整流电路单相可控整流电路

第2章整流电路2.1单相可控整流电路

2.2三相可控整流电路

2.3变压器漏感对整流电路的影响

2.4电容滤波的不可控整流电路

2.5整流电路的谐波和功率因数

2.6大功率可控整流电路

2.7整流电路的有源逆变工作状态

2.8相控电路的驱动控制本章小结

■整流电路（Rectifier）：功率流向AC→DC

晶闸管→相位控制整流电路

通过对晶闸管触发相位的控制从而达到控制输出直流电压的目的，这样的整流电路称之为相控整流电路

其他全控型器件（如MOSFET,IGBT）→斩波控制整流电路引言2023/1/12电力电子技术2■整流电路（Rectifier）：功率流向AC→DC

晶闸管→相位控制整流电路

通过对晶闸管触发相位的控制从而达到控制输出直流电压的目的，这样的整流电路称之为相控整流电路

其他全控型器件（如MOSFET,IGBT）→斩波控制整流电路引言2023/1/12电力电子技术3容量大，技术成熟性能优于相控整流，多用于中、小功率变换场合引言■整流电路（Rectifier）：功率流向AC→DC

晶闸管→相位控制整流电路

通过对晶闸管触发相位的控制从而达到控制输出直流电压的目的，这样的整流电路称之为相控整流电路

其他全控型器件（如MOSFET,IGBT）→斩波控制整流电路2023/1/12电力电子技术4本章学习内容引言■整流电路（Rectifier）：功率流向AC→DC

晶闸管→相位控制整流电路

■有源逆变电路（Invertor）：功率流向DC→AC2023/1/12电力电子技术5引言■整流电路的其他分类方法：

◆按电路控制特点分类2023/1/12电力电子技术6不可控电路：电路的直流输出电压平均值同交流电源电压的比值固定不变，且功率流向只能由电源流向负载，为单向变流器。这种电路的控制器件一般是二极管。半控电路：电路的直流输出电压平均值与交流电源电压的比值可以改变，但功率流向仍为单向，只能由电源侧流向负载侧。这种电路的控制器件一般是晶闸管和二极管同时存在。全控电路：电路的直流输出电压值可以改变，且功率流向是双向的。全控整流电路中控制器件主要为晶闸管。引言2023/1/12电力电子技术7■整流电路的其他分类方法：

◆按电路结构分类◆按电源相数分类

半波电路：每根电源进线流过单向电流，又称为零式电路

全波电路：每根电源进线流过双向电流，又称为桥式电路单相电路：单脉波或双脉波三相电路：三脉波或六脉波多相电路：多脉波引言2023/1/12电力电子技术8■整流电路的主要性能指标：

◆整流输出电压平均值◆电压波形系数：Uo有效/Uo平均

◆直流输出电压中的交流分量

◆交流侧功率因数

◆交流侧谐波电流

◆变压器利用系数考核直流侧的性能指标考核交流侧的性能指标引言■重点理解和掌握：

1.根据开关器件通、断状态及交流电源电压波形和负载性质，定量分析

1）输出直流电压大小及波形

2）电路中各元器件的电压和电流大小及波形

3）电路中使用的器件参数确定方法2.有源逆变状态3.整流电路的主要性能指标2023/1/12电力电子技术9第2章整流电路

2.1单相可控整流电路

2.2三相可控整流电路

2.3变压器漏感对整流电路的影响

2.4电容滤波的不可控整流电路2.5整流电路的有源逆变工作状态

2.6整流电路的谐波和功率因数

2.7*晶闸管直流电动机系统

2.8电力公害及改善措施本章小结

2.1单相可控整流电路2023/1/12电力电子技术11整流电路形式：单相半波可控整流电路单相桥式全控整流电路单相全波可控整流电路单相桥式半控整流电路负载形式：阻性负载，阻感负载，反电动势负载

2.1.1单相半波可控整流电路TVTRu1u2uVTudid2023/1/12电力电子技术12(SinglePhaseHalfWaveControlledRectifier)假定：开关器件为理想器件，不考虑变压器漏抗对电路的影响。电路的工作状态：阻性负载；感性负载。2.1.1单相半波可控整流电路TVTRu1u2uVTudidwwwwt0wt1p2ptttu2uguduVTaq000图3-1单相半波可控整流电路及波形■带电阻负载的工作情况：

