可控整流电路的基本分析步骤Word文档格式.docx
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三相桥式整流电路按照图2—4的状态
假定id=Id=constant,则电路有初始条件:
iVTiGO=Id=constan(图2—4a)
1■ivt3-0=0(图2—4a)
ivT20)=ivTi(a)(VT2导通未表示出来)(图2—4b)
uBA(:
)f;
6U2sin:
(图2—4b)
对于VT1、VT3之间的环流i,可以建立方程(图2—4b状态)
uba=-6U2sint=2Lk—
dt
根据电路的初始状态,可以解出电流i方程表达
注意:
由于晶闸管的单向导电性,环流i是一个虚拟的概念,实际是流过VT1、
VT3的电流的增量0。
根据方程和初始条件,可以计算环流i,最终计算出ivT1和ivT3的时间函数。
谐波分析法和微分方程法是电路分析的两种基本方法,实际应用时必须注
意电路条件,选择合适的方法。
三、晶闸管的导通条件和自然换流点
1、晶闸管的导通条件:
UAK0和IGK0同时满足
2、自然换流点的认识:
以二极管代替晶闸管,桥路上二极管导通支路更换的时刻就是自然换流点。
例:
分析单相、三相桥式、零式整流电路的自然换流点和自然整流波形。
(1)单相整流电路自然换流点与自然整流波形
(2)三相零式整流电路自然换流点与自然整流波形
a)
b)
c)
d)
e)
f)
(3)
三相桥式整流电路自然换流点与自然整流波形
U2
Udi
O
ud2
u2L
ud
id
.O
iVTi
.,t
-■t
n
ab
ac
ca
t
ucb
IV」ba
ubc
ub
uac
X
uc
Att=0°
Ua
uab
3、触发角的定义:
在自然换流点作为晶闸管触发脉冲起始位置,此时定义触发角-0
四、三相电路的向量关系与波形图
1、三相电路的向量图与向量运算之间的关系
Uab二Ua—Ub二一Uba
BA
-u
2、向量关系的函数表达、依据向量图绘制相关波形的方法
Uaf;
2Usint
Ub二「2Usin(t-120)
Uc—2Usin(t120)
Uab二3Usin(,t30)
第二节理想条件下三相桥式整流电路分析
一、理想条件
1、理想器件:
a)晶闸管具有理想开关的特性,无惯性和损耗。
b)变压器具有理想输出特性,无漏抗和内阻。
2、理想电源:
a)交流电网容量无穷大,输入电压理想正弦波。
b)三相电源恒频、恒压、对称,无寄生电感。
3、理想负载:
a)滤波电抗L-8,直流内阻为零。
b)负载为纯阻性。
4、理想运行条件:
电路稳态工作,每一工作循环中各瞬时量的边值相等。
二、0时的工作情况
1、电路形式:
2、自然换流点与触发角a
如下图所示,R、S、T、U、V、W点上,相邻两相电压相等,在交点的右侧满足以下条件:
R—U之间:
Ua>
Uc>
Ub
VT1、VT6
的
Uak>
0
符合导通条件
U—S之间:
ua>
ub>
uc
VT1、VT2
S—V之间:
Ub>
Ua>
Uc
VT3、VT2
UAK>
V—T之间:
Ua
VT3、VT4
T—W之间:
Uc>
Ub>
VT5、VT4
W—R之间:
Ua>
VT5、VT6
R、S、T、U、V、W点称为自然换流点
iv
3、a=0时触发脉冲规律
R—S
之间:
Ug1>
VT1
触发
U—V
Ug2>
VT2
S—T
Ug3>
VT3
V—W
Ug4>
VT4
T—R
