36大功率可控整流电路.ppt
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1、3.6 3.6 大功率可控整流电路大功率可控整流电路财炕膘盗讽盂隶负笛跺雨椽恋萄硼遗瞅兄烈今婆苔恿妒淬哎拆坠换杨弛欣36大功率可控整流电路36大功率可控整流电路太原工业学院自动化系5/16/2024电力电子技术带带平平衡衡电电抗抗器器的的双双反反星星形形可可控控整整流流电电路路的的特特点:适用于低电压、大电流的场合点:适用于低电压、大电流的场合多重化整流电路的特点:多重化整流电路的特点:在采用相同器件时可达到更大的功率在采用相同器件时可达到更大的功率可可减减少少交交流流侧侧输输入入电电流流的的谐谐波波或或提提高高功功率率因因数数,从而减小对供电电网的干扰。从而减小对供电电网的干扰。障抛杠汹都断
2、厂釜埠里秧礁釉话艘嘻敲磁胸竿优予讼反叉雾更铆痘肃睫攒36大功率可控整流电路36大功率可控整流电路太原工业学院自动化系5/16/2024电力电子技术3.6.1 3.6.1 带平衡电抗器的双反星形可控整流电路带平衡电抗器的双反星形可控整流电路电解电镀等工业中应用电解电镀等工业中应用低电压大电流(例如几十伏,几千至几万安)可调直流电源低电压大电流(例如几十伏,几千至几万安)可调直流电源带平衡电抗器的双反星形可控整流电路某糟诸惶缠账罩婆建锄嘻乌尹敢佑刀赂瓜俏悍两魏堡纲探焦汽艺两瑶辱蒲36大功率可控整流电路36大功率可控整流电路太原工业学院自动化系5/16/2024电力电子技术电路结构的特点电路结构的特
3、点变变压压器器二二次次侧侧为为两两组组匝匝数数相相同同极极性性相相反反的的绕绕阻阻,分分别别接接成两组三相半波电路。成两组三相半波电路。变变压压器器二二次次侧侧两两绕绕组组的的极极性性相反可消除铁芯的直流磁化。相反可消除铁芯的直流磁化。设设置置电电感感量量为为Lp的的平平衡衡电电抗抗器器是是为为保保证证两两组组三三相相半半波波整流电路能同时导电。整流电路能同时导电。与与三三相相桥桥式式电电路路相相比比,在在采采用用相相同同晶晶闸闸管管的的条条件件下下,双双反反星星形形电电路路的的输输出出电电流流可可大大一倍。一倍。箱纵涧旭疡乃赶秋乌匈阁市距不晒舍头陆惭恨猛菱氯均獭羹拯槛蓖嫁耙钢36大功率可控整
4、流电路36大功率可控整流电路太原工业学院自动化系5/16/2024电力电子技术绕组的极性相反的目的:消除直流磁通势绕组的极性相反的目的:消除直流磁通势如何实现?如何实现?如如图图可可知知,虽虽然然两两组组相相电电流流的的瞬瞬时时值值不不同同,但但是是平平均均电电流流相相等而绕组的极性相反,所以直流安匝互相抵消。等而绕组的极性相反,所以直流安匝互相抵消。双双反反星星形形电电路路,=0 时时两两组组整整流流电电压压、电电流流波波形形割帖盎细蒋存咙产棘戚陛烷照鹤港牲厚萝膛允更呻抑篓缆襟罩抛锄碧按变36大功率可控整流电路36大功率可控整流电路太原工业学院自动化系5/16/2024电力电子技术接平衡电抗
5、器的原因:接平衡电抗器的原因:两两个个直直流流电电源源并并联联时时,只只有有当当电电压压平平均均值值和和瞬瞬时时值值均均相相等时,才能使负载均流。等时,才能使负载均流。双双反反星星形形电电路路中中,两两组组整整流流电电压压平平均均值值相相等等,但但瞬瞬时时值值不等。不等。两两个个星星形形的的中中点点n1和和n2间间的的电电压压等等于于ud1和和ud2之之差差。该该电电压压加加在在Lp上上,产产生生电电流流ip,它它通通过过两两组组星星形形自自成成回回路路,不流到负载中去,称为环流或平衡电流。不流到负载中去,称为环流或平衡电流。考虑到考虑到ip后,每组三相半波承担的电流分别为后,每组三相半波承担
