第3章-整流电路课件.pptx

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1、1引言引言整流电路的分类：整流电路的分类：按组成的器件可分为按组成的器件可分为不可控不可控、半控半控、全控全控三种。三种。按电路结构可分为按电路结构可分为桥式电路桥式电路和和零式电路零式电路。按交流输入相数分为按交流输入相数分为单相电路单相电路和和多相电路多相电路。按变压器二次侧电流的方向是单向或双向，分为按变压器二次侧电流的方向是单向或双向，分为单单拍电路拍电路和和双拍电路双拍电路。整流电路：出现最早的电力电子电路。整流电路：出现最早的电力电子电路。主要作用是将主要作用是将交流电变为直流电交流电变为直流电。23.1 3.1 单相可控整流电路单相可控整流电路 3.1.1 3.1.1 单相半波可

2、控整流电路单相半波可控整流电路 3.1.2 3.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路 3.1.3 3.1.3 单相全波可控整流电路单相全波可控整流电路 3.1.4 3.1.4 单相桥式半控整流电路单相桥式半控整流电路33.1 3.1 单相可控整流电路单相可控整流电路3.1.1 3.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路(Single Phase Half Wave Controlled Rectifier)1 1、带电阻负载的工作情况、带电阻负载的工作情况*电阻负载的特点：电压与电流成正比，两者波形相同。电阻负载的特点：电压与电流成正比，两者波形相同。*常见电阻性负载有：

3、电阻加热炉、电解、电镀装置等。常见电阻性负载有：电阻加热炉、电解、电镀装置等。*变压器变压器T T起起变换电压和电气隔离变换电压和电气隔离的作用，其一次侧和二次的作用，其一次侧和二次 侧电压瞬时值分别用侧电压瞬时值分别用u u1 1和和u u2 2表示，有效值分别用表示，有效值分别用U U1 1和和U U2 2表示。表示。4工作原理分析：工作原理分析：半波整流半波整流单脉波整流单脉波整流控制角控制角导通角导通角请绘制出电流波形？请绘制出电流波形？5定量计算：定量计算：(1)(1)直流输出电压平均值为直流输出电压平均值为当当时，直流输出电压平均值的时，直流输出电压平均值的最大值最大值为为当当时，

4、直流输出电压平均值的时，直流输出电压平均值的最小值最小值为为故，故，随着增大，随着增大，减小。减小。(2)(2)移相范围：移相范围：，相控整流。，相控整流。(3)(3)最大正反向电压均为最大正反向电压均为u u2 2的峰值的峰值:63.1 3.1 单相可控整流电路单相可控整流电路3.1.1 3.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路(Single Phase Half Wave Controlled Rectifier)2 2、带阻感负载的工作情况、带阻感负载的工作情况*电感的特点：电感的特点：电感对电流具有平波作用电感对电流具有平波作用；根据楞次定律，；根据楞次定律，电感的自感电势

5、总是反抗电流的变化，使流电感的自感电势总是反抗电流的变化，使流 过的电感电流不能发生突变。过的电感电流不能发生突变。*阻感性负载更为常见：电机及励磁绕组等。阻感性负载更为常见：电机及励磁绕组等。7工作原理分析：工作原理分析：找到分析电子电路的方法（书找到分析电子电路的方法（书4646页）页）-分段线性电路分析法分段线性电路分析法从晶闸管从晶闸管 通态和断态通态和断态 两个方面分别两个方面分别理想化理想化考虑。考虑。分析思路：分析思路：输出输出的平均值降低的平均值降低8为了解决负载阻抗角为了解决负载阻抗角或者触发角或者触发角、导通角、导通角、电感、电感储储能以及输出电压能以及输出电压平均值、输出

6、电流平均值、输出电流平均值之间的矛盾，提平均值之间的矛盾，提出出带续流二极管的单相半波带阻感负载的电路带续流二极管的单相半波带阻感负载的电路解决这一问题。解决这一问题。9定量计算定量计算(i id d近似为一条直线，恒为近似为一条直线，恒为I Id d）SCRSCR电流平均值：电流平均值：SCRSCR电流有效值：电流有效值：VDVDR R电流平均值：电流平均值：VDVDR R电流有效值：电流有效值：移相范围：移相范围：最大正反向电压均为最大正反向电压均为u u2 2的峰值的峰值:10单相半波可控整流电路的特点单相半波可控整流电路的特点VTVT的的 移相范围为移相范围为0-1800-180。简简

