《相可控整流电路》PPT课件.ppt

第二章 单相可控整流电路,将交流电变为直流电称为整流，实现 AC/DC变换，相应的电路称为整流电路（Rectifier） 。 整流电路是电力电子电路中出现最早的一种。 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（如半波） 电路。 按交流输入相数分为单相电路和多相（如三相） 电路。,第二章 单相可控整流电路,第一节 单相半波可控整流电路 第二节 单相桥式全控整流电路 第三节 单相桥式半控整流电路 本章小结,第一节 单相半波可控整流电路,可控整流电路常带的负载有电阻、电感和反电动势三种。 电阻性负载如电解、电镀等。 电感性负载如各类电机的励磁绕组、输出串接平 波电抗器的负载等 。 反电动势如蓄电池、直流电动机的电枢等。 同一整流电路，负载不同，差距很大。,第一节 单相半波可控整流电路,一、电阻性负载,（控制角）：从晶闸管开始承受正 向电压，到其加上触发 脉冲的这一段时间所对 应的电角度。,（导通角 ）：晶闸管在一个周期内 导通的电角度 。,此电路中 ：,图2-1 单相半波可控整流带电阻性负载,第一节 单相半波可控整流电路,电阻负载的特点是电压与电流成正比，两者波形形状相同。,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，简称相控方式。 基本数量关系 直流输出电压平均值 当=0时，Ud0=0.45U2 最大; 随着增大， Ud减小； =180时，Ud=0。 移相范围为0180。,（2-1）,一、电阻性负载,第一节 单相半波可控整流电路,直流输出电流平均值,（2-2）,负载上得到的直流输出电压有效值U和电流有效值I分别为：,（2-3）,（2-4）,一、电阻性负载,第一节 单相半波可控整流电路,流过晶闸管的电流平均值和有效值分别为：,（2-5）,（2-6）,（2-8）,晶闸管可能承受的正反向峰值电压均为 ：,一、电阻性负载,第一节 单相半波可控整流电路,变压器的容量为：,（2-9）,电路的功率因数为：,例2.1,一、电阻性负载,第一节 单相半波可控整流电路,二、电感性负载,1.无续流二极管,电感负载的特点是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。,由于电感的存在，延迟了VT的关断 时刻，使ud波形出现负的部分，与带电阻负载时相比其平均值Ud下降。,负载阻抗角：,若为定值， 愈大 愈小,若 为定值, 愈大 愈大,大电感负载，即LdRd（一般10倍以上）时，ud波形中的负面积接近正面积， Ud 0。,图2-2 单相半波可控整流电路带电感性负载,第一节 单相半波可控整流电路,二、电感性负载,2. 加续流二极管VDR, 电路分析,若电感足够大（大电感），id连续，且id波形接近一条水平线 。,基本数量关系,直流输出电压平均值和电流平均值,（2-1）,（2-2）,与阻性负载时相同， 但id波形不同。,图2-3 单相半波可控整流电路带电感性负载 加续流流二极管,第一节 单相半波可控整流电路,二、电感性负载,2. 加续流二极管VDR,（2-10）,（2-11）,流过晶闸管的电流平均值和有效值分别为：,流过续流二极管的电流平均值和有效值分别为：,（2-13）,（2-12）,第一节 单相半波可控整流电路,二、电感性负载,2. 加续流二极管VDR,晶闸管承受的最大正反向电压UTM仍为 ；而续流二极管承受的最大反向电压UDM也为 。晶闸管的最大移相范围仍是0-180。,单相半波可控整流电路的特点是简单，但输出脉动大；转换效率低；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。为使变压器铁芯不饱和，需增大铁芯截面积，增大了设备的容量。桥式电路。,第二节 单相桥式全控整流电路,一、电阻性负载,（2-14）,（2-15）,是半波电路输出的两倍 。, 的移相范围也是0-180。,图2-4 单相桥式全控整流电路带电阻性负载,第二节 单相桥式全控整流电路,一、电阻性负载,（2-16）,（2-17）,（2-15）,（2-19）,（2-20）,（2-21）,第二节 单相桥式全控整流电路,二、电感性负载（大电感）,电路分析,负载电感很大，id不能突变且波形近似为一条水平线。 在u2正半周期, 触发角处给晶闸管VT1和VT4加触发脉冲使其开通，ud=u2。 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。 t=+时刻，触发VT2和VT3，VT2和VT3导通，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，此过程称为换相，亦称换流。,图2-5 单相桥式全控整流电路 带电感性负载,第二节 单相桥式全控整流电路,二、电感性负载（大电感）,基本数量关系 直流输出电压的平均值Ud： 当=0时，Ud0=0.9U2; =90时，Ud=0。晶闸管移相范围为090。 