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demo3_6_1带平衡电抗器的双反星型可控整流电路
常用的大功率可控整流电路主要分为两种:带平衡电抗器的双反星形可控整流电路和多重化整流电路。前者适用于低电压、大电流的场合,后者在在采用相同器件时可达到更大的功率,可减少交流侧输入电流的谐波或提高功率因数,从而减小对供电电网的干扰。
带平衡电抗器的双反星形可控整流电路二次侧为两组匝数相同极性相反的绕阻,分别接成两组三相半波电路。二次侧两绕组的极性相反可消除铁芯的直流磁化,虽然两组相电流的瞬时值不同,但是平均电流相等而绕组的极性相反,所以直流安匝互相抵消。平衡电抗器保证两组三相半波整流电路能同时导电,与三相桥式电路相比,双反星形电路的输出电流可大一倍。
接平衡电抗器的原因:
1.两个直流电源并联运行时,只有当电压平均值和瞬时值均相等时,才能使负载均流,在双反星形电路中,两组整流电压平均值相等,但瞬时值不等。
2.两个星形的中点n1 和n2 间的电压等于ud1 和ud2 之差,该电压加在Lp 上,产生电流ip ,它通过两组星形自成回路,不流到负载中去,称为环流或平衡电流。
3.为了使两组电流尽可能平均分配,一般使Lp值足够大,以便限制环流在负载额定电流的1%~2%以内。
4.双反星形电路中如不接平衡电抗器,即成为六相半波整流电路。
5.六相半波整流电路中,只能有一个晶闸管导电,其余五管均阻断,每管最大导通角为60°,平均电流为Id /6;当α=0时,Ud 为1.35U2 ,比三相半波时的1.17U2 略大些;因晶闸管导电时间短,变压器利用率低,极少采用。
平衡电抗器Lp 承担了n1 、n2 间的电位差,它补偿了ub ' 和ua 的电动势差,使得ub '和ua 两相的晶闸管能同时导电。
ωt1 时,ub '>ua ,VT6 导通,此电流在流经LP 时,LP 上要感应一电动势up ,其方向是要阻止电流增大。可导出Lp 两端电压、整流输出电压的数学表达式如下:
虽然ud1 <ud2 ,但由于Lp 的平衡作用,使得晶闸管VT6 和VT1 同时导通。
时间推迟至ub '与ua 的交点时,ub ' =ua ,up =0。之后ub '<ua ,则流经b'相的电流要减小,但Lp 有阻止此电流减小的作用,up 的极性反向,Lp 仍起平衡的作用,使VT6 继续导电。直到uc '> ub ',电流才从VT6 换至VT2 ,此时VT1 、VT2 同时导电。每一组中的每一个晶闸管仍按三相半波的导电规律而各轮流导电。平衡电抗器中点作为整流电压输出的负端,其输出的整流电压瞬时值为两组三相半波整流电压瞬时值的平均 值。
将ud1 和ud2 的波形用傅氏级数展开,可得当α=0°时的ud1 、ud2 ,即
负载电压ud 中的谐波分量比直流分量要小得多,而且最低次谐波为六次谐波。直流平均电压为Ud0=1.17U2
α=30°、α=60°和α=90°时输出电压的波形如上图
当需要分析各种控制角时的输出波形时,可先求出两组三相半波电路的ud1 和ud2 波形,然后做出波形(ud1 +ud2 )/2。
输出电压波形与三相半波电路比较,脉动程度减小了,脉动频率加大一倍,f=300Hz。
在电感负载情况下,移相范围是90°。
在电阻负载情况下,移相范围为120°。α=0°仿真结果如下
将双反星形电路与三相桥式电路进行比较可得出以下结论:
1.三相桥为两组三相半波串联,而双反星形为两组三相半波并联,且后者需用平衡电抗器。
2.当U2相等时,双反星形的Ud是三相桥的1/2,而Id是单相桥的2倍。
两种电路中,晶闸管的导通及触发脉冲的分配关系一样,ud和id的波形形状一样。
demo3_6_2移相多重化整流电路(12脉动整流)
可采用多重化整流电路减轻整流装置所产生的谐波、无功功率等对电网的干扰,将几个整流电路多重联结可以减少交流侧输入电流谐波,而对晶闸管多重整流电路采用顺序控制的方法可提高功率因数。
并联多重联结和串联多重联结,可减少输入电流谐波,减小输出电压中的谐波并提高纹波频率,因而可减小平波电抗器。使用平衡电抗器来平衡2组整流器的电流。
移相30°构成的串联2重联结电路,整流变压器二次绕组分别采用星形和三角形接法构成相位相差30°、大小相等的两组电压,接到相互串联的2组整流桥。因绕组接法不同,变压器一次绕组和两组二次绕组的匝比如图所示,为1:1:1.732。该电路为12脉波整流电路。
仿真结果如下