可控整流电路1

1、可控整流电路（可控整流电路（1 1）单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路2第三章第三章 整流电路整流电路n本课程重点内容之一本课程重点内容之一( (约三分之一约三分之一) )n主要内容：主要内容： 几种常用的可控整流电路的：几种常用的可控整流电路的： 电路结构、工作原理电路结构、工作原理，不同性质负载下电压电流，不同性质负载下电压电流波形，电量基本关系波形，电量基本关系，参数计算，参数计算n要求：掌握各种电路特点和应用范围，根据用电要求：掌握各种电路特点和应用范围，根据用电设备要求正确设计可控整流电路及元件的参数设备要求正确设计可控整流电路及元件的参数n重点：波形分析、电量计算（主要考试形

2、式）重点：波形分析、电量计算（主要考试形式） 难点：不同性质负载对工况的影响难点：不同性质负载对工况的影响3整流电路整流电路* *简介简介电能的变换：整流器、逆变器、斩波器、电能的变换：整流器、逆变器、斩波器、交流调压器交流调压器整流电路的定义：将整流电路的定义：将交流交流电变换成大小可电变换成大小可以调节的以调节的直流直流电，是出现最早的电力电子电，是出现最早的电力电子电路电路4整流电路的分类n按组成器件分：按组成器件分：不可控不可控整流电路整流电路直流整流电压和交流电源电压的比值固定直流整流电压和交流电源电压的比值固定半控半控整流电路整流电路负载电压平均值可调、极性不能改变负载电压平均值可

3、调、极性不能改变全控全控整流电路整流电路直流整流电压的平均值和极性可调直流整流电压的平均值和极性可调5整流电路的分类n按电路结构分类按电路结构分类桥式桥式电路（又称全波电路或双拍电路）电路（又称全波电路或双拍电路）零式零式电路（又称半波电路或单拍电路）电路（又称半波电路或单拍电路）n按控制方式分类按控制方式分类相控相控整流（应用在整流（应用在SCRSCR作为整流器件的电作为整流器件的电路中）路中）PWMPWM整流（应用在全控器件作为整流器件整流（应用在全控器件作为整流器件的电路中）的电路中）6整流电路的一般结构整流电路的一般结构n整流电路在应用中，应满足的整流电路在应用中，应满足的基本技术要求

4、基本技术要求：1.输出电压可调范围大，脉动小输出电压可调范围大，脉动小2.功率器件导电时间长，承受正反向电压较低功率器件导电时间长，承受正反向电压较低3.变压器利用率高，变压器利用率高，4.交流电源功率因数高，谐波电流小交流电源功率因数高，谐波电流小7几种典型的单相可控整流电路几种典型的单相可控整流电路单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路带带电阻电阻负载的工作情况负载的工作情况带带阻感阻感负载的工作情况负载的工作情况单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路带带电阻电阻负载的工作情况负载的工作情况带带阻感阻感负载的工作情况负载的工作情况带带反电动势反电动势负载时的工作情况负载时的工作情况单相

5、全波可控整流电路单相全波可控整流电路单相桥式半控整流电路单相桥式半控整流电路82.2.1 2.2.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路n单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路 纯阻性负载工作情况纯阻性负载工作情况阻感性负载工作情况阻感性负载工作情况 带续流二极管的阻感性负载工作情况带续流二极管的阻感性负载工作情况9单相半波可控整流电路原理单相半波可控整流电路原理n带带电阻电阻负载的工作情况负载的工作情况 电阻负载的特点：电压与电电阻负载的特点：电压与电流成正比，两者波形相同。流成正比，两者波形相同。 变压器变压器T T起幅值变换和电气起幅值变换和电气隔离的作用隔离的作用 电路由变压器

6、、晶闸管和电电路由变压器、晶闸管和电阻负载组成阻负载组成10复习：晶闸管的开关特性复习：晶闸管的开关特性承受反向电压时，不论门极是否有触发电承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通。流，晶闸管都不会导通。承受正向电压时，仅在门极有触发电流的承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能开通。情况下晶闸管才能开通。晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用。晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用。要使晶闸管关断，只能使晶闸管的电流降要使晶闸管关断，只能使晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下到接近于零的某一数值以下 。 晶闸管正常工作时的特性总结如下：晶闸管正常工作时的特性总结如下：1

7、1单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路(0, t(0, t1 1) )未加门极驱动电压情况：未加门极驱动电压情况：假设假设:SCR(VT):SCR(VT)为为理想开关理想开关 u u2 2= U= U2m2msinsint t单相交流电源单相交流电源nu u2 200时时： SCRSCR承受正压，无门极触承受正压，无门极触发信号发信号:SCR:SCR正向阻断正向阻断； 承受电压为：承受电压为：u u2 2; ; i id d=0, u=0, ud d=0=012单相半波整流电路单相半波整流电路 (t(t1 1，) (,2) (,2) n当当tt=时时： SCRSCR承受正压，加触发信号：承

