第3章 整流电路

1、第第3章章 整流电路整流电路Chapter 3 : Rectifiers/AC to DC Converters1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。 p整流电路的分类整流电路的分类u按组成的器件可分：不可控不可控、半控半控、全控全控。u按电路结构可分：桥式桥式电路和零式零式电路。u按交流输入相数分：单相单相电路和多相多相电路。u按变压器二次侧电流的方向是单向或双向分：单拍单拍电路和双拍双拍电路。2第第3章章 整流电路

2、整流电路3.1 单相可控整流电路单相可控整流电路3.2 三相可控整流电路三相可控整流电路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3.4 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3.8 相控电路的驱动控制相控电路的驱动控制本章小结本章小结33.1 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

3、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43.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路5wwwwtTVTR0a)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l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) ) 改变触发时刻，ud和id波形随之改变，直流输出电压直流输出电压ud为极性不变为极性不变，但瞬时值变化的脉动直流脉动直流，其波形只在u2正半周内出现，故称“

4、半波半波”整整流流。加之电路中采用了可控器件晶可控器件晶闸管闸管，且交流输入为单相单相，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ud波形在一个电源周期中只脉动1次次，故该电路为单脉波整流电单脉波整流电路路。3.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路6wwwwtTVTR0a)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p带带电阻负载的工作情况电阻负载的工作情况u变压器变压器T：变换变换电压电压和隔离隔离的作用。 u电阻电阻负载的负载的特点特点：电压电压与电流

5、成正与电流成正比，两者波形相同比，两者波形相同。 u在分析整流电路工作时，认为晶闸管（开关器件）为理想理想器件器件：晶闸管导通时其管压降管压降等于零等于零；晶闸管阻断时其漏电流漏电流等于零等于零；晶闸管的开通与关断过程瞬时开通与关断过程瞬时完成。 3.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路7u 基本数量关系基本数量关系a：从晶闸管开始承受正向阳极电压开始承受正向阳极电压起到施加触发脉冲施加触发脉冲止的电角度称为触发延迟角触发延迟角(Triggering delay angle)，也称触发角触发角或控制角控制角(firing angle ,delay angle)。 q：晶闸管在一个电

6、源周期一个电源周期中处于通态的电角度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a a增大增大，Ud减小减小，该电路中VT的a移相范围移相范围为180 。 u 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相位控制方式控制方式，简称，简称相控方式相控方式。 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8p带带阻感负载的工作情况阻感负载的工作情况 u阻阻感负载的感负载的特点：特点：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电

7、感的电流不能发生突变。u电路分析电路分析定性定性晶闸管VT处于断态：id=0,ud=0,uVT=u2。在wt1时刻，即触发角a处：ud=u2，L的存在使id不能不能突变突变，id从0开始增加增加。u2由正变负的过零点处，id已经处于减小的过程中，但尚未降到零，因此VT仍处于仍处于通态通态。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3.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路9wt2时刻，电感能量释放完毕，id降至零，VT关断并立即承受反压关断并立即

8、承受反压。由于电感的存在延迟了延迟了VT的关断时刻的关断时刻，使ud波形出现负的部分波形出现负的部分，与带电阻负载时相比其平均值平均值Ud下降下降。 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u 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，将电路简化为分段线分段线性电路性电路。 器件的每种状态组合对应一种线性电线性电路拓扑路拓扑。即，器件通断状态变化时，电路拓扑发生改变。 3.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电

9、路10l 以前述单相半波电路为例以前述单相半波电路为例 当VT处于断态时，相当于电路在VT处断开，id=0。 当VT处于通时，相当于VT短路。 两种情况的等效电路如图3-3所示。图图3-3 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路的分段线性等效电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VT处于通态时，如下方程成立： 在VT导通时刻，有w wt=a a，id=0，这是式（3-2）的初始条件。求解式（3-2）并将初始条件代入可得：tURitiLwsin22dddd(3-2)sin(22)()sin(22wawwatZUtLReZUdi(3-3)图