6、的电流分别为Id/2 ip。为了使两组电流尽可能平均分配,一般使为了使两组电流尽可能平均分配,一般使Lp值足够大,以便值足够大,以便限制环流在负载额定电流的限制环流在负载额定电流的1%2%以内。以内。沫秘萌瑚腑力柞月巢恶昏搬剪歧舅馈狰诲丑渠辞隧低黔侧匡辈羚挫黑倚歧36大功率可控整流电路36大功率可控整流电路太原工业学院自动化系5/16/2024电力电子技术双双反反星星形形电电路路中中如如不不接接平平衡衡电电抗抗器器,即即成成为为六六相相半半波波整流电路整流电路:只只能能有有一一个个晶晶闸闸管管导导电电,其其余余五五管管均均阻阻断断,每每管管最最大大导导通通角角为为60o,平均电流为,平均电流为
7、Id/6。当当=0=0o 时,时,Ud为为1.35U2,比三相半波时的,比三相半波时的1.17U2略大些。略大些。六六相相半半波波整整流流电电路路因因晶晶闸闸管管导导电电时时间间短短,变变压压器器利利用用率率低低,极少采用。极少采用。双双反反星星形形电电路路与与六六相相半半波波电电路路的的区区别别有有无无平平衡衡电电抗器。抗器。平衡电抗器的作用:平衡电抗器的作用:使得两组三相半波整流电路同时导电。使得两组三相半波整流电路同时导电。对对平平衡衡电电抗抗器器作作用用的的理理解解是是掌掌握握双双反反星星形形电电路路原原理理的的关键。关键。倘处拾撼劝误炒硼既酸沧骤靡燃赛促痒冲疽麦啦贵琳述喝妓畜谁旅飘劈
8、擒36大功率可控整流电路36大功率可控整流电路太原工业学院自动化系5/16/2024电力电子技术由由于于平平衡衡电电抗抗器器的的作作用用使使得得两两组组三三相相半半波波整整流流电电路路同同时时导导电电的原理分析:的原理分析:平平衡衡电电抗抗器器L Lp p承承担担了了n n1 1、n n2 2间间的的电电位位差差,它它补补偿偿了了u ub b和和u ua a的的电电动动势势差差,使使得得u ub b和和u ua a两两相相的的晶晶闸闸管管能能同同时时导导电。电。时时,u ub b u ua a,VTVT6 6导导通通,此此电电流流在在流流经经L LP P时时,L LP P上上要要感感应应一一电
9、电动动势势u up p,其其方方向向是是要要阻阻止止电电流流增增大大。可可导导出出L Lp p两两端端电电压压、整整流流输输出出电电压压的数学表达式如下:的数学表达式如下:平衡电抗器作用下两个晶闸管同时导电的情况帛卑挫瞄猪霍鲸践忆俺蔬消国糊志缴秦鸦南咸杂谬入厦臂伙峙峙鲸辕判修36大功率可控整流电路36大功率可控整流电路太原工业学院自动化系5/16/2024电力电子技术原理分析原理分析(续续):虽虽然然 ,但但由由于于Lp的的平平衡衡作作用用,使使得得晶晶闸闸管管VT6和和VT1同同时时导通。导通。时时间间推推迟迟至至u ub b与与u ua a的的交交点点时时,u ub b=u ua a。之之
10、后后 u ub b u ub b,电电流流才才从从VT6换换至至VT2。此此时时变变成成VT1、VT2同时导电。同时导电。每每一一组组中中的的每每一一个个晶晶闸闸管管仍仍按按三三相半波的导电规律而各轮流导电。相半波的导电规律而各轮流导电。平衡电抗器作用下两个晶闸管同时导电的情况灭昏氦烂哉画讽舅饿绽毕么仁帐擒涨田蔫茫础个耘答赣烫棕仆三京淀待匣36大功率可控整流电路36大功率可控整流电路太原工业学院自动化系5/16/2024电力电子技术由上述分析可得:由上述分析可得:平平衡衡电电抗抗器器中中点点作作为为整整流流电电压压输输出出的的负负端端,其其输输出出的的整整流流电电压压瞬瞬时时值值为为两两组组三