◆变压器T起变换电压和隔离的作用。

◆电阻负载的特点是电压与电流成正比，两者波形相同。

◆在分析整流电路工作时，认为晶闸管（开关器件）为理想器件。

2023/1/12电力电子技术13波形分析电源电压一个周期中，负载上得到脉动的直流电压，脉动频率与电源频率一致，故此电路是单脉波整流电路（若整流输出电压的脉动频率是电源频率的二、三或六倍……，则分别称为二脉波、三脉波或六脉波电路……）。电路只在交流电源电压的正半周内整流，电源进线电流为单方向，又称为半波可控整流电路。2.1.1单相半波可控整流电路触发延迟角，或简称触发角、控制角导通角移相：改变触发角的大小，即改变触发脉冲电压出现的相位。

2.1.1单相半波可控整流电路基本概念：同步：要使整流输出电压稳定，则要求每个周期中触发角都相同，所以要求触发脉冲信号与电源电压在频率和相位上要协调配合，这种相互协调配合的关系，称之为同步。移相范围：触发角

从0°开始到最大触发角（电角度）的区间称为移相范围。2.1.1单相半波可控整流电路基本概念：单相半波可控整流电路—阻性负载

移相范围为180。通过控制触发脉冲的相位来控制直流输出电压大小的方式称为相位控制方式，简称相控方式。

基本数量关系直流输出电压平均值为：单相半波可控整流电路—阻性负载负载电流有效值负载电流平均值整流输出电压有效值基本数量关系单相半波可控整流电路—阻性负载负载电流波形系数整流变压器二次电流有效值基本数量关系单相半波可控整流电路—阻性负载晶闸管电流有效值晶闸管选用：

a）有效值相等的原则，并考虑一定裕量。

b）考虑散热，选择与之相应的散热器。晶闸管电流平均值基本数量关系单相半波可控整流电路—阻性负载晶闸管承受的最大正向和反向电压：整流电路的功率因数：

基本数量关系例2—1.单相半波可控整流电路，电阻性负载，不经整流变压器直接与220V交流电源相接，要求输出的直流平均电压为85V，最大输出直流平均电流为20A，求此电路中、R、U、I2、IT、IdT和，并选择晶闸管（考虑2倍裕量）。解：1.已知,根据公式

2.已知，，可计算负载电阻单相半波可控整流电路—阻性负载3.整流输出电压有效值4.

交流侧电流有效值单相半波可控整流电路—阻性负载5.

流过晶闸管的电流有效值和平均值晶闸管电流定额，应选额定电流为50A的晶闸管；6.

功率因数7.

选择晶闸管定额晶闸管的电压定额，应选额定电压为700V左右的晶闸管。当负载的感抗（）与电阻R相比不可忽略时称为感性负载，例如各种电机的励磁绕组、电磁铁线圈等。

电感存在对电路的影响：对电流的变化起抗拒作用，流过电感器件的电流不能突变，当电感中电流增加时，电感产生一自感电势阻止电流增加，而当电感中电流减小时，自感电势又将阻止电流的减小。2.1.1单相半波可控整流电路2.1.1单相半波可控整流电路uwttwwtwtw20wt1p2ptug0ud0id0uVT0qab)c)d)e)f)++图3-2带阻感负载的单相半波可控整流电路及其波形■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拒作用，使得流过电感的电流不能发生突变。

