【正文】 備、家用計(jì)算機(jī)等電子設(shè)備的電源部分也都需要電力電子技術(shù)。此外，有些洗衣機(jī)、電冰箱、微波爐等電器也應(yīng)用了電力電子技術(shù)。 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 4 新能源的開(kāi)發(fā)和利用： 傳統(tǒng)的發(fā)電方式是火力發(fā)電、水力發(fā)電以及后來(lái)興起的核能發(fā)電。能源危機(jī)后，各種新能源、可再生能源及新型發(fā)電方式越來(lái)越受到重視。其中太陽(yáng)能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展較快，燃料電池更是備受關(guān)注。太陽(yáng)能發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電受環(huán)境的制約，發(fā)出的電力質(zhì)量較差， 常需要儲(chǔ)能裝置緩沖，需要改善電能質(zhì)量，這就需要電力電子技術(shù)。當(dāng)需要和電力系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)時(shí)，也離不開(kāi)電力電子技術(shù)為了合理地利用水力發(fā)電資源，近年來(lái)抽水儲(chǔ)能發(fā)電站受到重視。其中的大型電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)和調(diào)速都需要電力電子技術(shù)。超導(dǎo)儲(chǔ)能是未來(lái)的一種儲(chǔ)能方式，它需要強(qiáng)大的直流電源供電，這也離不開(kāi)電力電子技術(shù)核聚變反應(yīng)堆在產(chǎn)生強(qiáng)大磁場(chǎng)和注入能量時(shí)，需要大容量的脈沖電源，這種電源就是電力電子裝置?？茖W(xué)實(shí)驗(yàn)或某些特殊場(chǎng)合，常常需要一些特種電源，這也是電力電子技術(shù) 的用武之地。 第二章 三相可控整流電路晶閘管的介 紹 178。 2． 1 三相橋式整流電路晶閘管的特征 178。 2． 1． 1 晶閘管的開(kāi)關(guān)特點(diǎn)： 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 5 （ 1） 當(dāng) SCR 的陽(yáng)極和陰極電壓 UAK﹤ 0，即 EA 下正上負(fù)，無(wú)論門(mén)極 G 加什么電， SCR始終處于關(guān)斷狀態(tài)。 （圖 2— 1） （ 2）當(dāng) UAK﹥ 0時(shí)，只有 EGK﹥ 0,SCR 才能導(dǎo)通。說(shuō)明 SCR 具有正向阻斷能力。 （ 3） SCR 一旦導(dǎo)通，門(mén)極 G將失去控制作用，即 無(wú)論 EG如何，一均保持導(dǎo)通狀態(tài)。 SCR導(dǎo)通后的管壓降為 1V 左右，主電路中的電流 I由 R和 RW 以及 EA 的大小決定。 （ 4）當(dāng) UAK﹤ 0時(shí)，無(wú)論 SCR 原來(lái)的狀態(tài)，都會(huì)使 R 熄滅，即此時(shí) SCR 關(guān)斷。其實(shí)，在I 逐漸降低（通過(guò)調(diào)整 RW）至某一個(gè)小數(shù)值時(shí)，剛剛能夠維持 SCR 導(dǎo)通。如果繼續(xù)降低 I，則 SCR 同樣會(huì)關(guān)斷。該小電流稱(chēng)為 SCR 的維持電流。 綜上所述： SCR 導(dǎo)通條件 : UAK﹥ 0 同時(shí) UGK﹥ 0，由導(dǎo)通→關(guān)斷的條件：使流過(guò) SCR 的電流降低至維持電流以下。（一般通過(guò)減小 EA，直至 EA﹤ 0來(lái)實(shí)現(xiàn)。） 178。 2． 1． 2 晶閘 管的幾種導(dǎo)通方式： （ 1）正常觸發(fā)導(dǎo)通： UAK﹥ 0，同時(shí) UGK﹥ 0。 （ 2）陽(yáng)極電壓作用：當(dāng) UAK 上升至某個(gè)大數(shù)值，使 V2的漏電流由于雪崩效應(yīng)而加大，同時(shí)由于正反饋而使漏電流放大，最終使 SCR 飽和導(dǎo)通。 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 6 （ 3） dU／ dt作用：如果 UAK 以高速率上升，則在中間結(jié)電容上產(chǎn)生的電流可以引起導(dǎo)通。 （ 4）溫度作用：溫度上升， V1， V2的漏電流加大，引起導(dǎo)通。 （ 5）光觸發(fā)：當(dāng)強(qiáng)光直接照射在硅片上，產(chǎn)生電子空穴對(duì)，在電場(chǎng)的作用，產(chǎn)生觸發(fā) SCR的電流。目前，有一些場(chǎng)合使用這種方式來(lái)觸發(fā) SCR，如 高壓直流輸電（ HVDC）。這種方式可以保證控制電路和主電路之間有良 好的絕緣。這種 SCR 又稱(chēng)為光控晶閘管（ Light Triggered Thyristor— LTT）。 178。 2． 1． 3 晶閘管的基本特性： （ 1）承受反向電壓時(shí)，無(wú)論門(mén)極是否有觸發(fā)電流，晶閘管都不會(huì)導(dǎo)通。 （ 2）承受正向電壓時(shí)，僅在門(mén)極有觸發(fā)電流的情況下晶閘管才能開(kāi)通。 （ 3）晶閘管一旦導(dǎo)通，門(mén)極就失去控制作用。 （ 4）要使晶閘管關(guān)斷，只能使晶閘管的電流降到接近于零的某一數(shù)值以。 從這個(gè)角度可以看出，晶閘管是一種電流控制型的電力電子器件。 178。 2． 1． 4 晶閘管的觸發(fā)： （ 1）作用：產(chǎn)生符合要求的門(mén)極觸發(fā)脈沖，保證晶閘管在需要的時(shí)刻由阻 斷轉(zhuǎn)為導(dǎo)通。 （ 2）廣義上講，晶閘管觸發(fā)電路還包括對(duì)其觸發(fā)時(shí)刻進(jìn)行控制的相位控制電路。 （ 3）晶閘管觸發(fā)電路應(yīng)滿(mǎn)足下列要求： 178。觸發(fā)脈沖的寬度應(yīng)保證晶閘管可靠導(dǎo)通門(mén)極電流應(yīng)大于擎住電流； 178。觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠的幅度； 178。不超過(guò)門(mén)極電壓、電流和功率，且在可靠觸發(fā)區(qū)域之內(nèi)； 178。應(yīng)有良好的抗干擾性能、溫度穩(wěn)定性及與主電路的電氣隔離。 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 7 三相全橋按負(fù)載不同可分為帶電阻和帶電感負(fù)載，以下分別討論這兩種負(fù)載的區(qū)別。 第三章 三相橋 式全控整流電路 3． 1 三相橋式全控整流電路電阻性負(fù)載 （圖 3— 1 三相橋式全控整流電路原理圖） 三相全橋的特點(diǎn)： 178。 負(fù)載容量較大，或要求直流電壓脈動(dòng)較小、易濾波時(shí)使用三相整流電路。 178。 應(yīng)用最為廣泛。 178。 共陰極組 — 陰極連接在一起的 3 個(gè)晶閘管（ VT1， VT3， VT5）。 178。 共陽(yáng)極組 — 陽(yáng)極連接在一起的 3 個(gè)晶閘管（ VT4， VT6， VT2）。 178。 注意編號(hào)順序： 5 和 2，一般不特別說(shuō)明，均采用這樣的編號(hào)順序。 178。 由于零線(xiàn)平均電流為零，所以可以不用零線(xiàn)。對(duì)于每相二次電源來(lái)說(shuō)，每個(gè)工 作周期中，即有電流，也有負(fù)電流，所以不存在直流磁化問(wèn)題，提高了繞組利用率。 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 8 178。 1 三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載 ａ =0176。時(shí)的情況 圖 3— 2 三相橋式全控整流電路（帶電阻負(fù)載 ａ =0176。時(shí)的波形） 1）帶電阻負(fù)載時(shí)的工作情況 （ 1）ａ =0176。時(shí)的情況 178。對(duì)于共陰極阻的 3 個(gè)晶閘管，陽(yáng)極所接交流電壓值最大的一個(gè)導(dǎo)通。 178。對(duì)于共極組的 3個(gè)晶閘管，陰極所接交流電壓值最低（或者說(shuō)負(fù)得最多）的導(dǎo)通。 178。任意時(shí)刻共陽(yáng)極組和共陰極組中各有 1 個(gè) SCR 處于導(dǎo)通狀態(tài)。其余的均處于關(guān)斷狀態(tài)。 178。觸發(fā)角ａ的起點(diǎn)，仍然是從自然換相點(diǎn) 開(kāi)始計(jì)算，注意正負(fù)方向均有自然換相點(diǎn)。 178。從線(xiàn)電壓波形看， Ud為線(xiàn)電壓中最大的一個(gè)，因此 Ud 波形為線(xiàn)電壓的包絡(luò)線(xiàn)。 