電力電子技術(shù)

楊晗 郭銳* 沈陽(yáng)工學(xué)院 信息與控制學(xué)院

1 前言

單相橋式全控整流電路是最基本的將交流轉(zhuǎn)換為直流的電路，其效率高原理及結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單在單相整流電路中應(yīng)用最多。

本文以單相，三相橋式全控整流電路為研究對(duì)象，介紹了單（三）相橋式全控整流電路的工作原理，從總電路出發(fā)選擇適當(dāng)?shù)木чl管觸發(fā)電路，并設(shè)計(jì)保護(hù)電路使電路安全有效的運(yùn)行，最終達(dá)到整流目的。并對(duì)MATLAB中電力電子仿真所需要的電力系統(tǒng)模塊做了簡(jiǎn)要的說(shuō)明，在此基礎(chǔ)上運(yùn)用MATLAB軟件中Simulink模塊對(duì)主電路的仿真進(jìn)行了設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)單相橋式全控整流電路的仿真，并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析。

2 單相半波整流電路工作原理

在電源電壓正半周，晶閘管承受正向電壓，在ct=a處觸發(fā)晶閘管，晶閘管開始導(dǎo)通; 負(fù)載上的電壓等于變壓器輸出電壓U2。在ot=t時(shí)刻，電源電壓過(guò)零，晶閘管電流小于維持電流而關(guān)斷，負(fù)載電流為零。在電源電壓負(fù)半周，u.<0,晶閘管承受反向電壓而處于關(guān)斷狀態(tài)，負(fù)載電流為零，負(fù)載上沒(méi)有輸出電壓，直到電源

電壓UZ的下一周期，直流輸出電壓ua和負(fù)載電流i的波形相位相同。通過(guò)改變觸發(fā)角a的大小，直流輸出電壓ua的波形發(fā)生變化，負(fù)載上的輸出電壓平均值發(fā)生變化，顯然a=180時(shí)，Ug=0。由于晶閘管只在電源電壓正半波內(nèi)導(dǎo)通，輸出電壓ug為極性不變但瞬時(shí)值變化的脈動(dòng)直流，故稱“半波”整流。

2.1 單相橋式全控整流電路

橋式整流是對(duì)二極管半波整流的一種改進(jìn)。半波整流利用二極管單向?qū)ㄌ匦?，在輸入為?biāo)準(zhǔn)正弦波的情況下，輸出獲得正弦波的正半部分，負(fù)半部分則損失掉。橋式整流器利用四個(gè)二極管，兩兩對(duì)接。輸入正弦波的正半部分是兩只管導(dǎo)通，得到正的輸出；輸入正弦波的負(fù)半部分時(shí)，另兩只管導(dǎo)通，由于這兩只管是反接的，所以輸出還是得到正弦波的正半部分。橋式整流器對(duì)輸入正弦波的利用效率比半波整流高一倍。橋式整流是交流電轉(zhuǎn)換成直流電的第一個(gè)步驟。

橋式整流器是由多只整流二極管作橋式連接，外用絕緣塑料封裝而成，大功率橋式整流器在絕緣層外添加金屬殼包封，增強(qiáng)散熱。橋式整流器品種多，性能優(yōu)良，整流效率高，穩(wěn)定性好，最大整流電流從0.5A到50A，最高反向峰值電壓從50V到1000V

2.2 單相橋式全控整流電路工作原理

當(dāng)整流電壓的瞬時(shí)值du小于反電勢(shì)E 時(shí)，晶閘管承受反壓而關(guān)斷，這使得晶閘管導(dǎo)通角減小。晶閘管導(dǎo)通時(shí)，ud=u2，晶閘管關(guān)斷時(shí)，ud=E。與電阻負(fù)載相比晶閘管提前了電角度δ停止導(dǎo)電，δ稱作停止導(dǎo)電角。

若α<δ時(shí)，觸發(fā)脈沖到來(lái)時(shí)，晶閘管承受負(fù)電壓，不可能導(dǎo)通。為了使晶閘管可靠導(dǎo)通，要求觸發(fā)脈沖有足夠的寬度，保證當(dāng)晶閘管開始承受正電壓時(shí)，觸發(fā)脈沖仍然存在。這樣，相當(dāng)于觸發(fā)角被推遲，即α=δ。

3 三相半波可控整流電路工作原理

在ωt1-ωt2區(qū)間，有Uu＞Uv，Uu＞Uw，U相電壓最高，VT1承受正向電壓，在ωt1時(shí)刻觸發(fā)VT1導(dǎo)通，導(dǎo)通角θ=120°，輸出電壓Ud=Uu。其他兩個(gè)晶閘管承受反向電壓而不能導(dǎo)通。VT1通過(guò)的電流It1與變壓器二次側(cè)u相電流波形相同，大小相等，可在負(fù)載電阻R兩端測(cè)試。

在ωt2-ωt3區(qū)間，有Uv＞Uu，V相電壓最高，VT2承受正向電壓，在ωt2時(shí) 刻觸發(fā)VT2導(dǎo)通，Ud=Uv。VT1兩端電壓Ut1=Uu-Uv=Uuv＜0，晶閘管VT1承受反向電壓關(guān)斷。

在ωt3-ωt4區(qū)間，有Uw＞Uv，W相電壓最高，VT3承受正向電壓，在ωt3時(shí)刻觸發(fā)VT3導(dǎo)通，Ud=Uw。VT2兩端電壓Ut2=Uv-Uw=Uvw＜0，晶閘管 VT2承受反向電壓關(guān)斷。在VT3導(dǎo)通期間VT1兩端電壓Ut1=Uu-Uw=Uuw＜0。這樣在一個(gè)周期內(nèi)，VT1只導(dǎo)通120°，在其余240°時(shí)間承受反向電 壓而處于關(guān)斷狀態(tài)。

3.1 三相半波可控整流電路原理圖

圖3.1 三相半波可控整流電路原理圖

3.2 三相有源逆變電路工作原理

當(dāng)ɑ>90°時(shí)Id的方向如圖4.1所示，Em的極性與晶閘管的導(dǎo)通方向一致，且│Em│>│Ud│，此時(shí)的Ud極性為負(fù)，電流由直流側(cè)送到交流側(cè)，電網(wǎng)吸收功率，實(shí)現(xiàn)逆變 .

[1]王楠，沈倪勇，莫正康，電力電子應(yīng)用技術(shù)【M】.4版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014.

[2]浣喜明，耀為正.電力電子技術(shù)【M】.3版.北京：高等教育出版社，2011.