7、单单，但但输输出出脉脉动动大大，变变压压器器二二次次侧侧电电流流中中含含直直流流分分量量，造成变压器铁芯造成变压器铁芯直流磁化直流磁化。实际上很少应用此种电路。实际上很少应用此种电路。分析该电路的主要目的建立起整流电路的基本概念。分析该电路的主要目的建立起整流电路的基本概念。思考：思考：若负载是纯电感，其各电压、电流波形如何变化呢？若负载是纯电感，其各电压、电流波形如何变化呢？提示：提示：u u2 2过零，过零，didid d/dt=0,i/dt=0,id d达到峰值；达到峰值；u u2 2变负时，变负时，i id d下降，下降，u ud d正负面积相等，充放磁平衡，正负面积相等，充放磁平衡，

8、则则U Ud d=0=0113.1.2 3.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路 (Single Phase Bridge Contrelled Rectifier)3.1 3.1 单相可控整流电路单相可控整流电路1 1、带电阻负载的工作情况、带电阻负载的工作情况工作原理分析：工作原理分析：双脉波整流双脉波整流不存在直流磁化问题不存在直流磁化问题12定量计算定量计算1 1：向负载输出向负载输出的平均电流值为：的平均电流值为：流过晶闸管的电流平均值流过晶闸管的电流平均值只有输出直流平均值的一半，即：只有输出直流平均值的一半，即：整流输出电压整流输出电压的平均值：的平均值：角的移相范围

9、为180。晶闸管承受的最大正向电压和反向电压分别是晶闸管承受的最大正向电压和反向电压分别是13流过晶闸管电流的有效值：流过晶闸管电流的有效值：变压器二次测电流有效值变压器二次测电流有效值I I2 2与输出直流电流与输出直流电流I I 有效值相等：有效值相等：不考虑变压器的损耗时，要求变压器的容量：不考虑变压器的损耗时，要求变压器的容量：综上两个式子，得综上两个式子，得定量计算定量计算2 2：功率因数问题：功率因数问题：角度越大，角度越大，i i2 2滞后于滞后于u u2 2的角度越大，功率因数越低。的角度越大，功率因数越低。143.1.2 3.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路

10、(Single Phase Bridge Contrelled Rectifier)3.1 3.1 单相可控整流电路单相可控整流电路2 2、带阻感负载的工作情况、带阻感负载的工作情况*假设电路已工作于稳态，假设电路已工作于稳态，i id d的平均值不变。的平均值不变。*假设负载电感很大，负载电流假设负载电感很大，负载电流i id d连续且近似恒流。连续且近似恒流。15工作原理分析：工作原理分析：换相或称换流时换相或称换流时注意：注意：各晶闸管的状态变化各晶闸管的状态变化16定量计算：定量计算：*晶闸管移相范围为晶闸管移相范围为:0-90:0-90*变压器二次侧电流变压器二次侧电流i i2 2的

11、波形为正负各的波形为正负各180180 的矩形波，相对于的矩形波，相对于 u u2 2相移相移 角度，副边角度，副边i i2 2 有效值为有效值为晶闸管承受的最大正反向电压均为晶闸管承受的最大正反向电压均为 。*整流输出电压整流输出电压的平均值：的平均值：晶闸管导通角晶闸管导通角与与 无关，均为无关，均为180180，晶闸管电流的平均值和有效值晶闸管电流的平均值和有效值：*173.1.2 3.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路 (Single Phase Bridge Contrelled Rectifier)3.1 3.1 单相可控整流电路单相可控整流电路3 3、带反电动势负载

12、的工作情况、带反电动势负载的工作情况*常见反电势负载有：蓄电池、直流电机电枢等。常见反电势负载有：蓄电池、直流电机电枢等。相当于相当于直流电压源直流电压源*在在|u2|E 时，才有晶闸管承受正电压，才有导通的可能。时，才有晶闸管承受正电压，才有导通的可能。18工作原理分析：工作原理分析：-停止导电角停止导电角电流断续电流断续对于直流电动机负载会使其机械特性变软。对于直流电动机负载会使其机械特性变软。触发角延迟了触发角延迟了19*一般在主电路中直流输出侧一般在主电路中直流输出侧串联串联一个一个平波电抗器平波电抗器。可以减少电流的脉动和延长晶闸管导通时间。可以减少电流的脉动和延长晶闸管导通时间。*

13、为保证电流连续所需的电感量为保证电流连续所需的电感量 L L 可由下式求出：可由下式求出：书书P50P50：例：例3-13-1203.1 3.1 单相可控整流电路单相可控整流电路3.1.3 3.1.3 单相全波可控整流电路单相全波可控整流电路 （Single Phase Full Wave Controlled Rectifier)又称单相双半波可控整流电路，是非常实用的一种电路。又称单相双半波可控整流电路，是非常实用的一种电路。工作原理分析：工作原理分析：*变压器不存在直流磁化的问题。变压器不存在直流磁化的问题。请问：当该电路接其他负载时，电路波形？请问：当该电路接其他负载时，电路波形？21

