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1、电力电子技术学习指导书 西南科技大学网络教育系列指导书 电力电子技术课程学习指导书(配套教材：机械工业出版社电力电子技术)李丽 编西南科技大学网络教育学院二五年六月西南科技大学网络教育学院版权所有 http:/ 电力电子技术课程学习指导前言部分一、课程教学目的和课程性质电力电子技术是自动化专业的一门应用性较强的专业基础课，是必修课。本课程的任务是使学生获得电力电子器件的必要知识，掌握由这些器件组成的各种可控整流和逆变电路，以及将其用于电力拖动、变频和逆变等电力控制的技能。通过对若干交变电路的工作原理、电磁现象、运行特点的分析与介绍，使学生掌握常用电力电子变流电路的设计、计算、控制及实验方法，熟
2、悉变流装置的技术指标以及为这些指标所采取的新途径、新方法。二、课程的基本内容与要求1、电力电子器件 掌握不可控、半控、全控电力电子元器件的工作原理及额定电压和额定电流两个重要参数。熟悉电力电子器件的驱动、保护以及其串并联使用。 2、整流电路 掌握可控整流的基本概念和结合各种负载全面分析整流电路的各种特性、波形的方法，这是各种可控整流电路的基础。熟练掌握单相半波、单相桥式以及三相半波、三相桥式全控整流电路的工作原理、波形分析、基本数量关系等。熟练掌握逆变电路的工作特点，产生逆变工作状态的应有条件等物理概念。理解锯齿波同步触发电路的工作原理，移相要求，同步信号选择原则等。 3、交流调压电路和直流斩
3、波电路 掌握交流调压电路和直流斩波电路的基本工作原理，波形分析。 4、无源逆变电路 掌握各种无源逆变电路的换相方式，工作原理。 5、PWM控制技术 掌握PWM型逆变电路工作原理（特别是SPWM的含义），控制方法。三、本课程与其他课程的关系前修课程：电路、电子技术后继课程：电力拖动自动控制系统并行课程：（配套的实验课与本课程同时进行）四、教学方法建议1、 每章需要加讲典型例题,并布置一定数量的习题，让学生在课外完成，加深对该课程的理解与掌握；2、 同时开设的电力电子实验课，实验内容应与教学进度一致。五、考核方式考试六、选用教材及主要参考书1、教材王兆安、黄俊（西安交通大学）主编，电力电子技术（第
4、四版），机械工业出版社，2001.6。面向21世纪课程教材，普通高等教育“九五”国家重点教材。 2、参考书，现代电力电子技术基础 赵良炳等 清华大学出版社 1995年电力电子技术 郭世明等 西南交通大学出版社 2002年电力电子器件及其应用 李序葆等 机械工业出版社 1996年学习方法课程特点及学习注意 电力电子技术是一专用基础课，课程的实践性很强，只有在学习中密切联系实际，加强实验,注意物理概念,才能真正掌握有关概念. 掌握课程的内容要有波形分析、习题、实验能力的培训等各环节的相互配合才能解决。每个环节都很重要和不可缺少。 学习电力电子技术，需具备先修课程物理学、电路分析、电子学等知识，并进
5、行系统的学习。 由于作者思路不同，叙述详略不同，举例不同，学生可同时阅读参考几本书进行学习是比较好的方法，这样可以开拓思路、加深理解，对难点的理解特别有效。阅读学习指导书 学习指导书根据课本内容将学习内容划分与课本同步分为6个学习单元。在每个单元中，既有重点内容讲述，也有补充典型例题讲解。阅读教材各章教材最好能先阅读两遍，即粗读和细读。 每一章开始学习时，先阅读学习指导书的内容提要，对该章将要讨论的问题有初步印象，而后结合学习方法指导，第一遍通读教科书，努力对所研究的每一个问题均能分别建立起整体概念，即对于问题的性质和提法，分析问题的理论根据和关键所在，力求能有清晰的概念，对分析问题的细节以及
