交流直流电路

1、2022-2-81/133 若将不可控整流电路中的整流二极管换成晶闸管或若将不可控整流电路中的整流二极管换成晶闸管或GTR等全控型器件，则不可控整流电路就变成可控整等全控型器件，则不可控整流电路就变成可控整流电路。流电路。 其中以晶闸管为整流器件的相控整流电路是经典的其中以晶闸管为整流器件的相控整流电路是经典的可控整流电路。该整流电路具有多种形式，其负载有可控整流电路。该整流电路具有多种形式，其负载有电阻性负载、阻感性负载和反电势负载等。电阻性负载、阻感性负载和反电势负载等。 负载的性质不同，晶闸管整流电路的工作情况也不负载的性质不同，晶闸管整流电路的工作情况也不一样，但它们都基于同一个工作原

2、理一样，但它们都基于同一个工作原理移相控制技移相控制技术。术。2022-2-82/1332.2.1 单相半波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电阻性负载单相半波可控整流电路带电阻性负载 在分析整流电路的工作原理时，通常认为电力电子开关器在分析整流电路的工作原理时，通常认为电力电子开关器件（如晶闸管）是理想器件，即开关器件导通时其压降等件（如晶闸管）是理想器件，即开关器件导通时其压降等于零，开关器件阻断时其漏电流等于零。如果不需要专门于零，开关器件阻断时其漏电流等于零。如果不需要专门研究开关器件的开通和关断过程，一般可以认为开关器件研究开关器件

3、的开通和关断过程，一般可以认为开关器件的开通和关断都是瞬间完成的。的开通和关断都是瞬间完成的。 从晶闸管开始承受正向阳极电压起，到施加触发脉冲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，用止的电角度称为触发延迟角，用表示，也称为触发角或表示，也称为触发角或控制角。晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度称控制角。晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度称为导通角，用为导通角，用表示，表示，。2022-2-83/1332.2.1 单相半波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电阻性负载单相半波可控整流电路带电阻性负载wwww

4、tTVTR0a)u1u2uVTudidwt1p2 ptttu2uGuduVTaq0b)c)d)e)00 调节调节角即可控制角即可控制Ud的的大小。这种通过控制触发大小。这种通过控制触发脉冲的相位来控制直流输脉冲的相位来控制直流输出电压大小的方式称为相出电压大小的方式称为相位控制方式，简称相控方位控制方式，简称相控方式。式。 2022-2-84/1332.2.1 单相半波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电阻性负载单相半波可控整流电路带电阻性负载wwwwtTVTR0a)u1u2uVTudidwt1p2ptttu2uGuduVTaq0b)c)d)

5、e)00基本数量关系为：基本数量关系为：1）直流输出电压平均值）直流输出电压平均值2d22211cos2sind()(1cos)0.45222UUUttUaawwa2）直流输出电流平均值）直流输出电流平均值d222d2211cossind()(1cos)0.45222UUUUIttRRRRaawwa3）负载电压有效值）负载电压有效值222112sind()sin2242UUttUaawwa2022-2-85/1332.2.1 单相半波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电阻性负载单相半波可控整流电路带电阻性负载wwwwtTVTR0a)u1u2u

6、VTudidwt1p2ptttu2uGuduVTaq0b)c)d)e)00基本数量关系为：基本数量关系为：4）负载电流有效值）负载电流有效值21sin242UUIRRaa5）晶闸管电流平均值）晶闸管电流平均值d2dVTd1cos0.452UUIIRRa6）晶闸管及变压器二次侧电流有效值）晶闸管及变压器二次侧电流有效值2VT21sin242UIIIRaa2022-2-86/1332.2.1 单相半波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电阻性负载单相半波可控整流电路带电阻性负载wwwwtTVTR0a)u1u2uVTudidwt1p2ptttu2uG

