第2章 整流电路

1、1第第2章章 整流电路整流电路n 2.1 单相可控整流电路单相可控整流电路n 2.2 三相可控整流电路三相可控整流电路n 2.3 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n 2.4 电容滤波的不可控整流电路电容滤波的不可控整流电路n 2.5 整流电路的谐波和功率因数整流电路的谐波和功率因数n 2.6 大功率可控整流电路大功率可控整流电路n 2.7 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n 2.8 晶闸管直流电动机系统晶闸管直流电动机系统n 2.9 相控电路的驱动控制相控电路的驱动控制n 本章小结本章小结2引言引言整流电路（整流电路（Rectifier） 将交流电能变为

2、直流电能的主电路。将交流电能变为直流电能的主电路。 整流电路的分类整流电路的分类 按电路结构按电路结构分类分类 按组成的器件按组成的器件分类分类 按交流输入相数按交流输入相数分类分类 按变压器二次侧电流的方向按变压器二次侧电流的方向分类分类32.1 单相可控整流电路单相可控整流电路 2.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路 2.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路 2.1.3 单相全波可控整流电路单相全波可控整流电路 2.1.4 单相桥式半控整流电路单相桥式半控整流电路2.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路wwwwtTVTR0a)u1u2uVTudidwt

3、1p2ptttu2uguduVTa aq q0b)c)d)e)001. 带电阻负载的工作情况带电阻负载的工作情况导通角导通角触发角触发角52.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路1）改变触发时刻，）改变触发时刻，ud和和id波形随之改变，直流输波形随之改变，直流输出电压出电压ud为极性不变但瞬时值变化的为极性不变但瞬时值变化的脉动直流。脉动直流。2）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“半波半波”整流。整流。3）电路中采用了可控器件晶闸管，且交流输入）电路中采用了可控器件晶闸管，且交流输入为为单相单相，故该电路称为，故该电路称为单相半波可控整流电路单相半波

4、可控整流电路。4）整流电压）整流电压ud波形在一个电源周期中只脉动波形在一个电源周期中只脉动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。62.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控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：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发脉冲止的电角度称为触发延迟角触发延迟角，也称，也称触发角或触发角或控制角控制角。 q q：晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度称晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度称为为导通角导通角。直流输出电压平均值：直流输出电压平均值：paaapwwp2cos14

5、5. 0)cos1 (22)(sin221222UUttdUUd2.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路uwttwwtwtw20wt1p2 ptug0ud0id0uVT0qab)c)d)e)f)+ + +2. 带阻感负载的工作情况带阻感负载的工作情况2.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路a)b)VTRLVTRLu2u2电力电子电路的一种基本分析方法：电力电子电路的一种基本分析方法：1）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。2）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，器件通断状

6、态变化时，电路拓扑发生改变。态变化时，电路拓扑发生改变。 3）以前述单相半波电路为例：当）以前述单相半波电路为例：当VT处于断态时，相当于处于断态时，相当于电路在电路在VT处断开，处断开，id=0。当。当VT处于通时，相当于处于通时，相当于VT短路。短路。两种情两种情 况的等效电路如图所示。况的等效电路如图所示。2.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路VTb)RLu2)sin(2)sin(22)(2waawwtZUeZUitLRd式中，式中， ， 由此式可得出图由此式可得出图2-2e所所示的示的id波形。当波形。当w wt=q q+a a 时，时，id=0，代入上式并整理得，代入上

7、式并整理得 22)( LRZwLa rc tgRw)sin()sin(aqaqtgeVT处于通态时，如下方程成立：处于通态时，如下方程成立： tURitiLwsin2dd2dd在在VT导通时刻，有导通时刻，有w wt=a a，id=0，这是上式的初始条件。，这是上式的初始条件。求解上式并将初始条件代入可得：求解上式并将初始条件代入可得：2.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路u2udiduVTiVTIdIdwt1wtwtwtwtwtwtOOOOOOp-ap +ab)c)d)e)f)g)iVDR3. 有续流二极管的工作情况有续流二极管的工作情况2.1.1 单相半波可控整流电路单相半波

8、可控整流电路ddTIIpap2ddTItdIIpapwppa2)(212ddDRIIpap2ddDRItdIIpapwpapp2)(2122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：2.1.2 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)ddaauVT1,41. 带电阻负载的工作情况带电阻负载的工作情况2.1.2 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：晶闸