14、单相全波与单相全控桥的区别：单相全波与单相全控桥的区别：单相全波中变压器结构较复杂，材料的消耗多。单相全波中变压器结构较复杂，材料的消耗多。单单相相全全波波只只用用2 2个个晶晶闸闸管管，比比单单相相全全控控桥桥少少2 2个个，相相应应地地，门门极极驱驱动动电电路路也也少少2 2个个；但但是是晶晶闸闸管管承承受受的的最最大电压是单相全控桥的大电压是单相全控桥的2 2倍。倍。单单相相全全波波导导电电回回路路只只含含1 1个个晶晶闸闸管管，比比单单相相桥桥少少1 1个个，因而管压降也少因而管压降也少1 1个。个。*从从上上述述后后两两点点考考虑虑，单单相相全全波波电电路路有有利利于于在在低低输输出

15、出电电压压的的场场合合应用。应用。3.1 3.1 单相可控整流电路单相可控整流电路3.1.3 3.1.3 单相全波可控整流电路单相全波可控整流电路 （Single Phase Full Wave Controlled Rectifier)223.1 3.1 单相可控整流电路单相可控整流电路3.1.4 3.1.4 单相桥式半控整流电路单相桥式半控整流电路*半控电路与全控电路在半控电路与全控电路在电阻负载电阻负载时的工作情况时的工作情况相同（略）相同（略）。1 1、电路中不加、电路中不加VDVDR R情况情况2 2、电路中加、电路中加VDVDR R情况情况*单相半控桥带单相半控桥带阻感负载阻感负载

16、的情况（分两种情况讨论）的情况（分两种情况讨论）231 1、电路中不加、电路中不加VDVDR R情况情况容易出现失控问题，怎么解决呢？容易出现失控问题，怎么解决呢？VT1 VT1导通后，若触发脉冲丢失时，会发生一个晶闸管持续导通后，若触发脉冲丢失时，会发生一个晶闸管持续导通而两个二极管轮流导通的情况，这使导通而两个二极管轮流导通的情况，这使u ud d成为成为正弦半波正弦半波，其平均值保持恒定，称为其平均值保持恒定，称为失控失控。242 2、电路中加、电路中加VDVDR R情况情况续流期间导电回路中只有一个管压降，有利于降低损耗。续流期间导电回路中只有一个管压降，有利于降低损耗。不存在失控问题

17、不存在失控问题253.2 3.2 三相可控整流电路三相可控整流电路 3.1.1 3.1.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路 3.1.2 3.1.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路 26引言引言交流侧由三相电源供电。交流侧由三相电源供电。负负载载容容量量较较大大，或或要要求求直直流流电电压压脉脉动动较较小小、容易滤波。容易滤波。基基本本的的是是三三相相半半波波可可控控整整流流电电路路，三三相相桥桥式全控整流电路应用最广式全控整流电路应用最广 。273.2 3.2 三相可控整流电路三相可控整流电路 3.1.1 3.1.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路1 1、电阻负载

18、、电阻负载*变变压压器器二二次次侧侧接接成成星星形形得得到到零零线线，而而一一次次侧侧接接成成三三角角形形避避免免3 3次谐波流入电网次谐波流入电网。电路的特点：电路的特点：*三三个个晶晶闸闸管管分分别别接接入入a a、b b、c c三三相相电电源源，其其阴阴极极连连接接在在一一起起共阴极接法共阴极接法 。28工作原理分析：工作原理分析：自然换相点：自然换相点：三相半波不可控整流电路三相半波不可控整流电路 二极管换相时刻为二极管换相时刻为自然换相点自然换相点，是各相晶闸管能触发，是各相晶闸管能触发导通的最早时刻，将其作为计算各晶闸管触发角导通的最早时刻，将其作为计算各晶闸管触发角 的起的起点，

19、即点，即 。三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路与单相的区别？与单相的区别？29三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路时的工作原理分析时的工作原理分析T二次绕组电流二次绕组电流有直流分量。有直流分量。三段分析法三段分析法包络线包络线三脉波整流三脉波整流30三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路时的工作原理分析时的工作原理分析i id d和和u ud d波形相同，波形相同，临界断续临界断续31三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路时的工作原理分析时的工作原理分析负载电流断续，负载电流断续，晶闸管导通角为晶闸管导通角为9090 32定量计算：定量计算：*最大移相范围是最大移相范围是 0

20、01501500*输出电压平均值的计算：输出电压平均值的计算：时，负载电流连续，时，负载电流连续，恒为恒为1201200，有：有：当a=0时，Ud最大，为 。时，负载电流断续，导通角时，负载电流断续，导通角 ,有：有：函数曲线函数曲线33*负载电流平均值为负载电流平均值为*晶闸管承受的最大反向电压，为晶闸管承受的最大反向电压，为 T T 二次二次线电压线电压峰值，即峰值，即*晶闸管阳晶闸管阳/阴极间的最大正向电压等于阴极间的最大正向电压等于 T T 二次二次相电压相电压的峰值的峰值函数曲线函数曲线1 1电阻负载电阻负载 2 2电感负载电感负载 3 3电阻电感负载电阻电感负载343.2 3.2

