电力电子技术（第2版）课件第5章 交流-直流变换技术

5.1单相可控整流电路5.2三相可控整流电路5.3相控整流电路分析5.4整流电路的有源逆变工作状态5.5电容滤波的不可控整流电路5.6电压型单相PWM整流电路5.7电压型三相PWM整流电路本章小结1第5章整流电路预习检查什么是控制角α？前课重点2引言交流-直流（AC-DC）变换是把交流电变换为直流电的变流过程，这个过程称为整流。由二极管作为整流元件所获得的直流电压值是固定的，这种变流方式称为不可控整流。如果采用晶闸管作为整流元件，控制输出整流电压的大小，这种变流称为可控整流。通过PWM整流的方式将交流电变换为直流电，称为PWM整流。整流电路应用十分广泛。35.1单相可控整流电路5.1.1单相桥式全控整流电路5.1.2单相全波可控整流电路5.1.3其它单相可控整流电路45.1.1单相桥式全控整流电路1．电阻性负载(1)工作原理电路分析VT1和VT4同开同断，VT2和VT3同开同断。整流变压器TR，u1为初级电压，u2次级电压，

U2有效值。图中ud平均值，R负载电阻图5-1单相全控桥式带电阻负载时的电路及波形a）电路

55.1.1单相桥式全控整流电路波形分析0≤ωt<α阶段。u2正半周，4个晶闸管均不导通。VT1、VT4串联，各承受二分之一u2ud、

id为零。图5-1单相全控桥式带电阻负载时的电路及波形65.1.1单相桥式全控整流电路α≤ωt<

π阶段。在

处VT1VT4触发导通。电流从a端经VT1、R、VT4流回b端uT1,4=0ud

=u2

。π≤ωt<π+α阶段。当u2过零时，VT1和VT4关断。各承受二分之一u2，ud

id为零。图5-1单相全控桥式带电阻负载时的电路及波形uaub7π+α≤ωt<2π阶段。在π+

处触发VT2和VT3导通ud

=-u2uT1=u2

i2波形承受最大反压√͞2U2

,最大正压√͞2U2/2。5.1.1单相桥式全控整流电路图5-1单相全控桥式带电阻负载时的电路及波形uaub85.1.1单相桥式全控整流电路几个名词术语和概念1）控制角α：从晶闸管承受正向电压起到加触发脉冲使其导通为止，所对应的角度。2）导通角θ：晶闸管在一个周期内导通的时间所对应的角度．在该电路中，θ

=π-α。95.1.1单相桥式全控整流电路3）移相：改变α角的大小，称为移相。4）移相范围：使整流电压平均值从最大值降到最小值，控制角α的变化范围即触发脉冲移动范围。5）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。10(2)基本数量关系整流电压平均值为:

α角的移相范围为180

。输出直流电压有效值为：

(5-1)5.1.1单相桥式全控整流电路(5-3)(5-2)11向负载输出的直流电流平均值为:

流过晶闸管的电流平均值：

流过晶闸管的电流有效值为：(5-4)5.1.1单相桥式全控整流电路(5-5)(5-6)12变压器二次侧电流有效值I2与输出直流电流有效值I相等，为:电路的功率因数不考虑变压器的损耗时，要求变压器的容量为S=U2I2=U1I1。(5-7)5.1.1单相桥式全控整流电路(5-8)13例题5-1：单相桥式全控整流电路，电阻性负载，要求电路输出的直流平均电压从30~150V连续可调，负载平均电流Id均能达到15A，考虑最小控制角αmin=30O。试计算晶闸管控制角的变化范围，并选择晶闸管。解：由题意，αmin=30O时，对应Ud最大值为150V，由式（5-1）计算出变压器次级电压有效值

α值越大Ud越小在Ud=30V时，求出最大控制角，将α值代入式（5-1）

α

=129O时，晶闸管导通角的变化范围为30O～129O5.1.1单相桥式全控整流电路14根据式（5-4）Id

=

Ud/R，Ud=30V时，电路仍能输出15A电流，负载电阻R=2Ω，当Ud=150V时，负载电流为75A，则控制角αmin=30O则据式（5-6），晶闸管的电流有效值为考虑晶闸管有效值与通态平均电流的1.57倍关系以及考虑电流安全裕量1.5~2倍，则

考虑晶闸管电压安全裕量2~3倍，则晶闸管额定电压根据上述数值选取晶闸管型号。5.1.1单相桥式全控整流电路15图5-2单相全控桥带阻感负载时的电路及波形2．电感性负载

(1)工作原理电路分析电路如图5-2a），负载为L、R。5.1.1单相桥式全控整流电路1616电感量L较大触发角

处VT1和VT4加触发开通，ud=u2。电感很大，id近似为一条水平线。5.1.1单相桥式全控整流电路图5-2单相全控桥带阻感负载时的电路及波形1717VT1VT4导通，uT1,4=

0，iT1,4=idiT2,3=0i2=id。u2过零，VT1和VT4仍流过id，不关断，

ud负值。5.1.1单相桥式全控整流电路图5-2单相全控桥带阻感负载时的电路及波形185.1.1单相桥式全控整流电路图5-2电流连续时波形

t=

+

时刻，VT1和VT4中仍流过电流id。VT2和VT3触发导通，VT1和VT4关断，此过程称为换相亦称换流。图5-2单相全控桥带阻感负载时的电路及波形之前195.1.1单相桥式全控整流电路图5-2电流连续时波形ud=uba=-

u2i2=-

id为负值，iT1,4=0iT2,3=iduT1,4=

u2

。之后与前面重复。图5-2单相全控桥带阻感负载时的电路及波形-u2

u2

u2

讨论提纲电阻性负载时单相全控桥式整流电路工作原理导通角、移相、移相范围、同步的概念?电阻性负载时单相全控桥式整流电压Ud是多少?电感性负载时变压器副边i2波形是交变的吗？深度问题：20电感性负载时单相全控桥式整流电路控制角大于90度输出电压分析。总结单相全控桥式整流电路结构单相全控桥式整流电路控制规则电阻性负载时单相全控桥式整流电路工作原理控制角、导通角、移相、移相范围、同步的概念电阻性负载时单相全控桥式整流电路波形分析与数值计算电感性负载时单相全控桥式整流电路工作原理2122(2)基本数量关系电流id连续波形，导通角θ与α无关，均为180°。整流电压平均值为：

