电力电子课件_第3章交流-直流变换电路

1、第第3章章 交流交流-直流变换电路直流变换电路v本章要点本章要点v不同负载时，单相可控整流电路的结构、工作原不同负载时，单相可控整流电路的结构、工作原理、波形分析和数量关系理、波形分析和数量关系v不同负载时，三相可控整流电路的结构、工作原不同负载时，三相可控整流电路的结构、工作原理、波形分析和数量关系理、波形分析和数量关系v变压器漏抗对整流电路的影响变压器漏抗对整流电路的影响v触发电路的定相和同步触发电路的定相和同步3.1 单相可控整流电路单相可控整流电路3.1.1 单相半波可控整流电路（电阻性负载）单相半波可控整流电路（电阻性负载） 1、电路结构、电路结构 变压器变压器Tr起变换电压和隔离的

2、作用。起变换电压和隔离的作用。图图3-1 2、工作原理、工作原理 1）在电源电压正半波，晶闸管承受正向电压，在）在电源电压正半波，晶闸管承受正向电压，在t=处触发晶闸管，晶闸管开始导通；负载上的电处触发晶闸管，晶闸管开始导通；负载上的电压等于变压器输出电压压等于变压器输出电压u2。在。在t=时刻，电源电压时刻，电源电压过零，晶闸管电流小于维持电流而关断，负载电流过零，晶闸管电流小于维持电流而关断，负载电流为零。为零。 2）在电源电压负半波，）在电源电压负半波，uAK0，晶闸管承受反向，晶闸管承受反向电压而处于关断状态，负载电流为零，负载上没有电压而处于关断状态，负载电流为零，负载上没有输出电压

3、，直到电源电压输出电压，直到电源电压u2的下一周期。直流输出的下一周期。直流输出电压电压ud和负载电流和负载电流id的波形相位相同。的波形相位相同。3、波形情况、波形情况1）图）图3-1（b）给出了直流输出电压）给出了直流输出电压ud和和晶闸管晶闸管两端电压两端电压uT的理论分析波形，其中负载电流的理论分析波形，其中负载电流id和和ud的波形相位相同。的波形相位相同。2）图）图(a)、(b)、(c)、(d)是是=30、60、90、120电阻性负载时的仿真和实验波形。电阻性负载时的仿真和实验波形。 v改变触发角改变触发角的大小，直流输出电压的大小，直流输出电压ud的波形发生的波形发生变化，负载上

4、输出电压平均值发生变化，显然变化，负载上输出电压平均值发生变化，显然=180时，时，Ud=0。由于晶闸管只在电源电压正半。由于晶闸管只在电源电压正半波内导通，输出电压波内导通，输出电压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，故称脉动直流，故称“半波半波”整流。整流。 0300600900120 几个名词：几个名词： （1）触发角）触发角与导通角与导通角v触发角触发角也称触发延迟角或控制角，是指晶闸管从承受正也称触发延迟角或控制角，是指晶闸管从承受正向电压开始到导通时止之间的电角度。向电压开始到导通时止之间的电角度。v导通角导通角，是指晶闸管在一周期内处于通态的电角度。，是

5、指晶闸管在一周期内处于通态的电角度。（2） 移相与移相范围移相与移相范围v移相是指改变触发脉冲移相是指改变触发脉冲ug出现的时刻，即改变控制角出现的时刻，即改变控制角的的大小。大小。v移相范围是指触发脉冲移相范围是指触发脉冲ug的移动范围，它决定了输出电压的移动范围，它决定了输出电压的变化范围。单相半波可控整流器电阻性负载时的移相范的变化范围。单相半波可控整流器电阻性负载时的移相范围是围是0180。 4、基本数量关系、基本数量关系v1）直流输出电压平均值）直流输出电压平均值Ud:v2）输出电流平均值）输出电流平均值Id:2cos145. 02cos12 dsin221222dUUttUU2co

6、s10.45 2ddRURUIv3）负载电压有效值）负载电压有效值U:4）负载电流有效值）负载电流有效值I:22sin41 d2sin22122UttUU22sin412RURUI 5）晶闸管电流有效值和变压器二次侧电流有效值）晶闸管电流有效值和变压器二次侧电流有效值v单相半波可控整流器中，负载、晶闸管和变压器二单相半波可控整流器中，负载、晶闸管和变压器二次侧流过相同的电流，故其有效值相等，即：次侧流过相同的电流，故其有效值相等，即：22sin4122TRUIII6）功率因数）功率因数cosv整流器功率因数是变压器二次侧有功功率与视在整流器功率因数是变压器二次侧有功功率与视在功率的比值功率的比

7、值式中式中 P变压器二次侧有功功率，变压器二次侧有功功率，P=UI=I2R S变压器二次侧视在功率，变压器二次侧视在功率，S=U2I2 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UTM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Um是相电压峰值。是相电压峰值。22sin41cos222IUUISP2TM2UU3.1.2 单相半波可控整流电路（阻感性负载）单相半波可控整流电路（阻感性负载） 1、电路的结构、电路的结构v阻感性负载的等效电路可用一个电感和电阻的串联电路来表阻感性负载的等效电路可用一个电感和电阻的串联电路来表示。示。图图3-2 2、工作原理、工作原理 （1）在

8、）在t=0期间：晶闸管阳期间：晶闸管阳-阴极间的电压阴极间的电压uAK大于零，大于零，此时没有触发信号，晶闸管处于正向关断状态，输出电压、此时没有触发信号，晶闸管处于正向关断状态，输出电压、电流都等于零。电流都等于零。 （2）在）在t=时刻，门极加触发信号，晶闸管触发导通，电时刻，门极加触发信号，晶闸管触发导通，电源电压源电压u2加到负载上，输出电压加到负载上，输出电压ud= u2 。由于电感的存在，。由于电感的存在，负载电流负载电流id只能从零按指数规律逐渐上升。只能从零按指数规律逐渐上升。 （3）在）在t=t1 t2期间：输出电流期间：输出电流id 从零增至最大值。在从零增至最大值。在id