6、对结论的理解如不能深透，可不勉强，留待第二遍细读时解决。 第二遍细读时努力做到深透理解各章节内容的基本原理、重要规则和分析问题的方法，各章节之间的联系等。在第一遍通读时未搞懂的问题这次要搞懂，必要时复习一下与先修课程有关部分的内容。 第二遍细读后，根据学习指导书中所列该章内容提要和学习方法指导，检查一遍是否对该章主要内容已能清楚掌握，如个别地方尚有疑问，需针对这部分再学习。不能搞懂的内容，应及时在电话讨论或书信中请教师答疑。 应该指出，学习时间较少时，某些部分可不学习，因此必须根据学习进度表规定的内容进行自学，以免贪多而消化不良，这点请学生注意。被删除的内容不要求阅读，以便集中精力掌握最基本的
7、内容。自学进度表所指定的内容，是共同的，大家都必须努力完成，力求掌握得更好。对于自学有余力或因工作需要，部分学员往往希望阅读较多的内容，学员可量力而行或根据工作的需要，选读其中一部分或全部。这些内容，不列为对学员的共同要求，因此每次面授或辅导时均不涉及，但自学中如有疑难，可提请个别答疑。作笔记 为了使自己容易记住和掌握所学内容，以及培养独立工作能力和便于复习，在阅读教材的同时，最好能作简要的笔记。笔记的详简程度根据自己的忙闲而定，一般不必太详细，以免花去过多时间而影响深入学习。笔记的内容和写法也因人而异，一般地说，对每节讨论的问题的重要概念，分析问题的主要方法步骤，简明的论证，以及必要的图，重
8、要的公式结论和阅读后的心得体会等要能清晰、有条理且较整洁的记下来。作笔记时可随手记下阅读中所发生的问题，以便用书面或口头向教师提出，请求答疑。观看教学录相：授课光盘西南科技大学制作了18学时的电力电子技术教学实录课程，可供教学中观看。观看教学录相，对学生建立基本概念、解决学习中的难点是非常有帮助的。学习内容与学时安排课程内容讲课（学时）作 业（题）绪论1第1章 电力电子器件72第2章 整流电路（单相及三相可控整流电路：工作原理、波形分析、基本数量关系；有源逆变工作状态；相控电路的驱动控制）186第3章 直流斩波电路（基本斩波电路的工作原理及计算）84第4章 交流电力控制电路和交交变频电路（交流
9、调压电路与交流调功电路基本工作原理）42第5章 逆变电路（电压型与电流型逆变电路特点和基本工作原理）6 2第6章 PWM控制技术（面积等效原理与SPWM的工作原理）4 1合计48 17绪论：考核知识点：无。阅读课本P1-7页，了解以下几个内容。一、 电力电子的定义： 国际电器和电子工程师学会（IEEE）的电力电子学会将电力电子技术表述为：有效的使用电力半导体器件，应用电路和设计理论及分析开发工具，实现对电能的高效能变换和控制的一门技术。它包括电压、电流、频率和波形等方面的变换。几个概念理解：1 电力电子技术与信息电子技术的不同应用：信息电子技术主要用于信息处理；电力电子技术主要用于电力变换。2
10、 变流技术：使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。包括电力电子器件、电路、装置以及其控制。3变流装置（变换器）：按功能可分为以下几种类型。整流器固定的AC变为可调的DC；逆变器固定的DC变为可调的AC；斩波器固定的DC变为可调的DC；交流调压器固定的AC变为可调的AC （幅值可调）；周波变流器固定的AC变为可调的（频率和幅值可调）4 电力学、电子学、电力电子技术以及控制理论之间的关系： 电力电子学(Power Electronics)这一名称是在60年代出现的。1974年，美国的W。Newell用图0-1的倒三角形对电力电子学进行了描述，认为电力电子学是由电力学、电子学和控制理论三个学科