21、三相可控整流电路三相可控整流电路 3.1.1 3.1.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路2 2、阻感负载、阻感负载电路的特点：电路的特点：阻感负载阻感负载 L L 值很大，值很大，i id d 波形基本平直；波形基本平直；延续延续SCRSCR导通时间导通时间。时，负载电流连续，整流电压波形与电阻负载时时，负载电流连续，整流电压波形与电阻负载时 相同相同,此时，此时，L L 不起作用。不起作用。35时的工作原理分析时的工作原理分析36定性分析：定性分析：移相范围为：移相范围为：0 09090。增大，则增大，则负面积增大，直到负面积增大，直到正负面积相等正负面积相等则：则：每只晶闸管导通

22、角为每只晶闸管导通角为 ，电流近似，电流近似 方波方波37定量计算：定量计算：最高耐压：最高耐压：的平均值：的平均值：变压器副边即晶闸管电流的有效值为变压器副边即晶闸管电流的有效值为晶闸管的额定电流为晶闸管的额定电流为结论：结论：三相半波整流电路的主要缺点：变压器副边电流只含有正半三相半波整流电路的主要缺点：变压器副边电流只含有正半周，负半周没有利用，而且含有周，负半周没有利用，而且含有直流分量直流分量，导致铁心直流磁，导致铁心直流磁化，为此其应用较少。化，为此其应用较少。383.2 3.2 三相可控整流电路三相可控整流电路 3.1.2 3.1.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路三相

23、桥是应用最为广泛的整流电路三相桥是应用最为广泛的整流电路共阴极组共阴极组共阳极组共阳极组*触发脉冲规定顺序：触发脉冲规定顺序：VT1VT2 VT3 VT4 VT5VT6*任何时刻总有上、下两组各有一只管子导通。任何时刻总有上、下两组各有一只管子导通。391 1、带、带电阻负载电阻负载时的工作情况时的工作情况当当 时，时，u ud d波形均连续，波形均连续，i id d与与u ud d波形相同，也连续。波形相同，也连续。主要讨论一下三种情况的波形图：主要讨论一下三种情况的波形图：（1）（2）（3）当当 时时，u ud d波波形形每每6060 中中有有一一段段为为零零，u ud d波波形形不不能能

24、出出现负值。现负值。考虑波形图考虑波形图:晶闸管及输出整流电压的情况如下表所示：晶闸管及输出整流电压的情况如下表所示：40晶闸管及输出整流电压的情况如下表所示：晶闸管及输出整流电压的情况如下表所示：下面从下面从触发角不同取值触发角不同取值来讨论电路中各变量的波形变化。来讨论电路中各变量的波形变化。41波形波形42波形波形43波形波形44波形波形45*带电阻负载时的三相桥式全控整流电路：带电阻负载时的三相桥式全控整流电路：角的移相范围是：角的移相范围是：0120 三相桥式全控整流电路的三相桥式全控整流电路的特点特点*有两个晶闸管同时导通形成供电回路，其中共阴极组和共有两个晶闸管同时导通形成供电回

25、路，其中共阴极组和共 阳极组各阳极组各1 1个，且个，且不能为同一相上的器件不能为同一相上的器件。*对触发脉冲的要求：对触发脉冲的要求：*按按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，相位依次差的顺序，相位依次差6060。*共阴极组共阴极组VT1VT1、VT3VT3、VT5VT5的脉冲依次差的脉冲依次差120120，共阳极组共阳极组VT4VT4、VT6VT6、VT2VT2的脉冲也依次差的脉冲也依次差120120。*同一相的上下两个桥臂：同一相的上下两个桥臂：即即VT1VT1与与VT4VT4，VT3VT3与与VT6VT6，VT5VT5与与

26、VT2VT2，脉冲相差，脉冲相差180180。46 三相桥式全控整流电路的三相桥式全控整流电路的特点特点*u ud d一一周周期期脉脉动动6 6次次，每每次次脉脉动动的的波波形形都都一一样样，故故该该电电路路为为6 6脉波整流电路，脉动频率是脉波整流电路，脉动频率是300Hz300Hz。*需保证同时导通的需保证同时导通的2 2个晶闸管均有脉冲个晶闸管均有脉冲*晶晶闸闸管管承承受受的的电电压压波波形形与与三三相相半半波波时时相相同同，晶闸管承受最大正、反向电压的关系也相同。晶闸管承受最大正、反向电压的关系也相同。原因：原因：若上下两组管子只触发一只，则前面已触发导通的那只管若上下两组管子只触发一