9、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222U22U整流电压平均值为：整流电压平均值为：paaapwwp2cos19 . 02cos122)(dsin21222UUttUUd =0时，时，Ud= Ud0=0.9U2。=180 时，时，Ud=0。可见，。可见，角的角的移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：2cos19 . 02cos12222aapRURURUIdd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

10、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：）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。2.1.2 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)152.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路2OwtOwt

11、Owtudidi2OwtOwtuVT1,4OwtOwtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4u图图2-6 单相桥式全控整流电流带阻感负载时的电路及波形单相桥式全控整流电流带阻感负载时的电路及波形2. 带阻感负载的工作情况带阻感负载的工作情况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。晶闸管移相范移相范围围为为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，均为无关，均为180 ，其电流平均值和，其电流平均值和有效值

12、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。 162.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路apaaapwwpcos9 . 0cos22)( dsin21222dUUttUU22UdTd12IIddT707. 021III(3-15)172.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路b)idOEudwtIdOwtaqd图图2-7 单相桥式全控整流电路接反电动势单相桥式全控整流电路接反电动势电阻负载时的电路电阻负载时的电路及波形及波形3.

13、 带反电动势负载时的工作情况带反电动势负载时的工作情况 182.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路 触发脉冲有足够的宽度，保证当触发脉冲有足够的宽度，保证当w wt=d d时刻有晶闸管开时刻有晶闸管开始承受正电压时，触发脉冲仍然存在。这样，相当于始承受正电压时，触发脉冲仍然存在。这样，相当于触触发角被推迟为发角被推迟为d d。电流断续电流断续 id波形在一周期内有部分时间为波形在一周期内有部分时间为0的情况，称为的情况，称为电流电流断续断续。 负载为直流电动机时，如果出现电流断续，则电动机负载为直流电动机时，如果出现电流断续，则电动机的的机械特性机械特性将很软。将很软。19tww

14、Oud0Eidtpdaq =p2.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路为了克服此缺点，一般在主电为了克服此缺点，一般在主电 路中直流输出侧串联一个路中直流输出侧串联一个平波平波 电抗器电抗器。电感量足够大使电流连续，晶电感量足够大使电流连续，晶 闸管每次导通闸管每次导通180 ，这时整流，这时整流 电压电压ud的波形和负载电流的波形和负载电流id的的 波形与电感负载电流连续时的波形与电感负载电流连续时的 波形相同，波形相同，ud的计算公式亦一样。的计算公式亦一样。 为保证电流连续所需的为保证电流连续所需的电感量电感量L可由下式求出：可由下式求出：图图3-8 单相桥式全控整流电路单相

15、桥式全控整流电路带反电动势负载串平波电抗器，带反电动势负载串平波电抗器，电流连续的临界情况电流连续的临界情况 dmin23dmin21087. 222IUIULpw(3-17)202.1.2 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，反电势值极大，反电势E=60V，当，当a a=30 时，要求：时，要求： 作出作出ud、id和和i2的波形；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，变压器二次侧电流有效值有效值I2； 考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额

16、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： u2OwtOwtOwtudidi2OwtIdIdIdppaa 2.1.2 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 a0.9100cos3077.97(V) Id (UdE)/R(77.9760)/29(A) I2Id9(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：

17、流过每个晶闸管的电流的有效值为： IVTId 6.36（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)6.361.5768（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。222222.1.3 单相全波可控整流电路单相全波可控整流电路a)wtwab)udi1OOt图图3-10 单相全波可控整流电路及波形单相全波可控整流电路及波形带电阻负载时带电阻负载时 电路分析电路分析 变压器变压器T带带中心抽头中心抽头。 在在u2

18、正半周，正半周，VT1工作，变压器二次绕组上半部分流过电流。工作，变压器二次绕组上半部分流过电流。 u2负半周，负半周，VT2工作，变压器二次绕组下半部分流过反方向的工作，变压器二次绕组下半部分流过反方向的 电流。电流。 变压器也变压器也不存在直流磁化不存在直流磁化的问题。的问题。 232.1.3 单相全波可控整流电路单相全波可控整流电路单相全波与单相全控桥的区别单相全波与单相全控桥的区别 单相全波中单相全波中变压器变压器结构较复杂，材料的消耗多。结构较复杂，材料的消耗多。 单相全波只用单相全波只用2个晶闸管，比单相全控桥少个晶闸管，比单相全控桥少2个，个，相应地，门极驱动电路也少相应地，门极

