第3章整流电路--2012

1、第第3章章 可控整流电路可控整流电路 3.1 单相可控整流电路单相可控整流电路 -1 3.2 三相可控整流电路三相可控整流电路 -2 3.3 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 -3 3.4 电容滤波的不可控整流电路电容滤波的不可控整流电路 -7 3.5 整流电路的谐波和功率因数整流电路的谐波和功率因数 -6 3.6 大功率可控整流电路大功率可控整流电路 3.7 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 -4 3.8 相控电路的驱动控制相控电路的驱动控制 -5 本章小结本章小结 引言引言整流电路（整流电路（Rectifier）是电力电子电路中出现最）是电力电子电路

2、中出现最早的一种，它的作用是将交流电能变为直流电能早的一种，它的作用是将交流电能变为直流电能供给直流用电设备。供给直流用电设备。 整流电路的分类整流电路的分类 按组成的器件可分为按组成的器件可分为不可控不可控、半控半控、全控全控三种。三种。 按电路结构可分为按电路结构可分为桥式桥式电路和电路和零式零式电路。电路。 按交流输入相数分为按交流输入相数分为单相单相电路和电路和多相多相电路电路。 按变压器二次侧电流的方向是单向或双向，分按变压器二次侧电流的方向是单向或双向，分为为单拍单拍电路和电路和双拍双拍电路。电路。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单相半波可

3、控整流电路 3.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路 3.1.3 单相全波可控整流电路单相全波可控整流电路 3.1.4 单相桥式半控整流电路单相桥式半控整流电路3.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路wwwwtTVTR0a)u1u2uVTudidwt1p2 ptttu2uguduVTaq0b)c)d)e)00图图3-1 单相半波可控整流电路及波形单相半波可控整流电路及波形带电阻负载的工作情况带电阻负载的工作情况 变压器变压器T起起变换电压和隔离变换电压和隔离的的作用，其一次侧和二次侧电压瞬时作用，其一次侧和二次侧电压瞬时值分别用值分别用u1和和u2表示，有效值分别表示，

4、有效值分别用用U1和和U2表示，其中表示，其中U2的大小根据的大小根据需要的直流输出电压需要的直流输出电压ud的平均值的平均值Ud确定。确定。 电阻负载的特点是电阻负载的特点是电电压压与电流与电流成正比，两者波形相同成正比，两者波形相同。 在分析整流电路工作时，认为在分析整流电路工作时，认为晶闸管（开关器件）为晶闸管（开关器件）为理想器件理想器件，即晶闸管导通时其管压降等于零，即晶闸管导通时其管压降等于零，晶闸管阻断时其漏电流等于零，晶闸管阻断时其漏电流等于零，除除非特意研究晶闸管的开通、关断过非特意研究晶闸管的开通、关断过程，一般认为晶闸管的开通与关断程，一般认为晶闸管的开通与关断过程瞬时完

5、成。过程瞬时完成。 改变触发时刻，改变触发时刻，ud和和id波形随之改变，直流输出电压波形随之改变，直流输出电压ud为极性不变为极性不变 但瞬时值变化的但瞬时值变化的脉动直流脉动直流，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“半半波波”整流。加之电路中采用了可控器件晶闸管，且交流输入为整流。加之电路中采用了可控器件晶闸管，且交流输入为单相单相，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可控整流电路。整流电压。整流电压ud波形在一个电源波形在一个电源周期中只脉动周期中只脉动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。基本数量关系基本数量关系 a a

6、：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：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，也称触发角或称为触发延迟角，也称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为晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度称为导通角导通角。 直流输出电压平均值直流输出电压平均值 随着随着a a增大，增大，Ud减小，该电路中减小，该电路中VT的的a a移相范围移相范围为为180 。 通过控制触发脉冲的通过控制触发脉冲的相位相位来控制直流输出电压大小的方式称为相位来控制直流输出电压大小的方式称为相位控制方式，简称控制方式，简称相控方式相控方式。 3

