电力电子技术－ch2可控整流电路-单相桥式1

1、1,电力电子技术 Power Electronics,第二章 可控整流电路,2,单相全桥整流电路,单相半波整流电路 纯阻性负载工作情况 阻感性负载工作情况 带续流二极管的阻感性负载工作情况 单相全桥整流电路,3,第一节 单相桥式可控整流电路,一单相桥式全控整流电路 电路结构： 桥式电路 全部采用SCR T1、T4同时触发 T2、T3同时触发 假设: SCR为理想开关 u2= U2msint,VT简称为T,4,1 工作原理0，,u20,无门极触发信号: T1T4-正向阻断 承受正向电压 u2/2 T2T3承受反向电压 反向阻断,承受电压-u2/2 id=0, ud=0,第一节 单相桥式可控整流电

2、路,（一）电阻性负载,一单相桥式全控整流电路,5,1 工作原理， ,第一节 单相桥式可控整流电路,（一）电阻性负载,一单相桥式全控整流电路,t=时，T1T4同时触发 T1 T4导通 电流通路：u2-T1-R-T4 uT1= uT4= 0 ud=u2 iT1= iT4= i2 = id =ud/R=u2/R T2 T3反向阻断 承受电压：-u2,6,1 工作原理 , + ,第一节 单相桥式可控整流电路,（一）电阻性负载,一单相桥式全控整流电路,t=时，iT1= iT4= id =0 T1 T4关断 t+ 时，u2 0， T2T3无门极触发信号： T2T3承受正压-正向阻断； T1T4承受反压-反

3、向阻断； 承受电压： -u2/2， u2/2 id=0, ud=0,7,1 工作原理 + , 2 ,第一节 单相桥式可控整流电路,（一）电阻性负载,一单相桥式全控整流电路,t= + 时T2T3同时触发 T2 T3导通 iT2= iT3= id =- i2 ud=-u2 id=ud/R=-u2/R T1 T4反向阻断,承受电压：u2 t=2时，iT2= iT3= id =0，T2 T3关断,8,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负半周承受电压-u2，得到触发脉冲即导通，当u2过零时关断,双脉波整流电路，

4、变压器无直流磁化,工作原理及波形分析小结,一单相桥式全控整流电路,（一）电阻性负载,第一节 单相桥式可控整流电路,9,几个名词术语介绍,（1）控制角 从晶闸管承受正向电压时刻起到加触发脉冲为止这段时间所对应的角度 （2）导通角 SCR在一个周期内导通的时间所对应的角度 （3）移相： 改变触发脉冲出现的时刻（即改变控制角的大小） 移相控制,第一节 单相桥式可控整流电路,10,几个名词术语介绍,（4）移相范围 改变 角使输出整流电压平均值从最大值降到最小值，控制角 的变化范围即触发脉冲移相范围 （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 （6）换流（换相） 在可控整

5、流电路中，从一路SCR导通变换为另一路SCR导通的过程,第一节 单相桥式可控整流电路,11,2 基本数量关系,流过晶闸管的电流平均值,向负载输出的平均电流值,负载输出电压的平均值,第一节 单相桥式可控整流电路,一单相桥式全控整流电路,（一）电阻性负载,12,流过晶闸管的电流有效值,变压器二次测电流有效值I2 与输出直流电流I有效值相等,第一节 单相桥式可控整流电路,一单相桥式全控整流电路,2 基本数量关系,（一）电阻性负载,13,负载电阻上电压有效值U U=I R (p21式2-8) 功率因数cos cos=P/S=U I/U2I2=U/U2 不考虑变压器损耗时， 变压器的容量为=U2I2,（

6、一）电阻性负载,一单相桥式全控整流电路,2 基本数量关系,第一节 单相桥式可控整流电路,14, 增大时: Ud/U2 （式2-1） I2/Id (式2-7） Cos （式2-9）,第一节 单相桥式可控整流电路,一单相桥式全控整流电路,（一）电阻性负载,2 基本数量关系,例2-1：P21.单相桥式全控整流电路，接电阻性负载，要求电路输出的直流平均电压Ud从20-100V连续可调，负载平均电流均能达到20A,考虑最小控制角为30度。试计算SCR导通角的变化范围，要求的电源容量及功率因数，并选择SCR。,(1)min =30时对应 Ud =100v，可以得到: U2 =119V,(2) Ud=20v

7、时仍能输出Id=20A,可得 max ，I2max max =129， I2max =42.8A,(3)S=119*42.8VA, cos = cos (= max )=0.36,（4）流过SCR的最大电流有效IT=I2max/1.414=30A SCR的电流定额： ITav =(1.5-2) IT /1.57=29-38A SCR电压定额URRM=（2-3）*1.414*U2 =337-505V 选用KP-50-5型,16,单相全桥整流电路,单相半波整流电路 纯阻性负载工作情况 阻感性负载工作情况 带续流二极管的阻感性负载工作情况 单相全桥整流电路 纯阻性负载工作情况 阻感性负载工作情况,1

8、7,(二)电感性负载,uL=Ldid/dt，电感L抑制电流变化,第一节 单相桥式可控整流电路,一单相桥式全控整流电路,18,I,t=时， T1T4同时加触发信号 T1 T4导通 id从0开始上升(uL0) L储能，ud=u2 电网供能量给R和L,1 电感量较小，控制角较大,一单相桥式全控整流电路,(二)电感性负载,第一节 单相桥式可控整流电路,19,I,1 电感量较小，控制角较大,一单相桥式全控整流电路,(二)电感性负载,第一节 单相桥式可控整流电路,当t= ，u2=0时，id仍0， T1T4继续导通， 电感感应电势维持电流 当t= t 1时，u2=0 L供能量给R，同时回馈给电网 id继续下

