整流与有源逆变(三)_电力电子技术
单相桥式全控整流及有源逆变电路实验实验报告
实验报告课程名称：现代电力电子技术实验项目：单相桥式全控整流及有源逆变电路实验实验时间： 2012/10/19实验班级：总份数：指导教师：朱鹰屏自动化学院电力电子实验室二〇〇年月日广东技术师范学院实验报告学院：自动化学院专业：电气工程及其自动化班级：成绩：姓名：学号：组别：组员：实验地点：电力电子实验室实验日期：10/19指导教师签名：实验（一）项目名称：单相桥式全控整流及有源逆变电路实验1.实验目的和要求(1)加深理解单相桥式全控整流及逆变电路的工作原理。
(2)研究单相桥式变流电路整流的全过程。
(3)研究单相桥式变流电路逆变的全过程，掌握实现有源逆变的条件。
(4)掌握产生逆变颠覆的原因及预防方法。
2.实验原理图3-8为单相桥式整流带电阻电感性负载，其输出负载R用D42三相可调电阻器，将两个900Ω接成并联形式，电抗Ld用DJK02面板上的700mH，直流电压、电流表均在DJK02面板上。
触发电路采用DJK03-1组件挂箱上的“锯齿波同步移相触发电路Ⅰ”和“Ⅱ”。
图3-9为单相桥式有源逆变原理图，三相电源经三相不控整流，得到一个上负下正的直流电源，供逆变桥路使用，逆变桥路逆变出的交流电压经升压变压器反馈回电网。
“三相不控整流”是DJK10上的一个模块，其“心式变压器”在此做为升压变压器用，从晶闸管逆变出的电压接“心式变压器”的中压端Am、Bum，返回电网的电压从其高压端A、B输出，为了避免输出的逆变电压过高而损坏心式变压器，故将变压器接成Y/Y接法。
图中的电阻R、电抗Ld和触发电路与整流所用相同。
有关实现有源逆变的必要条件等内容可参见电力电子技术教材的有关内容。
3.主要仪器设备4.实验内容及步骤(1)单相桥式全控整流电路带电阻电感负载。
(2)单相桥式有源逆变电路带电阻电感负载。
(3)有源逆变电路逆变颠覆现象的观察。
实验步骤：（1）触发电路的调试将DJK01电源控制屏的电源选择开关打到“直流调速”侧使输出线电压为200V，用两根导线将200V交流电压接到DJK03-1的“外接220V”端，按下“启动”按钮，打开DJK03-1电源开关，用示波器观察锯齿波同步触发电路各观察孔的电压波形。
电力电子技术习题与解答
思考题与习题2.1 什么是整流？它与逆变有何区别？答：整流就是把交流电能转换成直流电能，而将直流转换为交流电能称为逆变，它是对应于整流的逆向过程。
2.2 单相半波可控整流电路中，如果：(1)晶闸管门极不加触发脉冲；(2)晶闸管内部短路；(3)晶闸管内部断开；试分析上述三种情况负载两端电压u d和晶闸管两端电压u T的波形。
答：（1）负载两端电压为0，晶闸管上电压波形与U2相同；（2）负载两端电压为U2，晶闸管上的电压为0；（3）负载两端电压为0，晶闸管上的电压为U2。
2.3某单相全控桥式整流电路给电阻性负载和大电感负载供电，在流过负载电流平均值相同的情况下，哪一种负载的晶闸管额定电流应选择大一些?答：带大电感负载的晶闸管额定电流应选择小一些。
由于具有电感，当其电流增大时，在电感上会产生感应电动势，抑制电流增加。
电阻性负载时整流输出电流的峰值大些，在流过负载电流平均值相同的情况下，为防此时管子烧坏，应选择额定电流大一些的管子。
2.4某电阻性负载的单相半控桥式整流电路，若其中一只晶闸管的阳、阴极之间被烧断，试画出整流二极管、晶闸管两端和负载电阻两端的电压波形。
解：设α=0，T 2被烧坏，如下图：2.5相控整流电路带电阻性负载时，负载电阻上的U d 与I d 的乘积是否等于负载有功功率，为什么?带大电感负载时，负载电阻R d 上的U d 与I d 的乘积是否等于负载有功功率，为什么?答：相控整流电路带电阻性负载时，负载电阻上的平均功率d d d I U P =不等于负载有功功率UI P =。
因为负载上的电压、电流是非正弦波，除了直流U d 与I d 外还有谐波分量 ,,21U U 和 ,,21I I ，负载上有功功率为 +++=22212P P P P d >d d d I U P =。
