电力电子学电课3整流

1、Beijing Jiaotong University (BJTU)电力电子技术电力电子技术Power Electronics Technology Spring 2006电电 气气 工工 程程 学学 院院 陈陈 洛洛 忠忠C 51687064(o)Beijing Jiaotong University (BJTU)第三章第三章 相控整流电路相控整流电路Beijing Jiaotong University (BJTU) 内容和要求内容和要求内容：内容：单相桥式、三相半波、三相桥式等整单相桥式、三相半波、三相桥式等整 流电路结构、工流电路结构、工 作原理、主要电量波作原理、主要电量波 形分析和

2、参数计算形分析和参数计算要求：要求：理解和掌握电路波形分析和基本电量理解和掌握电路波形分析和基本电量 计算的方法计算的方法重点：重点：波形分析和不同负载对工况的影响波形分析和不同负载对工况的影响形式：形式：课堂讲授和实验结合课堂讲授和实验结合Beijing Jiaotong University (BJTU)3. 1 概概 述述3.1.1 整流电路的分类整流电路的分类 不可控整流电路不可控整流电路-由不可控器件组成由不可控器件组成 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 全控整流电路全控整流电路-由可控器件组成由可控器件组成 直流整流电压的平均值和极性可调直流

3、整流电压的平均值和极性可调 半控整流电路半控整流电路-由不可控器件和可控器件组成由不可控器件和可控器件组成 负载电压平均值可调、极性不能改变负载电压平均值可调、极性不能改变Beijing Jiaotong University (BJTU) 按电路结构按电路结构 桥式电路（又称全波电路或双拍电路）桥式电路（又称全波电路或双拍电路） 零式电路（又称半波电路或单拍电路）零式电路（又称半波电路或单拍电路） 按输出电压脉波数按输出电压脉波数 单脉波电路单脉波电路 双脉波电路双脉波电路 三脉波电路三脉波电路 多脉波电路多脉波电路Beijing Jiaotong University (BJTU) 按控制

4、方式按控制方式相控式电路、斩控式电路相控式电路、斩控式电路 按组成器件按组成器件全控型电路、半控型电路全控型电路、半控型电路 按工作范围按工作范围单象限电路、多象限电路单象限电路、多象限电路 按电网相数按电网相数单相电路、三相电路、多相电路单相电路、三相电路、多相电路Beijing Jiaotong University (BJTU)3.1.2 可控整流电路的一般结构可控整流电路的一般结构主电路主电路交流电源：工频电网或整流变压器交流电源：工频电网或整流变压器滤波器：为保证电流连续滤波器：为保证电流连续负载：阻性负载、阻感负载、反电势负载等负载：阻性负载、阻感负载、反电势负载等控制电路：模拟控

5、制、数字控制控制电路：模拟控制、数字控制Beijing Jiaotong University (BJTU)整流电路基本要求：整流电路基本要求： 直流电压调节范围宽、输出直流电流脉动小直流电压调节范围宽、输出直流电流脉动小 晶闸管元件导电时间尽量长、且正反向电压较低晶闸管元件导电时间尽量长、且正反向电压较低 变压器利用率高、避免直流磁化变压器利用率高、避免直流磁化 交流侧功率因数高、谐波电流小交流侧功率因数高、谐波电流小 整流电路理想条件：整流电路理想条件： 理想器件理想器件：晶闸管正向阻抗为零、反向阻抗为无：晶闸管正向阻抗为零、反向阻抗为无穷大、整流变压器无漏感、无内阻和铁损穷大、整流变压器

6、无漏感、无内阻和铁损 理想电源理想电源：恒频恒压、对称无畸变的三相正弦波：恒频恒压、对称无畸变的三相正弦波电源电源Beijing Jiaotong University (BJTU)本章分析方法要点及数学基础本章分析方法要点及数学基础1、分析方法要点、分析方法要点 根据根据SCR的导通的导通/关断条件，确定其导通时刻、关断条件，确定其导通时刻、关断时刻，绘出整流输出电压和电流波形，由此关断时刻，绘出整流输出电压和电流波形，由此可进一步绘出有关器件上的电压和电流波形可进一步绘出有关器件上的电压和电流波形 应用电工基础中的平均值、有效值概念，推应用电工基础中的平均值、有效值概念，推导出上述波形随控

7、制角导出上述波形随控制角 变化的数学表达式变化的数学表达式Beijing Jiaotong University (BJTU)2、数学基础、数学基础（1）平均值和有效值计算）平均值和有效值计算设设f(t)为电压或电流实时表达式，则为电压或电流实时表达式，则f(t)在在、期间的平均值和有效值分别为：期间的平均值和有效值分别为：tdtftdtf)(1)(12有效值平均值（2）功率因数计算）功率因数计算其中：其中：P负载功率负载功率 （电源输出的有功功率）（电源输出的有功功率） S电源（变压器）的视在功率电源（变压器）的视在功率SPBeijing Jiaotong University (BJTU)

