电力电子第3章 整流电路 z

1、第第3章章 整流电路整流电路 3.1 单相可控整流电路单相可控整流电路 3.2 三相可控整流电路三相可控整流电路 3.3 变压器漏感对整流电路的影响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整流电路的谐波和功率因数 3.6 大功率可控整流电路大功率可控整流电路 3.7 整流电路的有源逆变工作状态整流电路的有源逆变工作状态 3.8 相控电路的驱动控制相控电路的驱动控制 本章小结本章小结 2/131引言引言整流电路（整流电路（Rectifier）是电力电子电路中出现最）是电力电子电路中出现最早的一种，它的作用是将交流电能变

2、为直流电能早的一种，它的作用是将交流电能变为直流电能供给直流用电设备。供给直流用电设备。 整流电路的分类整流电路的分类 按组成的器件可分为按组成的器件可分为不可控不可控、半控半控、全控全控三种。三种。 按电路结构可分为按电路结构可分为桥式桥式电路和电路和零式零式电路。电路。 按交流输入相数分为按交流输入相数分为单相单相电路和电路和多相多相电路电路。 按变压器二次侧电流的方向是单向或双向，分按变压器二次侧电流的方向是单向或双向，分为为单拍单拍电路和电路和双拍双拍电路。电路。3/1313.1 单相可控整流电路单相可控整流电路 3.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路 3.1.2 单相桥

3、式全控整流电路单相桥式全控整流电路 3.1.3 单相全波可控整流电路单相全波可控整流电路 3.1.4 单相桥式半控整流电路单相桥式半控整流电路第1章第4页3.13.1单相可控整流电路单相可控整流电路v 重点重点：工作原理（波形分析）、定量计算、不同负载的影响。3.1.1单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路Single Phase Half Wave Controlled Rectifier基本概念： 单相单相：交流侧接单相电源u2 半波半波：ud为脉动直流，波形只在u2正半周内出现，故称“半波”整流 可控可控：采用了可控器件晶闸管 整流电压ud波形在一个电源周期中只脉动1次，故该电路为单脉

4、单脉波波整流电路。wwwwtTVTR0a)u1u2uVTudidwt1p2ptttu2uguduVTaq0b)c)d)e)00图图3-1 单相半波可控整流电路及波形单相半波可控整流电路及波形5/1313.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路带电阻负载的工作情况带电阻负载的工作情况 变压器变压器T起变换电压和隔离的起变换电压和隔离的作用，其一次侧和二次侧电压瞬时作用，其一次侧和二次侧电压瞬时值分别用值分别用u1和和u2表示，有效值分别表示，有效值分别用用U1和和U2表示，其中表示，其中U2的大小根据的大小根据需要的直流输出电压需要的直流输出电压ud的平均值的平均值Ud确定。确定。 电

5、阻负载的特点是电阻负载的特点是: 电压与电流电压与电流成正比，两者波形相同成正比，两者波形相同。 在分析整流电路工作时，认为在分析整流电路工作时，认为晶闸管（开关器件）为晶闸管（开关器件）为理想器件理想器件，即晶闸管导通时其管压降等于零，即晶闸管导通时其管压降等于零，晶闸管阻断时其漏电流等于零，除晶闸管阻断时其漏电流等于零，除非特意研究晶闸管的开通、关断过非特意研究晶闸管的开通、关断过程，一般认为晶闸管的开通与关断程，一般认为晶闸管的开通与关断过程瞬时完成。过程瞬时完成。 第1章第6页基本概念基本概念触发延迟角触发延迟角 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,用表示,也称触发

6、角或控制角。导通角导通角 晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度，用表示 。 移相移相：改变的大小，即改变触发脉冲在每个周期内出现的时刻，称为移相。 a移相范围为这种通过控制触发脉冲的相位来控制输出电压大小的方式称为 相位控制方式（相控方式）相位控制方式（相控方式）0180 a 越大，输出电压越小动画演示第1章第7页直流输出电压平均值电压平均值 （3-1） 改变触发角，即可调节输出电压。直流电流平均值电流平均值 22212sin()221cos(1cos)0.4522UUtdtUUpawwpaapd21cos0.452ddUUIRRadd基本数量关系第1章第8页输出电压有效值电压有效值（均方根

7、值） 电流有效值电流有效值 电流有效值用于选择器件、选择导线以及计算负载的有功功率等。 例题中有体现。222112sin()sin2242UUtdtUpapawwappp21sin 242ddUUIRRpaapp9/131改变触发时刻，改变触发时刻，ud和和id波形随之改变，直流输出电压波形随之改变，直流输出电压ud为极性不变为极性不变 但瞬时值变化的但瞬时值变化的脉动直流脉动直流，其波形只在，其波形只在u2正半周内出现，故称正半周内出现，故称“半半波波”整流。加之电路中采用了可控器件晶闸管，且交流输入为整流。加之电路中采用了可控器件晶闸管，且交流输入为单相单相，故该电路称为故该电路称为单相半

