因数由基波电流相移基波电流相移和电流波形畸变电流波形畸变这两个因素共同决定的。2-94定义很多，但尚无被广泛接受的科学而权威的定义。一种简单的定义是：）22PSQ无功功率Q反映了能量的流动和交换，目前被较广泛的接受。也可采用符号Qf，忽略电压中的谐波时有：Q f =U I 1 sinj j 1 在非正弦情况下， ，因此引入畸变功率畸变功率D，使得： 2

42、22fQPS2222DQPSfQ f为由基波电流所产生的无功功率，D是谐波电流产生的无功功率。10-95忽略换相过程和电流脉动，带阻感负载，直流电感L为足够大（电流i2的波形见图2-6）i2OtdLLL,5,3,1,5,3,12sin2sin14)5sin513sin31(sin4nnntnItnnItttIidd变压器二次侧电流谐波分析：nIInd22n=1,3,5,电流中仅含奇次谐波。各次谐波有效值与谐波次数成反比，且与基波有效值的比值为谐波次数的倒数。2-96d122IIII12 209 .aajllcos9.0cos22cos111IIajlcoscos11（2-77） 功率因数计算功

43、率因数计算2-972-98逆变（Invertion）把直流电转变成交流电，整流的逆过程。逆变电路把直流电逆变成交流电的电路。有源逆变电路交流侧和电网连结。 应用：直流可逆调速系统、交流绕线转子异步电动机串级调速以及高压直流输电等。无源逆变电路变流电路的交流侧不与电网联接，而直接接到负载。对于可控整流电路，满足一定条件就可工作于有源逆变，其电路形式未变，只是电路工作条件转变。既工作在整流状态又工作在逆变状态，称为变流电路变流电路。2-99图10.7-1 两个直流电源E1、E2串联电路 A）E1 E2 b）E2 E1 c）E1、E2反极性串联电路过程分析。两个电动势同极性相接时，电流总是从电动势高

44、的流向低的，回路电阻小，可在两个电动势间交换很大的功率。2-100图10.7-2 单相全波电路的整流和逆变交流电网输出电功率电动机输出电功率a)b)u10udu20u10aOOttIdidUdEMu10udu20u10OOttIdidUd /2，使Ud为负值。半控桥或有续流二极管的电路，因其整流电压ud不能出现负值，也不允许直流侧出现负极性的电动势，故不能实现有源逆变。欲实现有源逆变，只能采用全控电路。acossinmd0mUmU7.1 逆变的概念逆变的概念2-103 0a a /2 时，电路工作在整流状态。 /2 a a /2时的控制角用 a a = 表示， 称为逆变角逆变角。逆变角 和控制

45、角a a的计量方向相反，其大小自 =0的起始点向左方计量。2-104u2OtOtudu2OtOtud=5/62-105Otud=5/6t1t2UdEDt3t4t52-106Otud=5/6t1t2UdEDt3t4t52-107aaaacos9 . 0cos22)(dsin21222dUUttUU（10.2-13）令=-当0/2，整流电压平均值为正，整流工作状态。cos9 . 0cos9 . 022dUUU）（Otud=5/6t1t2UdEDt3t4t5当/2，整流电压平均值为负，逆变状态 。202d9 . 00cos9 . 0UUU当=0当=/202cos9 . 02dUU2-108 逆变时，

46、一旦换相失败，外接直流电源就会通过晶闸管电路短路短路，或使变流器的输出平均电压和直流电动势变成顺向串联顺向串联，形成很大短路电流短路电流。触发电路工作不可靠，不能适时、准确地给各晶闸管分配脉冲，如脉冲丢失、脉冲延时等，致使晶闸管不能正常换相。晶闸管发生故障，该断时不断，或该通时不通。交流电源缺相或突然消失。换相的裕量角不足，引起换相失败。1) 逆变失败的原因逆变失败的原因2-109图2-47 交流侧电抗对逆变换相过程的影响当 g 时，换相结束时，晶闸管能承受反压而关断。如果 g 时（从图2-47右下角的波形中可清楚地看到），该通的晶闸管（VT2）会关断，而应关断的晶闸管（VT1)不能关断，最终

47、导致逆变失败。 udOOidttuaubucuaubpg giVT1iVTiVT3iVTiVT3222-110 晶闸管的关断时间tq折合的电角度g g 换相重叠角 安全裕量角tq大的可达200300ms，折算到电角度约45。随直流平均电流和换相电抗的增加而增大。主要针对脉冲不对称程度（一般可达5）。值约取为10。2-111整流电压 整流电流变压器容量短路电压比Uk%g g220V800A240kV。A5%15202) 参照整流时g g 的计算方法mUXIBdgaasin2)cos(cos2（2-110）（2-111）根据逆变工作时 ，并设 ，上式可改写成agmUXIBdgsin21cos2这样

