电力电子应用技术课件-整流电路.ppt

电力电子应用技术电力电子应用技术 2第第2章章 整流电路整流电路2.1 概述概述2.2 单相可控整流电路单相可控整流电路2.3 三相可控整流电路三相可控整流电路2.4 整流电路的有源逆变工作状态整流电路的有源逆变工作状态2.5 整流电路的换相压降、外特性和直流电动机的机械整流电路的换相压降、外特性和直流电动机的机械特性特性2.6 晶闸管触发电路晶闸管触发电路2.7 整流电路的谐波和功率因数整流电路的谐波和功率因数 32.1 概述概述2.1.1 整流电路的分类整流电路的分类2.1.2 学习整流电路的基本方法学习整流电路的基本方法2.1.3 整流电路中常用术语整流电路中常用术语 42.1 概述概述 整流电路（Rectifying Circuit）是一种将交流电能转换为直流电能的电路通常，整流电路由交流电源(工频电网或整流变压器)、整流主电路、滤波器、负载及触发控制电路所构成它在直流电动机的调速、发电机的励磁调节、电解、电镀等领域得到广泛应用52.1.1 整流电路的分类整流电路的分类 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 按控制方式分类分相控和斩控 按引出方式的不同分类 62.1.2 学习整流电路的基本方法学习整流电路的基本方法 分析和研究整流电路的工作原理根据电路的结构和负载的特性 分析电路中各整流元器件导通和关断的物理过程得出一系列的电压和电流波形 在对波形的分析中导出整流电路的基本参数关系特别要注意：电路的结构形式和直流负载的性质对整流电路的影响，不同的负载，其整流输出电压和电流的波形差别很大！72.1.3 整流电路中常用术语整流电路中常用术语1.触发延迟角2.导通角3.移相4.移相控制5.移相范围6.同步7.自然换相点8.换相 82.2 单相可控整流电路单相可控整流电路2.2.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路2.2.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路2.2.3 单相桥式半控整流电路单相桥式半控整流电路 92.2 单相可控整流电路单相可控整流电路 交流侧接单相电源 几种典型的单相可控整流电路 单相半波整流电路 1)带电阻负载的工作情况 2)带阻感负载的工作情况 单相桥式整流电路 1)带电阻负载的工作情况 2)带阻感负载的工作情况 3)带反电动势负载的工作情况 单相全波整流电路 单相桥式半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。

102.2.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路 电阻性负载u 工作原理和波形图2-1 单相半波可控整流电路带电阻性负载的电路及波形图 变压器T起变换电压和隔离的作用，其一次侧和二次侧电压瞬时值分别用u1和u2表示，有效值分别用U1和U2表示电阻负载的特点是电压与电流成正比，两者波形相同在分析整流电路工作时，认为晶闸管（开关器件）为理想器件112.2.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路 电阻性负载u 基本数量关系首先，引入两个重要的基本概念：(1)触发延迟角：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,用表示,也称触发角或控制角2)导通角：晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度称为，用表示直流输出电压、电流平均值为：(2-1)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VT的的 移相范移相范围为围为180(2-2)122.2.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路 电阻性负载u 基本数量关系引入波形系数概念定义负载电流波形系数为电流有效值和平均值之比：即晶闸管的电流波形系数为晶闸管的电流有效值和平均值之比，为：在单相半波可控整流电路中，Id=IdVT。

132.2.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路 电阻性负载u 基本数量关系当=0时，平均电流Id为：有效电流I为：此时的波形系数为：即，晶闸管电流有效值为：晶闸管两端承受的最大正向和反向电压为 142.2.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路 阻感性负载与续流二极管u 工作原理和波形图2-2 单相半波可控整流电路带阻感性负载的电路及波形图 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由于电感的存在延迟了VT的关断时刻，使ud波形出现负的部分，与带电阻负载时相比其平均值Ud下降152.2.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路 阻感性负载与续流二极管u 电力电子电路的一种基本分析方法通过器件的理想化，将电路简化为分段线性电路，分段进行分析计算图2-3 单相半波可控整流电路的分段线性等效电路对单相半波电路的分析可基于上述方法进行：当VT处于断态时，相当于电路在VT处断开，id=0当VT处于通态时，相当于VT短路162.2.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路 阻感性负载与续流二极管图2-3 单相半波可控整流电路的分段线性等效电路当VT处于通态时，如下方程成立：初始条件：t=，id=0。

