电力电子技术课件--整流电路(I)ppt.ppt

第2章整流电路 I 电力电子技术 电子教案 目录 引言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 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 引言 本章内容 可控整流电路 工作原理 波形分析 基本数量关系 负载性质的影响 变压器漏抗对整流电路的影响 电容滤波的二极管整流电路 整流电路的谐波和功率因数分析 大功率场合的整流电路 相位控制电路的驱动控制 2 1单相可控整流电路 交流侧接单相电源重点讲述 工作原理 波形分析 定量计算 不同负载的影响 2 1 1单相半波可控整流电路SinglePhaseHalfWaveControlledRectifier 1 带电阻负载的工作情况变压器T起变换电压和隔离的作用 u1 U1 一次电压瞬时值 有效值 u2 U2 二次电压瞬时值 有效值 ud Ud 输出电压瞬时值 平均值 电阻负载的特点 电压与电流成正比 两者波形相同 2 1 1单相半波可控整流电路 电阻负载 电路工作过程 几个概念的解释 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ud波形在一个电源周期中只脉动1次 故该电路为单脉波整流电路 2 1 1单相半波可控整流电路 电阻负载 几个重要的基本概念 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 2 1 1单相半波可控整流电路 电阻负载 基本数量关系直流输出电压平均值为 2 1 2 1 1单相半波可控整流电路 电阻负载 Ud 0 45U2 1 cosa 2a 0 Ud Ud0 0 45U2a 180 Ud 0晶闸管VT的a移相范围为180 调节a角即可控制Ud的大小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 2 1 1单相半波可控整流电路 电阻负载 2 1 1单相半波可控整流电路 阻感负载 阻感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能发生突变 2 1 1单相半波可控整流电路 阻感负载 工作过程 电压与电流不再成正比 两者波形不再相同 u2进入负半周时 电感中能量仍旧继续释放 晶闸管不关断 电感能量释放完毕 电流i2降为0 晶闸管关断 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 分段进行分析计算 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 VT处于关断状态VT处于导通状态 2 1 1单相半波可控整流电路 VT处于通态时 2 2 初始条件 t a id 0 得 2 3 式中 2 1 1单相半波可控整流电路 当 t a时 id 0 代入式 2 3 并整理得 负载阻抗角j 触发角a 晶闸管导通角 的关系若j为定值 a越大 越小若a为定值 j越大 则 越大 2 1 1单相半波可控整流电路 阻感负载 2 1 1单相半波可控整流电路 阻感负载 有续流二极管 为避免Ud太小 在整流电路的负载两端并联续流二极管续流过程续流期间ud为0 ud中不再出现负的部分 2 1 1单相半波可控整流电路 阻感负载 有续流二极管 工作过程 2 1 1单相半波可控整流电路 阻感负载 有续流二极管 数量关系若L足够大 使id连续 id近似为一条水平线 恒为Id 则有 2020 3 16 21 可编辑 2 1 1单相半波可控整流电路 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 1 2单相桥式全控整流电路SinglePhaseBridgeControlledRectifier 1 带电阻负载的工作情况工作原理及波形分析两组桥臂轮流导通 2 1 2单相桥式全控整流电路 电阻负载 电路工作过程 2 1 2单相桥式全控整流电路 电阻负载 数量关系a角的移相范围为180 2 1 2单相桥式全控整流电路 电阻负载 不考虑变压器的损耗时 要求变压器的容量为S U2I2 2 1 2单相桥式全控整流电路 阻感负载 假设电路已工作于稳态且负载电感很大 id连续且波形近似为一条水平线 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 VT1和VT4反向电压而截至 换流 2 1 2单相桥式全控整流电路 阻感负载 输出电压晶闸管移相范围为90 2 1 2单相桥式全控整流电路 阻感负载 晶闸管承受的最大正反向电压均为晶闸管导通角 与a无关 均为180 晶闸管电流的平均值和有效值为和变压器二次侧电流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 练习 单相全控桥式整流电路 大电感L R负载 其中R 2 输入交流电压60V 试求 1 输出电压可调范围 2 选择晶闸管元件 3 计算电源变压器容量S 2 1 2单相桥式全控整流电路 反电动势负载 反电动势负载 蓄电池 直流电动机电枢 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 2 1 2单相桥式全控整流电路 反电动势负载 电路工作过程 2 1 2单相桥式全控整流电路 反电动势负载 id波形在一周期内有部分时间为0的情况 称为电流断续 特点 相当于自然换流点后移导电的终止提前电流容易断续输出平均电压偏高 2 1 2单相桥式全控整流电路 反电动势负载 串平波电抗器 为了改善电流导通情况 增加导电角 在电路中串联平波电抗器减少电流的脉动和延长晶闸管导通的时间整流电压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的计算公式亦一样为保证电流连续所需的电感量L可由下式求出 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 2 1 3单相全波可控整流电路SinglePhaseFullWaveControlledRectifier 单相全控桥电路 单相全波可控整流电路及其波形 2 1 3单相全波可控整流电路 两者的区别 单相全波中变压器结构较复杂 绕组及铁芯对铜 铁等材料的消耗多 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 但是晶闸管承受的最大电压为 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 2 3 考虑 单相全波电路有利于在低输出电压的场合应用 2 1 4单相桥式半控整流电路 阻感负载 有续流二极管 单相全控桥中 每个导电回路中有2个晶闸管 半控电路与全控电路在电阻负载时的工作情况相同 2 1 4单相桥式半控整流电路 阻感负载 有续流二极管 工作过程 2 1 4单相桥式半控整流电路 续流二极管的作用若无续流二极管 则当a突然增大至180 或触发脉冲丢失时 失控 2 1 4单相桥式半控整流电路 续流二极管的作用有续流二极管VDR时 续流过程由VDR完成 晶闸管关断 避免了某一个晶闸管持