9、的增长过程中，电感产生的感应电势力图限制电流增大，的增长过程中，电感产生的感应电势力图限制电流增大，电源提供的能量一部分供给负载电阻，一部分为电感的储电源提供的能量一部分供给负载电阻，一部分为电感的储能。能。 （4）在）在t=t2 t3期间：负载电流从最大值开始下期间：负载电流从最大值开始下降，电感电压改变方向，电感释放能量，企图维持降，电感电压改变方向，电感释放能量，企图维持电流不变。电流不变。（5）在）在t=时，交流电压时，交流电压u2过零，由于感应电压的过零，由于感应电压的存在，晶闸管阳极、阴极间的电压存在，晶闸管阳极、阴极间的电压uAK仍大于零，晶仍大于零，晶闸管继续导通，此时电感储存

10、的磁能一部分释放变闸管继续导通，此时电感储存的磁能一部分释放变成电阻的热能，另一部分磁能变成电能送回电网，成电阻的热能，另一部分磁能变成电能送回电网，电感的储能全部释放完后，晶闸管在电感的储能全部释放完后，晶闸管在u2 反压作用下反压作用下而截止。直到下一个周期的正半周，即而截止。直到下一个周期的正半周，即t=2+时，时，晶闸管再次被触发导通，如此循环不已。晶闸管再次被触发导通，如此循环不已。 0603、波形情况、波形情况输出电压、电流及元件的电压波形如图输出电压、电流及元件的电压波形如图3-2(b)所示。下图给所示。下图给出了出了 时单相半波整流电路带阻时单相半波整流电路带阻-感性负载、大电

11、感负载时感性负载、大电感负载时的负载电压、电流和晶闸管两端电压的仿真波形。的负载电压、电流和晶闸管两端电压的仿真波形。 (a) 阻-感性负载 (b) 大电感负载v直流输出电压平均值直流输出电压平均值Ud为为v从从Ud的波形可以看出，由于电感的存在，电源电的波形可以看出，由于电感的存在，电源电压由正到负过零点也不会关断，输出电压出现了压由正到负过零点也不会关断，输出电压出现了负波形，输出电压和电流的平均值减小；当大电负波形，输出电压和电流的平均值减小；当大电感负载时输出电压正负面积趋于相等，输出电压感负载时输出电压正负面积趋于相等，输出电压平均值趋于零，则平均值趋于零，则id也很小。所以，实际的

12、大感也很小。所以，实际的大感电路中，常常在负载两端并联一个续流二极管。电路中，常常在负载两端并联一个续流二极管。)(sin2212ttdUUd3.1.3 单相半波可控整流电路（阻感性负载加单相半波可控整流电路（阻感性负载加续流二极管）续流二极管） 1、电路结构、电路结构v电感性负载加电感性负载加v续流二极管的续流二极管的v电路如图所示。电路如图所示。图图3-3 2、工作原理、工作原理v1）在电源电压正半波，电压）在电源电压正半波，电压u20，晶闸管，晶闸管uAK0。在。在t=处触发晶闸管，使其导通，形成负载电流处触发晶闸管，使其导通，形成负载电流id，负载上，负载上有输出电压和电流，此间续流二

13、极管有输出电压和电流，此间续流二极管VD承受反向阳极电承受反向阳极电压而关断。压而关断。v2）在电源电压负半波，电感感应电压使续流二极管）在电源电压负半波，电感感应电压使续流二极管VD导导通续流，此时电压通续流，此时电压u2 0， u2通过续流二极管通过续流二极管VD使晶闸使晶闸管承受反向电压而关断，负载两端的输出电压为续流二极管承受反向电压而关断，负载两端的输出电压为续流二极管的管压降，如果电感足够大，续流二极管一直导通到下管的管压降，如果电感足够大，续流二极管一直导通到下一周期晶闸管导通，使一周期晶闸管导通，使id连续，且连续，且id波形近似为一条直线。波形近似为一条直线。3、波形、波形0

14、30060 0120090 0150v电感性负载加续流二极管后，输出电压波形与电电感性负载加续流二极管后，输出电压波形与电阻性负载波形相同，续流二极管可起到提高输出阻性负载波形相同，续流二极管可起到提高输出电压的作用。在大电感负载时负载电流波形连续电压的作用。在大电感负载时负载电流波形连续且近似一条直线，流过晶闸管的电流波形和流过且近似一条直线，流过晶闸管的电流波形和流过续流二极管的电流波形是矩形波。续流二极管的电流波形是矩形波。v对于电感性负载加续流二极管的单相半波可控整对于电感性负载加续流二极管的单相半波可控整流器移相范围与单相半波可控整流器电阻性负载流器移相范围与单相半波可控整流器电阻性

15、负载相同，为相同，为0180，且有，且有+=180。 4、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Ud 2）输出电流平均值输出电流平均值Id2cos145. 02cos122 dsin22212dUUttUU2cos10.45 2ddRURUI 3）晶闸管的电流平均值晶闸管的电流平均值IdT 4）晶闸管的电流有效值）晶闸管的电流有效值ITd2-dTIId2)(2d21TItdII 5）续流二极管的电流平均值续流二极管的电流平均值IdD 6）续流二极管的电流）续流二极管的电流有效值有效值ID 7）晶闸管和续流二极管承受的最大正反向电压晶闸管和续流二极管承受的最大正反向电压

16、晶闸管和续流二极管承受的最大正反向电压均为电晶闸管和续流二极管承受的最大正反向电压均为电源电压的峰值。源电压的峰值。 ddD2IId02dD2)(21ItdII2TM2UUv单相半波可控整流器的优点是电路简单，调整方单相半波可控整流器的优点是电路简单，调整方便，容易实现。但整流电压脉动大，每周期脉动便，容易实现。但整流电压脉动大，每周期脉动一次。变压器二次侧流过单方向的电流，存在直一次。变压器二次侧流过单方向的电流，存在直流磁化、利用率低的问题，为使变压器不饱和，流磁化、利用率低的问题，为使变压器不饱和，必须增大铁心截面，这样就导致设备容量增大。必须增大铁心截面，这样就导致设备容量增大。 3.