8、 变压器起隔离和电压变换的作用，其副边电压根据直流侧变压器起隔离和电压变换的作用，其副边电压根据直流侧负载电压的大小决定负载电压的大小决定 负载电压始终与流过的电流成正比，且两者波形相同负载电压始终与流过的电流成正比，且两者波形相同其中：其中： 3.2 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）Beijing Jiaotong University (BJTU)可控整流电路的基本概念可控整流电路的基本概念单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路控制角控制角 ：从晶闸管开始承受从晶闸管开始承受正向电压到被触发

9、导通这一角正向电压到被触发导通这一角度度导通角导通角 ：晶闸管在一个周期晶闸管在一个周期内导通的电角度内导通的电角度移相：移相：改变控制角改变控制角 的大小，的大小，即改变触发脉冲的出现时刻即改变触发脉冲的出现时刻（相位）（相位）移相控制：移相控制：通过控制触发脉冲通过控制触发脉冲的相位来控制直流输出电压大的相位来控制直流输出电压大小的控制方式小的控制方式移相范围：移相范围：控制角控制角 的允许调的允许调节范围节范围同步：同步：触发脉冲信号和晶闸管触发脉冲信号和晶闸管电压（即电源电压）在频率和电压（即电源电压）在频率和相位上的协调配合关系相位上的协调配合关系换相（换流换相（换流 ）：）：电流从

10、含有变电流从含有变流元件的一个支路转移到另一流元件的一个支路转移到另一个支路的过程个支路的过程 自然换相点：自然换相点：当电路中的可控当电路中的可控元件全部由不可控元件代替时，元件全部由不可控元件代替时，各元件的导电转换点各元件的导电转换点仅在交流正半周输出电压，仅在交流正半周输出电压，所以叫所以叫半波整流半波整流单相输入，所以叫单相输入，所以叫单相整流单相整流输出电压可通过调节输出电压可通过调节 进行进行控控制，所以叫制，所以叫可控整流可控整流单相单相半波半波可控可控整流整流Beijing Jiaotong University (BJTU)整流电路的基本概念整流电路的基本概念 控制角控制角

11、 从晶闸管开始承受正压到被触发导通这一角度从晶闸管开始承受正压到被触发导通这一角度 导通角导通角 晶闸管在一个周期内导通的电角度晶闸管在一个周期内导通的电角度 移相（移相（ phase-shift ） 改变控制角改变控制角 ，即改变触发脉冲出现的相位，即改变触发脉冲出现的相位 移相控制（移相控制（phase-shift control） 通过移相可控制输出整流电压大小，这种改变通过移相可控制输出整流电压大小，这种改变控制角调节输出电压的控制方式，称为移相控制控制角调节输出电压的控制方式，称为移相控制Beijing Jiaotong University (BJTU) 移相范围：移相范围：控制角

12、控制角 的允许调节范围的允许调节范围 同步：同步：触发脉冲信号和晶闸管电压（即电触发脉冲信号和晶闸管电压（即电 源电压）在频率和相位上保持一定的源电压）在频率和相位上保持一定的 协调配合关系，以使整流输出电压稳协调配合关系，以使整流输出电压稳 定，称为同步定，称为同步 换相（换流换相（换流 ）：）：电流从含有变流元件的一电流从含有变流元件的一 个支路转移到另一个支路的过程个支路转移到另一个支路的过程 自然换相点：自然换相点：当电路中的可控元件全部由当电路中的可控元件全部由 不可控元件代替时，不可控元件代替时， 各元件的导电各元件的导电 转换点转换点Beijing Jiaotong Univer

13、sity (BJTU)输出直流电压平均值输出直流电压平均值Ud为为 2cos145. 0)cos1 (22)(sin221222aUaUwtwtdUUad a=0时，晶闸管全导通，相当于二极管整流，时，晶闸管全导通，相当于二极管整流， 输出电压输出电压 最大，即最大，即 a= 时，整流输出为零时，整流输出为零 移相范围为移相范围为 245. 0UUd单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路Beijing Jiaotong University (BJTU)例题例题 3-1 单相半波可控整流电路，电阻性负载。交单相半波可控整流电路，电阻性负载。交流电源流电源220伏，要求输出直流平均电压伏，要求

14、输出直流平均电压50伏，伏，最大输出直流平均电流最大输出直流平均电流20安。计算（安。计算（1）晶闸）晶闸管的控制角管的控制角 ，（，（2）电流有效值，（）电流有效值，（3）负载）负载的功率因数，（的功率因数，（4）选择晶闸管。）选择晶闸管。 解：（解：（1）控制角）控制角 2cos145. 0ttdsinU22122UUd0122045. 0502145. 02cos2UUd90Beijing Jiaotong University (BJTU)（2）电流有效值）电流有效值 )(4 .445 . 2sin220221sin221222222AtdttdRtUI5 . 22050ddIUR（3

15、 3）功率因数）功率因数 505. 02205 . 24 .442222UIRISP（4 4）晶闸管定额）晶闸管定额 安564257. 14 .44)25 . 1 (57. 1)25 . 1 (2IITAVU UT T=(2=(23)3)1.414 220=620930V 可选可选KP50-7KP50-7型元件，电压等级型元件，电压等级7 7，即额定电压，即额定电压700700伏、伏、额定通态平均电流额定通态平均电流5050安的器件安的器件 Beijing Jiaotong University (BJTU)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： 简单、易调整，但输出脉动大，