19、驱动电路也少2个；但是晶闸管承个；但是晶闸管承受的最大电压是单相全控桥的受的最大电压是单相全控桥的2倍。倍。 单相全波单相全波导电回路导电回路只含只含1个晶闸管，比单相桥个晶闸管，比单相桥少少1个，因而管压降也少个，因而管压降也少1个。个。从上述后两点考虑，单相全波电路有利于在从上述后两点考虑，单相全波电路有利于在低输低输出电压出电压的场合应用。的场合应用。242.1.4 单相桥式半控整流电路单相桥式半控整流电路图图3-11 单相桥式半控整流电路，有续流单相桥式半控整流电路，有续流二极管，阻感负载时的电路及波形二极管，阻感负载时的电路及波形半控电路与全控电路在电阻负载时的工作情况相同。半控电路

20、与全控电路在电阻负载时的工作情况相同。带电感负载带电感负载 Ob)2OudidIdOOOOOi2IdIdIdIIdawtwtwtwtwtwtwtap ap aiVT1iVD4iVT2iVD3iVDRu252.1.4 单相桥式半控整流电路单相桥式半控整流电路续流二极管续流二极管VDR 若无续流二极管，则当若无续流二极管，则当a a突然增大至突然增大至180 或触或触发脉冲丢失发脉冲丢失时，会发生一个晶闸管持续导通而两时，会发生一个晶闸管持续导通而两个二极管轮流导通的情况，这使个二极管轮流导通的情况，这使ud成为成为正弦半波正弦半波，即半周期即半周期ud为正弦，另外半周期为正弦，另外半周期ud为零

21、，其平均为零，其平均值保持恒定，相当于单相半波不可控整流电路时值保持恒定，相当于单相半波不可控整流电路时的波形，称为的波形，称为失控失控。 有有续流二极管续流二极管VDR时，续流过程由时，续流过程由VDR完成，完成，避免了失控的现象。避免了失控的现象。 续流期间导电回路中只有一个管压降，少了一续流期间导电回路中只有一个管压降，少了一个管压降，有利于降低损耗。个管压降，有利于降低损耗。 262.1.4 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的另一种接法单相桥式半控整流电路的另一种接法 相当于把图相当于把图3-5(a)中的中的VT3和和VT4换为二极管换为二极管VD3和和VD

22、4，这样可以省去续流二极管这样可以省去续流二极管VDR，续流由续流由VD3和和VD4来实现来实现。 这种接法的两个晶闸管这种接法的两个晶闸管阴极电位阴极电位不同，二者的触发电路不同，二者的触发电路需要需要隔离隔离。图图2-11 单相桥式半控整流电路单相桥式半控整流电路的另一接法的另一接法图图3-4 (a)单相全控桥式电路单相全控桥式电路272.2 三相可控整流电路三相可控整流电路 2.2.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路 2.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路282.2 三相可控整流电路三相可控整流电路引言引言其交流侧由其交流侧由三相电源三相电源供电。供电。 当整流负

23、载容量较大，或要求直流电压脉动较小、当整流负载容量较大，或要求直流电压脉动较小、易滤波时，应采用三相整流电路。易滤波时，应采用三相整流电路。最基本的是最基本的是三相半波三相半波可控整流电路可控整流电路。应用最为广泛的应用最为广泛的三相桥式三相桥式全控整流电路、以及全控整流电路、以及双双反星形反星形可控整流电路、可控整流电路、十二脉波十二脉波可控整流电路等。可控整流电路等。 292.2.1 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2-13 三相半波可控

24、整流电路共阴极接法电阻负载时的电路及三相半波可控整流电路共阴极接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 a a=0 三个晶闸管轮流三个晶闸管轮流导通导通120 ，ud波形为波形为三个相电压在正半周三个相电压在正半周期的期的包络线包络线。302.2.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路a =30u2uaubucOwtOwtOwtOwtOwtuGuduabuacwt1iVT1uVT1uaca a=30 负载电流处于负载电流处于连连续和断续的临界状态续和断续的临界状态，各相仍导电各相仍导电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

25、载，电阻负载，a a=30 时的波形时的波形312.2.1 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，三相半波可控整流电路，电阻负载，a a=60 时的波形时的波形a a30 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 。 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 322.2.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路aapw

26、wpapapcos17. 1cos263)(sin2321226562UUttdUUd2261322sin()1cos()22630.675 1cos()6dUUtdtUppapwwapppa 当当a a=0时，时，Ud最大，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，晶闸管导通角减小，此时有减小，此时有 (3-19)2.2.1 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正向电压等于变压

