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1、整流电路第2章引言引言整流电路：出现最早的电力电子电路，将交流电变为直流电。整流电路的分类：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第1页/共68页2.1 单相可控整流电路 2.1.1 单相半波可控整流电路 2.1.2 单相桥式全控整流电路 2.1.3 单相全波可控整流电路 2.1.4 单相桥式半控整流电路 2.2 三相可控整流电路 2.2.1 三相半波可控整流电路 2.2.2 三相桥式全控整流电路整流电路第2章第2页/共68页单相可控整流电路交流侧接单相电源几种
2、典型的单相可控整流电路单相半波整流电路带电阻负载的工作情况带阻感负载的工作情况单相桥式全控整流电路带电阻负载的工作情况带阻感负载的工作情况带反电动势负载时的工作情况单相全波整流电路单相桥式半控整流电路重点注意：工作原理（波形分析）、定量计算、不同负载的影响。2.1第3页/共68页单相半波可控整流电路1.电阻性负载的工作情况整流变压器T起变换电压和隔离的作用，提高功率因数电阻性负载的特点：电压与电流成正比且同相位，两者波形相同。2.1.1图2-1单相半波可控整流电路及波形第4页/共68页单相半波可控整流电路基本数量关系两个重要的基本概念：触发延迟角：从晶闸管开始承受正向阳极电压起到施加触发脉冲止
3、的电角度,用a表示,也称触发角或控制角。导通角：晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度，用 表示。直流输出电压平均值为VT的a 移相范围为180 这种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，简称相控整流。2.1.1（2-1）第5页/共68页2.阻感性负载的工作情况阻感性负载的特点：电感对电流变化有抗拒作用，使得流过电感的电流不发生突变。单相半波可控整流电路2.1.1图2-2带阻感负载的单相半波电路及其波形第6页/共68页单相半波可控整流电路2.1.1基本分析方法通过器件的理想化，将电路简化为分段线性电路，分段进行分析计算。单相半波电路的分析：当VT处于断态时，相当于
4、电路在VT处断开，id=0。当VT处于通态时，相当于VT短路。图2-3单相半波可控整流电路的分段线性等效电路a)VT处于关断状态b)VT处于导通状态第7页/共68页单相半波可控整流电路2.1.1VTb)RLu2b)VT处于导通状态当VT处于通态时，如下方程成立：（2-2）（2-4）初始条件：t=a，id=0。求解式（2-2）并将初始条件代入可得当t=+a 时，id=0，代入式（2-3）并整理得其中，（2-3）第8页/共68页单相半波可控整流电路2.1.1负载阻抗角j j、触发角a、晶闸管导通角 的关系若j j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，越小若a为定值，j j
5、 越大，则L贮能越多，越大；且j j 越大，在u2负半周L维持晶闸管导通的时间就越接近晶闸管在u2正半周导通的时间，ud中负的部分越接近正的部分，平均值Ud越接近零，输出的直流电流平均值也越小。第9页/共68页单相半波可控整流电路为避免Ud太小，在整流电路的负载两端并联续流二极管当u2过零变负时，VDR导通，ud为零。此时为负的u2通过VDR向VT施加反压使其关断，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。续流期间ud为零，ud中不再出现负的部分。2.1.1图2-4单相半波带阻感负载有续流二极管的电路及波形第10页/共68页数量关系若近似认为id为一条水平线，恒
6、为Id，则有VT的a 移相范围为180。单相半波可控整流电路2.1.1单相半波可控整流电路的特点简单，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。（2-5）（2-6）（2-7）（2-8）第11页/共68页单相桥式全控整流电路2.1.21.电阻性负载的工作情况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负半周承受电压-u2，得到触发脉冲即导通，当u2过零时关断。图2-5单相全控
7、桥式带电阻负载时的电路及波形第12页/共68页单相桥式全控整流电路2.1.2数量关系（2-9）a 角的移相范围为180。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：（2-10）（2-11）第13页/共68页单相桥式全控整流电路2.1.2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）不考虑变压器的损耗时，要求变压器的容量S=U2I2。（2-12）（2-13）（2-14）第14页/共68页单相桥式全控整流电路2.1.22.阻感性负载的工作情况为便于讨论，假设电路已工作于稳态，id的平均值不变。假设负载
