电力电子技术课件 程汉湘 第二章_1 整流电路

《电力电子技术课件 程汉湘 第二章_1 整流电路》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电力电子技术课件 程汉湘 第二章_1 整流电路（56页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、1 PowerElectronics 广东工业大学 第2章整流电路 AC DC变换 2 1单相可控整流电路2 2三相可控整流电路2 3变压器漏感对整流电路的影响2 4电容滤波的不可控整流电路2 5整流电路的谐波和功率因数2 6大功率可控整流电路2 7整流电路的有源逆变工作状态2 8晶闸管滞留电动机系统2 9相控电路的驱动控制本章小结 2 PowerElectronics 广东工业大学 第2章整流电路 AC DC变换 整流电路 出现最早的电力电子电路 将交流电变为直流电 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

2、按变压器二次侧电流的方向是单向或双向 3 PowerElectronics 广东工业大学 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单相全波全控整流电路2 1 4单相桥式半控整流电路 4 PowerElectronics 广东工业大学 2 1 1单相半波可控整流电路 1 带电阻负载的工作情况 图2 1单相半波可控整流电路及波形 变压器T 起变换电压 隔离 交流输入为单相 直流输出电压波形只在交流输入的正半周内出现 故称为单相半波可控整流电路 特点 电压与电流成正比 两者波形相同 5 PowerElectronics 广东工业大学 两个重要的基

3、本概念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 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 直流输出电压平均值为 a移相范围为180 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 相控方式 2 1 6 PowerElectronics 广东工业大学 图2 2带阻感负载单相半波可控整流电路及波形 2 带阻感负载的工作情况 阻感负载当负载中感抗与电阻相比不可忽略时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 电力电子电路中存在非线性的电力电子器件 决定了电力电子电路时非线性电路

4、若将器件看作理想开关 则可将电力电子电路简化为分段线性电路 分段进行分析计算 7 PowerElectronics 广东工业大学 图2 3单相半波可控整流电路的分段线性等效电路a VT处于关断状态b VT处于导通状态 初始条件 t a id 0 求解式 2 2 并将初始条件代入可得 其中 2 2 当VT处于通态时 如下方程成立 当 t a时 id 0 代入式 2 3 并整理得 2 3 2 4 8 PowerElectronics 广东工业大学 负载阻抗角j 触发角a 晶闸管导通角 的关系 若j为定值 a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a为定值 j越大 则L贮能越多 越

5、大 且j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 9 PowerElectronics 广东工业大学 为避免Ud太小 在整流电路的负载两端并联续流二极管当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 此过程通常称为续流 续流期间ud为零 ud中不再出现负的部分 图2 4单相半波带阻感负载有续流二极管的电路及波形 10 PowerElectronics 广东工业大学 若近似认为id为一条水平

6、线 恒为Id 则有 2 5 2 6 2 7 2 8 VT的a移相范围为180 11 PowerElectronics 广东工业大学 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 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 12 PowerElectronics 广东工业大学 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单相全波全控整流电路2 1 4单相桥式半控整流电路 13 PowerElectronics 广东工业大学 2 1 2单相桥式全控整流电路 图2 5单

7、相全控桥式带电阻负载时的电路及波形 工作原理及波形分析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 1 带电阻负载的工作情况 14 PowerElectronics 广东工业大学 2 10 2 11 数量关系 a角的移相范围为180 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 9 15 PowerElectronics 广东工业大学 2 12 2 13 2 14 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

8、直流电流I有效值相等 不考虑变压器的损耗时 要求变压器的容量S U2I2 由式 2 12 和式 2 13 16 PowerElectronics 广东工业大学 图2 6单相全控桥带阻感负载时的电路及波形 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

9、和VT3上 此过程称换相 亦称换流 2 带阻感负载的工作情况 17 PowerElectronics 广东工业大学 数量关系 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a无关 均为180 平均值和有效值分别为 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 2 15 和 18 PowerElectronics 广东工业大学 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 3 带反电动势负载时的工作情况 u2 E时 晶闸管承受正电压 才有导通的可能 导通之后 ud u2 直至 u2 E id即降至0使得晶闸管关断

