電力電子技術中的整流電路

admin @ 2014-03-15 , reply:0

一、電力電子技術的應用

      電力電子技術是一門新興技術,它是由電力學、電子學和控制理論三個學科交叉而成的,在電氣自動化專業中已成為一門專業基礎性強且與生產緊密聯繫的不可缺少的專業基礎課。本課程體現了弱電對強電的控制,又具有很強的實踐性。能夠理論聯繫實際,在培養自動化專業人才中佔有重要地位。它包括了晶閘管的結構和分類、晶閘管的過電壓和過電流保護方法、可控整流電路、晶閘管有源逆變電路、晶閘管無源逆變電路、PWM控制技術、交流調壓、直流斬波以及變頻電路的工作原理。

      在電力電子技術中,可控整流電路是非常重要的章節,整流電路是將交流電變為直流電的電路,其應用非常廣泛。工業中大量應用的各種直流電動機的調速均採用電力電子裝置;電氣化鐵道(電氣機車、磁懸浮列車等)、電動汽車、飛機、船舶、電梯等交通運輸工具中也廣泛採用整流電力電子技術;各種電子裝置如通信設備中的程式控制交換機所用的直流電源、大型計算機所需的工作電源、微型計算機內部的電源都可以利用整流電路構成的直流電源供電,可以說有電源的地方就有電力電子技術的設備。

二、電力電子技術課程中的整流電路

      整流電路按組成的器件不同,可分為不可控、半控與全控三種,利用晶閘管半導體器件構成的主要有半控和全控整流電路;按電路接線方式可分為橋式和零式整流電路;按交流輸入相數又可分為單相、多相(主要是三相)整流電路。

      根據學生學習接受知識的規律,將知識點完整、準確、簡明的表述出來、將原理知識儘可能簡單化、通俗化、直觀化,筆者在教學中進行了探討和研究,依照整流電路三種形式的電路特性,負載形式,將主要的參數計算及主要特點分別製作成單相整流電路歸納表(見表1)和三相整流電路歸納表(見表2)。

      表中,α——整流電路控制角,UFM、UKM——晶閘管承受最大正反向電壓,U2——變壓器付邊電壓有效值,U4——輸出電壓均值,I4——輸出電流均位,IT——晶閘管電流仃效值,Cosθ——電路輸輸出功率因數。

三、電力電子技術中整流電路的總結歸納

      通過歸納表,可以讓學生通過對比的學習方法,掌握整流電路以下幾個方面的內容:

      (一)各種電路對脈衝的安排要求

      這是最重要的一點,因為一個整流電路能否正常工作,其脈衝安排是否正確尤為重要。對於單相電路按一周期360°,如電路為半波即由一個晶閘管構成,隔360°發一個脈衝;如電路為半控橋時,即由兩個晶閘管和兩個二極體構成,隔180°(360°÷2=180°)發一個脈衝;電路為全控橋時,由四個晶閘管組成,分兩組工作,與半控橋一樣,隔180°發一次脈衝(注意此處“一次”是指同時給兩個晶閘管發脈衝);而對於三相整流電路,其供電相數為單相的3倍,所以脈衝安排為單相的1/3倍,如三相半波是隔120°(360°÷3=120)發一個脈衝;三相全控橋是由6個晶閘管組成,輪流導通,需保證同一時間兩個晶閘管一起導通,所以隔60°(360°÷6=60°)發一次脈衝,同時發給兩個晶閘管。

      表中,α——整流電路控制角,UFM、UKM——晶體管承受最大正反向電壓,U2——變壓器付邊電壓有效值,I2——變壓器付邊電流有效值,Ud——輸出電壓平均值,Id——輸出電流平均值。IT——晶體管電流有效值,θ——晶體管的導通角。

     (二)整流電路輸出電壓平均值的計算

      整流電路輸出電壓是指電路輸出的平均電壓,該參數反映了電路輸出的大小,通常我們是以此選擇整流電路,因此是一個很重要的參數。要讓學生記住輸出整流電壓的計算公式,從表中可發現,對於單相整流電路無論是電阻性負載還是電感性負載,其輸出電壓均可表示為Ud=AU2(1+Cosα)/2,其中A為係數,若是單相半波,A=0.45,若是單相橋式,A=0.9(為半波的兩倍),只有單相全控橋電感性負載是特殊情況,其輸出電壓為Ud=0.9u2Cosα。同樣對於三相整流電路,在Ud波形連續(Ud波形連續是指在一個周期內均有整流電壓輸出,未出現Ud=0)時,輸出電壓Ud=AU2Cosα。A為係數,當電路為半波時,A=1.17,當電路為全控橋時,A=2.34(為半波的兩倍),只有三相半控橋是特殊情況,其輸出電壓為Ud=2.34U2(1+Cosα)/2。

      (三)整流電路輸出電流平均值的計算

      無論是單相還是三相,無論是電阻性負載還是電感性負載,整流電路輸出電流均為
Id=Ud/Rd(Rd為負載中的電阻值)。

      (四)晶閘管承受最大正反向電壓的計算

      該參數是選擇晶閘管的一個重要參數,從表中可見,對單相整流電路,晶閘管承受最大電壓為電源相電壓峰值即√2U2,而對三相電路,晶閘管承受最大電壓為電源線電壓峰值即√6U2:(因為是三相,線電壓與相電壓相差了√3倍)。

      (五)輸出電壓Ud波形連續與否

      從表1中可見,對於單相整流電路當晶閘管的控制角α>0°時,ud的波形就不連續,只有單相全控橋電感性負載,α>90°時,ud的波形不連續。同樣從表2可見,對於三相整流電路,三相半波電路是以α=30°。作為輸出電壓波形連續與否的分界點;而三相橋式整流電路(包括半控橋和全控橋)均是以α=60°作為輸出電壓波形連續與否的分界點。
從表中還可找出其它參數的計算規律,因篇幅有限,在這就不一一列舉。

四、結語

      通過這組單相、三相整流電路的歸納表,可幫助學生較快地掌握各種整流電路的結構、電路特點、不同負載時的有關計算公式,為更好地掌握電力電子技術基礎理論知識提供了很好的幫助。

參考文獻:

[1]趙殿甲.可控硅電路[M].北京:冶金工業出版社.1980.

[2]王兆安.電力電子技術(第4版)[M].北京:機械工業出版社。2006.

[3]劉雨棣.電力電子技術及應用[M].西安:西安電子科技大學出版社,2006.

[4]金海明.電力電子技術[M].北京:北京郵電大學出版社,2006.




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