电力电子技术 课件汇 大连工业版 绪论、项目1、2 单相可控整流电路-三相可控整流电路

电力电子技术绪论目录2一

电力电子技术相关概念二

电力电子技术的发展三电力电子技术的应用四电力电子技术的研究内容电力电子技术定义国际电气和电子工程师协会(IEEE)的电力电子学会对电力电子技术的定义是：有效地使用电力半导体器件、应用电路和设计理论及分析开发工具，实现对电能的高效变换和控制的一门技术，它包括电压、电流、频率和波形等方面的变换。表征电力电子技术的倒三角形3电力电子技术的发展传统电力电子技术阶段

以晶闸管为核心的电力电子电路，在电能变换领域得到迅速而广泛的应用，变流装置由旋转方式变为静止方式，具有效率高、体积小、重量轻、寿命长、噪声小、便于维护、易于控制和响应快等优点。尽管晶闸管及其派生器件在电压、电流方面仍有一定的优势，但也存在许多不足：●

器件的关断必须要有强迫关断电路，使变换电路复杂、控制复杂、整机体积增大、效率降低和可靠性下降;●开关速度偏低，一般情况下低于400Hz，大大限制了它的应用范围；●相控运行方式会对电网造成严重的谐波污染，且电路功率因数降低等。1957年美国通用电气公司研制出第一只晶闸管，标志着电力电子技术的诞生。4电力电子技术的发展1980年至今称为现代电力电子技术阶段。20世纪80年代以后，相继出现了各种高速、全控型电力电子器件，也称自关断器件，如门极可关断晶闸管(GTO)、双极型功率晶体管(GTR)、功率场效应晶体管(MOSFET)和绝缘栅双极型晶体管(IGBT)等。现代电力电子技术阶段的主要特点：现代电力电子技术阶段●全控化●模块化●集成化●高频化●绿色化●智能化电力电子技术的展望21世纪两项占主导地位的技术：一是以计算机为核心的信息科学技术，它将提供做事情所需的智能；二是包含信息电子技术在内的电力电子技术，它将提供想要去做的手段。电力电子技术今后研究的方向是碳化硅(SiC)等下一代半导体材料。微电子技术、电力电子器件和控制理论是现代电力电子技术的发展动力。5电力电子技术的应用电源●弧焊电源●电解、电镀等低压大电流可控直流电源●不间断供电电源(UPS)●恒频、恒压通用逆变电源●低压直流开关电源●蓄电池充电电源●中频或高频感应加热电源●大功率脉冲电源和激光电源●高压特大容量电力电子变换电源电解电镀UPS感应加热6电力电子技术的应用电力传动●工艺调速传动●节能调速传动●牵引调速传动●精密调速和特种调速轧钢机风机节能调速精密调速7电力电子技术的应用电力系统高压直流输电无功静止补偿有源电力滤波柔性交流输电8电力电子技术的应用交通运输高速铁路多电/全电飞机电动汽车9电力电子技术的应用照明LED照明路灯景观照明10电力电子技术的应用新能源的开发和利用风力发电光伏发电潮汐能11电力电子技术的研究内容电力电子器件主要用于能量变换和控制，是电力电子技术发展的基础。按照这些器件的开关控制特性可分：电力电子器件●不控型不控型器件是没有控制端子的二端器件，即整流二极管，它具有不可控单向导电特性。常用的有普通整流二极管、快恢复二极管和肖特基二极管。容量达到1000A，耐压高达3000V。●半控型

半控型器件具有可控制开通，不可控制关断的单向导电开关特性，常用的有普通晶闸管(SCR)及其派生的系列晶闸管器件。●全控型

全控型器件具有可控制开通，又可控制关断的单向导电开关特性，按照器件内部参与导电的载流子不同，可以分为双极型、单极型和混合型器件。①

双极型器件内部两种载流子(自由电子和空穴)都参与导电。典型产品有GTR、GTO和SITH等。②

单极型器件内部只有一种载流子(多数载流子)参与导电。典型产品有功率MOSFET和SIT。③混合型器件是由双极型器件和单极型器件混合集成形成，也称为复合型器件。典型产品有IGBT、MCT、IGCT和功率集成电路(PIC)。12以电力电子器件为核心，采用不同的电路拓扑结构和控制方式来实现电能的变换和控制称为电力电子电路。电能变换通常可分为4大类：电力电子电路●AC/DC变换把交流电变换成固定或可调的直流电，这种变换也称为整流，包括可控整流和不可控整流，对应的变换装置称为整流电路。●DC/AC变换把直流电变换成频率和电压均可调的交流电，这种变换与整流相反，称为逆变，对应的变换装置称为逆变电路。●AC/AC变换把一种形式的交流电变换成另一种频率、电压固定或可调的交流电。其中只改变交流电压有效值称为交流调压；而将工频交流电直接转变成其他频率的交流电，称为交-交变频，对应装置也称为交-交变频器。●DC/DC变换把直流电变换为另一电压固定或可调的直流电，这种变换也称为直流斩波。电能变换类型电力电子技术的研究内容13电力电子变换电路在工作时，流向负载的电能一定要从一个或一组元器件向另一个或另一组元器件转移，这个过程叫做换流或换向。按关断器件的方法可分为以下4种换流方式：电力电子电路●器件换流

利用全控型器件的自关断能力进行换流。●电网换流由电网提供换流电压使其关断，这种换流方式只适用于有交流电网存在的场合，如整流电路，但不适用于没有交流电网的无源逆变电路。●负载换流

由负载提供换流电压或电流使其关断。●强迫换流由外部电路向导通器件强迫施加反向电压或反向电流使其关断，这种换流方式需要设置附加的换流电路。强迫换流通常利用附加电容上所储存的能量来实现，因此也称为电容换流。电力电子技术的研究内容14控制技术是控制理论、微电子技术和计算机技术与电力电子相结合的产物。要使电力电子变换装置获得较高的动态性能和稳态精度，必须采用相应的控制规律或控制策略。控制技术●控制方式

电力电子电路的控制方式，一般都是按照器件开关信号与控制信号间的关系分类。常见的有以下几种。●控制电路

控制电路按照某种控制规律及控制方式为变换电路中的功率开关器件提供控制极驱动信号。控制电路包括时序控制、电气隔离和功率放大等电路。①

相控式②频控式③斩控式电力电子技术的研究内容15电力电子技术项目1单相可控整流电路知识点171.1

功率二极管和晶闸管1.2

单相可控整流电路1.3

触发电路功率二极管

功率二极管是电力电子器件中结构最简单，应用最广泛的一种器件，是传统不可控整流装置的核心器件。与普通二极管的工作原理和特性相似，具有单向导电性。外形主要有螺栓式和平板式，如图1.1所示。引脚A为阳极，K为阴极。基本结构和工作原理1.1功率二极管和晶闸管18图1.1功率二极管(a)外形(b)内部结构(c)电气图形符号基本特性图1.2功率二极管的伏安特性●静态特性伏安特性是功率二极管两端所加电压和流过电流的关系曲线，如图1.2所示。①