16、变压简单、易调整，但输出脉动大，变压器二次侧电流中含直流分量，造成变压器器二次侧电流中含直流分量，造成变压器铁芯直流磁化铁芯直流磁化 实际上很少应用此种电路，分析该电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，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建立起整流电路的基本概念Beijing Jiaotong University (BJTU)习题习题 24、 25思考和作业思考和作业习题习题31 、32Beijing Jiaotong University (BJTU)3 . 3 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路一、电阻一、电阻负载负载（R

17、负载）负载）（1 1）T T1 1和和T T4 4组成一对桥臂，在组成一对桥臂，在u u2 2正半周承受电压正半周承受电压u u2 2，得到触发脉，得到触发脉冲即导通，当冲即导通，当u u2 2过零时关断过零时关断（2 2）T T2 2和和T T3 3组成另一对桥臂，在组成另一对桥臂，在u u2 2负半周承受电压负半周承受电压- -u u2 2，得到触发，得到触发脉冲即导通，当脉冲即导通，当u u2 2过零时关断过零时关断Beijing Jiaotong University (BJTU) 电量计算电量计算输出平均电压输出平均电压 Ud移相范围移相范围 0 180输出平均电流输出平均电流 Id

18、SCR平均电流平均电流 IdT = Id / 22cos19 . 02cos122)( dsin21222dUUttUU2cos19 . 02RURUIddBeijing Jiaotong University (BJTU)负载电压有效值负载电压有效值 U变压器副边绕组电流有效值变压器副边绕组电流有效值 I2流过晶闸管的电流有效值流过晶闸管的电流有效值功率因数功率因数 2sin2-UtdsinU21U222）（t2sin2-RURUII2222sin-UUIUUISP2222/II2TBeijing Jiaotong University (BJTU)SCR承受的最大正向电压承受的最大正向电压

19、 SCR承受的最大反向电压承受的最大反向电压2U22U22Beijing Jiaotong University (BJTU)二、电感二、电感性负载性负载（R、L负载）负载） 为便于讨论，假设电路处为便于讨论，假设电路处于稳态，于稳态，i id d的平均值不变，的平均值不变，且负载电感很大，且负载电感很大，i id d连续且连续且波形近似为一水平线波形近似为一水平线u u2 2过零变负时，因电感的作过零变负时，因电感的作用，晶闸管用，晶闸管T T1 1和和T T4 4中仍流过电中仍流过电流流i id d，并不关断，并不关断当当tt= =+ +a a ，给，给T T2 2和和T T3 3触发脉触

20、发脉冲，因冲，因T T2 2和和T T3 3本已承受正电压，本已承受正电压，故两管导通故两管导通T T2 2和和T T3 3导通后，导通后，u u2 2经经T T2 2和和T T3 3向向T T1 1和和T T4 4施加反压使施加反压使T T1 1和和T T4 4关断，关断，T T1 1和和T T4 4的电流迅速转到的电流迅速转到T T2 2和和T T3 3，此过程称此过程称换相换相，亦称，亦称换流换流Beijing Jiaotong University (BJTU)输出平均电压输出平均电压 Ud移相范围移相范围 0 90输出平均电流输出平均电流 Idcos U0.9tdsinU21U22d

21、tcos RU 0.9RUI2dd 电量计算电量计算（R、L负载）负载）Beijing Jiaotong University (BJTU)流过晶闸管的平均电流流过晶闸管的平均电流 IdT = Id / 2流过晶闸管的电流有效值流过晶闸管的电流有效值 变压器副边绕组电流有效值变压器副边绕组电流有效值 功率因数功率因数 SCR承受的最大正、反向电压为承受的最大正、反向电压为 9cos. 0UUIUIUIURISP2d22dd2222/II2TdT2II 2I2U2Beijing Jiaotong University (BJTU)课课 堂堂 思思 考考 习题习题3-2 可控整流电路可控整流电路

22、纯电阻负载时，负载电阻上的平均电压和平均电流的纯电阻负载时，负载电阻上的平均电压和平均电流的乘积是否等于负载功率？乘积是否等于负载功率？ 大电感负载，当电流基本平直时，在负载电阻上的平大电感负载，当电流基本平直时，在负载电阻上的平均电压和平均电流的乘积是否等于负载功率？为什么？均电压和平均电流的乘积是否等于负载功率？为什么？。内的积分为零）所以电流的乘积在一个周期因为不同频率的电压和零。，而交流功率分量等于存在直流功率分量是恒定的直流，所以只因为）相等。（所以：即总有功功率，率功外，交流分量也会产生除了直流分量产生功率是非直流电流和电压，用在负载上的电流有效值）。由于作（电压有效值因为负载功率

23、）不等。答：（dddddPPPiPPPPPPPIUP(2)IU(.,PPP.,1dd21d321Beijing Jiaotong University (BJTU)三、反电势负载三、反电势负载 （E）Beijing Jiaotong University (BJTU)最小起始导电角最小起始导电角2U2Earcsin 反电势负载反电势负载 电量计算电量计算Beijing Jiaotong University (BJTU)tE)dsinU2(1EU-2dttdEsinU21I-2dRttdREtUI22)sin2(1 时时tE)dsinU2(1EU-2dt 30的工作情况的工作情况 电压、电流波