控制角移相范围为90

。

电流平均值

(5-9)5.1.1单相桥式全控整流电路(5-10)预习检查电感性负载时单相全控桥输出电压计算公式前课重点电流i2有效值I2=Id（5-11）23晶闸管电流平均值和有效值分别为变压器二次侧电流i2有效值I2=Id电路的功率因数不考虑损耗时，变压器的容量5.1.1单相桥式全控整流电路（5-11）（5-12）（5-13）(5-14)245.1.1单相桥式全控整流电路图5-3电流断续时波形3．反电势电阻负载

(1)工作原理电路分析。负载电势E和电阻R，电势极性如图5-3。

|u2|>E时，晶闸管承受正电压，才有导通可能。导通后，ud=u2，直至|u2|=E，id即降至0，此后ud=E。ɛa称停止导电角。波形如图表示。255.1.1单相桥式全控整流电路(2)数值关系停止导电角

输出整流电压平均值：

(5-16)(5-15)265.1.1单相桥式全控整流电路晶闸管导通后，根据电压平衡关系,负载电流为：整流电流平均值(5-17)(5-18)275.1.1单相桥式全控整流电路4.反电势阻感负载一般在主电路中直流输出侧串联一个平波电抗器使电流连续。为保证电流连续所需的电感量L可由下式求出：而连续时，晶闸管每次导通180

，其它参数（包括ud）的计算式子与电感性负载相同，ud和id的理想波形也一样。(5-19)(5-20)285.1.1单相桥式全控整流电路例题5-2：单相桥式全控整流电路，输入交流侧电压

U2=110V，，负载中电阻R=3Ω，电感L值极大，反电势E=48V，当控制角α=30°时，求：1）画出输出整流电压ud、电流id和整流变压器二次侧电流i2的波形；2）计算整流输出平均电压Ud、电流Id和整流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。解：1）输出整流电压ud、电流id和i2的波形如图5-4。图5-4例题5-2单相桥式全控整流电路波形图292）整流输出平均电压Ud、电流Id和I2分别为3）晶闸管承受的最大反向电压为流过每个晶闸管的电流的有效值为故晶闸管的额定电压为晶闸管的额定电流为晶闸管额定电压和电流的具体数值可按产品系列参数选取。5.1.1单相桥式全控整流电路305.1.2单相全波可控整流电路图5-5单相全波可控整流带电阻负载时电路及波形1.带电阻负载时电路分析也称双半波可控整流电路如图5-5a）变压器TR带中心抽头接负载一端。变压器次级另两端分别接晶闸管。图中晶闸管共阴极连接。

a）315.1.2单相全波可控整流电路图5-5单相全波可控整流带电阻负载时电路及波形工作原理u2正半周0<ωt<α时ud=0

i1=0

uT1=u2a）b）0325.1.2单相全波可控整流电路图5-5单相全波可控整流带电阻负载时电路及波形u2正半周α时，VT1工作，上绕组通路a--

VT1–R—O

ud=u2id与ud波形形状相同

iT1=id，i1与iT1比例关系uT1=0uT2=-2u2a）b）u2-u2335.1.2单相全波可控整流电路图5-5单相全波可控整流带电阻负载时电路及波形u2负半周

<ωt<α+

时，ud=0

i1=0

uT1=u2a）b）0345.1.2单相全波可控整流电路图5-5单相全波可控整流带电阻负载时电路及波形u2负半周α+

，VT2工作，绕组电流b–VT2–R—O

ud=-u2，i1方向与正方向相反iT2=id

uT1=2u2a）b）-u2

u2

-u2355.1.2单相全波可控整流电路图5-5单相全波可控整流带电阻负载时电路及波形变压器不存在直流磁化的问题。直流电压、电流与单相桥式全控整流电路相同。晶闸管承受的最大正向电压为√͞2U2，最大反电为

2√͞2U2

，

α=0-180o，θ=180o-αb）电流连续时，计算公式与单相桥式全控整流电路相同

,但此处

i2=iT

365.1.2单相全波可控整流电路2.电感性负载

电路。如图5-6a）所示。工作情况udid波形与桥式相同。只要在α<90°范围内，Ud均可在0~0.9U2范围内调节，波形如图5-6b）。图5-6单相全波可控整流带阻感负载时电路及波形375.1.2单相全波可控整流电路VT1导通后，导电如图。ud=u2由于电感L的作用，维持导通到电源电压为负值。uT2=-2u2图5-6单相全波可控整流带阻感负载时电路及波形a）u2-u2385.1.2单相全波可控整流电路待相隔180°，VT2被触发导通，VT1关断，换流。ud=-u2uT1=2u2θ=180o

图5-6单相全波可控整流带阻感负载时电路及波形-u2

u2

-u2395.1.2单相全波可控整流电路当α=90°L极大时,ud正负面积近似相等，如图5-6c），Ud=0当α>90°时，或L不够大时，管子将提早关断，id波形断续，如图5-6d）。图5-6单相全波可控整流带阻感负载时电路及波形405.1.2单相全波可控整流电路数量关系晶闸管承受的最大正向电压和反向电压分别为

√͞2U2和2√͞2U2

。当L极大，α<90°，输出电压有效值U、平均值Ud、电流Id、IdT、IT、I计算与单相桥式全控整流相同。变压器次级有两个绕组，此处有I2=IT。415.1.2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，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。单相全波电路有利于在低输出电压的场合应用。421.带续流二极管的单相全波可控整流电路电路分析如图5-7a）。为了提高输出电压，消除ud负值部分，同时使输出电流更加平直，在实用中，可接续流二极管VD。图5-7带续流二极管的单相全波可控整流电路电路及波形a）5.1.3其它单相可控整流电路43工作原理当L足够大时，其波形如图5-7b）。θ=180o-α，θD=2α数值关系

当L足够大时，图5-7带续流二极管的单相全波可控整流电路电路及波形a）(5-21)(5-22)(5-23)(5-24)5.1.3其它单相可控整流电路445.1.3其它单相可控整流电路图5-8单相半波可控整流电路a）电阻性负载b）阻感负载时带续流二极管电路

