《《精编》可控整流器与有源逆变器培训教案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《精编》可控整流器与有源逆变器培训教案（173页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第2章可控整流器与有源逆变器 本章主要内容整流器的结构形式 工作原理 分析整流器的工作波形 整流器各参数的数量关系和设计方法 整流器工作在逆变状态时的工作原理 工作波形 变压器漏抗对整流器的影响 整流器带电动机负载时的机械特性 触发电路等内容 晶闸管触发电路 2 1简介 整流电路 整流器是将交流电变换为固定的或可调的直流电 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 工频可控整流器 2 2单相半波可控整流器 2 2 1电阻性负载 1 工作原理在实际应用中 某些负载基本上是电阻性的 如电阻加热炉 电解和电镀等 电阻性负载的特点是
2、电压与电流成正比 波形相同并且同相位 电流可以突变 首先假设以下几点 1 开关元件是理想的 即开关元件导通时 通态压降为零 关断时电阻为无穷大 2 变压器是理想的 即变压器漏抗为零 绕组的电阻为零 励磁电流为零 单相半波整流电路阻性负载演示 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电阻负载的特点 电压与电流成正比 两者波形相同几个概念的解释 ud为脉动直流 波形只在u2正半周内出现 故称 半波 整流采用了可控器件晶闸管 且交流输入为单相 故该电路为单相半波可控整流电路ud波形在一个电源周期中只脉动1次 故该电路为单脉波整流电路 几个重要的基本概念 触发延迟角 从晶闸管开始承受正向阳极
3、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 表示移相范围 是指触发脉冲ug的移动范围 它决定了输出电压的变化范围 单相半波可控整流器电阻性负载时的移相范围是0 180 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 2基本数量关系 1 输出电压平均值Ud与输出电流平均值Id输出电压平均值Ud 0 时 Ud 0 45U2 180 时 Ud 0 所以控制角的移相
4、范围是0 180 输出电流平均值Id 2 输出电压有效值U与输出电流有效值I输出电压有效值U 输出电流有效值I 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器中 负载 晶闸管和变压器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Um由图2 2 f 可以看出晶闸管承受的最大正反向电压Um是相电压峰值 5 功率因数cos 整流器功率因数是变压器二次侧有功功率与视在功率的比值 当忽略晶闸管的压降时 电源供给的有功功率为P UI式中P 变压器二次侧有功功率S 变压器二次侧视在功率 例2 1 如图所示单相半波可控整流器 电阻性负载 电源电压U2为220V 要求的
5、直流输出电压为50V 直流输出平均电流为20A试计算 1 晶闸管的控制角 2 电路功率因数 3 晶闸管的额定电压和额定电流 解 1 则 90 2 当 90 时 输出电流有效值 3 4 晶闸管电流有效值IT与输出电流有效值相等 即 则取2倍安全裕量 晶闸管的额定电流为 5 晶闸管承受的最高电压 考虑 2 3 倍安全裕量 晶闸管的额定电压为根据计算结果可以选取满足要求的晶闸管 2 2 2电感性负载 1 工作原理电感性负载通常是电机的励磁线圈和负载串联电抗器等 当流过电感的电流变化时 电感两端产生感应电势 感应电势对负载电流的变化有阻止作用 使得负载电流不能突变 当电流增大时 电感吸收能量储能 电感
6、的感应电势阻止电流增大 当电流减小时 电感释放出能量 感应电势阻止电流的减小 输出电压 电流有相位差 单相半波整流电路感性负载演示 在 t 0到 期间 晶闸管阳极和阴极之间的电压uAK大于零 但晶闸管门极没有触发信号 晶闸管处于正向关断状态 输出电压 电流都等于零 在 t 时 门极有触发信号 晶闸管被触发导通 负载电压ud u2 当 t 时 交流电压u2过零 由于有电感电势的存在 晶闸管的电压uAK仍大于零 晶闸管会继续导通 电感的储能全部释放完后 晶闸管在u2反压作用下而截止 直到下一个周期的正半周 2 数量关系直流输出电压平均值Ud为 当取不同的 角时 f 的曲线如图所示 2 2 3电感性
7、负载加续流二极管 1 工作原理 从ud的波形可以看出 在负载两端并联一个续流二极管后 输出电压波形和电阻性负载一样 但电流却有着本质的区别 单相半波带续流二级管演示 电源电压正半波u2 0 晶闸管电压uAK 0 在 t 处触发晶闸管导通 负载上有输出电压和电流 续流二极管VDR承受反向电压而处于断态 电源电压负半波u2 0 通过续流二极管VDR使晶闸管承受反向电压而关断 电感的感应电压使VDR承受正向电压导通续流 负载两端的电压仅为续流二极管的管压降 如果电感足够大 续流二极管一直导通到下一周期晶闸管导通 使id连续 由以上分析可以看出 电感性负载加续流二极管后 输出电压波形与电阻性负载波形相