7、.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路paaapwwp2cos145. 0)cos1 (22)(sin221222UUttdUUd（3-1）3.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路uwttwwtwtw20wt1p2ptug0ud0id0uVT0qab)c)d)e)f)+ + +图图3-2 带阻感负载的单相半带阻感负载的单相半波可控整流电路及其波形波可控整流电路及其波形带阻感负载的工作情况带阻感负载的工作情况 阻感负载的特点是电感对电流变化有抗阻感负载的特点是电感对电流变化有抗拒作用，使得流过电感的电流不能发生突变。拒作用，使得流过电感的电流不能发生突变。 电路分析电路分

8、析 晶闸管晶闸管VT处于断态处于断态,id=0,ud=0,uVT=u2。 在在w wt1时刻，即触发角时刻，即触发角a a处处 ud=u2。 L的存在使的存在使id不能突变不能突变，id从从0开始增开始增加。加。 u2由正变负的过零点处，由正变负的过零点处，id已经处于减已经处于减小的过程中，但尚未降到零，因此小的过程中，但尚未降到零，因此VT仍处仍处于通态于通态。 w wt2时刻，电感能量释放完毕，时刻，电感能量释放完毕，id降至降至零，零，VT关断并立即承受反压关断并立即承受反压。 由于电感的存在延迟了由于电感的存在延迟了VT的关断时刻，的关断时刻，使使ud波形出现负的部分，与带电阻负载时

9、相波形出现负的部分，与带电阻负载时相比其平均值比其平均值Ud下降。下降。 t23.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路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 把器件理想化，将电路简化为把器件理想化，将电路简化为分分段线性电路段线性电路。 器件的每种状态组合对应一种器件的每种状态组合对应一种线线性电路拓扑性电路拓扑，器件通断状态变化时，器件通断状态变化时，电路拓扑发生改变。电路拓扑发生改变。 以前述单相半波电路为例以前述单相半波电路为例 当当VT处于断态时，相当于电路处于断态时，相当于电路在在VT处断开，处断开，id=0。当。当VT处于通处于通时，相当于时，相当

10、于VT短路。两种情况的短路。两种情况的等效电路如图等效电路如图3-3所示。所示。 a)b)VTRLVTRLu2u2图图3-3 单相半波可控整流电单相半波可控整流电路的分段线性等效电路路的分段线性等效电路 a) VT处于关断状态处于关断状态 b) VT处于导通状态处于导通状态当电路复杂、不仅要考虑通态、断态，还要考虑开通过程、关断过程时，当电路复杂、不仅要考虑通态、断态，还要考虑开通过程、关断过程时，需要用到需要用到“分时拓扑结构分时拓扑结构”，逐个状态一一分析。，逐个状态一一分析。3.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路VTb)RLu2VT处于通态时，如下方程成立：处于通态时，如下

11、方程成立： 在在VT导通时刻，有导通时刻，有w wt=a a，id=0，这是式（，这是式（3-2）的初）的初始条件。求解式（始条件。求解式（3-2）并将初始条件代入可得）并将初始条件代入可得tURitiLwsin2dd2dd)sin(2)sin(22)(2waawwtZUeZUitLRd式中，式中， ， 。由此式可得出图。由此式可得出图3-2e所示的所示的id波形。波形。当当w wt=q q+a a时，时，id=0，代入式（，代入式（3-3）并整理得）并整理得 22)( LRZwRLtgw1)sin()sin(aqaqtge图图3-3 b) VT处于导通状态处于导通状态 (3-2)(3-3)(

12、3-4)3.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路 若若 为定值，为定值，a a 角大，角大，q q 越小。越小。 若若a a为定值，为定值， 越大，越大，q q 越大越大 ，且，且 平均值平均值Ud越接近零。越接近零。目的：目的：输出电流输出电流 id连续，连续，使输出电压平均值使输出电压平均值Ud增大。增大。 因此常在负载两端并联一个二极管，因此常在负载两端并联一个二极管， 称为称为续流二极管续流二极管，用，用 VDR表示。表示。有续流二极管的电路分析有续流二极管的电路分析 u2正半周时，与没有续流二极管正半周时，与没有续流二极管 时的情况是一样的。时的情况是一样的。 当当u2过