17、1.4 单相桥式全控整流电路（电阻性负载）单相桥式全控整流电路（电阻性负载）v1 1、电路结构、电路结构v用四个晶闸管，两只晶闸管接成共阴极，两只晶闸管接成用四个晶闸管，两只晶闸管接成共阴极，两只晶闸管接成共阳极，每一只晶闸管是一个桥臂。共阳极，每一只晶闸管是一个桥臂。 图图2-8 2、工作原理工作原理 1）在）在u2正半波的（正半波的（0）区间：）区间：v晶闸管晶闸管VT1、VT4承受正压，但无触发脉冲。四个晶闸管都不通。承受正压，但无触发脉冲。四个晶闸管都不通。假设四个晶闸管的漏电阻相等，则假设四个晶闸管的漏电阻相等，则uT1.4= uT2.3=1/2 u2。 2）在）在u2正半波的正半波

18、的t=时刻：时刻：v触发晶闸管触发晶闸管VT1、VT4使其导通。电流沿使其导通。电流沿 aVT1RVT4bTr的二次绕组的二次绕组a流通，负载上有电压流通，负载上有电压（ud=u2）和电流输出，两者波形相位相同且）和电流输出，两者波形相位相同且uT1.4=0。此时电源。此时电源电压反向施加到晶闸管电压反向施加到晶闸管VT2、VT3上，使其承受反压而处于关断上，使其承受反压而处于关断状态，则状态，则uT2.3=1/2u2。晶闸管。晶闸管VT1、VT4直导通到直导通到t=止，此止，此时因电源电压过零，晶闸管阳极电流下降为零而关断。时因电源电压过零，晶闸管阳极电流下降为零而关断。 3）在）在u2负半

19、波的（负半波的（+）区间：）区间：v晶闸管晶闸管VT2、VT3承受正压，因无触发脉冲，承受正压，因无触发脉冲，VT2、VT3处处于关断状态。此时，于关断状态。此时，uT2.3=uT1.4= 1/2 u2。 4）在）在u2负半波的负半波的t=+时刻：时刻：v触发晶闸管触发晶闸管VT2、VT3，元件导通，电流沿，元件导通，电流沿vbVT3RVT2aTr的二次绕组的二次绕组b流通，电源电压沿流通，电源电压沿正半周期的方向施加到负载电阻上，负载上有输出电压正半周期的方向施加到负载电阻上，负载上有输出电压（ud=-u2）和电流，且波形相位相同。此时电源电压反向加）和电流，且波形相位相同。此时电源电压反向

20、加到晶闸管到晶闸管VT1、VT4上，使其承受反压而处于关断状态。晶上，使其承受反压而处于关断状态。晶闸管闸管VT2、VT3一直要导通到一直要导通到t=2为止，此时电源电压再次为止，此时电源电压再次过零，晶闸管阳极电流也下降为零而关断。晶闸管过零，晶闸管阳极电流也下降为零而关断。晶闸管VT1、VT4和和VT2、VT3在对应时刻不断周期性交替导通、关断。在对应时刻不断周期性交替导通、关断。 3、波形、波形030060 (a) 01200900150 v单相桥式整流器电阻性负载时的移相范围是单相桥式整流器电阻性负载时的移相范围是0180。=0时，输出电压最高；时，输出电压最高；=180时，输出电压最

21、小。时，输出电压最小。晶闸管承受最大正反向电压晶闸管承受最大正反向电压Um是相电压峰值。是相电压峰值。v负载上正负两个半波内均有相同方向的电流流过，负载上正负两个半波内均有相同方向的电流流过，从而使直流输出电压、电流的脉动程度较前述单相从而使直流输出电压、电流的脉动程度较前述单相半波得到了改善。变压器二次绕组在正、负半周内半波得到了改善。变压器二次绕组在正、负半周内均有大小相等、方向相反的电流流过，从而改善了均有大小相等、方向相反的电流流过，从而改善了变压器的工作状态，并提高了变压器的有效利用率。变压器的工作状态，并提高了变压器的有效利用率。 4. 基本数量关系基本数量关系 1）输出电压平均值

22、输出电压平均值Ud 2 2）输出电流平均值）输出电流平均值Id为为2cos19 . 02cos122 dsin21222dUUttUU2cos19 . 02ddRURUI 3）输出电压有效值输出电压有效值U 4）输出电流有效值输出电流有效值I与变压器二次侧电流与变压器二次侧电流I2 输出电流有效值输出电流有效值I与变压器二次侧电流与变压器二次侧电流I2相同为相同为 2sin21dsin22122UttUU2sin2122RURUII 5）晶闸管的电流平均值晶闸管的电流平均值IdT 6）晶闸管）晶闸管电流有效值电流有效值IT 7） 功率因数功率因数cosv显然功率因数与显然功率因数与相关，相关，