7、uduVTaq0b)c)d)e)00基本数量关系为：基本数量关系为：7）整流电路功率因数）整流电路功率因数2221cossin242PUIUISU IU Iaa8）晶闸管承受的最大正、反向电压）晶闸管承受的最大正、反向电压TM22UU 晶闸管承受的最大正、反向电压是变压器二次侧晶闸管承受的最大正、反向电压是变压器二次侧电压的峰值。电压的峰值。 整流电路功率因数是变压器二次侧有功功率与整流电路功率因数是变压器二次侧有功功率与视在功率的比值。视在功率的比值。2022-2-87/1332.2.1 单相半波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阻感性负载

8、单相半波可控整流电路带阻感性负载 阻感性负载的特点是电感对电流的变化有抗拒作用。阻感性负载的特点是电感对电流的变化有抗拒作用。当流过电感元件的电流变化时，在其两端将产生感应电当流过电感元件的电流变化时，在其两端将产生感应电动势，它的极性是阻碍电流变化的。当电流增加时，它动势，它的极性是阻碍电流变化的。当电流增加时，它的感应电势方向与电流方向相反，阻碍电流增加；当电的感应电势方向与电流方向相反，阻碍电流增加；当电流减小时，它的感应电势方向与电流方向相同，阻碍电流减小时，它的感应电势方向与电流方向相同，阻碍电流减小。从而使得流过电感的电流不能发生突变，这是流减小。从而使得流过电感的电流不能发生突变

9、，这是阻感性负载的特点，也是理解整流电路带阻感性负载时阻感性负载的特点，也是理解整流电路带阻感性负载时工作过程的关键因素之一。工作过程的关键因素之一。2022-2-88/1332.2.1 单相半波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阻感性负载单相半波可控整流电路带阻感性负载TVTRa)u1u2uVTudidLwttwwtwtw20t1p2 ptuG0ud0id0uVT0qab)c)d)e)f)+ + +ut2uLuR2022-2-89/1332.2.1 单相半波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

10、带阻感性负载单相半波可控整流电路带阻感性负载加续流二极管加续流二极管u2udiduVTiVTwt1wtwtwtwtwtwtOOOOOOp-ap +ab)c)d)e)f)g)iVDRu2udiduVTiVTwt1wtwtwtwtwtwtOOOOOOp-ap +ab)c)d)e)f)g)iVDRa2022-2-810/1332.2.1 单相半波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阻感性负载单相半波可控整流电路带阻感性负载加续流二极管加续流二极管基本数量关系：基本数量关系：2d22211 cos2sind()(1 cos)0.45222UUUttUa

11、awwa 触发角触发角=0时，输出电压平均值最大，时，输出电压平均值最大，Ud=0.45U2，触发角，触发角=180时，输出电时，输出电压为零，因此移相范围是压为零，因此移相范围是0180。2）直流输出电流平均值）直流输出电流平均值ddUIR1）直流输出电压平均值）直流输出电压平均值2022-2-811/1332.2.1 单相半波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阻感性负载单相半波可控整流电路带阻感性负载加续流二极管加续流二极管基本数量关系：基本数量关系：3）晶闸管电流平均值）晶闸管电流平均值dVTd2IIa4）晶闸管电流有效值）晶闸管电流有

12、效值2VTdd1d()22IItIaawdVDRd2IIa5）续流二极管电流平均值）续流二极管电流平均值2022-2-812/1332.2.1 单相半波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阻感性负载单相半波可控整流电路带阻感性负载加续流二极管加续流二极管基本数量关系：基本数量关系：6）续流二极管电流有效值）续流二极管电流有效值22VDRdd1d()22IItIaaw 晶晶闸闸管管两两端端电电压压波波形形uVT如如图图3-10 g) 所所示，示，晶晶闸闸管管承承受受的的最最大大正、正、反反向向电电压压均均为为电电源源电电压压u2的的峰峰值，值，即

