电容滤波的不可控整流电路和大功率可控整流电路PPT学习教案

1、会计学1电容滤波的不可控整流电路和大功率可电容滤波的不可控整流电路和大功率可控整流电路控整流电路最常用的是最常用的是单相桥单相桥和和三相桥三相桥两种接法。两种接法。由于电路中的电力电子器件采用整流二极管，故由于电路中的电力电子器件采用整流二极管，故也称这类电路为也称这类电路为二极管整流电路二极管整流电路。第1页/共33页1） 工作原理及波形分析工作原理及波形分析图图2-24 电容滤波的单相桥式不可控整流电路及其工作波形电容滤波的单相桥式不可控整流电路及其工作波形a) 电路电路 b) 波形波形在在u2正半周过零点至正半周过零点至wt=0期间，因期间，因u2ud，故二极，故二极管均不导通，电容管均

2、不导通，电容C向向R放电，提供负载所需电流放电，提供负载所需电流。至至wt=0之后，之后，u2将要超过将要超过ud，使得，使得VD1和和VD4开通开通，ud=u2，交流电源向电容充电，同时向负载，交流电源向电容充电，同时向负载R供电供电。b)0iudq qd dp p2p pw wti,uda)+RCu1u2i2VD1VD3VD2VD4idiCiRud第2页/共33页导通角导通角的确定：的确定：b)0iudq qd dp p2p pw wti,udu2过了峰值之后，过了峰值之后， u2和电容电压和电容电压uC 都开始下降。都开始下降。 VD1和和 VD4的关断时刻，从物理意义上讲，就是的关断时

3、刻，从物理意义上讲，就是两个电压下降速度相等的时刻。两个电压下降速度相等的时刻。)(/2tdduwPdtddu)(/w第3页/共33页 输出电压平均值输出电压平均值 电流平均值电流平均值 输出电流平均值输出电流平均值IR为：为： IR = Ud /R Id =IR 二极管电流二极管电流iD平均值为：平均值为： ID = Id / 2=IR/ 2 二极管承受的电压二极管承受的电压 22U空载时，空载时， 。重载时，重载时，Ud逐渐趋近于逐渐趋近于0.9U2，即趋近于接近电阻负，即趋近于接近电阻负载时的特性。载时的特性。在设计时根据负载的情况选择电容在设计时根据负载的情况选择电容C值，使值，使 ,

4、 此时输出电压为：此时输出电压为： Ud1.2 U2。2d2UU 2/)53(TRC 第4页/共33页图图2-27 感容滤波的单相桥式不可控整流电路及其工作波形感容滤波的单相桥式不可控整流电路及其工作波形a） 电路图电路图 b）波形）波形第5页/共33页a)b)u2udi20d dq qp pw wti2,u2,udb)0iudq qd dp p2p pw wti,ud第6页/共33页某一对二极管导通时，某一对二极管导通时，输出电压等于交流侧线电压中输出电压等于交流侧线电压中最大的一个最大的一个，该线电压既向电容供电，也向负载供电。该线电压既向电容供电，也向负载供电。当没有二极管导通时，由电容

5、向负载放电，当没有二极管导通时，由电容向负载放电，ud按指数按指数规律下降。规律下降。图图2-28 电容滤波的三相桥式不可控整流电路及其波形电容滤波的三相桥式不可控整流电路及其波形a)b)Oiaudiduduabuac0dqwtpp3wt第7页/共33页32=+t)-32( - tRC1232=+t2t)(d32sin6d)(d)+tsin(6dpdwdpwwpdwwpwqweUtU 电流电流id 断续和连续的临界条件断续和连续的临界条件wRC=33在轻载时直流侧获得的充电电流是断续的，重载时在轻载时直流侧获得的充电电流是断续的，重载时是连续的，是连续的， 分界点就是分界点就是R= /wC。3

6、由由 “电压下降速度相等电压下降速度相等”的原则，可以确定临界条件的原则，可以确定临界条件。假设在。假设在wt+d d =2p p/3的时刻的时刻“速度相等速度相等”恰好发生，则恰好发生，则有有由上式可得由上式可得（2-50）)(/tdduabw)(/tddudw第8页/共33页在轻载时直流侧获得的充电电流是断续的，重载时在轻载时直流侧获得的充电电流是断续的，重载时是连续的，分界点就是是连续的，分界点就是R= /wC。3图图2-29电容滤波的三相桥式整流电路当电容滤波的三相桥式整流电路当wRC等于和小于等于和小于 时的电流波形时的电流波形 a）wRC=b）wRC333a)b)wtwtwtwta

