整流变压器原书第2部分.docVIP

置叠现象 前面我们研究了理想整流电路的工作原理。在理想条件下，换相是瞬时完成的。但在实际上，由于变压器绕组电抗的存在，换相不可能瞬时完成，而是前一个整流臂慢慢减流，后一个整流臂慢慢增流，出现二个整流臂同时工作的现象，这种现象叫做重叠现象。 2.3.1 重叠原理 图2.2-10表示二个整流臂重叠工作时的原理结线图，电压相量图和电压电流波形图。 图2.2-10 二个整流臂重叠工作时的原理结线图、电压相量图和电压电流波形图 a)原理结线图 b)电压相量图 c)电压波形图 d)电感负载时的电流波形图 参见图2.2-10c，在瞬时M，即在换相点，在不考虑绕组电抗的情况下，由于整流器VDa1向VDa2的换相过程是瞬时完成的，所以VDa1立即关闭，工作电流ia1立即降为零，而VDa2立即导通，工作电流ia2立即升至正常值。但是，实际上由于绕组电抗的存在，换相过程并不是瞬时完成的，VDa1并没有立即关闭，工作电流也没有立即降为零，VDa2的工作电流也没有立即升至正常值。在整个换相过程中，VDa1的电流逐渐减小，VDa2的电流逐渐增大，出现了二个整流臂并联工作的现象，这是因为在这种情况下，第一支路电流ia1逐渐减小，它在绕组电抗x上所产生的电压ex1力图阻止电流ia1的减小，即ex1与ea1的方向相同，使施加在VDa1阳极上的电压增加至er；另一方面，第二支路电流ia2逐渐增加，它在绕组电抗x上所产生的电压ex2力图阻止电流ia2的增加，即ex2与ea2的方向相反，使施加在VDa2阳极上的电压降至er，致使这二个整流臂阳极具有相同的电位，从而可以并联工作。 图2.2-10b表示换相过程中的电压相量图。 重叠现象的工作原理与双反星形带平衡电抗器整流电路的工作原理基本相同，绕组电抗的作用与平衡电抗器的作用基本相同。 2.3.2 重叠电流及重叠角 在重叠期间，即在换相过程中，整流臂VDa1和VDa2是并联工作的，那么这二个整流臂的电流在重叠期间是怎样变化的呢？重叠期间是多少电角度呢？为了解决上述问题，我们首先写出这二个支路的电压方程 而 式中 U2 —— 绕组电压； q —— 换相次数； Id —— 整流电流； g —— 并联换相组数。 由上列方程式可以得出 解上列微分方程式，得出 当t=0时，ia1=Id/g，从而得出 最后得出 由上二式可以看出，在重叠期间，第1分支电流逐渐减小，第2分支电流逐渐增大。图2.2-10d表示电流波形图。 当ia1=0时，重叠现象结束，重叠角γ=ωt，此时 从而求出重叠角 由上式可以看出，重叠角γ随绕组电抗的增大而增大。 分支电流与重叠角的关系 2.3.3 绕组电抗压降及重叠电压 在重叠期间，电流ia1在绕组电抗x上所产生的电抗压降瞬时值 负号表示它是电压升。 电流ia2在绕组电抗x上所产生的电抗压降瞬时值 这二个电压降总是大小相等方向相反的，如图2.2-10c所示。 在重叠期间，这二个支路整流臂阳极电压瞬时值 上式表明，在重叠期间，加在二个整流臂阳极上的电压是完全相等的。 2.3.4 重叠角对整流电压平均值和整流臂电流有效值的影响 图2.2-10c中的粗实线表示整流电压波形。 在一个周期内，重叠电压的平均值 整流电压平均值 由上式可以看出，由于重叠现象的存在，整流电压平均值比理想情况了小些。 电流ia1的瞬时值为 在点l～2之间 在点2～3之间 在点3～4之间 所以整流臂电流的有效值 由上式可以看出，由于重叠现象的存在，整流臂电流有效值比理想情况下小些，二者之比为。 由此可以得出，由于重叠现象的存在，一、二次绕组电流的有效值也要比理想情况下小些。 2.4 相控原理 在整流电路的阀侧直接控制硅整流元件导通的相位角度，可以平滑地调节整流电压平均值，这种调压方式称为相控调压。相控调压有二种方式，一是采用晶闸管，二是采用自饱和电抗器。下面分别阐述这二种相控调压方式的工作原理。 2.4.1 晶闸管相控调压 晶闸管整流元件除了阳极和阴极之外，还有一个控制极。它除了具有反向阻断能力之外，还有正向阻断能力。它的导通条件，除了阳极电位高于阴极电位之外，还需在控制极上施加触发脉冲电压。在控制极上施加触发电压的瞬时滞后于硅二极管本应导通瞬时的相位角度，称为相控角。 图2.2-11表示采用相控调压的整流电压波形图。 图2.2-11 采用相控调压的整流电压波形图 a) 电阻性和电感性负载α(π/2-π/q) b) 电感性负载(π/2-π/q)α(π/2+π/q) c) 电阻性负载(π/2-π/q)α(π/2+π/q) 参见图2.2-11a，采用硅二极管时，某一整流元件VD1工作至M点后，另一整流元件VD2即开始工作，但采用晶闸管整流元件时，整流元件VD1将一直工作到N点