3.6 大功率可控整流电路太原工业学院自动化系*电力电子技术带平衡电抗器的双反星形可控整流电路的特点：适用于低电压、大电流的场合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 可减少交流侧输入电流的谐波或提高功率因数，从而减小对供电电网的干扰。太原工业学院自动化系*电力电子技术3.6.1 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 星形可控整流电路太原工业学院自动化系*电力电子技术 电路结构的特点变压器二次侧为两组匝数相 同极性相反的绕阻，分别接 成两组三相半波电路。 变压器二次侧两绕组的极性 相反可消除铁芯的直流磁化 。 设置电感量为Lp的平衡电 抗器是为保证两组三相半波 整流电路能同时导电。与三相桥式电路相比，在采 用相同晶闸管的条件下，双 反星形电路的输出电流可大 一倍。太原工业学院自动化系*电力电子技术 绕组的极性相反的目的：消除直流磁通势 如何实现？ 如图可知，虽然两组相电流的瞬时值不同，但是平均电流相 等而绕组的极性相反，所以直流安匝互相抵消。双反星形电路， =0时两组整流 电压、电流波形太原工业学院自动化系*电力电子技术 接平衡电抗器的原因： 两个直流电源并联时，只有当电压平均值和瞬时值均相等时，才能使负载均流。 双反星形电路中，两组整流电压平均值相等，但瞬时值不等。 两个星形的中点n1和n2间的电压等于ud1和ud2之差。该电压加在Lp上，产生电流ip，它通过两组星形自成回路，不流到负载中去，称为环流或平衡电流。 考虑到ip后，每组三相半波承担的电流分别为Id/2 ip。为了使两组电流尽可能平均分配，一般使Lp值足够大，以便限制环流在负载额定电流的1%2%以内。太原工业学院自动化系*电力电子技术 双反星形电路中如不接平衡电抗器，即成为六相半波 整流电路： 只能有一个晶闸管导电，其余五管均阻断，每管最大导通角 为60o，平均电流为Id/6。 当=0o 时，Ud为1.35U2，比三相半波时的1.17U2略大些。 六相半波整流电路因晶闸管导电时间短，变压器利用率低， 极少采用。 双反星形电路与六相半波电路的区别有无平衡电 抗器。 平衡电抗器的作用： 使得两组三相半波整流电路同时导电。 对平衡电抗器作用的理解是掌握双反星形电路原理的 关键。太原工业学院自动化系*电力电子技术 由于平衡电抗器的作用使得两 组三相半波整流电路同时导电 的原理分析：平衡电抗器Lp承担了n1、n2间的电 位差，它补偿了ub和ua的电动势差 ，使得ub和ua两相的晶闸管能同时 导电。 时，ubua，VT6导通，此电 流在流经LP时，LP上要感应一电动 势up，其方向是要阻止电流增大。 可导出Lp两端电压、整流输出电压 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太原工业学院自动化系*电力电子技术 原理分析(续)：虽然 ，但由于Lp的平衡 作用，使得晶闸管VT6和VT1同时 导通。 时间推迟至ub与ua的交点时， ub = ua。之后 ub ub ，电流才从 VT6换至VT2。此时变成VT1、 VT2同时导电。每一组中的每一个晶闸管仍按三 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太原工业学院自动化系*电力电子技术 由上述分析可得：平衡电抗器中点作为整流电压输出的负端，其输出的整流电压瞬 时值为两组三相半波整流电压瞬时值的平均值，见下式，波形如图 a中红色粗线所示。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太原工业学院自动化系*电力电子技术 =30、 =60和 =90 时输出电压的波形分析需要分析各种控制角时的输 出波形时，可先求出两组三 相半波电路的ud1和ud2波形， 然后根据式（2-98）做出波 形( ud1+ud2 ) / 2。双反星形电路的输出电压波 形与三相半波电路比较，脉 动程度减小了，脉动频率加 大一倍，f=300Hz。电感负载情况下，移相范围 是90。如果是电阻负载，移相范围 为120。当 =30、60、90时，双反星 形电路的输出电压波形 太原工业学院自动化系*电力电子技术 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 将双反星形电路与三相桥式电路进行比较可得出以下结论：（1）三相桥为两组三相半波串联，而双反星形为两组三相半波并联，且后者需用平衡电抗器。（2）当U2相等时，双反星形的Ud是三相桥的1/2，而Id是单相桥的2倍。（3）两种电路中，晶闸管的导通及触发脉冲的分配关系一样，ud和id的波形形状一样。太原工业学院自动化系*电力电子技术3.6.2 多重化整流电路整流装置功率进一步加大时，所产生的谐波 、无功功率等对电网的干扰也随之加大，为 减轻干扰，可采用多重化整流电路。 1. 移相多重联结并联多重联结的12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个三相桥并联而成的12脉波整流电路。太原工业学院自动化系*电力电子技术 移相30构成的串联2重联结电路 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30串联2重联结电路移相30串联2重联结电路电流波形太原工业学院自动化系*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 cosj1=cos （单桥时相同） 功率因数 =n cosj1 =0.9886cos太原工业学院自动化系*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3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：cosj1=cos=0.9949cos太原工业学院自动化系*电力电子技术 将整流变压器的二次绕组移相15，可构成串联4重联结电路 为24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：cosj1=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。太原工业学院自动化系*电力电子技术2. 多重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。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。我国电气机车的整流器大多为这种方式。太原工业学院自动化系*电力电子技术 3重晶闸闸管整流桥顺桥顺 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。太原工业学院自动化系*电力电子技术3.7.1 逆变的概念1. 什么是逆变？为什么要逆变？ 逆变（invertion）把直流电转变成交流电，整流的 逆过程。 实例：1.电力机车下坡行驶，往往使直流电动机工作 在发电制动状态，从而将机车的位能转变为电能反送 到交流电网中去，这样既产生了制动转矩，又充分利 用了位能。2. 电机快速正反转的调速过程中，首先要使电机 迅速制动，然后再反向加速。制动时可使电机做发电 机运行，将电机的动能变为直流电能，然后逆变为交 流送回电网。3. 高压直流输电时。太原工业学院自动化系*电力电子技术 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，将在第5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。太原工业学院自动化系*电力电子技术2. 直流发电机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 EM b）两电动势同极性EM EG 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，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a M电动运转，EGEM，电流Id从G流向M，M吸收 电功率。太原工业学院自动化系*电力电子技术3.逆变产生的条件 单相全波电路代替上述发电机 图a M电动运行，全波电路工作在整流状态， 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b M回馈制动，由于晶闸管的单向导电性，Id方向不变，欲 改变电能的输送方向，只能改变EM极性。为了防止两电动势顺向 串联，Ud极性也必须反过来，即Ud应为负值，且|EM | |Ud |，才 能把电能从直流侧送到交流侧,实现逆变。 Ud可通过改变来进行调节，逆变状态时Ud为负值， 逆变时在 /2 间太原工业学院自动化系*电力电子技术从上述分析中，可以归纳出产生逆变的条件有二：（1）有直流电动势，其极性和晶闸管导通方向一致，其值大于变流器直流侧平均电压。（2）晶闸管的控制角 /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。太原工业学院自动化系*电力电子技术 逆变和整流的区别：控制角 不同 0 p /2时的控制角用p- = b表示，