8、波可控整流电路单相半波可控整流电路。整流电压。整流电压ud波形在一个电源波形在一个电源周期中只脉动周期中只脉动1次次，故该电路为，故该电路为单脉波整流电路单脉波整流电路。基本数量关系基本数量关系 a a：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：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称为触发延迟角，也称触发角或控制角。称为触发延迟角，也称触发角或控制角。 q q：晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度称为导通角。晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度称为导通角。 直流输出电压平均值直流输出电压平均值 随着随着a a增大，增大，Ud减小，该电路中减小，该电路中VT的

9、的a a移相范围移相范围为为180 。 通过控制触发脉冲的通过控制触发脉冲的相位相位来控制直流输出电压大小的方式称为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。控制方式，简称相控方式。 3.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路paaapwwp2cos145. 0)cos1 (22)(sin221222UUttdUUd（3-1）第1章第10页 3.1.1 3.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路图3-2 带阻感负载单相半波可控整流电路及波形2.带阻感负载的工作情况resistor-inductor load阻感负载阻感负载负载中感抗L与电阻R相比不可忽

10、略 阻感负载的特点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。与电阻负载波形图的不同之处：图2 d ew t2电感中电感中电流电流与与感应电动势感应电动势的关系：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。流变化。电感中电流愈大其储存的能量愈大。电感中电流愈大其储存的能量愈大。 电流增大。电流增大。 电流的方向与电压电流的方向与电压方向相同，电流从高方向相同，电流从高电位流到低电位，电电位流到低电位，电感吸收能量。感吸收能量。 电流减小。电流减小。 电流的方向与电压电流的方向与电压方向相反，电流从低电方

11、向相反，电流从低电位流到高电位，电感释位流到高电位，电感释放能量。放能量。( (二二) )带阻感负载的工作情况带阻感负载的工作情况12/1313.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路uwttwwtwtw20wt1p2ptug0ud0id0uVT0qab)c)d)e)f)+ + +图图3-2 带阻感负载的单相半带阻感负载的单相半波可控整流电路及其波形波可控整流电路及其波形带阻感负载的工作情况带阻感负载的工作情况 阻感负载的特点是电感对电流变化有抗阻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。拒作用，使得流过电感的电流不能发生突变。 电路分析电路分析 晶闸管

12、晶闸管VT处于断态处于断态,id=0,ud=0,uVT=u2。 在在w wt1时刻，即触发角时刻，即触发角a a处处 ud=u2。 L的存在使的存在使id不能突变不能突变，id从从0开始增开始增加。加。 u2由正变负的过零点处，由正变负的过零点处，id已经处于减已经处于减小的过程中，但尚未降到零，因此小的过程中，但尚未降到零，因此VT仍处仍处于通态于通态。 w wt2时刻，电感能量释放完毕，时刻，电感能量释放完毕，id降至降至零，零，VT关断并立即承受反压关断并立即承受反压。 由于电感的存在延迟了由于电感的存在延迟了VT的关断时刻，的关断时刻，使使ud波形出现负的部分，与带电阻负载时相波形出现

13、负的部分，与带电阻负载时相比其平均值比其平均值Ud下降。下降。 13/1312.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路uwttwwtwtw20p 2ptug0ud0id0uVT0q a b)c)d)e)f)+ + +图图2 带阻感负载的单相半波带阻感负载的单相半波可控整流电路及其波形可控整流电路及其波形电路分析电路分析 1） 0 w w t1,晶闸管晶闸管VT处于断态处于断态, id=0,ud=0,uVT=u2 2）在在w wt1时刻，即触发角时刻，即触发角a a处处 ud=u2 L的存在使的存在使id不能突变不能突变，id从从0开始增加开始增加电流滞后于电压电流滞后于电压 w t2w

14、t114/1312.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路uwttwwtwtw20p 2ptug0ud0id0uVT0q a b)c)d)e)f)+ + +图图2 带阻感负载的单相半波带阻感负载的单相半波可控整流电路及其波形可控整流电路及其波形 3）u2由正变负的过由正变负的过0处处()，id已经处于减小的过程中，但尚未已经处于减小的过程中，但尚未降到零，因此降到零，因此VT仍处于通态仍处于通态。在在t=,电源电压过零。但电源电压过零。但由于由于电感中感应电动势的作用电感中感应电动势的作用，使晶闸管仍然承受正向电压，仍使晶闸管仍然承受正向电压，仍维持导通；维持导通； 4）w wt2时刻，

15、电感能量释放完时刻，电感能量释放完毕，毕，id降至零，降至零，VT关断并立即承关断并立即承受反压受反压。 w t2w t1电感作用分析由于电感的存在延迟了由于电感的存在延迟了VT的关断时刻，使的关断时刻，使ud波形出现波形出现负的部分，与带电阻负载时相比其平均值负的部分，与带电阻负载时相比其平均值Ud下降。下降。 电感越大，导通角越大，负面积也越大；电感越大，导通角越大，负面积也越大；当电感增大到使负面积接近正面积时，整流输出的直流当电感增大到使负面积接近正面积时，整流输出的直流电压电压Ud接近接近0。动画演示16/1313.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路电力电子电路的一种分