10、图3-2 (a)3.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路11式中， ， 。22)( LRZwRLtgw1)sin()sin(aqaqtge(3-4) 若为定值，a角大，q越小。 若a为定值，越大，q越大 ，且平均值Ud越接近零。 为解决上述矛盾，在整流电路的负载两端并联一个二极管，称为续流二续流二极管（极管（Freewheeling Diode），用 VDR表示。由(3-3)式可得出图3-2e所示的id波形波形。当w wt=q q+a a时，id=0，代入式（3-3）并整理得 ：3.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路12u 电路分析电路分析定性定性 u2正半周正半周时

11、，与没有续流二极管时的情况是一样的。 当u2过零变负过零变负时，VDR导通，ud为零，此时为负的u2通过VDR向VT施加反压使其关断，L储存的能量保证了电流id在L-R-VDR回路回路中流通，此过程通常称为续流续流。 若L足够大，id连续连续，且id波形接近一条水平线 。u2udiduVTiVTIdIdwt1wtwtwtwtwtwtOOOOOOp -ap +ab)c)d)e)f)g)iVDR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续流二极管的电路及波形波形VTia)Tu1u2uVTLRdudVDiRVDRp 有续流二极管的电路有续流二极管的电路3.1.1 单相半波

12、可控整流电路单相半波可控整流电路13u 基本数量关系基本数量关系 流过晶闸管的电流平均值IdT和有效值IT分别为： 续流二极管的电流平均值IdDR和有效值IDR分别为：ddTIIpap2(3-5)ddTItdIIpapwppa2)(212(3-6)ddDRIIpap2(3-7)ddDRItdIIpapwpapp2)(2122(3-8)u2udiduVTiVTIdIdwt1wtwtwtwtwtwtOOOOOOp -ap +ab)c)d)e)f)g)iVDR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续流二极管的电路及波形波形3.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整

13、流电路14 移相范围移相范围为180； 晶闸管承受的最大正反向电压均为u2的峰值即 。 续流二极管承受最大反向电压为 ，亦为u2的峰值。 电路简单，但输出脉动大，变压器二次侧电流中含直流直流分量分量，造成变压器铁芯直流磁化直流磁化。 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。 22U22Up 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：3.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路15单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路(Single Phase Bridge Controlled Rectifier)u电路结构电路结构闸管VT1和VT4组成一对桥臂一对桥

14、臂，VT2 和VT3组成另一对桥臂一对桥臂。图图3-5 单相全控单相全控桥式带桥式带电阻负载时的电路及波形电阻负载时的电路及波形dRTu1u2i2abVT1VT3VT2VT4udipwtwtwt000i2udidb)c)d)ud(id)aauVT1,4a)b)3.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路16p 带带电阻负载的工作情况电阻负载的工作情况 u电路电路分析分析在u2正半周-a点电位高于b点电位0 0至至a a ：id=0 ， ud=0 ， VT1、VT4承受正向正向电压u2/2， VT2、VT3承受反向电压u2 /2。a a 至至p p：VT1和VT4导通，电流从电源a端经V

15、T1 - R - VT4流回电源b端，VT2、VT3承受反向电压u2。p p： u2过零，流经晶闸管的电流降到零，VT1和VT4关断关断。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)VT2和VT3的a=0处为wt=p3.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路17 在u2负半周-b点电位高于a点电位p p至至p p+a a ：id=0 ， ud=0 ， VT2、VT3承受正向电压u2/2， VT1、VT4承受反向电压u2 /2。p p+a a 至至2 2p p： VT

16、2和VT3导通，电流从电源b端流出，经VT3、R、VT2流回电源a端， VT1、VT4承受反向电压u2 。 2 2p p：u2过零，电流又降为零，VT2和VT3关断。 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)VT2和VT3的a=0处为wt=p3.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路18paaapwwp2cos19 . 02cos122)( dsin21222UUttUUd(3-9)2cos12902cos1222RU.RURdUdI(3-10)u 基本数量关系

17、基本数量关系222U22U 晶闸管承受的最大正向电压正向电压和反向电压反向电压分别为 和 。 整流电压平均值为：整流电压平均值为： =0时，Ud= Ud0=0.9U2。 =180时，Ud=0。可见，角的移相范围：移相范围：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：3.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路19 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，为相等，为 由式（由式（3-12）和（）和（3-