Ug5>
VT5
W—U
Ug6>
VT6
1)脉冲宽度:
2d3>每个晶闸管允许导通时间为2n3
2)脉冲起点:
分别在R、S、T、U、V、W自然换流点,其中R、S、T
对应VT1、VT3、VT5;
U、V、W对应VT2、VT4、VT6。
4、波形分析(理想条件下,La、Lb、Lc影响忽略,以下同)
区间
1:
Ug1>
0、
0,
Ua>
Uc>
Ub,VT1、
VT6导通,
输出电压
Uab
2:
ua>
Uc,VT1、
VT2导通,
Uac
3:
Ug3>
Ub>
Uc,VT3、
Ubc
区间4:
0、Ug4>
0,Ub>
Ua,VT3、VT4导通,输出电压Uba
区间5:
Ug5>
Uc>
Ua,VT5、VT4导通,输出电压Uca
区间6:
0、Ug6>
Ub,VT5、VT6导通,输出电压Ucb
特点:
1)任一瞬间,上、下桥臂各只有一只管子导通。
2)每一器件导电角度为1200。
3)理想状态,负载电流为恒定直流。
图形结果见上
5、相关参数计算
1)输出直流电压:
输出波形为周期函数,直流电压为一个周期的平均值,周期
n3。
.jUabd■t6"
—迈u
abmU2
JI
U2为相电压有效值。
2)网侧线电流有效值:
以ia为例,与a相相连的器件有VT1、VT4,在R—S时间段,VT1导通,电流Id;
在V—W时间段,VT4导通,电流-Id;
ia电流为周期2n,以此循环的周期函数。
A2n2门222^~
Iai;
d'
t(Id(-I;
))=0.816Id
2兀^2兀33
3)网侧线电流基波有效值:
以a相电流正、负两个半波的中点为时间零点,按傅立叶级数展开函数有:
ia
T(sin
n=6k二11
t'
(_1)k丄sinnt)
k=1,2,3,...n
基波的有效值:
I1
=Id八2=0.78Id
各次谐波的有效值:
In-Idn=6k±
1k=1,2,3,
n兀
、12兀
4)晶闸官电流平均值:
IVT1■ivT1^'
^=Id/3
2兀0
5)晶闸管端压:
以VT1为例:
VT1导通时,Uvti〜0V,
VT3导通时,Uvti=Uab,
VT5导通时,Uvti=Uac,
UVT1mf:
\6U2U2为相电压有效值
三、a=30°
时的工作情况:
触发脉冲起始时间在自然换流点之后30°
时间,即在R'
、S'
T'
、U'
、V'
W时间处发生脉冲,其余不变,波形如下:
(1)a=30o时触发脉冲规律
R'
-
—S'
u'
—V'
s'
—T'
V、
—W之间:
(
T'
—R'
W-
—U'
1)脉冲宽度:
2d3-每个晶闸管允许导通时间为2M3
2)脉冲起点:
分别在R'
U'
、V、W,从自然换流点后移300,
其中R'
对应VT1、VT3、VT5,U'
V'
W'
对应VT2、VT4、VT6。
(2)波形分析
区间I:
0,R—U区间:
uc>
ub,VT1、VT6导通,输出电压Uab,U—U区间:
虽然Ua>
Ub>
Uc,但此时Ug2=0,只能VT6继续导通,继续输出电压Uab;
其他区段的分析也类似。
区间U:
0、Ug2>
0,初始Ua>
Uc,VT1、VT2导通,输出电压Uac区间川:
0,初始Ub>
Uc,VT3、VT2导通,输出电压Ubc区间W:
0,初始Ub>
Ua,VT3、VT4导通,输出电压Uba
a>
—、4*J一
id*
1
II・
—1—
1>
II
I
11■
ia4
-iI
I'
l
L
:
⑼
11
!
