整流电路第六讲

教学目的

理解和掌握单相桥式、三相半波、三相桥式等整流电路的电路结构、工作原理、波形分析、电气性能、分析方法和参数计算。学习重点和难点重点：波形分析和基本电量计算的方法。难点：不同负载对工况的影响和整流器交流侧电抗对整流电路的影响。第2章整流电路2.1·引言整流电路：出现最早的电力电子电路，将交流电变为直流电。整流电路的分类：按组成的器件可分为不可控、半控、全控三种。按电路结构可分为桥式电路和零式电路。按交流输入相数分为单相电路和多相电路。按变压器二次侧电流的方向是单向或双向，又分为单拍电路和双拍电路。2工频可控整流器32.2单相可控整流电路

2.2.1单相半波可控整流电路

2.2.2单相桥式全控整流电路

2.2.3电容滤波的不可控整流电路

重点注意：工作原理（波形分析）定量计算不同负载的影响42.2.1单相半波可控整流电路1）带电阻负载的工作情况

单相半波可控整流电路(SinglePhaseHalfWaveControlledRectifier)1、电路：交流侧接单相电源变压器T起变换电压和电气隔离的作用。电阻负载的特点：电压与电流成正比，两者波形相同。开关元件理想，变压器理想图2-2单相半波可控整流电路5图2-2

单相半波可控整流电路及波形2、工作原理：在U2的正半周，VT承受正向电压，0～ωt1期间，无触发脉冲，VT处于正向阻断状态，UVT＝U2，Ud=0;

ωt1以后，VT由于触发脉冲UG的作用而导通，则Ud=U2,UVT=0，Id=U2/R，一直到π时刻；π～2π期间，U2反向，VT由于承受反向电压而关断,UVT=U2,Ud=0。以后不断重复以上过程。特点：为单拍电路，易出现变压器直流磁化，应用较少。6名词术语和概念单拍电路：指变压器副边在工作过程中只流过一个方向的电流，此时变压器有直流磁化现象；双拍电路：指变压器副边在工作过程中流过正反双向电流；“半波”整流：ud为脉动直流，波形只在u2正半周内出现，故称之。触发延迟角α：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,用α表示,也称触发角或控制角。导通角θ：晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度称为，用θ表示。在半波电路中，θ＋α＝π。移相:改变触发脉冲出现的时刻,即改变控制角的大小，称为移相。改变控制角的大小，使输出整流电压平均值发生变化称为移相控制。α的移相范围：指触发角α可以变化的角度范围。在不同的电路中，α有不同的角度范围。如在单相半波电路中，α的移相角度范围是0～π。相控方式：这种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。同步:使触发脉冲与可控整流电路的电源电压之间保持频率和相位的协调关系称为同步。使触发脉冲与电源电压保持同步是电路正常工作必不可少的条件。换流:在可控整流电路中，从一路晶闸管导通变换为另一路晶闸管导通的过程或电流从一条支路转移到另一条支路的过程称为换流，也称换相。名词术语和概念8①输出电压平均值Ud与输出电流平均值Id输出电压平均值Ud:α=0º时，

Ud=0.45U2，α=180º时，

Ud=0，所以控制角的移相范围是0~180º输出电流平均值Id:3、定量计算：②

输出电压有效值U与输出电流有效值I输出电压有效值U：输出电流有效值I：9③晶闸管电流有效值和变压器二次侧电流有效值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：④晶闸管承受的最大正反向电压Um

由图2-2(f)可以看出晶闸管承受的最大正反向电压Um是相电压峰值。

⑤功率因数cosφ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，当忽略晶闸管的压降时，电源供给的有功功率为P=UI

式中P—变压器二次侧有功功率

S—变压器二次侧视在功率10仿真112)带阻感负载的工作情况1、电路负载阻抗角Φ＝arctg(ωL/R)，反映出负载中电感所占的比重，该角度越大（0~900之间），则电感量越大。当负载中的感抗ωL和R相比不可忽略时，称为电感性负载。在生产实践中，常见的电感性负载如电机的励磁绕组。主电路结构同单相半波可控整流电路，仅负载发生变化阻感负载的特点：电感对电流变化有抗拒作用，使得流过电感的电流不发生突变。122)带阻感负载的工作情况

图2-3

带阻感负载的单相半波电路及其波形讨论负载阻抗角j、触发角a、晶闸管导通角θ的关系。由于从ud的波形可以看出，此时输出的平均电压Ud和电阻负载相比，有所下降。考虑一种极端情况：如果为大电感负载，则ud中的负面积接近正面积，输出的直流平均电压Ud≈0，则id也很小，这样的电路无实际用途。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。1314u2udiduVTiVTIdIdwt1wtwtwtwtwtwtOOOOOOp-ap+ab)c)d)e)f)g)iVDRa)图2-4