二极管外加正向电压必须大于门槛电压UTO后，正向电流才开始明显增加。二极管导通后，正向电流IF由外部电路参数决定，与IF相对应的二极管两端电压UF为正向压降。②

二极管外加反向电压时，反向漏电流很小且随反向电压增大变化不大。当反向电压增大到某一数值后，反向电流突然急剧增大，称二极管反向击穿，对应的电压UBR称反向击穿电压。反向击穿可分为雪崩击穿和齐纳击穿。功率二极管1.1功率二极管和晶闸管19●动态特性动态特性指功率二极管断态和通态之间转换过程的开关特性。图1.3所示为功率二极管导通和关断过程中电压、电流动态过程波形。(1-1)基本特性功率二极管

图1.3中，td为反向电流延迟时间，tf为反向电流下降时间，二极管反向恢复时间trr为：1.1功率二极管和晶闸管20图1.3二极管导通和关断过程中电压和电流的动态过程波形功率二极管主要参数●

额定正向平均电流IF在规定的管壳温度和散热条件下，功率二极管长期运行时允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。

单相工频半波整流电路中，流过二极管的电流波形如图1.4所示，该电流的平均值和有效值分别为：(1-2)(1-3)

二极管电流有效值与平均值之比为：(1-4)1.1功率二极管和晶闸管21图1.4二极管半波整流电流波形功率二极管主要参数设二极管流过任意波形电流的平均值为Id，定义电流有效值与平均值之比称为波形系数，用Kf表示：●反向重复峰值电压URRM

功率二极管反向所能承受的重复施加的最高峰值电压。一般为反向击穿电压UBR的1/2~2/3。●正向管压降UF功率二极管在规定的壳温和正向电流下工作对应的正向导通压降。●最高允许结温TjM结温(Tj)是管芯PN结的平均温度，最高允许结温是PN结正常工作时所能承受的最高平均温度。(1-5)1.1功率二极管和晶闸管22功率二极管类型功率二极管是电力电子器件中结构最简单、应用最广泛的一种器件，利用其单向导电特性可以在电路中发挥整流、续流、回馈、隔离、钳位和保护等不同的作用。按其开关频率不同，可以分为：●普通二极管

普通二极管(GPD)工作频率较低，常用于1kHz以下的整流装置中，因此又称为整流二极管。其反向恢复时间一般高于5μs，但电压、电流额定值较高，可达几千伏、几千安。例如，国产ZP系列二极管，主要用于各种设备的整流电源部分。●快恢复二极管

快恢复二极管(FRD)也称开关二极管，关断时反向恢复时间一般在5μs以下，制造工艺采用扩散法，通过掺金或铂来控制反向恢复时间。另外一种采用外延法制造的二极管开关速度更快，反向恢复时间可低于50ns，称为超快恢复二极管。ZK系列、MR系列均为快恢复二极管；MUR系列为超快恢复二极管。●肖特基二极管肖特基二极管(SBD)是由金属和N型半导体接触形成的势垒二极管，也称为面二极管。其主要优点是：不存在扩散电容，反向恢复时间很短(10ns~40ns)，正向压降较低。但存在一些缺点：漏电流较大，电压定额较低，温度特性较差。如MBR系列。1.1功率二极管和晶闸管23晶闸管如图1.5所示，晶闸管外形有螺栓型和平板型两种，每个器件引出阳极A、阴极K和门极G。基本结构和工作原理

晶闸管的内部4层半导体(P1、N1、P2和N2)形成了3个PN结(J1、J2和J3)，可等效成PNP和NPN两只晶体管的互联电路。1.1功率二极管和晶闸管24图1.5晶闸管的外形、结构、电气符号和等效电路(a)外形(b)结构(c)电气符号(d)等效电路晶闸管基本结构和工作原理●当晶闸管阳极与阴极之间外加正向电压时，J2结反偏，流过很小的漏电流，称为晶闸管正向阻断状态；●当晶闸管阳极与阴极之间外加反向电压时，J1和J3结反偏，流过的漏电流同样很小，称为晶闸管反向阻断状态。●当晶闸管外加正向电压时，如果门极也加上足够的正向电压，有门极电流IG流入NPN管基极，使其导通，产生的集电极电流IC2流入PNP管基极，它导通后的集电极电流IC1又流入NPN管基极，形成强烈的正反馈过程，两只晶体管迅速进入饱和导通状态，

晶闸管由阻断状态转为导通状态。以上分析表明，晶闸管的导通条件为阳极和门极均正偏，即uAK>0且uGK>0。●晶闸管导通后，即使去掉门极控制信号，即IG=0，晶闸管仍然维持原来的阳极电流继续导通，门极不再起控制作用，可见，晶闸管是一种只能控制导通而不能控制关断的半控型器件。●关断晶闸管，必须使阳极电压减小或反向，阳极电流减小到维持电流以下，α1+α2迅速减小，晶闸管才能重新恢复阻断状态。1.1功率二极管和晶闸管25晶闸管基本特性●阳极伏安特性即晶闸管阳极电压UAK与阳极电流IA之间的关系，如图1.6所示。●门极伏安特性

即门极电压UGK与门极电流IG的关系，其特性与二极管伏安特性基本一致。如图1.7所示。受门极正向峰值电流IFGM，门极正向峰值电压UFGM和门极最大耗散功率PGM限制，所包围的阴影部分是晶闸管门极触发电压、电流的正常工作区域。1.1功率二极管和晶闸管26图1.6晶闸管的阳极伏安特性图1.7晶闸管的门极伏安特性晶闸管基本特性●开关特性①

开通特性晶闸管阳极加正向电压，门极施加理想触发脉冲信号。开通时，内部正反馈的建立需要一定的时间，阳极电流和电压的变化过程如图1.8(a)所示。开通过程可分为三个阶段，分别是延迟时间td、上升时间tr和扩展时间ts，晶闸管的开通时间为延迟时间和上升时间之和，即ton=td+tr。②

关断特性在原来导通的晶闸管上，改变阳极与阴极之间的电压极性，晶闸管会被强迫关断。关断时阳极电压和电流波形如图1.8(b)所示。这是导通时积累的非平衡载流子消散的过程，需要经过两个阶段。分别为反向恢复时间trr和门极恢复时间tgr。晶闸管关断时间为二者之和，即toff=trr+tgr。1.1功率二极管和晶闸管27图1.8晶闸管的开通与关断工作波形晶闸管主要参数●电压参数①

额定电压UTN在门极开路和晶闸管正向阻断的条件下，可重复加在晶闸管两端的正向峰值电压称为正向重复峰值电压UDRM，可以重复加在晶闸管两端的反向峰值电压称为反向重复峰值电压URRM。一般把UDRM和URRM中较小的那个值按百位取整后作为该晶闸管的额定电压值。在实际应用中一般应按工作电路中可能承受到的最大瞬时值电压UTM的2~3倍来选择，即：②