8、受正压，加触发信号： SCRSCR导通导通 i iT T= i= id d = i= i2 2（副边回路）（副边回路） u ud d=u=u2 2 i id d=u=ud d/R=u/R=u2 2/R/Rnt=t=时时： SCRSCR两端电压为零两端电压为零 SCRSCR关断关断 i iT T= i= id d = i= i2 2 =0 =0 nt = t = 2 2 时时： SCRSCR承受反压承受反压阻断阻断131 1 单相半波整流电路（阻性负载）单相半波整流电路（阻性负载）n首先，引入两个重首先，引入两个重要的基本概念：要的基本概念： 移相范围移相范围：控制角的变化范围：控制角的变化范围

9、 导通角导通角 ：晶闸管在一个电：晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度源周期中处于通态的电角度14n 直流输出电压平均值为直流输出电压平均值为2cos145. 0)cos1 (22)(sin221222UUUttdUUddn VTVT的的a a 移相范围移相范围为为180180 n 相控整流相控整流：通过控制触发：通过控制触发脉冲的相位，即可控制直流脉冲的相位，即可控制直流输出电压大小输出电压大小1 1 单相半波整流电路（阻性负载）单相半波整流电路（阻性负载）15单相半波可控整流电路（阻性负载）单相半波可控整流电路（阻性负载）nu ud d为脉动直流，只在为脉动直流，只在u u2 2正半正半

10、周出现，周出现， -半波半波整流整流n可控器件可控器件+ +交流输入为单相交流输入为单相= =单相单相半波半波可控可控整流电路整流电路nu ud d波形在一个电源周期中只波形在一个电源周期中只脉动脉动1 1次次 -单脉波单脉波整流电路整流电路16单相半波阻性整流小结单相半波阻性整流小结 * SCRSCR管触发导通，将交流管触发导通，将交流电变成脉动的直流电；电变成脉动的直流电； * 改变改变角，可以改变输角，可以改变输出电压电流波形和大小；出电压电流波形和大小； * SCRSCR管可能承受的最大反管可能承受的最大反向电压为向电压为U U2 2电压峰值，最电压峰值，最大正向电压为大正向电压为U

11、U2 2峰值。峰值。 * SCRSCR是否是否能触发导通的依能触发导通的依据据是是电压正偏电压正偏。 * SCRSCR从从导通变关断的依据导通变关断的依据是流过是流过SCRSCR的的电流为零电流为零( (或或AKAK两端电压小于两端电压小于零零) )。17n单相半波整流电路单相半波整流电路纯阻性负载工作情况纯阻性负载工作情况 阻感性负载工作情况阻感性负载工作情况 带续流二极管的阻感性负载工作情况带续流二极管的阻感性负载工作情况1 1 单相半波整流电路单相半波整流电路18电感的特性电感的特性n感应电动势的实际方向总是企图阻止电流的感应电动势的实际方向总是企图阻止电流的变化；变化；电感电流不能发生

12、突变。电感电流不能发生突变。dtdiLdtLidu)(19电感的能量平恒电感的能量平恒n电感所储存的磁场能量：电感所储存的磁场能量：n当电流当电流绝对值绝对值增加时，电感元件储能增加，元增加时，电感元件储能增加，元件吸收电能转变为磁场能量；件吸收电能转变为磁场能量；n当电流当电流绝对值绝对值减小时，电感元件储能减小，元减小时，电感元件储能减小，元件将磁场能量释放出来转变成电能；件将磁场能量释放出来转变成电能；n电感是一种储能元件，并不将吸收的能量消耗电感是一种储能元件，并不将吸收的能量消耗掉，而是以磁场能量形式储存，也不会释放出掉，而是以磁场能量形式储存，也不会释放出多于吸收储存的能量无源器件

13、多于吸收储存的能量无源器件)(21)(2tLitWL20单相半波可控整流电路（感性负载）单相半波可控整流电路（感性负载）带感性负载的工作情况带感性负载的工作情况 假设：电感电流断续断续 阻感负载的特点特点：流过电感的电流不发生突变电流不发生突变。,01tti id d0 0SCRSCR承受正压截止承受正压截止u ud d0 0211ttt单相半波可控整流电路（感性负载）单相半波可控整流电路（感性负载）i id di iL L已经开始减小，但未降已经开始减小，但未降至至0 0，SCRSCR继续导通继续导通u ud du u2 2L L释能释能 电源，负载电源，负载SCRSCR触发导通触发导通i