27、器二次相电晶闸管阳极与阴极间的最大正向电压等于变压器二次相电压的峰值，即压的峰值，即 342.2.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路RUIdd22245. 2632UUUURM22UUFM(3-20)(3-21)(3-22)352.2.1 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，整流电值很大，整流电流流id的波形基本是平直的波形基本是平直的，流过晶闸管的电流的，流过晶闸管的电流接近接近矩形波矩形波。 a a30 时，整流电时，整流电压波形与电阻负载时相压波形与电阻负载时相同。同。 a a30 时，当时，当u2过过零时，由于电感的存在，零时

28、，由于电感的存在，阻止电流下降，因而阻止电流下降，因而VT1继续导通，直到下继续导通，直到下一相晶闸管一相晶闸管VT2的触发的触发脉冲到来，才发生换流，脉冲到来，才发生换流，由由VT2导通向负载供电，导通向负载供电，同时向同时向VT1施加反压使施加反压使其关断。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362.2.1 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

29、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中负的部分可能减中负的部分可能减少，整流电压平均值少，整流电压平均值Ud略略为增加，如曲线为增加，如曲线3 所示。所示。acos17.12dUU03060901201501.17321a /( )Ud/U2图图2-16 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 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

30、峰值均为变压器二次线电压峰值，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流三相半波可控整流电路的主要缺点在于其变压器二次电流中含有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。372.2.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路ddTIIII577. 0312ddAVTIII368. 057. 1)(245. 2UUURMFM(3-23)(3-24)(3-25)382.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路原理图原理图 共阴极组晶闸管共阴极组晶闸管: （VT1，VT3，VT5）；）； 共阳极组晶闸管共阳极组

31、晶闸管: （VT4，VT6，VT2）。）。 共阴极组中与共阴极组中与a，b，c三相电源相接的三相电源相接的3个晶闸管个晶闸管分别为分别为VT1，VT3，VT5，共阳极组中与共阳极组中与a，b，c三相三相电源相接的电源相接的3个晶闸管分别个晶闸管分别为为VT4，VT6，VT2。 晶闸管的导通顺序为晶闸管的导通顺序为VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6。 图图3-18 三相桥式全控整流电路原理图三相桥式全控整流电路原理图392.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路带电阻负载时的工作情况带电阻负载时的工作情况 电路分析电路分析 从相电压波形看从相电压波形看 从线电压波形看从线电

32、压波形看 表表3-1 三相桥式全控整流电路电阻负载三相桥式全控整流电路电阻负载a a=0 时晶闸管工作情况时晶闸管工作情况402.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路wwwwu2ud1ud2u2Luduabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuaucubwt1OtOtOtOta = 0iVT1uVT1图图2-19 三相桥式全控整流电路带电阻负载三相桥式全控整流电路带电阻负载a a=0 时的波形时的波形a a=0 时时2.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路wwwwud1ud2a = 30iaOtOtOtO

33、tuduabuacuaubucwt1uabuacubcubaucaucbuabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuVT1图图3-20 三相桥式全控整流电路带电阻负载三相桥式全控整流电路带电阻负载a a=30 时的波形时的波形a a=30 时时2.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路wwwa = 60ud1ud2uduacuacuabuabuacubcubaucaucbuabuacuaubucOtwt1OtOtuVT1图图3-21 三相桥式全控整流电路带电阻负载三相桥式全控整流电路带电阻负载a a=60 时的波形时的波形a a=60 时时2.2.2 三相桥式全控整

34、流电路三相桥式全控整流电路ud1ud2uduaubucuaubwtOwtOwtOwtOwtOiaiduabuacubcubaucaucbuabuacubcubaiVT1图图3-22 三相桥式全控整流电路带电阻负载三相桥式全控整流电路带电阻负载a a=90 时的波形时的波形 a a=90 时时2.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路的一些特点三相桥式全控整流电路的一些特点 每个时刻均需每个时刻均需2个个晶闸管同时导通，形成向负载供电的晶闸管同时导通，形成向负载供电的回路，共阴极组的和共阳极组的回路，共阴极组的和共阳极组的各各1个个，且不能为同一相，且不能为同一相的

35、晶闸管。的晶闸管。 对触发脉冲的要求对触发脉冲的要求 6个晶闸管的脉冲按个晶闸管的脉冲按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，的顺序，相位依次差相位依次差60 。 共阴极组共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差的脉冲依次差120 ，共阳极，共阳极组组VT4、VT6、VT2也依次差也依次差120 。 同一相的上下两个桥臂，即同一相的上下两个桥臂，即VT1与与VT4，VT3与与VT6，VT5与与VT2，脉冲相差，脉冲相差180 。2.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路整流输出电压整流输出电压ud一周期一周期脉动脉动6次次，每次脉动的波形都一样，每次脉动的波形都一样

