二极管整流器ppt课件

1、第第3章章 二极管整流器二极管整流器 整流(Rectification)：把交流电变换成直流电。 整流器(Rectifier)：实现整流的变换器。 整流器是出现最早的电力电子变换器。 最常用的变流电路。二极管整流器二极管整流器方框图方框图 电源为由电网提供的50Hz交流电。 经过二极管整流器变换为不控的直流电。 二极管整流器价钱低廉，运用广泛：如开关电源、交流电机驱动、直流电机伺服驱动。 很多场所下，整流器直接由电网供电而不经过工频变压器。对许多电力设备来讲，省去体积大、价钱高的变压器是很重要的。学习目的： 整流器的拓扑构造 整流电路的分析方法 单相整流器义务原理 三相整流器义务原理 电力电子

2、电路的计算机仿真3.1 3.1 整流器的拓扑构造和根本概念整流器的拓扑构造和根本概念 根据交流电源的相数和整流输出对交流电源正负半波的利用情况，ACDC变换器可分为以下两大类。半波整流器 1相，1脉冲整流器 2相，2脉冲整流器 3相，3脉冲整流器全波整流器 1相，2脉冲整流器 3相，6脉冲整流器脉冲数指交流电脉冲数指交流电1 1个周期内整流输出电压中包含的正弦个周期内整流输出电压中包含的正弦波的波数。波的波数。单相变压器副边绕组有中心抽头，可获得单相变压器副边绕组有中心抽头，可获得2 2相交流电。相交流电。3.1.1 3.1.1 整流器的分类整流器的分类3.1.2 整流器的拓扑构造单相半波单相

3、半波两相半波两相半波三相半波三相半波单相桥式单相桥式三相桥式三相桥式开关器件义务特点开关器件义务特点开关两端电压为正时，导通。开关两端电压为正时，导通。开关两端电压反转时，关断。开关两端电压反转时，关断。常采用二极管晶闸管作为开关器件。常采用二极管晶闸管作为开关器件。二极管二极管理想特性理想特性晶闸管晶闸管理想特性理想特性3.1.3 开关器件的选择开关器件的选择电阻电阻R R阻感阻感R-LR-L 如：电磁铁如：电磁铁电感恒压型负载电感恒压型负载(voltage sink)(voltage sink)L-EL-E 如：直流电动机如：直流电动机恒流型负载恒流型负载(current sink) (c

4、urrent sink) L L极大极大 如：直流电动机如：直流电动机, ,电磁铁电磁铁电容电阻电容电阻R RE E，E E为电容为电容恒压型负载恒压型负载E E，E E为大电容为大电容3.1.4 整流器负载的根本方式整流器负载的根本方式 纯电阻负载3.1.5 整流器在不同负载下的义务特点整流器在不同负载下的义务特点特点：负载上电压、特点：负载上电压、电流同相位。电流同相位。svRi 阻感负载sdivRiLdt1, sRtvviL之前，建立， 储能增加13, sRttvviL ，减小， 储能释放230 , 0sttviL ，储能使D1导通特点：负载电流滞后于特点：负载电流滞后于电压，电感储能使

5、二极电压，电感储能使二极管导通时间延伸。管导通时间延伸。()diodesLRvvvv3330000LttLtdivLdtdiv dtLdtdtLdiAreaAAreaB电感的作用电感的作用储存储存电能电能释放释放电能电能= 包含恒压型负载二极管导通时辰二极管导通时辰 后，后，二极管仍可导通二极管仍可导通一段时间一段时间sdvEsdvE特点：负载特点：负载中的电势影中的电势影响了二极管响了二极管的导通时辰的导通时辰()diodesLdvvvE3.2 单相二极管桥式整流器单相二极管桥式整流器 电路构造滤滤波波电电容容电压源电压源电路虽然简单，但求取电压、电流波形的函数方式电路虽然简单，但求取电压、

6、电流波形的函数方式是很繁琐的。因此往往要借助仿真工具来分析电路。是很繁琐的。因此往往要借助仿真工具来分析电路。内阻抗内阻抗市电供电模型 理想化的二极管桥式整流电路首先以电阻和恒流型负载方式为例分析简化整流电路义首先以电阻和恒流型负载方式为例分析简化整流电路义务原理，然后讨论实际的二极管整流电路。务原理，然后讨论实际的二极管整流电路。 二极管的通断规律电流从共阴组流出，电流从共阴组流出，从共阳组流入从共阳组流入共阴极组共阴极组共阳极组共阳极组在共阴组中，阳极在共阴组中，阳极电位最高的器件正电位最高的器件正偏导通，其偏导通，其 它器它器件反偏截止件反偏截止在共阳组中，阴极在共阳组中，阴极电位最低的