j1
\■
r
1ot
区间V:
0、
0,初始
Ud1
G=30°
U
一wa
Uc
Ud2伸
Ud山
w/V
u山w
UabIUacUbcUba
V
uca
UcbiUabiUac
三、a=60°
时的工作情况:
触发脉冲起始时间在自然换流点之后60°
、T'
、W时间处发生脉冲,其余不变,波形如下:
(1)a=60o时触发脉冲规律
V-
区间I:
0,ua>
uc,由于Ug2=0,VT2不能导通,因此VT1、
VT6导通,输出电压Uab,
区间U:
0,Ub>
Uc,由于Ug2>
0触发脉冲的初始时刻存
在VT6导通,uN二ub,uVT2=ubc0,VT2承受正向电压,满足导通
条件,当Ug2>
0后,VT2导通,拉低un>
uc,使VT6承受反压关断,
VT6向VT2换流,最终结果VT1、VT2导通,输出电压^c,其他区间分析类似。
区间川:
ub>
ua,
VT3、VT2导通,
ubc
区间W:
uc>
ub>
VT3、VT4导通,
uba
uc>
ua>
比,
VT5、VT4导通,
uca
uc>
ub,
VT5、VT6导通,
ucb
=60Ma
四、输出平均电压变化规律
当a>
0时,
3-y+ot
Ud2uabd^=2.34U2cos
U2为相电压有效值
90°
>
a>
0时,Ud>
0,整流状态
180>
90时,Ud<
0,逆变状态
第三节负载性质对整流电路性能的影响
一、纯阻性负载(Ld=0)的情况
纯阻性负载电路如图所示:
在60°
>
0范围内,从前节的分析可以了解,输出电压Ud0,电流始终连续,a=60时,电流临界连续,无电感时电流波形与电压完全相同。
60时,电压有过零现象,而电流不能反向,导致晶闸管关断,下面分析a=90时电流连续与不连续两种状态的波形作为比较。
VTiVT3VT5di
Tia
玄本本id;
」aII,丄
厂uu
7\7\7\
VT4VT6VT2d2
u
d1
S
R
T
V'
S'
W
d2
ud&
uabuacubcubaucaucbuabuacubcuba
idA
Ld=0状态下的波形分析
〜S
区间:
Ug10Ug60
Ua
UbUc
VT1、VT6导通,输出电压
为Uab。
Ub
VT1、
VT6承受反压关断,
输出电压为0。
U'
〜V
Ug10Ug20
VT2导通,输出电压
为Uac。
V〜S'
VT2承受反压关断,
其他区段以此类推
、理想状态(Ld
-=90°
—)的情况
S'
】14
〉
广一0
汽
k~、
A
Ot1
0—*
%
*—"
*—
\/小
Ua
In皿ivv
<
、J**J-#
Ud2
L^:
状态下的波形分析
〜S区间:
Ugi・0Ug60UaUbUc,VT1、VT6导通,输出电压为Uab。
S〜U'
区间:
Ugi・0Ug60虽然Ub.Ua.Uc,但由于电感Ld续流作用导致VT1、VT6继续导通(由于Ld的反电势作用,使VT1、VT6承受正向电压),输出电压仍然为Uab。
〜V区间:
Ugi0Ug20UbUaUc,VT1、VT2导通(VT2、VT6换流),输出电压为Uac。
Ugi・0Ug20虽然Ub・Uc・Ua,但由于电感Ld续流作用导致VT1、VT2继续导通,输出电压仍然为Uaco
对比以上两种情况可以得出:
(1)对于Ld=0状态
1、电流断续时,每个器件实际导通两次(门极脉冲宽度足够),总的导通时间小于120°
o
2、触发脉冲的有效移相角范围在:
0:
:
〉:
1200o
3、由于不存在输出电压过零,纯阻负载输出电压平均值高于电感负载。
(2)对于Ld》状态
1、的有效变化范围理论上为0>
1800(超过180°
就无法换流),
2、当Ld时,VT1〜VT6的导通时间始终为1200。
三、感性负载(0<
Ld<
)时的工作情况
1、电流连续状态