16、析方法电力电子电路的一种分析方法 把器件理想化，将电路简化把器件理想化，将电路简化为为分段线性电路分段线性电路。 器件的每种状态组合对应一器件的每种状态组合对应一种种线性电路拓扑线性电路拓扑，器件通断状态，器件通断状态变化时，电路拓扑发生改变。变化时，电路拓扑发生改变。 以前述单相半波电路为例以前述单相半波电路为例 当当VT处于断态时，相当于电处于断态时，相当于电路在路在VT处断开，处断开， id=0。 VT导通时，相当于导通时，相当于VT短路。短路。两种情况的等效电路如图两种情况的等效电路如图3-3所所示。示。 a)b)VTRLVTRLu2u2图图3-3 单相半波可控整流电路单相半波可控整流

17、电路的分段线性等效电路的分段线性等效电路 a) VT处于关断状态处于关断状态 b) VT处于导通状态处于导通状态17/1313.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路VTb)RLu2VT处于通态时，如下方程成立：处于通态时，如下方程成立： 在在VT导通时刻，有导通时刻，有w wt=a a，id=0，这是式（，这是式（3-2）的）的初始条件。求解式（初始条件。求解式（3-2）并将初始条件代入可得）并将初始条件代入可得tURitiLwsin2dd2dd)sin(2)sin(22)(2waawwtZUeZUitLRd式中，式中， ， 。由此式可得出图。由此式可得出图3-2e所示的所示的id

18、波形。波形。当当w wt=q q+a a时，时，id=0，代入式（，代入式（3-3）并整理得）并整理得 22)( LRZwRLtgw1)sin()sin(aqaqtge图图3-3 b) VT处于导通状态处于导通状态 (3-2)(3-3)(3-4)若若 为定值，为定值，a a角大，角大，q q越小。越小。 若若a a为定值，为定值， 越大，越大，q q越大越大 ，且平均值，且平均值Ud越接近零。越接近零。18/1313.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路 若若 为定值，为定值，a a角大，角大，q q越小。越小。 若若a a为定值，为定值， 越大，越大，q q越大越大 ，且，且 平

19、均值平均值Ud越接近零。为解决上述矛越接近零。为解决上述矛 盾，在整流电路的负载两端并联一盾，在整流电路的负载两端并联一 个二极管，称为个二极管，称为续流二极管续流二极管，用，用 VDR表示。表示。有续流二极管的电路有续流二极管的电路 电路分析电路分析 u2正半周时，与没有续流二极管正半周时，与没有续流二极管 时的情况是一样的。时的情况是一样的。 当当u2过零变负时，过零变负时，VDR导通，导通，ud 为零，此时为负的为零，此时为负的u2通过通过VDR向向VT 施加反压使其关断，施加反压使其关断，L储存的能量保储存的能量保 证了电流证了电流id在在L-R-VDR回路回路中流通，中流通， 此过程

20、通常称为此过程通常称为续流续流。 若若L足够大，足够大，id连续连续，且，且id波形接波形接 近一条水平线近一条水平线 。u2udiduVTiVTIdIdwt1wtwtwtwtwtwtOOOOOOp -ap +ab)c)d)e)f)g)iVDRa)图图3-4 单相半波带阻感负载有单相半波带阻感负载有续流二极管的电路及波形续流二极管的电路及波形 19/131 基本数量关系基本数量关系 流过晶闸管的电流平均值流过晶闸管的电流平均值IdT和有效值和有效值IT分别为：分别为： 续流二极管的电流平均值续流二极管的电流平均值IdDR和有效值和有效值IDR分别为分别为 其移相范围为其移相范围为180 ，其承

21、受的最大正反向电压均为，其承受的最大正反向电压均为u2的峰值即的峰值即 。 续流二极管承受的电压为续流二极管承受的电压为-ud，其最大反向电压为，其最大反向电压为 ，亦为，亦为u2的峰值。的峰值。 单相半波可控整流电路的特点是简单，但输出脉动大，变压器二次侧电流单相半波可控整流电路的特点是简单，但输出脉动大，变压器二次侧电流中含直流分量，造成变压器铁芯中含直流分量，造成变压器铁芯直流磁化直流磁化。为使变压器铁芯不饱和，需增。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。大铁芯截面积，增大了设备的容量。 3.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路ddTIIpap2ddTIt

22、dIIpapwppa2)(212ddDRIIpap2ddDRItdIIpapwpapp2)(2122(3-5)(3-6)(3-7)(3-8)22U22U为了使电源电压过零变负时能及时地关断晶闸管，使为了使电源电压过零变负时能及时地关断晶闸管，使ud波波形不出现负值，形不出现负值，避免避免Ud太小，太小，又能给电感线圈又能给电感线圈L提供续流的提供续流的旁路，可以在旁路，可以在负载两端负载两端并联二极管，如图所示。并联二极管，如图所示。 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路3. 负载侧接续流二极管的工作情况rectifier with freewheeling diode图图3-4 3-4