13、零变负时，过零变负时，VDR导通，导通，ud 为零，此时为负的为零，此时为负的u2通过通过VDR向向VT 施加反压使其关断施加反压使其关断，L储存的能量保储存的能量保 证了电流证了电流 id 在在L-R-VDR回路回路中流通，中流通， 此过程通常称为此过程通常称为续流续流。 若若L足够大，足够大，id连续连续，且，且id波形波形 接近一条水平线接近一条水平线 。u2udiduVTiVTIdIdwt1wtwtwtwtwtwtOOOOOOp-ap +ab)c)d)e)f)g)iVDRa)图图3-4 单相半波带阻感负载有单相半波带阻感负载有续流二极管的电路及波形续流二极管的电路及波形 基本数量关系基

14、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 其移相范围为其移相范围为180 ，其承受的最大正反向电压均为，其承受的最大正反向电压均为u2的峰值即的峰值即 。 续流二极管承受的电压为续流二极管承受的电压为-ud，其最大反向电压为，其最大反向电压为 ，亦为，亦为u2的峰值。的峰值。 单相半波可控整流电路的特点是简单，但输出脉动大，变压器二次侧电流单相半波可控整流电路的特点是简单，但输出脉动大，变压器二次侧电流中含中含直流分量直流分量，造成变压器铁芯，造成变

15、压器铁芯直流磁化直流磁化。为使变压器铁芯不饱和，需增。为使变压器铁芯不饱和，需增大铁芯截面积，增大了设备的容量。大铁芯截面积，增大了设备的容量。 3.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路ddTIIpap2ddTItdIIpapwppa2)(212ddDRIIpap2ddDRItdIIpapwpapp2)(2122(3-5)(3-6)(3-7)(3-8)22U22U3.1.2 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)ddaauVT1,4图图3-5 单相全控桥式单相全控桥式带电阻负载时的电路及波形带电阻负载时的电路及波形a)带电阻

16、负载的工作情况带电阻负载的工作情况 电路分析电路分析 闸管闸管VT1和和VT4组成一对桥臂，组成一对桥臂，VT2 和和VT3组成另一对桥臂。组成另一对桥臂。 在在u2正半周，正半周，a点电位高于点电位高于b点电位。点电位。 若若4个晶闸管均不导通，个晶闸管均不导通，id=0,ud=0,VT1、VT4串联承受电压串联承受电压u2。 在触发角在触发角a a处给处给VT1和和VT4加触发加触发 脉冲，脉冲，VT1和和VT4即导通，电流从电源即导通，电流从电源a端经端经VT1、R、VT4流回电源流回电源b端。端。 当当u2过零时，流经晶闸管的电流也过零时，流经晶闸管的电流也降到零，降到零，VT1和和V

17、T4关断。关断。 在在u2负半周，仍在触发角负半周，仍在触发角a a处触发处触发VT2和和VT3，VT2和和VT3导通，电流从电导通，电流从电源源b端流出，经端流出，经VT3、R、VT2流回电源流回电源a端。端。 到到u2过零时，电流又降为零，过零时，电流又降为零，VT2和和VT3关断。关断。VT2和和VT3的的a a=0处为处为w wt=p p基本数量关系基本数量关系 晶闸管承受的最大晶闸管承受的最大正向电压正向电压 ，最大，最大反向电压反向电压为为 。 整流电压平均值为：整流电压平均值为： = 0时，时，Ud= Ud0= 0.9U2。=180 时，时，Ud=0。可见，。可见， 角的角的移相

18、范围移相范围为为180 。 向负载输出的直流向负载输出的直流电流平均值电流平均值 为：为： 3.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路222U22U)cos1 (45. 02cos122)(sin21222aapwwppa UUttUUddRUIdd (3-9)(3-10)由波形记忆公式系数由波形记忆公式系数papapwwppa2sin21)()sin2(12222RUtdtRUII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

19、，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，变压器的容量为不考虑变压器的损耗时，变压器的容量为 S=U2I2 。 单位：单位：VA，KVA。3.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路2cos145. 0212aRUIIddTpapapwwppa2sin212)(d)sin2(21222RUttRUITIIT21(3-11)(3-12)(3-13)(3-14)3.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路 图图3-6 单相桥式全控整流电流带单相桥式全控整流电流带阻感负载时的电路及波形阻感负载时的电路及波形带阻感负载的工作情况带阻感负载的工

