《相控相电路》课件

相控整流电路课程目标和学习要点掌握基本理论理解相控整流原理和晶闸管特性分析典型电路单相、三相整流电路工作原理计算关键参数输出电压、功率因数、效率计算掌握设计方法相控整流的基本原理交流电输入提供待整流电源晶闸管控制通过改变触发角控制导通时间整流过程交流转直流，可调节输出电压负载供电向负载提供可控直流电压相控整流的应用领域电机驱动系统电源系统•直流电机调速•可调直流电源•交流电机软启动•不间断电源UPS•伺服控制系统•高压直流输电工业应用•电解电镀•感应加热•电弧炉控制晶闸管的工作原理阻断状态触发导通无触发信号，高阻抗状态栅极正脉冲触发，进入导通状态自然关断维持导通电流低于维持电流或反向偏置电流超过维持电流，无需栅极信号晶闸管的特性曲线正向特性反向特性正向阻断区高阻抗反向阻断区高阻抗正向导通区低阻抗反向击穿区避免进入维持电流最小保持导通电流最大反向电压设计关键参数晶闸管的触发方式光触发温度触发光敏晶闸管光照导通电压过高触发超过结温阈值超过击穿电压自动导通电压触发触发dv/dt栅极正脉冲触发电压变化率过大导通单相半波可控整流电路简单结构半波整流输出可控一个晶闸管，一个交流只利用交流电的正半周通过触发角调节平均输电源，一个负载出电压低功率场合适用于小功率设备控制单相半波可控整流电路的工作原理正半周开始晶闸管处于阻断状态，等待触发栅极触发触发角后施加栅极脉冲，晶闸管导通α供电负载至角期间电源向负载提供能量απ自然关断电流过零时晶闸管自然关断单相半波可控整流电路的波形分析输入电压波形1正弦交流电压触发信号波形2延迟角的窄脉冲α输出电压波形3从到的部分正弦波απ单相半波可控整流电路的性能参数50%最大电压利用率时达到最大值α=

00.45最大功率因数远低于全波整流48%波形因数输出电压波形质量较差121%纹波系数纹波较大单相桥式全控整流电路高性能整流全波整流，电压利用率高四晶闸管结构两两交替导通宽触发角范围°全范围调节0-180单相桥式全控整流电路的工作原理正半周、晶闸管触发导通T1T4负半周、晶闸管触发导通T2T3换流过程上一对晶闸管关断，下一对开始导通循环运行两对晶闸管交替工作单相桥式全控整流电路的波形分析单相桥式全控整流电路的性能参数单相桥式半控整流电路混合结构触发特点应用优势•两个晶闸管正半周控制成本比全控低•••两个二极管•负半周自动整流•控制比单相半波好平衡性能和成本•控制范围°•适合中小功率场合•0-90单相桥式半控整流电路的工作原理正半周开始负半周开始晶闸管阻断，二极管阻断阻断，阻断T1D3T2D41234触发导通触发导通T1T2触发角后，导通，自动导通触发角后，导通，自动导通αT1D3αT2D4单相桥式半控整流电路的波形分析单相桥式半控整流电路的性能参数电压利用率功率因数纹波系数比半波整流高，低于全桥介于半波与全桥之间较全控整流略高三相半波可控整流电路基本结构输出特点主要应用三个晶闸管连接三相电比单相纹波小，输出电中功率工业控制设备源压高三相半波可控整流电路的工作原理相序轮换三相电压依次轮换最高值顺序触发对应相电压最高时触发晶闸管导通传递电流从一相向下一相转移三相半波可控整流电路的波形分析输入波形输出波形三相交流电，相位差°三个脉冲合成120每相导通°纹波频率为1203f频率为基波频率最高电压为线电压峰值可通过角调节平均值α三相半波可控整流电路的性能参数82%