18、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。2cos145. 0212aRUIIddT(3-11)papapwwppa2sin212)(d)sin2(21222RUttRUIT(3-12)papapwwppa2sin21)()sin2(12222RUtdtRUII(3-13)IIT21(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202OwtOwtOwtudidi2OwtOwtuVT1,4OwtOwtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4u图图3-6 单相桥式全控整流电流单相桥式全控整流电流带阻感负

19、载时的电路及波形带阻感负载时的电路及波形p带带阻感负载的工作情况阻感负载的工作情况 （L足够大）足够大）u电路电路分析分析在u2正半周期 0 0至至a a ：VT1、VT4承受正向电压u2 ，（由由于电感的作用于电感的作用）VT2和VT3导通。a a 至至p p：晶闸管VT1和VT4开通，ud=u2。 u2通过VT1和VT4向VT2和VT3施加反压u2使VT2和VT3关断，流过VT2和VT3的电流迅速转移到VT1和VT4上，此过程称为换相换相，亦称换流换流。p p：u2过零变负，由于电感的作用，晶闸管VT1和VT4中仍流过电流id，并不关断。 3.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电

20、路212OwtOwtOwtudidi2OwtOwtuVT1,4OwtOwtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4u图图3-6 单相桥式全控整流电流单相桥式全控整流电流带阻感负载时的电路及波形带阻感负载时的电路及波形在u2负半周期 p p至至p p+a a ： VT2和VT3承受正向电压u2 ，（由于电感的作用）晶闸管VT1和VT4导通。p p+a a至至p p：VT2和VT3导通，VT1和VT4换流换流至至VT2和VT3 ，ud=u2 。2 2p p：u2过零变正，由于电感的作用，晶闸管VT2和VT3中仍流过电流id，并不关断。 3.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路22u

21、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a=0时，Ud0=0.9U2。a=90时，Ud=0。 晶闸管移相范围移相范围：90 。 晶闸管承受的最大正、反向电压正、反向电压均为 。 晶闸管导通角q与a无关，均为180 ，其电流平均值平均值和有效值有效值分别为： 和 。 变压器二次侧电流i2的波形为正负各180 的矩形波，其相位由a角决定，有效值I2=Id。 apaaapwwpcos9 . 0cos22)( dsin21222dUUttUU(3-15)22UddT21IIddT707. 021III3.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路23p带带反电动势负载时

22、的工作情况反电动势负载时的工作情况 u当负载为蓄电池、直流电动机蓄电池、直流电动机的电枢（忽略其中的电感）等时，负载可看成一个直流电压源直流电压源，对于整流电路，它们就是反电动势负载反电动势负载。 u电路电路分析分析 |u2|E时，才有晶闸管承受正电压，有导通的可能。 与电阻负载时相比，晶闸管提前了电角度电角度 停止导电，称为停止导电角停止导电角。当a a30 ， a a = 60 负载电流断续断续，各晶闸管导通导通角角小于小于120 。 当导通一相的相电压过零相电压过零变负时，该相晶闸管关断关断，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输出电压电流为零。3.2.1 三相半波可控整

23、流电路三相半波可控整流电路41a a = 60 3.2.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路42u基本数量关系基本数量关系 电阻负载时a角的移相范围移相范围为：150 。 整流电压平均值整流电压平均值 a30时，负载电流连续连续，有 l 当a=0时，Ud最大，为Ud=Ud0=1.17U2。a30时，负载电流断续断续，晶闸管导通角减小，此时有 aapwwpapapcos17.1cos263)(sin2321226562UUttdUUd(3-18)6cos(1675.0)6cos(1223)(sin23212262apappwwppapUUttdUUd(3-19)3.2.1 三相半波可控整