通态平均电压UT(AV)当流过正弦半波电流并达到稳定的额定结温时，晶闸管阳极与阴极之间电压降的平均值称为通态平均电压。额定电流大小相同的元件，通态平均电压越小，耗散功率越小，元件质量就越高。晶闸管通态平均电压分为9个等级，分别用字母A~I表示。(1-10)1.1功率二极管和晶闸管28晶闸管主要参数●电流参数①

额定电流IT(AV)晶闸管的额定电流也称为额定通态平均电流。在环境温度小于40℃和标准散热及晶闸管全导通(不小于170°)的条件下，晶闸管允许通过的工频正弦半波电流平均值并按晶闸管标准电流系列取值后，称为该晶闸管的额定电流。如果正弦半波电流的最大值为IM，则额定电流为：(1-11)额定电流有效值ITN为：(1-12)根据(1-11)和(1-12)式可求出晶闸管额定电流有效值ITN与额定通态平均电流IT(AV)关系为：(1-13)1.1功率二极管和晶闸管29晶闸管主要参数●电流参数②

维持电流IH在门极开路和室温条件下，能使晶闸管维持通态所必需的最小阳极电流，一般为十几毫安到几百毫安。它与结温有关，结温越高，维持电流越小。③

擎住电流IL指晶闸管一经触发导通就去掉门极触发信号，能保持晶闸管继续导通所需要的最小阳极电流。同一晶闸管的IL是IH的2~4倍。●门极参数①门极触发电流IGT在规定的环境温度，阳极与阴极加一定正向电压(一般为6V)的条件下，使晶闸管从阻断状态变为导通状态所需的最小门极直流电流。②门极触发电压UGT能够产生门极触发电流IGT所对应的最小门极直流电压。②门极反向峰值电压UGRM门极所能承受的反向最大电压，一般不超过10V。1.1功率二极管和晶闸管30晶闸管主要参数●动态参数①断态电压临界上升率du/dt在额定结温和门极开路情况下，晶闸管保持阻断状态所能承受的最大电压上升率。如果du/dt数值过大，内部结电容产生的位移电流会造成管子误导通，其单位是V/μs。为了限制断态电压上升率可以通过在元件两端并接阻容电路，利用电容两端电压不能突变的性质来限制电压上升率。②通态电流临界上升率di/dt

在正常工作条件下，晶闸管用门极触发信号开通时，所能承受而不会引起损坏的通态电流最大上升率。其值过大，会使内部半导体材料局部过流发热而损坏，其单位是A/μs。为限制通态电流临界上升率，可以在阳极回路中串入小电感，来对增长过快的电流进行限制。1.1功率二极管和晶闸管31晶闸管型号1.1功率二极管和晶闸管国产晶闸管通常采用两种命名标准，一种为KP型，另一种为CT型。命名如下：KP[额定电流等级]-[额定电压等级][通态平均电压组别]3CT[额定电流等级]/[额定电压]其中K和3CT代表晶闸管；P代表类型为普通型，可以替代为S(双向型)，G(可关断型)，N(逆导型)。额定电压值为额定电压等级乘以100；当额定电流小于100A时，通态平均电压组别可以不标。例如：KP100-12G，表示额定电流为100A，额定电压为1200V，通态平均电压小于1V的普通型晶闸管。又如3CT50/500V，表示额定电流为50A，额定电压为500V的普通型晶闸管。32整流电路概述整流电路的分类1.2单相可控整流电路整流就是将交流电转变为直流电的过程，而完成整流过程的电力电子电路称为整流电路。●根据所采用的器件，可分为不可控整流电路、半控整流电路和全控整流电路。●根据电路结构，可分为半波整流电路和桥式整流电路。●根据输入交流电源相数，可分为单相整流电路、三相整流电路和多相整流电路。●根据整流电路输出电压与电流方向及功率流向，可分为单象限整流电路、两象限整流电路和四象限整流电路。●电压根据控制方式，可分为不可控整流电路、可控整流电路和PWM整流电路。整流电路的性能指标●电压波形系数●变压器利用系数●电压纹波系数●输入电流总畸变率●电压脉动系数●输入功率因数33整流电路概述分析整流电路的理想条件●理想电源交流电网相对于整流电路可看作具有无穷大容量，因此整流电路的输入电源电压为无畸变的正弦波。●理想器件

整流电路中所有器件均具有理想特性。即所采用的电力电子器件阻断时，阻值为无穷大，漏电流为零；导通时，管压降为零；开通与关断过程瞬时完成；du/dt和di/dt的承受能力为无穷大。同时，整流电路中的变压器漏抗为零、绕组的电阻为零、励磁电流为零。●理想运行状态分析过程中假设电路已经达到稳态工作状态。直流负载的性质●电阻性负载电解、电镀和电焊等都属于电阻性负载，它的特点是电流与电压成正比，波形形状相同且同相位，电流可以突变。●阻感性负载此类负载有各种电机的励磁绕组和输出串接电抗器的负载等。大电感负载是指串联电感于电阻负载回路中，电抗值比电阻值大很多，其特点是负载电流波形连续，并接近一条直线。●反电势负载整流装置输出供蓄电池充电或给直流电动机供电时，因负载有反电势，所以只有当整流输出电压大于反电势时才有电流流通，电流波形也呈较大的脉动。1.2单相可控整流电路34单相半波可控整流电路电阻性负载图1.9(a)

所示为单相半波可控整流电路带电阻性负载情形，由晶闸管VT、负载电阻R及单相整流变压器TR组成。TR起电压变换和电气隔离的作用，u1和u2分别为变压器一次侧和二次侧正弦电压瞬时值，ud,、id分别为整流输出电压瞬时值和负载电流瞬时值；uT，iT分别为晶闸管两端电压瞬时值和流过晶闸管的电流瞬时值；i1、i2分别为流过整流变压器一次侧绕组和二次侧绕组电流的瞬时值。1.2单相可控整流电路●电路结构35图1.9单相半波可控整流电路电阻性负载(a)电路图单相半波可控整流电路电阻性负载①0~ωt1期间，晶闸管承受正向电压，但没有触发信号，晶闸管处于正向阻断状态，输出电压ud和负载电流id都等于零。1.2单相可控整流电路●工作原理②ωt1时刻，晶闸管被触发导通。负载电阻R两端电压ud的波形为变压器二次侧u2的波形，负载电流id的波形与ud相似。由于二次侧绕组、晶闸管以及负载电阻是串联的，故id波形也就是iT及i2的波形。③π时刻，u2下降到零，流过晶闸管阳极电流也下降到零，晶闸管关断，输出电压ud下降到零。④π~2π期间，晶闸管承受反向电压而处于关断状态，负载电流id为零，负载上没有输出电压。36图1.9(b)工作波形单相半波可控整流电路电阻性负载①半波整流