11、交叉而形成的。这一观点被全世界普遍接受。二、电力电子技术的性质特点1、 是电力学、电子学和控制理论三大电气工程技术领域交叉学科。2、 器件、变流拓扑、控制技术为其三大支柱。三、电力电子技术的发展1、传统的电力电子技术以晶闸管（SCR）为核心，其派生器件快速SCR、导通SCR（RTC）、双向SCR（TRIAC）、不对称SCR（ASCR）形成一个大家族。2、现代电力电子技术是以高频化、全控型的功率器件为基础发展而形成的大家族。器件特点以全控为主，现代电力电子技术在器件、电路及其控制技术方面与传统电力电子技术相比有以下特点: u u 集成化、模块化、复合化u高频化：几十千赫几百千赫几兆赫u 全控化u
12、 电路弱电化、控制技术数字化u多功能化四、电力电子技术的应用与展望1、 电力电子技术应用于从发电厂设备至家用电器的所有电气工程领域。2、新应用: 能量储存设备 有源滤波器 超导磁浮铁道系统 电子化汽车 小型化开关电源 家用电器第一章 电力电子器件（Power Electronic Device）1.1 概述电力电子器件是电力电子电路的基础。因而掌握各种常用电力电子器件的特性和正确使用方法是我们学好电力电子技术的基础。1.1.1 单元内容该单元包括教材第一章的1-11-8节：电力电子器件概述、半控型器件晶闸管、典型全控型器件、电力电于器件的驱动、电力电子器件的保护、电力电子器件的串联和并联使用。
13、1.1.2 单元目标1、 了解电力电子器件的概念、特点和分类。2、 掌握不可控、半控、全控电力电子元器件的工作原理及额定电压和额定电流两个重要参数。3、 理解各种常用电力电子器件的工作原理、基本特性、主要参数以及选择。4、 熟悉电力电子器件的驱动、保护以及其串并联使用。1.1.3考核知识点电力电子器件的额定参数及其选择1.1.4 重点本单元学习的重点章节是1-3和1-8节；重点内容是各种主要电力电子器件的基本结构、工作原理、基本特性和主要参数等问题以及使用注意事项。1.1.5 难点本单元学习的难点在1-3和1-6节；难点内容晶闸管额定参数及选取和驱动电路。1.2 学习指导1.2.1 电力电子器
14、件概述(课本第1节)一、器件特征：1、 电力半导体器件的基本特点是能以小信号输入控制很大的输出，放大倍数极大。2、 电力半导体器件的另一基本特点是工作于开关状态,正向压降低而反向漏电流小,从而在理论上保证了各类电力电子设备都具有节能性能。1、在实际应用当中，电力电子器件往往需要由信息电子电路来控制。2、尽管工作在开关状态，但是电力电子器件自身的功率损耗通常仍远大于信息电子器件，因而为了保证不致于因损耗散发的热量导致器件温度过高而损坏，不仅在器件封装上比较讲究散热设计而且在其工作时一般都还需要安装散热器。二、应用电力电子器件的系统组成如图11所示，电力电子器件在实际应用中，一般是由控制电路、驱动
15、电路和以电力电子器件为核心的主电路组成一个系统。因此，从宏观的角度讲，电力电子电路也被称为电力电子系统。在主电路和控制电路连接的路径上，以及主电路与检测电路的连接处，一般需要进行电气隔离，而通过其他手段如光、磁等来传递信号；而且，主电路和控制电路中需附加一些保护电路，以保证电力电子器件和整个电力电子系统正常靠运行。三、电力电子器件的分类按照电力电子器件能够被控制电路信号所控制的程度，可以将电力电子器件分为以下三类：1、 半控型器件：这类器件主要是指晶闸管(Thyristor)及其大部分派生器件。器件的关断完全是由其在主电路中承受的电压和电流决定的。2、 全控型器件：可以由控制信号控制其关断，因
16、此又称为自关断器件。这类器件品种很多，目前员常用的是绝缘栅双极晶体管(IGBT)和电力场效应晶体管(简称为电力MOSFET)，在处理兆瓦级大功率电能的场合，门极可关断晶闸管(GTO)应用也较多。3、 不可控器件：不能用控制信号来控制其通断的电力电子器件，因此也就不需要驱动电路，这就是电力二极管(Power Diode)。这种器件只有两个端子，其基本特性与信息电子电路中的二极管一样，器件的导通和关断完全是由其在主电路中承受的电压和电流决定的。1.2.2 电力二极管（Power Diode or Rectifier Diode-SR）(课本第二节)一、 结构与工作原理 电力二极管的基本结构和工作原