24、形断续电压、电流波形断续 各晶闸管导电时间各晶闸管导电时间 =1500- ，小于，小于1200 Beijing Jiaotong University (BJTU)cos U1.17tdsinU2321U26562dt输出电压平均值输出电压平均值6cos1 U0.675 tdsinU232 1U262dt 电量计算电量计算（R负载）负载）Beijing Jiaotong University (BJTU)3、负载电流平均值：、负载电流平均值：Id=Ud/R4、晶闸管承受的最大反向电压，为变压器、晶闸管承受的最大反向电压，为变压器 二次线电压峰值，即二次线电压峰值，即5、晶闸管承受的最大正向电压

25、等于变压器、晶闸管承受的最大正向电压等于变压器 二次相电压的峰值，即二次相电压的峰值，即 6、移相范围：、移相范围： =0 150222RM45.2632UUUU22UUFMBeijing Jiaotong University (BJTU)二、阻感性负载（二、阻感性负载（ R 、L）假定电感很大，假定电感很大，id平直平直Ud波形与波形与R 负载负载 相同相同u u2 2过零时，过零时，T T1 1不关断，直到不关断，直到T T2 2的脉冲的脉冲到来，才换流，由到来，才换流，由T T2 2导通向负载供电，导通向负载供电，同时向同时向T T1 1施加反压使其关断施加反压使其关断u ud d波波

26、形中出现负的部分形中出现负的部分i id d波形有一定的脉动，但波形有一定的脉动，但为简化分析及定量计算，为简化分析及定量计算，可将可将i id d近似为一条水平线近似为一条水平线每相晶闸管各导电每相晶闸管各导电1200 移相范围移相范围 0 90Beijing Jiaotong University (BJTU)整流电压整流电压 Ud整流电流整流电流 Id变压器副边电流变压器副边电流有效值有效值I2 、SCR的电流的电流有效值有效值 ITcos U1.17U2dRUIddddT2I577.03III电量计算电量计算（L负载）负载）Beijing Jiaotong University (BJ

27、TU)2 = 3U2I2 = d1 = 3U1I1 = 3U2I1 = d (假设假设W1=W2） d2d2d1I473.034I3132I3221Id21P35.12SSS三相半波的主要缺点在于其三相半波的主要缺点在于其变压器副边电流中含有直流变压器副边电流中含有直流分量，为此其应用较少分量，为此其应用较少Beijing Jiaotong University (BJTU)晶闸管最大正、反向电压峰值均为变压器晶闸管最大正、反向电压峰值均为变压器二次线电压峰值二次线电压峰值移相范围：移相范围： =0 902RMFM45. 2UUUBeijing Jiaotong University (BJT

28、U)03060901201500.40.81.21.17321/( )Ud/U2 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变化的关系变化的关系1电阻负载电阻负载 2大电感负载大电感负载 3小电感负载小电感负载若负载中的电感若负载中的电感量不很大，则当量不很大，则当 3030 ，相对大，相对大电感负载电感负载u ud d中负中负的部分减少，的部分减少， U Ud d略为增加，略为增加，U Ud d/ /U U2 2与与 的关系将介的关系将介于曲线于曲线1 1和和2 2之间之间U Ud d/U/U2 2关系关系Beijing Jiaotong University (BJTU)优点

29、（与单项相比）优点（与单项相比） 输出电压脉动小输出电压脉动小 输出功率大输出功率大 三相负载平衡三相负载平衡缺点缺点 变压器副边电流含有直流分量，容变压器副边电流含有直流分量，容易导致直流磁化，引起附加损耗易导致直流磁化，引起附加损耗 变压器利用率低（每相绕阻的最长变压器利用率低（每相绕阻的最长导电时间只有三分之一周期）导电时间只有三分之一周期） 零线上通过较大的负载电流零线上通过较大的负载电流应用场合：中等偏小功率的设备上应用场合：中等偏小功率的设备上 三相半波可控整流电路的优缺点三相半波可控整流电路的优缺点Beijing Jiaotong University (BJTU)思考和作业思考

30、和作业习题习题34、316、 317Beijing Jiaotong University (BJTU)3.5 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路 结构：共阴极三相半波结构：共阴极三相半波+共阳极三相半波共阳极三相半波共阴极组共阴极组阴极连接在一阴极连接在一起的起的3 3个晶闸管个晶闸管（T T1 1，T T3 3，T T5 5）共阳极组共阳极组阳极连接在一阳极连接在一起的起的3 3个晶闸管个晶闸管(T(T4 4，T T6 6，T T2 2) )导通顺序：导通顺序：T6 、T1 T1 、T2 T2 、T3 T3 、T4 T4 、T5 T5 、T6Beijing Jiaotong Univ

