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1、第三章整流电路第三章整流电路1本讲稿第一页，共三十五页第第3章章 整流电路整流电路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不可控不可控、半控半控、全控全控三种。按电路结构可分为桥式电路桥式电路和零式电路零式电路。按交流输入相数分为单相电路单相电路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，又分为单单拍电路拍电路和双拍电路双拍电路。整流电路整流电路：出现最早的电力电子电路，将交流电变为直流电。本讲稿第二页，共三十五页3.1 单相可控整流电路单相可控整流电路 3.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路 3.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路 3
2、.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 单相桥式半控整流电路单相桥式半控整流电路返回返回本讲稿第三页，共三十五页1.电路分析前提；2.课本中的标识符号定义3.电路模型；4.不同负载的各类波形分析；5.重要名词的理解掌握；6.相关数值计算；7.元器件选择；8.习题、例题。掌握内容掌握内容3.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路返回返回本讲稿第四页，共三十五页1.开关器件为理想器件，无开通、关断延时时间，无功率损耗；2.iA=0，晶闸管关断；iA0，晶闸管不关断；3.不考虑变压器漏感在内的交流侧电感；4.换相过程是瞬时完成的；5.电源为理想的50HZ正弦波；6.
3、不考虑变压器的损耗；电路分析前提电路分析前提3.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路返回返回本讲稿第五页，共三十五页 瞬时值符号瞬时值符号u1：一次电压瞬时值；u2：二次电压瞬时值；ud：直流输出电压瞬时值；id：直流输出电流瞬时值；uVT：晶闸管承受的电压瞬时值；iVT：晶闸管流过的电流瞬时值；iVD：二极管流过的电流瞬时值；i2：变压器二次侧电流瞬时值；3.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路课本中的标识符号定义课本中的标识符号定义返回返回本讲稿第六页，共三十五页 有效值符号有效值符号 U1：一次电压有效值；U2：二次电压有效值；U：负载输出电压有效值；I：负载输出
4、电流有效值；I IVTVT:流过晶闸管电流有效值；I I2 2:变压器二次侧电流有效值;I IVDRVDR:流过二极管电流有效值；3.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路课本中的标识符号定义课本中的标识符号定义返回返回本讲稿第七页，共三十五页平均值符号平均值符号 Ud：直流输出电压平均值；Id：直流输出电流平均值；IdVT:流过晶闸管电流平均值；I IdVDRdVDR:流过二极管电流平均值;3.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路课本中的标识符号定义课本中的标识符号定义返回返回本讲稿第八页，共三十五页3.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路图3-1单相半波可
5、控整流电路及波形1 1）带电阻负载的工作情况）带电阻负载的工作情况变压器T起变换电压和电气隔离的作用。电电阻阻负负载载的的特特点点：电压与电流成正比，两者波形相同。wwwwtTVTR0a)u1u2uVTudidwt1p2 ptttu2uguduVTaq0b)c)d)e)00电路模型波形分析返回返回本讲稿第九页，共三十五页3.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路通过控制触发脉冲的相位来控制直流输出电压大小的方式称为相位控制方式相位控制方式，简称相控方式相控方式。基本数量关系基本数量关系直流输出电压平均值为直流输出电压平均值为(3-1)VT的的a 移相范围为移相范围为0180 返回返回
6、本讲稿第十页，共三十五页wtuda a q qa a：从晶闸管开始承受正向阳极电压起到施加触发脉冲止的电角度,用a表示,也称触发角、触发延迟角触发角、触发延迟角或或控制角。控制角。q q：即晶闸管在一个周期内导通的电角度，即晶闸管在一个周期内导通的电角度，称导通角。称导通角。3.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路l两个重要的基本概念：两个重要的基本概念：返回返回本讲稿第十一页，共三十五页思考以下问题思考以下问题：1.负载R上流过的电流平均值表达式。2.负载R上流过的电流有效值表达式。3.晶闸管上流过的电流有效值表达式。4.变压器二次侧流过的电流有效值表达式。5.变压器（电源）供给
7、的有功功率表达式。6.变压器提供的视在功率表达式。7.计算这些参数的意义所在。（有效值、平均值）3.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路返回返回本讲稿第十二页，共三十五页3.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路2)带阻感负载的工作情况带阻感负载的工作情况图3-2带阻感负载的单相半波电路及其波形阻阻感感负负载载的的特特点点：电感对电流变化有抗抗拒拒作用，使得流过电感的电流不发生突变。回顾电路阻抗角、电感储能特性、感应电动势、二极管“续流”等知识。返回返回本讲稿第十三页，共三十五页3.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路2)带阻感负载的工作情况带阻感负载的工作情