11、三相相半半波波整整流流电电压压瞬瞬时时值值的的平平均均值值,见见下下式式,波波形形如如图图a中红色粗线所示。中红色粗线所示。平衡电抗器作用下输出电压的波形和平平衡电抗器作用下输出电压的波形和平衡电抗器上电压的波形衡电抗器上电压的波形沈懒钾织销惮迁酬古态示迅秆科蛹拥篡胃琉弓蔑掩较阑懊卿哼删鞍惦钢盒36大功率可控整流电路36大功率可控整流电路太原工业学院自动化系5/16/2024电力电子技术 =30、=60 和和 =90 时时输输出出电电压压的的波波形形分分析析需需要要分分析析各各种种控控制制角角时时的的输输出出波波形形时时,可可先先求求出出两两组组三三相相半半波波电电路路的的ud1和和ud2波波
12、形形,然然后后根根据据式式(2-98)做做出出波波形形(ud1+ud2)/2。双双反反星星形形电电路路的的输输出出电电压压波波形形与与三三相相半半波波电电路路比比较较,脉脉动动程程度度减减小小了了,脉脉动动频频率率加加大一倍,大一倍,f=300Hz。电电感感负负载载情情况况下下,移移相相范范围围是是90。如如果果是是电电阻阻负负载载,移移相相范范围围为为120。当 =30、60、90时,双反星形电路的输出电压波形谗苞拣脚敦阮梅凿椽啃瘫炙咨购淌曾瓶迫盟织安七表殃谷霜惰萧衷竹颧虽36大功率可控整流电路36大功率可控整流电路太原工业学院自动化系5/16/2024电力电子技术整流电压平均值与三相半波整
13、流电路的相等,为整流电压平均值与三相半波整流电路的相等,为:Ud=1.17 U2 cos 将将双双反反星星形形电电路路与与三三相相桥桥式式电电路路进进行行比比较较可可得得出出以下结论:以下结论:(1)三三相相桥桥为为两两组组三三相相半半波波串串联联,而而双双反反星星形形为为两两组组三三相相半半波并联,且后者需用平衡电抗器。波并联,且后者需用平衡电抗器。(2)当当U2相相等等时时,双双反反星星形形的的Ud是是三三相相桥桥的的1/2,而而Id是是单单相相桥的桥的2倍。倍。(3)两两种种电电路路中中,晶晶闸闸管管的的导导通通及及触触发发脉脉冲冲的的分分配配关关系系一一样样,ud和和id的波形形状一样
14、。的波形形状一样。殊函讼惯捣靡冉辣仁苯晤坞培馒毛批酿桌培寸罚著还晦店贡蹦逐胀取奔罚36大功率可控整流电路36大功率可控整流电路太原工业学院自动化系5/16/2024电力电子技术3.6.2 3.6.2 多重化整流电路多重化整流电路整整流流装装置置功功率率进进一一步步加加大大时时,所所产产生生的的谐谐波波、无无功功功功率率等等对对电电网网的的干干扰扰也也随随之之加加大大,为为减减轻干扰,可采用多重化整流电路。轻干扰,可采用多重化整流电路。1.移相多重联结移相多重联结并联多重联结的并联多重联结的12脉波整流电路脉波整流电路有并联多重联结和串联多重联结,对于交流输入电流来说,二者效果相同。不仅可减少输
15、入电流谐波,也可减小输出电压中的谐波并提高纹波频率,因而可减小平波电抗器。使用了平衡电抗器来平衡2组整流器的电流,其原理与双反星形电路中是一样的。2个三相桥并联三相桥并联而成的12脉波整流电路脉波整流电路。擞拌讥声交村翌幕宽镶颐原赢困勃挑样规挂姜导验悍转挚却耐犊审野芍曳36大功率可控整流电路36大功率可控整流电路太原工业学院自动化系5/16/2024电力电子技术移移相相30 构构成成的的串串联联2重重联联结结电电路路利用变压器二次绕组接法的不同,使两组三相交流电源间相位错开30,从而使输出整流电压ud在每个交流电源周期中脉动12次,故该电路为12脉波整流电路。整流变压器二次绕组分别采用星形和三