直流输出电流的平均值Id为:,（2-22）,（2-23）,第二节 单相桥式全控整流电路,二、电感性负载（大电感）,流过晶闸管的电流的平均值和有效值分别为: 流过变压器二次侧绕组的电流有效值 晶闸管可能承受的正反向峰值电压为,（2-21）,（2-26）,（2-25）,为了扩大移相范围，去掉输出电压的负值，提高Ud的值，可以在 负载两端并联续流二极管。例2.2,第二节 单相桥式全控整流电路,三、反动势负载,（2-27）,电路分析 |u2|E时，才有晶闸管承受正电压，有导通的可能。 晶闸管导通之后，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。,图2-8 单相桥式全控整流电路带反电动势,第二节 单相桥式全控整流电路,三、反动势负载,当 时，触发脉冲到来时，晶闸管承受负电压，不可能导通。,触发脉冲有足够的宽度，保证当t= 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。 在角相同时，整流输出电压比电阻负载时大。,可见：E 减小 id 断续。,电流断续 id波形在一周期内有部分时间为0的情况，称为电流断续。 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Ld 。,第二节 单相桥式全控整流电路,三、反动势负载, Ld 够大 id连续。 电流连续时，Ud的计算与电感负载时一样。 为保证电流连续，所需回路的电感量：,电流连续,（2-29）,（2-28）,图2-9 单相桥式全控整流电路带反电动势负载 串平波电抗器,第二节 单相桥式全控整流电路,三、反动势负载,例：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，变压器二次侧电流有效I2； 考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。 解：ud、id和i2的波形如图所示：,第二节 单相桥式全控整流电路,三、反动势负载,整流输出平均电压Ud、电流Id，变压器二次侧电流有效值I2分别为 Ud0.9 U2 cos0.9100cos3077.97(A) Id (UdE)/R(77.9760)/29(A) I2Id9(A) 晶闸管承受的最大反向电压为： U2100 141.4（V） 流过每个晶闸管的电流的有效值为： IVTId 6.36（A） 故晶闸管的额定电压为： UN(23)141.4283424（V） 晶闸管的额定电流为： IN(1.52)6.361.5768（A） 晶闸管额定电压和电流的具体数值可按晶闸管产品系列参数选取。,第三节 单相桥式半控整流电路,一、电阻性负载,（2-30）,（2-31）,计算公式与全控桥带电阻性负载时一样。 不同点： （1）晶闸管所承受的最大正、反向 电压均为 。 （2）流过整流二极管的电流平均值 和有效值与流过晶闸管的电流平均值和 有效值是一样的。即：,图2-10 单相桥式半控整流电路带电阻性负载,第三节 单相桥式半控整流电路,二、电感性负载,电路分析 每一个导电回路由1个晶闸管和1个二极管构成。 晶闸管在触发时刻换流，二极管则在u2过零时换流；电路本身就具有自然续流作用。所以，即使没有续流二极管，输出也没有负电压，与全控桥电路时不一样。 在触发不正常时，电路会发生失控现象。,图2-11 单相桥式半控整流电路带电感性负载,第三节 单相桥式半控整流电路,二、电感性负载,失控现象 当突然增大至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，即半周期ud为正弦，另外半周期ud为零，其平均值保持恒定，相当于单相半波不可控整流电路时的波形，称为失控。相应波形如图2-12所示。 为解决失控现象并接续流二极管VDR 。加续流二极管VDR后，续流过程由VDR完成，避免了失控的现象。,图2-12 单相桥式半控整流电路带电感性负载时的失控现象,第三节 单相桥式半控整流电路,二、电感性负载,加续流二极管VDR, Ud和Id的计算与阻性负载时一样,（2-32）,（2-33）,（2-34）,（2-35）,图2-13 单相桥式半控整流电路带电感性负载 加续流二极管,第三节 单相桥式半控整流电路,三、反电动势负载,电流连续,电流连续,电流断续,例2.3,图2-14 单相桥式半控整流电路带反电动势负载,第三节 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2-4(a)中的VT3和VT4换为二极管VD3和VD4，这样可以省去续流二极管VDR，续流由VD3和VD4来实现。 这种接法的两个晶闸管阴极电位不同，二者的触发电路需要隔离。,图2-15 晶闸管串联的单相桥式 半控整流电路,图2-4 (a)单相桥式全控整流电路,本章小结,主讲了单相半波可控、单相桥式全控和单相桥式半控整流电路。其中最基本的是单相半波可控整流电路，而最常用的是单相桥式全控整流电路。 分析了可控整流电路带不同负载时的工作情况，重点要掌握工作波形的特点。 可控整流电路的输出电压波形为脉动直流，半波电路一个电源周期