48、， min一般取3035。2-112相控电路的驱动控制相控电路的驱动控制为保证相控电路正常工作，很重要的是应保证按触发角a a的大小在正确的时刻向电路中的晶闸管施加有效的触发脉冲。晶闸管相控电路，习惯称为触发电路。大、中功率的变流器广泛应用的是晶体管触发电路，其中以同步信号为锯齿波的触发电路应用最多。第八节第八节 晶闸管的触发电路晶闸管的触发电路2-113图2-54 同步信号为锯齿波的触发电路2-114V4、V5 脉冲形成V7、V8 脉冲放大控制电压uco加在V4基极上图2-54 同步信号为锯齿波的触发电路220V36V+BTP+15VAVS+15V-15V-15VX Y接封锁信号RQutsV

49、D1VD2C1R2R4TSV2R5R8R6R7R3R9R10R11R12R13R14R16R15R18R17RP1ucoupC2C3C3C5C6C7R1RP2V1I1cV3V4V6V5V7V8VD4VD10VD5VD6VD7VD9VD8VD15VD11VD14脉冲前沿由V4导通时刻确定，脉冲宽度与反向充电回路时间常数R11C3有关。电路的触发脉冲由脉冲变压器TP二次侧输出，其一次绕组接在V8集电极电路中。2-115恒流源电路方案恒流源电路方案，由V1、V2、V3和C2等元件组成 V1、VS、RP2和R3为一恒流源电路图2-54 同步信号为锯齿波的触发电路2-116同步同步要求触发脉冲的频率与主

50、电路电源的频率相同且相位关系确定。锯齿波是由开关V2管来控制的。V2开关的频率就是锯齿波的频率锯齿波的频率由同步变压器所接的交流电压决定。V2由导通变截止期间产生锯齿波锯齿波起点锯齿波起点基本就是同步电压由正变负的过零点。V2截止状态持续的时间就是锯齿波的宽度锯齿波的宽度取决于充电时间常数R1C1。2-117 内双脉冲电路 V5、V6构成“或”门当V5、V6都导通时，V7、V8都截止，没有脉冲输出。只要V5、V6有一个截止，都会使V7、V8导通，有脉冲输出。第一个脉冲由本相触发单元的uco对应的控制角a a 产生。隔60 的第二个脉冲是由滞后60 相位的后一相触发单元产生（通过通过V6）。三相

51、桥式全控整流电路的情况(自学)2-118图2-56 KJ004电路原理图1112161151413943578R23+15V+15V+15VRP1R24R2R20RP4R5R1R3R4R6R7R8R12R10R11R14R19R13R25R26R27R28R20R22R16R17R21R18R15V3V2V1V18V19V20V4V5V6V12V13V14V15V16V9V10V11V8V7V17VS5VS1VS2VS3VS4VS6VS7VS8VS9VD1VD2VD3VD4VD5VD6VD7C1C2ubucous2-119usa123456711109141312816151234567111

52、0914131281615KJ004KJ004-15V+15V12345671110914131281615KJ004RP6RP3(1 6脚为6路单脉冲输入)12345671110914131281615KJ041(1510脚为6路双脉冲输出)至VT1usbuscupucoR19R13R20R14R21R15R9R3R6R18R8R2R5R17R7R1R4R16R10R11R12C7C4C1C8C5C2C9C6C3RP4RP1RP5RP2至VT2至VT3至VT4至VT5至VT6图2-57 三相全控桥整流电路的集成触发电路 2-120KJ041内部是由12个二极管构成的6个或门。也有厂家生产了将

53、图2-57全部电路集成的集成块，但目前应用还不多。2-121图2-58 三相全控桥中同步电压与主电路电压关系示意图Ott1t2uaubucu2ua-2-122D,y 11D,y 5-11TRTSuAuBuCuaubuc- usa- usb- usc- usa- usb- uscUcUsc-UsaUbUsb-Usc-UsbUaUsaUAB 图2-59 同步变压器和整流变压器的接法及矢量图2-123晶闸管VT1VT2VT3VT4VT5VT6主电路电压+ua-uc+ub-ua+uc-ub同步电压-usa+usc-usb+usa-usc+usb为防止电网电压波形畸变对触发电路产生干扰，可对同步电压进行