23、=0 时，时，cos=1。 ddT21II22T2122sin41IRUI2sin21cos2IUUISP22U2/2U8）晶闸管承受的最大反向电压是相电压峰值的）晶闸管承受的最大反向电压是相电压峰值的承受的最大正向电压是承受的最大正向电压是 3.1.5 单相桥式全控整流电路（单相桥式全控整流电路（阻-感性负载）性负载） 1 1、电路结构、电路结构 电感的感应电势使输出电压波形出现负波。输出电流是近似电感的感应电势使输出电压波形出现负波。输出电流是近似平直的，晶闸管和变压器副边的电流为矩形波。平直的，晶闸管和变压器副边的电流为矩形波。 图图3-6 2、工作原理、工作原理 1）在）在u2正半波的

24、（正半波的（0）区间：）区间：v晶闸管晶闸管VT1、VT4承受正压，但无触发脉冲，处于关断状态。承受正压，但无触发脉冲，处于关断状态。假设电路已工作在稳定状态，则在假设电路已工作在稳定状态，则在0区间由于电感释放区间由于电感释放能量，晶闸管能量，晶闸管VT2、VT3维持导通。维持导通。 2）在）在u2正半波的正半波的t=时刻及以后：时刻及以后：v在在t=处触发晶闸管处触发晶闸管VT1、VT4使其导通，电流沿使其导通，电流沿aVT1LRVT4bTr的二次绕组的二次绕组a流通，此时流通，此时负载上有输出电压（负载上有输出电压（ud=u2）和电流。电源电压反向加到晶）和电流。电源电压反向加到晶闸管闸

25、管VT2、VT3上，使其承受反压而处于关断状态。上，使其承受反压而处于关断状态。 3）在）在u2负半波的（负半波的（+）区间：）区间：v当当t=时，电源电压自然过零，感应电势使晶闸管时，电源电压自然过零，感应电势使晶闸管VT1、VT4继续导通。在电压负半波，晶闸管继续导通。在电压负半波，晶闸管VT2、VT3承受正压，承受正压，因无触发脉冲，因无触发脉冲，VT2、VT3处于关断状态。处于关断状态。 4）在）在u2负半波的负半波的t=+时刻及以后：时刻及以后：v在在t=+处触发晶闸管处触发晶闸管VT2、VT3使其导通，电流沿使其导通，电流沿bVT3LRVT2aTr的二次绕组的二次绕组b流通，电源电

26、流通，电源电压沿正半周期的方向施加到负载上，负载上有输出电压压沿正半周期的方向施加到负载上，负载上有输出电压 （ud=-u2）和电流。此时电源电压反向加到）和电流。此时电源电压反向加到VT1、VT4上，使上，使其承受反压而变为关断状态。晶闸管其承受反压而变为关断状态。晶闸管VT2、VT3一直要导通一直要导通到下一周期到下一周期t=2+处再次触发晶闸管处再次触发晶闸管VT1、VT4为止。为止。 3、 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Ud 2）输出电流平均值输出电流平均值Id cos9 . 0cos22 dsin21222dUUttUURUIdd 3）晶闸管的电流平均值晶

27、闸管的电流平均值IdTv由于晶闸管轮流导电，所以流过每个晶闸管的平由于晶闸管轮流导电，所以流过每个晶闸管的平均电流只有负载上平均电流的一半。均电流只有负载上平均电流的一半。 4）晶闸管的电流有效值晶闸管的电流有效值IT 与通态平均电流与通态平均电流 IT(A V) ddT21IIdT21II)25 . 1 (57. 1TT(AV)II 5 5）变压器副边电流）变压器副边电流I2 dT22III6）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UTM=22U 4、波形、波形030060 01200900150 v从波形可以看出从波形可以看出90 输出电压波形正负面积相输出电压波形正负面积

28、相同，平均值为零，所以移相范围是同，平均值为零，所以移相范围是090 。控制。控制角角在在090 之间变化时，晶闸管导通角之间变化时，晶闸管导通角，导通角导通角与控制角与控制角无关。无关。 3.1.6 单相桥式全控整流电路（反电势负载）单相桥式全控整流电路（反电势负载） 1、电阻性反电势负载的情况、电阻性反电势负载的情况 当整流电压的瞬时值当整流电压的瞬时值ud小于反电势小于反电势E 时，晶闸管承时，晶闸管承受反压而关断，这使得晶闸管导通角减小。晶闸管受反压而关断，这使得晶闸管导通角减小。晶闸管导通时，导通时，ud=u2， 晶闸管关断时，晶闸管关断时，ud=E。与电阻负载相比晶闸管提前。与电阻

29、负载相比晶闸管提前了电角度了电角度停止导电，停止导电，称作停止导电角。称作停止导电角。 22arcsinUEREuiddv若若 时，触发脉冲到来时，晶闸管承受负电压，时，触发脉冲到来时，晶闸管承受负电压，不可能导通。为了使晶闸管可靠导通，要求触发脉不可能导通。为了使晶闸管可靠导通，要求触发脉冲有足够的宽度，保证当晶闸管开始承受正电压时，冲有足够的宽度，保证当晶闸管开始承受正电压时，触发脉冲仍然存在。这样，相当于触发角被推迟，触发脉冲仍然存在。这样，相当于触发角被推迟，即即= =。 2、阻、阻-感性反电势负载的情况感性反电势负载的情况v若负载为直流电动机时，此时负载性质为反电动势若负载为直流电动

30、机时，此时负载性质为反电动势电感性负载，电感不足够大，输出电流波形仍然断电感性负载，电感不足够大，输出电流波形仍然断续。在负载回路串接平波电抗器可以减小电流脉动，续。在负载回路串接平波电抗器可以减小电流脉动，如果电感足够大，电流就能连续，在这种条件下其如果电感足够大，电流就能连续，在这种条件下其工作情况与电感性负载相同。工作情况与电感性负载相同。v单相全控桥式整流器主要适用于单相全控桥式整流器主要适用于4kW左右的应用场左右的应用场合，与单相半波可控整流器相比，整流电压脉动减合，与单相半波可控整流器相比，整流电压脉动减小，每周期脉动两次。变压器二次侧流过正反两个小，每周期脉动两次。变压器二次侧