27、只，则前面已触发导通的那只管子可能会因为电网波动或者负载变化引起子可能会因为电网波动或者负载变化引起电流过零而关断电流过零而关断，导，导致无法构成流通回路。致无法构成流通回路。可采用两种方法：一种是可采用两种方法：一种是宽脉冲宽脉冲触发触发 一种是一种是双脉冲双脉冲触发（常用）触发（常用）47宽脉冲触发宽脉冲触发：宽度：宽度60600 0，触发，触发2 2#时，时，1 1#管的触发脉冲仍然起作用管的触发脉冲仍然起作用双脉冲触发双脉冲触发：间隔：间隔60600 0，在触发，在触发2 2#同时，给同时，给1 1#管补发一个窄脉冲。管补发一个窄脉冲。482 2、带、带阻感负载阻感负载时的工作情况时的

28、工作情况时，时，u ud d波形连续，工作情况与带电阻负载时波形连续，工作情况与带电阻负载时十分相似十分相似。区别在于：得到的负载电流区别在于：得到的负载电流i id d波形不同。波形不同。当电感足够大的时当电感足够大的时,i id d的波形可近似为一条水平线的波形可近似为一条水平线。时，时，阻感负载时的工作情况与电阻负载时阻感负载时的工作情况与电阻负载时不同不同。*电阻负载时，电阻负载时，u ud d波形不会出现负的部分。波形不会出现负的部分。*阻感负载时，阻感负载时，u ud d波形会出现负的部分。波形会出现负的部分。带阻感负载时，三相桥式全控整流电路带阻感负载时，三相桥式全控整流电路:角

29、移相范围为角移相范围为 090 。49波形波形50波形波形51波形波形523 3、定量计算、定量计算当整流输出当整流输出电压连续电压连续时时 （即带阻感负载时，或带电阻负载（即带阻感负载时，或带电阻负载 时）的平均值为：时）的平均值为：带电阻负载且带电阻负载且 时，整流电压时，整流电压（断续）（断续）平均值为：平均值为：输出电流平均值为输出电流平均值为 ：53*变压器副边电流的有效值：变压器副边电流的有效值：*晶闸管电压、电流等的定量分析与三相半波时一致。晶闸管电压、电流等的定量分析与三相半波时一致。*最大正反向电压：最大正反向电压：（适合各种负载）（适合各种负载）*接反电势阻感负载时接反电势

30、阻感负载时*仅在仅在计算计算I Id d时有所不同时有所不同，接反电势阻感负载时的，接反电势阻感负载时的I Id d为：为：*在负载电流连续的情况下，电路工作情况与电感性负载在负载电流连续的情况下，电路工作情况与电感性负载 时相似，电路中各处时相似，电路中各处电压电压、电流电流波形均相同。波形均相同。543.3 3.3 变压器漏感对整流电路的影响变压器漏感对整流电路的影响考考虑虑包包括括变变压压器器漏漏感感在在内内的的交交流流侧侧电电感感的的影影响响，该该漏漏感感可可用一个集中的电感用一个集中的电感 L LB B 表示。表示。现以现以三相半波三相半波为例，然后将其结论推广。为例，然后将其结论推

31、广。考虑考虑VTVT1 1换相至换相至VTVT2 2的过程：的过程：环流环流i ik k=i ib b是逐渐增大的，是逐渐增大的，而而i ia a=I Id d-i ik k是逐渐减小的。是逐渐减小的。当当i ik k增大到等于增大到等于I Id d时，时，i ia a=0=0，VTVT1 1关断关断,换流过程结束。换流过程结束。55考虑变压器漏感时的三相半波可控整流电路及波形考虑变压器漏感时的三相半波可控整流电路及波形换换相相过过程程中中，整整流流电电压压u ud d为为同同时时导导通通的的两两个个晶晶闸闸管管所所对对应应的两个相电压的平均值。的两个相电压的平均值。换相重叠角换相重叠角换相过

32、程持续的时间，用电角度换相过程持续的时间，用电角度 表示。表示。56换换相相压压降降与与不不考考虑虑变变压压器器漏漏感感时时相相比比，u ud d平平均均值值降降低低的多少。的多少。换相重叠角换相重叠角 的计算的计算-漏抗漏抗其中，脉冲数其中，脉冲数 m=3m=3 变压器漏抗对各种整流电路的影响（书变压器漏抗对各种整流电路的影响（书P62P62表格）表格）有通式吗？有通式吗？57 随其它参数变化的规律随其它参数变化的规律：（1 1）负载加重（负载加重（I Id d 越大），则越大），则 越大；越大；（2 2）X XB B 越大，越大，越大；越大；（3 3）当当 时，时，越小越小，越大。越大。5