17、理与信息电子电路中的二极管是一样的，都是以半导体PN结为基础的。电力二极管实际上是由一个面积较大的PN结和两端引线以及封装组成的，图1-2示出了电力二极管的外形、结构和电气图形符号。从外形上看，电力二极管主要有螺旋型和平板型两种封装。 我们知道PN结有单向导电性，即当PN结外加正向电压时（正向偏置）为低阻抗；而当PN结外加反向电压时（反向偏置）为高阻抗；电力二极管的基本原理就在于PN结的单向导电性这个主要特征。 PN结中的电荷量随外加电压而变化，呈现电容效应，称为结电容CJ。结电容影响PN结的工作频率，特别是在高速开关的状态下，可能使其单向导电性变差，甚至不能工作，应用时应加以注意。二、电力二
18、极管的基本特性 1、 静态特性 电力二极管的静态特性主要是指其伏安特性。2动态特性因为结电容的存在，电力二极管在零偏置(外加电压为零)、正向偏置和反向偏置这三种状态之间转换的时候，必然经历一个过渡过程。这过渡过程中，电压、电流随时间变化的特性，就是电力二极管的动态特性。图1-5a给出了电力二极管由正向偏置转换为反向偏置时其动态过程的波形。当原处于正向导通状态的电力二极管的外加电压突然从正向变为反向时，该电力二极管并不能立即关断，而是须经过一段短暂的时间才能重新获得反向阻断能力，进入截止状态。在关断之前有较大的反向电流（IRP）出现，并伴随有明显的反向电压过冲（URP）。图1-5b给出了电力二极
19、管由零偏置转换为正向偏置时其动态过程的波形。在这一动态过程中，电力二极管的正向压降也会先出现一个过冲UFP，经过一段时间才趋于接近稳态压降的某个值(如2V)。这一动态过程时间被称为正向恢复时间tfr。三、电力二极管的主要参数和主要类型1、正向平均电流指电力二极管长期运行时，在指定的管壳温度(简称壳温，用Tc表示)和散热条件下，其允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。在此电流下，因管子的正向压降引起的损耗造成的结温升高不会超过所允许的最高工作结温。这也是标称其额定电流的参数。可以看出，正向平均电流是按照电流的发热效应采定义的。通过对正弦半波电流的换算可知，正向平均电流对应的有效值为157。2、
20、正向压降3、反向重复峰值电压4、最高工作结温四、电力二极管的主要类型1）、普通二极管2）快恢复二极管（FRD）3）肖特基二极管（SBD）1.2.3 半控型器件晶闸管(SCR)(课本第三节，此为本章重点) l 提要 从外形上分,晶闸管主要有螺栓型和平板型两种封装结构，均引出阳极A、阴极K和门极(控制端)G。其内部有硅半导体材料做成的管芯，它是四层(PNPN)三端(A、K、G)器件，由它决定晶闸管的性能。晶闸管在工作过程中，它的阳极A和阴极K颗与电源或负载连接，组成晶闸管主电路；门极G和阴极K与控制晶闸管的装置连接，组成控制电路。l 阅读 15-21页(约2学时)l 思考题与习题 42页，题1-1
21、；1-2；1-3；1-4；l 难点补充解释一、工作原理：可以用双晶体管模型来解释，如果外电路向门极注入电流IG,则IG流人T2的基极,即产生集电极电流IC2,它构成晶体管T1的基极电流,放大成集电极电流IC1,又进一步增大V2的基极电流,形成强烈的正反馈,最后T1和T2进入完全饱和状态，即晶闸管导通。此时，撤掉IG，晶闸管由于内部已形成了强烈的正反馈仍然维持导通。要关断，必须去掉阳极所加的正电压，或给阳极加反压，或设法使流过晶闸管的电流降低到接近于零的某一数值以下。二、晶闸管的开通、关断条件：1、 当晶闸管承受正向阳极电压时，仅在门极承受正向电压的情况下晶闸管才导通，即从关断状态转变为导通状态