20、作情况 电路分析电路分析 （稳态波形，大电感）（稳态波形，大电感） 在在u2正半周期正半周期 触发角触发角a a处给晶闸管处给晶闸管VT1和和VT4加加触发脉冲使其开通，触发脉冲使其开通，ud=u2。 负载电感很大，负载电感很大，id不能突变且波不能突变且波形近似为一条水平线。形近似为一条水平线。 u2过零变负时，由于电感的作用过零变负时，由于电感的作用晶闸管晶闸管VT1和和VT4中仍流过电流中仍流过电流id，并不，并不关断。关断。 w wt=p p+a a时刻，触发时刻，触发VT2和和VT3，VT2和和VT3导通，导通，u2通过通过VT2和和VT3分别分别向向VT1和和VT4施加反压使施加反

21、压使VT1和和VT4关断，关断，流过流过VT1和和VT4的电流迅速转移到的电流迅速转移到VT2和和VT3上，此过程称为上，此过程称为换相换相，亦称，亦称换流换流。 2OwtOwtOwtudidi2OwtOwtuVT1,4OwtOwtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4uug1, ug4ug2, ug33.1.2 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 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。晶闸管移相范围移相范围为为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

22、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。 apaaapwwpcos9 . 0cos22)( dsin21222dUUttUU22UddT21IIddT707. 021III(3-15)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 当负载为蓄电池、直流电动机的电枢（忽略其中的电感）等时，负载可当负载为蓄电池、直流电动机的

23、电枢（忽略其中的电感）等时，负载可看成一个直流电压源，对于整流电路，它们就是反电动势负载。看成一个直流电压源，对于整流电路，它们就是反电动势负载。 |u2|E时，才有晶闸管承受正电压，有导通的可能。时，才有晶闸管承受正电压，有导通的可能。 晶闸管导通之后，晶闸管导通之后，ud=u2 ， ，直至，直至|u2|=E，id 降至降至0使得使得晶闸管关断，此后晶闸管关断，此后 ud=E。 与电阻负载时相比，晶闸管提前了与电阻负载时相比，晶闸管提前了电角度电角度 停止导电，停止导电， 称为称为停止停止导电角导电角。 当当a a30 当导通一相的相电压过零变负时，该相晶闸管关断，但下一相晶闸当导通一相的相

24、电压过零变负时，该相晶闸管关断，但下一相晶闸管因未触发而不导通，此时输出电压电流为零。管因未触发而不导通，此时输出电压电流为零。 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 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，晶闸管导通角减小，此时，晶闸管导通角减小，此时有有 3.2.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电

25、路aapwwpapapcos17.1cos263)(sin2321226562UUttdUUd)6cos(1675.0)6cos(1223)(sin2321262apappwwppapUttdUUd(3-18)(3-19)3.2.1 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 晶闸管承受的最大正向电压等于变压器二次相电压的峰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，即值，即 RUIdd22245. 2632UUUURM22UUFM(3-20)(3-21)(3

26、-22)3.2.1 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，整流电流值很大，整流电流id的的波形基本是平直的，流过晶波形基本是平直的，流过晶闸管的电流接近闸管的电流接近矩形波矩形波。 a a30 时，整流电压波形时，整流电压波形与电阻负载时相同。与电阻负载时相同。 a a30 时，当时，当u2过零时，过零时，由于电感的存在，阻止电流由于电感的存在，阻止电流下降，因而下降，因而VT1继续导通，继续导通，直到下一相晶闸管直到下一相晶闸管VT2的触的触发脉冲到来，才发生换流，发脉冲到来，才发生换流，VT2导通向负载供电，同时导通向负载供电，同时向向VT1

27、施加反压使其关断。施加反压使其关断。 uaOwtOwtOOwtOOwtawtwt图图3-17 三相半波可控整流电路，阻感负载时的电路及三相半波可控整流电路，阻感负载时的电路及a a=60 时的波形时的波形uubcduiabivt1ucidiacuabuacug1ug2ug3ug1u1231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中负的部分可能减少，中负的部分可能减少，整流电压平均值整流电压平均值Ud略为增略为增