23、单相半波带阻感负载有续流二极管的电路及波形单相半波带阻感负载有续流二极管的电路及波形 a)LTVTRu1u2uVTudVDidiVDR+-1) 当u2为正时（0区间）在此期间续流二极管在此期间续流二极管VDR承承受反向电压而关断。受反向电压而关断。与没有续流二极管时的与没有续流二极管时的工作工作情况一样。情况一样。1图图4 4 单相半波带阻感负载有续流二极管的电路及波形单相半波带阻感负载有续流二极管的电路及波形 2) 当u2变负时(2区间)，VDR导通，负载电压导通，负载电压ud为零为零此时此时u20，通过，通过VDR向向VT施施加反压使其关断加反压使其关断L储存的能量保证了电流储存的能量保证

24、了电流id在在L-R-VDR回路回路中流通，此过程中流通，此过程通常称为通常称为续流续流。若若L足够大，足够大，id连续连续，且，且id波形波形接近一条水平线接近一条水平线 。2ddVT2IIpapd2dVT2)(21ItdIIpapwppa2IIpapdVDd221()22II dtIp appawppVDdd 如果电感足够大，续流二极管一直导通到下一周期晶闸管导通，使电流id连续，且id波形近似为一条水平直线，大小为Id，则基本的物理量基本的物理量计算公式如下计算公式如下 ：1 流过晶闸管电流的平均值IdVT和有效值 IVT 为：2 流过续流二极管电流的平均值IdVD和有效值IVD 动画演

25、示 输出电流平均值Id =Ud/R4 从波形图可以看出，晶闸管和续流二极管承受的最大电压：电压：波形和电阻负载相同，所以计算公式也相同。3 输出电压平均值Ud 为：2212sin()21cos0.452UUtdtUpawwpad22TMDMUUU结论：结论：电阻负载加续流二极管后，输出电压波形与电阻性负载波形相同，可见续流二极管的作用是为了提高输出电压。1.负载电流波形连续且近似为一条直线，如果电感为无穷大，则负载电流为一直线。流过晶闸管和续流二极管的电流波形是矩形波。例题单向半波整流电路，相电压220V，负载电阻2欧，电感0.1亨。要求负载电压为45V，求：续流二极管电流平均值和有效值，并确

26、定晶闸管和二极管的型号。解：L=2f L=31.4 R=2 所以电流波形平直求出Id和导通角后，带入p47的公式即可分别求出晶闸管和续流二极管的平均电流和有效电流值。2222.51cos0.4522245cos110.090.450.45 22095.184.9dooUIARUUUUaaaqpa dddd5.34 ,10.9 ,17.2 ,19.6dTTdDdTIAIAIAIA 1.额定电压：取晶闸管和续流二极管承受正反向电压最大值。考虑23倍的裕量，所以取耐压为800V的管子。2.额定电流：按照p14式(1-7)计算：所以，选额定电流10A的晶闸管，20A的二极管222220311TMDMU

27、UUV()()(1.5 2)10.4 13.91.57(1.5 2)18.7 251.57TTAVDDAVIIAIIAVT的a 移相范围为180 。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建立起整流电路的基本概念。 单相半波可控整流电路的特点单相半波可控整流电路的特点重点内容 晶闸管选型：额定电压，额定电流 半波整流工作原理，不同负载对输出波形的影响。3.1.2 3.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路(Single Phase Bridge Contrelled Rectifier)电路结构电路结构3.

28、单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路1) 带电阻负载的工作情况带电阻负载的工作情况图3-5 单相全控桥式带电阻负载时的电路及波形工作原理及波形分析工作原理及波形分析 VT1和和VT4组成一对桥臂组成一对桥臂，在u2正半周承受电压u2，得到触发脉冲即导通，当u2过零时关断。 VT2和和VT3组成另一对桥臂，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过零时关断。图5 单相全控桥式带电阻负载时的电路及波形p在电源正半周，a正b负；VT1和VT4会承受正向阳极电压，给VT1和VT4同时加脉冲，则VT1和VT4会导通；电流id从电源a端经VT1、负载Rd及

29、VT4回到电源b端，负载上得到电压ud为电源电压u2（忽略VT1和VT4的导通压降），方向为上正下负；VT2和VT3因承受反压而不会导通；电流波形id与ud相同。工作原理及波形分析工作原理及波形分析 正半周正半周+-图5 单相全控桥式带电阻负载时的电路及波形pu2负半周，a-，b+；VT2和VT3会承受正向电压，在时刻给VT2和VT3同时加脉冲，会被触发导通。电流id从电源b端经VT3、负载Rd及VT2回电源a端，负载上得到电压ud仍为电源电压u2，方向也还为上正下负，与正半周一致。VT1和VT4则承受反压u2而处于 截止 状态。u2过零时，id也过零，使VT2和VT3关断。工作原理及波形分析

30、工作原理及波形分析 负半周负半周-+图5 单相全控桥式带电阻负载时的电路及波形从图中可看出，负载上的直流电压输出波形比单相半波时多了一倍，晶闸管的控制角可从0180，导通角为-。晶 闸 管 承 受 的 最 大 电 压为 。该部分内容要理解。该部分内容要理解。工作原理及波形分析工作原理及波形分析 小结小结电路参数的计算电路参数的计算电路参数的计算 paaapwwp2cos19 . 02cos122)( dsin21222dUUttUUa 角的移相范围为0180向负载输出的平均电流值为：2cos19 . 02cos12222ddaapRURURUI输出电压平均值的计算公式： 第1章第37页流过每只

