第3章 整流电路剖析

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1、3.1 单相可控整流电路 3.2 三相可控整流电路 3.3 变压器漏感对整流电路的影响 3.4 电容滤波的不可控整流电路(自学) 3.5 整流电路的谐波和功率因数(自学) 3.6 大功率可控整流电路(简介) 3.7 整流电路的有源逆变工作状态 3.8 相控电路的驱动控制 本章小结,第3章 整流电路,2,引 言,整流电路（Rectifier）的作用是将交流电能变为直流电能供给直流用电设备。 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。 (零式电路又可分为半波和全波电路) 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

2、向，分为单拍电路和双拍电路。,3,3.1 单相可控整流电路,3.1.1 单相半波可控整流电路 3.1.2 单相桥式全控整流电路 3.1.3 单相全波可控整流电路 3.1.4 单相桥式半控整流电路,4,3.1.1 单相半波可控整流电路,图3-1 单相半波可控整流电路及波形,带电阻负载的工作情况 变压器T、电压瞬时值u1和u2，有效值U1和U2。 其它物理量表示如图. 电阻负载、电压与电流波形相同。 暂认为晶闸管（开关器件）为理想器件。,5,图3-1 单相半波可控整流电路及波形,：从SCR承受正向阳极电压起到施加触发脉冲止的电角度称为触发延迟角，也称触发角或控制角。 ：晶闸管在一个电源周期中处于通

3、态的电角度称为导通角。,3.1.1 单相半波可控整流电路,6,直流输出电压ud为脉动直流，其波形只在u2正半周内出现，故称“半波”整流。交流输入为单相，故称为单相半波可控整流电路。 基本数量关系 直流输出电压平均值 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。,3.1.1 单相半波可控整流电路,（3-1）,7,3.1.1 单相半波可控整流电路,u,图3-2 带阻感负载的单相半波可控整流电路及其波形,带阻感负载的工作情况 阻感负载的特点是电流不突变。 电路分析 VT断态,id=0,ud=0,uVT=u2。 处 ud=u2，id从0开始增加

4、。 在180处，id 0，VT仍导通。 t2时刻，id降至零，VT关断。 ud波出现负，平均值Ud下降。,8,3.1.1 单相半波可控整流电路,图3-3 单相半波可控整流电路的分段线性等效电路,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。 器件的每种状态对应于一种线性电路拓扑。 电力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。,9,3.1.1 单相半波可控整流电路,为了增加Ud ，并联一个二极管，称为续流二极管，用VDR表示。 有续流二极管的电路 电路分析 u2正半周时，一样。

5、u2变负时，VDR通，VT断，id在L-R-VDR回路通，称续流。 若L足够大，id连续，且id波形接近一条水平线 。,图3-4 单相半波带阻感负载有续流二极管的电路及波形,10,基本数量关系 流过晶闸管的电流平均值IdT和有效值IT分别为： 续流二极管的电流平均值IdDR和有效值IDR分别为 其移相范围为180. 晶闸管承受最大正反向电压为 。 电路简单但有直流磁化问题。,3.1.1 单相半波可控整流电路,(3-5),(3-6),(3-7),(3-8),11,单相半波可控整流电路的特点 移相范围为180 ： 其简单，但输出脉动大，变压器二次侧电流中含有直流分量，造成变压器铁芯直流磁化. 实际

6、上很少应用此种电路。 实际分析该电路的主要目的建立起整流电路的基本概念。,3.1.1 单相半波可控整流电路,12,3.1.2 单相桥式全控整流电路,a),带电阻负载的工作情况 电路分析 4晶闸管组成1-4, 2-3同开同断。 在u2正半周 在0- ，id=0, ud=0,VT1、VT4串联承受电压u2。 在处给VT1和VT4加触发脉冲，该2管通，电流从a-负载-b端。 在180 , id=0,VT1和VT4断。,VT2和VT3的=0处为t=,u2负半周，在处触发VT2和VT3导通,电流从b-负载-到a端。,13,基本数量关系 晶闸管承受的最大正向电压和反向电压分别为 和 。 整流电压平均值为：

7、 =0时，Ud= Ud0=0.9U2。=180时，Ud=0。移相范围为180。 向负载输出的直流电流平均值为：,3.1.2 单相桥式全控整流电路,(3-9),(3-10),14,晶闸管电流平均值 ： 晶闸管电流有效值： 变压器二次侧电流有效值I2与输出电流有效值I相等 而 不考虑变压器的损耗时，要求变压器的容量为S=U2I2。,3.1.2 单相桥式全控整流电路,(3-11),(3-12),(3-13),(3-14),15,3.1.2 单相桥式全控整流电路,图3-6 单相桥式全控整流电流带阻感负载时的电路及波形,带阻感负载的工作情况 电路分析 在u2正半周期 触发角处给晶闸管VT1和VT4加触发

8、脉冲使其开通，ud=u2。 负载电感很大，id近似为水平线。 u2过零时，VT1VT4流过id，不断。 t=+时，触发VT2和VT3导通，VT1VT4断,电流转移,称换相,亦称换流。,16,3.1.2 单相桥式全控整流电路,基本数量关系 整流电压平均值为： 当=0时，Ud0=0.9U2。=90时，Ud=0。移相范围为90。 晶闸管承受的最大正反向电压均为 。 晶闸管导通角为180。 i2的波形为正负各180的矩形波，相位由角决定，I2=Id。,(3-15),17,带反电动势负载时的工作情况 蓄电池、直流电动机等是反电动势负载。 电路分析 |u2|E时，才有导通的可能。导通后ud=u2， 直至|