24、流电路三相半波可控整流电路43 Ud/U2随随a a变化的规律变化的规律 03060901201501.17321a/( )Ud/U2图图3-16 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路Ud/U2与与a a的关系的关系电阻电阻负载负载电感电感负载负载电阻电电阻电感负载感负载3.2.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路44 负载电流平均值为： 晶闸管承受的最大反向电压最大反向电压为变压器二次线电压峰值线电压峰值，即 晶闸管阳极与阴极间的最大电压最大电压等于变压器二次相电压的峰值相电压的峰值，即 22245. 2632UUUURM(3-21)22UUFM(3-22)RU

25、Idd(3-20)3.2.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路45p 阻感负载阻感负载 u 电路分析电路分析 L值很大，整流电流id的波形基本是平直的，流过晶闸管的电流接近矩形波矩形波。 a30时，整流电压波形与电阻负载时相同。 a30时，当u2过零时，由于电感的存在，阻止电流下降，因而VT1继续导通，直到下一相晶闸管VT2的触发脉冲到来，才发生换流，由VT2导通向负载供电，同时向VT1施加反压使其关断。 uuuudiaabcibiciduacOwtOwtOOwtOOwtawtwtu图图3-17 三相半波可控整流电路，阻感三相半波可控整流电路，阻感负载时的电路及负载时的电路及a a=6

26、0 时的波形时的波形3.2.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路46uuuudiaabcibiciduacOwtOwtOOwtOOwtawtwtu图图3-17 三相半波可控整流电路，阻感三相半波可控整流电路，阻感负载时的电路及负载时的电路及a a=60 时的波形时的波形3.2.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路47u 基本数量关系基本数量关系a的移相范围：移相范围：90 。 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2所示。 L不是很大，则当a30后，ud中负的部分可能减少，整流电压平均值Ud略为增加，如图图3-16曲线3 所示。acos17.12dUU

27、03060901201501.17321a/( )Ud/U2图图3-16 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路Ud/U2与与a a的关系的关系电阻电阻负载负载电感电感负载负载电阻电电阻电感负载感负载3.2.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路48 变压器二次电流二次电流即晶闸管电流的有效值有效值为 晶闸管的额定电流额定电流为 晶闸管最大正、反向电压峰值最大正、反向电压峰值均为变压器二次线电压峰值变压器二次线电压峰值，即 三相半波可控整流电路的主要缺点：主要缺点：变压器二次电流中含有直流分量直流分量，为此其应用较少。ddVTIIII577. 0312(3-23)dV

28、TAVVTIII368. 057. 1)(3-24)245. 2UUURMFM(3-25)3.2.2 三相三相桥式全控整流电路桥式全控整流电路49p原理图原理图 阴极连接在一起的3个晶闸管（VT1，VT3，VT5）称为共阴极组共阴极组；阳极连接在一起的3个晶闸管（VT4，VT6，VT2）称为共阳极组共阳极组。 共阴极组中与a，b，c三相电源相接的3个晶闸管分别为VT1，VT3，VT5，共阳极组中与a，b，c三相电源相接的3个晶闸管分别为VT4，VT6，VT2。 晶闸管的导通顺序：VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6。 三相三相桥式全控整流电路桥式全控整流电路(Three-phase

29、bridge fully-controlled rectifier)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50p 带电阻负载时的工作情况带电阻负载时的工作情况 u 电路分析电路分析 各自然换相点既是相电压相电压的交点，同时也是线电压线电压的交点。 当a60时 ud波形均连续连续，对于电阻负载，id波形与ud波形的形状是一样的，也连续连续。 a=0时，ud为线电压在正半周的包络线包络线。波形见图3-19。 时段时段共阴极组中导通的晶闸管共阴极组中导通的晶闸管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共阳极组中导通的晶闸管共

30、阳极组中导通的晶闸管VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流输出电压整流输出电压udua-ub=uabua-uc=uacub-uc=ubcub-ua=ubauc-ua=ucauc-ub=ucb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3.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路51a = 03.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路52wwwwu2ud1ud2u2Luduabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuaucubwt1OtOtOtO

31、ta = 0iVT1uVT1图图3-19 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 时时的波形的波形a = 0图图3-18 三相桥式全控整流三相桥式全控整流电路原理图电路原理图3.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路53a = 30图图3-18 三相桥式全控整流三相桥式全控整流电路原理图电路原理图wwwwud1ud2a = 30iaOtOtOtOtuduabuacuaubucwt1uabuacubcubaucaucbuabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuVT1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