2.单相半波可控整流电路如图5-8a）为电阻性负载，在u2正半周，改变触发时刻，输出ud和id随之改变，在u2负半周，晶闸管截止。图5-8b）为阻感负载时带续流二极管的单相半波可控整流电路。整流电压ud波形与电阻负载时一致。a）b）455.1.3其它单相可控整流电路图5-8单相半波可控整流电路a）电阻性负载b）阻感负载时带续流二极管电路

在u2负半周，负载电流通过二极管续流。电路简单，只有1只晶闸管，调整方便，但电流脉动大。变压器副边电流单方向流过，造成变压器铁芯直流磁化，容量不能充分利用。

b）465.1.3其它单相可控整流电路a）阻感负载时带续流二极管电路图5-9单相桥式半控整流电路3.单相桥式半控整流电路电阻电感负载时，输出直流电压ud无负值。晶闸管截止时，负载电流通过VDR，如图5-9a）或者如图5-9b)，通过VD3和VD4续流。图5-9b)两晶闸管阴极电位不同，触发电路需隔离b）阻感负载时二极管串联电路讨论提纲电流连续时，单相桥式反电势阻感负载电流公式？无续流二极管单相全波可控整流晶闸管最大电压？带续流二极管的单相全波可控整流电路晶闸管导通角是多少？了解单相半波可控整流电路了解单相桥式半控整流电路深度问题：47两种单相全波可控整流电路，控制角相同时，哪种输出电压更大？总结电感性负载时单相全控桥式整流电路数值计算：输出电压、电流、晶闸管电压电流、变压器电流无续流二极管的单相全波可控整流电路与全控桥式整流电路的比较有无续流二极管的单相全波可控整流电路工作原理，以及两种电路的比较单相半波可控整流电路有直流磁化现象单相桥式半控整流电路可减少晶闸管个数48495.2三相可控整流电路5.2.1三相半波可控整流电路5.2.2三相桥式全控整流电路预习检查三相半波电路整流变压器二次侧为什么必须接成星形，而一次侧接成三角形？前课重点505.2.1三相半波可控整流电路·引言单相可控整流电路元件少，但其输出电压的脉动较大、引起三相电网不平衡，用于小容量设备。当容量较大、要求输出电压脉动较小时，则多采用三相可控整流电路。三相可控整流电路有三相半波、三相桥式等多种形式。最基本的是三相半波可控整流电路。其它电路可以看作是三相半波电路不同形式的组合。515.2.1三相半波可控整流电路图5-10三相半波可控整流电路共阴极接法电阻负载时的电路

1.电阻负载（1）电路结构

为得到零线，变压器二次侧接成星形，而一次侧接成三角形，避免3次谐波。三个晶闸管按共阴极接法连接，有公共端。负载为电阻R。见图5-10a）。525.2.1三相半波可控整流电路图5-10三相半波可控整流电路共阴极接法电阻负载时的电路及

=0

时的波形（2）工作原理

整流变压器次级绕组三相正弦波电压相互差120°的波形ua、ub、uc30°535.2.1三相半波可控整流电路图5-10三相半波可控整流电路共阴极接法电阻负载时的电路及

=0

时的波形1）控制角的情况VT1、VT2、VT3为二极管时，在

t1、

t2、

t3处，均出现二极管换相，称这些交点为自然换相点。当VT1、VT2、VT3为晶闸管时，该处α=0°。545.2.1三相半波可控整流电路

=0

时，三个晶闸管轮流导通120

，ud波形为三个相电压包络线。

id波形与ud类似。变压器二次绕组电流有直流分量。图5-10三相半波可控整流电路共阴极接法电阻负载时的电路及

=0

时的波形ua0ubuc555.2.1三相半波可控整流电路晶闸管电压组成

VT1导通时，uT1为零b相元件VT2导通时，uT1为uab然后uT1为uac各线电压幅值相位如图，顺序为uabuacubcubaucaucb

图5-10三相半波可控整流电路共阴极接法电阻负载时的电路及

=0

时的波形ubuc565.2.1三相半波可控整流电路2）控制角

=30

的情况

VT1在

=30

被触发导通ud=uaiT1=IduT1=0VT2被触发导通ud=ub。图5-11三相半波可控整流电路，电阻负载，

=30

时的波形575.2.1三相半波可控整流电路iT1=0uT1=uabVT3被触发导通ud=uciT1=0uT1=uac图5-11三相半波可控整流电路，电阻负载，

=30

时的波形ubuc585.2.1三相半波可控整流电路负载电流处于连续和断续的临界状态，各相仍导电120

。晶闸管电压uT1

，VT1导通时，

uT1为零，VT2导通时，uT1为uab，然后uac。图5-11三相半波可控整流电路，电阻负载，

=30

时的波形593）控制角

150

>

>30

的情况（图5-12的

=60

）VT1在

=60

被触发导通ud=uaiT1=Id电压过零ud=0，iT1=0VT2在

=60

被触发导通ud=ub电压过零ud=0。5.2.1三相半波可控整流电路图5-12三相半波可控整流电路，电阻负载，

=60

时的波形60VT3在

=60

被触发导通ud=uc电压过零ud=0。iT1=0存在输出电压电流为零情况。负载电流断续，各晶闸管导通角小于120

。5.2.1三相半波可控整流电路图5-12三相半波可控整流电路，电阻负载，

=60

时的波形615.2.1三相半波可控整流电路(3)基本数量关系电阻负载时

角的移相范围为150

。

整流电压平均值

≤30

时，负载电流连续，有：

当

=0时，Ud最大，为Ud=Ud0=1.17U2。(5-26)625.2.1三相半波可控整流电路

>30

时负载电流断续，晶闸管导通角减小，则

(5-27)635.2.1三相半波可控整流电路

≤30

时，负载电流平均值为：150

>

>30

时负载电流平均值为：晶闸管的平均电流晶闸管承受的最大反向电压为线电压峰值，即：

晶闸管阳极与阴极间的最大电压等于相电压的峰值(5-28)(5-29)(5-30)(5-31)(5-32)645.2.1三相半波可控整流电路图5-14三相半波可控整流电路共阴极接法电阻负载时的电路及