7、idaidOOOO第9页/共33页图图2-32 考虑电感时电容滤波的三相桥式整流电路及其波形考虑电感时电容滤波的三相桥式整流电路及其波形 a）电路原理图）电路原理图 b）轻载时的交流侧电流波形）轻载时的交流侧电流波形 c）重载且滤波电感很大时的交流侧电流波形）重载且滤波电感很大时的交流侧电流波形第10页/共33页（1）输出电压平均值）输出电压平均值 Ud在（在（2.34U2 2.45U2）之间变化）之间变化（2）电流平均值）电流平均值 输出电流平均值输出电流平均值IR为：为：IR = Ud /R 与单相电路情况一样，电容电流与单相电路情况一样，电容电流iC平均值为零，平均值为零， 因此：因此：

8、 Id =IR 二极管电流平均值为二极管电流平均值为Id的的1/3，即：，即：ID = Id / 3=IR/ 3 （3）二极管承受的电压）二极管承受的电压 二极管承受的最大反向电压为线电压的峰值，为二极管承受的最大反向电压为线电压的峰值，为 26U第11页/共33页2.3 带电容滤波的二极管带电容滤波的二极管整流电路整流电路第12页/共33页第13页/共33页第14页/共33页为消除直流磁化，变压器为消除直流磁化，变压器二次侧为两组二次侧为两组匝数相同极匝数相同极性相反性相反的绕阻，分别接成的绕阻，分别接成两组三相半波整流电路。两组三相半波整流电路。aUbUcUaU bU cU 第15页/共3

9、3页两组三相半波整流电路直两组三相半波整流电路直接并联接并联-六相半波整流六相半波整流电路电路。任何时刻仅有一只管导通，任何时刻仅有一只管导通，每管最大的导通角为每管最大的导通角为60o。 =0o时，输出电压波形时，输出电压波形为为6相正弦的包络线相正弦的包络线；Ud =1.35 U2cos 6相半波整流电路晶闸管相半波整流电路晶闸管导电时间短，变压器利用导电时间短，变压器利用率低，故极少采用。率低，故极少采用。aUbUcUaU bU cU 第16页/共33页两组三相半波整流电路直两组三相半波整流电路直接并联接并联-六相半波整流六相半波整流电路电路。 =0o 由于由于6个晶闸管阴极接在一起，任

10、意时刻，电压高的一个晶闸管阴极接在一起，任意时刻，电压高的一相导通后，其它相导通后，其它5个管子授反向电压不能导通，任意时刻个管子授反向电压不能导通，任意时刻只有一个晶闸管工作，并未真正实现并联工作。只有一个晶闸管工作，并未真正实现并联工作。 如何使如何使正反组同时各有一只管子导通，提高输出电流？正反组同时各有一只管子导通，提高输出电流？ 解决办法：解决办法：加平衡电抗器加平衡电抗器。第17页/共33页图图2-33 2-33 带平衡电抗器的带平衡电抗器的双反星形可控整流电路双反星形可控整流电路平衡电抗器：平衡电抗器：带有中心抽带有中心抽头，数值一般较大；接在头，数值一般较大；接在两个星形的中点

11、间两个星形的中点间；平衡电抗器作用平衡电抗器作用：平衡两：平衡两组三相半波整流电路瞬时组三相半波整流电路瞬时电压，保证两组三相半波电压，保证两组三相半波整流电路能同时导通，实整流电路能同时导通，实现现并联运行并联运行。与三相桥式电路相比，双与三相桥式电路相比，双反星形电路的输出电流可反星形电路的输出电流可大一倍大一倍。第18页/共33页绕组的极性相反的目的：绕组的极性相反的目的：消除直流磁通势消除直流磁通势如图可知，虽然两组如图可知，虽然两组相电流的瞬时值不同相电流的瞬时值不同，但是，但是平均电流相等平均电流相等而而绕组的极性相反绕组的极性相反，所以直流安匝互相抵所以直流安匝互相抵消。消。i1

12、、i2的正负半周的正负半周对称。对称。图 双反星形电路， =0时两组整流电压、电流波形第19页/共33页以以VT1和和VT6同时导通为例；在同时导通为例；在wt1处，处， ，给两管门极同时加触发，给两管门极同时加触发脉冲。控制角脉冲。控制角=0。0bauu第20页/共33页图2-36 平衡电抗器作用下两个晶闸管同时导电的情况在在wt1处，给两管门极同时加触处，给两管门极同时加触发脉冲。控制角发脉冲。控制角=0。等效电。等效电路如右。路如右。由于由于 ，VT6先导通，先导通，形成负载电流，此电流在形成负载电流，此电流在 Lp上上感应一电动势，左负右正，其值感应一电动势，左负右正，其值设为设为up