◆电路分析（p.53）。2023/1/12电力电子技术2.1.1单相半波可控整流电路2023/1/12电力电子技术通常而言：单相半波可控整流电路带大电感负载，输出直流电压总是很小，平均电流也很小。所以此电路是无法使用的。为了解决这个问题，通常是在整流电路的负载两端并联一个硅整流二极管DR，称为续流二极管（Free-WheelingDiode）。图3-4单相半波带阻感负载有续流二极管的电路及波形带续流二极管电路u2udiduVTiVTIdIdwt1wtwtwtwtwtwtOOOOOOp-ap+aiVDR2.1.1单相半波可控整流电路若晶闸管触发角为，则导通角为，续流二极管导通角即为。整流输出电压平均值带续流二极管电路u2udiduVTiVTIdIdwt1wtwtwtwtwtwtOOOOOOp-ap+aiVDR2.1.1单相半波可控整流电路晶闸管电流平均值续流二极管的电流平均值带续流二极管电路u2udiduVTiVTIdIdwt1wtwtwtwtwtwtOOOOOOp-ap+aiVDR2.1.1单相半波可控整流电路晶闸管可能承受的最大正、反向电压均为，续流二极管可能承受的最大反向电压也为。晶闸管电流有效值：续流二极管电流有效值：

当整流电路接大电感负载时，由于晶闸管触发导通瞬间，电流从零开始缓慢上升，若触发脉冲宽度不够，有可能发生电流未上升到晶闸管擎住电流IL，触发脉冲就已消失的情况，使晶闸管在触发脉冲消失后又恢复正向阻断状态，所以要求触发脉冲有足够的宽度。单相半波可控整流电路—感性负载（补充）•VT移相范围为180。•电路简单，但输出脉动大，变压器二次侧电流中含直流分量，造成变压器铁芯直流磁化，为使变压器铁芯不饱和，需加大铁芯的截面积，所以设备容量大。•实际上很少应用此种电路。分析该电路的主要目的建立起整流电路的基本概念。2.1.1单相半波可控整流电路特点小结2.1.2单相桥式全控整流电路u(i)pwtwtwt000i2udidddaauVT1,4图3-5单相全控桥式带电阻负载时的电路及波形VT2和VT3的=0处为t=2023/1/12电力电子技术32SinglePhaseBridgeControlledRectifier工作原理及波形分析VT1、VT4在u2正半周承受电压u2，得到触发脉冲即导通，当u2过零时关断。VT2、VT3在u2负半周承受电压-u2，即正向阳极电压，得到触发脉冲即导通，当u2过零时关断。电路结构2.1.2单相桥式全控整流电路u(i)pwtwtwt000i2udidddaauVT1,4结论：电路在交流电压的正、负半周都能实现整流，为全波可控整流电路。又由于输出整流电压在一个周期内脉动两次，又称为双脉波整流电路。其输出整流电压脉动程度比半波整流电路要小。变压器二次侧绕组中不存在单相半波整流电路中的直流磁化现象，变压器利用率较高。

2.1.2单相桥式全控整流电路电路移相范围是。基本数量关系整流输出电压平均值其值是单相半波整流电路的2倍。2.1.2单相桥式全控整流电路晶闸管电流平均值晶闸管承受的最大正向电压为电源电压峰值的一半；最大反向电压为电源电压峰值。基本数量关系2.1.2单相桥式全控整流电路负载平均电流值基本数量关系2.1.2单相桥式全控整流电路晶闸管电流有效值：变压器二次测电流有效值I2：不考虑变压器的损耗时，要求变压器的容量S=U2I2。例2—2.单相全控桥式整流电路，阻性负载，要求输出直流电压连续可调，负载平均电流恒定为20A，晶闸管最小触发角限制为，计算变压器二次侧电压、电流值，估算其容量以及晶闸管导通角的变化范围并选择晶闸管。

单相桥式全控整流电路---阻性负载举例解题思路：1.本题给出了输出电压调节范围和最小触发角，需要注意的是最小触发角对应最大输出电压。2.负载电流恒定，即最低电压时同样需要输出直流电流20A，而最低电压对应最大触发角，此时晶闸管导通时间很短，显然，平均值一定情况下，晶闸管导通角小其电流有效值大，而变压器容量应该考虑最高电压和最大电流情况。例2—2.单相全控桥式整流电路，阻性负载，要求输出直流电压连续可调，负载平均电流恒定为20A，晶闸管最小触发角限制为，计算变压器二次侧电压、电流值，估算其容量以及晶闸管导通角的变化范围并选择晶闸管。