28、加，如曲线加，如曲线3 所示。所示。3.2.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路acos17.12dUU图图3-16 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03060901201501.17321a/( )Ud/U2电阻电阻负载负载电感电感负载负载电阻电阻电感电感负载负载 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峰值均为变压器二次线电压峰晶闸管最大正反向电压峰值均为变压器二次线电压峰值，即值，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

29、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流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。3.2.1 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)3.2.2 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 阴极连接在一起的阴极连接在一起的3个个晶闸管（晶闸管（VT1，VT3，VT5）称为称为共阴极组共阴极组；阳极连接在；阳极连接在一起的一起的3个晶闸管（个晶闸管（VT4，VT6，VT2）称为）称为共阳极组共阳极组。 共阴极组中可能导

30、通的共阴极组中可能导通的晶闸管是晶闸管是a，b，c瞬时电位瞬时电位最高的；共阳极组中最高的；共阳极组中a，b，c瞬时电位最低的晶闸管可瞬时电位最低的晶闸管可能导通。能导通。 根据图中所示标号，根据图中所示标号，晶晶闸管的导通顺序为闸管的导通顺序为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3.2.2 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 电路分析电路分析各各自然换相点自然换相点既是既是相电压的交点相电压的交点，同时也是，同时也是线电压的交点线电压的交点。当当a a60 时时

31、ud波形波形连续连续，对于电阻负载，对于电阻负载，id波形与波形与ud波形的形状是一样的，也波形的形状是一样的，也连续连续。 a a=0 时，时，ud为线电压在正半周的为线电压在正半周的包络线包络线。波形见。波形见图图3-19 a a=30 时，晶闸管起始导通时刻推迟了时，晶闸管起始导通时刻推迟了30 ，组成，组成ud的每一段线电的每一段线电压因此推迟压因此推迟30 ，ud平均值降低，波形见平均值降低，波形见图图3-20。 a a=60 时，时，ud波形中每段线电压的波形继续向后移，波形中每段线电压的波形继续向后移，ud平均值继续平均值继续降低。降低。a a=60 时时ud出现了出现了为零的点

32、为零的点，波形见，波形见图图3-21。当当a a60 时时 因为因为id与与ud一致，一旦一致，一旦ud降为至零，降为至零，id也降至零，晶闸管关断，输出也降至零，晶闸管关断，输出整流电压整流电压ud为零为零，ud波形不能出现负值。波形不能出现负值。 a a=90 时的波形见时的波形见图图3-22。 3.2.2 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

33、为同一相的晶闸管。的晶闸管。 带载启动。带载启动。 共阴极组内共阴极组内VT1，VT3，VT5换相不受共阳极组晶闸管换相不受共阳极组晶闸管影响；反之同样。影响；反之同样。 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，每次脉动的波形都一样，故该电路为样，故该电路为6脉波整流电路脉波整流电路。 晶闸管承受的电压波形与三相半波时相同，晶闸管承晶闸管承受的电压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。受最大正、反向电压的关系也一样。3.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路对触发脉冲的要求对触发脉冲的要求 6个晶闸管的自然换相点按个晶闸管的

34、自然换相点按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺的顺序依次差序依次差60 ，脉冲相位也依次差，脉冲相位也依次差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 ，共阳极组，共阳极组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 。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，需保证同时要导通的工作，需保证同时要导通的2个晶闸管均有脉冲。个晶闸管均有脉冲。

35、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 ） 双窄脉冲双窄脉冲触发触发 ：用两个窄脉冲代替宽脉冲，两个窄脉冲的前：用两个窄脉冲代替宽脉冲，两个窄脉冲的前沿相差沿相差60 ，脉宽一般为，脉宽一般为20 30 。 常用的是双窄脉冲触发。常用的是双窄脉冲触发。 3.2.2 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

36、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连续且近似为连续且近似为直线，直线， iVT、ia的波形在导通段都可近似为一条水平线。的波形在导通段都可近似为一条水平线。 晶闸管导通晶闸管导通120/周期。周期。 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。 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的部分负的部分。 a a=90 时的波形见时的波形见图图3-25。 3.2.2 三相桥式全控整流电路三相

