电力电子技术基础之第2-1章 单相整流.ppt

2020 1 24 电力电子技术 1 第二章整流电路 2020 1 24 电力电子技术 2 2 1 1单相半波可控整流电路 一 电阻性负载交流侧接单相电源变压器T起变换电压和隔离的作用电阻负载的特点 电压与电流成正比 两者波形相同U2是u2有效值u2峰值 2 1单相可控整流电路 2020 1 24 电力电子技术 3 未加门极触发脉冲VT不能导通 ud 0uT u2 加门极触发脉冲后VT导通 uT很小ud u2 晶闸管一旦导通以后 门极便失去控制 故ug仅是一个触发脉冲 工作过程 u2正半周 uT uAK 为正 未加门极触发脉冲VT不能导通 ud 0uT u2 加门极触发脉冲后VT导通 uT很小ud u2 晶闸管一旦导通以后 门极便失去控制 故ug仅是一个触发脉冲 2020 1 24 电力电子技术 4 u2过零时 当iA IH维持电流 晶闸管关断 u2负半周 晶闸管承受反向电压不能导通 ud 0uT u2 id ud R与ud波形相同 以后重复 u2负半周 晶闸管承受反向电压不能导通 ud 0uT u2 id ud R与ud波形相同 以后重复 动画 2020 1 24 电力电子技术 5 ud为脉动直流 波形只在u2正半周内出现 故称 半波 整流采用了可控器件晶闸管 且交流输入为单相 故该电路为单相半波可控整流电路 2020 1 24 电力电子技术 6 控制角 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 2020 1 24 电力电子技术 7 基本数量关系 直流输出电压平均值 2 1 Ud是a的函数 a 0Ud 0 45U2全导通aUda Ud 0全截止 VT的a移相范围为180 晶闸管承受的最大正反向电压是 Ud是a的函数 a 0Ud 0 45U2全导通aUda Ud 0全截止 VT的a移相范围为180 晶闸管承受的最大正反向电压是 2020 1 24 电力电子技术 8 二 电感性负载 负载的感抗与电阻R的数值相比不可忽略时 称 电感性负载 2020 1 24 电力电子技术 9 电感中电流与感应电动势的关系 电感中电流发生变化电感产生的感应电动势将阻止电流变化 电感中电流愈大其储存的能量愈大 电流增大 电流的方向与电压方向相同 电流从高电位流到低电位 电感吸收能量 电流减小 电流的方向与电压方向相反 电流从低电位流到高电位 电感释放能量 2020 1 24 电力电子技术 10 电流从电源正端流出 电源输出能量 电流从负载正端流入 负载吸收能量 不管内部电路是什么 只要看电流电压的关系 就可以判别能量是输入还是输出 2020 1 24 电力电子技术 11 往往在一个周期中一部分时间吸收能量 另一部分时间释放能量 u和i极性相同 负载吸收能量 u和i极性相同 负载吸收能量 u和i极性相反 负载回送能量 u和i极性相反 负载回送能量 若一个周期中吸收能量大于释放能量 此元件是在损耗 吸收 能量 一个周期中释放能量大于吸收能量 此元件是在回送能量 2020 1 24 电力电子技术 12 工作过程 u2从最大值减小后 id也逐步减小 L上的感应电势为上负下正阻止电流减小 由于存在电感L 负载电流id只能从零逐步增大 L上的感应电势为上正下负阻止电流增大 交流电网提供负载R消耗的能量及电感L吸收的能量 2020 1 24 电力电子技术 13 u2过零变负 id不等于零 L中能量未释放完 L上的感应电势使VT继续导通 电感能量反送电网 当u2与eL相等 id等于零 L中能量释放完 VT才阻断 ud出现负值 输出直流电压平均值下降 动画 2020 1 24 电力电子技术 14 为避免Ud太小 在整流电路的负载两端并联续流二极管 工作过程 u2正半周 VDR反向截止不影响电路工作 2020 1 24 电力电子技术 15 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0 ud中不再出现负的部分 动画 2020 1 24 电力电子技术 16 数量关系 Ud计算与电阻性负载相同 Id Ud R若近似认为id为一条水平线 恒为Id 晶闸管电流平均值 2 2 二极管电流平均值 2 3 2020 1 24 电力电子技术 17 晶闸管电流有效值 2 4 二极管电流有效值 2 5 2020 1 24 电力电子技术 18 