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1、第二章晶闸管可控整流电路本讲稿第一页，共三十三页第二章晶闸管可控整流电路2.1 单相半波可控整流电路2.2 单相全波和单相全控桥可控整 流电路2.3 三相半波可控整流电路2.4 三相全控桥式整流电路2.5 变压器漏电抗对整流电路的影响本讲稿第二页，共三十三页第二章第二章 晶闸管可控整流电路晶闸管可控整流电路整流电路：能够直接将交流电能转换为直流电能的电路称为整流电路整流电路：能够直接将交流电能转换为直流电能的电路称为整流电路用途：直流电动机的调速，同步电机的励磁，电镀，电焊用途：直流电动机的调速，同步电机的励磁，电镀，电焊按照交流电源的相数不同，晶闸管可控整流电路可分为单相，三相和多相整按照交
2、流电源的相数不同，晶闸管可控整流电路可分为单相，三相和多相整流电路。流电路。根据整流电路的结构形式可分为半波，全波和桥式整流根据整流电路的结构形式可分为半波，全波和桥式整流整流输出端所接负载的性质对整流电路的输出电压和电流有关，常整流输出端所接负载的性质对整流电路的输出电压和电流有关，常见有电阻性负载，电感性负载和反电动势负载。见有电阻性负载，电感性负载和反电动势负载。晶闸管可控整流装置具有体积小，效率高，容量大，控制方便等优点。晶闸管可控整流装置具有体积小，效率高，容量大，控制方便等优点。本讲稿第三页，共三十三页2.1 2.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路1 1电阻性负载电阻性负
3、载在单相可控整流电路在单相可控整流电路中，定义晶闸管从承中，定义晶闸管从承受正向电压起到触发受正向电压起到触发导通之间的电角度导通之间的电角度称为控制角（或移相称为控制角（或移相角），晶闸管在一个角），晶闸管在一个周期内导通的电角度周期内导通的电角度称为导通角。称为导通角。本讲稿第四页，共三十三页2.1 2.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路整流电路输出电压平均值为：整流电路输出电压平均值为：U Ud d=0.45U=0.45U2 2(1+cos)/2(1+cos)/2整流电路输出电压有效值为：整流电路输出电压有效值为：U=UU=U2 2sin2/4+(-)/2sin2/4+(-)/
4、21/21/2整流输出电流的平均值为：整流输出电流的平均值为：I Id d=U=Ud d/R/Rd d 有效值为：有效值为：I=U/R I=U/Rd d电流的波形系数为：电流的波形系数为：K Kf f=I/I=I/Id d整流电路的功率因数：整流电路的功率因数：cos=P/Scos=P/S=sin2/4+(-)/2=sin2/4+(-)/21/21/2所以：控制角越大，波形系数越大。功所以：控制角越大，波形系数越大。功率因数越小。率因数越小。本讲稿第五页，共三十三页2.1 2.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路例：有一单相半波可控整流电路，例：有一单相半波可控整流电路，R Rd d=
5、10=10，直接接到交流，直接接到交流220V220V电源上，电源上，在控制角在控制角60600 0时，求输出电压的平均值时，求输出电压的平均值U Ud d、输出电流的平均值、输出电流的平均值I Id d和有效和有效值值I I、并选择晶闸管（考虑、并选择晶闸管（考虑2 2倍裕量）倍裕量）解：解：U Ud d=0.45U=0.45U2 2(1+cos)/2=0.45220(1+cos60(1+cos)/2=0.45220(1+cos600 0)/2=74.3V)/2=74.3VU=UU=U2 2sin2/4+(-)/2sin2/4+(-)/21/21/2=220sin120=220sin1200
6、 0/4+(-60/4+(-600 0)/2)/21/21/2139.5V139.5VI Id d=U=Ud d/R/Rd d=74.3/10=7.43A=74.3/10=7.43AI=U/RI=U/Rd d=139.5/10=13.95A=139.5/10=13.95A晶闸管承受的最大正反向电压为：晶闸管承受的最大正反向电压为：U UTMTM=2=21/21/2U U2 2=2=21/21/2220=311V 220=311V U UDRMDRM=2311=622V=2311=622V 取取700V700V电流的有效值为：电流的有效值为：I ITnTn=1.57I=1.57IT(AV)T(A