54、R-C滤波，当R-C滤波器滞后角为60时，同步电压选取结果如表2-5所示。表2-5 三相桥各晶闸管的同步电压（有R-C滤波滞后60）晶闸管VT1VT2VT3VT4VT5VT6主电路电压+ua-uc+ub-ua+uc-ub同步电压+usb-usa+usc-usb+usa-usc1-124电力电子装置可能的过电压电力电子装置可能的过电压外因过电压外因过电压和内因内因过电压过电压第九节第九节 晶闸管的保护晶闸管的保护1-125图1-34过电压抑制措施及配置位置F避雷器D变压器静电屏蔽层C静电感应过电压抑制电容RC1阀侧浪涌过电压抑制用RC电路RC2阀侧浪涌过电压抑制用反向阻断式RC电路RV压敏电阻过

55、电压抑制器RC3阀器件换相过电压抑制用RC电路RC4直流侧RC抑制电路RCD阀器件关断过电压抑制用RCD电路电力电子装置可视具体情况只采用其中的几种。其中RC3和RCD为抑制内因过电压的措施，属于缓冲电路范畴。1-126负载触发电路开关电路过电流继电器交流断路器动作电流整定值短路器电流检测电子保护电路快速熔断器变流器直流快速断路器电流互感器变压器同时采用几种过电流保护措施，提高可靠性和合理性。电子电路作为第一保护措施，快熔仅作为短路时的部分 区段的保护，直流快速断路器整定在电子电路动作之后实现保护，过电流继电器整定在过载时动作。图1-37过电流保护措施及配置位置1-127快熔对器件的保护方式：

56、全保护全保护和短路保护短路保护两种2-1282-1291-1301-131驱动电路驱动电路主电路与控制电路之间的接口1-132ERERERa)b)c)UinUoutR1ICIDR1R1图1-25 光耦合器的类型及接法a) 普通型 b) 高速型 c) 高传输比型1-133分类分类1-134tIIMt1t2t3t4图1-26理想的晶闸管触发脉冲电流波形t1t2脉冲前沿上升时间（R，忽略id的脉动。（1）绘出=30时ud、id、iT1、i2波形；（2）写出的移相范围。2-15637. 题37图所示为单相桥式全控整流电路带电感性负载，LR，忽略id的脉动。已知R=2，=60时，ud =90V，求SCR

57、的额定电压及额定电流。2-15713. 单相桥式半控整流电路带电阻性负载，的移相范围是【 】A. 090 B. 0120 C. 0150D. 018014.三相半波可控整流电路带电感性负载（未接续流二极管），电源电压有效值为U2，则晶闸管承受的最大正反向电压为【 】A. U2B. C. D. 15三相桥式全控整流电路，采用双窄脉冲触发，电路中各SCR的主、补脉冲相位差是【 】A. 30 B. 45 C. 60 D. 9022U23U2U62-15823. 逆变器按直流电源的性质分为电流源型及 型。24. 对各类晶闸管变换器，常采用的换流方式有电源换流、强迫换流及 换流。2-15932. 题32

58、图所示为三相半波可控整流电路带R负载。（1）绘出=60时ud、id、iT1波形；（2）写出的移相范围。2-16033. 题33图所示为单相桥式半控整流电路带电感性负载，LR。（1）绘出=30时ud波形，并在图中标出各管子导通的区间；（2）正值VT1导通时VT1、VT2脉冲突然消失，绘出此时ud的波形，并在图中标出各管子的导通区间。2-16137. 题37图所示为单相桥式全控整流电路带电感性负载，LR，忽略id的脉动。已知R=1，=30时，ud =60V。（1）计算变压器容量S；（2）计算SCR的额定电压及额定电流。2-16213.单相桥式全控整流电路带电阻性负载，触发脉冲的移相范围是【 】A.

59、 090 B. 0120 C. 0150D. 018014.三相半波可控整流电路带电阻性负载，相电压有效值为U2，晶闸管承受的最大反向电压为【 】A. U2B. C. D. 15将交流电能变换成可调的直流电能称为【 】A. 逆变 B. 整流 C. 斩波 D. 调压16. 晶闸管的导通条件是【 】A. Uak0 Ugk0B. Uak0C. Uak0 Ugk0 Ugk022U23U2U62-16327. 将固定电压的直流电源变换成大小可调的直流电源的变换器称为 。28. 将直流电变换为频率、电压可调的交流电称为逆变。无源逆变是 。2-16436. 题36图所示为单相桥式全控整流电路带电感性负载，L

60、R，电流连续，R=5，U2=200V，=30。（1）计算Ud、Id值；（2）选择电路中晶闸管的电流及电压额定值。2-16514. 三相半波相控整流电路带电阻性负载，电源电压有效值为U2，则晶闸管SCR在电路中承受的最大反向电压为【 】A. U2B. C. D. 15. 将固定的直流电压变成可调的直流电压为【 】整流B. 斩波 C. 变频 D. 逆变24. 对各类晶闸管变换器，常采用的换流方式有电源换流、负载换流及 换流。25. 将直流电变为频率、电压可调的交流电称为 。22U23U2U62-16632. 题32图所示单相半波可控整流电路带电阻性负载。（1）绘出=30时ugk、ud、id的波形；