32、负载a a=30 时的波形时的波形3.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路54a = 60图图3-18 三相桥式全控整流三相桥式全控整流电路原理图电路原理图图图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3.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路55a = 90图图3-18 三相桥式全控整流三相桥式全控整流电路原理图电路原理图图图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ud1ud2uduaubucuaubwtOwtOwtOwtOwtOiaiduabuacub

33、cubaucaucbuabuacubcubaiVT13.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路u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2个个晶闸管同时导通，形成向负载供电的回路，共阴极组的和共阳极组的各各1个个，且不能为同一相的晶闸管。 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VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，相位依次差60 。 共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差120 ，共阳极组VT4、VT6、VT2也依次差120 。 同一相的上下两个桥臂，即VT1与VT4，VT3与VT6，VT5与VT2，脉冲相差180

34、。563.2.2 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ud一周期脉动脉动6次次，每次脉动的波形都一样，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，为确保电路的正常工作，需保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲 宽脉冲宽脉冲触发 ：使脉冲宽度大于60（一般取80100） 双脉冲双脉冲触发 ：用两个窄脉冲代替宽脉冲，两个窄脉冲的前沿相差60，脉宽一般为2030 。 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，晶闸管承受最大正、最大正、反向电压反向电压的关系也一样一样。573.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路p 阻感负载时

35、的工作情况阻感负载时的工作情况 u电路分析电路分析 当a60时 与带电阻负载带电阻负载相似相似：ud波形连续，各晶闸管的通断情况、输出整流电压ud波形、晶闸管承受的电压波形等都一样。 区别：区别：当电感足够大的时候，电流id、iVT、ia的波形在导通段都可近似为一条水平线。a=0时的波形见图3-23，a=30时的波形见图3-24。 当a60时 由于电感L的作用，ud波形会出现负的部分负的部分。a=90时的波形见图3-25。 583.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路59ud1u2ud2u2LudidwtOwtOwtOwtOuaa = 0ubucwt1uabuacubcubauca

36、ucbuabuaciVT1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 时的波形时的波形图图3-18 三相桥式全控整流三相桥式全控整流电路原理图电路原理图a a=0 3.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路60图图3-18 三相桥式全控整流三相桥式全控整流电路原理图电路原理图a a=30 图图3-24三相三相桥式全控整流电路带阻感负载桥式全控整流电路带阻感负载a a=30 时的波形时的波形ud1a = 30ud2uduabuacubcubaucaucbuabuacwtOwtOwtOwtOidiawt1uaubuc3.2.2 三相桥式全控整流电

37、路三相桥式全控整流电路61图图3-18 三相桥式全控整流三相桥式全控整流电路原理图电路原理图a a=90 图图3-25三相三相桥式全控整流电路带阻感负载桥式全控整流电路带阻感负载a a=90 时的波形时的波形a = 90ud1ud2uacubcubaucaucbuabuacuabuduacuabuacwtOwtOwtOubucuawt1uVT13.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路62p 基本数量关系基本数量关系u 带电阻负载时，三相桥式全控整流电路a角的移相范围：120 ；u 带阻感负载时，三相桥式全控整流电路a角的移相范围：90 。 u 整流输出电压平均值整流输出电压平均值

38、带阻感负载时，或带电阻负载a60时 带电阻负载且a60时 aapapwwpcos234.2323)(sin2631UttdUdU(3-26)3cos(134. 2)(sin63232apwwppapUttdUUd(3-27)3.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路63u 输出电流平均值：输出电流平均值：Id=Ud/R。u 当整流变压器为图当整流变压器为图3-18中所示采用中所示采用星形接法星形接法，带阻感负载时，变压，带阻感负载时，变压器二次侧电流波形如图器二次侧电流波形如图3-24中所示，为正、负半周各宽中所示，为正、负半周各宽120 、前沿、前沿相差相差180 的矩形波，其有效