7、V)2I 2I I IT(AV)T(AV)2I/1.57=213.95/1.57=17.3A 2I/1.57=213.95/1.57=17.3A 取取20A20A本讲稿第六页，共三十三页2.1 2.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路2 2电感性负载电感性负载当正半周时，当正半周时，t t=t1t1=时触发晶闸管时触发晶闸管T T，u2u2加到感性负载上，由于电感中的感加到感性负载上，由于电感中的感应电动势的作用，电流应电动势的作用，电流idid只能从零开始上只能从零开始上升，到升，到t t=t2t2时刻达到最大值，随后时刻达到最大值，随后idid开始减小。到开始减小。到t t=t3t
8、3时刻时刻u u2 2过零变负时，过零变负时，i id d并未下降到零，而在继续减小，并未下降到零，而在继续减小，此时负载上的电压此时负载上的电压u ud d为负。直到，为负。直到，t t=t4t4时刻，电感上的感应电动势与电时刻，电感上的感应电动势与电源电压相等，源电压相等，i id d下降到零，晶闸管下降到零，晶闸管T T关关断。断。感性负载上的电压平均值等于负载电感性负载上的电压平均值等于负载电阻上的电压平均值。阻上的电压平均值。本讲稿第七页，共三十三页2.1 2.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路在单相半波可控整流电路在单相半波可控整流电路中，由于电感的存在，整中，由于电感的
9、存在，整流输出电压的平均值将减流输出电压的平均值将减小，特别在大电感时，输小，特别在大电感时，输出电压平均值接近于零，出电压平均值接近于零，负载上得不到应有的电压。负载上得不到应有的电压。解决的办法是在负载两端解决的办法是在负载两端并接续流二极管并接续流二极管D D。晶闸管和续流二极管承受的晶闸管和续流二极管承受的最大电压均为最大电压均为2 21/21/2U U2 2本讲稿第八页，共三十三页2.1 2.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路在单相半波可控整流电路在单相半波可控整流电路中，由于电感的存在，整中，由于电感的存在，整流输出电压的平均值将减流输出电压的平均值将减小，特别在大电感时
10、，输小，特别在大电感时，输出电压平均值接近于零，出电压平均值接近于零，负载上得不到应有的电压。负载上得不到应有的电压。解决的办法是在负载两端解决的办法是在负载两端并接续流二极管并接续流二极管D D。晶闸管和续流二极管承受晶闸管和续流二极管承受的最大电压均为的最大电压均为2 21/21/2U U2 2本讲稿第九页，共三十三页2.1 2.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路设设T T和和D D分别为晶闸管和续流二分别为晶闸管和续流二极管在一个周期内的导通角，极管在一个周期内的导通角，则晶闸管的电流平均值为：则晶闸管的电流平均值为：I IdTdT=T TI Id d/2=(-)I/2=(-)
11、Id d/2/2流过续流二极管的电流平均值为：流过续流二极管的电流平均值为：I IdDdD=D DI Id d/2=(+)I/2=(+)Id d/2/2流过晶闸管的电流有效值为：流过晶闸管的电流有效值为：I IT T=(T T/2)/2)1/21/2IdId(-)/2(-)/21/21/2I Id d流过续流二极管的电流有效值为：流过续流二极管的电流有效值为：I ID D=(D D/2)/2)1/21/2I Id d(+)/2(+)/21/21/2I Id d本讲稿第十页，共三十三页2.2 2.2 单相全波和全控桥可控整流单相全波和全控桥可控整流电路电路2.2.1 单相全波可控整流电路当UaU
12、b的半周，在某一时刻可以触通VT1，输出电压与Uab同向当UaI/J=27.75/6=4.6mmSI/J=27.75/6=4.6mm2 2，选，选BU-70BU-70铜线。铜线。3 3考虑到考虑到I IT T=I=Id d/2/21/21/2，则晶闸管的额定电流为，则晶闸管的额定电流为:I IT(AV)T(AV)IIT T/1.57=27.75/2/1.57=27.75/21/21/21.57=12.5A1.57=12.5A考虑考虑2 2倍裕量，取倍裕量，取30A30A。晶闸管承受最大电压为：晶闸管承受最大电压为：U UTmTm=2=21/21/2U U2 2=157V=157V，取，取400