8、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，由于电感的作用晶闸管VT1和VT4中仍流过电流id，并不关断。至t=+a 时刻，给VT2和VT3加触发脉冲，因VT2和VT3本已承受正电压，故两管导通。VT2和VT3导通后，u2通过VT2和VT3分别向VT1和VT4施加反压使VT1和VT4关断，流过VT1和VT4的电流迅速转移到VT2和VT3上，此过程称换相，亦称换流。图2-6单相全控桥带阻感负载时的电路及波形第15页/共68页单相桥式全控整流电路2.1.2数量关系（2-15）晶闸管移相范围为90。晶闸管承受的最大正反向电压均为U2。晶闸管导通角与a a无关，均为180和变压器二
9、次侧电流i2的波形为正负各180的矩形波，其相位由a a角决定，有效值I2=Id。2第16页/共68页单相桥式全控整流电路2.1.23.带反电动势负载时的工作情况在|u2|E时，才有晶闸管承受正电压，有导通的可能。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）在a a 角相同时，整流输出电压比电阻负载时大。图2-7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第17页/共68页单相桥式全控整流电路2.1.2如图2-7b所示id波形所示：当a a 30 的情况（图2-14）特点：负
10、载电流断续，晶闸管导通角小于120。动画演示第29页/共68页三相半波可控整流电路2.2.1整流电压平均值的计算（1）a30时，负载电流连续，有：当a=0时，Ud最大，为。（2）a30时，负载电流断续，晶闸管导通角减小，此时有：（2-18）(2-19)第30页/共68页三相半波可控整流电路2.2.1Ud/U2随a a变化的规律如图2-15中的曲线1所示。图2-15三相半波可控整流电路Ud/U2随a a变化的关系1电阻负载2电感负载3电阻电感负载第31页/共68页三相半波可控整流电路2.2.1负载电流平均值为（2-20）晶闸管承受的最大反向电压，为变压器二次线电压峰值，即（2-21）晶闸管阳极与
11、阴极间的最大正向电压等于变压器二次相电压的峰值，即（2-22）第32页/共68页三相半波可控整流电路2.2.12.阻感性负载特点：阻感负载，L值很大，id波形基本平直。a30时：整流电压波形与电阻负载时相同。a 30时（如a=60时的波形如图2-16所示）。u2过零时，VT1不关断，直到VT2的脉冲到来，才换流，由VT2导通向负载供电，同时向VT1施加反压使其关断ud波形中出现负的部分。id波形有一定的脉动，但为简化分析及定量计算，可将id近似为一条水平线。阻感负载时的移相范围为90。图2-16三相半波可控整流电路，阻感负载时的电路及a=60时的波形动画演示第33页/共68页三相半波可控整流电
12、路2.2.1数量关系由于负载电流连续，Ud可由式（2-18）求出，即Ud/U2与a a 成余弦关系，如图2-15中的曲线2所示。如果负载中的电感量不是很大，则当a a30 后，ud中负的部分减少，Ud略为增加，Ud/U2与a a的关系将介于曲线1和2之间，曲线3给出了这种情况的一个例子。图2-15三相半波可控整流电路Ud/U2随a变化的关系1电阻负载2电感负载3电阻电感负载第34页/共68页三相半波可控整流电路2.2.1变压器二次电流即晶闸管电流的有效值为（2-23）晶闸管的额定电流为（2-24）晶闸管最大正、反向电压峰值均为变压器二次线电压峰值三相半波的主要缺点在于其变压器二次电流中含有直流
13、分量，为此其应用较少。（2-25）第35页/共68页三相桥式全控整流电路2.2.2共阴极组阴极连接在一起的3个晶闸管（VT1，VT3，VT5）共阳极组阳极连接在一起的3个晶闸管（VT4，VT6，VT2）图2-17三相桥式全控整流电路原理图导通顺序：VT1VT2VT3VT4VT5VT6三相桥是应用最为广泛的整流电路第36页/共68页三相桥式全控整流电路2.2.21.电阻性负载时的工作情况当a a60 时，ud波形均连续，对于电阻负载，id波形与ud波形形状一样，也连续波形图：a=0（图2-18）a=30（图2-19）a=60（图2-20）当a a60 时，ud波形每60中有一段为零，ud波形不能
14、出现负值波形图：a=90（图2-21）电阻性负载时三相桥式全控整流电路a角的移相范围是120动画演示第37页/共68页晶闸管的伏安特性三相桥式全控整流电路2.2.2晶闸管及输出整流电压的情况如表2-1所示时段IIIIIIIVVVI共阴极组中导通的晶闸管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共阳极组中导通的晶闸管VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流输出电压udua-ub=uabua-uc=uacub-uc=ubcub-ua=ubauc-ua=ucauc-ub=ucb请参照图2-18第38页/共68页三相桥式全控整流电路2.2.2三相桥式全控整流电路的特点（1）2管同时通形成供电回路，其中共阴极