0.67电压利用率功率因数高于单相整流时最大值α=018%纹波系数远低于单相整流三相桥式全控整流电路高性能工业整流最佳整流性能方案六脉波整流器2六个晶闸管完整桥路广泛工业应用3大功率电力电子系统首选三相桥式全控整流电路的工作原理六步导通两晶闸管同时导通1六个晶闸管按序触发上下桥臂各一个2°重叠导通°导通模式604120相邻晶闸管有°重叠3每个晶闸管导通°60120三相桥式全控整流电路的波形分析导通V1V V1V V3V V3V V2V V2V器件2V33V21V22V13V11V3正极T1T1T3T3T5T5组负极T6T2T2T4T4T6组输出V1-V2V1-V3V3-V3-V1V2-V1V2-电压V2V3三相桥式全控整流电路的性能参数三相桥式半控整流电路混合结构控制特点•三个晶闸管•正半桥可控•三个二极管•负半桥固定成本与性能平衡•控制范围受限•主要应用•电机控制•电解工业•中功率场合三相桥式半控整流电路的工作原理正极组触发三个晶闸管按序触发电流传导电流流过负载负极组自动导通对应二极管自动导通循环运行相序循环，形成六步整流三相桥式半控整流电路的波形分析输入波形触发脉冲输出电压三相电源，°相位差三个晶闸管依次触发六脉波整流，可调节平均值120三相桥式半控整流电路的性能参数相控整流电路的控制角和导通角控制角导通角αβ从过零点到触发点的角度晶闸管的导通时间角度决定平均输出电压°（单相）β=180-α单相范围°°（三相半波）0-180β=120-α三相范围°关系导通周期0-150α+β=相控整流电路的输出电压计算单相半波Vdc=Vm/2π1+cosα单相全波Vdc=2Vm/π1+cosα三相半波Vdc=3Vm/2π1+cosα三相全波Vdc=3√3Vm/πcosα相控整流电路的功率因数定义与控制角关系1有功功率视在功率随角增大而降低PF=/PFα改善方法谐波影响无源滤波、有源补偿谐波增加降低功率因数相控整流电路的谐波分析相控整流电路的电压利用率45%70%单相半波单相全波最低电压利用率中等电压利用率82%95%三相半波三相全波较高电压利用率最高电压利用率相控整流电路的效率分析相控整流电路的电流波形因数波形因数定义电流有效值电流平均值FF=/计算方法需积分计算不同电流波形与控制角关系角增大，波形因数通常增大α工程意义影响电流载流量与发热相控整流电路的电压波形因数电压波形因数定义1电压有效值与平均值之比波形因数与电路类型2单相半波单相全波三相波形因数与角关系α3角增大，波形因数增大α波形因数改善方法4增加脉波数，添加滤波电路阻性负载下的相控整流特性即时响应电压电流同相位波形特点电流跟随电压变化平均输出随角增大线性减小α感性负载下的相控整流特性电流延迟续流角控制特点电流滞后于电压关断延迟角度控制范围受限电流连续性增强与负载电感成正比需考虑电感储能形成续流现象增大有效导通角需防止电感反电动势电动势负载下的相控整流特性反电动势作用1阻碍整流器电流最小触发角要求2需大于临界角度才能导通应用场景3直流电机控制，电池充电相控整流电路的续流现象感性能量储存电源反向电感存储能量电源电压变为负值能量释放续流路径形成电感能量逐渐释放电流通过续流二极管相控整流电路的断续电流模式产生条件电流特征影响小电感，低电流，大角出现零电流间隔增加纹波，引起转矩脉动α相控整流电路的连续电流模式稳定运行电流无零值区间大电感负载电感平滑电流波形高电流应用3重载工业应用首选相控整流电路的临界电流临界电流定义计算方法•连续断续模式分界点•临界电感法/•与负载参数相关•临界电阻法•与控制角相关•临界电流法工程意义•设计边界条件•优化控制策略•保证系统稳定性相控整流电路的触发电路设计同步电路与交流电压同步延时电路产生可控延时脉冲产生生成窄高能脉冲驱动隔离4电隔离保护控制电路相控整流电路的保护电路设计过压保护过流保护压敏电阻，二极管熔断器，电流继电器TVS1过热保护保护dv/dt温度传感器，散热控制缓冲电路RC相控整流电路的散热设计热阻计算强制风冷液冷系统结壳散热器环境热风扇增强散热能力大功率系统散热方案---阻链温度监测实时监控防止过热相控整流电路的设计考虑EMC电磁干扰类型传导干扰，辐射干扰滤波设计滤波器，共模抑制EMI屏蔽措施屏蔽外壳，磁屏蔽接地技术多点接地，单点接地相控整流电路在电机控制中的应用直流电机调速四象限驱动交流电机软启动通过控制角调节电压实现正反转和制动减小启动电流冲击相控整流电路在电源系统中的应用可调直流电源精确控制输出电压高压直流输电远距离电力传输不间断电源交直流转换环节蓄电池充电器控制充电电流和电压相控整流电路在电解电镀中的应用精确电流控制调节电解电流大小反向脉冲功能改善电镀质量稳定电压输出确保电镀均匀性能量回馈提高系统能效相控整流电路在感应加热中的应用电源部分逆变部分相控整流提供可控直流将直流转换为高频交流电压调节适应不同负载驱动感应线圈高功率因数设计频率控制加热特性相控整流电路的仿真技术相控整流电路的实验测试方法波形观测示波器测量关键波形参数测量2万用表，功率分析仪热性能测试红外热像仪，温度传感器相控整流电路的故障诊断常见故障诊断方法预防措施•晶闸管击穿波形分析•定期维护••触发失效•阻值测量•冗余设计•散热不良•热成像检测•在线监测•保护电路失效•驱动信号检查•老化测试相控整流技术的发展趋势数字化控制基于和的精确控制1DSP FPGA新型器件应用

2、、代替传统晶闸管IGBT SiCGaN智能化系统故障诊断，自适应控制课程总结和重点回顾基础理论晶闸管特性，触发方式，控制原理电路分析2单相、三相，全控、半控电路分析性能计算3输出电压，功率因数，波形因数工程应用电机控制，电源系统，工业应用相关习题和讨论计算题1整流电路输出电压和功率计算分析题2波形分析，工作模式判断设计题3根据要求设计整流电路讨论题4实际应用中的问题与解决方案。