整流输出电压ud为脉动直流，且波形只在u2正半周内出现，故将上述电能变换称为半波整流。1.2单相可控整流电路●整流电路相关的几个专业术语②相控方式通过控制触发脉冲与输入交流电压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③控制角u2过零变正时刻为自然换流点。从自然换流点开始到触发脉冲出现这段时间对应的电角度称为控制角，也称触发角或延迟角，用α表示。④导通角

整流晶闸管在交流电源一个工作周期中处于通态的时间所对应的电角度，用θ表示。⑤移相范围

改变控制角α，便可以改变输出电压ud的大小，能使输出电压平均值从最大值降到最小值的

控制角α的变化范围称为移相范围。⑥同步

要使整流输出电压稳定，则要求每个周期中控制角α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为同步。37单相半波可控整流电路电阻性负载①改变控制角α的大小，直流输出电压ud的波形发生变化，负载上输出电压平均值Ud发生变化；1.2单相可控整流电路●工作原理②α=180º时，Ud=0。所以单相半波可控整流器电阻性负载时的移相范围是0º~180º：③闸管的导通角θ＝180º-α。由波形图可以得出：38图1.9(b)工作波形单相半波可控整流电路电阻性负载①直流输出电压平均值Ud与输出电流平均值Id1.2单相可控整流电路●数量关系(1-15)(1-16)②输出电压有效值U与输出电流有效值I(1-17)(1-18)③晶闸管电流有效值IT和晶闸管承受的最大正、反向电压UTM(1-19)(1-20)39单相半波可控整流电路阻感性负载

带阻感性负载的单相半波可控整流电路如图1.10(a)所示。1.2单相可控整流电路●电路结构

工作波形如图1.10(b)所示。●工作原理①

0~ωt1期间：晶闸管承受正向电压，此时没有触发信号，晶闸管处于正向阻断状态，输出电压和电流都等于零。②

ωt1时刻，门极加触发信号，晶闸管触发导通，电源电压u2加到负载两端。由于电感的存在，负载电流id从零按指数规律逐渐上升。③

ωt1~ωt2期间：输出电流id从零增至最大值。在id的增长过程中，电感产生的感应电动势限制电流增大，电源提供的能量一部分供给负载电阻，一部分为电感的储能。④

ωt2~ωt3期间：负载电流从最大值开始下降，电感电压改变方向，电感释放能量，阻止电流变化。在π时刻，交流电压u2过零变负，由于感应电压的存在，晶闸管两端电压uAK仍大于零，晶闸管继续导通，此时电感储存的能量一部分释放变成电阻的热能，另一部分能量变成电能送回电网，在ωt3时刻，电感的储能全部释放完后，id＝0，晶闸管在u2反压作用下而截止。40图1.10单相半波可控整流电路电阻性负载

(a)电路图(b)工作波形单相半波可控整流电路大电感负载加续流二极管

大电感负载加绪论二极管的单相半波可控整流电路如图1.11(a)所示。1.2单相可控整流电路●电路结构

工作波形如图1.11(b)所示。●工作原理①

电源电压正半波，晶闸管承受正向电压，在ωt1时刻触发晶闸管，使其导通，形成负载电流id，负载上有输出电压和电流，此间续流二极管VD承受反向电压不导通。②

电源电压变负时，由于电流减少，负载上电感L产生的自感电势使续流二极管VD承受正向电压而导通，形成续流回路。此时，电源电压u2通过续流二极管VD使晶闸管承受反向电压而关断，负载两端的输出电压为续流二极管的管压降，接近于零，因此不出现负电压。如果电感足够大，续流二极管一直导通到下一周期晶闸管导通，使id连续，且id波形近似为一条直线。41图1.11单相半波可控整流电路大电感负载加续流二极管

(a)电路图(b)工作波形单相半波可控整流电路大电阻感负载加续流二极管

综上所述，电感性负载加续流二极管后1.2单相可控整流电路●工作原理①

移相范围和输出电压波形与电阻性负载相同；②

在电源电压正半波时，负载电流的通路由晶闸管提供，交流电源向负载提供能量，电感L储存能量；在电源电压负半波时，负载电流的通路由续流二极管提供，电感L释放能量。由于电感的作用，负载电流波形比电阻性负载时平稳的多，在负载电感足够大的情况下，负载电流波形连续且近似为一条直线，其值为Id。流过晶闸管的电流波形和流过续流二极管的电流波形均是矩形波；③

晶闸管的导通角θT为180°–α，续流管的导通角θD为180°+α。●数量关系①

输出电压平均值Ud与输出电流平均值Id(1-21)(1-22)②

晶闸管的电流平均值IdT与有效值IT(1-23)(1-24)③

续流二极管的电流平均值IdD与有效值ID(1-25)(1-26)④

晶闸管和续流二极管承受的最大正反向电压均为：(1-27)42电阻性负载单相桥式全控整流电路带电阻性负载的电路如图1.12(a)所示。四只晶闸管组成整流桥，其中，VT1、VT4组成一对桥臂，VT2、VT3组成另一对桥臂，VT1和VT3两只晶闸管为共阴极接法，VT2和VT4两只晶闸管为共阳极接法，变压器二次侧电压u2接在a、b两点之间。1.2单相可控整流电路●电路结构

u2正半波期间，a端电位高于b端电位，VT1和VT4同时承受正向电压，VT2和VT3同时承受反向电压；u2负半波期间的情况正好相反。单相桥式全控整流电路43图1.12单相桥式全控整流电路电阻性负载(a)电路图电阻性负载1.2单相可控整流电路●工作原理①

0~ωt1期间，VT1和VT4门极没有触发脉冲处于正向阻断状态。电路中没有晶闸管导通，整流输出电压ud=0。VT1和VT4共同承受正向电压u2，各分担u2/2，VT2和VT3承受反向电压−u2，各分担

−u2/2。②

ωt1~π期间，VT1和VT4同时被触发导通，电流从电源a端经过VT1、R、VT4流回b端，整流输出电压ud=u2，负载电流id=u2/R。VT2和VT3分别承受反向电压−u2。π时刻，u2=0，id=0，VT1和VT4自然关断。③

π~ωt2期间，VT2和VT3门极没有触发脉冲处于正向阻断状态。电路中没有晶闸管导通，输出电压ud=0。VT2和VT3共同承受正向电压−u2，各分担−u2/2，VT1和VT4承受反向电压u2，各分担u2/2。④

ωt2~2π期间，VT2和VT3同时被触发导通，电流从电源b端经过VT3、R、VT2流回a端，整流输出电压ud=−u2，负载电流id=−u2/R。VT1和VT4分别承受反向电压

u2。2π时刻，u2=0，id=0，VT2和VT3自然关断。单相桥式全控整流电路44图1.12(b)工作波形单相桥式全控整流电路电阻性负载1.2单相可控整流电路①直流输出电压平均值Ud与输出电流平均值Id●数量关系(1-28)(1-29)②输出电压有效值U、输出电流有效值I和变压器二次侧电流I2(1-30)(1-31)③