=60

时的波形2.阻感负载

(1)工作原理

电路如图5-14a)。负载存在大电感。α<30°时，整流电压波形与电阻负载相同。

α>30°时,如图。655.2.1三相半波可控整流电路图5-14三相半波可控整流电路共阴极接法电阻负载时的电路及

=60

时的波形当α>30°时,比如α=60°时，在

t1触发VT1导通ud=ua当a相电压ua降到零时，由于电感中感应电势的作用继续导通.电压ud波形出现负值。665.2.1三相半波可控整流电路图5-14三相半波可控整流电路共阴极接法电阻负载时的电路及

=60

时的波形如果电感值大，则VT1维持导通，id平直iT1

=ia

=iduT1=0到VT2触发导通，ud=ub。ib

=idia

=ic

=0uT1=

uabub675.2.1三相半波可控整流电路图5-14三相半波可控整流电路共阴极接法电阻负载时的电路及

=60

时的波形120°后VT3触发导通ic

=id电感量大时，id波形近似于一条直线。uT1=

uac

总的uT1由一段管压降和两段线电压组成。uc685.2.1三相半波可控整流电路(2)基本数量关系

的移相范围为90

。

整流电压平均值:电流平均值:晶闸管电流有效值IT和变压器次级电流有效值I2:

(5-31)(5-32)(5-33)695.2.1三相半波可控整流电路（3）线路中电感量较小时情况L不大，当

=90

时，ud已出现断流,

Ud/U2与

如曲线3所示。L很大，如曲线2所示。L=0，

最大移相范围

150

图5-13三相半波可控整流电路Ud/U2与

的关系705.2.1三相半波可控整流电路（4）三相半波共阳极可控整流共阳极相连接，电路如图。三相半波有直流磁化现象。图5-15三相半波共阳极可控整波电路+-讨论提纲电阻性负载时三相半波可控电路输出电压（控制角小于30度）计算公式？三相半波可控电路自然换相点离正弦波零点多少度?三相半波可控整流电路不同负载时移相范围多少度？试述三相半波可控整流电路电感负载时的输出电压计算公式。深度问题：71三相半波可控电路整流变压器存在直流磁化吗？总结三相整流变压器绕组联结与谐波的关系三相整流变压器二次侧接成星形，获得中线三相半波可控整流电路自然换相点对应正弦波30度不同负载时的工作原理与波形分析三相半波可控整流电路不同负载时的移相范围三相半波可控整流电路电流连续时数值计算72735.2.2三相桥式全控整流电路1．电路的构成阴极连接在一起的3个晶闸管称为共阴极组；阳极连接在一起的3个晶闸管称为共阳极组。

共阴极组中分别为VT1，VT3，VT5，共阳极组分别为VT4，VT6，VT2。

晶闸管的导通顺序为VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6。

图5-16三相桥式全控整流电路原理图预习检查三相桥式全控电路整流变压器存在直流磁化吗？前课重点742．三相桥式全控电路的工作过程（1）带电阻负载时的情况

各自然换相点既是相电压的交点，同时也是线电压的交点。先分析当

≤60

5.2.2三相桥式全控整流电路图5-17三相桥式全控整流电路带电阻负载α=0O时的波形VT1VT2VT175

=0

时，自然换相点共阴共阳各3个，共6个.从VT1触发脉冲开始将电源供电周期分成六段，每段60

。5.2.2三相桥式全控整流电路图5-17三相桥式全控整流电路带电阻负载α=0O时的波形76第Ⅰ时段。设VT6已导通，ωt1时a相电压最高，触发VT1则VT6

,VT1导通,整流电压ud

=

uab，iT1=id（与ud类似）电压

uT1=0。5.2.2三相桥式全控整流电路图5-17三相桥式全控整流电路带电阻负载α=0O时的波形77第Ⅱ时段。触发VT2，VT2导通VT6关断整流电压ud

=uac，VT1承受电压uT1=0iT1=id。5.2.2三相桥式全控整流电路图5-17三相桥式全控整流电路带电阻负载α=0O时的波形78第Ⅲ时段。b电压最大，触发VT3导通VT1关断.整流电压ud

=ubcVT1电压uT1=uabiT1=0

。5.2.2三相桥式全控整流电路图5-17三相桥式全控整流电路带电阻负载α=0O时的波形ub79第Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ时段。整流电压依次为uba，uca，ucb，iT1=0VT1电压uT1依次为线电压uab，uac，uac5.2.2三相桥式全控整流电路图5-17三相桥式全控整流电路带电阻负载α=0O时的波形80

=0

时，ud为线电压在正半周的包络线。波形见图5-17ud波形均连续，对于电阻负载，id波形与ud波形的形状一样。晶闸管VT1承受电压由导通压降（约为零）和两端线电压构成。5.2.2三相桥式全控整流电路图5-17三相桥式全控整流电路带电阻负载α=0O时的波形815.2.2三相桥式全控整流电路由以上分析可以得到以下几点。1）共阴和共阳极组各1个晶闸管共2个导通，形成通路。2）两组三相半波的串联，各组3个触发脉冲相位差为120

，每个晶闸管导电120

3）共阴极组、共阳极组晶闸管是分别在正、负半周触发，即VT1与VT4，VT3与VT6，VT5与VT2相位差180

4）据上，隔60

触发一个，顺序:VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6

5）双脉冲或宽脉冲。宽脉冲大于60

（取80

~100

）。双脉冲相差60

，脉宽为20

~30

825.2.2三相桥式全控整流电路时段ⅠⅡⅢⅣⅤⅥ共阴极组中导通的晶闸管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共阳极组中导通的晶闸管VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流输出电压udua-ub=uabua-uc=uacub-uc=ubcub-ua=ubauc-ua=ucauc-ub=ucb表5-1三相桥式全控整流电路电阻负载

=0

时晶闸管工作情况6）整流后输出电压是两相电压相减，即线电压，ud一周期脉动6次，为6脉波整流电路。7）晶闸管承受电压由导通压降（约为零）和两端线电压构成，与三相半波时相同。