31、ersity (BJTU)一、三相桥式全控整流电路（一、三相桥式全控整流电路（R、L）假定电感很大，假定电感很大，id平直平直移相范围移相范围 0 90Beijing Jiaotong University (BJTU)Beijing Jiaotong University (BJTU)Beijing Jiaotong University (BJTU)三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路要点要点1 1、一周期内一周期内ud脉动脉动6次，每次脉动的波形都一样，次，每次脉动的波形都一样， 故该电路为故该电路为6脉波整流电路脉波整流电路Beijing Jiaotong University (

32、BJTU)2、需要两个管同时导通才能形成供电回路，共阴、需要两个管同时导通才能形成供电回路，共阴极组和共阳极组各一个，且不能为同一相器件。极组和共阳极组各一个，且不能为同一相器件。电流连续时每个器件导通电流连续时每个器件导通 120120 3、变压器副边、变压器副边流过正负电流，无直流磁化；流过正负电流，无直流磁化；电流电流连续时变压器副边各相绕组每个周期工作连续时变压器副边各相绕组每个周期工作240240 ，利用率高利用率高Beijing Jiaotong University (BJTU)4、对触发脉冲的要求：对触发脉冲的要求： 按按T T1 1-T-T2 2-T-T3 3-T-T4 4-

33、T-T5 5-T-T6 6的顺序触发，相位依次差的顺序触发，相位依次差6060 共阴极组共阴极组T T1 1、T T3 3、T T5 5的脉冲依次差的脉冲依次差120120 ，共阳极组，共阳极组 T T4 4、T T6 6、T T2 2也依次相差也依次相差120120 同一相的上下两个桥臂，即同一相的上下两个桥臂，即T T1 1与与T T4 4，T T3 3与与T T6 6，T T5 5与与 T T2 2，脉冲相差，脉冲相差180180 Beijing Jiaotong University (BJTU)三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路的触发要求的触发要求 本组内本组内SCR每隔每隔

34、120 换流一次换流一次共阴极与共阳极组的换流点相隔共阴极与共阳极组的换流点相隔 60 SCR的导通顺序：的导通顺序：(6-1) (1-2) (2-3) (3-4) (4-5) (5-6) 自然换相点自然换相点为相电压（或线电压）的交点为相电压（或线电压）的交点Beijing Jiaotong University (BJTU)5、为确保电路正常工作，要求、为确保电路正常工作，要求同时导通的两个同时导通的两个晶闸管均有脉冲，否则晶闸管均有脉冲，否则在电路合闸起动过程在电路合闸起动过程中或电流断续时，电路将不能正常工作中或电流断续时，电路将不能正常工作可采用两种方法使可采用两种方法使2个晶闸管均

35、有脉冲：个晶闸管均有脉冲： （1）宽脉冲触发）宽脉冲触发 （2）双窄脉冲触发（常用）双窄脉冲触发（常用）Beijing Jiaotong University (BJTU) 图（图（a）变压器副边三相电压波形）变压器副边三相电压波形图（图（b）宽脉冲触发）宽脉冲触发（脉宽（脉宽 60 ) 图（图（c）双窄脉冲触发）双窄脉冲触发Beijing Jiaotong University (BJTU)整流电压整流电压 Ud变压器副边电流变压器副边电流 有效值有效值I2cosU35. 1cos U34. 2 tdsinU231U223232dtd2I32I电量计算（电量计算（R、L负载）负载）SCR电流

36、电流 有效值有效值ITdTI31IBeijing Jiaotong University (BJTU)二、三相桥式全控整流电路（二、三相桥式全控整流电路（R负载）负载）工作原理工作原理、波形分析波形分析（a） = 60 （b） 60 120移相范围移相范围 0 120Beijing Jiaotong University (BJTU)整流电压整流电压 Ud0 60 60 120 cosU35. 1cos U34. 2U22d3cos1 U4 3 . 2tdsinU226U232dt 电量计算（电量计算（R负载）负载）Beijing Jiaotong University (BJTU)三、三相桥

37、式全控整流电路（反电势负载）三、三相桥式全控整流电路（反电势负载） 三相桥式全控整流电路接反电势阻感负三相桥式全控整流电路接反电势阻感负载时，在负载电感足够大足以使负载电载时，在负载电感足够大足以使负载电流连续的情况下，电路工作情况与电感流连续的情况下，电路工作情况与电感性负载时相似，电路中各处电压、电流性负载时相似，电路中各处电压、电流波形均相同，仅在计算波形均相同，仅在计算I Id d时有所不同，时有所不同，接反电势阻感负载时的接反电势阻感负载时的I Id d为：为：REUIdd式中式中R R 和和E E 分别为负载中的电阻值和反电动势的分别为负载中的电阻值和反电动势的值值Beijing

38、Jiaotong University (BJTU) 六脉波电路，输出电压脉动更小六脉波电路，输出电压脉动更小 变压器绕组无直流磁势变压器绕组无直流磁势 变压器绕组在正负半周都工作，效率高变压器绕组在正负半周都工作，效率高三相桥式全控整流电路的优点三相桥式全控整流电路的优点Beijing Jiaotong University (BJTU)例题例题 3-3 图例图例3-3 3-3 的三相桥式整流电路，三相电压对称，设的三相桥式整流电路，三相电压对称，设滤波电抗非常大，输出电流连续，若快速熔断器滤波电抗非常大，输出电流连续，若快速熔断器F1F1熔熔断，不计交流电源的内阻抗，试绘出输出电压断，不计