8、况图3-2带阻感负载的单相半波电路及其波形电路中加接一续流二极管！电路中加接一续流二极管！若为定值，a 越大，在u2正半周L储能越少，维持导电的能力就越弱，越小。分析负载阻抗角、触发角a、晶闸管导通角的关系若a为定值，越大，则L贮能越多，越大；在u2负半周L维持晶闸管导通的时间若越接近晶闸管在u2正半周导通的时间，则ud中负的部分越接近正的部分，则平均值平均值Ud越接近零。越接近零。该电路不好，不实用该电路不好，不实用！需改进电路形式。需改进电路形式。如何改？如何改？返回返回本讲稿第十四页，共三十五页3.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路3）加续流二极管的）加续流二极管的u2ud
9、iduVTiVTIdIdwt1wtwtwtwtwtwtOOOOOOp-ap+ab)c)d)e)f)g)iVDRa)图3-4单相半波带阻感负载有续流二极管的电路及波形当u2过零变负时，VDR导通，ud为零，VT承受反压关断。L储存的能量保证了电流id在L-R-VDR回路中流通，此过程通常称为续流续流。数量关系数量关系(id近似恒为Id）（2-5）（2-6）（2-7）（2-8）返回返回本讲稿第十五页，共三十五页3.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路VT的a 移相范围为0180。简单，但输出脉动大，变压器二次侧电流中含直流分量，造成变压器铁芯直流磁化。实际上很少应用此种电路。分析该电路
10、的主要目的建立起整流电路的基本概念。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：返回返回本讲稿第十六页，共三十五页3.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路1)带电阻负载的工作情况带电阻负载的工作情况a)u(i)pwtwtwt000i2udidb)c)d)ddaauVT1,4图3-5单相全控桥式带电阻负载时的电路及波形工作原理及波形分析工作原理及波形分析VT1和VT4组成一对桥臂，在u2正半周承受电压u2，得到触发脉冲即导通，当u2过零时关断。VT2和VT3组成另一对桥臂，在u2正半周承受电压-u2，得到触发脉冲即导通，当u2过零时关断。电路结构电路结构动画演示返回返回本
11、讲稿第十七页，共三十五页3.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路数量关系数量关系（3-9）a 角的移相范围为0180。向负载输出的平均电流值为：流过晶闸管的电流平均值只有输出直流平均值的一半，即：（3-10）(3-11)pwtwtwt000i2udidb)c)d)ddaauVT1,4返回返回本讲稿第十八页，共三十五页3.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路流过晶闸管的电流有效值：变压器二次测电流有效值I2与输出直流电流I有效值相等：由式（2-12）和式（2-13）得：不考虑变压器的损耗时，要求变压器的容量S=U2I2。（3-12）（3-13）（2-14）pwtwtwt0
12、00i2udidb)c)d)ddaauVT1,4返回返回本讲稿第十九页，共三十五页3.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路2）带阻感负载的工作情况）带阻感负载的工作情况u2OwtOwtOwtudidi2b)OwtOwtuVT1,4OwtOwtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4图3-6单相全控桥带阻感负载时的电路及波形假设电路已工作于稳态，id的平均值不变。假设负载电感很大，负载电流id连续且波形近似为一水平线。u2过零变负时，晶闸管VT1和VT4并不关断。至t=+a 时刻，晶闸管VT1和VT4关断，VT2和VT3两管导通。VT2和VT3导通后，VT1和VT4承受反压关断，
13、流过VT1和VT4的电流迅速转移到VT2和VT3上，此过程称换换相相，亦称换流换流。动画演示返回返回本讲稿第二十页，共三十五页3.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路数量关系数量关系（3-15）晶闸管移相范围为090。晶闸管导通角与a无关，均为180。电流的平均值和有效值：变压器二次侧电流i2的波形为正负各180的矩形波，其相位由a角决定，有效值I2=Id。晶闸管承受的最大正反向电压均为。2OwtOwtOwtudidi2b)OwtOwtuVT1,4OwtOwtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4返回返回本讲稿第二十一页，共三十五页3.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控
14、整流电路3）带反电动势负载时的工作情况图3-7单相桥式全控整流电路接反电动势电阻负载时的电路及波形在|u2|E时，才有晶闸管承受正电压，有导通的可能。在a 角相同时，整流输出电压比电阻负载时大。导通之后，ud=u2，直至|u2|=E，id即降至0使得晶闸管关断，此后ud=E。与电阻负载时相比，晶闸管提前了电角度停止导电，称为停止导电角，（2-16）b)idOEudwtIdOwtaqd返回返回本讲稿第二十二页，共三十五页3.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路当 d d时，触发脉冲到来时，晶闸管承受负电压，不可能导通。图3-7b单相桥式全控整流电路接反电动势电阻电阻负载时的波形电流断
