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1/273,第3章 整流电路,3.1 单相可控整流电路 3.2 三相可控整流电路 3.3 变压器漏感对整流电路的影响 3.4 电容滤波的不可控整流电路 3.5 整流电路的谐波和功率因数 3.6 大功率可控整流电路 3.7 整流电路的有源逆变工作状态 3.8 相控电路的驱动控制 本章小结,2/273,引言,整流电路：将交流电变为直流电， 是出现最早的电力电子电路。,整流电路框图：,3/273,整流电路分类： 按组成的器件分为三种：不可控、半控、全控 按电路结构可分为两种：桥式电路、零式电路 按交流输入相数分为两种：单相电路和多相电路 按变压器二次侧电流的方向分两种：单向电路、双向电路,引言,4/273,3.1 单相可控整流电路,3.1.1 单相半波可控整流电路 3.1.2 单相桥式全控整流电路 3.1.3 单相全波可控整流电路 3.1.4 单相桥式半控整流电路,5/273,3.1.1 单相半波可控整流电路 single phase half wave controlled rectifier,变压器t起变换电压和隔离的作用，其一次侧和二次侧电压瞬时值分别用u1和u2表示，有效值分别用u1和u2表示，其中u2的大小根据需要的直流输出电压ud的平均值ud确定。,由于是电阻负载，负载电压 ud 与负载电流 id 成正比，两者波形的形状相同。,6/273,3.1.1 单相半波可控整流电路 single phase half wave controlled rectifier,1、带电阻负载的工作情况, 电路,注意：输出端各电量参数下标用“d”表示； 触发电路暂时不讨论； ug只需脉冲电压即可，其宽度应又足够大。,假设： 晶闸管为理想器件，导通时管压降为零，阻断时漏电流为零； 晶闸管的开通与关断过程在瞬间完成，即不考虑换流过程；,7/273,3.1.1 单相半波可控整流电路, 工作原理,分析：负载电压波形 ud：晶闸管是怎样开通和关断的？ 负载电流波形 id：与 ud 同相位并相似； 晶闸管两端电压波形：vt导通期间 uvt=0， vt截止期间 uvt=u2；,8/273,3.1.1 单相半波可控整流电路, 工作原理,名词解释：, 单相半波整流电路：又称单脉波整流电路， 输出电压 ud 波形在一个电源周期中只脉动1次。, 触发延迟角 a ：又称整流控制角、整流触发角， 从晶闸管承受正向阳极电压到施加触发脉冲间的电角度。,9/273,3.1.1 单相半波可控整流电路, 工作原理,名词解释：,导通角q ：从晶闸管触发导通到关断间的电角度。,相位控制方式 ：通过控制触发脉冲的相位来控制直流输出 电压的大小的方式，简称相控方式。,10/273,3.1.1 单相半波可控整流电路, 工作原理,名词解释：,移相范围：调节触发角a 来控制输出电压平均值 ud 从最大值到最小值变化时，对应的触发角a 的变化范围；,同步 ：为使输出电压平均值稳定，要求在每一个电源周期中，触发脉冲所出现的位置与电源的相位关系保持不变；,11/273,3.1.1 单相半波可控整流电路, 数量关系,设：,负载电压平均值,负载电压有效值,12/273,3.1.1 单相半波可控整流电路, 数量关系,负载电流平均值,负载电流有效值,13/273,3.1.1 单相半波可控整流电路, 数量关系,据此可计算晶闸管的额定电流,据此可计算晶闸管的额定电压,14/273,3.1.1 单相半波可控整流电路,2、带阻感负载的工作情况, 电路,注意：电感对电流变化有抗拒作用，使得流过电感 的电流不能发生突变，且 id 滞后 ud 。,15/273,3.1.1 单相半波可控整流电路, 电力电子电路的一种基本分析方法,通过器件的理想化，将电路简化为分段线性电路； 器件的每种状态对应于一种线性电路拓扑。,对单相半波电路的分析可基于上述方法进行： 当vt处于断态时，相当于电路在vt处断开，id=0。 当vt处于通态时，相当于vt短路。,16/273, 工作原理,3.1.1 单相半波可控整流电路,波形图,特点： u2由正变负的过零点以后，由于 l 放电，vt仍然维持一段时间的导通，ud出现瞬时的负值； 与电阻性负载相比，输出电压平均值 ud 下降。,17/273,3.1.1 单相半波可控整流电路, 工作原理,讨论：, 输出电压 ud ：,此关系较为复杂，一般由曲线图 查取。