13、V.400V.选选KP30-4KP30-4的晶闸管。的晶闸管。4.S=U4.S=U2 2I I2 2=U=U2 2I=111*27.75=3.08kVAI=111*27.75=3.08kVA5.P5.PR R=U=U2 22 2/R/Rd d=27.75=27.752 24=3.08kVA4=3.08kVA6 6cos=P/S=sin2/2+(-)/cos=P/S=sin2/2+(-)/1/21/21 1（当（当0 00 0时）时）本讲稿第十五页，共三十三页2.2 2.2 单相全波和全控桥可控整流电路单相全波和全控桥可控整流电路2 2大电感负载大电感负载 移相范围为：移相范围为：0 00 09
14、0900 0在电流连续的情况下整流输出电压平均值在电流连续的情况下整流输出电压平均值为：为：U Ud d=0.9U=0.9U2 2cos(0cos(00 09030300 0时，负载电流断续，时，负载电流断续，=150=1500 0-，输出电压平均值为，输出电压平均值为U Ud d=1.17U=1.17U2 21+cos(301+cos(300 0+)/3)/31/21/2 (30 (300 0 30300 0时时,（如右图为（如右图为=60=600 0的波形）的波形）T T1 1导通到导通到w wt1t1时，其阳极电压时，其阳极电压u uA A已过零已过零开始变负，但由于电感开始变负，但由于
15、电感L Ld d感应电势的感应电势的作用，使作用，使T T1 1继续导通，直到继续导通，直到wtwt2 2时刻，时刻，触发触发T T2 2导通，导通，T T1 1才承受反压而关断，从才承受反压而关断，从而使而使u ud d波形出现部分负压。尽管波形出现部分负压。尽管30300 0仍然使各相晶闸管道通仍然使各相晶闸管道通1201200 0，保证了电流连续。，保证了电流连续。本讲稿第二十五页，共三十三页2.3.1 2.3.1 三相可控整流电路三相可控整流电路从上图可知：输出电压平均值为：从上图可知：输出电压平均值为：U Ud d=1.17U=1.17U2 2coscos移相范围为移相范围为0 00
16、 090900 0。因为是大电感负载，电流波形近似因为是大电感负载，电流波形近似于直线，即于直线，即i id d=I=Id d.I IdTdT=I=Id d/3/3，I IT T=I=Id d/3/31/21/2注意：大电感负载时，晶闸管可注意：大电感负载时，晶闸管可能承受的最大正反向电压均为能承受的最大正反向电压均为6 61/21/2U U2 2三相半波可控整流电路带大电感负三相半波可控整流电路带大电感负载时，利用续流二极管解决载时，利用续流二极管解决接接近近90900 0时，时，U Ud d=0=0的问题。的问题。加接续流二极管的大电感负载的加接续流二极管的大电感负载的输出电压波形与电阻性
17、负载一样，输出电压波形与电阻性负载一样，U Ud d的计算公式也一样，一周期内的计算公式也一样，一周期内晶闸管的导通角为晶闸管的导通角为T T=150=1500 0-,续流二极管的导通角续流二极管的导通角D D=3(=3(-30300 0)I IdTdT=(150=(1500 0-)I)Id d/360/3600 0I IT T=(150=(1500 0-)/360)/3600 0 1/21/2I Id dI IdDdD=(=(-30-300 0)I)Id d/120/1200 0I ID D=(=(-30-300 0)/120)/1200 0 1/21/2I Id d本讲稿第二十六页，共三十
18、三页2.3.2 2.3.2 三相全控桥式整流电路三相全控桥式整流电路三相全控桥式整流电路是由一三相全控桥式整流电路是由一组共阴极接法的三相半波可控组共阴极接法的三相半波可控整流电路和一组共阳极接法的整流电路和一组共阳极接法的三相半波可控整流电路串联起三相半波可控整流电路串联起来组成的。如图所示为来组成的。如图所示为=0=00 0的的波形波形1.1.工作原理；设工作原理；设t=0t=0，T T5 5,T,T6 6同时导同时导通，电流波形已形成通，电流波形已形成在在w wt1t1-w-wt2t2期间，期间，A A相电压为正最大相电压为正最大值，值，w wt1t1时刻触发时刻触发T T1 1，T T
19、1 1导通导通T T5 5承受承受反压而关断，反压而关断，T T1 1,T,T6 6同时导通，电同时导通，电流从流从A A相流出，经相流出，经T T1 1，负载，负载，T T6 6流回流回B B相，负载上得到相，负载上得到A,BA,B线电压线电压u uABAB。本讲稿第二十七页，共三十三页2.3.2 2.3.2 三相全控桥式整流电路三相全控桥式整流电路在在w wt2t2-w-wt3t3期间，期间，A A相电压仍为正最相电压仍为正最大值，大值，C C相变为最负在相变为最负在w wt2t2时刻触时刻触发发T T2 2，T T2 2导通导通T T6 6承受反压而关断，承受反压而关断，T T1 1,T