相控整流电路带大电感负载时，虽然U d 存在谐波，但电流是恒定的直流，故负载电阻R d 上的U d 与I d 的乘积等于负载有功功率。
电力电子技术课件-第3章 整流电路
Rid
2U2 sinwt
(3-2)
b)
图3-3 b) VT处于导通状态
在VT导通时刻，有wt=a，id=0，这是式（3-2）的初 始条件。求解式（3-2）并将初始条件代入可得
id
2U 2
sin(a
R (wta )
)e wL
Z
2U2 sin(wt ) (3-3)
Z
式中，Z
R2
(wL)2，
u
d
变且波形近似为一条水平线。
O i
d
iO
VT 1,4
I
d
wt
☞u2过零变负时，由于电感
I
d
的作用VT1、VT4仍有电流id，并
w t 不关断。
i
O
VT
2,3
I
d
wt
☞wt=p+a时刻，触发VT2和
O i
2
I
d
w t VT3，VT2和VT3导通，VT1和
O
I
u
d
VT 1,4
w t VT4承受反压关断，流过VT1和
二. 阻感负载
3、基本数量关系
√流过晶闸管的电流平均值IdT和有效值IT分别为：
I dT
p a 2p
Id
(3-5)
IT
1
2p
p a
I
2 d
d
(wt
)
p a 2p
Id
(3-6)
√续流二极管的电流平均p 值 aIdDR和有效值IDR分别为
I dDR 2p I d
(3-7)
I DR
1
2p
2p a p
pa R
R
1 sin 2a p a
电力电子技术-第4章逆变电路
ON
VD
14
VD
VD b)
VD
固定180°移相方波控制方式
思考2：在导电方式一下工作，如果要改变输出电 压的有效值（即幅值），应该采取什么样的方式？ ★只能靠改变输入直 流电压的大小来改变 输出电压的有效值。 能否不改变直流电 压，直接进行调制 呢？为此提出了导 电方式二：
移相导电方式。
课程回顾
uo S 4
图5-1 i 从电源负极流出，经 S S3流回正极，负载电 2、负载和 o t1时刻断开 St 、 S ，合上 S 、 S ， u 变负，但 u 1 1前： 4 S1、S4通， 2 3 o 和i o o 均为正 io不能立刻 电流从一条支路转移到另一条支路称为换流。 感能量向电源反馈， io逐渐减小，t2时刻降为零，之后io 反向
负载提供能量。
VD V
2 2
• VD 1 或 VD 2 通时， i o 和 u o 反
a) uo Um O -Um io O t3 t4 t1 t 2 t5 t6 V1 V2 V1 V2 VD 1 VD 2 VD 1 VD 2 b)
向，负载电感中贮藏的能量
向直流侧反馈。
t
• 输出电压 uo 为矩形波，幅
• 全桥逆变电路
*导电方式一： V1,V4同时通断；
uo Um O
V2,V3同时通断；
V1,V4与V2,V3信号 互补，各导电180 ゜。
-Um
io O t3 t1 t 2 V 14 VD
14
t
t4 t5 t6 V 23
23
t
V2
23
ON
V 14
14
VD
VD b)
VD
思考：在导电方式一下工作，如果要改变输出电压
电力电子第五章 ACDC变换器(整流和有源逆变电路)
5.2 不控整流电路
• 利用电力二极管的单相导电性可以十分简单 地实现交流—直流电力变换。
• 由于二极管整流电路输出的直流电压与交流 输入电压的大小有关，不能通过电路本身控 制其数值，故称为不控整流电路。
5.2.1 单相不控整流电路
u1
u2 O ud
uVDO1 O
VD4
VD2
a)
VD3
R VD4
VD1
-
ud AC + VD2
b)
VD3 R ud
VD4
c)
a)单相桥式整流电路 b)交流输入正半周单相桥式整流电路工作图 c)交流输入负半周单相桥式整流电路工作图
5.2.1 单相不控整流电路
AC +
ud
VD3
VD2
VD2
b)
图5-2 单相全波整流电路
u2
R
c)
d)
u2
共阳极连接 VD4
2 t
5.2.1 单相不控整流电路
VD1
VD1
VD3 VD1
u2 R
AC
+ -
R
-
AC +
R
t
u2
AC + -