7、器件正电位最低的器件正偏导通，其它器件偏导通，其它器件反偏截止反偏截止课间 输出电压输出电压vdvd和电流和电流idid1,23,40 , 0 , sdssdsvDvvvDvv 导通, 导通, ( )dsv tv3.2.1 电阻型负载下理想电路的义务原理电阻型负载下理想电路的义务原理wtvsO-vs 输 入 电 流 电 源 电输 入 电 流 电 源 电流流)is)is if 0 if 0dssdsiviiv 输出电压输出电压vdvd和电流和电流idid( )dsv tv特点：特点： vd表达式同电阻负载表达式同电阻负载，只是，只是id电流波形不同电流波形不同3.2.2 恒流型负载下理想电路的恒

8、流型负载下理想电路的 义务原理义务原理 输 入 电 流 电 源 电输 入 电 流 电 源 电流流)is)is if 0 if 0dssdsiviiv特点：特点： is表达式同电阻负载，表达式同电阻负载，只是电流波形不同只是电流波形不同012sin()01( 2cos)220.9dssssVVtdtVtVVwwwdV3.2.3 对理想电路的定量分析对理想电路的定量分析 整流输出电压平均值整流输出电压平均值VdVd 交流侧电流交流侧电流 ( (恒流型负载恒流型负载对交流侧输入电流对交流侧输入电流is傅立叶分解傅立叶分解2 211( )2(sinsin3sin5)35sdi tItttwwwdIdI

9、输入电流总有效值输入电流总有效值基波有效值基波有效值谐波有效值谐波有效值电流畸变率电流畸变率sdII12 2sdII1 0 h hshsIIh为偶数为奇数2211148.43%ssdisissIIITHDII1110.9coscos0.9sdssdIIPSII基波基波因数因数位移位移因数因数 交流侧功率因数交流侧功率因数 ( (恒流型负载恒流型负载 负载为大电容时可近似看作直流侧电压为恒定3.2.4 恒压型负载下电路的义务原理恒压型负载下电路的义务原理电源侧电源侧电感电感直流侧电压直流侧电压为恒定为恒定 电压电流波形1,2 btDw导通 pdtiw达最大12 fdtiDw=0,关断tw 整流器

10、特性1直流侧电流对交流输入电流畸变及功率因数的影响输入电流输入电流畸变率畸变率功率功率因数因数位移位移因数因数 sshort circuitsVILwId较小时，较小时，THD较较高，高，PF较低。较低。Ls增大时，增大时，THD下下降，降，PF提高。提高。 整流器特性2直流侧电流与整流输出电压的关系Id变化时，整流输出电压变化时，整流输出电压Vd在一定范围内动摇在一定范围内动摇, s peaksIcrest factorI振幅系数实际电路中，电容不会无穷大，那么电容上的电压会实际电路中，电容不会无穷大，那么电容上的电压会出现脉动。与恒压型负载时有所区别出现脉动。与恒压型负载时有所区别. .分

11、别经过解析计算和电路仿真手段来研讨分别经过解析计算和电路仿真手段来研讨电源电源模型模型滤波滤波电容电容等效等效负载负载3.2.5 实际的二极管整流器的解析计算实际的二极管整流器的解析计算等效电路等效电路不出现换流重叠景象不出现换流重叠景象( )bfattt dss dsddivR iLvdtddddloaddvviCdtR电流不延续时条件下的电路解析计算分两段计算：分两段计算：a)a)二极管导通段二极管导通段b)b)二极管截至段二极管截至段bfttt 12fbtttT 化为矩阵微分方程方式外形方程化为矩阵微分方程方式外形方程xAxBu11110sdssdssddddloadRdiLLidtLv

12、vdvCC RdtXABu上式可求得解析解，也可经过上式可求得解析解，也可经过MATLABMATLAB计算求解计算求解1( )2fbbtttT 0di 1dddloaddvvdtC R ()( )()fdloadt tC Rddfv tv te 工业运用中，三相整流电路较为常用 三相整流电路的优点：输出波形脉动小，功率更大 三相6脉冲桥式整流电路最为常用3.3 三相二极管桥式整流器三相二极管桥式整流器dPnNnvvv共阴组和共阳组中二极管导通规律与单相桥式整流器类似共阴组和共阳组中二极管导通规律与单相桥式整流器类似利用交流电源中点利用交流电源中点n n来分析波形来分析波形3.3.1 理想化的电

13、路理想化的电路Ls=0)dPnNnvvv每个电源周期中，每个电源周期中，vdvd由由6 6段线电压组成段线电压组成1. 整流输出电压整流输出电压PnvNnv课间每个电源周期中，每个电源周期中，vdvd的波形的波形为电源线电压正向包络线为电源线电压正向包络线 每个器件导通每个器件导通120120141 4 0 dadIDiIDD，通通断2. 交流电源电流交流电源电流ai 器件顺序：器件顺序：1 16 6器件的标号表示器件的标号表示其导通的顺序。其导通的顺序。 每一时辰有每一时辰有2 2个器个器件导通件导通3. 器件导通规律器件导通规律t=0 选在选在vab最大值最大值处处LLV电源线电压有效值3

