第2章 整流电路 电力电子技术 课件.ppt

1、2-1，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变压器漏电感对整流电路的影响，2.4带电容滤波的无控整流电路，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器工作状态，2.8晶闸管DC电机系统，2.9相控电路的驱动控制本章摘要，2-2，第2章整流电路介绍， 整流电路的分类：按元件可分为不可控、半可控和全控。按电路结构可分为桥式电路和零电路。 根据交流输入相的数量，分为单相电路和多相电路。根据变压器二次侧电流的方向，可分为单拍电路和双拍电路。整流电路：最早的电力电子电路出现了，它把交流电变成了直流电。2-3，2.1单相可控整流电路

2、，2.1.1单相半波可控整流电路，2.1.3单相全波可控整流电路，2.1.4单相桥式半波可控整流电路，2-4，2.1.1单相半波可控整流电路，图2-1单相半波可控整流电路及波形，1阻性负载特性：电压与电流成正比，两种波形相同。单相半波可控整流器，2-5，2.1.1单相半波可控整流器，其一次相移范围为180，通过控制触发脉冲的相位来控制DC输出电压的方式称为相位控制方式。首先，介绍两个重要的基本概念：触发延迟角：从晶闸管承受正向阳极电压开始到施加触发脉冲结束的电角度，由a表示，也称为触发角或控制角。导通角：在供电周期中晶闸管处于导通状态的电角度，用下式表示。基本的定量关系，DC输出电压的平均值是

3、，(2-1)，2-6，2.1.1单相半波可控整流电路，2)阻性负载的工作条件，图2-2单相半波电路与阻性负载及其波形，阻性负载的特点：电感可以抵抗电流的变化，使流经电感的电流不会突然变化。讨论了负载阻抗角j、触发角a和晶闸管导通角之间的关系。2-7，2.1.1单相半波可控整流电路，单相半波电路的分析可以基于上述方法：当VT处于关断状态时，它相当于电路在VT断开，id=0。当室性心动过速接通时，相当于室性心动过速短路。图2-3单相半波可控整流电路的分段线性等效电路a)电压互感器处于断开状态b)电压互感器处于接通状态。电力电子电路的一种基本分析方法是通过将器件理想化，将电路简化为分段线性电路。该器

4、件的每个状态对应于一个线性电路拓扑。2-8，2.1.1单相半波可控整流电路，当VT接通时，下列等式成立：(b) VT接通，(2-2)，(2-4)，初始条件：t=a，id=0。求解方程(2-2)并替换初始条件。当t=a，id=0时，将其代入等式(2-3)并进行排序。2-9，2.1.1单相半波可控整流电路，续流二极管，图2-4带续流二极管的单相半波阻性负载的电路和波形，当u2过零变为负时，VDD。l中存储的能量保证电流id在L-R-VDR回路中循环，这通常称为续流。数关系(id与ID近似常数)，(2-5)，(2-6)，(2-7)，(2-8)，2-10，2.1.1单相半波可控整流电路，VT的A相移范

5、围为180。简单，但输出脉动大，变压器二次侧电流含有DC分量，导致变压器铁心DC磁化。这种电路在实践中很少使用。该电路的主要目的是建立整流电路的基本概念。单相半波可控整流电路的特点，2-11，2.1.2单相桥式全控整流电路，1)带电阻负载的工作条件，a)工作原理及波形分析VT1和VT4组成一对桥臂，在u2的正半周承受u2电压，当得到触发脉冲时导通，当u2过零时关断。VT2，电路结构，单相桥式可控整流器，2-12，2.1.2单相桥式可控整流器，数量关系，(2-9)，角度的移相范围为180。输出到负载的平均电流为：流经晶闸管的平均电流仅为平均输出DC值的一半，即：(2-10)，(2-11)，2-1

