电力电子技术第2章单相及三相整流电路.ppt

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,2-2,第2章 整流电路·引言,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整流电路：出现最早的电力电子电路，将交流电变为直流电2-3,2-3,整流系统的结构,,2-4,2-4,所要学习的整流电路,,2-5,2.1 单相可控整流电路,2.1.1 单相半波可控整流电路 2.1.2 单相桥式全控整流电路 2.1.3 单相桥式半控整流电路,工作原理和波形分析、定量计算、不同负载的影响,2-6,2-6,理想化假设,为使分析过程中能突出主要矛盾，做如下理想化假设：1）开关元件是理想的，即开关元件导通时通态压降为零，阻断时电阻为无穷大2）变压器是理想的，即变压器的漏抗为零，绕组的电阻为零3）电网电压是理想的正弦波，即,,2-7,2.1.1 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）带电阻负载的工作情况,单相半波可控整流电路(Single Phase Half Wave Controlled Rectifier),2-8,,,,w,w,w,w,t,0,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,w,t,1,p,2,p,t,t,t,u,g,u,d,u,VT,a,q,0,b),c),d),e),0,0,,u,2,2-9,导通角：晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度，用θ表示 。

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a表示,也称触发角或控制角.移相： 改变a 的大小，即改变触发脉冲在每周期内出现的相位称为移相移相范围：触发角从0开始到最大触发角的区间基本数量关系,2-10,VT的a 移相范围为180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，简称相控方式直流输出电压平均值为,2-11,2) 带阻感负载的工作情况,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讨论负载阻抗角j、触发角a、晶闸管导通角θ的关系Ud,2-12,w,t,t,w,w,t,w,t,w,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,u,2,0,w,t,1,p,2,p,t,u,g,0,u,d,0,i,d,0,u,VT,0,q,a,b),c),d),e),f),+,+,图2-2 带阻感负载的单相半波电路及其波形,2-13,当VT处于通态时，如下方程成立：,（2-2）,（2-4）,初始条件：ωt= a ，id=0求解并将初始条件代入可得,当ωt=θ+a 时，id=0，代入式（2-3）并整理得,2-14,续流二极管,+,2-15,续流二极管,数量关系(id近似恒为Id）,（2-5）,（2-6）,（2-7）,（2-8）,2-16,2.1.1 单相半波可控整流电路,VT的a 移相范围为180。

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建立起整流电路的基本概念单相半波可控整流电路的特点,2-17,2.1.2 单相桥式全控整流电路,1) 带电阻负载的工作情况,a),单相桥式全控整流电路(Single Phase Bridge Contrelled Rectifier),,,,,2-18,u,(,i,),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,p,w,t,w,t,w,t,0,0,0,i,2,u,d,i,d,b),c),d),d,d,a,a,u,VT,1,4,图2-5 单相全控桥式带电阻负载时的电路及波形,2-19,数量关系,（2-9）,a 角的移相范围为1802-20,数量关系,向负载输出的平均电流值为：,流过晶闸管的电流平均值只有输出直流平均值的一半，即：,（2-10）,(2-11),2-21,2.1.2 单相桥式全控整流电路,流过晶闸管的电流有效值：,变压器二次侧电流有效值I2与输出直流电流I有效值相等：,（2-12）,（2-13）,2-22,2.1.2 单相桥式全控整流电路,由式（2-12）和式（2-13）得：,不考虑变压器的损耗时，要求变压器的容量 S=U2I2。

2-14）,2-23,2.1.2 单相桥式全控整流电路,2）带阻感负载的工作情况,u,,,2-24,2.1.2 单相桥式全控整流电路,2）带阻感负载的工作情况,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，晶闸管VT1和VT4并不关断至ωt=π+a 时刻，晶闸管VT1和VT4关断，VT2和VT3两管导通VT2和VT3导通后，VT1和VT4承受反压关断，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2-25,u,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,u2,O,w,t,O,w,t,O,w,t,u,d,i,d,i,2,,,,,,,,b),,,,,,O,w,t,O,w,t,u,VT,1,4,,,,,,O,w,t,,,,,,,O,w,t,I,d,I,d,I,d,I,d,I,d,i,VT,2,3,i,VT,1,4,图2-6 单相全控桥带阻感负载时的电路及波形,2-26,2.1.2 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晶闸管承受的最大正反向电压均为 。

