可控整流器与有源逆变器

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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Ud可以从正的最大值到负的最大值连续可控，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Ud与Id均为正值，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Id仍为正，Ud变负，处于逆变运行状态，能量是从直流侧输向交流侧，

2、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ωt=α处触发晶闸管，晶闸管开始导通；负载上的电压

3、等于变压器输出电压u2。在ωt=π时刻，电源电压过零，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，uAK＜0，晶闸管承受反向电压而处于关断状态，负载电流为零，负载上没有输出电压，直到电源电压u2的下一周期，直流输出电压ud和负载电流id的波形相位相同。通过改变触发角α的大小，直流输出电压ud的波形发生变化，负载上的输出电压平均值发生变化，显然α=180º时，Ud=0。由于晶闸管只在电源电压正半波内导通，输出电压ud为极性不变但瞬时值变化的脉动直流，故称“半波”整流。(1)触发角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

4、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Ud与输出电流平均值Id直流输出电压平均值Ud:输出电流平均值Id:(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:输出电流有效值I:(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

5、闸管和变压器二次侧流过相同的电流，故其有效值相等，即：(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=U2I2(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。〖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U2为220V，要求的直流输出电压为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。解(1)则α=90

6、º(2)Ω当α=90º时，输出电流有效值(3)(4)晶闸管电流有效值IT与输出电流有效值相等，即：则取2倍安全裕量，晶闸管的额定电流为：（5）晶闸管承受的最高电压：考虑(2~3)倍安全裕量，晶闸管的额定电压为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。当流过电感的电流变化时，电感两端产生感应电势，感应电势对负载电流的变化有阻止作用，使得负载电流不能突变。当电流增大时，电感吸收能量储能，电感的感应电势阻止电流增大；当电流减小时，电感释放出能量，感应电势阻止电流的减小，输出电压、电流有相位差

7、。单相半波可控整流器图和工作波形(电感性负载)在ωt=0到α期间，晶闸管阳极和阴极之间的电压uAK大于零，但晶闸管门极没有触发信号，晶闸管处于正向关断状态，输出电压、电流都等于零。在ωt=α时，门极有触发信号，晶闸管被触发导通，负载电压ud=u2。当ωt=π时，交流电压u2过零，由于有电感电势的存在，晶闸管的电压uAK仍大于零，晶闸管会继续导通，电感的储能全部释放完后，晶闸管在u2反压作用下而截止。直到下一个周期的正半周。2.数量关系直流输出电压平均值Ud为从Ud的波形可以看出，由于电感负载的存在，电源电压由正到负过零点也不会关断，输出电压出现了负波形，输出电压

8、和电流的平均值减小；当大