31、晶闸管的电流平均值，只有输出直流平均值流过每只晶闸管的电流平均值，只有输出直流平均值的一半，即：的一半，即：2cos145. 0212ddVTaRUII变压器二次测电流有效值I2与输出直流电流I有效值相等：papapwwppa2sin21)()sin2(12222RUtdtRUII 流过晶闸管的电流有效值： 由上两式得：变压器的容量 S=U2I2。从而可以得出电路功率因数。papapwwppa2sin212)(d)sin2(21222VTRUttRUIII21VT2221cossin2,0,cos?2U IPUSU IUpaaapp图5a 单相全控桥式带电阻负载时的电路及波形负载电压、电流波形

32、负载电压、电流波形负载电压、电流公式负载电压、电流公式 输出电压、电流平均值： 2211 cos2sind()0.92UUttUpaawwpd 输出电流有效值： UIRdd222211(sin)()sin22UUItdtRRpapawwappp图5a 单相全控桥式带电阻负载时的电路及波形晶闸管两端的波形晶闸管两端的波形iVT1,4晶闸管电压、电流晶闸管电压、电流 流过晶闸管的电流： iVT1,4 承受的最大电压： 22TMUU平均值有效值12IIdVTd22211(sin) d()22UIttIRpawwpVT负载电流波形负载电流波形平均值：平均值：Id有效值：有效值：I 变压器输出电压平均值

33、：变压器二次测电流变压器的输出波形变压器的输出波形有效值I2 ：0 ；有效值： U20 ；I2 = I平均值：变压器的输出波形变压器的输出波形 变压器的容量 S=U2I2， 负载功率 P=UI ； 可以得出电路功率因数：2221cossin22U IPUSU IUpaapp0,cos?a重点：工作情况分析 波形绘制 相关计算 例题单相桥式全控整流电路46/1313.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路u (i )pwtwtwt000i2udidb)c)d)ddaauVT1,4图图3-5 单相全控桥式单相全控桥式带电阻负载时的电路及波形带电阻负载时的电路及波形a)带电阻负载的工作情况

34、带电阻负载的工作情况 电路分析电路分析 闸管闸管VT1和和VT4组成一对桥臂，组成一对桥臂，VT2 和和VT3组成另一对桥臂。组成另一对桥臂。 在在u2正半周（即正半周（即a点电位高于点电位高于b点电点电位）位） 若若4个晶闸管均不导通，个晶闸管均不导通，id=0,ud=0,VT1、VT4串联承受电压串联承受电压u2。 在触发角在触发角a a处给处给VT1和和VT4加触发加触发 脉脉冲，冲，VT1和和VT4即导通，电流从电源即导通，电流从电源a端经端经VT1、R、VT4流回电源流回电源b端。端。 当当u2过零时，流经晶闸管的电流也降过零时，流经晶闸管的电流也降到零，到零，VT1和和VT4关断。

35、关断。 在在u2负半周，仍在触发角负半周，仍在触发角a a处触发处触发VT2和和VT3，VT2和和VT3导通，电流从电源导通，电流从电源b端流出，经端流出，经VT3、R、VT2流回电源流回电源a端。端。 到到u2过零时，电流又降为零，过零时，电流又降为零，VT2和和VT3关断。关断。 VT2和和VT3的的a a=0处为处为w wt=p p47/131基本数量关系基本数量关系 晶闸管承受的最大晶闸管承受的最大正向电压正向电压和和反向电压反向电压分别为分别为 和和 。 整流电压平均值为：整流电压平均值为： =0时，时，Ud= Ud0=0.9U2。=180 时，时，Ud=0。可见，。可见，角角的的移

36、相范围移相范围为为180 。 向负载输出的直流电流平均值为：向负载输出的直流电流平均值为： 3.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路222U22Upaaapwwp2cos19 . 02cos122)( dsin21222UUttUUd2cos19 . 02cos12222aapRURURUIdd(3-9)(3-10)48/131流过晶闸管的电流平均值流过晶闸管的电流平均值 ： 流过晶闸管的电流有效值为：流过晶闸管的电流有效值为： 变压器二次侧电流有效值变压器二次侧电流有效值I2与输出直流电流有效值与输出直流电流有效值I相等，相等，为为 由式（由式（3-12）和（）和（3-13）可见

37、：）可见：不考虑变压器的损耗时，要求变压器的容量为不考虑变压器的损耗时，要求变压器的容量为S=U2I2。3.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路2cos145. 0212aRUIIddTpapapwwppa2sin212)(d)sin2(21222RUttRUITpapapwwppa2sin21)()sin2(12222RUtdtRUIIIIT21(3-11)(3-12)(3-13)(3-14)49/1313.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路2OwtOwtOwtudidi2OwtOwtuVT1,4OwtOwtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4u图图3-6