晶闸管及输出整流电压的情况如表5-1所示。835.2.2三相桥式全控整流电路

=30

时组成ud的每一段线电压推迟30

，ud平均值降低，波形见图5-18。有两种方法，第一种相电压合成法。先画出在

=30

时共阴极组和共阳极组的电压波形。83图5-18三相桥式全控整流电路带电阻负载α=30O时的波形84然后共阴电压减去共阳电压uab得到输出整ud流电压。

=30

时输出整流电压减小。第二种叫线电压法首先确定

=30

位置以60

宽度依次标定6个时段，根据表5-1，画出ud。5.2.2三相桥式全控整流电路图5-18三相桥式全控整流电路带电阻负载α=30O时的波形

=30

85ⅠⅡⅢⅣⅤⅥVT1VT1VT3VT3VT5VT5VT6VT2VT2VT4VT4VT6uabuacubcubaucaucb相应地，画出uT1画出ia波形id与ud波形类似，连续5.2.2三相桥式全控整流电路图5-18三相桥式全控整流电路带电阻负载α=30O时的波形ucub86

=60

时首先确定

=60

位置以60

宽度依次标定6个时段根据表5-1，直接在各时段中画出ud以及uT1。ud平均值继续降低。临界连续状态5.2.2三相桥式全控整流电路图5-19三相桥式全控整流电路带电阻负载α=60O时的波形ⅠⅡⅢⅣⅤⅥVT1VT1VT3VT3VT5VT5VT6VT2VT2VT4VT4VT6uabuacubcubaucaucb87当

>60

时，

=90

首先确定

=90

位置，以60

宽度依次标定6个时段，根据表5-1，画出ud。但不能为负

id与ud波形类似5.2.2三相桥式全控整流电路图5-20三相桥式全控整流电路带电阻负载α=90O时的波形ⅠⅡⅢⅣⅤⅥVT1VT1VT3VT3VT5VT5VT6VT2VT2VT4VT4VT6uabuacubcubaucaucb

=90

88Ⅰ、Ⅱ区域iT1=ia=idⅣ、Ⅴ区域iT1=0ia=-id5.2.2三相桥式全控整流电路图5-20三相桥式全控整流电路带电阻负载α=90O时的波形ⅠⅡⅢⅣⅤⅥVT1VT1VT3VT3VT5VT5VT6VT2VT2VT4VT4VT6uabuacubcubaucaucb讨论提纲在控制角小于多少度时，电阻负载三相桥式全控电路输出电流连续？三相桥式全控整流电路电阻负载时移相范围是多少？三相桥式全控整流电路自然换相点离线电压波形零点多少度？描述三相桥式全控整流电路中晶闸管承受电压。深度问题：89三相桥式全控整流电路触发用单窄脉冲触发可以吗？总结三相桥式全控整流电路电阻负载时的工作原理与波形分析三相桥式全控整流电路电阻负载时的移相范围电阻负载时，电流连续与断续时（与控制角有关）的输出电压波形形状三相桥式全控整流电路波形分析规则90915.2.2三相桥式全控整流电路（2）阻感负载时的工作情况电路分析假设电感L较大，使负载电流id波形平直，见图5-21。

图5-21阻感负载时三相桥式全控整流电路原理图预习检查阻感负载时，整流输出电压的计算公式？前课重点925.2.2三相桥式全控整流电路

=0

时的波形见图5-22确定

=0

位置以60

宽度依次标定6时段。ud波形连续，与带电阻负载时相同。图5-22三相桥式全控整流电路带阻感负载α=0O时的波形93区别在于电流，id波形近似为一条水平线VT1导通段iT1=id其它段iT1=0电性负载的晶闸管导通规律与电阻性负载一样。

5.2.2三相桥式全控整流电路图5-22三相桥式全控整流电路带阻感负载α=0O时的波形VT1VT3VT594当

≤60

时，比如

=30波形见图5-23。用同样地6时段方法,得到ud。

id波形为直线。VT1导通时ia

=id

VT4导通ia

=-id其它区域ia

=-05.2.2三相桥式全控整流电路图5-23三相桥式全控整流电路带阻感负载α=30O时的波形VT1VT3VT5VT495当

>60

时，比如

=90波形见图5-24。确定

=90

位置由于电感L的作用，ud波形会出现负的。用同样的6时段方法，得到ud。5.2.2三相桥式全控整流电路图5-24三相桥式全控整流电路带阻感负载α=90O时的波形96得波形uT1为0、uab、uac。

=90

时ud正负面积相等控制角

的最大移相范围为90

。5.2.2三相桥式全控整流电路图5-24三相桥式全控整流电路带阻感负载α=90O时的波形VT1ubuc975.2.2三相桥式全控整流电路（3）定量分析

带电阻负载时

角移相范围120

，阻感负载时为90

。整流输出电压平均值带阻感负载时，或带电阻负载

≤60

时

(5-34)985.2.2三相桥式全控整流电路带电阻负载且

>60

时(5-35)995.2.2三相桥式全控整流电路输出电流平均值为Id=Ud/R。当整流变压器采用星形接法，带阻感负载时，变压器二次侧电流有效值为：晶闸管电压、电流等的定量分析与三相半波时一致。变压器二次侧电流i2为方波，可以计算总谐波畸变因数THD

。若电流连续，接E-L-R时的Id为(5-36)(5-37)100例5-3：三相桥式全控整流电路，输入交流电压U2=110V，带阻感反电动势负载，R=3Ω，L值极大，E=20V，当α=60°时，求：1）画出整流电压ud、电流id和通过晶闸管电流iT1的波形；2）计算整流输出平均电压Ud、电流Id、通过晶闸管电流平均值IdT和有效值IT；3）如果该整流电路为三相半波可控整流电路，其它参数不变，整流输出平均电压为多少？解：

1）整流电压ud、电流id晶闸管电流iT1的波形如图所示。图5-25例题5-3三相桥式全控整流电路波形图5.2.2三相桥式全控整流电路VT11012）整流输出平均电压Ud、电流Id、通过晶闸管电流平均值IdT和有效值IT为:3）如果该整流电路为三相半波可控整流电路，输出平均电压