晶闸管的a移相范围为180 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 为使铁芯不饱和 需增大铁芯的截面积 实际上很少应用此种电路 晶闸管和整流二极管承受的最大正反向电压是 P24 习题 1 2 P35 2020 1 24 电力电子技术 19 2 1 2单相桥式全控整流电路 一 电阻性负载工作原理及波形分析 u2正半周 VT1和VT4承受正向电压 加触发脉冲即导通 u2过零时关断 2020 1 24 电力电子技术 20 在u2正半周期间 四个VT均不导通时 VT1和VT4承受的正向电压是u2电压的一半 VT1和VT4导通后其压降近似为零 2020 1 24 电力电子技术 21 u2负半周 VT2和VT3承受正向电压 有触发脉冲即导通 u2过零时关断 2020 1 24 电力电子技术 22 动画 四个VT均不导通时 VT1和VT4承受的反向电压是u2电压的一半 VT2和VT3导通后VT1和VT4承受的反向电压是全部的u2电压 2020 1 24 电力电子技术 23 数量关系 输出电压平均值 2 6 2020 1 24 电力电子技术 24 a角的移相范围为180 晶闸管承受的最大反向电压为 晶闸管承受的最大正向电压为 2 7 输出电流平均值 2020 1 24 电力电子技术 25 2 8 2 9 晶闸管电流平均值 负载电流有效值 变压器二次绕组电流有效值 2020 1 24 电力电子技术 26 变压器付边电流中无直流分量 晶闸管电流有效值 2 10 2020 1 24 电力电子技术 27 电源供给的有功功率 U为负载R上的电压有效值 电源的表观功率 视在功率 功率因数 2 11 2020 1 24 电力电子技术 28 愈大 COS 愈小 变压器二次绕组电流有效值I2愈大 大 变压器伏安容量和晶闸管的电流额定值显著增大 图2 5 P26 电路设计时 在满足Ud要求下 U2应尽量小一些 以免 过大 2020 1 24 电力电子技术 29 二 电感性负载为便于讨论 假设电路已工作于稳态 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 由于电感的作用晶闸管VT1和VT4中仍流过电流id 并不关断 2020 1 24 电力电子技术 30 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 动画 u2负半周时 VT2和VT3承受正向电压 至 t 时刻 给VT2和VT3加触发脉冲 两管导通 2020 1 24 电力电子技术 31 2 12 输出电压平均值 输出电流平均值 晶闸管移相范围为90 晶闸管承受的最大正反向电压均为 2020 1 24 电力电子技术 32 变压器付边电流中无直流分量 电流不连续时的Ud见书P27式 2 13 晶闸管导通角 与 无关 均为180 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 角决定 有效值I2 Id 2020 1 24 电力电子技术 33 三 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降至0使得晶闸管阻断 此后 u2 E而ud E 2020 1 24 电力电子技术 34 与无反电势时相比 晶闸管提前了电角度 停止导电 称为停止导电角 2 14 在a角相同时 整流输出电压比电阻负载时大 2020 1 24 电力电子技术 35 当wt d时 加触发脉冲时 晶闸管承受反向电压 不可能导通 为了使晶闸管可靠导通 要求触发脉冲有足够的宽度 保证当wt d时刻 晶闸管开始承受正向电压时 触发脉冲仍然存在 这样 相当于触发角被推迟为d 2020 1 24 电力电子技术 36 如图所示id波形在一周期内有部分时间为0的情况 称为电流断续 与此对应 若id波形不出现为0的情况 称为电流连续 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 2020 1 24 电力电子技术 37 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 这时整流电压ud的波形和负载电流id的波形与电感负载电流连续时的波形相同 ud的计算公式亦一样 而 为保证电流连续所需的电感量L可由下式求出