31、流过正反两个方向的电流，不存在直流磁化，利用率高。方向的电流，不存在直流磁化，利用率高。 3.1.7 单相桥式半控整流电路（单相桥式半控整流电路（阻阻-感性负载、感性负载、不带续流二极管不带续流二极管） 单相桥式全控整流电路中，每个工作区间有两单相桥式全控整流电路中，每个工作区间有两个晶闸管导通，每个导电回路由两个晶闸管同时个晶闸管导通，每个导电回路由两个晶闸管同时控制。实际上，对单个导电回路进行控制，只需控制。实际上，对单个导电回路进行控制，只需一个晶闸管就可以了。为此，在每个导电回路中，一个晶闸管就可以了。为此，在每个导电回路中，一个仍用晶闸管进行控制，另一个则用大功率整一个仍用晶闸管进行

32、控制，另一个则用大功率整流二极管代替，从而简化了整个电路。把全控桥流二极管代替，从而简化了整个电路。把全控桥中的晶闸管中的晶闸管VT2，VT4换成二极管换成二极管VD2，VD4即成即成为单相桥式半控整流电路。为单相桥式半控整流电路。 电阻性负载时的有关波形如图所示电阻性负载时的有关波形如图所示.030060 电阻负载0900120 电阻负载 1、单相桥式半控整流电路结构、单相桥式半控整流电路结构 （阻阻感性负载、感性负载、不带续流二极管）不带续流二极管）v在单相桥式全控整流电路中，每个工作区间有两在单相桥式全控整流电路中，每个工作区间有两个晶闸管导通，每个导电回路由两个晶闸管同时个晶闸管导通，

33、每个导电回路由两个晶闸管同时控制。实际上，对单个导电回路进行控制，只需控制。实际上，对单个导电回路进行控制，只需一个晶闸管就可以了。为此，在每个导电回路中，一个晶闸管就可以了。为此，在每个导电回路中，一个仍用晶闸管进行控制，另一个则用大功率整一个仍用晶闸管进行控制，另一个则用大功率整流二极管代替，从而简化了整个电路。把全控桥流二极管代替，从而简化了整个电路。把全控桥中的晶闸管中的晶闸管VT2，VT4换成二极管换成二极管VD2，VD4即成即成为单相桥式半控整流电路，如下图为单相桥式半控整流电路，如下图a所示。所示。 单相桥式半控整流电路带大电感负载时的电路原理图和电压、电流波形单相桥式半控整流电

34、路带大电感负载时的电路原理图和电压、电流波形 图图3-8 3、电路波形、电路波形030060 01200900150 3.1.8、单相桥式半控整流电路（带续流二极管）、单相桥式半控整流电路（带续流二极管）v（1）电路结构和工作原理）电路结构和工作原理v单相桥式半控整流电路（带续流二极管）的电路和电压、单相桥式半控整流电路（带续流二极管）的电路和电压、电流波形如下图所示。电流波形如下图所示。图图3-9v接上续流二极管后，当电源电压降到零时，负载电流经续流接上续流二极管后，当电源电压降到零时，负载电流经续流二极管续流，使桥路直流输出端只有二极管续流，使桥路直流输出端只有1V左右的压降，迫使晶左右的

35、压降，迫使晶闸管与二极管串联电路中的电流减小到维持电流以下，使晶闸管与二极管串联电路中的电流减小到维持电流以下，使晶闸管关断，这样就不会出现失控现象了闸管关断，这样就不会出现失控现象了改进接法如下图改进接法如下图a所示，相当于把全控桥中的所示，相当于把全控桥中的VT3和和VT4换成换成二极管二极管VD3和和VD4，这样可省去续流二极管，续流由，这样可省去续流二极管，续流由VD3和和VD4实现。即使不外接续流二极管，电路也不会出现失控现实现。即使不外接续流二极管，电路也不会出现失控现象。但两个晶闸管阴极电位不同，象。但两个晶闸管阴极电位不同，VT1和和VT2触发电路要隔触发电路要隔离。这种电路的

36、电流和电压波形如下图离。这种电路的电流和电压波形如下图b所示。所示。图图3-103.2 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路3.2.1 三相半波可控整流电路（电阻性负载）三相半波可控整流电路（电阻性负载） 1、电路结构、电路结构v为得到零线，变压器二次绕组为星形。为给三次为得到零线，变压器二次绕组为星形。为给三次谐波提供通路，变压器一次绕组接成三角形。三谐波提供通路，变压器一次绕组接成三角形。三个晶闸管的阴极连在一起，为共阴极接法。个晶闸管的阴极连在一起，为共阴极接法。 图图3-112、工作原理、工作原理 （1）在）在t1t2区间区间v有有uuuv、uuuw，u相电压最高，相电压最高，VT

37、1承受正压。在承受正压。在t1时时刻触发刻触发VT1使其导通，导通角使其导通，导通角120，输出电压，输出电压uduu。其。其它两个晶闸管承受反压而不导通。它两个晶闸管承受反压而不导通。VT1的电流的电流iT1与变压器二与变压器二次侧次侧u相电流波形相同，大小相等。相电流波形相同，大小相等。（2）在）在t2t3区间区间v有有uvuu ，v相电压最高，相电压最高，VT2承受正压。在承受正压。在t2时刻触发时刻触发VT2使其导通，使其导通，uduv。VT1两端电压两端电压uT1=uu-uv= uuv0，晶，晶闸管闸管VT1承受反压关断。承受反压关断。v在在t2时刻发生的由一相晶闸管导通转换为另一相