,该电路能够正常工作。5.2.2三相桥式全控整流电路102指的是触发电路应保证每个晶闸管触发脉冲与施加于晶闸管的交流电压保持固定、正确的相位关系。保证触发脉冲相位正确，关键是确定同步信号与晶闸管阳极电压的关系。在图2-4驱动控制电路中，同步信号电压ust是由同步电源电压供给的，保证触发电路和主电路频率一致。5.2.3触发电路的定相1035.2.3触发电路的定相图5-26与主电源同步的锯齿波电压VT1的同步电压应滞后于ua180

。其它5个晶闸管也如此。分析三相全控桥图2-4锯齿波上升起点、同步信号正到负零点两者对应。锯齿波240

，舍去前后30

，中间180

。

=90

为中点，满足前后移相各90

(整流逆变)锯齿波中点对应了VT1的

=90

，VT1接+ua。α=90o104如图5-27a),主变压器为Δ/Y-11联结同,同步变压器为Δ/Y-11,5联结。如图5-27b)矢量图。5.2.3触发电路的定相图5-27同步变压器和整流变压器的接法及矢量图a）同步变压器的接法b）矢量图1055.2.3触发电路的定相图5-27同步变压器和整流变压器的接法及矢量图a）同步变压器的接法b）矢量图表5-2一种三相全控桥各晶闸管的同步电源电晶闸管VT1VT2VT3VT4VT5VT6主电路电压+ua-uc+ub-ua+uc-ub同步电源电压-usa+usc-usb+usa-usc+usb同步电压选取结果如表5-2。106当R-C滤波器滞后角为60

，同步电压只需滞后120

。选取结果分别如表5-3所示。5.2.3触发电路的定相图5-27同步变压器和整流变压器的接法及矢量图b）矢量图表5-3三相桥各晶闸管的同步电压（有R-C滤波滞后60

）晶闸管VT1VT2VT3VT4VT5VT6主电路电压+ua-uc+ub-ua+uc-ub同步电源电压+usb-usa+usc-usb+usa-usc讨论提纲三相桥式全控电路阻感负载时，整流变压器二次侧电流有效值是多少？三相桥式全控电路阻感负载时，控制角的移相范围是多少?同步信号为锯齿波的触发电路，同步信号与晶闸管阳极电压有什么样的相位关系？深度问题：107三相桥式全控整流电路反电势阻感负载时，反电势大小对输出电压的影响？总结电感电阻负载时的工作原理与波形分析三相桥式全控整流电路阻感负载时的计算三相桥式全控整流电路电感电阻负载时的移相范围同步信号为锯齿波的触发电路，同步信号与晶闸管阳极电压的相位关系分析同步信号为锯齿波的触发电路，R-C滤波器滞后角为60度的同步配置问题1081095.3变压器漏感对整流电路的影响

5.3.1换相的物理过程和整流电压波形5.3.2

换相压降和换相重叠角前课重点考虑变压器漏感，换相过程中整流电路输出电压是多少？1105.3.1换相的物理过程和整流电压波形

变压器漏感从VT1换相至VT2的过程在

t1时刻之前VT1导通，现触发VT2

ub>ua，VT2导通，因a、b两相均有漏感，ia减小ib增加，VT1

继续导通，即VT1和VT2同时导通。图5-28考虑变压器漏感时的三相半波可控整流电路及波形

a）b）1115.3.1换相的物理过程和整流电压波形

ub>ua，ia逐渐减小到零，ib从零逐渐上升到Id。电感L大，Id不变，ia+ib=Id，ia减小量等于ib增加量，相当于在两相组成的回路中产生环流ik=ib，两相间电压差为ub-ua，如图。图5-28考虑变压器漏感时的三相半波可控整流电路及波形

a）112ik=ib增大到Id时，ia=Id-ik=0，VT1关断，换流结束。持续的时间用电角度

表示，称为换相重叠角。换相过程中图5-28考虑变压器漏感时的三相半波可控整流电路及波形

5.3.1换相的物理过程和整流电压波形

a）（5-38）

113表明换相期间，输出整流电压是换相的两相电压的均值。

5.3.1换相的物理过程和整流电压波形

a）（5-39）图5-28考虑变压器漏感时的三相半波可控整流电路及波形

1145.3.2换相压降和换相重叠角1．换相压降的计算对于三相半波可控整流电路，换相压降Δud式（5-40）中XB

=ωLB称为变压器漏抗。也可查手册。(5-40)1155.3.2换相压降和换相重叠角对于m相可控整流电路

对于单相桥式全控整流电路来说，在一周期的两次换相中都起作用，XB用2XB代入。

(5-41)116考虑漏抗造成换相压降后，输出整流电压平均值为Ud0为

=0时不考虑漏抗影响的整流电压平均值。对于单相桥式可控整流电路感性负载对于三相半波可控整流电路三相桥可控整流电路ΔUd正比于负载电流，相当于在整流电源增加了一项“内阻”，并不消耗功率。(5-42)5.3.2换相压降和换相重叠角1175.3.2换相压降和换相重叠角2．换相重叠角的计算根据整流变压器的规格，查阅电工手册来获得额定工况下的换相重叠角。对于m相可控整流电路或式子中的符号含义与前面相同。利用式（5-44）计算出换相重叠角，

Id和XB愈大，换相重叠角增大。(5-43)(5-44)1185.3.2换相压降和换相重叠角整流电路的分析结果见表5-4。

电路形式单相全波单相全控桥三相半波三相全控桥m脉波整流电路①②

注：①单相全控桥电路中，等效为XB用2XB代入，m=2；②三相桥是6脉波整流电路，故其m=6，相电压按√͞3U2

代入。表5-4各种整流电路换相压降和换相重叠角的计算

1195.3.2换相压降和换相重叠角变压器漏感对整流电路影响的一些结论:出现换相重叠角

，Ud降低。工作状态增多。晶闸管的di/dt减小。换相时晶闸管电压出现缺口，加吸收电路。电压缺口成为干扰源。必须采取加装滤波器等方法。

1205.3.2换相压降和换相重叠角例题5-4：三相桥式全控整流电路,交流侧电压U2=220V,带电阻电感负载,电阻R=5Ω，电感L值极大，XB=0.2Ω，当控制角α=0°时，求：1)画出整流电压ud、晶闸管电流iT1和变压器二次侧a相电流i2a的波形；2)计算整流输出平均电压Ud、电流Id、通过晶闸管电流有效值IT、变压器二次侧电流I2。解：整流电压ud,晶闸管电流iT1和a相电流i2a波形如图5-29。图5-29例题三相桥式全控整流电路波形图1215.3.2换相压降和换相重叠角2）α＝0°时，