10、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 2 16 在a角相同时 整流输出电压比电阻负载时大 电流续断id波形在一周期内有部分时间为0的情况电流连续id波形在一周期内不出现为0的情况当a 时 触发脉冲到来时 晶闸管承受负电压 不能导通 为使晶闸管可靠导通 触发脉冲需足够的宽度 保证当 t 时 晶闸管承受正电压 触发脉冲仍然存在 相当于触发角被推迟为 即a 19 PowerElectronics 广东工业大学 图2 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 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

11、一般在主电路中直流输出侧串联一个平波电抗器 用来减少电流的脉动和延长晶闸管导通的时间 这时整流电压ud的波形和负载电流id的波形与电感负载电流连续时的波形相同 ud的计算公式亦一样 为保证电流连续所需的电感量L可由下式求出 2 17 20 PowerElectronics 广东工业大学 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单相全波全控整流电路2 1 4单相桥式半控整流电路 21 PowerElectronics 广东工业大学 2 1 3单相全波可控整流电路 图2 9单相全波可控整流电路及波形 单相全波可控整流电路又称单相双半波可控整流电

12、路单相全波与单相全控桥从直流输出端或从交流输入端看均是基本一致的 变压器不存在直流磁化的问题 22 PowerElectronics 广东工业大学 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 绕组及铁芯对铜 铁等材料的消耗多 单相全波只用2个晶闸管 比单相全控桥少2个 相应地 门极驱动电路也少2个 但是晶闸管承受的最大电压为 是单相全控桥的2倍 单相全波导电回路只含1个晶闸管 比单相桥少1个 因而管压降也少1个 从上述 2 3 考虑 单相全波电路有利于在低输出电压的场合应用 23 PowerElectronics 广东工业大学 2 1单相可控整流电路 2 1 1单相半波可控整流电路2

13、 1 2单相桥式全控整流电路2 1 3单相全波全控整流电路2 1 4单相桥式半控整流电路 24 PowerElectronics 广东工业大学 2 1 4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 假设负载中电感很大 且电路已工作于稳态在u2正半周 触发角a处给晶闸管VT1加触发脉冲 u2经VT1和VD4向负载供电 u2过零变负时 因电感作用使电流连续 VT1继续导通 但因a点电位低于b点电位 使得电流从VD4转移至VD2 VD4关断 电流不再流经变压器二次绕组 而是由VT1和VD2续流 带阻感负载的情况 在u2负半周触发角a时刻触发VT3 VT

14、3导通 则向VT1加反压使之关断 u2经VT3和VD2向负载供电 u2过零变正时 VD4导通 VD2关断 VT3和VD4续流 ud又为零 25 PowerElectronics 广东工业大学 续流二极管的作用若无续流二极管 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 即半周期ud为正弦 另外半周期ud为零 其平均值保持恒定 称为失控 有续流二极管VDR时 续流过程由VDR完成 晶闸管关断 避免了某一个晶闸管持续导通从而导致失控的现象 同时 续流期间导电回路中只有一个管压降 有利于降低损耗 26 PowerElectroni

15、cs 广东工业大学 图2 11单相桥式半控整流电路的另一接法 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 27 PowerElectronics 广东工业大学 第2章整流电路 AC DC变换 2 1单相可控整流电路2 2三相可控整流电路2 3变压器漏感对整流电路的影响2 4电容滤波的不可控整流电路2 5整流电路的谐波和功率因数2 6大功率可控整流电路2 7整流电路的有源逆变工作状态2 8晶闸管滞留电动机系统2 9相控电路的驱动控制本章小结 28 P

16、owerElectronics 广东工业大学 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 29 PowerElectronics 广东工业大学 交流测由三相电源供电负载容量较大 或要求直流电压脉动较小 易滤波时用 基本的是三相半波可控整流电路 三相桥式全控整流电路 双反星形可控整流电路 十二脉波可控整流电路等 均可在此基础上进行分析 2 2三相可控整流电路 30 PowerElectronics 广东工业大学 2 2 1三相半波可控整流电路 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 电路的特点 变压器二次侧接成星形得到零线 而一次侧接成三角形避免3次谐波流入电网 三个晶闸管分别接入a b c三相电源 其阴极连接在一起为共阴极接法 自然换相点 假设将电路中的晶闸管换作二极管 用VD表示 成为三相半波不可控整流电路 一周期中在wt1 wt2期间 VD1导通 ud ua在wt2 wt3期间 VD2导通 ud ub在wt3 wt4期间 VD3导通 ud uc 1 电阻负载 31 PowerElectronics 广东工