晶闸管的电流平均值IdT与有效值IT(1-32)(1-33)④

晶闸管承受的最大正反向电压UTM(1-34)45单相桥式全控整流电路阻感性负载1.2单相可控整流电路●电路结构●工作原理①0~ωt1期间，晶闸管VT1、VT4承受正压，但无触发脉冲，处于关断状态。假设电路已工作在稳定状态，这期间由于电感释放能量，晶闸管VT2、VT3维持导通。②

ωt1~π期间，晶闸管VT1、VT4被触发其导通，电流从电源a端经过VT1、L、R、VT4流回b端，整流输出电压ud=u2。电源电压反向加到晶闸管VT2、VT3上，使其承受反压而处于关断状态。③

π~π+ωt1期间，电源电压u2自然过零，感应电动势使晶闸管VT1、VT4继续导通。在电压负半波，晶闸管VT2、VT3承受正压，因无触发脉冲，VT2、VT3处于关断状态。④

π+ωt1

~2π期间，晶闸管VT2、VT3被触发其导通，电流从电源b端经过VT3、L、R、VT2流回b端，整流输出电压ud=−u2。此时VT1、VT4承受反向电压而变为关断状态。晶闸管VT2、VT3一直要导通到下一电源周期晶闸管VT1、VT4被再次触发导通为止。从波形可以看出，α=90º时，输出电压ud的波形正负面积相等，平均值Ud为零，所以移相范围是0º~90º。46图1.12单相桥式全控整流电路阻感性负载(a)电路图(b)工作波形单相桥式全控整流电路阻感性负载1.2单相可控整流电路●数量关系①

输出电压平均值Ud与输出电流平均值Id(1-36)(1-37)②

变压器二次侧电流I2(1-38)③

晶闸管的电流平均值IdT与有效值IT(1-39)(1-40)④

晶闸管承受的最大正反向电压UTM(1-41)47单相桥式全控整流电路大电感性负载加续流二极管1.2单相可控整流电路●电路结构和工作原理为扩大移相范围，增大输出电压，可以在负载两端反并联续流二极管。电路结构和工作波形如图1.14所示。接上续流二极管VD后，当电源电压降到零时，负载电流经续流二极管VD流通，使原导通的晶闸管电流等于零而关断。忽略续流二极管管压降，直流输出电压ud=0。一个电源周期中，晶闸管的导通角θT为π−α，续流管的导通角θD为2α。48图1.14单相桥式全控整流电路大电感负载加续流二极管(a)电路图(b)工作波形单相桥式全控整流电路大电感性负载加续流二极管1.2单相可控整流电路●数量关系由于输出电压波形与电阻性负载相同，所以Ud、Id的计算公式与电阻性负载相同。①

晶闸管的电流平均值IdT与有效值IT(1-42)(1-43)②

续流二极管的电流平均值IdD与有效值

ID(1-44)(1-45)③

晶闸管与续流管承受的最大电压(1-46)49单相桥式全控整流电路反电动势负载1.2单相可控整流电路●电阻性反电势负载当整流电路带蓄电池、直流电动机电枢等工作时，则相当于反电势负载。电路结构和工作波形如图1.15所示。只有当电源电压的瞬时值u2大于反电势E时，晶闸管才能够承受正向电压被触发导通，当晶闸管导通时，负载电流id=(ud–E)/R。当整流电压的瞬时值u2小于反电势E时，晶闸管承受反压而关断，这使得晶闸管导通角减小。晶闸管关断时，输出电压ud=E。与电阻负载相比晶闸管提前了电角度δ停止导电，δ称作停止导电角，计算式：(1-47)●阻感性反电势负载若负载为直流电动机时，此时负载性质为反电动势阻感性负载，电感不足够大，输出电流波形断续。在负载回路串接平波电抗器可以减小电流脉动，如果电感足够大，电流就能连续，在这种条件下其工作情况与大电感负载相同。50图1.15单相桥式全控整流电路反电动势负载(a)电路图(b)工作波形单相桥式半控整流电路阻感性负载1.2单相可控整流电路●电路结构和工作原理如图1.16(a)所示，单相桥式半控整流电路带大电感负载时，必须接续流二极管，否则将会出现失控，使电路无法正常工作。负载电感L足够大，则可以认为负载电流连续，电流波形近似为一条直线。①

ωt1时刻，晶闸管VT1被触发导通，VT2承受反向电压而关断，电流沿a→VT1→L→R→VD1→b→TR的二次绕组→a的路径流通，此时负载上电压ud=u2。②

u2过零变负时，因电感L上的感应电动势作用使续流二极管VD导通，晶闸管VT1承受反向电压而关断，电感L释放能量使电流沿L→R→VD→L路径流通，形成续流通路。此阶段，忽略续流二极管管压降，则整流输出电压ud=0。③

ωt2时刻，晶闸管VT2被触发导通，VT1承受反向电压而关断，电流沿b→VT2→L→R→VD2→a→Tr的二次绕组→b的路径流通，此时负载上电压ud=−u2。④

u2过零变正时，续流二极管VD的导通形成续流通路，输出电压ud=0。该电路控制角α的移相范围为0

~180°，晶闸管导通角θT=180°−α。51图1.16单相桥式半控整流电路阻感性负载(a)电路图(b)工作波形单相桥式半控整流电路阻感性负载1.2单相可控整流电路●失控现象单相桥式半控整流电路不接续流二极管带大电感性负载时的电路和失控时电压、电流波形如图1.17所示。电路在实际运行中，当突然把控制角α增大到180º或突然切断触发电路时，会发生导通的晶闸管一直导通而两个二极管轮流导通的失控现象。例如在u2的正半波当VT1触发导通后，如欲停止工作而停发触发脉冲，此后VT2无触发脉冲而处于关断状态，u2过零变负时，因电感L的作用，使电流通过VT1、VD2形成续流。L中的能量如在整个负半周都没有释放完，就使VT1在整个负半周都保持导通。当u2过零变正时VT1承受正压继续导通，同时VD2关断，VD1导通。因此即使不加触发脉冲，负载上仍保留了正弦半波的输出电压，此时触发脉冲对输出电压失去了控制作用，称为失控。这在实际中是不允许的。因此，单相桥式半控整流电路带大电感性负载时还需要加续流二极管VD，以避免可能发生的失控现象。52图1.17单相桥式半控整流电路电感性负载失控现象分析