38、晶闸管导时刻发生的由一相晶闸管导通转换为另一相晶闸管导通的过程称为换流。通的过程称为换流。（3）在）在t3t4区间区间v有有uw uv，w相电压最高，相电压最高，VT3承受正压。在承受正压。在t3时刻触发时刻触发VT3使其导通，使其导通，uduw。VT2两端电压两端电压uT2= uv-uw=uvw0，晶闸管，晶闸管VT2承受反压关断。在承受反压关断。在VT3导通期间导通期间VT1两端电压两端电压uT1= uu-uw=uuw0。这。这样在一个周期内，样在一个周期内，VT1只导通只导通120度，在其余度，在其余240度时间承受反压而处于关断状态。度时间承受反压而处于关断状态。 3、电路波形、电路波

39、形1）理论波形）理论波形电阻性负载电阻性负载=30 时的输出电流、电压波形时的输出电流、电压波形v=30是输出电压、电流连续和断续的临界点。是输出电压、电流连续和断续的临界点。 图图3-12电阻性负载电阻性负载=60 时的输出电流、电压波形时的输出电流、电压波形图图3-13显然，显然，=150时输出电压为零，所以三相半波整时输出电压为零，所以三相半波整流电路电阻性负载的移相范围是流电路电阻性负载的移相范围是0150。从波形可看出：晶闸管承受的最大正压是变压器从波形可看出：晶闸管承受的最大正压是变压器二次相电压的峰值，二次相电压的峰值，UFM = U2；晶闸管承受的；晶闸管承受的最大反压是二次线

40、电压的峰值，最大反压是二次线电压的峰值，URM= U2 = U2。在选择晶闸管的额定电压时，应考虑。在选择晶闸管的额定电压时，应考虑到承受最大反向电压的峰值情况。到承受最大反向电压的峰值情况。 2）仿真和实验波形）仿真和实验波形236200030 060090 任一时刻，只有承受最高压的晶闸管才能导通，任一时刻，只有承受最高压的晶闸管才能导通，输出电压输出电压ud是是相电压波形的一部分，每周期脉动相电压波形的一部分，每周期脉动三次，是三相电源相电压正半波完整的包络线，三次，是三相电源相电压正半波完整的包络线，输出电流输出电流id与电压与电压ud波形相同、相位相同。波形相同、相位相同。v从图中还

41、可看出：电阻性负载从图中还可看出：电阻性负载=0 时，时，VT1在在VT2、VT3导通时仅受反压，随着导通时仅受反压，随着的增加，晶闸的增加，晶闸管承受正向电压增加，其它两个晶闸管承受的电管承受正向电压增加，其它两个晶闸管承受的电压波形相同，仅相位依次相差压波形相同，仅相位依次相差120。增大。增大，则，则整流电压相应减小。整流电压相应减小。 4、数量关系数量关系 （1）输出电压平均值输出电压平均值Ud =30是是ud波形连续和断续的分界点。计算输出电压平均值波形连续和断续的分界点。计算输出电压平均值Ud时应分两种情况进行。时应分两种情况进行。 1）30时时 2）30时时 656cos17.

42、1)(sin23/2122dUttdUU)6/cos(1 675. 0)(sin23/2122d6UttdUU（2） 输出电流平均值输出电流平均值Id（3）晶闸管电流平均值晶闸管电流平均值IdT（4）晶闸管电流有效值晶闸管电流有效值IT 1) 30时时 2) 30时时 2sin412cos4365212)(2sin22216TRUtddRtUI2cos233221)(2sin22212T656RUtddRtUIddT31IIRUIdd5、电路（电阻性负载）特点、电路（电阻性负载）特点（1）=0时，整流电压最大；增大时，整流电压最大；增大时，波形的面积减小，即时，波形的面积减小，即整流电压减小；

43、当整流电压减小；当=150时，整流电压为零。电阻性负载控时，整流电压为零。电阻性负载控制角制角的移相范围为的移相范围为150。（2）当）当30时，负载电流连续，每个晶闸管在一个周期中持时，负载电流连续，每个晶闸管在一个周期中持续导通续导通 ；当；当30时，负载电流断续，晶闸管的导通角时，负载电流断续，晶闸管的导通角为为 。（3）流过晶闸管的电流等于变压器的副边电流。）流过晶闸管的电流等于变压器的副边电流。（4）晶闸管承受的最大电压（反向）是变压器二次线电压的）晶闸管承受的最大电压（反向）是变压器二次线电压的峰值峰值 U2。承受的正向电压是变压器二次相电压。承受的正向电压是变压器二次相电压。 （

44、5）输出整流电压）输出整流电压ud的脉动频率为的脉动频率为3倍的电源频率。倍的电源频率。0120015063.2.2 三相半波可控整流电路（阻三相半波可控整流电路（阻-感性负载）感性负载）1、电路结构、电路结构三相半波可控整流电路（电感性负载）及波形（三相半波可控整流电路（电感性负载）及波形（ =60度）度） 图图3-142、工作原理、工作原理v当当30 时，相邻两相的换流是在原导通相的交流电压过零时，相邻两相的换流是在原导通相的交流电压过零变负之前，工作情况与电阻性负载同。由于负载电感的储变负之前，工作情况与电阻性负载同。由于负载电感的储能作用，电流能作用，电流id波形近似平直，晶闸管中分别

45、流过幅度波形近似平直，晶闸管中分别流过幅度Id、宽度宽度120的矩形波电流，导通角的矩形波电流，导通角=120。v当当30 时，假设时，假设=60，VT1已经导通，在已经导通，在u相交流电压相交流电压过零变负后，由于未到过零变负后，由于未到VT2的触发时刻，的触发时刻，VT2未导通，在负未导通，在负载电感作用下载电感作用下VT1继续导通，输出电压继续导通，输出电压ud0，直到，直到VT2 被被触发导通，触发导通，VT1承受反压而关断，输出电压承受反压而关断，输出电压uduv，然后重，然后重复复u相的过程。相的过程。v当当=90时输出电压为零，三相半波整流电路阻感性负载时输出电压为零，三相半波整