9、u2|=E，id=0，ud=E时关断。 称为停止导电角。,3.1.2 单相桥式全控整流电路,图3-7 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,(3-16),18,3.1.2 单相桥式全控整流电路,当 时，晶闸管承受负电压，不可能导通。 在角相同时，整流输出电压比电阻负载时大。 电流断续 id波形在一周期内有部分时间为0的情况，称为电流断续。 若负载为直流电动机且电流断续时，则电机机械特性很软。 为了克服此缺点，一般在直流输出侧串联一个平波电抗器。,19,3.1.2 单相桥式全控整流电路,电感量足够大使电流连续，晶 闸管每次导通180。 这时负载电流连续。 ud和id的波形与电感负

10、载电流连续时的波形相同，ud的计算公式亦一样。 电流临界连续时，电流平均值 电感量L：,图3-8 单相桥式全控整流电路带反电动势负载串平波电抗器，电流连续的临界情况,(3-17),20,3.1.2 单相桥式全控整流电路,例：单相桥式全控整流电路，U2=100V，负载中R=2，L值极大，反电势E=60V，当=30时，要求： 作出ud、id和i2的波形； 求整流输出平均电压Ud、电流Id，变压器二次侧电流有效值I2； 考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。 解：ud、id和i2的波形如图3-9：,图3-9 ud、id和i2的波形图,21,3.1.2 单相桥式全控整流电路,整流输出平均电压U

11、d、电流Id，变压器二次侧电流有效值I2分别为 Ud0.9 U2 cos0.9100cos3077.97(V) Id (UdE)/R(77.9760)/29(A) I2Id9(A) 晶闸管承受的最大反向电压为： U2100 141.4（V） 流过每个晶闸管的电流的有效值为： IVTId 6.36（A） 故晶闸管的额定电压为： UN(23)141.4283424（V） 晶闸管的额定电流为： IN(1.52)6.361.5768（A） 晶闸管额定电压和电流的具体数值可按晶闸管产品系列参数选取。,22,3.1.3 单相全波可控整流电路,图3-10 单相全波可控整流电路及波形,带电阻负载时 电路分析

12、变压器T带中心抽头。 在u2正半周，VT1工作，二次绕组上半部分流过电流。 u2负半周，VT2工作，二次绕组下半部分流过反向电流。 变压器也不存在直流磁化的问题。 带电阻电感负载时波形与全控电路一样,23,3.1.3 单相全波可控整流电路,单相全波与单相全控桥的区别 单相全波中变压器结构较复杂，材料的消耗多。 单相全波只用2个晶闸管，比单相全控桥少2个；但是晶闸 管承受的最大电压是单相全控桥的2倍。 单相全波导电回路只含1个晶闸管，因而管压降少1个。 单相全波电路有利于在低输出电压的场合应用。,24,3.1.4 单相桥式半控整流电路,图3-11 单相桥式半控整流电路，有续流二极管，阻感负载时的

13、电路及波形,与全控电路在电阻负载时的工作情况相同。 带电感负载 电路分析（先不考虑VDR ） 每一个导电回路由1个晶闸管和1个二极管构成。,25,3.1.4 单相桥式半控整流电路,图3-11a 单相桥式半控整流电路，阻感负载时的电路及波形,带电感负载（先不考虑VDR ） 在u2正半周，处触发VT1。 u2过零变负时，VT1继续导通，电流由VT1和VD2续流 ,ud=0。 在u2负半周处触发VT3，VT1反压关断。 u2过零变正时，VD4通，VD2断。VT3和VD4续流，ud又为零。,26,3.1.4 单相桥式半控整流电路,图3-11a 单相桥式半控整流电路，阻感负载时的电路及波形,续流二极管V

14、DR 若无续流二极管，则去掉触发脉冲，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，称为失控。,27,有续流二极管VDR时，VDR续流，避免失控。 续流期间导电回路中只有一个管压降，少了一个管压降，有利于降低损耗。,3.1.4 单相桥式半控整流电路,28,3.1.4 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3-5(a)中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。 这种接法的两个晶闸管阴极电位不同，二者的触发电路需要隔离。,图3-4(b) 单相桥式半控整流电路的另一接法,图3-4 (a)单相全控桥式电路,29

15、,3.2 三相可控整流电路,3.2.1 三相半波可控整流电路 3.2.2 三相桥式全控整流电路,30,3.2 三相可控整流电路引言,其交流侧由三相电源供电。 当整流负载容量较大，或要求直流电压脉动较小、易滤波时，应采用三相整流电路。 最基本的是三相半波可控整流电路。 应用最为广泛的三相桥式全控整流电路、以及双反星形可控整流电路、十二脉波可控整流电路等。,31,3.2.1 三相半波可控整流电路,a),图3-13 三相半波可控整流电路共阴极接法电阻负载时的电路及=0时的波形,电阻负载 电路分析 为得到零线，变压器/Y接法，避免产生3次谐波。 三个晶闸管按共阴极接法。 假设三个二极管时,对应的相电压最大值，输出相电压。 自然换相点 t1、t2、t3处，自然换相点。 将其作为的起点，即=0。,32,3.2.1 三相半波可控整流电路,=0 三个晶闸管轮流导通120 ，ud波形为包络线。 变压器有直流分量。 晶闸管电压由一段管压降和两段线电压组成。,a),33,3.2.1 三相半波可控整流电路,=30 电流处于连续和断续的临界状态，各相导电120。,图3-14 三相半波可控整流电路，电阻负载，