20、,T2 2同时导通，负载上得到同时导通，负载上得到A,CA,C线线电压电压u uACAC。在。在w wt3t3-w-wt4t4期间，期间，B B相电相电压变为正最大值，压变为正最大值，C C相仍为最负，相仍为最负，在在w wt3t3时刻触发时刻触发T T3 3，T T3 3导通，导通，T T1 1承受承受反压而关断，反压而关断，T T2 2,T,T3 3同时导通，负同时导通，负载上得到载上得到B,CB,C线电压线电压u uBCBC。以此类。以此类推，在一个周期，负载上得到的输推，在一个周期，负载上得到的输出波形是线电压的正半部分的包络出波形是线电压的正半部分的包络线。线。本讲稿第二十八页，共三
21、十三页2.3.2 2.3.2 三相全控桥式整流电路三相全控桥式整流电路当当000 0时，波形会发生变化时，波形会发生变化U Ud d=2.34U=2.34U2 2coscos0 00 090900 0I Id d=U=Ud d/R/Rd d=2.34U=2.34U2 2coscos/R/Rd dI IdTdT=T TI Id d/2/2=I=Id d/3/3，I IT T=(=(T T/2/2)1/21/2I Id d=(1/3)=(1/3)1/21/2I Id d=0.577I=0.577Id dI I2 2=(2/3)=(2/3)1/21/2I Id d=0.816I=0.816Id dU
22、 UTMTM=6=61/21/2U U2 2=30=300 0时的波形如右图：时的波形如右图：本讲稿第二十九页，共三十三页2.3.2 2.3.2 三相全控桥式整流电路三相全控桥式整流电路=90=900 0时的波形如下图时的波形如下图2.2.对触发脉冲的要求对触发脉冲的要求从原理的分析可知，在全控桥启动从原理的分析可知，在全控桥启动或电流断续之后，需要再触发导通或电流断续之后，需要再触发导通时，由于全控桥的六个晶闸管全部时，由于全控桥的六个晶闸管全部处于关断，要使负载中有电流流过，处于关断，要使负载中有电流流过，共阳极和共阴极组中必须各有一个共阳极和共阴极组中必须各有一个晶闸管同时导通，才能实现
23、全控桥晶闸管同时导通，才能实现全控桥的起动。的起动。采用的方法：采用的方法：1.1.宽脉冲触发宽脉冲触发(脉冲宽度脉冲宽度 60 600 0)2.2.双窄脉冲双窄脉冲本讲稿第三十页，共三十三页2.3.3 带平衡电抗器的双反星型可控整流电路本讲稿第三十一页，共三十三页2.4 2.4 可控整流电路的换相压降可控整流电路的换相压降由于整流变压器有漏抗，晶闸管的换流不能瞬时完成，会出现参与换流的两个晶闸管同时导由于整流变压器有漏抗，晶闸管的换流不能瞬时完成，会出现参与换流的两个晶闸管同时导通的现象，同时导通的时间对应的电角度称为换相重叠角通的现象，同时导通的时间对应的电角度称为换相重叠角。当当t1t1
24、时刻触发时刻触发T2T2时，时，B B相电流不能瞬时上升到相电流不能瞬时上升到IdId，A A相电流不能瞬时下降到零，电流换相电流不能瞬时下降到零，电流换相需要时间相需要时间t=/t=/（换相重叠角所对应的时间）。在重叠角期间，（换相重叠角所对应的时间）。在重叠角期间，T T1 1、T T2 2同时导通，同时导通，产生一个虚拟电流产生一个虚拟电流iKiK，故：，故：u uB B-u-uA A=2L=2L1 1didiK K/dt/dt而整流输出电压为：而整流输出电压为：u ud d=u=uB B-L-L1 1didiK K/dt=u/dt=uA A+L+L1 1didiK K/dt=(u/dt
25、=(uA A+u+uB B)/2)/2在在期间，直流输出电比期间，直流输出电比uAuA或或uBuB都小，使输出电压减少了一块阴影面积，降低的电压值都小，使输出电压减少了一块阴影面积，降低的电压值为为u uB B-u-ud d=(u=(uB B-u-uA A)/2=L)/2=L1 1didiK K/dt/dt，而阴影部分面积为：，而阴影部分面积为：S=LS=L1 1I Id d1 1、换相压降、换相压降U U在三相半波可控整流电路中，整流输出电压为三相波形的组合，每个周期有在三相半波可控整流电路中，整流输出电压为三相波形的组合，每个周期有3 3个阴影面个阴影面积，这些阴影面积之和积，这些阴影面积之和3S3S除以除以22，即为换相重叠角期间输出平均电压的减少量，称换，即为换相重叠角期间输出平均电压的减少量，称换相压降。相压降。U U=3S/2=3X=3S/2=3X1 1I Id d/2/22 2、换相重叠角、换相重叠角：arccos(cos-2Xarccos(cos-2X1 1I Id d/6/61/21/2U U22)-)-本讲稿第三十二页，共三十三页第二章 全部讲完谢谢 谢谢 本讲稿第三十三页，共三十三页