ud
VACD1
+
ud
VD2
VD2
u2
VD2
VbD)3
u2
c)
d)
u2
R
VD2
u2 VD4
VD4
带续流二极管的单相 半波整流电路
b)
d)
u2
u2
t1
O
2
t1
t
O
2
电力电子技术三相桥式全控整流及有源逆变电路实验报告
一、实验背景整流是指将交流电变换为直流电的变换，而将交流电变换为直流电的电路称为整流电路。
整流电路是四种变换电路中最基本的变换电路，应用非常广泛。
对于整流电路，当其带不同负载情况下，电路的工作情况不同。
此外，可控整流电路不仅可以工作在整流状态，即将交流电能变换为直流电能，还可以工作在逆变状态，即将直流电能变换为交流电能，称为有源逆变。
在工业中，应用最为广泛的是三相桥式全控整流电路（Three Phase Full Bridge Converter），它是由两个三相半波可控整流电路发展而来。
该次试验即是针对三相桥式全控整流电路而展开的一些较为简单的学习与研究。
二、实验原理三相桥式全控整流及有源逆变该次实验连接电路图如下图所示整流有源逆变控制信号初始化约定：，，整流，，逆变，，临界注意事项：在接主电路过程中，晶闸管接入双刀双闸开关时一定要注意正负极必须正确匹配。
电容器用于吸收感性电流引起的干扰，使得示波器显示的波形更加标准、清晰。
双刀双掷开关在切换时主回路必须断电，否则很可能因切换时拉出电弧而损坏设备。
（一）整流电路1、整流的概念把交流电变换为直流电的变换称为整流（Rectifier），又叫AC-DC变换（AC-DC Converter）。
整流电路是一种把交流电源电压转换成所需的直流电压的电路。
AC-DC变换的功率流向是双向的，功率流向由交流电源流向负载的变换称之为“整流”，功率流向由负载流向交流电源的变换称之为“有源逆变”。
采用晶闸管作为整流电路的主控器件，通过对晶闸管触发相位的控制从而达到控制输出直流电压的目的，这样的电路称之为相控整流电路。
2、整流电路的分类（1）按电路结构分类①半波整流电路：半波整流电路中每根电源进线流过单方向电流，又称为零式整流电路或单拍整流电路。
②全波整流电路：全波整流电路中每根电源进线流过双方向电流，又称为桥式整流电路或双拍整流电路。
（2）按电源相数分类①单相整流电路：又分为单脉波整流电路和双脉波整流电路。
(完整版)电力电子技术简答题及答案
(完整版)电力电子技术简答题及答案-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One11•晶闸管导通和关断条件是什么？当晶闸管上加有正向电压的同时，在门极施加适当的触发电压，晶闸管就正向导通；当晶闸管的阳极电流小于维持电流时，就关断，只要让晶闸管两端的阳极电压减小到零或让其反向，就可以让晶闸管关断。
2、有源逆变实现的条件是什么？①直流侧要有电动势，其极性须和晶闸管的导通方向一致，其值应大于变流电路直流侧的平均电压；②要求晶闸管的控制角α>π/2，使Uβ为负值；③主回路中不能有二极管存在。
3、什么是逆变失败，造成逆变失败的原因有哪些如何防止逆变失败答：1逆变运行时，一旦发生换流失败，外接的直流电源就会通过晶闸管电路形成短路，或者使变流器的输出平均电压和直流电动势变为顺向串联，由于逆变电路内阻很小，形成很大的短路电流，称为逆变失败或逆变颠覆。
2逆变失败的原因3防止逆变失败的方法有：采用精确可靠的触发电路，使用性能良好的晶闸管，保证交流电源的质量，留出充足的换向裕量角β等。
4、电压型逆变器与电流型逆变器各有什么样的特点？答：按照逆变电路直流测电源性质分类，直流侧是电压源的称为逆变电路称为电压型逆变电路，直流侧是电流源的逆变电路称为电流型逆变电路电压型逆变电路的主要特点是：①直流侧为电压源，或并联有大电容，相当于电压源。
直流侧电压基本无脉动，直流回路呈现低阻抗。
②由于直流电压源的钳位作用，交流侧输出电压波形为矩形波，并且与负载阻抗角无关。
而交流侧输出电流波形和相位因负载阻抗情况的不同而不同。
③当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电容起缓冲无功能量的作用。