14、id di iL L，不能突变，不能突变，从从0 0开始逐开始逐渐增大渐增大u ud du u2 2L L储能储能，负载，负载 电源电源22 关键关键：电压过零时电压过零时SCRSCR维持维持导通；导通；电流过零时电流过零时SCRSCR关断关断 u ud d出现负值，出现负值，U Ud d较之阻性负较之阻性负载有所载有所减小减小单相半波可控整流电路（感性负载）单相半波可控整流电路（感性负载）tL L释能完毕，释能完毕，i id di iL L0 0SCRSCR关断，承受反压关断，承受反压u ud d0 0231 1 单相半波整流电路（感性负载）单相半波整流电路（感性负载）n 初始条件：初始条件

15、： ，求解，求解)sin()sin(tane)sin(2)sin(22)(2tZUeZUitLRd22)( LRZRLarctanRLu2tURitiLsin2dd2ddSCRSCR处于通态时，如下方程成立：处于通态时，如下方程成立：0,ditn 当当 ，代入式整理得，代入式整理得 0dit时，24负载阻抗角负载阻抗角、触发角、触发角a a、晶闸管导通角、晶闸管导通角的关系的关系n若若为定值，为定值，越大越大，在，在u u2 2正半周正半周L L储能越储能越少，维持导电的能力就越弱，少，维持导电的能力就越弱，越小越小)sin()sin(tanen若若 为定值，为定值，越大越大，电感量越大，则，

16、电感量越大，则L L贮贮能越多，能越多，越大越大n若若 为定值，为定值，越大越大，在，在u u2 2负半周负半周L L维持晶维持晶闸管导通的时间长，闸管导通的时间长，u ud d中负的部分也越多中负的部分也越多，平均值，平均值U Ud d越小越小25阻感性负载小结阻感性负载小结n电流较为平缓电流较为平缓n电压平均值变小电压平均值变小26n单相半波整流电路单相半波整流电路纯阻性负载工作情况纯阻性负载工作情况阻感性负载工作情况阻感性负载工作情况 带续流二极管的阻感性负载工作情况带续流二极管的阻感性负载工作情况1 1 单相半波整流电路单相半波整流电路27单相半波可控整流电路（带续流二极管）单相半波可

17、控整流电路（带续流二极管）n为避免为避免U Ud d太小太小，在负载两，在负载两端端并联并联续流二极管续流二极管n并假设并假设L L足够大，足够大，i iL L连续连续n工作过程：工作过程：( ( ， ),),SCRSCR导通导通，VDVDR R反向截止，反向截止，L L储能储能u uVTVT0 0，u ud du u2 2i iVTVTi id d28( ( ，2 2 ) )SCRSCR反向截止反向截止，VDVDR R导通，导通，L L释能释能u uVTVTu u2 2 u ud d0 0i iVTVT0 i0 id di iVDRVDR(2(2 ，2 2) )SCRSCR正向截止正向截止，

18、VDVDR R导通，导通，L L释能释能u uVTVTu u2 2 u ud d0 0i iVTVT0 i0 id di iVDRVDR单相半波可控整流电路（带续流二极管）单相半波可控整流电路（带续流二极管）29nu u2 2正半周时两者工作情况一样正半周时两者工作情况一样n当当u u2 2过零变负时，过零变负时，VDVDR R导通，导通，u ud d为零。此时为负的为零。此时为负的u u2 2通过通过VDVDR R向向VTVT施加反压使其关断，施加反压使其关断，L L储储存的能量保证了电流存的能量保证了电流i id d在在L-R-L-R-VDVDR R回路中流通，此过程通常回路中流通，此过程

19、通常称为称为续流。续流。n续流期间续流期间u ud d为为0 0，u ud d中不再出中不再出现负的部分，因此现负的部分，因此U Ud d增大增大与没有续流二极管时的情况比较：与没有续流二极管时的情况比较：30带续流二极管单相半波可控整流电路计算带续流二极管单相半波可控整流电路计算n当电感足够大时当电感足够大时L RL RddVDRII2d22dVD2)(21RItdII有效值：平均值：一般可认为一般可认为i id d为一条水平线，为一条水平线，恒为恒为ddIIVT2ddItdIIVT2)(212RUIdd31三种电路波形比较三种电路波形比较（a a）阻性负载）阻性负载（b b）感性负载）感性负载（c c）带续流二极管的感性）带续流二极管的感性负载负载32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这种电路结构简单，但输出电压脉动大这种电路结构简单，但输出电压脉动大变压器二次侧电流中含直流分量，造成变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压器铁芯直流磁化实际上很少应用此种电路实际上很少应用此种电路33单相半波可控整流电路的小结单相半波可控整流电路的小结n熟悉单相半波可控整流电路和工作原理，建立起整流熟悉单相半波可控整流电路和工作原理，建立起整流电路的基本概念，学会此类电路的通用分析方