三相整流电路简图如下,感性负载电流连续时,局部波形如图(图2-9a):
g)
恤
1)01<
a<
62区间(VT5、VT6导通):
ud>
ud'
id增长,ud'
随电流同步增长,电感储能,在6时两者相等,6时刻VT4、VT6换流。
2)6<
6区间:
Ud<
Ud'
id衰减,Ud'
随电流同步衰减,电感释能,在6时Ud达到过零点。
3)6<
Ud<
0,由于电流方向不变且id>
0,故Ud'
0id继续衰减,电感释能,
整流电路吸收能量。
4)何时刻(VT1、VT5换流,VT1、VT6导通):
Ud=Uab>
id、Ud'
、Ud再次开始上面的循环2、负载电流断续的情况
在到达换流点之前,当电感储能不足以维持电流的连续时,id出现断续
现象,如下图(图2-9d):
(U:
称为断流角;
(0:
为晶闸管的导通角
在:
t:
:
L时,ud=6U2sin(t)
3
——%:
「t:
「•%•九时,ud=0
输出电压平均值:
3。
咚「兀H
Ud3uddt=2.34U2cos()-cos(—0)
133
可以看出,电流断续角与输出电压之间存在函数关系,具体计算可以用微分方程借助边界条件来确定。
第四节换流过程及其对整流电路性能的影响
一、实际电路与理想状态的区别
1、变压器输出存在漏抗
2、线路传输存在寄生电感
3、晶闸管的开通与关断都需要一定的时间,因此,存在换流过程和叠流时间
、实际电路的换流过程分析
1、假设:
整流电路具有大电感,换流期中叠流时间tr<
T,电流id连续,叠
流期id看作恒定
2、换流电压:
禾U用电网电压作为换流电压,强制器件电流下降为零,保证导通器件恢复阻断能力(器件承受负压时间t尹tq)。
换流过程图示如下(以VT1、VT3换流为例)(图2-4):
vt3
_(3
二亠9
™
k■
*VII
叭1
VI3
a1
1)初始状态(a时)
VT1、VT2导通,Ud=Uac,ivTi(a=Id,ivT3(a=0,
uVT1(a&
,uVT3(M=Uba(M>
此图与前面的整流波形分析图的区别,此处坐标以
为基准设置,此处a不是通常的触发角度,仅代表触发时间
2)换流过程(a~丫时段)
iVT3增加,
0,VT3导通,由于Uba(a>
0,有Ub>
Ua,导致ivTi减小,形成环流i
假定:
La=Lb=Lk有
UBA
八6U2Si—詈
i=Im(COS二一COS■t)
Im=
2Lk
iVT3-i
iVT1id-i
由于id=Id
恒定,Aid~Q交流电路状态P点视为开路
uPO
=:
(uA。
uBO)
换流角Y
由
当
g=1m(COS:
-COS,t)
t厂:
iVT3=1d
二arccos(cos-Id/1m)-:
从上分析可以看出,换流角大小与触发角度有相关性。
3)换流结束(a+丫以后)
VT1关断,VT3开通,电路进入稳态工作
三、换流过程的影响
1、可靠换流的条件
安全开通:
Lk限制
鱼(如
dtdt
)m
可靠关断:
反压时间t*tq
2、对输出的影响
1)输出波形变化
如下图所示,换流期内有三个器件导通,非换流期是两个器件导通。
以S'
处换流为例,VT3触发,按前面分析应为:
VT1、VT3换流,换流期P点输出电压
2
计(uA。
UBO)
(图2-2a)
、1/、'
Ubo)-Uco(Uac'
Ubc)
Ud=Upo-Uno
=1(Uao一,一2
P点为上组桥公共点、N点为下组桥公共点、0点为电源中点
换流期后电压波形恢复正常,其余各点的情况类似。
此l
af
c]
2)输出电压的变化
以u'
点的波形为例计算输出电压变化,u点相位为n2,u'
点相位为n2+a
换流期内(•t:
一••):
2-
1(
UdpWAB
换流期后(-:
、3
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