单相桥式全控整流电路---阻性负载举例解：1.已知对应的所以晶闸管导通角的变化范围为当一定时，越大，所需越大，时有2.在整个可调电压范围内，恒为20A，考虑严重情况，即在时，电路仍能输出20A电流，据此可求出最大触发角所以变压器二次侧绕组的电流为单相桥式全控整流电路---阻性负载举例本题中应注意，若按计算，则变压器二次侧绕组中电流，较上面的42.8A小得多，据此计算的变压器容量偏小，显然无法满足运行要求。单相桥式全控整流电路---阻性负载举例3.变压器容量估算晶闸管承受的最大反向电压为若考虑2倍裕量为338V，则可选取型号为KP50-5的晶闸管，其通态平均电流为50A，正向重复峰值电压为5级（500V）。单相桥式全控整流电路---阻性负载举例4.选择晶闸管流过晶闸管的电流有效值所以，考虑2倍裕量时晶闸管额定电流假设电路稳态，id的平均值不变。假设负载电感很大，id连续且近似为一水平线。2.1.2单相桥式全控整流电路阻感负载（感性负载）：u2过零变负时，VT1和VT4不关断。ωt=π+a，VT1和VT4关断，VT2和VT3导通。VT2和VT3导通后，VT1和VT4承受反压关断，流过VT1、VT4的电流迅速转移到VT2、VT3上，此过程称换相，亦称换流。2.1.2单相桥式全控整流电路晶闸管移相范围为90。晶闸管承受的最大正反向电压均为。整流输出电压为2.1.2单相桥式全控整流电路基本数量关系与

无关，为180。晶闸管电流：变压器二次电流有效值：2.1.2单相桥式全控整流电路基本数量关系平均值有效值VT电感不足够大，负载电流断续。负载电压2.1.2单相桥式全控整流电路（补充）基本数量关系结论：可提高输出电压。为什么？

带续流二极管电路2.1.2单相桥式全控整流电路（补充）在|u2|>E时，晶闸管才有导通可能。Electro-motive-force(EMF)load2.1.2单相桥式全控整流电路反电动势负载：晶闸管导通后，有|u2|=E，id降至0使晶闸管关断，则2.1.2单相桥式全控整流电路注意：VT1、VT4关断，VT2、VT3未开通时，输出电压ud=E，因此相同a角时，带反电动势负载时整流输出电压比电阻负载时大。与电阻负载时比，晶闸管提前了电角度δ停止导电，δ称为停止导电角。2.1.2单相桥式全控整流电路晶闸管导通角输出电压2.1.2单相桥式全控整流电路当时，触发脉冲宽度不够，晶闸管不导通。触发脉冲有足够宽度，时脉冲仍然存在，相当于触发角被推迟为。2.1.2单相桥式全控整流电路负载为直流电动机时，如电流断续，电机的机械特性将很软。为了克服电流断续的情况，直流侧串联平波电抗器。ud的波形和id的波形与阻感负载电流连续时相同，Ud的计算也一样，电流计算为：2.1.2单相桥式全控整流电路负载为直流电动机时，如电流断续，电机的机械特性将很软。为了克服电流断续的情况，直流侧串联平波电抗器。为保证电流连续所需的电感量L可由下式求出：2.1.2单相桥式全控整流电路2.1.2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R=2Ω，L值极大，反电势E=60V，当=30时，要求：①作出ud、id和i2的波形；②求整流输出平均电压Ud、电流Id，变压器二次侧电流有效值I2；③考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。2023/1/12电力电子技术562.1.2单相桥式全控整流电路■解：①ud、id和i2的波形如图3-9：

图3-9ud、id和i2的波形图2023/1/12电力电子技术572.1.2单相桥式全控整流电路②整流输出平均电压Ud、电流Id，变压器二次侧电流有效值I2分别为

Ud＝0.9U2cos＝0.9×100×cos30°＝77.97(A)

Id

＝(Ud－E)/R＝(77.97－60)/2＝9(A)