38、单相桥式全控整流电流带单相桥式全控整流电流带阻感负载时的电路及波形阻感负载时的电路及波形带阻感负载的工作情况带阻感负载的工作情况 电路分析电路分析 在在u2正半周期正半周期 触发角触发角a a处给晶闸管处给晶闸管VT1和和VT4加加触发脉冲使其开通，触发脉冲使其开通，ud=u2。 负载电感很大，负载电感很大，id不能突变且波不能突变且波形近似为一条水平线。形近似为一条水平线。 u2过零变负时，由于电感的作用过零变负时，由于电感的作用晶闸管晶闸管VT1和和VT4中仍流过电流中仍流过电流id，并不，并不关断。关断。 w wt=p p+a a时刻，触发时刻，触发VT2和和VT3，VT2和和VT3导通

39、，导通，u2通过通过VT2和和VT3分别分别向向VT1和和VT4施加反压使施加反压使VT1和和VT4关断，关断，流过流过VT1和和VT4的电流迅速转移到的电流迅速转移到VT2和和VT3上，此过程称为上，此过程称为换相换相，亦称，亦称换流换流。 50/1313.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路基本数量关系基本数量关系 整流电压平均值为：整流电压平均值为： 当当a a=0时，时，Ud0=0.9U2。a a=90 时，时，Ud=0。晶闸管。晶闸管移相范围移相范围为为90 。 晶闸管承受的最大晶闸管承受的最大正反向电压正反向电压均为均为 。 晶闸管导通角晶闸管导通角q q与与a a无关

40、，均为无关，均为180 ，其电流平均值和，其电流平均值和有效值分别为：有效值分别为： 和和 。 变压器二次侧电流变压器二次侧电流i2的波形为正负各的波形为正负各180 的矩形波，其的矩形波，其相位由相位由a a角决定，有效值角决定，有效值I2=Id。 apaaapwwpcos9 . 0cos22)( dsin21222dUUttUU22UddT21IIddT707. 021III(3-15)2）带阻感负载的工作情况）带阻感负载的工作情况 u图6 单相全控桥带阻感负载时的电路及波形 假设负载电感很大，负载电流id连续，且波形近似为一条直线 。ud的波形出现了负半周部分动画演示正半周正半周u图6

41、单相全控桥带阻感负载时的电路及波形 电源u2正半周，触发VT1和VT4导通，输出电压ud=u2。至电源电压过零变负时，由于电感产生的自感电动势会使VT1和VT4继续导通，输出电压仍为udu2，所以出现了负电压输出。VT2和VT3虽然已承受正向电压，但还没有触发脉冲，所以不会导通。 负半周负半周图6 单相全控桥带阻感负载时的电路及波形 至t=+a 时刻，给VT2和VT3同时加触发脉冲，晶闸管VT1和VT4关断，VT2和VT3两管导通。 VT2和VT3导通后，VT1和VT4承受反压关断，流过VT1和VT4的电流迅速转移到VT2和VT3上，此过程称换相换相，亦称换流换流。图6 单相全控桥带阻感负载时

42、的电路及波形 两组管子轮流导通，每只晶闸管的导通时间比电阻性负载时延长了； 导通角 = ，与a无关； 正半周电流由VT1、4流过，负半周电流由VT2、3流过；形状均为方波； 变压器二次侧的波形为正负交替的方波。在 时，输出电压Ud最小，等于零。因此，因此， a 的移相范围是的移相范围是090。在 时，输出电压Ud最大，输出电压平均值：单相全控桥式整流电路 带电感性负载电路参数的计算d212sind()UUttp aawwp 0a209 . 0 UUd 90a负载电流平均值的计算公式： acos9 . 02ddddRURUI20.9cosUa晶闸管导通角与a无关，均为180。所以，流过一只晶闸管

43、的电流平均值和有效值：ddT21IITd12II晶闸管可能承受的最大正反向电压均为： 22TMUU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=id。电路功率因数22220.9coscos0.9cosdddPPU IUISU IPSaa负载电阻的功率：有功功率直流功率有功功率直流功率谐波功率由于电流为直流，所以无谐波电流，谐波功率为02.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路例：单相桥式全控整流电路，例：单相桥式全控整流电路，U2=100V，负载中，负载中R=2，L值极大，值极大，当当a a=30 时，要求：时，要求： 作出作出ud、id和和i2的

44、波形；的波形； 求整流输出平均电压求整流输出平均电压Ud、电流、电流Id，变压器二次侧电流有效值，变压器二次侧电流有效值I2； 考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。解：解：ud、id和和i2的波形如图的波形如图1： u2OwtOwtOwtudidi2OwtIdIdIdppaa 图图1 ud、id和和i2的波形图的波形图2.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路 整流输出平均电压整流输出平均电压Ud、电流、电流Id，变压器二次侧电流有效值，变压器二次侧电流有效值I2分别为分别为 Ud0.9 U2 cosa a0.9100cos3077

45、.97(A) Id Ud/R77.97/239(A) I2Id39(A) 晶闸管承受的最大反向电压为：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：流过每个晶闸管的电流的有效值为： IVTId 27.6（A） 故晶闸管的额定电压为：故晶闸管的额定电压为： UN(23)141.4283424（V） 晶闸管的额定电流为：晶闸管的额定电流为： IN(1.52)27.61.572635（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。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。22260/131带反电动势负载时的工作情况带反电