33、8变压器漏感对整流电路影响的一些结论变压器漏感对整流电路影响的一些结论:出现出现换相重叠角换相重叠角g g，整流输出电压平均值整流输出电压平均值U Ud d降低。降低。整流电路的整流电路的工作状态增多工作状态增多。晶闸管晶闸管的的di/dt 减小，有利于晶闸管的安全开通。有利于晶闸管的安全开通。有时人为串入进线电抗器以抑制晶闸管的有时人为串入进线电抗器以抑制晶闸管的di/dt。换相时晶闸管电压出现缺口，产生正的换相时晶闸管电压出现缺口，产生正的du/dt，可可能使晶闸管误导通，为此必须能使晶闸管误导通，为此必须加吸收电路加吸收电路。换相使电网电压出现换相使电网电压出现缺口缺口，成为干扰源。，成

34、为干扰源。593.4 3.4 电容滤波的不可控整流电路电容滤波的不可控整流电路3.4.1 3.4.1 电容滤波的单相不可控整流电路电容滤波的单相不可控整流电路3.4.2 3.4.2 电容滤波的三相不可控整流电路电容滤波的三相不可控整流电路60在在交交直直交交变变频频器器、不不间间断断电电源源、开开关关电电源源等等应应用用场合中，大量应用。场合中，大量应用。引言引言最常用的是最常用的是单相桥单相桥和和三相桥三相桥两种接法。两种接法。由由于于电电路路中中的的电电力力电电子子器器件件采采用用整整流流二二极极管管，故故也也称这类电路为称这类电路为二极管整流电路二极管整流电路。613.4 3.4 电容滤

35、波的不可控整流电路电容滤波的不可控整流电路3.4.1 3.4.1 电容滤波的单相不可控整流电路电容滤波的单相不可控整流电路 常常用用于于小小功功率率单单相相交交流流输输入入的的场场合合，如如目目前前大大量量普普及及的的微微机机、电视机等家电产品中。电视机等家电产品中。基本工作过程基本工作过程：在在u u2 2 正半周过零点至正半周过零点至wtwt=0=0期间，因期间，因u u2 2 u ud d，故二极管均不导通，电容，故二极管均不导通，电容C C 向向 R R 放电，提供负载所需电流。放电，提供负载所需电流。至至wtwt=0=0 之后，之后，u u2 2 将要超过将要超过u ud d，使得，

36、使得VDVD1 1和和VDVD4 4开通，开通，u ud d=u=u2 2，交流电源向，交流电源向电容充电，同时向负载电容充电，同时向负载 R R 供电。供电。62主要的数量关系主要的数量关系 输出电压平均值输出电压平均值 电流平均值电流平均值 空载时：空载时：重载时，重载时，即接近电阻负载时的特性。，即接近电阻负载时的特性。在设计时，根据负载的情况选择电容在设计时，根据负载的情况选择电容C 值，使值，使此时输出电压为：此时输出电压为：*输出电流平均值输出电流平均值IR为：为：IR=Ud/R Id=IR *二极管电流二极管电流 iD平均值为：平均值为：ID=Id/2=IR/2 *二极管承受的电

37、压为：二极管承受的电压为：63 ud波波形形更更平平直直，电电流流i2的的上上升升段段平平缓缓了了许许多多，这这对于电路的工作是有利的。对于电路的工作是有利的。实际广泛应用的电路：实际广泛应用的电路：感容滤波的二极管整流电路感容滤波的二极管整流电路电路特点：电路特点：643.4 3.4 电容滤波的不可控整流电路电容滤波的不可控整流电路3.4.2 3.4.2 电容滤波的三相不可控整流电路电容滤波的三相不可控整流电路基本原理基本原理*某一对二极管导通时，某一对二极管导通时，输出电压等于交流侧线电压中最输出电压等于交流侧线电压中最 大的一个大的一个，该线电压既向电容供电，也向负载供电。，该线电压既向

38、电容供电，也向负载供电。*当没有二极管导通时，由电容向负载放电，当没有二极管导通时，由电容向负载放电，ud按指数规按指数规 律下降。律下降。65电流电流id 断续和连续的断续和连续的临界条件临界条件:*在在轻载轻载时时,直流侧获得的充电电流是直流侧获得的充电电流是断续断续的：的：*在在重载重载时，直流侧获得的充电电流是时，直流侧获得的充电电流是连续连续的：的：66主要数量关系主要数量关系*输出电压平均输出电压平均 值值:Ud 在（在（2.34U2 2.45U2）之间变化）之间变化*电流平均值电流平均值 输出电流平均值输出电流平均值IR为：为：IR=Ud/R 与单相电路情况一样，电容电流与单相电