I2＝Id＝9(A)③晶闸管承受的最大反向电压为：

U2＝100＝141.4（V）流过每个晶闸管的电流的有效值为：

IVT＝Id∕＝6.36（A）故晶闸管的额定电压为：

UN＝(2~3)×141.4＝283~424（V）晶闸管的额定电流为：

IN＝(1.5~2)×6.36∕1.57＝6~8（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。2023/1/12电力电子技术58作业：（p.120）2-4、2-5、2-6、2-7、2-9。

2023/1/12电力电子技术59单相全波与单相全控桥从直流端或从交流输入端看均基本一致，电路结构特点是变压器采用二次侧有中心抽头的变压器。变压器不存在直流磁化的问题。a)wtwab)udi1OOt2.1.3单相全波可控整流电路注意晶闸管承受的电压：阻性负载时，最大正向电压为，最大反向电压为。2.1.3单相全波可控整流电路

阻性负载电路工作特点：两个晶闸管各导通，晶闸管承受的最大正、反向电压均为。2.1.3单相全波可控整流电路

感性负载2.1.3单相全波可控整流电路◆单相全波与单相全控桥的区别

☞单相全波中变压器结构较复杂，材料的消耗多。☞单相全波只用2个晶闸管，比单相全控桥少2个，相应地，门极驱动电路也少2个；但是晶闸管承受的最大电压是单相全控桥的2倍。☞单相全波导电回路只含1个晶闸管，比单相桥少1个，因而管压降也少1个。◆从上述后两点考虑，单相全波电路有利于在低输出电压的场合应用。2023/1/12电力电子技术632.1.3单相全波可控整流电路---感性负载思考：阻感负载带续流二极管电路分析？

例2—3.如图所示为带续流二极管的单相全波可控整流电路，带阻感负载，电感足够大，保证电流连续且平直，已知，要求：（1）求晶闸管的电压、电流定额，考虑2倍安全裕量，选择晶闸管；（2）计算续流二极管电流平均值及有效值。

单相全波可控整流电路---应用举例

解：

（1）带续流二极管的单相全波可控整流电路输出电压波形与阻性负载情况相同，故整流电路输出电压平均值为

单相全波可控整流电路---应用举例waudOt负载电流为单相全波可控整流电路---应用举例流过晶闸管的电流有效值为考虑2倍裕量，晶闸管的额定电流可选晶闸管承受最高电压为，考虑2倍裕量，晶闸管的额定电压为单相全波可控整流电路---应用举例（2）续流二极管一周期内导通电角度，则续流二极管的电流平均值为续流二极管的电流有效值为2.1.4单相桥式半控整流电路2023/1/12电力电子技术69Single-phasebridgehalf-controlledrectifier电路结构单相全控桥中，每个导电回路有2个晶闸管，其中之一可用二极管代替，从而简化整个电路。即为单相桥式半控整流电路。电路中二极管工作状态的分析方法

VD2和VD4为共阳极接法。对于共阳极接法的二极管，阴极电位低的管子导通。2.1.4单相桥式半控整流电路2023/1/12电力电子技术70Single-phasebridgehalf-controlledrectifier电路结构单相全控桥中，每个导电回路有2个晶闸管，其中之一可用二极管代替，从而简化整个电路。即为单相桥式半控整流电路。电路工作特点

晶闸管触发导通，整流二极管自然换相。2023/1/12电力电子技术71阻性负载半控电路与全控电路在电阻负载的工作情况基本相同，不同之处在晶闸管在正向阻断状态时承受u2，而不是u2/2。难点：晶闸管、二极管的电压波形。阻感负载输出电压波形与阻性负载时相同。电流波形平直。注意：晶闸管和二极管的导通角和导通区间。2.1.4单相桥式半控整流电路◆失控现象分析

☞当突然增大至180或触发脉冲丢失时，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，相当于单相半波不可控整流电路时的波形，称为失控。◆避免办法：续流二极管VDR

☞有续流二极管VDR时，续流过程由VDR完成，避免了失控的现象。

☞续流期间导电回路中只有一个管压降，少了一个管压降，有利于降低损耗。

2023/1/12电力电子技术732.1.4单相桥式半控整流电路图3-11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◆电路分析（p.67）

O2OudidIdOOOOOi2IdIdIdIIdawtwtwtwt