14、. 输出电压平均值输出电压平均值2cos()66dabLLvvVtw6612cos()1.35/3doLLLLVVtdtVww 线电流有效值线电流有效值 基波有效值基波有效值 功率因数功率因数 谐波有效值谐波有效值15,7,11,13sshIIhh611112(sinsin5sin7sin11sin13)571113adiItttttwwwww4. 功率因数功率因数23sdII10.78sdII11cos0.955sssIPPFSI 假设假设idid断续断续 任何时候只任何时候只需需 2 2 个 二 极个 二 极管导通管导通 等效电路如等效电路如b b所示所示1 3 52,4,6inPNvDD

15、DD， ，为某一线电压为中一个为中一个3.3.2 恒压型负载恒压型负载 直流侧电流对交流输入电流畸变及功率因数的影响 1/3LLshort circuitsVILw电流小时，电流小时，THDTHD很高很高LsLs添加会使添加会使THDTHD减小减小 直流侧电流与整流输出电压的关系电流变化时，平均电压动摇较小电流变化时，平均电压动摇较小3.3.3 实际的三相桥式二极管整流电路实际的三相桥式二极管整流电路小电感小电感LsLs可使可使电流电流idid延续延续3.4 二极管整流器的运用问题二极管整流器的运用问题 输入电流畸变输入电流畸变3.4.1 单相与三相整流器的比较单相与三相整流器的比较单相桥式整

16、流单相桥式整流三相桥式整流三相桥式整流单相整流器畸变卦大 功率因数功率因数单相桥式整流单相桥式整流三相桥式整流三相桥式整流三相整流器功率因数更高 输出电压的脉动输出电压的脉动三相桥式整流三相桥式整流单相桥式整流单相桥式整流三相整流输出电压脉动小，频率高，所需滤波电容较小 直流电压直流电压VdVd变化范围变化范围单相桥式整流单相桥式整流负载变化时三相整流器Vd变化范围小于5，远小于单相整流器的变化范围结论结论: :在大功率系统中，建议采用三相桥式整流器。在大功率系统中，建议采用三相桥式整流器。三相桥式整流三相桥式整流 整流器的交流侧输入电流是非正弦的，且畸变很严重。整流器的交流侧输入电流是非正弦

17、的，且畸变很严重。 由于线电流中含有大量谐波导致功率因数较差。由于线电流中含有大量谐波导致功率因数较差。 随着电力电子安装的添加，整流器发扬着越来越重要的随着电力电子安装的添加，整流器发扬着越来越重要的作用。作用。 众多整流器产生的大量谐波电流注入电网后，对电力系众多整流器产生的大量谐波电流注入电网后，对电力系统及其他用电设备带来很多不利的影响。统及其他用电设备带来很多不利的影响。3.4.2 线电流谐波和功率因数补偿问题线电流谐波和功率因数补偿问题本章内容本章内容 3.1 3.1 整流器的拓扑构造和根本概念整流器的拓扑构造和根本概念 3.2 3.2 单相二极管桥式整流器单相二极管桥式整流器 3

18、.2.1 3.2.1 电阻型负载下理想电路的义务原理电阻型负载下理想电路的义务原理 3.2.2 3.2.2 恒流型负载下理想电路的义务原理恒流型负载下理想电路的义务原理 3.2.3 3.2.3 对理想电路的定量分析对理想电路的定量分析 3.2.4 3.2.4 恒压型负载下电路的义务原理恒压型负载下电路的义务原理 3.2.5 3.2.5 实际的二极管整流器的解析计算实际的二极管整流器的解析计算 3.2.6 3.2.6 实际的二极管整流器的电路仿真实际的二极管整流器的电路仿真 3.3 3.3 三相二极管桥式整流器三相二极管桥式整流器 3.3.1 3.3.1 理想化的电路理想化的电路Ls=0)Ls=0) 3.3.2 3.3.2 恒压型负载恒压型负载 3.3.3 3.3.3 实际的三相桥式二极管整流电路实际的三相桥式二极管整流电路 3.4 3.4 二极管整流器的运用问题二极管整流器的运用问题 3.4.1 3.4.1 单相与三相整流器的比较单相与三相整流器的比较 3.4.2 3.4.2 线电流谐波和功率因数补偿问题线电流谐波和功率因数补偿问题1) 1) 二极管整流器的种类和拓扑构造。二极管整流器的种类和拓扑构造。2 2单相二极管桥式整流电路单相二极管桥式整流电路单相二极管桥式整流电路的电路构造单相二极管桥式整流电路的电路构造理想化的二极管桥