13、即 。续续流流二二极极管管承承受受的的电电压压为为-ud，其其最最大大反反向向电电压压也也是是电电源源电电压压u2的的峰峰值值 。2022-2-813/1332.2.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路带电阻性负载单相桥式全控整流电路带电阻性负载 将单相桥式不可控整流电路中将单相桥式不可控整流电路中的二极管换成晶闸管，即构成单的二极管换成晶闸管，即构成单相桥式相控整流电路，如图所示。相桥式相控整流电路，如图所示。VT1VT4组成单相可控整流桥路，组成单相可控整流桥路，由整流变压器由整流变压器T供电，供电，u1为变压器为变压器一次侧电压，变

14、压器二次侧出线一次侧电压，变压器二次侧出线分别连接在桥式整流电路桥臂的分别连接在桥式整流电路桥臂的中点中点a、b端上，变压器二次侧电端上，变压器二次侧电压压222sinuUtwR为负载电阻。为负载电阻。2022-2-814/1332.2.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路带电阻性负载单相桥式全控整流电路带电阻性负载2022-2-815/1332.2.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路带电阻性负载单相桥式全控整流电路带电阻性负载表表3-7 3-7 单相桥式相控整流电路带电阻性负载时

15、各区间工作情况单相桥式相控整流电路带电阻性负载时各区间工作情况tt0+2晶闸管晶闸管导通情况导通情况VT1,4截止VT2,3截止VT1,4导通VT2,3截止VT1,4截止VT2,3截止VT1,4截止VT2,3导通ud0u2 0-u2id0u2/R0-u2/Ri20u2/R0u2/RuVTuVT1,4=u2/2uVT2,3= -u2/2uVT1,4=0uVT2,3= -u2uVT1,4= u2/2uVT2,3=-u2/2uVT1,4=u2uVT2,3=02022-2-816/1332.2.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路带电阻性负载单相

16、桥式全控整流电路带电阻性负载 触发角触发角 。触发角也称作移相触发角或控制角，指从晶闸。触发角也称作移相触发角或控制角，指从晶闸管开始承受正向电压起，到施加触发信号止的电角度。管开始承受正向电压起，到施加触发信号止的电角度。 晶闸管整流电路是通过控制触发角晶闸管整流电路是通过控制触发角的大小，即控制触发的大小，即控制触发信号的相位，来控制输出电压的大小，故称为相控电路。信号的相位，来控制输出电压的大小，故称为相控电路。 导通角导通角 。指晶闸管在一个周期中处于通态的电角度。指晶闸管在一个周期中处于通态的电角度。 移相移相 。改变触发信号出现的时刻，即改变触发角。改变触发信号出现的时刻，即改变触

17、发角的大小，的大小，称为移相。单相桥式相控整流电路带电阻性负载时的移相范围称为移相。单相桥式相控整流电路带电阻性负载时的移相范围为为180。 同步同步 。使触发脉冲与相控整流电路的电源电压之间，保。使触发脉冲与相控整流电路的电源电压之间，保持频率和相位的协调关系称为同步。持频率和相位的协调关系称为同步。 换流换流 。在相控整流电路中，由一路晶闸管导通变换为另。在相控整流电路中，由一路晶闸管导通变换为另一路晶闸管导通的过程称为换流，也称换相。一路晶闸管导通的过程称为换流，也称换相。2022-2-817/1332.2.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路单相桥式

18、全控整流电路带电阻性负载单相桥式全控整流电路带电阻性负载基本数量关系：基本数量关系：1）直流输出电压平均值）直流输出电压平均值2d222 21(1 cos)1 cos2sind()0.922UUUttUaaaww触发角触发角=0时，输出电压平均值最大，时，输出电压平均值最大，Ud=0.9U2，触发角，触发角=180时，输出电压时，输出电压为零，因此移相范围是为零，因此移相范围是0180。2）直流输出电流平均值）直流输出电流平均值 d2d1 cos0.92UUIRRa2022-2-818/1332.2.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路带

