电子 通信 整流电路.

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1、第3章 整流电路 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 3.5 整流电路的谐波和功率因数 3.7 整流电路的有源逆变工作状态 3.8 整流电路相位控制的实现 本章小结 引言 整流电路（Rectifier）是电力电子电路中出现最 早的一种，它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。 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 ，分 为单拍电路和双拍电路。 3.1 单相可控整流电路 3.1.1 单相半波可控

2、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 3.1.1 单相半波可控整流电路 t T VT R 0 a) u1u2 u VT ud id t1p 2 p t t t u2 ug ud u VT 0 b) c) d) e) 0 0 图3-1 单相半波可控整流电路及波形 一、带电阻负载的工作情况 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，其中U2的大小根据需 要的直流输出电压ud的平均值Ud确 定。 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

3、流电路工作时，认为 晶闸管（开关器件）为理想器件， 即晶闸管导通时其管压降等于零。 5/131 在电源电压正半周，晶闸管承受正向电压 ，在t=处触发晶闸管，晶闸管开始导通 ；负载上的电压等于变压器输出电压u2。 在t=时刻，电源电压过零，晶闸管电流 小于维持电流而关断，负载电流为零。 在电源电压负半周，uAK0，晶闸管承受 反向电压而处于关断状态，负载电流为零 ，负载上没有输出电压，直到电源电压u2 的下一周期，直流输出电压ud和负载电流 id的波形相位相同。 通过改变触发角的大小，直流输出电压ud 的波形发生变化，负载上的输出电压平均 值发生变化，显然=180时，Ud=0。由 于晶闸管只在电

4、源电压正半波内导通，输 出电压ud为极性不变但瞬时值变化的脉动 直流，故称“半波”整流。 3.1.1 单相半波可控整流电路 t T VT R 0 a) u1u2 uVT ud id t1p 2p t t t u2 ug ud uVT 0 b) c) d) e) 0 0 图3-1 单相半波可控整流电路 （电阻性负载）及波形 6/131 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。 导通角：晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度称 为导通角，用表示 。 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。 在单相

5、半波可控整流电阻性负载电路中, 移相角的控制范围为:0， 对应的导通角的可变范围是0， 两者关系为 =。 3.1.1 单相半波可控整流电路 7/131 基本数量关系 (1) 直流输出电压平均值Ud与输出电流平均值Id 3.1.1 单相半波可控整流电路 n 输出电流平均值Id : n 直流输出电压平均值Ud : 8/131 (2) 输出电压有效值U与输出电流有效值I 3.1.1 单相半波可控整流电路 n 输出电流有效值I : n 直流输出电压有效值U : 9/131 3.1.1 单相半波可控整流电路 (3) 晶闸管电流有效值和变压器二次侧电流有效值 单相半波可控整流电路中，负载、晶闸管和变压 器

6、二次侧流过相同的电流，故其有效值相等，即 ： (4) 晶闸管承受的最大正反向电压UTM 晶闸管承受的最大正反向电压UTM是相电压峰值 。 3.1.1 单相半波可控整流电路 u t t t t 2 0t1 p 2p t ug 0 ud 0 id 0 u VT 0 b) c) d) e) f) + 图3-2 带阻感负载的单相半 波可控整流电路及其波形 二、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能发生突变 。 电路分析 晶闸管VT处于断态,id=0,ud=0,uVT=u2 。 在t1时刻，即触发角处 ud=u2。 L的存在使id不能突变，id从0开始增

7、 加。 u2由正变负的过零点处，id已经处于减 小的过程中，但尚未降到零，因此VT仍处 于通态。 t2时刻，电感能量释放完毕，id降至 零，VT关断并立即承受反压。 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。 3.1.1 单相半波可控整流电路 三、有续流二极管的电路 电路分析 u2正半周时，与没有续流 二极管时的情况是一样的。 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，此过程通常称为续流。 若L足够大，id连续，且id 波形接近

8、一条水平线 。 u2 ud id uVT iVT Id Id t1t t t t t tO O O O O O p- p + b) c) d) e) f) g) iVD R a) 图3-4 单相半波带阻感负载有 续流二极管的电路及波形 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 移相范围为180，其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 ，亦为u2的峰值。 单相半波可控整流电路的特点是简单，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。 3.1.1

9、单相半波可控整流电路 (3-5) (3-6) (3-7) (3-8) 3.1.2 单相桥式全控整流电路 u (i ) p t t t0 0 0 i2 ud id b) c) d) dd uVT 1,4 图3-5 单相全控桥式 带电阻负载时的电路及波形 a) 一、带电阻负载的工作情况 电路分析 闸管VT1和VT4组成一对桥臂，VT2 和VT3组成另一对桥臂。 在u2正半周（即a点电位高于b点电位 ） 若4个晶闸管均不导通，id=0,ud=0, VT1、VT4串联承受电压u2。 在触发角处给VT1和VT4加触发 脉 冲，VT1和VT4即导通，电流从电源a端经 VT1、R、VT4流回电源b端。 当u

10、2过零时，流经晶闸管的电流也降 到零，VT1和VT4关断。 在u2负半周，仍在触发角处触发VT2 和VT3，VT2和VT3导通，电流从电源b端流 出，经VT3、R、VT2流回电源a端。 到u2过零时，电流又降为零，VT2和 VT3关断。 VT2和VT3 的=0处为 t= 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： =0时，Ud= Ud0=0.9U2。=180时，Ud=0。可见，角 的移相范围为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) 流过晶闸管的电流平均值 ： 流过晶闸管的电流有效值为： 变压

11、器二次侧电流有效值I2与输出直流电流有效值I相等 ，为 由式（3-12）和（3-13）可见： 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) 3.1.2 单相桥式全控整流电路 2 O t O t O t u d id i2 O t O t u VT 1,4 Ot Ot Id Id Id Id Id iVT 2,3 iVT 1,4 u 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 二、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 触发脉冲使其开通，ud

12、=u2。 负载电感很大，id不能突变且波 形近似为一条水平线。 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。 t=+时刻，触发VT2和VT3， VT2和VT3导通，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，此过程称为换相，亦称换流 。 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。晶闸管移相范围 为90。 晶闸管承受的最大正反向电压均为 。 晶闸管导通角与无关，均为180，其电流平均值和 有效值分别

13、为： 和 。 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=Id。 (3-15) 带反电动势负载时的工作情况 当负载为蓄电池、直流电动机的电枢（忽略其中的电感）等时，负载可看 成一个直流电压源，对于整流电路，它们就是反电动势负载。 电路分析 |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，ud=u2， ，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 。 当时，触发脉冲到来时，晶闸管承受负电压，不可能导通。 3.1.2 单相桥式全控整流电路 b) id O E ud t Id Ot 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)