37、桥式全控整流电路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，或带电阻负载当带阻感负载时，或带电阻负载当 a a 60 时时 带电阻负载且带电阻负载且a a60 时时 awwpapapcos34.2)(sin63123232UttdUUd)3cos(134. 2)(sin63232apwwppapUttdUUd(3-26)(3-27)3.2.2

38、 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路输出电流平均值为输出电流平均值为Id=Ud /R。当整流变压器为图当整流变压器为图3-17中所示采用中所示采用星形接法星形接法，带阻感负，带阻感负载时，变压器二次侧电流波形如载时，变压器二次侧电流波形如图图3-24所示，为正负所示，为正负半周各宽半周各宽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

39、和反电动势的值。分别为负载中的电阻值和反电动势的值。 2221222()0.8162333ddddIIIIIppp REUIdd(3-28)(3-29)3.3 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

40、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，负载电流波动很小，近负载电流波动很小，近似为水平线似为水平线。 3.3 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分析从分析从VT1换相至换相至VT2的过程的过程 在在w wt1时刻之前时刻之前VT1已经导通，已经导通， w wt1时刻触发时刻触发VT2，因，因a、b两相均两相均有漏感，故有漏感，故ia、ib均不能突变，于均不能突变，于是是VT1和和VT2同时导通，相当于将同时导通，相当于将a、b两相短路两相短路，两相间电压差为，两相间电压差为ub-ua，它在，它在ua

41、、ub两相组成的回两相组成的回路中产生路中产生环流环流 ik ，如图所示。，如图所示。 (ub-ua )， ik ； ik=ib 逐渐增大，逐渐增大，ia=Id - ik逐渐减小。逐渐减小。 当当 ik 增大到等于增大到等于 Id 时，时，ia=0，VT1关断，关断， VT2 完全、独立开通，完全、独立开通，换流（换相）过程结束。换流（换相）过程结束。 换相过程持续的时间用电角度换相过程持续的时间用电角度 表示，称为表示，称为换相重叠角换相重叠角。 udidwtOwtO iciaibiciaIduaubuca aw wt1时时刻刻 图图3-26 考虑变压器漏感时的三考虑变压器漏感时的三相半波可

42、控整流电路及波形相半波可控整流电路及波形 45/1313.3 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： 2ddddbabaduutiLutiLuukBkB(3-30)udidwtOwtO iciaibiciaIduaubuca aw wt1时刻时刻 uaub556655dbdbbB66565BBB d06d13()d()()d()2 /32dd333d()d2d22dkIkkiUuutuuLttiLtL iX Itppa a ppaapa pawwppwwppp 换相压降：与不考虑变压器漏

43、感时相比，换相压降：与不考虑变压器漏感时相比，ud平均值降低的多少，平均值降低的多少，(3-31)udidwtOwtO iciaibiciaIduaubuca aw wt1时时刻刻 这里一个周期这里一个周期有三个有三个“波头波头”3.3 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()2626tkUUi

44、tttXXwpappwwawawtdIik)cos(cos26B2daaXUI2dB62)cos(cosUIXaa(3-32)(3-33)(3-34)(3-35)(3-36)2ddddbabaduutiLutiLuukBkB(3-30)3.3 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 a 90 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 电路形式电路形式单相全波单相全波单相全控桥单相全控桥三相半波三相半波三相全控桥三相全控桥m

45、脉波整流电路脉波整流电路 dU)cos(cosaadBIXpdB2IXpdB23IXpdB3IXpdB2ImXp2Bd2UXI2Bd22UXI2dB62UIX2dB62UIXmUXIpsin22Bd注：单相全控桥电路中，换相时负载电流由注：单相全控桥电路中，换相时负载电流由-Id跳变到跳变到+Id，公式中电流，公式中电流 以以2Id代入；代入； 三相桥等效为相电压等于三相桥等效为相电压等于 有效值的有效值的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 3.3 变