39、交流电源的内阻抗，试绘出输出电压u ud d的波形，的波形，并写出电流并写出电流I Id d的计算式。的计算式。Beijing Jiaotong University (BJTU)解： （1）故障条件下输出波形如图例）故障条件下输出波形如图例3-3（b）所示。）所示。 （2）设整流器交流侧相电压为）设整流器交流侧相电压为U2，将故障下输，将故障下输出波形和三相桥式整流电路在正常运行情况下出波形和三相桥式整流电路在正常运行情况下和和时的输出波形相比较可知，输出由四时的输出波形相比较可知，输出由四个个时的波头和两个时的波头和两个时的波头组成，因此时的波头组成，因此计算可以简化为：计算可以简化为：2

40、2294. 16260cos34. 26434. 2UUUUd2294. 194. 1URRURUIddBeijing Jiaotong University (BJTU)3 . 6 三相桥式半控整流电路三相桥式半控整流电路由一个三相半由一个三相半波不控整流电波不控整流电路与一个三相路与一个三相半波可控整流半波可控整流电路串联而成电路串联而成移相范围移相范围 0 180Beijing Jiaotong University (BJTU)一、电阻性一、电阻性负载负载（R负载）负载）波形分析波形分析Beijing Jiaotong University (BJTU)电量计算电量计算1、整流电压、整

41、流电压 Ud输出电压为不可控三相半波电路输出电压输出电压为不可控三相半波电路输出电压与可控的三相半波电路输出电压之和与可控的三相半波电路输出电压之和2、移相范围、移相范围 0 1802cos1U34. 2)cos(1 U17. 1U22dBeijing Jiaotong University (BJTU)二、电感性二、电感性负载负载（R、L负载）负载）波形分析波形分析Beijing Jiaotong University (BJTU)电量计算电量计算整流电压整流电压 Udv同电阻性负载同电阻性负载v输出电压为不可控半波电路输出电压与输出电压为不可控半波电路输出电压与可控的三相半波电路输出电压之

42、和可控的三相半波电路输出电压之和2cos1U34. 2)cos(1 U17. 1U22dBeijing Jiaotong University (BJTU)SCR电流的有效值电流的有效值 IT、整流管电流有效值、整流管电流有效值 IDddDTI577.0I 31IIddDdTI 31IISCR电流的平均值电流的平均值 IdD 、整流管电流平均值、整流管电流平均值 IdT变压器副边绕组电流有效值变压器副边绕组电流有效值 I2 60 dd2I816.0I 32Id2I I60 180 Beijing Jiaotong University (BJTU)三、三相桥式半控整流的失控现象三、三相桥式半控

43、整流的失控现象 当处于关断状态晶闸当处于关断状态晶闸管的触发脉冲突然丢管的触发脉冲突然丢失或控制角失或控制角 突然增突然增大到大到 180 时，处于时，处于导通状态的晶闸管将导通状态的晶闸管将不能正常关断、失去不能正常关断、失去控制作用控制作用失控现失控现象。象。 避免方法：避免方法： 加续流二极管加续流二极管Beijing Jiaotong University (BJTU)例题例题 3-4图例图例3-4 的三相半控桥整流电路，已知三相电源对称，滤波电的三相半控桥整流电路，已知三相电源对称，滤波电感感 Ld 充分大，负载电流充分大，负载电流i id近似平直。近似平直。UAB=380V，R=2

44、 ，UC=40V， =90 ，试：，试：（1） 绘出负载电压绘出负载电压ud、 交流侧电流交流侧电流i iA的波形的波形（2）求负载电压平均值）求负载电压平均值 Ud、负载电流平均值、负载电流平均值Id（3）求电源侧的功率因数）求电源侧的功率因数Beijing Jiaotong University (BJTU)解：解：（1）反电势阻感负载在负载电感足够大足以反电势阻感负载在负载电感足够大足以使负载电流连续的情况下，电路工作情况与大使负载电流连续的情况下，电路工作情况与大电感负载时相似电感负载时相似，负载电压，负载电压ud、交流侧电流、交流侧电流i iA的的波形如图例波形如图例3-4（b）所示

45、）所示 （3 3） )(4 .25717. 1)cos1 (17. 122VUUUd)(7 .1082404 .257ARUUICdd（2） )(85.767 .1082118090AIIdA)(6 .5072185.7638033VAIUSAAB)(4 .279797 .1084 .257WIUPPddd55. 06 .507214 .27979SPBeijing Jiaotong University (BJTU)课课 堂堂 思思 考考 3、下列概念正确的在括号中画、下列概念正确的在括号中画“ ”： 在整流电路中，负载电流越大，换相重叠角越小。在整流电路中，负载电流越大，换相重叠角越小。