13、/2 ，同时在，同时在 另一侧感应另一侧感应出出 up/2 ，极性如图。极性如图。两管两管VT1和和VT6共阴极，现以中共阴极，现以中心抽头为参考点，分析两管的阳心抽头为参考点，分析两管的阳极电位。极电位。0bauu1/ 2,apuuu6/ 2bpuuu第21页/共33页图2-36 平衡电抗器作用下两个晶闸管同时导电的情况时间推迟至时间推迟至ub与与ua的交点时，的交点时， ub = ua ， 。之后之后 ub ub ，电流才从，电流才从VT6换至换至VT2。此时。此时VT1、VT2同时导通。同时导通。每一组中的每一个晶闸管仍按三相每一组中的每一个晶闸管仍按三相半波的导电规律而各轮流导通。半波

14、的导电规律而各轮流导通。0pu可见，平衡电抗器起到了电势平可见，平衡电抗器起到了电势平衡的作用，补偿了衡的作用，补偿了 的电的电势差势差,使得使得VT1和和VT6能够同时导能够同时导通。通。 bauu和1/ 2,apuuu6/ 2bpuuu第22页/共33页图图2-35 平衡电抗器作用下平衡电抗器作用下输出电压的波形和平衡电抗输出电压的波形和平衡电抗器上电压的波形器上电压的波形12uuudd2pu ,uwupd1d2OO60360 wt1wttb)a)uaubucucuaubub12uuudd1p1()2uuudd1d2p2uuudd1第23页/共33页图图2-37 当当 =30 、60 、9

15、0 时，双反星形电路的输出电压波形时，双反星形电路的输出电压波形 分析输出波形时，可先求出分析输出波形时，可先求出ud1和和ud2波形，然后根据式波形，然后根据式（3-98）做出波形）做出波形( ud1+ud2 ) / 2。输出电压波形与三相半波电路输出电压波形与三相半波电路比较，脉动程度减小了，比较，脉动程度减小了，脉动脉动频率加大一倍频率加大一倍，f=300Hz。电感负载电感负载情况下，移相范围是情况下，移相范围是90 。电阻负载电阻负载情况下，移相范围为情况下，移相范围为120 。9090 。6060 。3030 udududw wtOw wtOw wtOuaubucucuaububuc

16、ucuaububucucuaub第24页/共33页将将双反星形电路与三相桥式电路进行比较双反星形电路与三相桥式电路进行比较可得可得出以下结论：出以下结论：三相桥为两组三相半波三相桥为两组三相半波串联串联，而双反星形为两组，而双反星形为两组三相半波三相半波并联并联，且后者需用平衡电抗器。，且后者需用平衡电抗器。当当U2相等时，双反星形的相等时，双反星形的Ud是三相桥的是三相桥的1/2，而，而Id是三相桥的是三相桥的2倍。倍。两种电路中，晶闸管的导通及触发脉冲的分配关两种电路中，晶闸管的导通及触发脉冲的分配关系一样，系一样，ud和和id的的波形形状一样，均为波形形状一样，均为6脉波脉波。第25页/

17、共33页原理：原理： 按照一定的规律将两个或更多的相同结构的整按照一定的规律将两个或更多的相同结构的整流电路进行组合得到。流电路进行组合得到。目标：目标： 移相多重联结移相多重联结减少交流侧输入电流谐波。减少交流侧输入电流谐波。第26页/共33页图图2-38 并联多重联结的并联多重联结的12脉波脉波整流电路整流电路有有并联多重联结并联多重联结和和串联串联多重联结多重联结。可减少输入电流谐波，可减少输入电流谐波，减小输出电压中的谐波减小输出电压中的谐波并提高纹波频率，因而并提高纹波频率，因而可减小平波电抗器。可减小平波电抗器。使用使用平衡电抗器平衡电抗器来平衡来平衡2组整流器的电流。组整流器的电

18、流。2个三相桥并联而成的个三相桥并联而成的12脉波整流电路脉波整流电路。第27页/共33页图图2-39 移相移相30 串联串联2重联结电路重联结电路 图图2-40 移相移相30 串联串联2重联重联结电路电流波形结电路电流波形整流变压器二次绕组分别采用星形和三角形接法构整流变压器二次绕组分别采用星形和三角形接法构成相位相差成相位相差30 、大小相等的两组电压。、大小相等的两组电压。该电路为该电路为12脉波整流电路。脉波整流电路。星星形形三角三角形形相移相移60折算折算到原到原边边叠加叠加:d=a+c第28页/共33页)32(34dd1IIImpp单桥时为, 3 , 2 , 1, 112341dkknInImnp即输入电流谐波次数为即输入电流谐波次数为12k1，其幅值与次数成，其幅值与次数成反比而降低。反比而降低。该电路的其他特性如下：该电路的其他特性如下：直流输出电压直流输出电压 位移因数位移因数 cosj j1 1=cos （单桥时相同）（单桥时相同）功率因数功率因数