39、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。u 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。 2221222()0.8162333ddddIIIIIppp (3-28)REdUdI(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64udidwtOwtOgiciaibiciaIduaubucaw wt1时刻时刻 图图3-26 考虑变压器漏感时的三相半考虑变压器

40、漏感时的三相半波可控整流电路及波形波可控整流电路及波形 p 变压器漏感变压器漏感u 实际上变压器绕组总有漏感漏感，该漏感可用一个集中的电感LB表示，并将其折算到变变压器二次侧压器二次侧。 u 由于电感对电流的变化起阻碍作用，电感电流不能突变，因此换相换相过程不能瞬间完成，而是会持续一段时间持续一段时间。 p 以三相半波为例分析，然后将以三相半波为例分析，然后将其结论推广其结论推广u 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。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65u分析分析从从VT1换相换相至至VT2的过程的过程 在wt1时刻之前VT1导通， wt1时刻触发

41、VT2，因a、b两相均有漏感漏感，故ia、ib均不能突变，于是VT1和VT2同时导通同时导通，相当于将a、b两相短路两相短路，两相间电压差为ub-ua，它在两相组成的回路中产生环流环流ik如图所示。 ik=ib是逐渐增大的，而 ia=Id-ik是逐渐减小的。 当ik增大到等于Id时，ia=0，VT1关断，换流过程结束。 换相过程持续的时间用电角度g g表示，称为换相重叠角换相重叠角。 udidwtOwtOgiciaibiciaIduaubucaw wt1时刻时刻 图图3-26 考虑变压器漏感时的三相半考虑变压器漏感时的三相半波可控整流电路及波形波可控整流电路及波形 3.3 变压器漏感对整流电路

42、的影响变压器漏感对整流电路的影响66udidwtOwtOgiciaibiciaIduaubucaw wt1时刻时刻 图图3-26 考虑变压器漏感时的三相半考虑变压器漏感时的三相半波可控整流电路及波形波可控整流电路及波形 u 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整流输出电压瞬时值为： 换相压降：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，即 2baddbddaduutkiBLutkiBLuu(3-30)(3-31)dBdIkBkBIXdiLtddtdiLtduuUpwpwpwpgapapgapap232323)db(3/21d0656565653.3 变压器漏感

43、对整流电路的影响变压器漏感对整流电路的影响67 换相重叠角换相重叠角g g 由式（3-30）得出： 由上式得： 进而得出： 当当 时，时， 65pgawtdIki )cos(cos26B2dgaaXUI2dB62)cos(cosUIXgaaB2)65(sin26B2)ab(ddLtULuutkipw(3-32)2Bd65sin ()d26kiUttXpww(3-33)2256BB6655sin()d()coscos()2626tkUUitttXXwpappwwaw(3-34)(3-35)(3-36)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68g g随其它参数变化的规律：随其

44、它参数变化的规律： Id越大g越大； XB越大g越大； 当a90时，a越小g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脉波整流电路脉波整流电路 dU)cos(cosgaadBIXpdB2IXpdB23IXpdB3IXpdB2ImXp2Bd2UXI2Bd22UXI2dB62UIX2dB62UIXmUXIpsin22Bd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m=4； 三相桥等效为相电压等于 的6脉波整流电路，故其m=6，相电压按 代入。23U23U表表3-2 各种整流电路换

45、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 2dB62)cos(cosUIXgaa3.3 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u 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g g ，整流输出电压平均值Ud降低。 整流电路的工作状态增多。 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du/dt，可能使晶闸管误导通，为此必须加吸收电路吸收电路。 换相使电网电压出现缺口，成为干扰源干扰源。693.3 变压器漏感对整流电路的影响变压器漏

46、感对整流电路的影响例：三相桥式例：三相桥式不可控整流电路不可控整流电路，阻感负载，阻感负载，R=5，L=，U2=220V，XB=0.3，求求Ud、Id、IVD、I2和和g g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。 Ud3.34U2cosa aUd Ud3XBIdp p IdUdR 解方程组得：解方程组得： Ud3.34U2cosa 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