46、动势负载时的工作情况 当负载为蓄电池、直流电动机的电枢（忽略其中的电感）等时，负载可看当负载为蓄电池、直流电动机的电枢（忽略其中的电感）等时，负载可看成一个直流电压源，对于整流电路，它们就是反电动势负载。成一个直流电压源，对于整流电路，它们就是反电动势负载。 电路分析电路分析 |u2|E时，才有晶闸管承受正电压，有导通的可能。时，才有晶闸管承受正电压，有导通的可能。 晶闸管导通之后，晶闸管导通之后，ud=u2， ，直至，直至|u2|=E，id即降至即降至0使得晶闸管使得晶闸管关断，此后关断，此后ud=E。 与电阻负载时相比，晶闸管提前了与电阻负载时相比，晶闸管提前了电角度电角度 停止导电，停止

47、导电， 称为称为停止导电角停止导电角。 当当a a30 当导通一相的相电压过零变负时，该相晶闸管关断，但下一相晶闸管因未当导通一相的相电压过零变负时，该相晶闸管关断，但下一相晶闸管因未触发而不导通，此时输出电压电流为零。触发而不导通，此时输出电压电流为零。 负载电流负载电流断续断续，各晶闸管导通角，各晶闸管导通角小于小于120 。 87/1313.2.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路基本数量关系基本数量关系电阻负载时电阻负载时a a角的角的移相范围移相范围为为150 。 整流电压平均值整流电压平均值 a a30 时，负载电流时，负载电流连续连续，有，有 当当a a=0时，时，Ud最

48、大，为最大，为Ud=Ud0=1.17U2。 a a30 时，负载电流时，负载电流断续断续，晶闸管导通角减小，此时，晶闸管导通角减小，此时有有 aapwwpapapcos17.1cos263)(sin2321226562UUttdUUd)6cos(1675.0)6cos(1223)(sin2321262apappwwppapUttdUUd(3-18)(3-19)电路结构：晶闸管代替二极管；三相半波不可控整流电路，相当于可控整流电路a=0 时的工作情况。电路及波形图。3.1三相半波相控整流电路二、三相半波可控整流电路二、三相半波可控整流电路 电阻负载电阻负载0 30 时的波形特点：负载电流断续，晶

49、闸管导通角减小= 150- a小于120 wtwtwtwta =60u2uaubucOOOOuGudiVT1图3-2-2 三相半波可控整流电路，电阻负载，a =60时的波形 3030时，负载电流断续，晶闸管导通角减小， 此时电压平均值电压平均值： 26212sin()233 21 cos()260.675 1 cos()6UUtdtUppawwppappad当a=150时，Ud为0，移相范围为： wtwtwtwta =60u2uaubucOOOOuGudiVT1015094/1313.2.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路Ud/U2随随a a变化的规律变化的规律 0306090120

50、1501.17321a/( )Ud/U2图图3-16 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路Ud/U2与与a a的关系的关系电阻电阻负载负载电感电感负载负载电阻电电阻电感负载感负载95/1313.2.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路负载电流平均值为负载电流平均值为晶闸管承受的最大反向电压为变压器二次线电压峰值晶闸管承受的最大反向电压为变压器二次线电压峰值,即即 晶闸管阳极与阴极间的最大电压等于变压器二次相电压晶闸管阳极与阴极间的最大电压等于变压器二次相电压的峰值，即的峰值，即 RUIdd22245. 2632UUUURM22UUFM(3-20)(3-21)(3-

51、22)图3-3-1 三相半波可控整流电路，阻感负载时的电路及a =30时的波形阻感负载，且L值很大，id 波形基本平直。 电压波形与电阻负载时相同 电流波形基本为一直线二、三相半波可控整流电路二、三相半波可控整流电路 - 阻感负载阻感负载图3-3-2 三相半波可控整流电路，阻感负载时的电路及a =60时的波形u2过零变负时，由于L的作用，id 0，VT1不会自动关断直到VT2的触发脉冲到来，换流后由VT2导通向负载供电(图中青色部分)VT1承受反压而关断三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路- 阻感负载阻感负载a 30时图3-3-2 三相半波可控整流电路，阻感负载时的电路及a =60时的波形

52、id波形有一定的脉动，但为简化分析及定量计算，可将id近似为一条水平线 晶闸管导通角度为120三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路- 阻感负载阻感负载 a 30时数量关系数量关系负载侧直流电压 Ud （2-4）aapwwpapapcos17. 1cos263)(sin2321226562dUUttdUU当a=90时，Ud=0；此时电压波形正负面积相等，所以大电感负载时，触发脉冲大电感负载时，触发脉冲移相范围移相范围为为 。 090100/1313.2.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路基本数量关系基本数量关系 a a的的移相范围移相范围为为90 。 整流电压平均值整流电压平均值

53、Ud/U2与与a a的关系的关系 L很大，如曲线很大，如曲线2所示。所示。 L不是很大，则当不是很大，则当a a30 后，后，ud中负的部分中负的部分可能减少，整流电压平可能减少，整流电压平均值均值Ud略为增加，如曲略为增加，如曲线线3 所示。所示。acos17.12dUU03060901201501.17321a/( )Ud/U2图图3-16 三相半波可控整三相半波可控整流电路流电路Ud/U2与与a a的关系的关系数量关系数量关系13dTIId晶闸管电流的有效值为： 流过晶闸管的平均电流为：输出电流的平均值：10.5773IIITddId =Ud / Rd102/1313.