46、在整流电路中，输入电压越高，换相重叠角越小。在整流电路中，输入电压越高，换相重叠角越小。 在整流电路中，输入变压器漏抗越大，换相重叠角越小。在整流电路中，输入变压器漏抗越大，换相重叠角越小。 在大电感负载整流电路中，换相压降与相控角在大电感负载整流电路中，换相压降与相控角有关。有关。 在大电感负载整流电路中，换相重叠角在大电感负载整流电路中，换相重叠角与相控角与相控角有关。有关。2、可控整流电路，电阻性负载，当一定、可控整流电路，电阻性负载，当一定Id时，流过晶闸管的时，流过晶闸管的 电流有效值电流有效值IT随控制角随控制角的增大而的增大而 。 1、下列可控整流电路中、下列可控整流电路中，输出

47、电压谐波含量最少的是输出电压谐波含量最少的是 。 a. 三相半波三相半波 b. 三相桥式三相桥式 c. 单相半波单相半波 d. 单相桥式单相桥式Beijing Jiaotong University (BJTU)3. 7 整流器交流侧电抗对换流整流器交流侧电抗对换流(相相)的影响的影响 考虑包括变压器漏感在内的交流侧电感的影响，该漏感可考虑包括变压器漏感在内的交流侧电感的影响，该漏感可用一个集中的电感用一个集中的电感LB表示表示 假设大电感负载，负载电流连续且平直假设大电感负载，负载电流连续且平直一、换相过程分析（以三相半波为例）一、换相过程分析（以三相半波为例）RabcTLudicibiaL

48、BLBLBikVT1VT2VT3udidtOtOiciaibiciaIduaubuc1 1、T T1 1换相至换相至T T2 2的过程：的过程：因因a a、b b两相均有漏感两相均有漏感, ,i ia a、i ib b均不能突变均不能突变当当i ik k增大到等于增大到等于i id d时，时， i ia a=0=0，T T1 1关断关断, ,换流结换流结束束T T1 1和和T T2 2同时导通，相当于将同时导通，相当于将a a、b b两相短路，在两相组成的回路两相短路，在两相组成的回路中产生环流中产生环流i ik k， i ib b= =i ik k 是逐渐是逐渐增大的，而增大的，而i ia

49、a= =I Id d- -i ik k是逐渐减小是逐渐减小 考虑变压器漏感时的考虑变压器漏感时的三相半波可控整流电路及波形三相半波可控整流电路及波形换相重叠角换相重叠角 ：换相过换相过程所需的时程所需的时间间T T1 1换相至换相至T T2 2的过程的过程Beijing Jiaotong University (BJTU)3. 4 整流器交流侧电抗的影响整流器交流侧电抗的影响 原因原因 变压器存在一定的漏电感变压器存在一定的漏电感 交流回路存在一定的电感交流回路存在一定的电感 结果结果 出现重迭导通现象（两条支路同时导电）出现重迭导通现象（两条支路同时导电） 简化考虑简化考虑 把所有交流侧的电

50、感都折算到变压器副把所有交流侧的电感都折算到变压器副 边，用集中电感边，用集中电感 LB 表示表示Beijing Jiaotong University (BJTU)2、相关概念（术语）、相关概念（术语） 换相过程：一相晶闸管电流从换相过程：一相晶闸管电流从id 0 ，另一，另一 相晶闸管电流从相晶闸管电流从0 id的过程的过程 换相重叠角换相重叠角 ：换相过程所对应的相角：换相过程所对应的相角 换相电压：换相过程中两相间电位差瞬时值换相电压：换相过程中两相间电位差瞬时值 uba = ub - ua3、换相电压的作用：、换相电压的作用：v 强制导通元件中的电流下降为零强制导通元件中的电流下降为

51、零v 保证退出导通的元件恢复阻断能力保证退出导通的元件恢复阻断能力Beijing Jiaotong University (BJTU)4、换相重迭对输出电压波形的影响、换相重迭对输出电压波形的影响换相过程：换相过程：整流电压的瞬时值整流电压的瞬时值影响：影响：与与 = 0时相比，产生了时相比，产生了换换相压降相压降 Ud，使使Ud减小减小dtdiLuuuKBbaab22abKBuudtdiL2abKBbduudtdiLuudddUUUcos0RabcTLudicibiaLBLBLBikVT1VT2VT3udidtOtOiciaibiciaIduaubucBeijing Jiaotong Uni

52、versity (BJTU)二、换相压降的计算二、换相压降的计算 对于对于单相全控桥单相全控桥，环流，环流i ik是从是从0变为变为2Id，所以必须，所以必须用用 2Id 代替代替 Id 整流输出电压的平均值整流输出电压的平均值tduumtduumabdb)2(2)(2dIKBKBdixmtdtddiLm022dBImx2dUdddUUUcos0RabcTLudicibiaLBLBLBikVT1VT2VT3udidtOtOiciaibiciaIduaubucBeijing Jiaotong University (BJTU) 符号定义符号定义m 输出电压在一个周期的波头数。输出电压在一个周期的

53、波头数。xB 整流电路交流侧每相电抗值（主要是变整流电路交流侧每相电抗值（主要是变压器漏抗）压器漏抗）U2 变压器二次绕组额定相电压变压器二次绕组额定相电压I2 变压器二次绕组额定相电流（星接）变压器二次绕组额定相电流（星接）uK% 变压器的短路电压比变压器的短路电压比100oo22KBuIUxBeijing Jiaotong University (BJTU)三、考虑三、考虑 时的整流器输出特性时的整流器输出特性 输出电压的平均值输出电压的平均值 Ud 整流电路的输出特性整流电路的输出特性如右图所示如右图所示dddUUUcos0dcdIRUcos0)2(BcmxRBeijing Jiaoto