16、角形接法构成相位相差30、大小相等的两组电压,接到相互串联的2组整流桥。移相移相30 串联串联2重联结电路重联结电路移相移相30 串联串联2重联结电路电流波形重联结电路电流波形贫遇顷彬冕浦怒虞毒寸醚棵削陈什伦临福鲸疟虹皖兆闲岸熬芦韦倚催酸讣36大功率可控整流电路36大功率可控整流电路太原工业学院自动化系5/16/2024电力电子技术iA基波幅值Im1和n次谐波幅值Imn分别如下:即输入电流谐波次数为12k1,其幅值与次数成反比而降低。该电路的其他特性如下:直流输出电压位移因数cosj j1 1=cos (单桥时相同)功率因数=n n cosj j1 1 =0.9886cos 耕爹责花哮缅险恋底
17、旧矾稻驯娥烛秘攀塞琉钳征乓散航馋弄疥处杨虫适钓36大功率可控整流电路36大功率可控整流电路太原工业学院自动化系5/16/2024电力电子技术利用变压器二次绕阻接法的不同,互相错开20,可将三组桥构成串联串联3重联结电路重联结电路:整流变压器采用星形三角形组合无法移相20,需采用曲折接法。整流电压ud在每个电源周期内脉动18次,故此电路为18脉脉波整流电路波整流电路。交流侧输入电流谐波更少,为18k1次(k=1,2,3),ud的脉动也更小。输入位移因数和功率因数分别为:cosj j1 1=cos =0.9949cos 留防瘴匣撞霉荣祟泽膝脚鸿皆促勿孟羡虫痒咀锤喘获炼岛鸯狮钎缮捌颈漠36大功率可控
18、整流电路36大功率可控整流电路太原工业学院自动化系5/16/2024电力电子技术将整流变压器的二次绕组移相15,可构成串串联联4重联结电路重联结电路 为为24脉波整流电路脉波整流电路其交流侧输入电流谐波次为24k1,k=1,2,3。输入位移因数功率因数分别为:cosj j1 1=cos =0.9971cos 采用多重联结的方法并不能提高位移因数,但可使输入电流谐波大幅减小,从而也可以在一定程度上提高功率因数。烃慢涅座拇炸滑峦臭挛搬唁饱磁扎根忘阑刻檀伙凰迪窝钟纪踏矗剁胀奄持36大功率可控整流电路36大功率可控整流电路太原工业学院自动化系5/16/2024电力电子技术2.多重联结电路的顺序控制多重
19、联结电路的顺序控制只对多重整流桥中一个桥的 角进行控制,其余各桥的工作状态则根据需要输出的整流电压而定。或者不工作而使该桥输出直流电压为零。或者 =0而使该桥输出电压最大。根据所需总直流输出电压从低到高的变化,按顺序依次对各桥进行控制,因而被称为顺序控制顺序控制。并不能降低输入电流谐波。但是各组桥中只有一组在进行相位控制,其余各组或不工作,或位移因数为1,因此总功率因数得以提高。总功率因数得以提高。我国电气机车的整流器大多为这种方式。坐骄瞬耻斗副琅圃回聊社羔哑递欧苦武掳妒嘘拎嘉样砷杜犯枫苑无陆菜带36大功率可控整流电路36大功率可控整流电路太原工业学院自动化系5/16/2024电力电子技术3重
20、晶重晶闸闸管整流管整流桥顺桥顺序控制序控制当需要的输出电压达到三分之一最高电压时,第I组桥的 角为0。需要输出电压为三分之二最高电压以上时,第I、II组桥的 角固定为0,仅对第III组桥的 角进行控制。需要输出电压为三分之一到三分之二最高电压时,第I组桥的 角固定为0,第III组桥的VT33和VT34维持导通,使其输出电压为零,仅对第II组桥的 角进行控制。当需要的输出电压低于三分之一最高电压时,只对第I组桥的 角进行控制,连续触发VT23、VT24、VT33、VT34使其导通,这样第II、III组桥的输出电压就为零。单相串联3重联结电路及顺序控制时的波形从电流i的波形可以看出,虽然波形并未改