19、电阻性负载单相桥式全控整流电路带电阻性负载基本数量关系：基本数量关系：3）负载电压有效值）负载电压有效值4）负载电流有效值及变压器二次侧电流有效值）负载电流有效值及变压器二次侧电流有效值222112sind()sin22UUttUaawwa221sin22UUIIRRaa5）晶闸管电流平均值）晶闸管电流平均值 d2dVT1cos0.4522IUIRa2022-2-819/1332.2.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路带电阻性负载单相桥式全控整流电路带电阻性负载基本数量关系：基本数量关系：222VT2sin111d()sin22422a

20、wawaUtUItIRR2221cossin22PUIUISU IU Iaa6）晶闸管电流有效值）晶闸管电流有效值7）整流电路功率因数）整流电路功率因数8）晶闸管承受的最大反向电压）晶闸管承受的最大反向电压TM22UU 晶闸管承受的最大反向电压是变压器二次侧电压的峰值；四只晶闸管全部阻断时，晶闸管承受的最大正向电压是 。222U2022-2-820/1332.2.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路带阻感性负载单相桥式全控整流电路带阻感性负载2022-2-821/1332.2.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路2.

21、2.2.2单相桥式全控整流电路带阻感性负载单相桥式全控整流电路带阻感性负载表表3-8 3-8 单相桥式全控整流电路带大电感负载时各区间工作情况单相桥式全控整流电路带大电感负载时各区间工作情况t0+2晶闸管导通晶闸管导通情况情况VT1,4截止VT2,3导通VT1,4导通VT2,3截止VT1,4导通VT2,3截止VT1,4截止VT2,3导通ud-u2u2u2-u2idIdi2-Id+Id+Id-IduVTuVT1,4=u2uVT2,3=0uVT1,4=0uVT2,3= -u2uVT1,4=0uVT2,3= -u2uVT1,4= u2uVT2,3= 0iVTiVT1,4=0iVT2,3= IdiVT

22、1,4=IdiVT2,3=0iVT1,4=IdiVT2,3=0iVT1,4=0iVT2,3= Id2022-2-822/1332.2.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路带阻感性负载单相桥式全控整流电路带阻感性负载基本数量关系：基本数量关系：1）输出电压平均值）输出电压平均值d22212 22sind()cos0.9cosUUttUUaawwaa 触发角触发角=0时，输出电压平均值最大，时，输出电压平均值最大，Ud=0.9U2；触发角；触发角=90时，输时，输出电压波形正负面积相等，平均值为零；因此移相范围是出电压波形正负面积相等，平均值

23、为零；因此移相范围是090。2）输出电流平均值）输出电流平均值 ddUIR2022-2-823/1332.2.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路带阻感性负载单相桥式全控整流电路带阻感性负载基本数量关系：基本数量关系：3）晶闸管电流平均值）晶闸管电流平均值dVTd12II 2VTdd11d()22IItIaaw4）晶闸管电流有效值）晶闸管电流有效值5）晶闸管的通态平均电流）晶闸管的通态平均电流 T(AV)VT11.57II2022-2-824/1332.2.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路单相桥式全

24、控整流电路带阻感性负载单相桥式全控整流电路带阻感性负载基本数量关系：基本数量关系：6）变压器二次侧电流）变压器二次侧电流I2的波形是对称的正负矩形波，其有效值为的波形是对称的正负矩形波，其有效值为7）晶闸管承受的最大正、反向电压）晶闸管承受的最大正、反向电压TM22UU 2VTd2III2022-2-825/1332.2.3 单相全波可控整流电路单相全波可控整流电路单相全波可控整流电路又称为单相双半波可控整流电路。单相全波可控整流电路又称为单相双半波可控整流电路。 w t w a b) u d i 1 O O t a) 变压器变压器T带中心抽头，在带中心抽头，在u2正半周，正半周，VT1工作；