22、必须同时具备正向阳极电压和正向门极电压两个条件；2、 当晶闸管承受反向阳极电压时，不论门极承受何种电压，晶闸管都处于关断状态；3、 晶闸管导通情况下，只有仍有一定的正向阳极电压，无论门极电压如何，晶闸管仍然保持导通，即晶闸管导通以后，门极失去控制作用。4、 晶闸管导通情况下，当主回路电压（或电流）减小到接近于零时，晶闸管关断。三、晶闸管两个额定参数与选用:1、 额定电压：通常取晶闸管的断态重复峰值电压和反向重复峰值电压中较小的数值，并按标准电压等级取整数，作为该器件的额定电压。而选用晶闸管的额定电压应为其正常工作峰值电压的23倍，作为安全裕量。2、 额定电流：将晶闸管的通态平均电流按晶闸管标准
23、电流系列取相应的电流等级，即称为该晶闸管的额定电流。由于晶闸管的过载能力比一般电机、电器元件小，选用时，应使其通态平均电流（折算成正弦半波）的1.52倍。四、波形系数的定义以及1.57的由来1）波形系数：任何一含有直流分量的电流波形,都有一个电流平均值(一个周期内电流波形面积的平均值),也有一个电流的有效值,该电流有效值与电流平均值之比,则为该电流的波形系数。即： （1-1）说明:具有相同平均值而波形不同的电流,因波形系数不同而具有不同的有效值.0 2）如图1.2.1的正弦半波,是用来定义晶闸管额定电流的电流波形,其波形系数可按以下方法求得. 图1.2.1闸管的通态平均电流设该正弦波峰值电流为
24、,由平均值的定义,其通态平均电流为: (1-2)根据有效值的定义,其有效值为: (1-3)所以,正弦半波电流的波形系数是: (1-4) 3)由于晶闸管的额定电流是用正弦半波电流的平均值来定义的,所以非正弦波电流选择晶闸管时需要进行折算.(根据有效值相等发热相同的原理).即: (1-5)考虑安全裕量,选择晶闸管时,其通态平均电流应为: (1-6)例题1-1已知：图1.2.2中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形,波形的电流最大值为,试计算该波形的电流平均值和电流有效值以及其波形系数.0图1.2.2晶闸管导电波形解:电流平均值为:电流有效值: 波形系数: 例题1-2:在例题1-1中,若取安全裕量
25、为2,问额定电流为100A的晶闸管,其允许通过的电流平均值是多少?这时,相应的电流最大值是多少? 解:100A的晶闸管允许通过的电流平均值为: (A)电流最大值为: (A)四、晶闸管的主要类型1、 快速晶闸管2、 双向晶闸管3、 逆导晶闸管4、 光控晶闸管1.2.4 典型全控型器件(课本第四节) 电力晶体管GTR（Giant Transistor） 门极可关断晶闸管GTO （Gate-Turn-off Thyristor) 场效应晶体管MOSFET （Metal Oxide Semiconductor FET） 绝缘栅双极性晶体管IGBT （Insulated Gate Bipolar Tra
26、nsistor） 集成门极换流晶闸管IGCT（Integrated Gate Commutated Thyristor）其他新型电力电子器件：MOS控制晶闸管MCT静电感应晶体管SIT静电感应晶闸管SITH功率集成电路（PIC）代表电力电子发展的一个方向。按照器件内部电子和空穴两种载流子参与导电酌情况，属于单极型电力电子器件的有电力MOSFET和SIT等；属于双极型电力电子器件的有电力二极管、晶闸管、GT0、GTR和SITH等；属于复合型电力电子器件的有IGBD和MCT等。二其中，单极型器件和复合型器件基本都是电压驱动型器件，而双极型器件中除SITH为电压驱动型外其余均为电流驱动型器件。电压驱