解方程组得：晶闸管电流和变压器二次测电流的有效值分别为1225.4整流电路的有源逆变工作状态5.4.1单相可控整流电路的有源逆变分析

5.4.2三相整流电路的有源逆变工作状态5.4.3逆变失败与最小逆变角的限制1231．电源间能量的流转关系逆变是把直流电转变成交流电的过程。当交流侧连接电网，为有源逆变，交流侧直接接负载，称为无源逆变见图5-30a)，当2个电源E1E2同极性相连E1<E2，无电流。图5-30两个电源之间电能的流转a）两电动势同极性E1>E2b）两电动势均反向但同极性E1<E2c）两电动势反极性5.4.1单相可控整流电路的有源逆变分析

124若E1>E2

,则R为回路总电阻消耗电能。图5-30b)，E1E2极性均反向(数量)E2<E1时无电流。数量E2>E1时则

E2输出电能（E2I）,E1吸收电能(E1I

)。图5-30两个电源之间电能的流转a）两电动势同极性E1>E2b）两电动势均反向但同极性E1<E2c）两电动势反极性5.4.1单相可控整流电路的有源逆变分析

（5-46）（5-45）125见图5-30c)，将图a)中电源E2反极性，则电流

如果电阻R值很小，则电流必然很大，可能过大。2个电源E1E2应该极性相同相连。（5-47）5.4.1单相可控整流电路的有源逆变分析

图5-30两个电源之间电能的流转a）两电动势同极性E1>E2b）两电动势均反向但同极性E1<E2c）两电动势反极性126综上所述，可得下面结论：两电源同极性相连，电流流通顺着二极管导通方向。电流从电源正极流出时，该电源输出电能，从电源正极流入者为吸收电能。两个电源反极性相连时，如果电路的总电阻很小，电流极大，应当避免。5.4.1单相可控整流电路的有源逆变分析

讨论提纲控制角相同时，整流变压器漏感越大，换相压降越大还是越小？控制角相同时，整流变压器漏感越大，重叠角越大还是越小？存在二极管时，两个直流电源极性相同连接时，某个直流电源输入输出能量的条件是什么？深度问题：127单相桥式全控整流电路，考虑变压器漏感时，在换相重叠期间的输出电压。总结考虑变压器漏感对整流电路换相的影响换相压降的计算考虑变压器漏感对整流电路换相的影响变压器漏感对整流电路的输入交流电压电流的影响当两个直流电源极性相同时，可以进行能量传递电流传递原则：电流流向与二极管导电方向一致1281292.单相有源逆变电路工作原理整流工作状态0<α<π/2，整流电压Ud>EM反电势，则电动机则为吸收电能用以提升重物,如图。中间状态

α=π/2，Ud=0，抱闸制动。这是特定情况。

a）提升重物（整流电动）示意图图5-32SCR-D系统电压电流波形图a）整流状态波形（5-48）5.4.1单相可控整流电路的有源逆变分析

前课重点有源逆变条件有哪2点？130有源逆变工作状态

下放重物，反转EM

为负，让α>π/2，则Ud为负，如果|EM|

>|Ud|

，则电流Id为正，变流器则为吸收电能，用以重物下降

。如图5-31b)。b）下放重物（能量回馈）示意图

图5-32SCR-D系统电压电流波形图

b）逆变状态波形

（5-49）5.4.1单相可控整流电路的有源逆变分析

131波形分析在θ1θ2期间，u2>EM

，VT1VT4触发导通，

Id增加。在θ3期间，虽然u2<EM

，但由于电感L储能释放能量，VT1VT4继续导通。在θ3结束时，触发VT2VT3，u2<0VT2VT3承受正向电压导通，VT1VT4关断，实现换流。5.4.1单相可控整流电路的有源逆变分析

b）下放重物（能量回馈）示意图

图5-32SCR-D系统电压电流波形图

b）逆变状态波形

132实现有源逆变的基本条件：1）外部条件。务必要有一个极性与晶闸管导通方向一致的直流电势源，其数值应稍大于变流器直流侧输出直流平均电压。2）内部条件。要求晶闸管的控制角α>π/2，直流侧输出一个负的平均电压，以实现直流能量向交流电网的流转。上述两个条件必须同时具备才能实现有源逆变。对于半控桥或者带有续流二极管的可控整流电路，不能实现有源逆变。5.4.1单相可控整流电路的有源逆变分析

1331．三相半波逆变电路（1）电路的整流工作状态0<α<π/2,

α=45°时，输出电压波形如图中阴影。Ud和EM为正值,

Ud>EM反电势，则电动机吸收电能。负载回路中接有足够大平波电感，电流连续。5.4.2三相整流电路的有源逆变工作状态图5-33三相半波电路及波形图134（2）电路的逆变工作状态π>α>π/2，此时电动机端电势下正上负。

α=150°时依次触发晶闸管，在ωt1时刻。图5-33三相半波电路及波形图5.4.2三相整流电路的有源逆变工作状态触发a相VT1

,此时ua=0，EM负值，VT1导通此后，因EM的存在，且ua>EM

，VT1仍然导通，电感电流上升。135随后虽然ua<EM，由于平波电感释放电能，VT1承受正向电压继续导通。

因电感L足够大，主回路电流连续。VT1导电120o后，在ωt2时刻触发b相晶闸管。ub>ua，VT2被触发导通，VT1承受反压关断，完成VT1VT2之间的换流。

图5-33三相半波电路及波形图5.4.2三相整流电路的有源逆变工作状态136逆变角。通常把

>

/2时控制角用

表示，

称为逆变角。

的大小自

=0的起始点向左方计量，

+

=

。输出电压平均值输出电压平均值计算公式用α或

均可。逆变电路中，对触发脉冲有严格的要求。图5-33三相半波电路及波形图（5-50）5.4.2三相整流电路的有源逆变工作状态1372．三相桥式逆变电路（1）逆变工作原理及波形分析三相桥式逆变电路结构与整流电路相同。如果EM