39、路情况一样，电容电流iC平均值为零，则平均值为零，则 Id=IR 二极管电流平均值为二极管电流平均值为Id的的1/3，即：，即：ID=Id/3=IR/3*二极管承受的二极管承受的最大反向电压最大反向电压为线电压的峰值，即为线电压的峰值，即 。673.5 3.5 整流电路的谐波和功率因数整流电路的谐波和功率因数3.5.1 3.5.1 谐波和无功功率分析基础谐波和无功功率分析基础3.5.2 3.5.2 阻感负载整流电路交流侧谐波和功率因数分析阻感负载整流电路交流侧谐波和功率因数分析68引言引言随着电力电子技术的发展，其应用日益广泛，由此带来随着电力电子技术的发展，其应用日益广泛，由此带来的的谐波谐

40、波(harmonics)(harmonics)和和无功无功(reactive power)(reactive power)问题日益严问题日益严重，引起了关注。重，引起了关注。无功的危害：无功的危害：导致设备容量增加。导致设备容量增加。使使设设备备和和线线路路的的损损耗耗增增加。加。线线路路压压降降增增大大，冲冲击击性性负载使电压剧烈波动。负载使电压剧烈波动。谐波的危害：谐波的危害：降低设备的效率。降低设备的效率。影响用电设备的正常工作。影响用电设备的正常工作。引引起起电电网网局局部部的的谐谐振振，使使谐谐波放大，加剧危害。波放大，加剧危害。导导致致继继电电保保护护和和自自动动装装置置的的误动作

41、。误动作。对通信系统造成干扰。对通信系统造成干扰。693.5 3.5 整流电路的谐波和功率因数整流电路的谐波和功率因数3.5.1 3.5.1 谐波和功率因数的关系谐波和功率因数的关系电网电网施加给负载施加给负载的电压为正弦信号，但负载的电压为正弦信号，但负载从电网索取从电网索取的的电流是否也为正弦信号，则取决于电流是否也为正弦信号，则取决于负载是线性还是非线性的负载是线性还是非线性的。线性负载线性负载：如：如R,L,C等，电流为同频正弦波。等，电流为同频正弦波。非线性负载非线性负载：如电力半导体设备，尤其是常用的：如电力半导体设备，尤其是常用的SCR整流，整流，电流变为非正弦信号。电流变为非正

42、弦信号。基波与谐波基波与谐波：非正弦电流展开傅氏级数。：非正弦电流展开傅氏级数。*频率仍与工频相同的分量称为基波；频率仍与工频相同的分量称为基波；*频率为基波频率整数倍的分量称为谐波。频率为基波频率整数倍的分量称为谐波。70电流谐波总畸变率：电流谐波总畸变率：(Total Harmonic Distortion)-总谐波电流的有效值总谐波电流的有效值-基波电流的有效值基波电流的有效值通常公用电网中的通常公用电网中的电压波形畸变很小电压波形畸变很小，而，而电流波形畸电流波形畸变可能很大变可能很大，故在分析中，将电压视为正弦，电流为非正，故在分析中，将电压视为正弦，电流为非正弦，具有实际意义。弦，

43、具有实际意义。71 非正弦电路的有功功率非正弦电路的有功功率 ：P=U I1 cosj j1 基波基波(畸变畸变)因数因数 ，即即基波电流基波电流有效值和有效值和总电流总电流有效值之比有效值之比 位移因数（基波功率因数）位移因数（基波功率因数）cosj j 1 功率因数由功率因数由基波电流相移基波电流相移和和电流波形畸变电流波形畸变这两个因素共这两个因素共同决定的。同决定的。功率因数功率因数为：为：723.5.2 3.5.2 阻感负载整流电路交流侧谐波和功率因数分析阻感负载整流电路交流侧谐波和功率因数分析3.5 3.5 整流电路的谐波和功率因数整流电路的谐波和功率因数1 1、单相桥式全控整流电

44、路（阻感负载）、单相桥式全控整流电路（阻感负载）忽略换相过程和电流脉动，在忽略换相过程和电流脉动，在大大L-R(E)负载时，变压器负载时，变压器副边电流副边电流i2为近似为近似1800正负对称方波。正负对称方波。变压器二次侧电流谐波分析：变压器二次侧电流谐波分析：*基波与各次谐波电流有效值之间关系为基波与各次谐波电流有效值之间关系为n=1,3,5,关键确定关键确定功率因数功率因数73*基波电流有效值为基波电流有效值为 功率因数计算功率因数计算*i2的有效值的有效值 I=Id，结合上式可得，结合上式可得基波因数基波因数为为*电流基波与电压的相位差就等于控制角电流基波与电压的相位差就等于控制角 ，