27、动型器件的共同特点是：输人阻抗高，所需驱动功率小，驱动电路简单，工作频率高。电流驱动型器件的共同特点是：具有电导调制效应，因而通态压降低，导通损耗小，但工作频率较低，所需驱动功率大，驱动电路也比较复杂。1.2.5 电力电子器件的串联和并联使用(课本第八节)串联: 当晶闸管的额定电压小于实际要求时，可以用两个以上同型号器件相串联。为达到静态均压，首先应选用参数和特性尽量一致的器件，此外可以采用电阻均压,如图1-41a所示.由于器件动态参数和特性的差异造成的不均压问题称为动态不均压问题,为达到动态均压，同样首先应选择动态参数和特性尽量一致的器件，另外，还可以用RC并联支路作动态均压，如图141b所
28、示。并联: 大功率晶闸管装置中，常用多个器件并联来承担较大的电流。当晶间管并联时就会分别因静态和动态特性参数的差异而存在电流分配不均匀的问题。均流的首要措施是挑选特性参数尽量一致的器件。此外，还可以采用均流电抗器。同样，采用门极强脉冲触发也有助于动态均流。串并联:当需要同时串联和并联晶闸管时，通常采用先串后并的方法联接。1.3小结 现在你已经完成了第1单元的学习，请试着作一个单元小结。下面的要点可能会对你有所帮助1. 应用电力电子技术器件的系统组成2. 电力电子器件的分类3. 电力二极管的工作原理以及分类4. 晶闸管的结构,工作原理,导通条件,工作特性以及参数5. 典型全控型晶闸管的基本特性6
29、. 晶闸管触发电路7. 电力电子器件的保护和串并联使用第二章 整流电路（Rectifier）2.1 概述 整流电路(Rectifier)是电力电子电路中出现最早的一种，它将交流电变为直流电，应用十分广泛，电路形式多种多样，各具特色。从各种角度对整流电路进行分类，主要分类方法有：按组成的器件可分为不可控、半控、全控三种；按电路结构可分为桥式电路和零式电路；按交流输入相数分为单相、三相电路和多相电路；按变压器二次侧电流的方向是单向或双向，又分为单拍电路和双拍电路。2.1.1 单元内容 该单元包括教材第二章的2-1，2-2，2-3，2-5，2-6，2-7，2-9节。 2-1节叙述单相可控整流电路。
30、2-2节分析三相桥式全控整流电路。2-3节介绍变压器漏感对整流电路的影响。2-5节：整流电路的谐波和功率因数分析基础。2-6节：介绍大功率可控整流电路。2-7节：整流电路的有源逆变工作状态分析2-9节：相控电路的驱动控制2.1.2 单元目标 通过本单元内容的学习，你将能够l 掌握电力电子电路作为分段线性电路进行分析的基本思想。l 掌握可控整流电路的原理分析与计算、各种负载对整流电路工作情况的影响。l 熟悉变压器漏感对整流电路的影响。l 熟悉大功率整流的特点。l 掌握产生有源逆变的条件以及工作分析。l 熟悉锯齿波移相触发电路的原理。2.1.3考核知识点1、 掌握可控整流电路的原理分析与计算、各种
31、负载对整流电路工作情况的影响。2、 理解变压器漏感对整流电路的影响。3、 了解整流电路的谐波(harmonics)和功率因数。4、 理解可控整流电路的有源逆变工作状态，重点掌握产生有源逆变的条件5、 了解锯齿波移相触发电路的原理2.1.4 重点 本单元学习的重点内容是2-1、2-2、2-3、2-4、2-7节；重点概念是整流、逆变、有源逆变、谐波、相控。2.1.5 难点 本单元学习的难点内容是2-1、2-2、2-7节；单相全控桥式整流电路的原理与计算、三相全控桥式整流电路的原理分析与计算、各种负载对整流电路工作情况的影响。 2.2 学习指导2.2.1 单相可控整流电路(第1节)l 提示：单相可控
32、整流电路的交流侧接单相电源，本节讲述几种典型的单相可控整流电路，包括其工作原理、定量计算等，并重点讲述不同负载对电路工作的影响。l 阅读 43-51页(约3学时)l 难点补充解释一、单相半波可控整流电路1、 回忆单相半波不可控整流电路：输出电压平均值为： 2、 单相半波可控整流带电阻负载的工作情况（如电阻加热炉、电解、电镀负载）：根据晶闸管导通的两个基本条件，图2-1整流电路输出电压波形为图2-1d）所示。 直流输出电压平均值为： （2-1）其中 ：触发延时角，也称出发角或控制角。：导通角，。由公式（2-1）可见，随，移相范围为180。调节角，即可控制的大小，这种通过控制触发脉冲的相位角来控制