6、3，2.1.2单相桥式全控整流电路，流经晶闸管的电流的有效值：变压器的二次实测电流I2等于输出DC电流I的有效值：由公式(2)，(2-12)，(2-13)，(2-14)，2-14，2.1表示2)带电阻电感负载的运行，U，图2-6带电阻电感负载的单相全控桥的电路和波形，假设电路工作在稳态，id的平均值不变。 假设负载电感很大，负载电流id是连续的，波形近似为一条水平线。当u2过零并变为负时，晶闸管VT1和VT4不关断。在时间t=a，晶闸管VT1和VT4断开，而VT2和VT3接通。VT2和VT3接通后，VT1和VT4被反向电压关断，流经VT1和VT4的电流迅速转移到VT2和VT3。这个过程叫做换向

7、。2-15，2.1.2单相桥式全控整流电路，数量关系，(2-15)，晶闸管移相范围为90。晶闸管导通角与a无关，均为180。电流平均值和有效值：变压器二次侧电流i2的波形为正负180的矩形波，其相位由角度决定，有效值I2=Id。晶闸管的最大正向和反向电压为。2-16，2.1.2单相桥式全控整流电路，3)带反电动势负载的工况，图2-7带反电动势电阻负载的单相桥式全控整流电路的电路和波形，只有当|u2|E晶闸管能承受正电压时，才有可能导通。当角度相同时，整流输出电压大于电阻负载。打开，ud=u2，直到|u2|=E，id降至0以关闭晶闸管，然后ud=E.2-17、2.1.2单相桥式全控整流电路，当D

8、时，当触发脉冲到来时，晶闸管承受负电压，因此不可能导通。图2-7b示出了单相桥式全控整流电路与反电动势电阻负载连接时的波形。电流是间歇的，并且触发脉冲具有足够的宽度，以确保当晶闸管在WT=D开始承受正电压时，触发脉冲仍然存在。这样，等效触发角被延迟到D.如图2-7b所示的id波形：连续电流，2-18，2.1.2单相桥式全控整流电路，当负载是DC电机时，如果电流中断，电机的机械特性会很软。为了克服这个缺点，平滑电抗器通常串联在主电路的DC输出侧。此时，整流电压ud和负载电流id的波形与电阻负载电流连续时的波形相同，ud的计算公式也相同。确保电流连续性所需的电感l可通过以下公式计算：(2-17)、

9、2-19、2.1.3单相全波可控整流器，也称为单相双半波可控整流器。从DC输出或交流输入来看，单相全波和单相全控桥基本相同。变压器中没有DC磁化问题。图2-9单相全波可控整流电路及波形，2-20，2.1.3单相全波可控整流电路，单相全波与单相全控桥的区别：单相全波的变压器结构复杂，材料消耗高。单相全波只使用两个晶闸管，比单相全控桥少，相应地，两个栅极驱动电路也少；但是晶闸管的最大电压是单相全控桥的两倍。单相全波导电路只包含一个晶闸管，比单相电桥少一个晶闸管，因此管压降少一个晶闸管。考虑到以上最后两点，单相全波电路有利于在低输出电压下的应用。2-21，2.1.4单相桥式半控整流电路，电路结构单一

10、图2-10带续流二极管的单相桥式半控整流电路，电阻负载下的电路和波形，电阻负载半控电路和全控电路在电阻负载下的工作方式相同。2-22，2.1.4带阻性负载的单相桥式半控整流电路。图2-10带续流二极管和阻性负载的单相桥式半控整流电路的电路和波形。在u2的正半周，u2通过VT1和VD4向负载供电。当u2过零并变为负时，由于电感，电流不再流经变压器的次级绕组，而是由VT1和VD2续流。在u2的负半周触发角a触发VT3，并打开VT3。u2通过VT3和VD2向负载供电。当u2过零时，VD4开启，VD2关闭。VT3和VD4续流，ud为零。2-23，2.1.4单相桥式半控整流电路，续流二极管的作用，避免可