54、2.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路阻感负载阻感负载 电路分析电路分析 L值很大，整流电流值很大，整流电流id的的波形基本是平直的，流过晶波形基本是平直的，流过晶闸管的电流接近闸管的电流接近矩形波矩形波。 a a30 时，整流电压波形时，整流电压波形与电阻负载时相同。与电阻负载时相同。 a a30 时，当时，当u2过零时，过零时，由于电感的存在，阻止电流由于电感的存在，阻止电流下降，因而下降，因而VT1继续导通，继续导通，直到下一相晶闸管直到下一相晶闸管VT2的触的触发脉冲到来，才发生换流，发脉冲到来，才发生换流，由由VT2导通向负载供电，同导通向负载供电，同时向时向VT1施加反压

55、使其关断。施加反压使其关断。 uuuudiaabcibiciduacOwtOwtOOwtOOwtawtwtu图图3-17 三相半波可控整流电路，阻三相半波可控整流电路，阻感负载时的电路及感负载时的电路及a a=60 时的波形时的波形103/1313.2.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路基本数量关系基本数量关系 a a的的移相范围移相范围为为90 。 整流电压平均值整流电压平均值 Ud/U2与与a a的关系的关系 L很大，如曲线很大，如曲线2所示。所示。 L不是很大，则当不是很大，则当a a30 后，后，ud中负的部分中负的部分可能减少，整流电压平可能减少，整流电压平均值均值Ud略为

56、增加，如曲略为增加，如曲线线3 所示。所示。acos17.12dUU03060901201501.17321a/( )Ud/U2图图3-16 三相半波可控整三相半波可控整流电路流电路Ud/U2与与a a的关系的关系104/1313.2.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路 变压器二次电流即晶闸管电流的有效值为变压器二次电流即晶闸管电流的有效值为 晶闸管的额定电流为晶闸管的额定电流为 晶闸管最大正反向电压峰值均为变压器二次线电压峰晶闸管最大正反向电压峰值均为变压器二次线电压峰值，即值，即 三相半波可控整流电路的主要缺点在于其变压器二次电三相半波可控整流电路的主要缺点在于

57、其变压器二次电流中含有流中含有直流分量直流分量，为此其应用较少。，为此其应用较少。ddTIIII577. 0312ddAVTIII368. 057. 1)(245. 2UUURMFM(3-23)(3-24)(3-25)105/1313.2.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路 b)c)d)e)f)u2Riduaubuca =0Owt1wt2wt3uGOudOOuabuacOiVT1uVT1wtwtwtwtwt a)图图3-13 三相半波可控整流电路共阴极接三相半波可控整流电路共阴极接法电阻负载时的电路及法电阻负载时的电路及a a=0 时的波形时的波形 电阻负载电阻负载 电路分析电路分析

58、 为得到零线，变压器二次侧必须为得到零线，变压器二次侧必须接成接成星形星形，而一次侧接成，而一次侧接成三角形三角形，避，避免免3次谐波次谐波流入电网。流入电网。 三个晶闸管按三个晶闸管按共阴极接法共阴极接法连接连接,这种接法触发电路有公共端，连线方这种接法触发电路有公共端，连线方便。便。 假设将晶闸管换作二极管，三个假设将晶闸管换作二极管，三个二极管对应的相电压中哪一个的值最二极管对应的相电压中哪一个的值最大，则该相所对应的二极管导通，并大，则该相所对应的二极管导通，并使另两相的二极管承受反压关断，输使另两相的二极管承受反压关断，输出整流电压即为该相的出整流电压即为该相的相电压相电压。 自然换

59、相点自然换相点 在相电压的交点在相电压的交点w wt1、w wt2、w wt3处，处，均出现了二极管换相，称这些交点为均出现了二极管换相，称这些交点为自然换相点自然换相点。 将其作为将其作为a a的起点的起点，即，即a a=0。106/1313.2.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路a =30u2uaubucOwtOwtOwtOwtOwtuGuduabuacwt1iVT1uVT1uaca a=0 (波形见上页波形见上页) 三个晶闸管轮流导通三个晶闸管轮流导通120 ，ud波形为三个相电波形为三个相电压在正半周期的压在正半周期的包络线包络线。 变压器二次绕组电流有变压器二次绕组电流有直

60、流分量直流分量。 晶闸管电压由一段晶闸管电压由一段管压管压降降和两段和两段线电压线电压组成，随组成，随着着a a增大，晶闸管承受的电增大，晶闸管承受的电压中正的部分逐渐增多。压中正的部分逐渐增多。a a=30 负载电流处于负载电流处于连续和断连续和断续的临界状态续的临界状态，各相仍导，各相仍导电电120 。 图图3-14 三相半波可控整流电路，三相半波可控整流电路，电阻负载，电阻负载，a a=30 时的波形时的波形107/1313.2.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路wwttwtwta =60u2uaubucOOOOuGudiVT1图图3-15 三相半波可控整流电路，电阻负载，三相