2-27,2.1.2 单相桥式全控整流电路,数量关系,晶闸管导通角θ与a无关，均为180电流的平均值和有效值：,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=Id2-28,例：单相桥式全控整流电路，U2 =100V，负载中R=2，L值极大，当=30°时，要求：1）作出ud、id和i2的波形；2）求整流输出平均电压Ud、电流Id，变压器二次电流有效值I2；3）考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流2-29,解：1）ud、id和i2的波形如右图所示 该波形可参考P26图6作出2）求整流输出平均电压Ud,,,,2-30,3）晶闸管电流有效值,考虑过电流安全储备通常把晶闸管的额定电流放大1.5～2倍，又晶闸管的额定电流值是通态平均电流（正弦半波电流平均值），它同有效值的关系是因此所选晶闸管的额定电流应为：,,为此可选50A的晶闸管2-31,为了对过电压有安全储备，通常把晶闸管的额定电压也放大2～3倍，因此所选晶闸管的电压额定值应为,,V，为此可选400V的晶闸管最后根据晶闸管产品型号表可选用KP-50-4，即通态平均电流为20A，额定电压值电压为4级(400)的晶闸管。

2-32,3） 带反电动势负载时的工作情况,在|u2|>E时，才有晶闸管承受正电压，有导通的可能导通之后， ud=u2 ， ， 直至|u2|=E，id即降至0使得晶闸管关断，此后ud=E 2-33,3） 带反电动势负载时的工作情况,在a 角相同时，整流输出电压比电阻负载时大与电阻负载时相比，晶闸管提前了电角度δ停止导电， δ称为停止导电角，,（2-16）,2-34,3） 带反电动势负载时的工作情况,图2-7 单相桥式全控整流电路接反电动势—电阻负载时的电路及波形,电流连续,电流断续,2-35,2.1.2 单相桥式全控整流电路,当α < d时，触发脉冲到来时，晶闸管承受负电压，不可能导通触发脉冲有足够的宽度，保证当wt=d时刻有晶闸管开始承受正电压时，触发脉冲仍然存在这样，相当于触发角被推迟为d2-36,2.1.2 单相桥式全控整流电路,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 为了克服此缺点，一般在主电路中直流输出侧串联一个平波电抗器这时整流电压ud的波形和负载电流id的波形与阻感负载电流连续时的波形相同，ud的计算公式也一样。

2-37,2.1.2 单相桥式全控整流电路,（2-17）,2-38,2.1.3 单相桥式半控整流电路,单相全控桥中，每个导电回路中有2个晶闸管，1个晶闸管可以用二极管代替，从而简化整个电路如此即成为单相桥式半控整流电路（先不考虑VDR）d,u,电阻负载 半控电路与全控电路在电阻负载时的工作情况相同单相半控桥带阻感负载的情况,2-39,,,,,,,,,2-40,2.1.4 单相桥式半控整流电路,在u2正半周，u2经VT1和VD4向负载供电 u2过零变负时，因电感作用电流不再流经变压器二次绕组，而是由VT1和VD3续流在u2负半周触发角a时刻触发VT2，VT2导通，u2经VT2和VD4向负载供电u2过零变正时，VD4导通，VD3关断VT2和VD4续流，ud又为零2-41,,避免可能发生的失控现象 若无续流二极管，则当a 突然增大至180或触发脉冲丢失时，会发生一个晶闸管持续导通而两个二极管轮流导通的情况，这使ud成为正弦半波，其平均值保持恒定，称为失控2-42,2-43,2.1.3 单相桥式半控整流电路,,图2-10 单相桥式半控整流电路，有续流二极管，阻感负载时的电路及波形,2-44,2.1.4 单相桥式半控整流电路,续流二极管的作用,有续流二极管VDR时，续流过程由VDR完成，避免了失控的现象。

续流期间导电回路中只有一个管压降，有利于降低损耗2-45,2.1.4 单相桥式半控整流电路,单相桥式半控整流电路的另一种接法,相当于把图2-5a中的VT3和VT4换为二极管VD3和VD4，这样可以省去续流二极管VDR，续流由VD3和VD4来实现图2-5 单相全控桥式带电阻负载时的电路及波形,图2-11 单相桥式半控整流电路的另一接法,2-46,2.2 三相可控整流电路,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,2-47,2.2 三相可控整流电路·引言,交流侧由三相电源供电负载容量较大，或要求直流电压脉动较小、容易滤波基本的是三相半波可控整流电路，三相桥式全控整流电路应用最广 2-48,2.2.1 三相半波可控整流电路,1)电阻负载,,,,,,,2-49,图2-12 三相半波可控整流电路共阴极接法电阻负载时的电路及a =0时的波形,b),c),d),e),f),u,2,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,R,,,,,,,,,,,,,,,,,i,d,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,VT,1,u,VT,1,w,t,w,t,w,t,w,t,w,t,2-50,2.2.1 三相半波可控整流电路,1)电阻负载,自然换相点：二极管换相时刻为自然换相点，是各相晶闸管能触发导通的最早时刻，将其作为计算各晶闸管触发角a的起点，即a =0。

2-51,2.2.1 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直流分量晶闸管的电压波形，由3段组成a=30的波形（图2-13） 特点：负载电流处于连续和断续之间的临界状态a>30的情况（图2-14 ） 特点：负载电流断续，晶闸管导通角小于120 2-52,图2-13 三相半波可控整流电路，电阻负载， a=30时的波形,。