求解上式，并将初始条件代入可得当t=+时，id=0，可求解得到其中，172.2.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路 阻感性负载与续流二极管负载负载阻抗角阻抗角、触触发发角角、晶晶闸闸管管导导通角通角的关系为：若为定值，越大，在u2正半周L储能越少，维持导电的能力就越弱，越小；若为定值，越大，则L贮能越多，越大；且越大，在u2负半周L维持晶闸管导通的时间就越接近晶闸管在u2正半周导通的时间，ud中负的部分越接近正的部分，平均值Ud越接近零，输出的直流电流平均值也越小182.2.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路 阻感性负载与续流二极管图2-4 大电感负载带有续流二极管的电路及波形 为避免Ud太小，在整流电路的负载两端并联续续流二极管流二极管当u2过零变负时，VDR导通，ud为零此时为负的u2通过VDR向VT施加反压使其关断，L储存的能量保证了电流id在L-R-VDR回路中流通，此过程通常称为续续流流续流期间ud为零，ud中不再出现负的部分192.2.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路u 基本数量关系若近似认为id为一条水平线，恒为Id，则有VT的的 移相范移相范围为围为180 阻感性负载与续流二极管(2-3)(2-4)对于晶闸管VT来说，则有(2-5)(2-6)对于续流二极管VD来说，则有(2-7)(2-8)晶闸管承受的最大正反向电压均为u2的峰值即续流二极管承受的电压为-ud，其最大反向电压为 202.2.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路 单相半波可控整流电路的特点 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在于利用其简单易学的特点，建立起整流电路的基本概念212.2.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路 电阻性负载u 工作原理和波形图2-5 单相桥式全控整流电路带电阻性负载的电路及波形图 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222.2.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路 电阻性负载u 基本数量关系输出电压电流为：(2-9)(2-10)流过晶闸管的电流平均值只有输出直流平均值的一半，即：(2-11)角的移相范围为180 232.2.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路 电阻性负载u 基本数量关系流过晶闸管的电流有效值：(2-12)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：(2-13)由式(2-12)和(2-13)可知：不考虑变压器的损耗时，要求变压器的容量S=U2I2晶闸管承受的最大正向电压和反向电压分别为 和 242.2.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路 电感性负载u 工作原理和波形图2-6 单相桥式全控整流电路带大电感负载的电路及波形图 为便于讨论，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，由于电感的作用晶闸管VT1和VT4中仍流过电流id，并不关断至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，此过程称换换相相，亦称换换流流252.2.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路 电感性负载u 基本数量关系输出电压电流为：(2-14)(2-15)流过晶闸管的平均电流和有效电流为 角的移相范围为90 晶闸管承受的最大正反向电压均为 晶闸管晶闸管导通角与无关，均为180变压器二次侧电流i2的波形为正负各180的矩形波，其相位由角决定，有效值I2=Id262.2.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路 反电动势负载图2-7 单相桥式全控整流电路接反电动势负载的电路及波形图 在|u2|E时，才有晶闸管承受正电压，有导通的可能晶闸管导通之后，有直至|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。

在 角相同时，整流输出电压比电阻负载时大当30时的工作原理分析三相半波可控整流电路共阴极接法电阻负载时=60时的波形负载电流断续，晶闸管导通角小于120422.3.2 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路 电阻性负载u 基本数量关系电阻负载时角的移相范围为150整流电压平均值的计算(1)30时，负载电流连续，有：(2-28)当=0时，Ud最大，为Ud=Ud0=1.17U22)30时，负载电流断续，晶闸管导通角减小，有：(2-29)432.3.2 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路 电阻性负载u 基本数量关系Ud/U2随a变化的规律如下图所示三相半波可控整流电路Ud/U2随a变化的关系1电阻负载2电感负载3电阻电感负载 442.3.2 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路 电阻性负载u 基本数量关系 负载电流平均值为 晶闸管承受的最大反向电压，为变压器二次线电压峰值，即 晶闸管阳极与阴极间的最大正向电压等于变压器二次相电压的峰值，即 452.3.2 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路 阻感性负载三相半波可控整流电路，阻感负载时的电路及=60时的波形特点：阻感负载，L值很大，id波形基本平直。

30时：整流电压波形与电阻负载时相同30时（如=60时的波形如图2-16所示）u2过零时，VT1不关断，直到VT2的脉冲到来，才换流，由VT2导通向负载供电，同时向VT1施加反压使其关断ud波形中出现负的部分id波形有一定的脉动，但为简化分析及定量计算，可将id近似为一条水平线阻感负载时的移相范围为90！462.3.2 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路 阻感性负载u 基本数量关系由于负载电流连续，Ud可由式(2-28)求出，即三相半波可控整流电路Ud/U2随a变化的关系1电阻负载2电感负载3电阻电感负载 Ud/U2与成余弦关系，如下图的曲线2所示如果负载中的电感量不是很大，则当30后，ud中负的部分减少，Ud略为增加，Ud/U2与的关系将介于曲线1和2之间，曲线3给出了这种情况的一个例子2-30)472.3.2 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路 阻感性负载u 基本数量关系 变压器二次电流即晶闸管电流的有效值为(2-33)晶闸管的额定电流为 晶闸管最大正、反向电压峰值均为变压器二次线电压峰值三相半波的主要缺点在于其变压器二次电流中含有直流分量，为此其应用较少48 变压器一次电流有效值为2.3.2 三相半波可控整流电路三。