46、流电路阻感性负载（电流连续）的移相范围是（电流连续）的移相范围是090。3、电路波形、电路波形00030 060090 4、数量关系数量关系 1）输出电压平均值输出电压平均值 由于由于ud波形连续，所以计算输出电压波形连续，所以计算输出电压Ud时只需一个计算时只需一个计算公式公式 2）输出电流平均值输出电流平均值 cos217. 1)(sin223/21656dUttdUUcos17. 12dRUI 3）晶闸管电流平均值晶闸管电流平均值 4）晶闸管电流有效值（和变压器二次电流有效晶闸管电流有效值（和变压器二次电流有效值相等）值相等） v 5）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

47、 ddT31IIdd2T577. 031IIIITMU22RMFM632UUUU= 3.2.3 三相半波共阳极可控整流电路三相半波共阳极可控整流电路v把三只晶闸管的阳极接成公共端连在一起就构成把三只晶闸管的阳极接成公共端连在一起就构成了共阳极接法的三相半波可控整流电路，由于阴了共阳极接法的三相半波可控整流电路，由于阴极不同电位，要求三相的触发电路必须彼此绝缘。极不同电位，要求三相的触发电路必须彼此绝缘。由于晶闸管只有在阳极电位高于阴极电位时才能由于晶闸管只有在阳极电位高于阴极电位时才能导通，因此晶闸管只在相电压负半周被触发导通，导通，因此晶闸管只在相电压负半周被触发导通，换相总是换到阴极更负的

48、那一相。换相总是换到阴极更负的那一相。v下图是共阳极接法的三相半波可控整流电路和下图是共阳极接法的三相半波可控整流电路和=30时的工作波形。时的工作波形。 v三相半波可控整流电路共阳极接法及波形三相半波可控整流电路共阳极接法及波形 图图3-153.3 三相全控桥式整流电路三相全控桥式整流电路3.3.1 三相全控桥式整流电路（电阻性负载三相全控桥式整流电路（电阻性负载） 1 1、电路结构、电路结构 三相半波整流的变压三相半波整流的变压器存在直流磁化问题，器存在直流磁化问题，三相全控桥式整流电三相全控桥式整流电路可看作是三相半波路可看作是三相半波共阴极接法共阴极接法(VT1，VT3，VT5)和三相

49、半和三相半波共阳极接法波共阳极接法(VT4，VT6，VT2)的串联组的串联组合。合。 图图3-16 2、工作原理（、工作原理（=0时）时） 一个周期内，晶闸管的导通顺序一个周期内，晶闸管的导通顺序T1VT2VT3VT4 VT5VT6。将一周期相电压分为六个区间：。将一周期相电压分为六个区间： 1）在）在t1t2区间：区间：u相电压最高，相电压最高，VT1触发导通，触发导通，v相相电压最低，电压最低，VT6触发导通，负载输出电压触发导通，负载输出电压uduuv。 2）在）在t2t3区间：区间：u相电压最高，相电压最高，VT1触发导通，触发导通，w相相电压最低，电压最低，VT2触发导通，负载输出电

50、压触发导通，负载输出电压uduuw。 3）在）在t3t4区间：区间：v相电压最高，相电压最高，VT3触发导通，触发导通，w相相电压最低，电压最低，VT2触发导通，负载输出电压触发导通，负载输出电压uduvw。 4）在）在t4t5区间：区间：v相电压最高，相电压最高，VT3触发触发导通，导通，u相电压最低，相电压最低，VT4触发导通，负载输出电触发导通，负载输出电压压ud uvu。 5）在）在t5t6区间：区间：w相电压最高，相电压最高，VT5触发触发导通，导通，u相电压最低，相电压最低，VT4触发导通，负载输出电触发导通，负载输出电压压ud uwu。 6）在）在t6t7区间：区间：w相电压最高

51、，相电压最高，VT5触发触发导通，导通，v相电压最低，相电压最低，VT6触发导通，负载输出电触发导通，负载输出电压压ud uwv。3、电路波形、电路波形1）理论波形）理论波形v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 =60度度时的波形时的波形 图图3-17v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 =90度度时的波形时的波形 图图3-1800030 2）仿真与实验波形）仿真与实验波形060090 4、基本数量关系基本数量关系 =60是输出电压波形连续和断续的分界点，输出电压平均是输出电压波形连续和断续的分界点，输出电压平均值应分两种情况计算：值应分两种

52、情况计算： 1）60 2）60 cos35. 1cos34. 2)(sin323/12L22d323UUttdUU)3/cos(1 34. 2)(sin2233/12d3UttdUU 5 5、电路特点、电路特点 1）任何时候共阴、共阳极组各有一只元件同时导通才能形成任何时候共阴、共阳极组各有一只元件同时导通才能形成电流通路。电流通路。 2）共阴极组晶闸管共阴极组晶闸管VT1、VT3、VT5，按相序依次触发导通，按相序依次触发导通，相位互差相位互差120，共阳极组，共阳极组VT2、VT4、VT6，相位相差，相位相差120，同一相的晶闸管相位相差同一相的晶闸管相位相差180。每个晶闸管导通角。每个