15、续电流断续触发脉冲有足够的宽度，保证当w wt=d d时刻有晶闸管开始承受正电压时，触发脉冲仍然存在。这样，相当于触发角被推迟为d d。如图2-7b所示id波形所示：电流连续电流连续ub)idOEdwtIdOwtqd返回返回本讲稿第二十三页，共三十五页3.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路负载为直流电动机时，如果出现电流断续，则电动机的机械特性将很软。为了克服此缺点，一般在主电路中直流输出侧串联一个平波电抗器。这时整流电压ud的波形和负载电流id的波形与阻感负载电流连续时的波形相同，ud的计算公式也一样。为保证电流连续所需的电感量L可由下式求出：（3-17）图3-8单相桥式全控整
16、流电路带反电动势负载串平波电抗器，电流连续的临界情况twwOud0Eidtpdaq=p返回返回本讲稿第二十四页，共三十五页3.1.3 单相全波可控整流电路单相全波可控整流电路单相全波与单相全控桥从直流输出端或从交流输入端看均是基本一致的。变压器不存在直流磁化的问题。图3-9单相全波可控整流电路及波形a)wtwab)udi1OOt返回返回本讲稿第二十五页，共三十五页3.1.3 单相全波可控整流电路单相全波可控整流电路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。单相全波只用2个晶闸管，比单相全控桥少2个，相应地，门极驱动电路也少2个；但是晶闸管
17、承受的最大电压是单相全控桥的2倍。单相全波导电回路只含1个晶闸管，比单相桥少1个，因而管压降也少1个。从上述后两点考虑，单相全波电路有利于在低输出电压的场合应用。返回返回本讲稿第二十六页，共三十五页3.1.4 单相桥式半控整流电路单相桥式半控整流电路电路结构电路结构单相全控桥中，每个导电回路中有2个晶闸管，1个晶闸管可以用二极管代替，从而简化整个电路。如此即成为单相桥式半控整单相桥式半控整流电路流电路。ud1）电阻负载情况）电阻负载情况单相桥式半控电路与单相桥式全控电路在电阻负载时的工作情况相同。2）阻感负载（无）阻感负载（无VDR）请同学分析以下波形：请同学分析以下波形：ud，id，ivt，
18、ivD，i2返回返回本讲稿第二十七页，共三十五页3.1.4 单相桥式半控整流电路单相桥式半控整流电路3）阻感负载（有阻感负载（有VDR）的情况的情况图3-10单相桥式半控整流电路，有续流二极管，阻感负载时的电路及波形在u2正半周，u2经VT1和VD4向负载供电。u2过零变负时，因电感作用电流不再流经变压器二次绕组，而是由VT1和VD2续流。在u2负半周触发角a时刻触发VT3，VT3导通，u2经VT3和VD2向负载供电。u2过零变正时，VD4导通，VD2关断。VT3和VD4续流，ud又为零。Ob)2OudidIdOOOOOi2IdIdIdIIdawtwtwtwtwtwtwtap-ap-aiVT1
19、iVD4iVT2iVD3iVDR动画演示返回返回本讲稿第二十八页，共三十五页3.1.4 单相桥式半控整流电路单相桥式半控整流电路续流二极管的作用续流二极管的作用避免可能发生的失控现象。若无续流二极管，则当a 突然增大至180或触发脉冲丢失时，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ud成为正弦半波，其平均值保持恒定，称为失控失控。有续流二极管VDR时，续流过程由VDR完成，避免了失控的现象。续流期间导电回路中只有一个管压降，有利于降低损耗。返回返回本讲稿第二十九页，共三十五页3.1.4 单相桥式半控整流电路单相桥式半控整流电路单相桥式半控整流电路的另一种接法相当于把图相当于把图
20、2-5a中的中的VT3和和VT4换为二极管换为二极管VD3和和VD4，这样可以省去续流二极管这样可以省去续流二极管VDR，续流由，续流由VD3和和VD4来实现。来实现。图3-5单相全控桥式带电阻负载时的电路及波形图3-11单相桥式半控整流电路的另一接法返回返回本讲稿第三十页，共三十五页3.2 三相可控整流电路三相可控整流电路3.2.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路3.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路返回返回本讲稿第三十一页，共三十五页3.2 三相可控整流电路三相可控整流电路引言引言交流侧由三相电源供电。负载容量较大，或要求直流电压脉动较小、容易滤波。基本的是三相半波
21、可控整流电路，应用最广的是三相桥式全控整流电路。本讲稿第三十二页，共三十五页3.2 三相可控整流电路三相可控整流电路引言引言对比单相可控整流电路，掌握以下知识：对比单相可控整流电路，掌握以下知识：1.自然换相点定义；2.a=0定义(与电源波形参照位置)；3.晶闸管脉冲给出规律；4.导通角大小分析；5.脉冲移相范围分析；6.负载电流连续与断续的临界点；7.相关参数计算公式；8.直流电压脉动次数，直流磁化问题；9.晶闸管额定电压、额定电流求解；10.负载容量大小考虑。本讲稿第三十三页，共三十五页3.2.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路电路的特点：变压器二次侧接成星形得到零线，而一次侧接成三角形避免3次谐波流入电网。三个晶闸管分别接入a、b、c三相电源，其阴极连接在一起共阴极接法。1)电阻负载电阻负载自然换相点：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导通的最早时刻，将其作为计算各晶闸管触发角a的起点，即a=0。a)返回返回本讲稿第三十四页，共三十五页3.2.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路本讲稿第三十五页，共三十五页