为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂都并联了反馈二极管。
电流型逆变电路的主要特点是：①直流侧串联有大电感，相当于电流源。
直流侧电流基本无脉动，直流回路呈现高阻抗。
②电路中开关器件的作用仅是改变直流电流的流通路径，因此交流侧输出电流为矩形波，并且与负载阻抗角无关。
(完整版)电力电子技术简答题
2、什么叫逆变失败？逆变失败的原因是什么？答：晶闸管变流器在逆变运行时，一旦不能正常换相，外接的直流电源就会通过晶闸管电路形成短路，或者使变流器输出的平均电压和直流电动势变成顺向串联，形成很大的短路电流，这种情况叫逆变失败，或叫逆变颠覆。
造成逆变失败的原因主要有：（2分）触发电路工作不可靠。
例如脉冲丢失、脉冲延迟等。
晶闸管本身性能不好。
在应该阻断期间管子失去阻断能力，或在应该导通时不能导通。
交流电源故障。
例如突然断电、缺相或电压过低等。
估计不足，使换相的裕量时间小于晶闸管的关断时间。
换相的裕量角过小。
主要是对换相重叠角逆变失败后果会在逆变桥与逆变电源之间产生强大的环流，损坏开关器件（4分）防止逆变失败采用最小逆变角βmin防止逆变失败、晶闸管实现导通的条件是什么？关断的条件及如何实现关断？答：在晶闸管阳极——阴极之间加正向电压，门极也加正向电压，产生足够的门极电流Ig，则晶闸管导通，其导通过程叫触发。
关断条件：使流过晶闸管的阳极电流小于维持电流。
（3分）实现关断的方式：1>减小阳极电压。
2>增大负载阻抗。
3>加反向电压。
3、为什么半控桥的负载侧并有续流管的电路不能实现有源逆变？（5分）答：由逆变可知，晶闸管半控桥式电路及具有续流二极管电路，它们不能输出负电压Ud固不能实现有源逆变。
（5分）2、电压型逆变电路的主要特点是什么？（8分）(1) 直流侧为电压源或并联大电容，直流侧电压基本无脉动；（2分）(2) 输出电压为矩形波，输出电流因负载阻抗不同而不同；（3分）(3) 阻感负载时需提供无功。
为了给交流侧向直流侧反馈的无功提供通道，逆变桥各臂并联反馈二极管。
（3分）3、逆变电路必须具备什么条件才能进行逆变工作？答：逆变电路必须同时具备下述两个条件才能产生有源逆变：（1）变流电路直流侧应具有能提供逆变能量的直流电源电势Ed，其极性应与晶闸管的导电电流方向一致。
（3分）（2）变流电路输出的直流平均电压Ud的极性必须为负（相对于整流时定义的极性），以保证与直流电源电势Ed构成同极性相连，且满足Ud<Ed。
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详细分析（简要讲解得出的结论，关键在于求出 和 ） （2-37） u2 2U 2 sin(t )
ud (0) 2U 2 sin 1 t u ( 0 ) iC d t u 2 d 0 C
（2-38）
式中，ud(0)为VD1、VD4开始导通时刻直流侧电压值。
电容滤波的单相不可控整流电路 电容滤波的三相不可控整流电路
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7.2.1 电容滤波的单相不可控整流电路
常用于小功率单相交流输入的场合，如目前大量普及的微 机、电视机等家电产品中 1. 工作原理及波形分析
id VD1 i2 u1 u2 VD2 VD3 iC iR C R 0 i ,u d i ud
有时人为串入进线电抗器以抑制晶闸管的di/dt。
（4） 换相时晶闸管电压出现缺口，产生正的du/dt，可 能使晶闸管误导通，为此必须加吸收电路。
（5） 换相使电网电压出现缺口，成为干扰源。
7.2 电容滤波的不可控整流电路
在交—直—交变频器、不间断电源、开关电源等应用 场合中，大量应用
7.2.1 7.2.2
7.1 变压器漏感对整流电路的影响
换相重叠角 的计算
dik (u b ua ) 2 LB 由上式得： dt 5 6U 2 sin(t ) 6 2 LB
（2-32）
进而得出：
ik
t
5 6