36、，故该电路为故该电路为6脉波整流电路脉波整流电路。在整流电路合闸启动过程中或电流断续时，为确保电路的在整流电路合闸启动过程中或电流断续时，为确保电路的正常工作，需保证同时导通的正常工作，需保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲个晶闸管均有脉冲 宽脉冲宽脉冲触发触发 ：使脉冲宽度大于：使脉冲宽度大于60 （一般取（一般取80 100 ） 双脉冲双脉冲触发触发 ：用两个窄脉冲代替宽脉冲，两个窄脉冲的：用两个窄脉冲代替宽脉冲，两个窄脉冲的前沿相差前沿相差60 ，脉宽一般为，脉宽一般为20 30 。 常用的是双脉冲触发。常用的是双脉冲触发。 晶闸管承受的电压波形与三相半波时相同，晶闸管承受最晶闸管承受的电压

37、波形与三相半波时相同，晶闸管承受最大正、反向电压的关系也一样。大正、反向电压的关系也一样。2.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路阻感负载时的工作情况阻感负载时的工作情况 电路分析电路分析 当当a a60 时时 ud波形连续，电路的工作情况与带电阻负载时十分相似，波形连续，电路的工作情况与带电阻负载时十分相似，各晶闸管的通断情况、输出整流电压各晶闸管的通断情况、输出整流电压ud波形、晶闸管承受的波形、晶闸管承受的电压波形等都一样。电压波形等都一样。 区别在于区别在于电流电流，当电感足够大的时候，当电感足够大的时候，id、iVT、ia的波的波形在导通段都可近似为一条水平线。形在导通段

38、都可近似为一条水平线。 a a=0 时的波形见时的波形见图图3-23，a a=30 时的波形见时的波形见图图3-24。 472.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路ud1u2ud2u2LudidwtOwtOwtOwtOuaa = 0ubucwt1uabuacubcubaucaucbuabuaciVT1图图3-23 三相桥式全控整流电路带阻感负载三相桥式全控整流电路带阻感负载a a=0 时的波形时的波形a a=0 时时482.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路ud1a = 30ud2uduabuacubcubaucaucbuabuacwtOwtOwtOwtOidiawt

39、1uaubuc图图3-24 三相桥式全控整流电路带阻感负载三相桥式全控整流电路带阻感负载a a=30 时的波形时的波形a a=30 时时当当a a60 时时 由于电感由于电感L的作用，的作用，ud波形会出现波形会出现负负的部分的部分。 a a=90 时的波形见时的波形见图图3-25。 49502.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路a = 90ud1ud2uacubcubaucaucbuabuacuabuduacuabuacwtOwtOwtOubucuawt1uVT1图图3-25 三相桥式整流电路带阻感负载，三相桥式整流电路带阻感负载，a a=90 时的波形时的波形a a=90 时

40、时基本数量关系基本数量关系 带电阻负载时三相桥式全控整流电路带电阻负载时三相桥式全控整流电路a a角的移相范围是角的移相范围是120 ，带阻感负载时，三相桥式全控整流电路的，带阻感负载时，三相桥式全控整流电路的a a角移相角移相范围为范围为90 。 整流输出电压平均值整流输出电压平均值 带阻感负载时，或带电阻负载带阻感负载时，或带电阻负载a a60 时时 带电阻负载且带电阻负载且a a60 时时 2.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路awwpapapcos34.2)(sin63123232UttdUUd)3cos(134. 2)(sin63232apwwppapUttdUUd(3

41、-26)(3-27)输出电流平均值为输出电流平均值为Id=Ud/R。变压器二次侧电流波形如图变压器二次侧电流波形如图3-23中所示，为正负半周各宽中所示，为正负半周各宽120 、前沿相差、前沿相差180 的矩形波，其有效值为：的矩形波，其有效值为： 晶闸管电压、电流等的定量分析与三相半波时一致。晶闸管电压、电流等的定量分析与三相半波时一致。三相桥式全控整流电路接三相桥式全控整流电路接反电势阻感负载反电势阻感负载时的时的Id为：为： 式中式中R和和E分别为负载中的电阻值和反电动势的值。分别为负载中的电阻值和反电动势的值。 2.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路2221222()0.