15、组和共阳极组各1，且不能为同1相器件。（2）对触发脉冲的要求：按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，相位依次差60。共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差120，共阳极组VT4、VT6、VT2也依次差120。同一相的上下两个桥臂，即VT1与VT4，VT3与VT6，VT5与VT2，脉冲相差180。第39页/共68页三相桥式全控整流电路2.2.2（3）ud一周期脉动6次，每次脉动的波形都一样，故该电路为6脉波整流电路。（4）需保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲可采用两种方法：一种是宽脉冲触发另一种是双脉冲触发（常用）（5）晶闸管承受的电压波形与三相半波时相同，晶闸管承受最大正、
16、反向电压的关系也相同。第40页/共68页三相桥式全控整流电路2.2.22阻感性负载时的工作情况a a60 时（a=0图2-22；a=30图2-23）ud波形连续，工作情况与带电阻负载时十分相似。各晶闸管的通断情况输出整流电压ud波形晶闸管承受的电压波形区别在于：得到的负载电流id波形不同。当电感足够大的时候，id的波形可近似为一条水平线。a a 60 时（a=90图2-24）阻感负载时的工作情况与电阻负载时不同。电阻负载时，ud波形不会出现负的部分阻感负载时，ud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的a a角移相范围为90。动画演示第41页/共68页三相桥式全控整流电路2.2
17、.23定量分析当整流输出电压连续时（即带阻感负载时，或带电阻负载a a60 时）的平均值为：带电阻负载且a 60时，整流电压平均值为：输出电流平均值为：Id=Ud/R（2-26）（2-27）第42页/共68页三相桥式全控整流电路2.2.2 当整流变压器为图2-17中所示采用星形接法，带阻感负载时，变压器二次侧电流波形如图2-23中所示，为正负半周各宽120、前沿相差180的矩形波，其有效值为：（2-28）晶闸管电压、电流等的定量分析与三相半波时一致。三相桥式全控整流电路接反电势阻感负载时，在负载电感足够大足以使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，电路中各处电压、电流波形均相同
18、，仅在计算Id时有所不同，接反电势阻感负载时的Id为：（2-29）式中R和E分别为负载中的电阻值和反电动势的值。第43页/共68页单相半波可控整流电路及波形图2-1 返回第44页/共68页带阻感负载的单相半波电路及其波形图2-2 返回第45页/共68页单相半波可控整流电路的分段线性等效电路图2-3a)VT处于关断状态b)VT处于导通状态返回第46页/共68页图2-4 单相半波带阻感负载有续流二极管的电路及波形返回第47页/共68页单相全控桥式带电阻负载时的电路及波形返回图2-5第48页/共68页单相全控桥带阻感负载时的电路及波形 返回图2-6第49页/共68页单相桥式全控整流电路接反电动势电阻
19、负载时的电路及波形 返回图2-7第50页/共68页单相桥式全控整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返回图2-8第51页/共68页单相全波可控整流电路及波形返回图2-9第52页/共68页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返回图2-10第53页/共68页单相桥式半控整流电路的另一接法返回图2-11第54页/共68页三相半波可控整流电路共阴极接法电阻负载时的电路及a=0 时的波形 返回图2-12第55页/共68页三相半波可控整流电路，电阻负载，a=30 时的波形返回图2-13第56页/共68页三相半波可控整流电路，电阻负载，a=60 时的波形返回图2-14第
20、57页/共68页三相半波可控整流电路Ud/U2与a的关系返回图2-15第58页/共68页三相半波可控整流电路，阻感负载时的电路及a=60 时的波形返回图2-16第59页/共68页三相桥式全控整流电路原理图返回图2-17第60页/共68页三相桥式全控整流电路带电阻负载a=0 时的波形返回图2-18第61页/共68页三相桥式全控整流电路带电阻负载a=30 时的波形返回图2-19第62页/共68页三相桥式全控整流电路带电阻负载a=60 时的波形返回图2-20第63页/共68页三相桥式全控整流电路带电阻负载a=90 时的波形返回图2-21第64页/共68页三相桥式全控整流电路带阻感负载a=0 时的波形返回图2-22第65页/共68页三相桥式全控整流电路带阻感负载a=30 时的波形返回图2-23第66页/共68页三相桥式整流电路带阻感负载，a=90 时的波形返回图2-24第67页/共68页感谢您的观看。第68页/共68页