61、（2）Ud在0 udmax间变化的移相范围。2-16733. 题33图所示单相桥式全控整流电路，工作在逆变状态。（1）在题33图中标出Ud及ED极性；（2）写出逆变状态Ud及ED值的关系式；（3）写出值变化范围；（4）何谓逆变颠覆？（5）绘出=30的ud波形。2-16837. 题37图所示单相桥式半控整流电路带电阻性负载。已知U2=400V，R=10。求：（1）=30时，Ud、Id值；（2）选取晶闸管的额定电压及额定电流（I/Id=1.17）。2-16913. 单相桥式全控整流电路带电阻性负载，电源电压有效值为U2，则晶闸管承受的最大正向电压值是【 】A. B. C. D. 14. 单相桥式相

62、控电路中，当逆变角为090时，电路工作在 【 】 A. 可控整流状态B. 不可控整流状态 C. 斩波状态 D. 有源逆变状态23. 将直流电变为频率、电压可调的交流电称为逆变。无源逆变是将 。25. 逆变器工作可靠的关键是使晶闸管承受反压的时间大于晶闸管的 。2U2212U212U2U22-17032. 题32图所示为三相半波可控整流电路带电感性负载。（1）绘出=30时ud、id的波形；（2）写出的移相范围。题题32图图2-17137. 题37图为单相桥式全控整流电路带电阻性负载，R=5，U2=300V，控制角=60（I2/Id=1.33）。（1）计算Ud、Id；（2）选取电路中晶闸管电压及电

63、流定额。题题37图图2-17213. 单相桥式全控整流电路带电阻性负载，电源电压有效值为U2，电路中晶闸管承受的最大电压值是【 】A. B. C. D. 14.三相半波可控整流电路带电阻性负载，的移相范围是【 】A. 090 B. 0120 C. 0150D. 01802U24U22U32U22-17333. 题33图所示单相半波可控整流电路，带电阻性负载，已知U2=200V，R=5，,60。（1）绘出时ug、ud、id、uT的波形；（2）求Ud及Id值 。2-17437. 题37图为单相桥式全控整流电路，带电感性负载，忽略idd的脉动，R=2，要求输出直流电压平均值Ud=80V（=30）。求

64、：（1）电源电压U2；（2）晶闸管的额定电压及额定电流。题题37图图2-17530 u2OtOOOOuacuaubucttttuabuacuGudiVT1uVT1t12-176tOOOOtttuaubuc60 u2uGudiVT12-177uacuaucubt1OOOOt0 iT1uT1uabucbuabuacubcubaucauacuabucbuabuacubcubaucauabuactttu2ud1ud2u2Lud2-178ud1ud2a = 30iaOtOtOtOtuduabuacuaubuct1uabuacubcubaucaucbuabuac uabuacubcubaucaucbuab

65、uacuVT12-179a = 60ud1ud2uduacuacuabuabuacubcubaucaucbuabuacuaubucOtt1OtOtuVT12-180ud1ud2uduaubucuaubtOtOtOtOtOiaiduabuacubcubaucaucbuabuacubcubaiVT12-181ud1u2ud2u2LudidtOtOtOtOuaa = 0ubuct1uabuacubcubaucaucbuabuaciVT12-182ud1a = 30ud2uduabuacubcubaucaucbuabuactOtOtOtOidiat1uaubuc2-183a = 90ud1ud2uac

66、ubcubaucaucbuabuacuabuduacuabuactOtOtOubucuat1uVT12-184负载阻抗角负载阻抗角j j、触发角、触发角a 、晶闸管导通角、晶闸管导通角的关系的关系l 若j为定值，a 越大，在u2正半周L储能越少，维持导电的能力就越弱，越小l 若a为定值，j 越大，则L贮能越多，越大；且j 越大，在u2负半周L维持晶闸管导通的时间就越接近晶闸管在u2正半周导通的时间，ud中负的部分越接近正的部分，平均值Ud越接近零，输出的直流电流平均值也越小。l 为避免为避免Ud太小，在整流电路的负载两端并联续流二极管太小，在整流电路的负载两端并联续流二极管2-185 图10.2-6 单相桥式半控整流电路，无续流二极管，阻感负载时的电路及波形在u2负半周触发角a时刻触发VT2，VT2导通，u2经VT2和VD3向负载供电， ud=-u2 。u2过零变正时，VD4导通，VD3关断。VT2和VD4续流，ud又为零。2-18613. 单相桥式半控整流电路带电阻性负载，的移相范围是【 】A. 090 B. 0120 C. 0150D. 01802-187由于负载电流连续， Ud可