9、降,直到0 （ L能量释放完）T1T4关断 t： t 1 -（ + ） 四管均断态，id=0,ud=0,20,I,1 电感量较小，控制角较大,一单相桥式全控整流电路,(二)电感性负载,第一节 单相桥式可控整流电路,t= + 后类似,21,I,*带RL负载后ud出现负面积部分 * id变化滞后于ud *导通角大于阻性负载 * L较小较大时，L储能较小，不足以维持T1T4导通至T2T3触发时刻，导通角 ，id波形断续,电感量较小，控制角较大时小结,22,初始条件：t= a ，id=0，求解,当t=+a 时，id=0，代入式整理得,VT处于通态时，如下方程成立：,第一节 单相桥式可控整流电路,一单相

10、桥式全控整流电路,(二)电感性负载,23,I,* Ud和Id与， 有关 而 又与L, R, 有关,控制特性,确定的 ，根据负载阻抗角和上式可以得出,P24图2-4比较难理解，不要看了,阻感性负载时直流电压小于纯阻性负载,24,单相全桥整流电路,单相半波整流电路 纯阻性负载工作情况 阻感性负载工作情况 带续流二极管的阻感性负载工作情况 单相全桥整流电路 纯阻性负载工作情况 阻感性负载工作情况 1. 电感量较小，控制角较大（电流断续） 2. 电感量较大，控制角较小（电流连续）,25,I,L较大较小时，L储能较大 在id下降过程中L中能量足以维持T1T4导通（即id0）至T2T3触发导通时刻 id波

11、形连续 导通角=,第一节 单相桥式可控整流电路,一单相桥式全控整流电路,(二)电感性负载,2 电感量较大，控制角较小,26,单相全桥整流电路,单相半波整流电路 纯阻性负载工作情况 阻感性负载工作情况 带续流二极管的阻感性负载工作情况 单相全桥整流电路 纯阻性负载工作情况 阻感性负载工作情况 1. 电感量较小，控制角较大（电流断续） 2. 电感量较大，控制角较小（电流连续） 3. 电感量很大，LR(电流无脉动),27,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，由于电感的作用晶闸管VT1和VT4中仍流过电流id，并不关断,第一节 单相桥式可控整流电路,3 LR,一单相桥式

12、全控整流电路,(二)电感性负载,28,VT2和VT3导通后，u2通过VT2和VT3分别向VT1和VT4施加反压使VT1和VT4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,t=+a 时刻，给VT2和VT3加触发脉冲，因VT2和VT3本已承受正电压，故两管导通,第一节 单相桥式可控整流电路,3 LR,一单相桥式全控整流电路,(二)电感性负载,29,基本数量关系,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。,晶闸管移相范围 90 晶闸管承受的最大正反向电压 晶闸管导通角 与a无关，均为180,第一节 单相桥式可控整流电路

13、,3 LR,30,单相全桥整流电路,单相半波整流电路 纯阻性负载工作情况 阻感性负载工作情况 带续流二极管的阻感性负载工作情况 单相全桥整流电路 纯阻性负载工作情况 阻感性负载工作情况 反电动势负载,31,分析（1）：当U2E时？ T1和T4承受反向电压 Ud=E T1/4承受电压？ T2/3承受电压？,第一节 单相桥式可控整流电路,(三)反电势负载,一单相桥式全控整流电路,负载由阻性负载和反电势（E）组成,32,第一节 单相桥式可控整流电路,(三)反电势负载,一单相桥式全控整流电路,分析（2）：何时导通？ *当u2绝对值大于E时 SCR才能触发导通 Ud=U2 T2/3承受电压？,33,第一

14、节 单相桥式可控整流电路,(三)反电势负载,一单相桥式全控整流电路,分析（3）：何时关断？,*直至|u2|=E，id即降至0使得晶闸管关断， 此后 Ud=E *与电阻负载时相比，晶闸管提前了电角度停止导电，称为停止导电角,34,第一节 单相桥式可控整流电路,(三)反电势负载,一单相桥式全控整流电路,分析（3）：何时关断？,*停止导电角？,T1/4承受电压？ T2/3承受电压？,35,第一节 单相桥式可控整流电路,(三)反电势负载,一单相桥式全控整流电路,分析（4）：再导通？,T1/4承受电压？,U2为负值(且 |u2|E ）,T2和T3会承受正向电压而换流导通,T2和T3加触发,36,第一节

15、单相桥式可控整流电路,(三)反电势负载,一单相桥式全控整流电路,工作特点,角相同时，整流输出电压比电阻负载时大,当时，触发脉冲到来时，晶闸管承受负电压，不可能导通,为了使晶闸管可靠导通，要求触发脉冲有足够的宽度，保证当wt=时刻有晶闸管开始承受正电压时，触发脉冲仍然存在,37,第一节 单相桥式可控整流电路,(三)反电势负载,一单相桥式全控整流电路,定量分析,1 直流电压,38,第一节 单相桥式可控整流电路,(三)反电势负载,一单相桥式全控整流电路,定量分析,2 直流电流,输出电流平均值Id,39,第一节 单相桥式可控整流电路,(三)反电势负载,一单相桥式全控整流电路,实际应用,负载为直流电动机时，如果出现电流断续则电动机的机械特性将很软 电源电流有效值大，功率因数低,？,在主电路中直流输出侧串联一个电抗器，用来减少电流的脉动和延长晶闸管导通的时间-平波电抗器,40,第一节 单相桥式可控整流电路,(三)反电势负载,一单相桥式全控整流电路,实际应用,负载为直流电动机时，如果出现