42、8162333ddddIIIIIppp REUIdd(3-28)(3-29)例：三相桥式全控整流电路，例：三相桥式全控整流电路，U2=100V，带电阻电感负载，带电阻电感负载，R=5，L值极大，当值极大，当a=60 时，要求：时，要求：（1）画出）画出ud、id和和iVT1的波形；的波形；（2）计算）计算Ud、Id、IdT和和IVT。2.3 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变压器漏感变压器漏感 实际上变压器绕组总有实际上变压器绕组总有漏感漏感，该漏感可用一个，该漏感可用一个集中的电感集中的电感LB表示，并将其折算到表示，并将其折算到变压器二次侧变压器二次侧。 由于电感对电流

43、的变化起阻碍作用，电感电流由于电感对电流的变化起阻碍作用，电感电流不能突变，因此不能突变，因此换相换相过程不能瞬间完成，而是会过程不能瞬间完成，而是会持续一段时间持续一段时间。 现以三相半波为例来分析，然后将其结论推广现以三相半波为例来分析，然后将其结论推广 假设负载中电感很大，假设负载中电感很大，负载电流为水平线负载电流为水平线。 4、换相过程持续的时间换相过程持续的时间用电角度用电角度 表示，称为表示，称为换换相重叠角相重叠角。 2.3 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udidwtOwtOiciaibiciaIduaubucaVT1到到VT2换相过程：换相过程：1、wt

44、1时刻触发时刻触发VT2， a，b两相短路。两相短路。2、形成环流，假想的。、形成环流，假想的。3、ib逐渐增大，逐渐增大，ia逐逐渐减小。渐减小。基本数量关系基本数量关系 换相过程中，整流输出电压瞬时值为换相过程中，整流输出电压瞬时值为 换相压降：与不考虑变压器漏感时相比，换相压降：与不考虑变压器漏感时相比，ud平均值降低平均值降低的多少，即的多少，即 2.3 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2ddddbabaduutiLutiLuukBkB556655dbdbbB66565BBB d06d13()d()()d()2 /32dd333d()d2d22dkIkkiUuutu

45、uLttiLtL iX Itppa a ppaapa pawwppwwppp (3-30)(3-31)572.3 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换相重叠角换相重叠角 由式（由式（3-30）得出：）得出： 由上式得：由上式得： 进而得出：进而得出： 当当 时，时， ，于是，于是 B2Bab2)65(sin62)(ddLtULuutikpw2Bd65sin ()d26kiUttXpww2256BB6655sin()d()coscos()2626tkUUitttXXwpappwwawawp65tdIik)cos(cos26B2daaXUI2dB62)cos(cosUIXaa(3

46、-32)(3-33)(3-34)(3-35)(3-36)582.3 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 随其它参数变化的规律：随其它参数变化的规律： Id越大则越大则 越大；越大； XB越大越大 越大；越大； 当当a a90 时，时，a a越小越小 越大。越大。其它整流电路的分析结果其它整流电路的分析结果 dU)cos(cosaadBIXpdB2IXpdB23IXpdB3IXpdB2ImXp2Bd2UXI2Bd22UXI2dB62UIX2dB62UIXmUXIpsin22Bd注：单相全控桥电路中，注：单相全控桥电路中，XB在一周期的两次换相中都起作用，等效为在一周期的两次换相

47、中都起作用，等效为m=4； 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，故其脉波整流电路，故其m=6，相电压按，相电压按 代入。代入。23U23U表表3-2 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 2.3 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变压器漏感对整流电路影响的一些结论变压器漏感对整流电路影响的一些结论: 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Ud降低。降低。 整流电路的工作状态增多。整流电路的工作状态增多。 晶闸管的晶闸管的di/dt减小，有利于晶闸管的安全开通，有时人减小，有利

48、于晶闸管的安全开通，有时人为串入进线电抗器以抑制晶闸管的为串入进线电抗器以抑制晶闸管的di/dt。 换相时晶闸管电压出现缺口，产生正的换相时晶闸管电压出现缺口，产生正的du/dt，可能使，可能使晶闸管误导通，为此必须加晶闸管误导通，为此必须加吸收电路吸收电路。 换相使电网电压出现缺口，成为换相使电网电压出现缺口，成为干扰源干扰源。例：三相桥式不可控整流电路，阻感负载，例：三相桥式不可控整流电路，阻感负载，R=5，L=，U2=220V，XB=0.3，求求Ud、Id、IVD、I2和和 的值并作出的值并作出ud、iVD和和i2的波形。的波形。解：三相桥式不可控整流电路相当于三相桥式可控整流电路解：三