46、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，有时人为串入进减小，有利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，可能使晶闸管误导，可能使晶闸管误导通，为此必须加通，为此必须加吸收电路吸收电路。 换相使

47、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。 3.3 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 Ud3XBId p p IdUd R 解方程组得：解方程组得： Id97.38（A

48、） Ud R Id 486.9（V） 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 IVDId 56（A） I2 Id79.51（A） ud、iVD1和和i2a的波形如的波形如图图3-27所示。所示。acos)cos(aBdXI6cos3223 U96-15三相半波可控整流电路，三相半波可控整流电路，“E-R-L”负载：负载：2 .1130)114. 030(622)(6 .94506 .4416 .441015031866. 010017. 150317. 1317. 1,

49、;,50,30,1,1,10012322212CosCosUIfLCosCosVERIUAfLRCosUEIIfLRIECosUiiuIUVEmHLLRVUdBddBddBdVTVTdddBpaaaaa波形求：ivt1ivt2tttuaubucua95-7三相半波可控整流电路，触发脉冲丢失，阻性及阻感性负载时的输出电压三相半波可控整流电路，触发脉冲丢失，阻性及阻感性负载时的输出电压波形：波形：阻性负载阻性负载阻感性负载阻感性负载Pd=UdId0 Id0 Ud0 纯感性负载纯感性负载Pd=UdId=0 Id0 Ud=0uauaububucuctt53/1313.4 电容滤波的不可控整流电路电容滤

50、波的不可控整流电路 3.4.1 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 3.4.2 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 3.4 电容滤波的不可控整流电路电容滤波的不可控整流电路引言引言交交直直交变频器、不间断电源、开关电源等应交变频器、不间断电源、开关电源等应用场合大都采用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，故也称这类电路为也称这类电路为二极管整流电路二极管整流电路。3.4.1 电容滤波的

51、单相不可控整流电路电容滤波的单相不可控整流电路工作原理及波形分析工作原理及波形分析 在在u2正半周过零点至正半周过零点至w wt=0期间，因期间，因u2ud，故二极管均不导通，此阶段，故二极管均不导通，此阶段电电容容C向向R放电放电，提供负载所需电流，同时，提供负载所需电流，同时ud下降。下降。 至至w wt=0之后，之后，u2将要超过将要超过ud，使得，使得VD1和和VD4开通，开通，ud=u2，交流电源向交流电源向电容充电，同时向负载电容充电，同时向负载R供电。供电。 电容被充电到电容被充电到w wt=q q时，时，ud=u2，VD1和和VD4关断。关断。电容开始以时间常数电容开始以时间常

52、数RC按指数函数放电。按指数函数放电。 当当w wt=p p，即放电经过，即放电经过p p-q q 角时，角时，ud 降至开始充电时的初值，另一对二极降至开始充电时的初值，另一对二极管管VD2和和VD3导通，此导通，此后后 u2 又向又向C充电充电，与，与u2正半周的情况一样。正半周的情况一样。 图图3-28 电容滤波的单相桥式不可控整流电路及其工作波形电容滤波的单相桥式不可控整流电路及其工作波形a) 电路电路 b) 波形波形 和和q q 的确定的确定: 指指VD1和和VD4导通的时刻与导通的时刻与u2 过零点相距的角度，过零点相距的角度，q q 指指VD1和和VD4的导通角。的导通角。 在在

53、VD1和和VD4导通期间导通期间 式中，式中，ud(0)为为VD1、VD4开始导通时刻直流侧电压值。开始导通时刻直流侧电压值。 将将u2代入并求解得：代入并求解得： 而负载电流为：而负载电流为： 于是于是)sin(222wtUu2021)0(sin2)0(udtiCuUutCdd)cos(22wwtCUiC)sin(222wtRURuiR)sin(2)cos(222wwwtRUtCUiiiRCd(3-37)(3-38)(3-39)(3-40)(3-41)diRiCid3.4.1 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RCwq)(tgqwqpsin2)sin(222UeURC)