47、叠角换流重叠角g g26.93 二极管平均电流和变压器二次测电流的有效值分别为二极管平均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的波形如图的波形如图3-27所示。所示。70acos)cos(gaBdXI6gcos323.3 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71u2udiVD1wtOwtOwtOwtOuaubucwt1uabuacubcubaucaucbuabuaci2aIdId图图3-27 ud、iVD1和和i2a的波形的波形 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

48、引言引言交交直直交变频器、不间断电源、开关电交变频器、不间断电源、开关电源等应用场合大都采用源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整流二极管管，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。723.4 电容滤波的不可控整流电路电容滤波的不可控整流电路3.4.1 电容滤波的单电容滤波的单相不可控整流电路相不可控整流电路3.4.2 电容滤波的三电容滤波的三相不可控整流电路相不可控整流电路 733.4.1 电容滤波的单相不可控整流

49、电路电容滤波的单相不可控整流电路74u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 （Capacitor-filtered single-phase uncontrolled rectifier）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75p工作工作原理及波形分析原理及波形分析 u基本基本工作过程工作过程u2正半正半周周过零点至wt=0期间，u2=(35)T/2 , 此时输出电压为： u 电流平均值电流平均值 输出电流平均值

50、IR为： IR = Ud/R (3-47) Id = IR (3-48)二极管电流iD平均值为： ID=Id/2=IR/2 (3-49)u 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为变压器二次侧电压最大值: 22UUd22U22 . 1 UUd(3-46)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80p感感容滤波的单相桥式不可控整流电路容滤波的单相桥式不可控整流电路u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电感电感。uud波形更平直，电流i2的上升段平缓了许多，这对于电路的工作是有利的。a)b)u2udi20qpwti2,u2,ud

51、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81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u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 (Capacitor-filtered three-phase uncontrolled rectifier)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82p基本原理基本原理 3.4

52、.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83当某一对二极管导通时，输出直流电压等于交流侧线电压交流侧线电压中最大的一个，该线电压既向电容供电向电容供电，也向负载供电也向负载供电。 当没有二极管导通时，由电容向负载放电电容向负载放电，ud按指数指数规律下降。p电流电流id断续和连续断续和连续uVD1和VD2同时导通之前VD6和VD1是关断的，交流侧向直流侧的充电电流id是断续断续的。uVD1一直导通，交替时由VD6导通换相至VD2导通，id是连续连续的。 u由 “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，假设在wt+=2p/3的时刻“速度相等”恰好发生，则

53、有32=+t)-32( - tRC1232=+t2t)(32sin6)()+tsin(6pwpwwpwwpwqwddddeUtU(3-50)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84a)b)wtwtwtwtaidaidOOOO图图3-33电容滤波的三相桥式整流电路当电容滤波的三相桥式整流电路当w wRC等于和小于时等于和小于时 的的电流波形电流波形a）w wRC= b）w wRCua，VT6导通，此电流在流经LP时，LP上要感应一电动势up，其方向是要阻止电流增大阻止电流增大。可导出Lp两端电压、整流输出电压的数学表达式如下：12ddpuuu(3-97)21121

54、11()222ddpdpdduuuuuuu(3-98)图图3-39 平衡电抗器作用下输出电压的平衡电抗器作用下输出电压的波形和平衡电抗器上电压的波形波形和平衡电抗器上电压的波形图图3-40 平衡电抗器作用下两个晶闸管平衡电抗器作用下两个晶闸管同时导电的情况同时导电的情况3.6.1 带平衡电抗器的双反星形可控整流电路带平衡电抗器的双反星形可控整流电路112 虽然ud1ud2，但由于Lp的平衡作用，使得晶闸管VT6和VT1同时导通。 时间推迟至ub与ua的交点时，ub =ua，up=0。 之后ub ub，电流才从VT6换至VT2，此时VT1、VT2同时导电。 每一组中的每一个晶闸管仍按三相半波的导