33、直流输出电压大小的方式称为相控方式。 （2-2）整流输出电压有效值为： （2-3）流过晶闸管的电流有效值为： （2-4）晶闸管承受的最大电压为： （2-5）根据功率因数的定义，有： 可见，功率因数是控制角的函数。当时，最大为0.7073、 单相半波可控整流带电感负载的工作情况（生产实践中，大多数的负载为阻感负载，如各种电机的励磁绕组、电磁铁线圈等。若，称为电感负载，例如电机的励磁绕组）：分析整流电路带阻感负载工作情况的关键是：电感对电流变化有抗拒作用，所以流过电感的电流不能突变。工作波形见图2-2所示。为解决当较大时，平均值较小的矛盾，在整流电路的负载两端并联一个续流二极管，这样， 中不再出现
34、负的部分。若L足够大，即负载为电感负载，在VT关断期间，VDR可持续导通，使连续，且波形接近一条水平线，如图2-4f所示。单相半波可控整流电路的特点是简单，但输出脉动大，变压器二次侧电流中含直流分量，造成变压器铁心直流磁化。为使变压器铁心不饱和，需增大铁心截面积，增大了设备的容量。实际上很少应用此种电路。分析该电路的主要目的在于利用其简单易学的特点，建立起整流电路的基本概念。二、单相桥式全控整流电路（重点内容）1、 带电阻负载的工作情况 在单相桥式全控整流电路中，晶闸管vTl和vT4组成一对桥臀，vT2和vf3组成另一对桥臂。注意：晶闸管vTl和VT2的工作状态应该是互异的，VT3和VT4也同
35、理。基本数据分析： （2-6） 输出电流平均值：电流平均值：流过晶闸管的电流平均值： （2-7）流过晶闸管的电流有效值： （2-8）输出电流有效值： （2-9）2 阻感负载的工作情况负载中有电感存在使负载电流不能突变，电感对负载电流起平波作用，假设负载电感很大，负载电流连续且波形近似为一水平线，其波形如图2-6b所示。基本数据分析： （2-10） 的移相范围为90。晶阐管导通角与无关，均为180。其电流波形如图2-6b所示，平均值和有效值分别为：和。变压器二次电流为正负各180的矩形波。 3带反电动势负载时的工作情况当忽略主电路各部分的电感，只有在瞬时值的绝对值大于反电动势即时，才有晶闸管承受
36、正电压，有导通的可能。波形如图2-7b所示。三、单相桥式半控整流电路 在单相桥式全控整流电路中，每一个导电回路中有1个晶闸管和1个二极管。如图2-10所示，为避免可能发生的失控现象，实用中需加续流二极管VDR。 2.2.2三相可控整流电路l 提示：三相可控整流电路的交流侧接三相电源，本节讲述几种典型的三相可控整流电路，包括其工作原理、定量计算等，并重点讲述不同负载对电路工作的影响。l 阅读 51-59页(约3学时)l 难点补充解释一、三相半波可控整流电路特点：三个晶闸管分别接入a、b、c三相电源，采用共阴极接法。输出波形如图2-13所示。概念：自然换相点。1、带电阻负载：基本数量关系：三相半波
37、可控整流电路阻性负载，电流波形有连续和断续之分，故整流输出电压平均值也不相同。见公式（2-18）、（2-19）。的移相范围为150。2、阻感负载：假设L值极大，整流电流连续且波形基本为水平线。基本数量关系： （2-11） （2-12） （2-14） （2-15）三相半波可控整流电路的主要缺点在于其变压器二次电流中含有直流分量，为此其应用较少。二、三相桥式全控整流电路（重点内容） 目前在各种整流电路中，应用最为广泛的是三相桥式全控整流电路，其原理图如图2-17所示，习惯将其中阴极连接在一起的3个晶闸管(VT1、VT3、VT5)称为共阴极组；阳极连接在一起的3个晶闸管(VT4、VT6、VT2)称为