(a)失控时id的流通路径(b)失控时的ud波形单相桥式半控整流电路单相桥式半控整流电路的另一种接法1.2单相可控整流电路电路如图1.18(a)所示，二极管VD3和VD4可取代续流二极管，续流由VD3和VD4实现。因此即使不接续流二极管，电路也不会出现失控现象。但两只晶闸管阴极电位不同，VT1和VT2触发电路要隔离。这种电路的电流和电压波形如图1.18(b)所示。53图1.18另一种接法的单相桥式半控整流电路(a)电路图(b)工作波形1.3触发电路触发电路的作用是产生触发信号来控制晶闸管的导通。由晶闸管的导通性能可知，触发信号可以是交流、直流和脉冲形式，常见触发信号的电压波形如图1.19所示。晶闸管的触发脉冲应满足下列基本要求：●触发脉冲应有一定的功率；●触发脉冲电压的前沿要陡，且要有足够的宽度；●触发脉冲与主电路电源必须同步；●触发脉冲的移相范围应满足主电路移相范围的要求。54图1.19常见触发信号的波形(a)正弦波(b)尖脉冲(c)方脉冲(d)强触发脉冲(e)脉冲列单结晶体管单结晶体管的结构1.3触发电路单结晶体管的结构及其图形符号如图1.20所示。在一块高电阻率的N型硅片两端，用欧姆接触方式引出第一基极b1和第二基极b2，b1与b2之间的电阻为N型硅片的体电阻，约为3~12KΩ，在硅片靠近b2极掺入P型杂质，形成PN结，由P区引出发射极e。由以上结构可知，该器件只有一个PN结，但有两个基极，所以其名称为单结晶体管，或称为双基极管。常用的国产单结晶体管型号有BT33和BT35两种，其中B表示半导体，T表示特种管，第一个数字3表示有3个电极，第二个数字3(或5)表示耗散功率300mW或(500mW)。55图1.20单结晶体管(a)结构示意图(b)等效电路(c)图形符号(d)外形及管脚排列单结晶体管单结晶体管伏安特性1.3触发电路在单结晶体管两基极b2和b1间加某一固定直流电压Ubb，发射极电流Ie与发射极正向电压Ue之间的关系曲线称为单结晶体管的伏安特性Ie=f(Ue)，测试电路及特性如图1.21所示。图1.21单结晶体管伏安特性(a)测试电路(b)伏安特性曲线(c)曲线族●截止区(aP段)●负阻区(PV段)●饱和区(VN段)56单结晶体管自激振荡电路1.3触发电路●在电源未接通时，假设电容C上的电压为零。电源接通时，E通过电阻Re对电容C充电，充电时间常数为ReC；当电容电压达到单结晶体管的峰点电压Up时，单结晶体管进入负阻区，并很快饱和导通，电容C通过eb1结向电阻R1放电，在R1上产生脉冲电压uR1。利用单结晶体管的负阻特性和RC电路的充放电特性，可以组成单结晶体管自激振荡电路。如图1.22所示。●在放电过程中，uC指数曲线下降到谷点电压UV，单结晶体管迅速由导通转变为截止，R1上的脉冲电压终止。●此后电容C又开始下一次充电，重复上述过程。由于放电时间常数(R1+Rb1)C远远小于充电时间常数ReC，故在电容两端得到的是锯齿波电压，在电阻R1上得到的是尖脉冲电压。满足电路振荡的Re的取值范围为：(1-49)57图1.22单结晶体管自激振荡电路(a)电路(b)工作波形单结晶体管同步触发电路1.3触发电路触发电路送出的触发脉冲必须与晶闸管阳极电压同步，保证在晶闸管阳极电压的每个正半周内以相同的控制角α触发，从而获得稳定的输出电压。图1.23(a)为单结晶体管触发的单相桥式半控整流电路及其工作波形。实际应用中，电位器Re常用晶体管V2代替，以便实现自动移相，同时脉冲的输出一般通过脉冲变压器TP，以实现输出的两个脉冲之间及触发电路与主电路之间的电气隔离，如图1.24所示。58图1.23单结晶体管触发的单相桥式半控整流电路及其工作波形(a)电路(b)工作波形图1.24单结晶体管触发电路其它形式锯齿波同步移相触发电路1.3触发电路采用锯齿波同步的触发电路不易受电网电压波动的影响，增强了电路的抗干扰能力，在触发200A以下的晶闸管变流电路中得到广泛应用。锯齿波同步触发电路主要由同步、锯齿波形成和脉冲移相、脉冲形成与放大、脉冲封锁和强触发等环节组成，如图1.25所示。59图1.25同步信号为锯齿波的触发电路图1.26同步信号为锯齿波的触发电路工作波形电力电子技术项目2三相可控整流电路知识点612.1

三相可控整流电路2.2

有源逆变电路2.3

集成移相触发电路2.4

晶闸管的保护三相半波可控整流电路

三相整流电路具有多种电路形式，三相半波可控整流电路共阴极和共阳极接法是三相整流电路的最基本形式，其它电路可看作是三相半波整流电路以不同方式串联或并联组合而成。2.1三相可控整流电路

图2.1(a)是三相半波不可控整流的原理图。三个二极管采用共阴极接法，其阳极分别接至变压器二次侧u、v、w三相电源。任何时刻均是阳极电位高的二极管导通，即相电压最高的那相中二极管导通，其余两相二极管将承受反压而截止，整流输出电压为该相的相电压，波形如图2.1(b)所示。●ωt1~ωt2(30°~150°)段，uu>uv、uu>uw，u相电压最高，u相所在的二极管VD1导通。负载电压ud＝uu。●ωt2~ωt3(150°~270°)段，uv>uu、uv>uw，v相电压最高，v相所在的二极管VD2导通。负载电压ud＝uv。●ωt3~ωt4(270°~390°)段，uw>uv、uw>uu，w相电压最高，w相所在的二极管VD3导通。负载电压ud＝uw。从图中可看出ωt1、ωt2和ωt3三个时刻点分别是三只二极管导通的起始点。每过其中一点，电流就从前相变换到后相，因为这种换相是靠三相电源变化自然进行的，所以把ωt1、ωt2和ωt3时刻点称为自然换相点。62图2.1三相半波不可控整流电路(a)原理图(b)输出电压和电流波形三相半波可控整流电路2.1三相可控整流电路

图2.2是三相半波可控整流电路电阻性负载的原理图。当α

＝

0°时，其工作过程与不可控整流是完全相同。由于是阻性负载，电压波形与电流波形形状一样。变压器二次侧各相绕组中的电流与各相晶闸管流过的电流相同。每周期只有单方向电流流过，所以存在直流磁化问题。电阻性负载●电路结构

对于三相半波可控整流电路而言，自然换相点ωt1、ωt2和ωt3是各相晶闸管能触发导通的最早时刻，将其作为各晶闸管触发角α的起始点，即定义该点α

＝0°，对应着各相电源电压过零后30°的时刻。●工作原理

63图2.2三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路2.1三相可控整流电路

当α=30º时，输出电流、电压波形如图2.3所示。假设电路已稳定工作，w相的晶闸管VT3已经导通，输出电压ud＝uw，经过自然换相点ωt1时，由于u相晶闸管的触发脉冲未到，VT1无法导通，VT3承受正向电压继续导通，直到w相电压减小为零时刻，即过自然换相点ωt1后的30º处，晶闸管VT1被触发导通，输出电压由uw换成uu，即ud＝uu，负载电流id从w