53、晶闸管导通角120； 3）输出电压输出电压ud由六段线电压组成，每周期脉动六次，每周期由六段线电压组成，每周期脉动六次，每周期脉动频率为脉动频率为300Hz。 4）晶闸管承受的电压波形与三相半波同，只与晶闸管导通情晶闸管承受的电压波形与三相半波同，只与晶闸管导通情况有关，波形由况有关，波形由3段组成：一段为零段组成：一段为零(忽略导通时的压降忽略导通时的压降)，两，两段为线电压。晶闸管承受最大正、反向电压的关系也相同。段为线电压。晶闸管承受最大正、反向电压的关系也相同。 5） 变压器二次绕组流过正负两个方向的电流，消除了变压变压器二次绕组流过正负两个方向的电流，消除了变压器的直流磁化，提高了变

54、压器的利用率。器的直流磁化，提高了变压器的利用率。 6）对触发脉冲的要求：要使电路正常工作，需保证应同对触发脉冲的要求：要使电路正常工作，需保证应同时导通的时导通的2 2个晶闸管均有脉冲，常用的方法有两种：一种个晶闸管均有脉冲，常用的方法有两种：一种是宽脉冲触发，它要求触发脉冲的宽度大于是宽脉冲触发，它要求触发脉冲的宽度大于60（一般为一般为80100），另一种是双窄脉冲触发，即触发一个晶闸管，另一种是双窄脉冲触发，即触发一个晶闸管时，向小一个序号的晶闸管补发脉冲。宽脉冲触发要求触时，向小一个序号的晶闸管补发脉冲。宽脉冲触发要求触发功率大，易使脉冲变压器饱和，所以多采用双窄脉冲触发功率大，易使

55、脉冲变压器饱和，所以多采用双窄脉冲触发。发。 电阻性负载电阻性负载60时的时的ud波形连续，波形连续，60时时ud波形断续。波形断续。=120时，输出电压为零时，输出电压为零Ud=0，三相全控桥式整流电路电，三相全控桥式整流电路电阻性负载移相范围为阻性负载移相范围为0120。晶闸管两端承受的最大正。晶闸管两端承受的最大正反向电压是变压器二次线电压的峰值反向电压是变压器二次线电压的峰值 22245. 2632UUUUURMFM3.3.2 三相桥式全控整流电路（阻三相桥式全控整流电路（阻-感性负载）感性负载）1 1、工作情况和电路波形、工作情况和电路波形v当当60时，电感性负载的工作情况与电阻负载

56、相似，各时，电感性负载的工作情况与电阻负载相似，各晶闸管的通断情况、输出整流电压晶闸管的通断情况、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都一样；区别在于由于电感的作用，使得负载电电压波形都一样；区别在于由于电感的作用，使得负载电流波形变得平直，当电感足够大的时候，负载电流的波形流波形变得平直，当电感足够大的时候，负载电流的波形近似为一条水平线。近似为一条水平线。 v60时，电感性负载时的工作情况与电阻负载不同，由时，电感性负载时的工作情况与电阻负载不同，由于负载电感感应电势的作用，于负载电感感应电势的作用，ud波形会出现负的部分。下波形会出现负的部分。下图是带电感性负载图

57、是带电感性负载=90时的波形，可看出，时的波形，可看出，=90时，时，ud波形上下对称，平均值为零，因此带电感性负载三相桥式波形上下对称，平均值为零，因此带电感性负载三相桥式全控整流电路的全控整流电路的角移相范围为角移相范围为9090度。度。 v三相桥式全控整流电路带电感性负载三相桥式全控整流电路带电感性负载 =0度度时的波形时的波形 图图3-19理论波形理论波形v三相桥式整流电路带电感性负载，三相桥式整流电路带电感性负载， =90度度时的波形时的波形图图3-2000030 仿真和实验波形仿真和实验波形060090 2、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 由于由于 u

58、d波形是连续的，所以波形是连续的，所以 2）输出电流平均值输出电流平均值 cos35. 1cos34. 2 )(sin63/12L22d323UUttdUUcos34. 212dURI 3）晶闸管电流平均值晶闸管电流平均值 4）晶闸管电流有效值晶闸管电流有效值 5）晶闸管额定电流晶闸管额定电流 6）变压器二次电流有效值变压器二次电流有效值 ddT31IIddT577. 031III)25 . 1 (368. 0)25 . 1 (57. 1d)T(AVIIITddT2816. 0322IIII3.4 三相桥式半控整流电路三相桥式半控整流电路v 3.4.1三相桥式半控整流电路（电阻性负载）三相桥式

59、半控整流电路（电阻性负载）v1、电路结构、电路结构v在不要求可逆的电力拖动中，可采用比三相全控桥式整流电路在不要求可逆的电力拖动中，可采用比三相全控桥式整流电路更简单经济的三相桥式半控整流电路，如下图更简单经济的三相桥式半控整流电路，如下图a所示，它由共所示，它由共阴极接法的三相半波可控整流电路与共阳极接法的三相半波不阴极接法的三相半波可控整流电路与共阳极接法的三相半波不可控整流电路串联而成，因此这种电路兼有可控与不可控两者可控整流电路串联而成，因此这种电路兼有可控与不可控两者的特性。共阳极组的三个整流二极管总是在自然换流点换流，的特性。共阳极组的三个整流二极管总是在自然换流点换流，使电流换到

60、阴极电位更低的一相中去；而共阴极组的三个晶闸使电流换到阴极电位更低的一相中去；而共阴极组的三个晶闸管则要在触发后才能换到阳极电位高的那一相中去。输出整流管则要在触发后才能换到阳极电位高的那一相中去。输出整流电压的波形是二组整流电压波形之和，改变共阴极组晶闸管的电压的波形是二组整流电压波形之和，改变共阴极组晶闸管的控制角控制角，可获得，可获得 的直流可调电压的直流可调电压ud 。234. 20U 三相桥式半控整流电路及其电压电流波形三相桥式半控整流电路及其电压电流波形（a）电路图）电路图 （b）=30度度 （c）=60度度 （d）=120度度 图图3-210300600900120 3、电路波形