25、在工作；在u2负半周，负半周，VT2工作。工作。2022-2-826/1332.2.3 单相全波可控整流电路单相全波可控整流电路 单相全波可控整流电路的单相全波可控整流电路的ud波形与单相桥式全控整流波形与单相桥式全控整流电路一样，变压器一次绕组的电流波形一样，变压器不存电路一样，变压器一次绕组的电流波形一样，变压器不存在直流磁化问题。在直流磁化问题。 单相全波可控整流电路中变压器的结构较复杂，绕组及单相全波可控整流电路中变压器的结构较复杂，绕组及铁心对铜、铁等材料的消耗比单相桥式全控整流电路多；铁心对铜、铁等材料的消耗比单相桥式全控整流电路多；二次绕组只有半个周期导电，利用率比单相桥式全控整

26、流二次绕组只有半个周期导电，利用率比单相桥式全控整流电路低一倍。电路低一倍。 单相全波可控整流电路中只用单相全波可控整流电路中只用2只晶闸管；晶闸管承受只晶闸管；晶闸管承受的最大电压为的最大电压为 ，是单相桥式全控整流电路的两倍。，是单相桥式全控整流电路的两倍。 单相全波可控整流电路中，导电回路只含单相全波可控整流电路中，导电回路只含1只晶闸管。只晶闸管。22 2U2022-2-827/1332.2.3 单相全波可控整流电路单相全波可控整流电路表表2-9 2-9 单相全波可控整流电路带电阻性负载时各区间工作情况单相全波可控整流电路带电阻性负载时各区间工作情况t0+2晶闸管晶闸管导通情况导通情况

27、VT1截止VT2截止VT1导通VT2截止VT1截止VT2截止VT1截止VT2导通ud0u20-u2id0u2/R0-u2/Ri20 u2/R0- u2/RuVTuVT1=u2uVT2=- u2uVT1=0uVT2= -2u2uVT1= u2uVT2= -u2uVT1= 2u2uVT2= 0iVTiVT1=0iVT2=0iVT1= u2/RiVT2=0iVT1=0iVT2=0iVT1=0iVT2=- u2/R2022-2-828/1332.2.4 单相桥式半控整流电路单相桥式半控整流电路 在晶闸管单相桥式全控整流电路中，每个导电回路中在晶闸管单相桥式全控整流电路中，每个导电回路中有有2只晶闸管同

28、时导通，实际上为了对每个导电回路进行只晶闸管同时导通，实际上为了对每个导电回路进行控制，只需控制，只需1只晶闸管就可以了，另只晶闸管就可以了，另1只晶闸管可以用二极只晶闸管可以用二极管代替，从而简化触发控制电路。管代替，从而简化触发控制电路。 单相桥式半控整流电路带阻感性负载单相桥式半控整流电路带阻感性负载 把原来的晶闸管把原来的晶闸管VT2、VT4换成二极管换成二极管VD2、VD4。当负。当负载为电阻时，晶闸管单相桥式半控整流电路与单相桥式全载为电阻时，晶闸管单相桥式半控整流电路与单相桥式全控整流电路工作过程和波形完全一致。下面仅讨论单相桥控整流电路工作过程和

29、波形完全一致。下面仅讨论单相桥式半控整流电路带阻感性负载时的工作情况。式半控整流电路带阻感性负载时的工作情况。 2022-2-829/1332.2.4 单相桥式半控整流电路单相桥式半控整流电路duVT1i2iVD2iVD4iVT3i0000000aatwtwtwtwtwtwtwdIdIdIdIdIdIapb)VT1udUTRLu2iudidVTVT3VDVDab22124a) 单相桥式半控整流电路带阻感性负载单相桥式半控整流电路带阻感性负载2022-2-830/1332.2.4 单相桥式半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带大电感负载时的工作特点