55、三相半波的导电规律电规律而各轮流导电。 平衡电抗器中点作为整流电压输出的负端，其输出的整流电压瞬时值为两组三相半波整两组三相半波整流电压瞬时值的平均值流电压瞬时值的平均值。图图3-40 图图3-39 3.6.1 带平衡电抗器的双反星形可控整流电路带平衡电抗器的双反星形可控整流电路113p谐波分析谐波分析u将图3-38中ud1和ud2的波形用傅氏级数展开，可得当a=0时的ud1、ud2，即由式（3-97）和（3-98）可得 u负载电压ud中的谐波分量谐波分量比直流分量直流分量要小得多，而且最低次谐波最低次谐波为六次六次谐波。 u直流平均电压为 22017. 1)2(63UUUdp9cos4016

56、cos3523cos411 26321 tttUudwwwp9cos4016cos3523cos411 263)60(9cos401)60(6cos352)60( 3cos411 263222 tttUtttUudwwwpwwwp(3-99)(3-100)9cos2013cos212632 ttUupwwp6cos3521 2632 tUudwp(3-101)(3-102)3.6.1 带平衡电抗器的双反星形可控整流电路带平衡电抗器的双反星形可控整流电路114pa a=30 、a a=60 和和a a=90 时输出电压时输出电压的波形分析的波形分析u当需要分析各种控制角时的输出波形时，可根据式（

57、3-98）先求出两组三相半波电路的ud1和ud2波形，然后做出波形(ud1+ud2)/2。u输出电压波形与三相半波电路比较，脉动程度减小了，脉动频率加大一倍脉动程度减小了，脉动频率加大一倍，f=300Hz。u在电感负载情况下，移相范围：90 。u在电阻负载情况下，移相范围：120 。u整流电压平均值：Ud=1.17U2cosa a。90a。60a。30audududwtOwtOwtOuaubucucuaububucucuaububucucuaub图图3-41 当当a a =30 、60 、90 时，时，双反星形电路的输出电压波形双反星形电路的输出电压波形3.6.1 带平衡电抗器的双反星形可控整

58、流电路带平衡电抗器的双反星形可控整流电路p 双反星形电路与三相半波、三相桥式电路比较双反星形电路与三相半波、三相桥式电路比较u三相桥为两组三相半波串联串联，而双反星形为两组三相半波并联并联，且后者需用平衡电抗器平衡电抗器。u双反星形输出电压双反星形输出电压Ud ：等于三相半波，等于三相桥的1/2。u双反星形输出电流双反星形输出电流Id ：等于三相半波、三相桥的2倍。u反星形电路与三相桥式电路中，晶闸管的导通及触发脉冲的分配关系一样，ud和id的波形形状一样。n 所以，双反星形电路适用于低电压低电压、大电流大电流的场合。1153.6.2 多重化整流电路多重化整流电路116多重化整流电路多重化整流

59、电路Connection of multiple rectifiers增大输出电流：增大输出电流：并联多重联结并联多重联结增大输出电压：增大输出电压：串联多重联结串联多重联结可减少输入电流谐波输入电流谐波，减小输出电压输出电压中的谐波谐波并提高纹波频率纹波频率，因而可减小平波电抗器。增大输出功率增大输出功率3.6.2 多重化整流电路多重化整流电路117u图3-42的电路是2个三相桥并联而成的12脉波整流电路脉波整流电路。 可减少输入电流谐波输入电流谐波，减小输出电压输出电压中的谐波谐波并提高纹波频率纹波频率，因而可减小平波电抗器。 使用平衡电抗器平衡电抗器来平衡2组整流器的电流。图图3-42

60、并联多重联结的并联多重联结的12脉波整流电路脉波整流电路3.6.2 多重化整流电路多重化整流电路118u移相30构成的串联2重联结电路整流变压器二次绕组分别：采用星形和三角形接法。构成相位相差相位相差30 、大小相等大小相等的两组电压，接到相互串联串联的2组整流桥。 因绕组接法不同，变压器一次绕组和两组二次绕组的匝比如图所示1:1: 。该电路为12脉波脉波整流电路。 3图图3-43 移相移相30 串联串联2重联结电路重联结电路星形接法三角形接法图图3-44 移移相相30 串联串联2重联结重联结电路输入电流波形电路输入电流波形3.6.2 多重化整流电路多重化整流电路119其他特性如下：直流输出电