表 3— 3 三相橋式全控整流電路電阻負(fù)載 ａ =0176。 時(shí)晶閘管工作情況 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 9 時(shí)段 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ 共陰極組中導(dǎo)通的晶閘管 VT1 VT1 VT3 VT3 VT5 VT5 共陽(yáng)極組中導(dǎo)通的晶閘管 VT6 VT2 VT2 VT4 VT4 VT6 整流輸出電壓 Ud Ua– Ub =Uab Ua– Uc =Uac Ub– Uc =Ubc Ub– Ua =Uba Uc– Ub =Uca Uc– Ub =Ucb （ 2）三相橋式全控整流電路的特點(diǎn)：（三相全橋） ▼ 兩個(gè)同時(shí)導(dǎo)通形成供電回路，其中共陰極組和共陽(yáng)極組各有一個(gè)導(dǎo)通，且不能為同相的兩個(gè)否則沒(méi)有輸出。 ▼ 對(duì)觸發(fā)脈沖的要求： ● 按 VT1— VT2— VT3— VT4— VT5— VT6 的順序，相位依次差 60176。 。 ● 共陰極組 VT VT VT5 的脈沖依次差 120176。 ，共陽(yáng)極組 VT VT VT2也依次差 120176。 ● 同一相的上下兩個(gè)橋臂，即 VT1 與 VT4， VT3 與 VT6， VT5 與 VT2，脈沖相差 180176。 。 ▼ Ud 一周期脈動(dòng) 6 次，每次脈動(dòng)的波形都一樣，所以三相全橋電路稱(chēng)為 6脈波整流電路。 ▼ 需保證同時(shí)導(dǎo)通的 2 個(gè)晶閘管均有脈沖（采用兩種方法：一種是寬脈沖 觸發(fā)（大于 60176。 ）。 ▼ 另一種是雙脈沖觸發(fā)（常用）：在 Ud 的 6 個(gè)時(shí)間段，均給應(yīng)該導(dǎo)通的 SCR 提供觸發(fā)脈沖，而不管其原來(lái)是否導(dǎo)通。所以每隔 60176。 就需要提供兩個(gè)觸發(fā)脈沖。 ▼ 實(shí)際提供脈沖的順序?yàn)椋?VT1， VT2— VT2， VT3— VT3， VT4— VT4， VT5— VT5，VT6— VT6， VT1— VT1， VT2，不斷重復(fù)。 ▼ 晶閘管承受的電壓波形與三相半波 時(shí)相同，晶閘管承受最大正、反向電 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 10 壓的關(guān)系也相同為： UFM =URM= U2 178。 2 三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載 ａ =30176。 時(shí)的情況 圖 3— 4 三相橋式全控整流電路（帶電阻負(fù)載 ａ =30176。 時(shí)的波形） 晶閘管起始導(dǎo)通時(shí)刻推遲了 30176。 ，組成的每一段線(xiàn)電壓因此推遲 30176。 ●從 Ut1 開(kāi)始把一周期等分為 6 段， Ud 波形仍由 6 段線(xiàn)電壓構(gòu)成，每一段導(dǎo)通晶閘管的編號(hào)等仍符合表 33 的規(guī)律。 ●變壓器二次側(cè)電流 iu 波形的特點(diǎn)：在 VT1 處于通態(tài)的 120176。 期間， iu 為正， iu 波形的形狀與同時(shí)段的 Ud 波形相同， 在 VT4 處于通態(tài)的 120176。 期間， iu 波形的形狀也與同時(shí)段的 Ud波形相同，但為負(fù)值。 178。 3 三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載 ａ =60176。 時(shí)工作情況 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 11 Ud 波形中每段線(xiàn)電壓的波形繼續(xù)后移，平均值繼續(xù)降低。 ａ =60176。 時(shí) Ud 出現(xiàn)為零的點(diǎn)。（因?yàn)樵谠擖c(diǎn)處，線(xiàn)電壓為零） 178。 4 三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載 ａ﹥ 60176。 時(shí)工作情況 當(dāng) ａ﹥ 60176。 時(shí)，如 ａ =90176。 時(shí)電阻負(fù)載情況下的工作波形如圖 3— 5所示： 圖 3— 5 三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載 ａ =90176。 