单相半波带阻感负载有续流二极管的电路及波形3)电感性负载加续流二极管1.电路2.工作原理（1）在U2的正半周，VDR承受反向电压，不导通，不影响电路的正常工作;（2）π～2π期间，电感L的感应电势（下正上负）使VDR导通，此时，L释放能量，维持负载电流通过VDR构成回路，而不通过变压器。称为续流。在续流期间，VT承受u2的负压而关断，此时Ud=0。（3)当ωL>>R时，id不但连续而且基本上维持不变，电流波形接近一条直线。（4）续流二极管VDR的作用：①SCR在u2过零时关断；②ud不出现负压；③id连续。〔注意〕：在考试中，可以直接用直线表示id。15输出直流电压的平均值Ud（和纯阻性负载相同）

输出直流电流的平均值Id.（和纯阻性负载相同）

若近似认为id为一条水平线，恒为Id，则流过SCR的电流平均值和有效值分别为：

3.定量计算续流二极管的平均电流和有效值：

晶闸管承受的最大正反向电压为：

续流二极管承受的最大反向压也是：移相范围:与电阻负载相同:18VT的a移相范围为180。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。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。单相半波可控整流电路的特点192.2.2单相桥式全控整流电路1)带电阻负载的工作情况a)u(i)pwtwtwt000i2udidb)c)d)ddaauVT1,4图2-5

单相全控桥式带电阻负载时的电路及波形工作原理及波形分析VT1和VT4组成一对桥臂，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和VT3组成另一对桥臂，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。电路结构单相桥式全控整流电路(SinglePhaseBridgeControlledRectifier)20

总结：无论u2在正半波或负半波，流过负载电阻的电流方向是相同的，ud，id波形相似。晶闸管的电压（uVT）：①当四个晶闸管都不通时，设其漏电阻都相等，则VT1压降为近u2/2；②当VT1导通时，压降为其通态电压，近似为零；③当另一对桥臂上的晶闸管导通时，u2反向加在VT1上，因此晶闸管承受的最大反向电压为。2)变压器二次绕组的电流：两个半波的电流方向相反且波形对称，所以不存在直流磁化的问题。21数量关系pwtwtwt000i2udidb)c)d)ddaauVT1,4①平均值：直流输出电压平均值Ud

α＝0时，Ud=0.9U2

；α＝π时，Ud=0。可见：在同样的控制角α情况下，输出的平均电压Ud是单相半波的两倍；

SCR可控移相范围为1800；

属于双拍电路。直流输出电流平均值Id

22pwtwtwt000i2udidb)c)d)ddaauVT1,4②有效值:输出电压有效值U输出电流有效值I（即为变压器二次侧绕组电流有效值I2）晶闸管电流平均值和有效值

SCR的平均电流IdVT

23SCR的有效值IT（IVT）晶闸管承受的最大反向电压晶闸管承受的最大正向电压pwtwtwt000i2udidb)c)d)ddaauVT1,4u2OwtOwtOwtudidi2b)OwtOwtuVT1,4OwtOwtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4图2-6

单相全控桥带阻感负载时的电路及波形假设电路已工作于稳态，id的平均值不变。假设负载电感很大，负载电流id连续且波形近似为一水平线。u2过零变负时，晶闸管VT1和VT4并不关断。至ωt=π+a时刻，晶闸管VT1和VT4关断，VT2和VT3两管导通。VT2和VT3导通后，VT1和VT4承受反压关断，流过VT1和VT4的电流迅速转移到VT2和VT3上，此过程称换相，亦称换流。2)带电感性负载的工作情况25

数量关系晶闸管移相范围为90。晶闸管导通角θ与a无关，均为180。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。晶闸管承受的最大正反向电压均为2OwtOwtOwtudidi2b)OwtOwtuVT1,4OwtOwtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4①平均值：直流输出电压平均值Ud直流输出电流平均值Id晶闸管的相关值晶闸管的电流平均值IdT和有效值IT26图2-7单相桥式全控整流电路接反电动势—电阻负载时的电路及波形在|u2|>E时，才有晶闸管承受正电压，有导通的可能。在a角相同时，整流输出电压比电阻负载时大。导通之后，

ud=u2，，直至|u2|=E，id即降至0使得晶闸管关断，此后u