49、相桥式不可控整流电路相当于三相桥式可控整流电路a a0时的情况。时的情况。 Ud2.34U2cosa aUd Ud3XBIdp p IdUdR 解方程组得：解方程组得： Ud2.34U2cosa a（13XB/p pR）486.9（V） Id97.38（A） 又又 =2 U2 即得出即得出 =0.892 换流重叠角换流重叠角 26.93 二极管电流和变压器二次测电流的有效值分别为二极管电流和变压器二次测电流的有效值分别为 IVDId397.38333.46（A） I2a Id79.51（A） ud、iVD1和和i2a的波形如的波形如图图3-27所示。所示。2.3 变压器漏感对整流电路的影响变压

50、器漏感对整流电路的影响acos)cos(aBdXI6cos322.3 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u2udiVD1wtOwtOwtOwtOuaubucwt1uabuacubcubaucaucbuabuaci2aIdId图图3-27 ud、iVD1和和i2a的波形的波形 2.4 电容滤波的不可控整流电路电容滤波的不可控整流电路2.4.1 电容电容滤波的单相不可控滤波的单相不可控整流电路整流电路2.4.2 电容滤波的三相不可控整流电路电容滤波的三相不可控整流电路 632.4 电容滤波的不可控整流电路电容滤波的不可控整流电路交交直直交变频器、不间断电源、开关电源交变频器、不间

51、断电源、开关电源等应用场合大都采用等应用场合大都采用不可控整流电路不可控整流电路。最常用的是最常用的是单相桥式单相桥式和和三相桥式三相桥式两种接法。两种接法。 由于电路中的电力电子器件采用由于电路中的电力电子器件采用整流二极管整流二极管，故也称这类电路为故也称这类电路为二极管整流电路二极管整流电路。642.4.1 电容滤波的单相不可控整流电路电容滤波的单相不可控整流电路主要的数量关系主要的数量关系 输出电压平均值输出电压平均值 空载空载时，时， 重载重载时，时，Ud逐渐趋近于逐渐趋近于0.9U2，即趋近于接近，即趋近于接近电阻负电阻负载载时的特性。时的特性。 在设计时根据负载的情况选择电容在设

52、计时根据负载的情况选择电容C值，值，使使 , 此时输出电压为：此时输出电压为： Ud1.2U2 (3-46) 电流平均值电流平均值 输出电流平均值输出电流平均值IR为：为： IR=Ud/R (3-47) Id=IR (3-48) 二极管电流二极管电流iD平均值为：平均值为：ID=Id/2=IR/2 (3-49) 二极管承受的电压二极管承受的电压 为变压器二次侧电压最大值，即为变压器二次侧电压最大值，即 。 652.4.1 电容滤波的单相不可控整流电路电容滤波的单相不可控整流电路22UUd2/53TRC22U2.4.1 电容滤波的单相不可控整流电路电容滤波的单相不可控整流电路a)b)u2udi2

53、0dqpwti2,u2,ud感容滤波的单相桥式不可控整流电路感容滤波的单相桥式不可控整流电路 实际应用中为了实际应用中为了抑制电流冲击抑制电流冲击，常在直流侧串入较小，常在直流侧串入较小的的电感电感。 ud波形更平直，电流波形更平直，电流i2的上升段平缓了许多，这对于电的上升段平缓了许多，这对于电路的工作是有利的。路的工作是有利的。2.4.2 电容滤波的三相不可控整流电路电容滤波的三相不可控整流电路uduuuOiaiddabac0dqwtpp3wtUd在（在（2.34U2 2.45U2）之间变化，负载加重到一定程）之间变化，负载加重到一定程度后度后Ud基本稳定在基本稳定在2.34U2不变。不变

54、。2.5 整流电路的谐波和功率因数整流电路的谐波和功率因数2.5.1 谐波和无功功率分析基础谐波和无功功率分析基础2.5.2 带阻感负载时可控整流电路交流侧谐带阻感负载时可控整流电路交流侧谐 波和功率因数分析波和功率因数分析2.5.3 电容滤波的不可控整流电路交流侧谐电容滤波的不可控整流电路交流侧谐波和功率因数分析波和功率因数分析2.5.4 整流输出电压和电流的谐波分析整流输出电压和电流的谐波分析 2.5 整流电路的谐波和功率因数整流电路的谐波和功率因数随着电力电子技术的发展，其应用日益广泛，由此带来的随着电力电子技术的发展，其应用日益广泛，由此带来的谐波谐波(harmonics)和和无功无功