dik 6U 2 5 sin(t ) dt 2X B 6
（2-33）
7.2.1 电容滤波的单相不可控整流电路
将u2代入并求解得：
iC
而负载电流为： 于是
2CU 2 cos( t )
iR u2 R 2U 2 sin(t ) R
（2-39）
（2-40）
2U 2 sin(t ) （2-41） R
id iC iR 2CU 2 cos(t )
T ik a b c R ud LB LB LB ud L ia ib ic VT1 VT2 VT3
ua
ub
uc
O id i c O ia ib ic ia Id
t
t
图2-25 考虑变压器漏感时的三 相半波可控整流电路及波形
返回
7.1 变压器漏感对整流电路的影响
换相重叠角——换相过程持续的时间，用电角度表示
6U 2 6U 2 5 5 sin(t )d(t ) [cos cos(t )] （2-34） 2X B 6 2X B 6
7.1 变压器漏感对整流电路的影响
当 t
Id
5 ik I d ，于是 时， 6
6U 2 [cos cos( )] 2X B
电路形式
U d
cos cos( )
单相 全波
XB
单相全 控桥
2X B
三相 半波
三相全 控桥
3X B Id
2X BId 6U 2
m脉波 整流电路
mX B Id 2
Id X B 2U 2 sin
Id
Id
Id X B 2U 2
2I d X B 2U 2
3X B Id 2
2X BId 6U 2
换相过程中，整流电压ud为同时导通的两个晶闸管所对应的两个相电 压的平均值
ua u b dik dik ud ua LB u b LB dt dt 2
（2-30）
换相压降——与不考虑变压器漏感时相比，ud平均值降低的多少
5 5 di k 1 3 6 6 U d ( u u ) d ( t ) [ u ( u L )]d (t ) 5 5 b d b b B 2 / 3 2 dt 6 6 （2-31） 5 di k 3 6 3 Id 3 L d ( t ) L d i X BId 5 B B k 0 2 dt 2 2 6
（2-35） （2-36）
cos cos( )
2X BId 6U 2
随其它参数变化的规律： （1） Id越大则 越大； （2） XB越大 越大； （3） 当≤90时， 越小 越大。
7.1 变压器漏感对整流电路的影响
变压器漏抗对各种整流电路的影响
表2-2 各种整流电路换相压降和换相重叠角的计算
①
m
②
适用； ②三相桥等效为相电压等于 3U 2的6脉波整流电路，故其m=6，相电压 按 3U 2 代入。
注：①单相全控桥电路中，环流ik是从-Id变为Id。本表所列通用公式不
7.1 变压器漏感对整流电路的影响
变压器漏感对整流电路影响的一些结论
（1） 出现换相重叠角 ，整流输出电压平均值Ud降低。 （2） 整流电路的工作状态增多 （3） 晶闸管的di/dt 减小，有利于晶闸管的安全开通。
第七讲
7.1
整流与有源逆变(三)
变压器漏感对整流电路的影响大功率可控整流电路
7.1 变压器漏感对整流电路的影响
考虑包括变压器漏感在内的交 流侧电感的影响，该漏感可用 一个集中的电感LB表示 以三相半波为例，然后将结论 推广 VT1换相至VT2的过程： 因a、b两相均有漏感，故ia、 ib 均不能突变，于是 VT1 和 VT2 同时导通，相当于将 a 、 b 两相短路，在两相组成的 回路中产生环流 ik 。 ik=ib 是 逐渐增大的，而ia=Id-ik是逐 渐减小的。当 ik增大到等于 Id 时， ia=0 ， VT1 关断 , 换流 过程结束。
ud +
2
t
VD4 a)
b)
图2-26 电容滤波的单相桥式不可控整流电路及其工作波形 a) 电路 b) 波形
返回
7.2.1 电容滤波的单相不可控整流电路
基本工作过程：
在u2正半周过零点至t=0期间，因u2<ud，故二极管均不导通，电 容C向R放电，提供负载所需电流 至 t=0之后，u2将要超过ud，使得VD1和VD4开通，ud=u2，交流 电源向电容充电，同时向负载R供电