,18/273,3.1.1 单相半波可控整流电路, 工作原理,讨论：, 输出电流 id ：,vt导通时：,时：,可解出：,其中：,19/273,3.1.1 单相半波可控整流电路, 工作原理,讨论：, 输出电流 id ：,20/273,3.1.1 单相半波可控整流电路, 工作原理,讨论：, 导通角q 的定性分析：,对于固定的电路参数，即 为定值时， a 角越大，在u2正半周加到 l 中的能量越少，维持导电的能力就越弱，则q 越小 ；,特别是当 时，在 u2负半波中，l维持晶闸管导通的时间就越接近晶闸管在 u2正半波中导通的时间；,21/273,3.1.1 单相半波可控整流电路, 工作原理,讨论：, 导通角q 的定性分析：,对于固定的a 角 j 角越大，即 l 值越大，l中的储能越多，维持导电的时间越长，则q 越大 ；,22/273,3.1.1 单相半波可控整流电路, 工作原理,讨论：,23/273,3.1.1 单相半波可控整流电路, 改进措施：在负载两端反向并联二极管，称为“续流二极管”,24/273,3.1.1 单相半波可控整流电路, 改进措施：在负载两端反向并联二极管，称为“续流二极管”,在 u2 正半周时： 与无续流管时工作情况一样， 即：续流管不起作用。,25/273,3.1.1 单相半波可控整流电路, 改进措施：在负载两端反向并联二极管，称为“续流二极管”,当 u2 过零变负时： vdr导通，ud为零； 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。,26/273,3.1.1 单相半波可控整流电路, 改进措施：在负载两端反向并联二极管，称为“续流二极管”,小结： 有续流二极管时，负载电压 ud 不会出现瞬时负值； 克服了缺陷一。,27/273,3.1.1 单相半波可控整流电路, 改进措施：在负载两端反向并联二极管，称为“续流二极管”,小结：, 晶闸管导通时，id 从vt流过 晶闸管截止时，id 从vdr流过 即负载电流连续； 克服了缺陷二。 经过几个周期后， id 进入稳定状 态，可将id视为一条水平直线。,28/273,3.1.1 单相半波可控整流电路, 改进措施：在负载两端反向并联二极管，称为“续流二极管”,小结：, 对触发脉冲的宽度有要求： 触发脉冲要维持到晶闸管电流 ivt上升到擎住电流以上，才能 消失。,29/273,3.1.1 单相半波可控整流电路, 数量关系,输出电流：,因：ud=udr+udl 而：电感电压平均值udl =0 故： ud=udr =idr,输出电压： 波形与单相半波电阻性负载时一样,30/273,3.1.1 单相半波可控整流电路, 数量关系,晶闸管电流：,续流管电流：,31/273,3.1.1 单相半波可控整流电路, 数量关系,晶闸管承受的最大电压：,a 移相范围：,32/273,3.1.1 单相半波可控整流电路,3、单相半波可控整流电路特点,电路简单，调节方便，成本低，体积小，重量轻； 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。,33/273,3.1.2 单相桥式全控整流电路 single phase bridge controlled rectifier,vt1、vt3共阴极组,vt2、vt4共阳极组,34/273, 工作原理,3.1.2 单相桥式全控整流电路,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过零变负时关断,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 过零变正时关断,35/273, 工作原理,3.1.2 单相桥式全控整流电路,说明： 四个晶闸管均截止期间， i2 有正有负，变压器无直流磁化问题； 要求触发脉冲在同一时刻加到一对桥臂的两个晶闸管上， 两组触发脉冲相差180 ； 属双脉波整流电路。,36/273,3.1.2 单相桥式全控整流电路, 数量关系,输出电压：,37/273,3.1.2 单相桥式全控整流电路, 数量关系,输出电流：,38/273,3.1.2 单相桥式全控整流电路, 数量关系,晶闸管电流：,39/273,3.1.2 单相桥式全控整流电路, 数量关系,变压器二次电流有效值：,40/273,3.1.2 单相桥式全控整流电路, 数量关系,晶闸管承受的最大电压：,移相范围：,41/273,3.1.2 单相桥式全控整流电路, 数量关系,不考虑变压器损耗时，变压器容量为：,晶闸管变流装置的功率因数：,42/273,2、带阻感负载的工作情况,3.1.2 单相桥式全控整流电路, 电路,43/273,3.1.2 单相桥式全控整流电路, 工作原理,波形图,假设： 电路已工作于稳态，id 的平均值不变； l很大，负载电流id连续且波形近似为一水平线；,换流方式为电网换流，施加到欲关断晶闸管上的反向电压由电网提供。