55、(reactive power)问题日益严重，问题日益严重，引起了关注。引起了关注。无功的危害无功的危害 导致设备容量增加。导致设备容量增加。 使设备和线路的损耗增加。使设备和线路的损耗增加。 线路压降增大，冲击性负载使电压剧烈波动。线路压降增大，冲击性负载使电压剧烈波动。2.5 整流电路的谐波和功率因数整流电路的谐波和功率因数谐波的危害谐波的危害 降低发电、输电及用电设备的效率。降低发电、输电及用电设备的效率。 影响用电设备的正常工作。影响用电设备的正常工作。 引起电网局部的谐振，使谐波放大，加剧危害。引起电网局部的谐振，使谐波放大，加剧危害。 导致继电保护和自动装置的误动作。导致继电保护和

56、自动装置的误动作。 对通信系统造成干扰。对通信系统造成干扰。 谐波谐波 正弦波正弦波电压可表示为电压可表示为 式中式中U为电压有效值；为电压有效值； u为初相角；为初相角；w w为角频率。为角频率。 非正弦非正弦电压电压u(w wt)分解为如下形式的傅里叶级数分解为如下形式的傅里叶级数 2.5.1 谐波和无功功率分析基础谐波和无功功率分析基础)sin(2)(utUtuwutaantbntnnn()(cossin)www01式中式中pwwp200)(d)(21ttuapwwwp20)(dcos)(1ttntuanpwwwp20)(dsin)(1ttntubnn=1, 2, 3(3-54)utac

57、ntnnn()sin()ww01或或(3-56)(3-55)电流谐波总畸变率电流谐波总畸变率THDi分别定义为（分别定义为（Ih为总谐波电流有为总谐波电流有效值）效值） 722.5.1 谐波和无功功率分析基础谐波和无功功率分析基础基波（基波（fundamental）：频率与工频相同的分量。：频率与工频相同的分量。 谐波谐波：频率为基波频率大于：频率为基波频率大于1整数倍的分量。整数倍的分量。 谐波次数谐波次数：谐波频率和基波频率的整数比。：谐波频率和基波频率的整数比。 n次谐波电流含有率以次谐波电流含有率以HRIn表示表示 HRIIInn1100(%)(%)1001IITHDhi(3-57)(

58、3-58)2.5.1 谐波和无功功率分析基础谐波和无功功率分析基础功率因数功率因数 正弦电路正弦电路 有功功率就是其平均功率：有功功率就是其平均功率： pwp20cos)(21IUtiduP式中式中U、I分别为电压和电流的有效值，分别为电压和电流的有效值， 为电流滞后于电为电流滞后于电压的相位差。压的相位差。视在功率为：视在功率为：S=UI无功功率为：无功功率为：Q=UIsin (3-59)(3-60)(3-61)2.5.1 谐波和无功功率分析基础谐波和无功功率分析基础无功功率为：无功功率为：Q=UIsin 功率因数为：功率因数为： SP无功功率无功功率Q与有功功率与有功功率P、视在功率、视在

59、功率S之间的关系：之间的关系： 222QPS在正弦电路中，功率因数是由电压和电流的相位差在正弦电路中，功率因数是由电压和电流的相位差 决定的，其值为：决定的，其值为： =cos 2.5.1 谐波和无功功率分析基础谐波和无功功率分析基础11cosUIP 非正弦电路非正弦电路 有功功率为有功功率为功率因数为：功率因数为：式中式中I1为基波电流有效值，为基波电流有效值， 1为基波电流与电压的相位差。为基波电流与电压的相位差。11111coscoscosIIUIUISP式中，式中， =I1/I，即基波电流有效值和总电流有效值之比，即基波电流有效值和总电流有效值之比，称为称为基波因数基波因数，而，而co

60、s 1称为称为位移因数位移因数或或基波功率因数基波功率因数。 无功功率无功功率 定义很多，但尚无被广泛接受的科学而权威的定义。定义很多，但尚无被广泛接受的科学而权威的定义。 一般简单定义为（反映了能量的流动和交换）：一般简单定义为（反映了能量的流动和交换）： 2.5.1 谐波和无功功率分析基础谐波和无功功率分析基础11cosUIP 非正弦电路非正弦电路 有功功率为有功功率为功率因数为：功率因数为：式中式中I1为基波电流有效值，为基波电流有效值， 1为基波电流与电压的为基波电流与电压的相位差。相位差。11111coscoscosIIUIUISP式中，式中， =I1/I，即基波电流有效值和总电流有