相换流至u相。同理，VT2、VT3均在各自自然换相点后的30º处导通。电阻性负载●工作原理从波形可以看出，此时负载电压和负载电流处于连续与断续的临界状态，各相仍导通120°。晶闸管VT1所承受的电压波形中已有一段时间为正向电压。64图2.3α=30º时的输出波形三相半波可控整流电路2.1三相可控整流电路

当α=60º时，输出电流、电压波形如图2.4所示。

电阻性负载●工作原理显然，当α＝

150°时，由于晶闸管已不在承受正向电压，而无法导通。所以，三相半波可控整流电路带阻性负载时的移相范围为0°~150°。65图2.4α=60º时的输出波形三相半波可控整流电路2.1三相可控整流电路

三相半波可控整流电路(电阻性负载)特点如下：电阻性负载●工作原理

①

电阻性负载控制角α的移相范围为0º~150º。当α=0º时，整流输出电压最大；当α=150º时，整流输出电压为零。

②

当α≤30º时，负载电流连续，每只晶闸管在一个周期中持续导通120°即θT＝120°；当α>30º时，负载电流断续，晶闸管的导通角为θT＝150°−α，小于120°。

③

流过晶闸管的电流等于变压器的副边电流。

⑤

整流输出电压ud的脉动频率为3倍的电源频率。

66三相半波可控整流电路2.1三相可控整流电路①

输出电压平均值Ud电阻性负载●数量关系②

输出电流平均值Id(α≤30º)(α>30º)③

晶闸管电流平均值IdT④

晶闸管电流有效值IT(α≤30º)(α>30º)⑤

晶闸管承受的最大反向电压UTM67三相半波可控整流电路2.1三相可控整流电路由于是大电感负载，只要整流输出电压平均值不为零，每相上的晶闸管导通角均是120°，与控制角α无关。流过晶闸管的电流波形是方波。大电感负载无续流二极管●电路结构●工作原理②

当α>30º时，假设α=60º，VT1已经导通，在u相交流电压过零变负后，由于未到VT2的触发时刻，VT2未导通，在负载电感作用下VT1继续导通，输出电压ud<0，直到VT2被触发导通，VT1承受反压而关断，输出电压ud＝uv，然后重复类似的过程。①

当α≤30º时，相邻两相的换流是在原导通相的交流电压过零变负之前，工作情况与电阻性负载同。由于负载电感的储能作用，电流id波形近似平直，晶闸管中分别流过幅度Id、宽度120º的矩形波电流，导通角θT=120º。③

当α=90º时，整理输出平均电压为零，三相半波整流电路阻感性负载(电流连续)不接续流管的移相范围是0º~90º。三相半波可控整流阻感性负载电路如图2.5所示。68图2.5三相半波可控整流电路阻感性负载无续流二极管情(a)原理图(b)工作波形三相半波可控整流电路2.1三相可控整流电路①

输出电压平均值Ud和输出电流平均值Id大电感负载无续流二极管●数量关系②

流过晶闸管电流的平均值IdT和有效值IT③

晶闸管承受的最高电压UTM69三相半波可控整流电路2.1三相可控整流电路续流二极管是在电源电压过零变负时导通续流的，所以当α≤30°时，电源电压均为正值，续流二极管VD不起作用。当α>30°时，电源电压过零变负时，续流二极管及时导通为负载电流提供续流回路，输出电压波形断续但不出现负值。大电感负载加续流二极管●电路结构●工作原理①

输出电压ud波形与电阻性负载相同，波形无负值出现。输出电流id波形为幅值近似等于Id的一条直线。③

在30°<α≤150°区间，三只晶闸管和续流二极管轮流导通工作，即各相晶闸管的导通角θT＝150°-α，续流管的导通角θD=3(α−30°)。负载电流分别流过晶闸管和续流管。②

在0°≤α≤30°区间，各相晶闸管轮流导通工作，续流二极管不导通，即各相晶闸管的导通角θT＝120°，续流管的导通角θD=0°。负载电流主要靠晶闸管导通提供的。为避免整流输出电压波形出现负值，可在大电感负载两端反并联续流二极管VD，如图2.6所示。以提高输出平均电压值，改善负载电流的平稳性，同时扩大移相范围。70图2.5三相半波可控整流电路阻感性负载加续流二极管情(a)原理图(b)工作波形三相半波可控整流电路2.1三相可控整流电路①

输出电压平均值Ud和输出电流平均值Id大电感负载加续流二极管●数量关系②

流过晶闸管电流的平均值IdT和有效值IT④

晶闸管和续流二极管承受的最高电压UTM和UDM由于输出电压波形和电阻性负载时一样，所以Ud和Id的计算式与电阻性负载相同。α≤30°时30°<α≤150°时③

流过续流二极管电流的平均值IdD和有效值IDα<30°时，续流二极管中无电流流过。30°<α≤150°时71三相半波可控整流电路2.1三相可控整流电路电路的分析方法与波形及平均电压Ud的计算同大电感负载时一样，只是输出平均电流Id的计算应该为:含反电动势的大电感负载●电路结构●工作原理当串入的平均电抗器Ld电感量不足时，电感中储存的能量不足以维持电流连续，此时，输出电压ud波形出现由反电动势E形成的台阶，平均电压Ud值的计算不能再利用大电感时的公式。图2.7(b)为α=60°时电流连续和断续的波形，其工作原理与单相桥式反电势性负载全控整流电路类似。直流电力拖动系统中，多数为电动机负载。为了使电枢电流id波形连续平直，在电枢回路中串入电感量足够大的平波电抗器Ld，这就是含反电动势的大电感负载，如图2.7(a)所示。72图2.7三相半波可控整流电路含反电动势的大电感负载情形(a)原理图(b)电感电流连续(c)电感电流断续三相桥式全控整流电路