Ud的极性与整流时均相反，|EM|

>|Ud|，变流器则吸收能量，即为有源逆变工作状态。EM的极性由电机的运行状态决定，Ud的极性取决于触发脉冲的控制角。此时α应大于π/2，或者逆变角β应小于π/2。具体的工作波形见图5-34

。5.4.2三相整流电路的有源逆变工作状态138图5-34三相桥式整流电路工作于有源逆变状态时的电压波形

图5-34分别划分β为π/3、π/4、π/6时的I、II、III、IV、V、VI时段，据表5-1,分别画出输出整流电压Ud5.4.2三相整流电路的有源逆变工作状态139（2）基本电量的计算三相桥式电路的输出电压输出直流电流的平均值

输出电流的有效值In为第n次谐波电流有效值。晶闸管流过电流平均值晶闸管流过电流有效值为(5-51)(5-52)(5-53)(5-54)(5-55)5.4.2三相整流电路的有源逆变工作状态140从交流电源送到直流侧负载的有功功率为当逆变工作时，由于EM为负值，故Pd一般为负值，表示功率由直流电源输送到交流电源。变压器二次侧线电流的有效值各计算公式与整流时的计算公式相同，但要注意各参数的正负值。(5-56)(5-57)5.4.2三相整流电路的有源逆变工作状态1415.4.3逆变失败与最小逆变角的限制电路如果出现换流失败，则交流器输出电压与直流电压将顺向串联并相互加强.由于回路电阻很小，将产生很大的短路电流，可能将变压器烧毁，该事故称为逆变失败，或叫逆变颠覆。逆变失败的原因触发电路工作不可靠，致使晶闸管不能正常换相。晶闸管出现故障。交流电源出现异常。电路换相时间不足，引起换相失败。1425.4.3逆变失败与最小逆变角的限制考虑漏抗引起重叠角

对逆变电路换相的影响。以VT3和VT1换相过程来分析。在

>

时，能使VT3承受反压而关断。图5-35交流侧电抗对逆变换相过程的影响

正常工作时，实际的ud波形见图5-35b）的左边实线。VT1VT2VT3VT3VT11435.4.3逆变失败与最小逆变角的限制当

<

时，换相尚未结束，p点之后，uc将高于ua。晶闸管VT1承受反压而重新关断，VT3却继续导通，且c相电压愈来愈高，电动势顺向串联导致逆变失败。为了防止逆变失败，不仅逆变角

不能等于零，而且不能太小，必须限制在某一允许的最小角度内。图5-35交流侧电抗对逆变换相过程的影响

VT3VT1144确定最小逆变角

min的依据逆变时允许采用的最小逆变角

为换相重叠角，可查手册，也可据表5-4计算。

q为晶闸管的关断时间tq折合的电角度,约4

~5

a为安全裕量角，主要针对脉冲不对称程度（一般可达5

），约取为10

。设计逆变电路时，必须保证

>

min

，保证触发脉冲不进入小于

min的区域内。5.4.3逆变失败与最小逆变角的限制(5-58)145例题5-5：三相全控桥变流器，反电动势阻感负载，电阻R=1Ω，电感L=∞，交流侧电压U2

=220V，忽略漏感，当反电动势EM

=-400V，逆变角β=60°时，求直流侧平均电压Ud

，电流Id的值，此时送回电网的有功功率是多少？解：由题意可列出如下2个等式：得有功功率为有功功率为负值表示送回给电网。5.4.3逆变失败与最小逆变角的限制讨论提纲控制角与逆变角有什么关系？有源逆变时，输出电流是如何计算的？最小逆变角是如何确定的？半控桥式整流电路能不能实现有源逆变？为什么要限制最小逆变角。深度问题：146有源逆变能量回馈电网分析。总结有源逆变条件：2个条件缺一不可单相可控整流电路的有源逆变在符合逆变条件下才能逆变，然后进行波形分析波形分析思路本质上与整流电路相同单相可控整流电路的有源逆变计算与整流电路类似三相桥式逆变电路计算时注意反电动势的大小，其值为负值，计算方法也是类似的。要限制最小逆变角1471485.6电压型单相PWM整流电路

5.6.1低压大电流高频PWM整流电路

5.6.2电压型单相单管PWM整流电路

5.6.3电压型单相桥式PWM整流电路

预习检查简述倍流的含义前课重点1495.6.1低压大电流高频PWM整流电路图5-40倍流不控整流电路及工作波形a）倍流不控整流电路1.倍流PWM整流电路1）电路分析变压器原边接PWM逆变电路（未画出），副边输出。变压器原边为交变方波电压时，副边输出交变方波电压。同名端电位高时，通过电感L1给负载传递能量。反之，通过电感L2传递能量。当电感值大，两个电感同时有电流到负载。1505.6.1低压大电流高频PWM整流电路图5-40倍流不控整流电路及工作波形a）倍流不控整流电路b）倍流整流工作波形2）波形分析在0～t1时段，uT处于正半周，VD2导通。iL1在uT作用下线性增长，L1充电储能。151图5-40倍流不控整流电路及工作波形a）倍流不控整流电路b）倍流整流工作波形此时L2经VD2释放能量导电路径为L2、

负载、VD2

、

L2的另一端。iL=iL1+iL2≈2iL1≈2iT。在t2

～t3时段，uT处于负半周，VD1导通，VD2截止

iL2在uT作用下线性增长。5.6.1低压大电流高频PWM整流电路152此时L2充电储能，L1经VD1释放能量给负载R。有iL=iL1+iL2≈2iL2≈|2iT|。图5-40倍流不控整流电路及工作波形a）倍流不控整流电路b）倍流整流工作波形5.6.1低压大电流高频PWM整流电路153在t1～t2及t3～t4时段，

uT=0

L1通过VD1续流L2通过VD2续流同样有iL=iL1+iL2。图5-40倍流不控整流电路及工作波形a）倍流不控整流电路b）倍流整流工作波形5.6.1低压大电流高频PWM整流电路1542.同步PWM整流电路

1)电路分析右图是半桥逆变后，再经二极管全波整流。VDX、VDY轮流导通、截止。规则为：同名端高：VDY通，异名端高：VDX通，零压：