11、能的失控现象。如果没有续流二极管，当A突然增加到180或触发脉冲丢失时，一个晶闸管连续导通，两个二极管依次导通，使ud变成正弦半波，其平均值保持不变，称为失控。当有续流二极管时，续流过程由续流二极管完成，避免了失控现象。在续流过程中，导电回路中只有一个管压降，这有利于降低损耗。2-24，2.1.4单相桥式半控整流电路，单相桥式半控整流电路的另一种连接方法相当于用二极管VD3和VD4代替图2-5a中的VT3和VT4，因此可以省去续流二极管VDR，续流可以由VD3和VD4实现。图2-5带电阻负载的单相全控桥电路及波形图2-11单相桥式半控整流电路的另一种连接方法，2-25，2.2三相可控整流电路，

12、2.2.1三相半波可控整流电路，2.2.2三相桥式全控整流电路，2-26，2.2三相可控整流电路的引入，三相交流测量负载容量大，或DC电压波动小，易于滤波。三相半波可控整流电路是最基本的一种，三相桥式全控整流电路应用广泛。2-27、2.2.1三相半波可控整流电路，其电路特点是：变压器的二次侧以星形连接获得零线，而一次侧以三角形连接避免三次谐波流入电网。三个晶闸管分别连接到三相电源，它们的阴极以公共阴极连接方式连接在一起。图2-12三相半波可控整流电路共阴极连接电阻负载时的电路及a=0，1)电阻负载时的波形，自然换向点：二极管换向时间为自然换向点，即各相晶闸管触发导通的最早时间，作为计算各晶闸管

13、触发角a的起点，即a=0。动画演示，2-28，2.2.1三相半波可控整流电路，a=0时的工作原理分析，变压器二次侧A相绕组和晶闸管VT1的电流波形，变压器二次绕组电流有DC分量。晶闸管的电压波形由三部分组成。图2-12三相半波可控整流电路与共阴极电阻负载连接时的电路及a=0时的波形和a=30时的波形(图2-13)特征：负载电流处于连续和间歇之间的临界状态。a30的特点(图2-14):负载电流是间歇性的，晶闸管导通角小于120。b)，c)，d)，e)，f)，u，2，u，a，u，b，u，c，a，=0，O，w，t，1，w，t，2，w，t，3，u，G，O，u，d，O，O，u，ab，u，ac，O，I，V

14、T，1，u，VT，1，w，t，w，t，w，t，w，t，t，t，t，w，t，(2-19)，整流电压平均值的计算，当a30可用时，负载电流是连续的，当a30可用时，负载电流是间歇的，晶闸管的导通角减小，此时，有：2-30，2.2.1三相半波可控整流电路，以及Ud/U2 c定律图2-15三相半波可控整流电路Ud/U2与A 1电阻负载2电感负载3电阻电感负载2-31、2.2.1三相半波可控整流电路的关系，平均负载电流为，晶闸管承受的最大反向电压为变压器二次线的峰值电压，即晶闸管阳极和阴极之间的最大直流电压等于变压器二次相的峰值电压，即，(2 (2-21)、(2-22)、2-32、2.2.1三相2)阻性

15、负载，图2-16三相半波可控整流电路，电路在阻性负载下，a=60时的波形，特点：阻性负载，L值大，基本上是直的id波形。 在a30:整流电压波形与电阻负载相同。在a30(例如，a=60时的波形如图2-16所示)。当u2过零时，VT1直到VT2的脉冲到达才会关闭，换向将发生，负部分将出现在ud波形中。Id波形有一定的脉动，但为了简化分析和定量计算，id可以近似为一条水平线。电阻负载下的相移范围为90。、u、d、I、A、u、A、u、b、u、c、I、b、I、c、I、d、u、ac、O、w、t、O、w、t、O、w、t、O、w、t、A、w、t、w、t、t、动画演示，2-33，2.2.1三相半图2-15三相半波可控整流电路的Ud/U2与1电阻负载2电感负载3电阻电感负载2-34、2.2.1三相半波可控整流电路之间的关系。变压器二次电流即晶闸管电流的有效值为，晶闸管的额定电流为，晶闸管的最大正向和反向电压峰值为变压器二次线电压峰值。三相半波的主要缺点是它的变压器二次电流含有DC分量，(2-23)，(2-24)，(