38、共阳极组。按此编号，晶闸管的导通顺序为VT1VT2VT3VT4VT5VT6。1、带电阻负载：特点见书55页。输出波形见图2-19、2-20、2-21。基本数量关系：电流连续时（）， （2-16）电流断续时（）， （2-17） 的移相范围是120。2、带感性负载当时，波形连续，电路的工作情况与带电阻负载时十分相似，区别在于负载电流波形不同。当电感足够大时，可近似为一水平线。如图2-23、2-24。基本数量关系： （2-18）移相范围为90。 （2-19）2.2.3变压器漏感对整流电路的影响实际上变压器绕组总有漏感，该漏感可用一个集中的电感LB表示，并将其折算到变压器二次侧,因此换相过程不能瞬间完
39、成，而是会持续一段时间。漏感对整流电路的影响为:1)出现换相重叠角g ,整流输出电压平均值降低.2)整流电路的工作状态增多.总的来说,变压器漏感的作用，利：限制短路电流，使电流变化相对缓和，对 di/dt 和 du/dt 值的限制有利。弊：使电网波形畸变，加大干扰；使功率因数降低。2.2.4整流电路的谐波(harmonics)和功率因数（课本第五小节）1、 许多电力电子装置要消耗无功功率(reactive)，会对公用电网带来不利影响：1)无功功率会导致电流增大和视在功率增加，导致设备容量增加。2)无功功率增加，会使总电流增加，从而使设备和线路的损耗增加。3)使线路压降增大，冲击性无功负载还会使
40、电压剧烈波动。2、电力电子装置还会产生谐波，对公用电网产生危害，包括： 1)谐波使电网中的元件产生附加的谐波损耗，降低效率，大量的3次谐波流过中性线会使线路过热甚至发生火灾。 2)谐波影响各种电气设备的正常工作，使电机发生机械振动、噪声和过热，使变压器局部严重过热，使电容器、电缆等设备过热、使绝缘老化、寿命缩短以至损坏。 3)谐波会引起电网中局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大。 4)谐波会导致继电保护和自动装置的误动作，并使电气测量仪表计量不准确。 5)谐波会对邻近的通信系统产生干扰。2.2.5整流电路的有源逆变工作状态(课本第七小节)1.概念：逆变、有源逆变、无源逆变把直流电转变成交流
41、电，这种对应于整流的逆向过程，定义为逆变(Invertion)。把直流电逆变成交流电的电路称为逆变电路。当交流侧和电网连结时，这种逆变电路称为有源逆变电路。如果变流电路的交流侧不与电网联接，而直接接到负载，即把直流电逆变为某一频率或可调频率的交流电供给负载，称为无源逆变。2.产生有源逆变的条件:1)要有直流电动势，其极性须和晶闸管的导通方向一致，其值应大于变流电路直流侧的平均电压。 2)要求晶闸管的控制角，使为负值。注意：实现有源逆变，只能采用全控电路。2.2.6 例题讲解例题2-1：单相半波可控整流电路，电阻性负载，不经整流变压器直接与220V交流电源相接，要求输出的直流平均电压为85V，最
42、大输出直流平均电流为20A，求此电路中的，并选择晶闸管（考虑2倍裕量）。解：1）已知，根据，可计算触发角：； 2）由，可计算负载电阻：； 3）计算整流输出电压有效值：； 4）计算流过变压器二次侧绕组电流有效值：； 5）计算流过晶闸管的电流有效值和平均值：， ； 6）计算功率因数：； 7）计算晶闸管定额：，应选择额定电流为50A的晶闸管；，应选择额定电压为700V左右的晶闸管。例题2-2：单相全控桥式整流电路（如课本图2-6），负载中，值极大，当时，求：考虑2倍安全裕量，确定晶闸管的额定电流和额定电压。解：1） 整流输出平均电压：2） 整流输出平均电流：3） 变压器二次侧电流有效值：4）确定定额： 流过晶闸管的电流有效值，考虑2倍裕量，晶闸管额定电流为； 晶闸管承受的最大反向电压为，考虑2倍裕量时为282V。例题2-3：单相半控桥有续流二极管的整流电路，阻感负载（如课本图2-10