,44/273,3.1.2 单相桥式全控整流电路, 数量关系,输出电压：,输出电流：,45/273,3.1.2 单相桥式全控整流电路, 数量关系,晶闸管电流：,变压器二次电流有效值：,46/273,3.1.2 单相桥式全控整流电路, 数量关系,晶闸管承受的最大电压：,47/273,3.1.2 单相桥式全控整流电路,注意：, 如果 l 不是很大，所储存的能量将不足以使负载电流连续；, 输出电压出现瞬时负面积，使输出电压平均值下降， 移相范围减小； 为提高 ud，可在负载端反向并联续流二极管。,48/273,3、带反电动势负载时的工作情况,3.1.2 单相桥式全控整流电路, 电路,反电势负载可能是： 蓄电池、直流电机电枢绕组（电枢电感忽略不计）,49/273, 工作原理 (负载中无 l ),3.1.2 单相桥式全控整流电路, 只有当 |u2|e 时： 晶闸管才承受正向阳极电压，才有被触发导通的可能； 即：触发脉冲必须在 |u2|e 以后发出， 或触发脉冲必须维持到 |u2|e 以后， 此时的触发角视为a = ； 晶闸管导通期间：,50/273,3.1.2 单相桥式全控整流电路, 停止导电角 ：, 工作原理 (负载中无 l ),51/273,3.1.2 单相桥式全控整流电路, 因负载中无电感作用， 负载电流在 |u2| = e 时降为零； 电流断续期间： u2 = e ； 电流 id为断续状态，但对于某些蓄电池可能效果好些； 在 a 角相同时，整流输出电压比电阻负载时大 。, 工作原理 (负载中无 l ),52/273, 负载为直流电动机时的工作原理 (负载中有 l ),3.1.2 单相桥式全控整流电路, a ，且 l 足够大，负载电流连续，id 视为水平直线,ud=udl+udr+e=idr+e,53/273, 负载为直流电动机时的工作原理 (负载中有 l ),3.1.2 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，用来减少电流的脉动和 延长晶闸管导通的时间, 如果 l 不是足够大，负载电流发生断续现象， 负载电流临界连续时的波形如下：,54/273, 平波电抗器电感量 l 的确定：,3.1.2 单相桥式全控整流电路,应求出 l 中较大者，故以 代入，且,说明：此式算得的电感量为主电路中所需的总的电感量，包括电机电枢电感。,55/273,解： ud、id和i2的波形如图3-9：,例3-1：单相桥式全控整流电路，u2=100v，负载中r=2，l值极大，反电势e=60v，当 =30时，要求： 作出ud、id和i2的波形； 求整流输出平均电压ud、电流id，二次侧电流有效值i2； 考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。,3.1.2 单相桥式全控整流电路,56/273,3.1.2 单相桥式全控整流电路, 整流输出平均电压ud、电流 id，二次侧电流有效值i2 为：,57/273,3.1.2 单相桥式全控整流电路, 晶闸管承受的最大电压为：,流过每个晶闸管的电流的有效值为：,故晶闸管的额定电压为：,晶闸管的额定电流为：,取：300v或500v,取：10a,58/273,3.1.3 单相全波可控整流电路 (single phase full wave controlled rectifier),59/273,3.1.3 单相全波可控整流电路, 工作原理,晶闸管电流有效值,负载电流有效值,60/273,3.1.3 单相全波可控整流电路, 工作原理,对比,区别： 1）单相全波中变压器结构较复杂，带中心抽头，绕组及铁 芯对铜、铁等材料的消耗多；无直流磁化问题。 2）全波只用2个晶闸管，比全控桥少2个，故门极驱动电路 也少2个；但是晶闸管承受的最大电压为 ，是单 相全控桥的2倍。 3）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，故有利于在低输出电压的场合应用。,61/273,3.1.3 单相全波可控整流电路, 工作原理,思考： 若将vt2改为整流管vd2，情况如何？ 若为电感性负载，情况如何？ 若为电感性负载，又加续流二极管，情况如何？,62/273,3.1.4 单相桥式半控整流电路,63/273, 工作原理 (无续流二极管),3.1.4 单相桥式半控整流电路,内续流,64/273, 数量关系 (无续流二极管),3.1.4 单相桥式半控整流电路,内续流,65/273,3.1.4 单相桥式半控整流电路, 无续流二极管时的特点, 晶闸管和整流管既有整流作用，又有续流作用； 内续流时，导电回路中有二个管压降，损耗大；, 共阴极组的晶闸管之间的换流发生在脉冲触发时刻， 称为“触发换流”； 共阳极组的整流管之间的换流发生在电源电压过零点时刻， 称为“自然换流”。,66/273,3.1.4 单相桥式半控整流电路, 无续流二极管时的特点, i2 波形为正、负对称波形，故变