時(shí)的波形 小結(jié) ● 當(dāng) ａ≦ 60176。 時(shí)， Ud 波形均連續(xù)，對(duì)于電阻負(fù)載， id 波形與 Ud 波形一樣，也連續(xù)； ● 當(dāng) ａ﹥ 60176。 時(shí)， Ud 波形每 60176。 中有一段為零， Ud 波形不能出現(xiàn)負(fù)值； ● 帶電阻負(fù)載時(shí)三相橋式全控整流電路 ａ 角的移相范圍是 120176。 。 3． 2 三相橋式全控整流電路電感性負(fù)載 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 12 178。 1 三相橋式全控整流電路電感性負(fù)載時(shí)的工作情況： 當(dāng) ａ≦ 60176。 時(shí)： Ud 波形連續(xù)，工作情況與帶電阻負(fù)載時(shí)十分相似，各晶閘管 的通斷情況、輸出整流電壓 Ud 波形、晶閘管承受的電壓波形等都一樣； 區(qū)別在于：由于負(fù)載不同，同樣的整流輸出電壓加到負(fù)載上，得到的負(fù)載電流波形不同。電感性負(fù)載時(shí)，由于電感的作用 ，使得負(fù)載電流波形變得平直，當(dāng)電感足夠大的時(shí)候，負(fù)載電流的波形可近似為一條水平線(xiàn)。 圖 3— 6三相橋式全控整流電路帶電感性負(fù)載 ａ =0176。 時(shí)的波形 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 13 圖 3— 7三相橋式全控整流電路帶電感性負(fù)載 ａ =30176。 時(shí)的波形 圖 3— 8三相橋式全控整流電路帶電感性負(fù)載 ａ =60176。 時(shí)的波形 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 14 圖 3— 9三相橋式全控整流電路帶電感性負(fù)載 ａ =90176。 時(shí)的波形 （ 1）當(dāng) ａ﹥ 60176。 時(shí)：電感性負(fù)載時(shí)的工作情況與電阻負(fù)載時(shí)不同， Ud時(shí)波形不會(huì)出現(xiàn)負(fù)的部分，而電感性負(fù)載時(shí)，由于電感 L 的作用， Ud波形會(huì)出 現(xiàn)負(fù)的部分；帶電感性負(fù)載時(shí)，三相橋 式全控整流電路的角 ａ 移相范圍為 90176。 。因?yàn)樵?ａ =90176。 時(shí)， Ud 波形上下對(duì)稱(chēng)，平均值為零。 （ 2）基本參數(shù)關(guān)系 ●當(dāng)整流輸出電壓連續(xù)時(shí)（即帶電感性負(fù)載或帶電阻負(fù)載 ａ≦ 60176。 時(shí)）的平均值為： Ud=31π ? α＋ 32 α＋3 ππ 6U2Sinωtd(ωt) = α ●帶電阻負(fù)載且 ａ﹥ 60176。 時(shí)，整流電壓平均值為： Ud=π3 ?ππ α＋ 3 6U2Sinωtd(ωt) = [1＋ cos (?π ＋ α)] ●輸出電流平均值為： Id = RUd 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 15 178。 2 三相橋式全控整流的電流有效值 當(dāng)三相整流變壓器供電，變壓器次級(jí)接為星形，初級(jí)接三角形以減少三次諧 波的影響，帶電感性負(fù)載時(shí)，變壓器二次側(cè)電流波形，為正負(fù)半周各寬 120176。 前沿相差 180176。 的矩形波，其有效值為： I2= π ））π ＋（（π 3232I21 22d ??? dI= 32π Id= Id 晶閘管電壓、電流等的定量分析與三相半波時(shí)一致。 三相橋式全控整流電路接反電勢(shì)電感性負(fù)載時(shí)，在負(fù)載電感足夠大足以使負(fù) 載電流連續(xù)的情況下，電路工作情況與電感性負(fù)載時(shí)相似，電路中各處電壓、電 流波形均相同，僅在計(jì)算 Id 時(shí)有所不同，接反電動(dòng)勢(shì)電感性負(fù)載時(shí)的 Id 為： Id = REUd? （式中和分別為負(fù)載中的電阻值和反電動(dòng)勢(shì)的值） 小結(jié)： 變壓器二次側(cè)每相有兩個(gè)匝數(shù)相同、極性相反（ 同名端相反）的繞組。 分別構(gòu)成 a、 b、 c 和 a、 b、 c 兩組。電路中設(shè)置了平衡電抗器來(lái)保證兩組三相 半波電路能同時(shí)導(dǎo)電，每相的觸發(fā)脈沖，從第一個(gè)正自然換相點(diǎn)開(kāi)始計(jì)算起，