毕业设计 矿用变频电源分析与设计(5)

2019-03-21 17:10

单相全控桥中,每个导电回路中有2个晶闸管,为了对每个导电回路进行控制,只需1个晶闸管就可以了,另1个晶闸管可以用二极管代替,从而简化整个电路。如此即成为单相桥式半控整流电路(先不考虑VDR)。

半控电路与全控电路在电阻负载时的工作情况相同,单相半控桥带阻感负载的情况,

假设负载中电感很大,且电路已工作于稳态。

在u2正半周,触发角a处给晶闸管VT1加触发脉冲,u2经VT1和VD4向负载供电u2过零变负时,因电感作用使电流连续,VT1继续导通。但因a点电位低于b点电位,使得电流从VD4转移至VD2,VD4关断,电流不再流经变压器二次绕组,而是由VT1和VD2续流在u2负半周触发角a时刻触发VT3,VT3导通,则向VT1加反压使之关断,u2经VT3和VD2向负载供电。u2过零变正时,VD4导通,VD2关断。VT3和VD4续流,ud又为零续流二极管的作用。

若无续流二极管,则当a突然增大至180°或触发脉冲丢失时,会发生一个晶闸管持续导通而两个二极管轮流导通的情况,这使ud成为正弦半波,即半周期ud为正弦,另外半周期ud为零,其平均值保持恒定,称为失控。

有续流二极管VDR时,续流过程由VDR完成,晶闸管关断,避免了某一个晶闸管持续导通从而导致失控的现象。同时,续流期间导电回路中只有一个管压降,有利于降低损耗

单相桥式半控整流电路的另一种接法相当于把图2-4a中的VT3和VT4换为二极管VD3和VD4,这样可以省去续流二极管VDR,续流由VD3和VD4来实现。

图2-11 单相桥式半控整流电路的另一接法

2.1.4.三相可控整流电路

(1)三相半波可控整流电路

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a 电阻负载 电路的特点:

变压器二次侧接成星形得到零线,而一次侧接成三角形避免3次谐波流入电网三个晶闸管分别接a、b、c三相电源,其阴极连接在一起——共阴极接a =0°时的工作原理分析假设将电路中的晶闸管换作二极管,成为三相半波不可控整流电路。此时,相电压最大的一个所对应的二极管导通,并使另两相的二极管承受反压关断,输出整流电压即为该相的相电压一周期中,在t1~wt2期间,VD1导通,ud=ua在wt2~wt3期间, VD2导通,ud=ub在wt3~ wt4期间,VD3导通,ud=uc二极管换相时刻为自然换相点,是各相晶闸管能触发导通的最早时刻,将其作为计算各晶闸管触发角a的起点,即a =0°变压器二次侧a相绕组和晶闸管VT1的电流波形,变压器二次绕组电流有直流分量晶闸管的电压波形.

b 阻感负载

特点:阻感负载,L值很大,id波形基本平直: a≤30°时:整流电压波形与电阻负载时相同;

a >30°时(如a=60°时的波形如图2-16所示)u2过零时,VT1不关断,直到VT2的脉冲到来,才换流,由VT2导通向负载供电,同时向VT1施加反压使其关断——ud波形中出现负的部分阻感负载时的移相范围为90°。

(2)三相桥式全控整流电路的工作情况 2.1.5.三相桥式全控整流电路

a 带电阻负载时的工作情况 b 阻感负载时的工作情况

三相桥式全控整流电路的特点:

(1)2管同时通形成供电回路,其中共阴极组和共阳极组各1,且不能为同1相器件。

(2)对触发脉冲的要求:

(3)ud一周期脉动6次,每次脉动的波形都一样,故该电路为6脉波整流电路。

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(4)需保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲可采用两种方法:一种是宽脉冲触发另一种方法是双脉冲触发(常用)。

(5)晶闸管承受的电压波形与三相半波时相同,晶闸管承受最大正、反向电压的关系也相同 a=30°时的工作情况从wt1开始把一周期等分为6段,ud波形仍由6段线电压构成,每一段导通晶闸管的编号等仍符合表2-1的规律区别在于:晶闸管起始导通时刻推迟了30°,组成ud的每一段线电压因此推迟30°变压器二次侧电流ia波形的特点:在VT1处于通态的120°期间,ia为正,ia波形的形状与同时段的ud波形相同,在VT4处于通态的120°期间,ia波形的形状也与同时段的ud波形相同,但为负值。a=60°时工作情况ud波形中每段线电压的波形继续后移,ud平均值继续降低。a=60°时ud出现为零的点。

2.1.6.变压器漏抗对整流电路的影响

变压器漏抗对各种整流电路的影响:

①单相全控桥电路中,XB在一周期的两次换相中都起作用,等效为m=4; ②三相桥等效为相电压等于 的6脉波整流电路,故其m=6,相电压按代入变压器漏感对整流电路影响的一些结论。

出现换相重叠角γ,整流输出电压平均值Ud降低。 整流电路的工作状态增多

晶闸管的di/dt减小,有利于晶闸管的安全开通。有时人为串入进线电抗器以抑制晶闸管的di/dt。

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。

换相使电网电压出现缺口,成为干扰源。

2.2. 逆变电路基础

变频器直流侧电压为 Udc,其输出的相电压有+Vdc/2、-Vdc/2 和 0 三种电平,这种电路就是三电平逆变电路,图 1.1 所示就是二极管箝位型三电平逆变器主电路结构图。逆变器每个桥臂由两个 IGBT 串联和两个续流二极管反并联而成;其中每两个 IGBT 中点通过箝位二极管与直流侧两个电容中点连接,并要求直流侧的两个电容 C1=C2。

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三电平电路与传统的两电平电路相比较优点有以下优点:

①用两个 IGBT 串联使得每个开关器件承受的电压值为原来电压的一半,并降低了开关频率;

② dv/dt 比传统的两电平降低一半,di /dt 也得到了减小并降低了电机的绝缘性能要求;

③输出由两电平变到三电平使电压变化减小和电流脉动减小。

2.3. 滤波电路基础

(1) 滤波的基本概念

滤波电路利用电抗性元件对交、直流阻抗的不同,实现滤波。电容器C对直流开路,对交流阻抗小,所以C应该并联在负载两端。电感器L对直流阻抗小,对交流阻抗大,因此L 应与负载串联。经过滤波电路后,既可保留直流分量、又可滤掉一部分交流分量,改变了交直流成分的比例,减小了电路的脉动系数,改善了直流电压的质量。

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(2) 电容滤波电路

现以单相桥式电容滤波整流电路为例来说明。电容滤波电路如图,在负载电阻上并联了一个滤波电容C。

电容滤波电路

1. 滤波原理

电路处于正半周,二极管D1、D3导通,变压器次端电压v2给电容器C充电。此时C相当于并联在v2上,所以输出波形同v2 ,是正弦形。

电容滤波波形图

在刚过90°时,正弦曲线下降的速率很慢。所以刚过90°时二极管仍然导通。在超过90°后的某个点,正弦曲线下降的速率越来越快,当刚超过指数曲线起始放电速率时,二极管关断。 所以,在t1到t2时刻,二极管导电,C充电,vC=vL按正弦规律变化;t2到t3时刻二极管关断,vC=vL按指数曲线下降,放电时间常数为RLC。电容滤波过程见图。 需要指出的是,当放电时间常数RLC增加时,t1点要右移, t2点要左移,二极管关断时间加长,导通角减小,见曲线3;

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