21、善,但其基波分量比电压的滞后少,因而位移因数高,从而提高了总的功率因数。矣泪郧匡屋整伶姻温庐箔氓隙老孜烃颇冉涅验桌靡销希姓赔做义泵逾磅腋36大功率可控整流电路36大功率可控整流电路太原工业学院自动化系5/16/2024电力电子技术3.7.1 3.7.1 逆变的概念逆变的概念1.什么是逆变?为什么要逆变?什么是逆变?为什么要逆变?逆逆变变(invertioninvertion)把把直直流流电电转转变变成成交交流流电电,整整流流的的逆过程。逆过程。实实例例:1.1.电电力力机机车车下下坡坡行行驶驶,往往往往使使直直流流电电动动机机工工作作在在发发电电制制动动状状态态,从从而而将将机机车车的的位位能
22、能转转变变为为电电能能反反送送到到交交流流电电网网中中去去,这这样样既既产产生生了了制制动动转转矩矩,又又充充分分利利用了位能。用了位能。2.2.电电机机快快速速正正反反转转的的调调速速过过程程中中,首首先先要要使使电电机机迅迅速速制制动动,然然后后再再反反向向加加速速。制制动动时时可可使使电电机机做做发发电电机机运运行行,将将电电机机的的动动能能变变为为直直流流电电能能,然然后后逆逆变变为为交交流送回电网。流送回电网。3.3.高压直流输电时。高压直流输电时。狰咖凑款拟躲墅猴聊饲注摆捏函碑唯枚锐其痈枫芳邪敞处很杆忽躁品环厦36大功率可控整流电路36大功率可控整流电路太原工业学院自动化系5/16
23、/2024电力电子技术逆变电路逆变电路把直流电逆变成交流电的电路把直流电逆变成交流电的电路有源逆变电路有源逆变电路交流侧和电网连结交流侧和电网连结 应应用用:直直流流可可逆逆调调速速系系统统、交交流流绕绕线线转转子子异异步步电电动机串级调速以及高压直流输电等动机串级调速以及高压直流输电等无无源源逆逆变变电电路路变变流流电电路路的的交交流流侧侧不不与与电电网网联联接接,而直接接到负载,将在第而直接接到负载,将在第5 5章介绍章介绍对于可控整流电路,满足一定条件就可工作于有源逆对于可控整流电路,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。既工作变,其电路形式未变,只是电路
24、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。在整流状态又工作在逆变状态,称为变流电路。乍干救轰檬购唁欣斜炳迎窑肘贞缔柱枕炬辙提显惰浮泊锥连冯庙繁逻孟祁36大功率可控整流电路36大功率可控整流电路太原工业学院自动化系5/16/2024电力电子技术2.直流发电机直流发电机电动机系统电能的流转电动机系统电能的流转直流发电机电动机之间电能的流转a)两电动势同极性EG EMb)两电动势同极性EMEG c)两电动势反极性,形成短路图c两电动势顺向串联,向电阻R 供电,G和M均输出功率,由于R 一般都很小,实际上形成短路,在工作中必须严防这类事故发生。图b回馈制动状态,M作发电运转,此时,
25、EMEG,电流反向,从M流向G。故M输出电功率,G则吸收电功率,M轴上输入的机械能转变为电能反送给G。图aM电动运转,EGEM,电流Id从G流向M,M吸收电功率。眉舰晶慨旅噶转漾射霄革苇接砰阀芳挚忽圣仰壹暑黔雪窖遍诉绒糯祟袍峙36大功率可控整流电路36大功率可控整流电路太原工业学院自动化系5/16/2024电力电子技术3.逆变产生的条件逆变产生的条件单相全波电路代替上述发电机图a M电电动动运行,全波电路工作在整整流流状状态态,在0 /2间,Ud为正值,并且Ud EM,才能输出Id。交流电网输出电功率电动机输入电功率电动机输出电功率交流电网输入电功率图bM回回馈馈制制动动,由于晶闸管的单向导电
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