54、ng University (BJTU)四、换相重叠角四、换相重叠角 的计算的计算) tcoscos(LmsinU2iIi0itttdsinmsinU2L1ditsinmsinU22uu)mt(cosU2u)mt(cosU2uB2kdkk2Bk2ab2b2a解得：；换流结速时，时，因为当Beijing Jiaotong University (BJTU) m 输出电压在一个周期内的波头数输出电压在一个周期内的波头数 对于单相全控桥，环流对于单相全控桥，环流i ik是从是从0变为变为2Id，所以必，所以必须用须用 2Id 代替代替 Id 对于三相全控桥，它相当于相电压为对于三相全控桥，它相当于相

55、电压为 的的6脉脉波整流电路，所以必须用波整流电路，所以必须用 线电压（即线电压（即 ）代替代替coscossin220BIKdxmUdiIdmUIxdBsin2coscos22U32U2U3Beijing Jiaotong University (BJTU)各种整流电路换相压降和换相重叠角的计算各种整流电路换相压降和换相重叠角的计算电路形式电路形式单相单相全波全波单相全单相全控桥控桥三相三相半波半波三相全三相全控桥控桥m脉波脉波整流电路整流电路 dUdBIXdB2IXdB23IXdB3IXdB2ImX)cos(cos2Bd2UXI2Bd22UXI2dB62UIX2dB62UIXmUXIsin

56、22Bd注：注： 单相全控桥电路中，环流单相全控桥电路中，环流i ik是从是从0变为变为2Id 三相桥等效为相电压等于三相桥等效为相电压等于 的的6脉波整流电路，脉波整流电路， 故其故其m=6，相电压按，相电压按 代入代入2U32U3 整流输出电压的平均值整流输出电压的平均值dddUUUcos0Beijing Jiaotong University (BJTU)五、五、变压器漏感对整流电路影响的结论变压器漏感对整流电路影响的结论 出现换相重叠角出现换相重叠角 ，整流输出电压平均值，整流输出电压平均值U Ud d降低降低 使整流电路的功率因数降低使整流电路的功率因数降低 换相使电网电压出现缺口，

57、换相使电网电压出现缺口， 使电网电压发生畸变使电网电压发生畸变 晶闸管的晶闸管的d di i/ /d dt t 减小，有利减小，有利 于晶闸管的安全开通，有时于晶闸管的安全开通，有时 人为串入进线电抗器以抑制人为串入进线电抗器以抑制 晶闸管的晶闸管的d di i/ /d dt t。RabcTLudicibiaLBLBLBikVT1VT2VT3udidtOtOiciaibiciaIduaubucBeijing Jiaotong University (BJTU)例题例题 3-5 图例图例3-5 的单相桥式整流电路，已知电源电压的单相桥式整流电路，已知电源电压U2=220V，交流侧电抗为，交流侧电

58、抗为XB，假设滤波电抗，假设滤波电抗Xd非常大，非常大，以至于输出电流以至于输出电流i id连续而平直。当连续而平直。当i id=Id时，重叠角时，重叠角1=300，如改变负载电阻，如改变负载电阻R，使，使i id=2Id ，试，试 （1）计算此时的重叠角）计算此时的重叠角2 和输出电压平均值和输出电压平均值Ud； （2）绘出电流）绘出电流i iD1、i iD2和电压和电压ud 的波形。的波形。 Beijing Jiaotong University (BJTU)解：解：（1）将）将m相半波可控整流相半波可控整流电路计算重叠角的公式用于电路计算重叠角的公式用于本题，可得本题，可得 ：mUIxd

59、Bsin2)cos(cos2取取m=2,m=2, ,且应注意到，对且应注意到，对于单相桥式电路，每次换流交于单相桥式电路，每次换流交流侧电流变化量为流侧电流变化量为2 2倍的稳态倍的稳态电流，因此，据题意可列出方电流，因此，据题意可列出方程组如下：程组如下： 22212)2(2cos122cos1UIxUIxdBdB即即)cos1 (2cos112432)( 5 .171243cos12209 . 02cos19 . 022VUUd（2 2）电流）电流i iD1、i iD2和和ud 的的波形示于图例波形示于图例3-53-5Beijing Jiaotong University (BJTU)例题

60、例题 3-6 三相全控桥式整流电路接大电感负载，对于三相全控桥式整流电路接大电感负载，对于4000KVA副边副边Y形连接的整流变压器，其短路比形连接的整流变压器，其短路比20%，副边线电压，副边线电压U2l=2000V ， Id=1200A， =15 ，求装置的功率因数。，求装置的功率因数。 解：解：根据题中的参数，整流变压器副边额定线电流为：根据题中的参数，整流变压器副边额定线电流为： )(7 .1154200031040003322AUSIlel根据短路比的定义：根据短路比的定义： )(2 . 02 . 013%2222elkeBIUUIUx因因XB不可忽略，须考虑重叠造成的输出平均电压损