三相桥式全控整流电路应用最为广泛，它是由两个三相半波整流电路发展而来的，如图2.8(a)所示，三相桥式全控整流电路可看作是三相半波共阴极接法(VT1，VT3，VT5)和三相半波共阳极接法(VT4，VT6，VT2)的串联组合。2.1三相可控整流电路对于三相半波共阴极接法电路前面已分析得出，三只晶闸管VT1、VT3和VT5控制角α的起始点分别是各自的自然换相点，即ωt1=30°、ωt3=150°和ωt5=270°处。同理分析可得三相半波共阳极接法电路中三只晶闸管VT2、VT4和VT6的自然换相点分别是ωt2=90°、ωt4=210°和ωt6=330°处，也是它们的控制角α的起点。任何时刻共阴极组和共阳极组中各有一只不在同一相上的晶闸管导通，负载上才有电流流过。电阻性负载●电路结构73图2.8三相桥式全控整流电路带电阻性负载情形(a)原理图三相桥式全控整流电路2.1三相可控整流电路电阻性负载●工作原理以上分析可知，各线电压的正半波交点1、2、3、4、5和6分别是VT1、VT2、VT3、VT4、VT5和VT6的自然换相点，晶闸管导通顺序为：VT1、VT6→VT1、VT2→VT2、VT3→VT3、VT4→VT4、VT5→VT5、VT6，一个交流周期中每只晶闸管导通120°，每隔60°有一只晶闸管换相；输出电压波形是由电源线电压uuv、uuw、uvw、uvu、uwu和uwv的轮流输出所组成，晶闸管的导通要维持到线电压过零反向时才关断。因此在分析三相桥式全控整流电路中不同控制角α时的输出电压波形ud时，只要分析线电压的波形即可。74图2.9三相桥式全控整流电路带电阻负载情形的工作波形(a)α=60°(b)α=90°三相桥式全控整流电路2.1三相可控整流电路电阻性负载●对触发脉冲的要求宽脉冲触发，它要求触发脉冲的宽度大于60º(一般为80º~100º)，双窄脉冲触发，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20°~30°，称为双脉冲触发。三相桥式全控整流电路的工作特点：①

α≤60º时的ud波形连续，当α>60º时的ud波形断续，α=120º时，输出电压Ud=0，所以三相桥式全控整流电路电阻性负载移相范围为0º~120º。②

输出电压ud由六段线电压组成，每周期脉动六次，脉动频率为300Hz。③晶闸管承受的电压波形与三相半波相同，只与晶闸管导通情况有关，波形由3段组成：一段为零(忽略导通时的压降)，两段为线电压。晶闸管承受最大正、反向电压的关系也相同。④变压器二次侧绕组流过正负两个方向的电流，消除了变压器的直流磁化，提高了变压器的利用率。75图2.10三相桥式全控整流电路的触发脉冲三相桥式全控整流电路2.1三相可控整流电路电阻性负载●数量关系①

输出电压平均值Ud和输出电流平均值Id(α≤60º)(α>60º)②

变压器二次侧绕组电流有效值I2(α≤60º)③

流过晶闸管的电流平均值IdT、有效值IT和两端承受的最大正反向电压UTM76三相桥式全控整流电路2.1三相可控整流电路图2.11三相桥式全控整流电路阻感性负载情形(a)原理图(b)工作波形阻感性负载●工作原理三相桥式全控整流电路带阻感性负载情形通常电感量足够大，负载电流连续且波形基本上为一条水平线。如图2.11所示。当α≤60º时，与电阻负载相似，各晶闸管的通断情况、整流输出电压ud波形、晶闸管承受的电压波形都一样；区别在于由于大电感的作用，使得负载电流波形变得平直，近似为一条水平线。当α>60º时，电感性负载时的工作情况与电阻负载不同，由前面分析可知，阻性负载的输出电压波形断续，对于大电感负载，由于电感L的作用，在电源线电压过零后，晶闸管仍然导通，直到下一只晶闸管触发导通为止，这样输出电压ud波形会出现负的部分。77三相桥式全控整流电路2.1三相可控整流电路阻感性负载●数量关系①

输出电压平均值Ud和输出电流平均值Id②

流过晶闸管电流的平均值IdT和有效值IT③

变压器二次侧电流有效值I278三相桥式半控整流电路2.1三相可控整流电路电阻性负载●电路结构将三相桥式全控整流电路中共阳极组的3只晶闸管换成3只二极管，就组成如图2.12(a)所示的三相桥式半控整流电路。一旦三只晶闸管被触发导通，整流电路有电压输出，可见触发电路只需给共阴极组的三只晶闸管送上相隔120°的单窄脉冲即可。共阳极接法的3个二极管，只要电路通上电源，任何时候总有1个二极管的阴极电位最低而处在“通态”，如图2.12(b)所示。在三相电源相电压uw、uu、uv的负半波交点2、4、6就是VD2、VD4、VD6的导通的自然换相点。79图2.12三相桥式半控整流电路(a)原理图(b)3个二极管工作区间三相桥式半控整流电路2.1三相可控整流电路电阻性负载●工作原理当控制角α＝

0°时，触发脉冲在自然换流点处出现，工作情况与三相桥式全控整流电路完全一样，输出电压波形与三相桥式全控整流电路在α＝

0°时输出电压波形相同。当α>60°时，如图2.13(b)所示为α＝

90°时的波形，每个周期输出电压为3个断续波头，电流断续。当α<60°时，图2.13(a)所示为在α＝30°时的波形。三只晶闸管和三个二极管分别轮流导通，负载Rd上得到的电压波形一个周期内仍有6个波头，但6个波头形状不同，是三个间隔波头完整三个波头缺角的脉动波形。当α＝

60°时，输出波形只剩下三个波头，波形刚好维持连续，所以α＝

60°是整流电压波形连续与断续的临界点。随着控制角α增大，晶闸管导通角θT减小，整流输出电压减小。到α

＝

180°时，VT1的触发脉冲发出时uuw＝

0，则晶闸管VT1不可能导通，ud

＝

0。所以三相桥式半控整流电路带电阻性负载时移相范围为0~180°。三相桥式半控整流电路在带电阻性负载时，其输出平均电压的计算也要分别考虑电压波形连续和断续的情况，但两种情况均为：80图2.13三相桥式半控整流带电阻性负载的工作波形(a)α=30°(b)α=90°的波形图三相桥式半控整流电路2.1三相可控整流电路阻感性负载●电路结构和工作原理三相桥式半控整流电路阻感性负载两端反并联续流二极管后，整流输出电压波形与电阻性负载一样，电流波形近似为一条水平线。负载两端若不加接续流二极管，当触发脉冲丢失或突然把控制角α调到180°时，与单相桥式半控一样，三相桥式半控也会发生导通着的晶闸管关不断，而三个整流二极管轮流导通的现象，使整流电路处于失控状态，如图2.14(b)所示。三相桥式半控整流电路阻感性负载加续流二极管电路结构如图2.14(a)所示。为避免失控现象，防止晶闸管过电流而损坏，负载两端必须反并联续流二极管。需要注意的是续流二极管只在α﹥60°时才有电流通过。81图2.14三相桥式半控整流电路带阻感性负载加续流二极管情形(a)原理图(b)正常工作及失控后的电压波形三相桥式半控整流电路2.1三相可控整流电路阻感性负载●数量关系①

输出电压平均值Ud和电流平均值Id②晶闸管与续流管的电流平均值、电流有效值当0°≤α≤60°时当60°≤α≤180°时③晶闸管与二极管承受的最大反向电压为82三相桥式半控整流电路2.1三相可控整流电路三相桥式半控与全控整流电路的比较●电路结构和触发方式不同三相半控桥式整流电路只用三只晶闸管，只需三路触发脉冲，不需宽脉冲或双脉冲触发，线路简单经济，调整方便。●输出电压的脉动、平波电抗器的电感量不同三相桥式全控整流电路输出电