45、故，故位移因数位移因数为为则，则，功率因数功率因数为为742 2、三相桥式全控整流电路、三相桥式全控整流电路(阻感负载阻感负载)L很大时，很大时，id近似恒流近似恒流Id，ia比比ua滞后角为滞后角为ia为近似为近似1200正负对称方波，正负对称方波，总有效值总有效值为为 变压器二次侧电流谐波分析：变压器二次侧电流谐波分析：*基波与各次谐波电流有效值为基波与各次谐波电流有效值为75*基波电流有效值为基波电流有效值为 功率因数计算功率因数计算*基波因数基波因数为为*位移因数位移因数为为则，则，功率因数功率因数为为763.6 3.6 整流电路逆变的概念整流电路逆变的概念1 1、什么是逆变？、什么是

46、逆变？逆变逆变 把直流电转变成交流电，是把直流电转变成交流电，是整流的逆过程整流的逆过程。例如：电力机车下坡行驶例如：电力机车下坡行驶逆变电路逆变电路把直流电逆变成交流电的电路。把直流电逆变成交流电的电路。有源逆变电路有源逆变电路 整流器交流侧和电网连接；把直流侧整流器交流侧和电网连接；把直流侧 吸收的能量，反送回交流电网。吸收的能量，反送回交流电网。应用：直流可逆调速系统、交流绕线转子异步电动机串级调速应用：直流可逆调速系统、交流绕线转子异步电动机串级调速以及高压直流输电等。以及高压直流输电等。无源逆变电路无源逆变电路交流侧不是接电网，而是接负载，把直交流侧不是接电网，而是接负载，把直 流电

47、逆变为某一频率或可调频率的交流流电逆变为某一频率或可调频率的交流 电供给负载。（第电供给负载。（第4 4章介绍）章介绍）电路如何构成呢？电路如何构成呢？77对于可控整流电路，满足一定条件就可工作于有源逆变，对于可控整流电路，满足一定条件就可工作于有源逆变，其其电路形式未变，电路形式未变，只是电路工作条件转变只是电路工作条件转变。既工作在整流状态又工作在逆变状态，称为既工作在整流状态又工作在逆变状态，称为变流电路变流电路。2 2、直流发电机、直流发电机电动机系统电能的流转电动机系统电能的流转M M作电动机运行作电动机运行M M作发电机运行作发电机运行顺向串联顺向串联,短路短路电能转化成机械能电能

48、转化成机械能机械能转化成电能机械能转化成电能均输出功率均输出功率发发电电机机电电动动机机78 两个电动势两个电动势同极性相接同极性相接时，电流总是从电动势高的流向低时，电流总是从电动势高的流向低的，回路电阻小，可在两个电动势间交换很大的功率。的，回路电阻小，可在两个电动势间交换很大的功率。3 3、逆变产生的条件、逆变产生的条件用单相全波电路代替上述发电机，构成可调直流电源。用单相全波电路代替上述发电机，构成可调直流电源。整流整流逆变逆变79从上述分析中，可以归纳出产生从上述分析中，可以归纳出产生逆变的条件逆变的条件有二个：有二个：半半控控桥桥或或有有续续流流二二极极管管的的电电路路，因因其其整

49、整流流电电压压u ud d不不能能出出现现负负值值，也也不不允允许许直直流流侧侧出出现现负负极极性性的的电电动动势势，故故不不能能实实现现有有源源逆变。逆变。欲实现有源逆变，只能采用欲实现有源逆变，只能采用全控全控电路。电路。有有直直流流电电动动势势，其其极极性性和和晶晶闸闸管管导导通通方方向向一一致致，其其值值大大于于变流器直流侧的平均电压。变流器直流侧的平均电压。晶闸管的控制角晶闸管的控制角 ，使，使Ud为为负值负值。80本章小结本章小结1)1)可可控控整整流流电电路路，重重点点掌掌握握：电电力力电电子子电电路路作作为为分分段段线线性性电电路路进进行行分分析析的的基基本本思思想想、单单相相

50、全全控控桥桥式式整整流流电电路路和和三三相相全全控控桥桥式式整整流流电电路路的的原原理理分分析析与与计计算算、各各种种负负载载对对整整流流电电路路工作情况的影响；工作情况的影响；2)2)电电容容滤滤波波的的不不可可控控整整流流电电路路的的工工作作情情况况，重重点点了了解解其其工工作作特点；特点；3)3)整整流流电电路路的的谐谐波波和和功功率率因因数数分分析析，重重点点掌掌握握谐谐波波的的概概念念、各种整流电路产生谐波情况的定性分析。各种整流电路产生谐波情况的定性分析。4)4)变压器漏抗对整流电路的影响，并掌握相关的计算。变压器漏抗对整流电路的影响，并掌握相关的计算。5)5)5 5）可可控控整整