30、是：晶单相桥式半控整流电路带大电感负载时的工作特点是：晶闸管在触发时刻换流，二极管在电源电压过零时换流；闸管在触发时刻换流，二极管在电源电压过零时换流； 由于自然续流时同一侧的晶闸管和二极管导通，将负载由于自然续流时同一侧的晶闸管和二极管导通，将负载短路，整流输出电压为零。短路，整流输出电压为零。 故单相桥式半控整流电路带大电感负载时整流输出电压故单相桥式半控整流电路带大电感负载时整流输出电压的波形与单相桥式全控整流电路带电阻性负载时相同，移相的波形与单相桥式全控整流电路带电阻性负载时相同，移相范围为范围为0180，流过晶闸管和二极管的电流都是宽度为，流过晶闸管和二极管的电流都是宽度为的的方波

31、，交流侧电流为正、负对称的交变方波，半个周期的导方波，交流侧电流为正、负对称的交变方波，半个周期的导通角小于通角小于。 单相桥式半控整流电路带阻感性负载单相桥式半控整流电路带阻感性负载2022-2-831/1332.2.4 单相桥式半控整流电路单相桥式半控整流电路基本数量关系：基本数量关系：1）直流输出电压平均值）直流输出电压平均值2d222 21(1 cos)1 cos2sind()0.922UUUttUaaaww2）直流输出电流平均值）直流输出电流平均值 d2d1 cos0.92UUIRRa3）晶闸管和整流二极管电流平均值）晶闸管和整流二极管电流平均值dVTd

32、VDd12III 单相桥式半控整流电路带阻感性负载单相桥式半控整流电路带阻感性负载2022-2-832/1332.2.4 单相桥式半控整流电路单相桥式半控整流电路基本数量关系：基本数量关系：4）晶闸管电流有效值）晶闸管电流有效值2VTdd11d()22IItIaaw5）变压器二次侧电流有效值）变压器二次侧电流有效值22d1d()dIItIaaw 单相桥式半控整流电路带阻感性负载单相桥式半控整流电路带阻感性负载2022-2-833/133表表2-10 2-10 单相桥式半控整流电路带大电感负载时各区间工作情况单相桥式半控整流电路带大电感

33、负载时各区间工作情况t+222+晶闸管导通情况晶闸管导通情况 VT1导通，VT3截止VT1截止，VT3导通二极管导通情况二极管导通情况VD2截止，VD4导通VD2导通，VD4截止VD2导通，VD4截止VD2截止，VD4导通udu20-u20idIdi2+ Id0-Id0uVTuVT1=0uVT3=-u2uVT1=0uVT3= -u2uVT1=u2uVT3= 0uVT1= u2uVT3=0iVTiVT1= IdiVT3=0iVT1= IdiVT3=0iVT1=0iVT3= IdiVT1= 0iVT3= IdiVDiVD2= 0iVD4= IdiVD2= Id iVD4=0iVD2= IdiVD4

34、= 0 iVD2=0iVD4= Id 2022-2-834/1332.2.4 单相桥式半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带阻感性负载加续流二极管单相桥式半控整流电路带阻感性负载加续流二极管 晶闸管单相桥式半控整流电路带大电感负载时，虽然本晶闸管单相桥式半控整流电路带大电感负载时，虽然本身具有自然续流能力，但在实际运行时，当身具有自然续流能力，但在实际运行时，当角突然增大至角突然增大至180或触发脉冲丢失时，会发生一只晶闸管持续导通，而或触发脉冲丢失时，会发生一只晶闸管持续导通，而两只二极管轮流导通的情况，即半周期两只二极管轮流导通的情况，即半周期ud为正弦波形，另为正弦波形，另外半周期外半周期ud为零，其平均值保持恒定，为零，其平均值保持恒定，角失去控制作用，角失去控制作用，称之为失控。称之为失控。 为了避免失控，带电感性负载的单相桥式半控整流电为了避免失控，带电感性负载的单相桥式半控整流电路需另加续流二极管。路需另加续流二极管。2022-2-835/1332.2.4 单相桥式半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带阻感性负载加续流二极管单相桥式半控整流电路带阻感性负载加续流二极