54、(arctgRCwqpwwwwwsin1)()(arctg2RCRCRCeeRCRC(3-42)(3-43)(3-44)(3-45)当当w wt = q q 时，时，VD1和和VD4关断关断。将。将id(q q )= 0代入式（代入式（3-41），得：），得： 二极管导通后二极管导通后u2开始向开始向 C 充电时的充电时的ud与二极与二极管关断后管关断后 C 放电结束时的放电结束时的ud相等，故有下相等，故有下式成立：式成立： 由式（由式（3-44）和（）和（3-43）得）得 ，即即d3.4.1 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 q q 的另外一种确定方法：的另外一种确

55、定方法：VD1和和VD4的关断时刻，从物理意义上讲，的关断时刻，从物理意义上讲，就是两个电压下降速度相等的时刻，一个是电源电压的下降速度就是两个电压下降速度相等的时刻，一个是电源电压的下降速度|du2 /d(w wt)|，另一个是假设二极管，另一个是假设二极管VD1和和VD4关断而电容开始单独向电阻放关断而电容开始单独向电阻放电时电压的下降速度电时电压的下降速度|dud/d(w wt)|p（下标表示假设），据此即可确定（下标表示假设），据此即可确定q q。图图3-29 、q q 与与w wRC 的关系曲线的关系曲线可由式（可由式（3-45）求出）求出 ，进而由式（，进而由式（3-44）求出求出

56、q q ,显然显然 和和 q q 仅由乘积仅由乘积 w wRC 决定。决定。 0),(RCfwq0),(RCgw(3-45)(3-44)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，即趋近于 电阻负载时的特性。电阻负载时的特性。 在设计时根据负载的情况选择电容在设计时根据负载的情况选择电容 C 值，值， 为得到为得到 平滑负载电压，一般取平滑负载电压，一般取 , 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

57、/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 变压器二次侧电压最大值，即变压器二次侧电压最大值，即 。 3.4.1 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22U图图3-29 、q q 与与w wRC 的关系曲线的关系曲线如果，如果，即，即，RC1015，则，则， 50 电容充电时间较短，二极电容充电时间较短，二极管的电流有效值管的电流有效值 IVD 较大，较大，约约1.4IR。（无。（无C：0.8IR）3.4.1 电容滤波的单相不可控整流电路电容滤波的单相

58、不可控整流电路a)b)u2udi20qpwti2,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的，常在直流侧串入较小的电感电感。 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，这对于电路的工作的上升段平缓了许多，这对于电路的工作是有利的。是有利的。大，峰值电流小，输出特性平坦大，峰值电流小，输出特性平坦；笨重、体积大，易电磁干扰。；笨重、体积大，易电磁干扰。一般一般适用于低电压、大电流场合。适用于低电压、大电流场合。图图3-31 感容滤波的单相桥式不可控整流电路及其工作波

59、形感容滤波的单相桥式不可控整流电路及其工作波形a） 电路图电路图 b）波形）波形3.4.2 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duuuua)b)Oiaiddabac0qwtpp3wt基本原理基本原理 当某一对二极管导通时，输出直流电压等于交流侧线电压中最大的一个，当某一对二极管导通时，输出直流电压等于交流侧线电压中最大的一个，该线电压既该线电压既向电容供电，也向负载供电向电容供电，也向负载供电。 当没有二极管导通时，由当没有二极管导通时，由电容单独向负载放电电容单独向负载放电，ud 按按指数指数规律下降。规律下降。电流电流 id 断续和连续断续和连续 比如在比如在VD1和

60、和VD2同时导通之前同时导通之前VD6和和VD1是关断的，交流侧向直流侧的充是关断的，交流侧向直流侧的充电电流电电流 id 是是断续断续的。的。 VD1一直导通，交替时由一直导通，交替时由VD6导通换相至导通换相至VD2导通，导通，id 是是连续连续的。的。 图图3-32 电容滤波的三相桥式不可控整流电路及其波形电容滤波的三相桥式不可控整流电路及其波形a) 电路电路 b) 波形波形VD6、VD1关断的时刻恰好与关断的时刻恰好与VD1、VD2导通的时刻衔接，则直流侧电流导通的时刻衔接，则直流侧电流id连续。由此时刻连续。由此时刻 “电压下降速度相等电压下降速度相等”的原则，可以确定临界条件，的原