可控整流桥与有源逆变器

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1、第2章可控整流器与有源逆变器本章主要内容¢整流器的结构形式、工作原理，分析整流器的工作波形，整流器各参数的数学关系和设计方法;¢整流器工作在逆变状态时的工作原理、工作波形。¢变压器漏抗对整流器的影响、整流器带电动机负载时的机械特性、触发电路等内容。2.1简介¢可控整流器的交流侧接有工频交流电源，输出的直流电压平均值U可以从正的最大值到负的d最大值连续可控，但可控整流器的直流电流id的方向不能改变。其中，第一象限上U与I均dd为正值，处于整流运行状态，能量从交流侧输向直流侧，此时电路称作整流器。在第四象限内I仍为正，U变负，处于逆变运行状态，能dd

2、量是从直流侧输向交流侧，此时电路称作逆变器。¢工频可控整流器2.2单相半波可控整流器2.2.1电阻性负载1.工作原理¢在实际应用中，某些负载基本上是电阻性的，如电阻加热炉、电解和电镀等。电阻性负载的特点是电压与电流成正比，波形相同并且同相位，电流可以突变。¢首先假设以下几点：(1)开关元件是理想的，即开关元件(晶闸管)导通时，通态压降为零，关断时电阻为无穷大；(2)变压器是理想的，即变压器漏抗为零，绕组的电阻为零、励磁电流为零。¢单相半波可控整流器图和工作波形(电阻性负载)¢变压器T起变换电压和隔离的作用，在电源电压正半波，晶闸管承受正向电压，在

3、ωt=α处触发晶闸管，晶闸管开始导通；负载上的电压等于变压器输出电压u。在ωt=π时刻，电源电压过零，2晶闸管电流小于维持电流而关断，负载电流为零。¢在电源电压负半波，u＜0，晶闸管承受反向电AK压而处于关断状态，负载电流为零，负载上没有输出电压，直到电源电压u的下一周期，直流输2出电压u和负载电流i的波形相位相同。dd¢通过改变触发角α的大小，直流输出电压u的波形发生变化，负载d上的输出电压平均值发生变化，显然α=180º时，U=0。由于晶d闸管只在电源电压正半波内导通，输出电压u为极性不变但瞬时值变d化的脉动直流，故称“半波”整流。(1)触发

4、角α与导通角θ¢触发角α也称触发延迟角或控制角，是指晶闸管从承受正向电压开始到导通时止之间的电角度。¢导通角θ，是指晶闸管在一周期内处于通态的电角度。¢单相半波可控整流器电阻性负载情况下(2)移相与移相范围¢移相是指改变触发脉冲ug出现的时刻，即改变控制角α的大小。¢移相范围是指触发脉冲ug的移动范围，它决定了输出电压的变化范围。单相半波可控整流器电阻性负载时的移相范围是0～180º。2.基本数量关系(1)直流输出电压平均值U与输出电流平均d值Id¢直流输出电压平均值Ud:1π()2U21+cosα1+cosαU=∫2Usinωtdωt==0.4

5、5Ud222παπ22¢输出电流平均值Id:UU1+cosαd2I==0.45dRR2(2)输出电压有效值U与输出电流有效值I¢输出电压有效值U:121π−απ()2sind()sin2U=∫Uωtωt=Uα+222πα4π2π¢输出电流有效值I:UU1π−α2I==sin2α+RR4π2π(3)晶闸管电流有效值和变压器二次侧电流有效值¢单相半波可控整流器中，负载、晶闸管和变压器二次侧流过相同的电流，故其有效值相等，即：U1π−α2I=I=I=sin2α+T2R4π2π(4)功率因数cosφ¢整流器功率因数是变压器二次侧有功功率与视在功率的比值P

6、UI1π−α2cosφ===sin2α+SUI4π2π22式中P—变压器二次侧有功功率，P=UI=I2RS—变压器二次侧视在功率，S=UI22(5)晶闸管承受的最大正反向电压Um由图2-2(f)可以看出晶闸管承受的最大正反向电压Um是相电压峰值。U=2Um2〖例2-1〗如图所示单相半波可控整流器，电阻性负载，电源电压U为220V，要求2的直流输出电压为50V，直流输出平均电流为20A¢试计算：(1)晶闸管的控制角。(2)输出电流有效值。(3)电路功率因数。(4)晶闸管的额定电压和额定电流。2U2×50d解(1)cosα=−1=−1≈00.45U0

7、.45×220d则α=90ºU50d(2)R===2Ω.5I20d当α=90º时，输出电流有效值UU1π−α2I==sin2α+=44.4ARR4π2π50(3)44.4×PUI2U20cosφ=====0.505SUIU220222(4)晶闸管电流有效值I与输出电流有效值相等，即：TI=IT则ITI=(1.5~2)T(AV)1.57取2倍安全裕量，晶闸管的额定电流为：I=56.6AT(AV)（5）晶闸管承受的最高电压：U=2U=2×220=311Vm2考虑(2~3)倍安全裕量，晶闸管的额定电压为U=(2~3)U=(2~3)311=622~933

8、VTNm根据计算结果可以选取满足要求的晶闸管。2.2.2电感性负载1.工作原理¢电感性负载通常是电机的励磁线圈和负载串联电抗器等。¢当流