8、同 续流二极管可以起到提高输出电压的作用 在大电感负载时负载电流波形连续且近似一条直线 流过晶闸管的电流波形和流过续流二极管的电流波形是矩形波 对于电感性负载加续流二极管的单相半波可控整流器移相范围与单相半波可控整流器电阻性负载相同为0 180 且有 180 2 基本数量关系 1 输出电压平均值Ud与输出电流平均值Id输出电压平均值Ud输出电流平均值Id 2 晶闸管电流有效值和变压器二次侧电流有效值晶闸管和变压器二次侧电流有效值相等 即 3 续流二极管的电流平均值IdDR与续流二极管的电流有效值IDR续流二极管的电流平均值IdDR为续流二极管的电流有效值IDR 4 晶闸管和续流二极管承受的最大
9、正反向电压晶闸管承受的最大正反向电压均为电源电压的峰值续流二极管承受的最大反向电压为电源电压的峰值 3 续流二极管的电流平均值IdDR与续流二极管的电流有效值IDR 4 晶闸管和续流二极管承受的最大正反向电压晶闸管和续流二极管承受的最大正反向电压均为电源电压的峰值 单相半波可控整流器的优点是电路简单 调整方便 容易实现 但整流电压脉动大 每周期脉动一次 变压器二次侧流过单方向的电流 存在直流磁化 利用率低的问题 为使变压器不饱和 必须增大铁心截面 这样就导致设备容量增大 2 3单相桥式全控整流器 2 3 1电阻性负载 单相全控桥式整流器图和工作波形 电阻性负载 单相桥式整流电路阻性负载演示 1
10、 工作原理在电源电压u2正半波 晶闸管VT1 VT4承受正向电压 假设四个晶闸管的漏电阻相等 则在0 区间由于四个晶闸管都不导通 uAK1 4 1 2u2 在 t 处触发晶闸管VT1 VT4导通 电流沿a VT1 R VT4 b流通 此时负载上输出电压ud u2 电源电压反向施加到晶闸管VT2 VT3上 处于关断状态 到 t 时 因电源电压过零 晶闸管VT1 VT4阳极电流也下降为零而关断 在电源电压负半波 晶闸管VT2 VT3承受正向电压 在 区间 uAK2 3 1 2u2 在 t 处触发晶闸管VT2 VT3 元件导通 电流沿b VT3 R VT2 a流通 电源电压沿正半周期的方向施加到负载
11、电阻上 负载上有输出电压ud u2 此时电源电压反向施加到晶闸管VT1 VT4上 使其处于关断状态 到 t 2 电源电压再次过零 VT2 VT3阳极电流也下降为零而关断 单相桥式整流器电阻性负载时的移相范围是0 180 0 时 输出电压最高 180 时 输出电压最小 晶闸管承受最大反向电压Um是相电压峰值 晶闸管承受最大正向电压是Um 2 负载上正负两个半波内均有相同方向的电流流过 从而使直流输出电压 电流的脉动程度较前述单相半波得到了改善 变压器二次绕组在正 负半周内均有大小相等 方向相反的电流流过 从而改善了变压器的工作状态并提高了变压器的有效利用率 2 基本数量关系 1 输出电压平均值U
12、d与输出电流平均值Id输出电压平均值Ud为 0 时 Ud 0 9U2 180 时 Ud 0 所以控制角的移相范围是0 180 输出电流平均值Id为 2 输出电压有效值U 3 晶闸管电流有效值和变压器二次侧电流输出电流有效值I与变压器二次侧电流I2相同为晶闸管的电流平均值是输出电流的二分之一 其有效值为 4 晶闸管承受的最大正反向电压Um晶闸管承受的最大反向电压为电源电压的峰值晶闸管承受的最大正向电压为电源电压的峰值的一半所以晶闸管承受的正反向电压的最大值是 2 3 2电感性负载 1 工作原理电源电压正半波 在 t 处触发晶闸管VT1 VT4 晶闸管VT1 VT4承受正向电压 元件导通 电流沿a
13、 VT1 L R VT4 b流通 此时负载上电压ud u2 此时电源电压反向施加到晶闸管VT2 VT3上 使其承受反向阳极电压而处于关断状态 当 t 时 电源电压自然过零 电感感应电势使晶闸管继续导通 在电源电压负半波 晶闸管VT2 VT3承受正向电压 但没有触发脉冲而不导通 在 t 处触发晶闸管VT2 VT3 元件导通 电流沿b VT3 L R VT2 a流通 电源电压沿正半周期的方向施加到负载上 负载上有输出电压ud u2 此时VT1 VT4承受反向电压由导通状态变为关断状态 晶闸管VT2 VT3 直要导通到下一周期 t 2 处再次触发晶闸管VT1 VT4为止 单相桥式整流电路感性负载 从
14、波形可以看出 90 输出电压波形正负面积相同 平均值为零 所以移相范围是0 90 控制角 在0 90 之间变化时 晶闸管导通角 导通角 与控制角 无关 晶闸管承受的最大正 反向电压 2 基本数量关系 1 输出电压平均值Ud和输出电流平均值Id当 0 时 Ud 0 9U2 90 时 Ud 0 所以控制角的移相范围是0 90 输出电流平均值Id为 2 晶闸管电流有效值和变压器副边电流有效值晶闸管的电流是输出电流的一半 输出电流波形是一条水平线 因此其有效值变压器绕组的电流波形是对称的正负矩形波 其有效值与输出电流平均值相等 3 晶闸管承受的最大正反向电压Um晶闸管承受的最大正反向电压均为电源电压的
15、峰值 3 反电势负载 1 反电势电阻负载的情况单相全控桥电路图和工作波形 反电势无负载 在负载回路无电感时 反电势电阻负载的特点是 当整流电压的瞬时值ud小于反电势E时 晶闸管承受反压而关断 这使得晶闸管导通角减小 晶闸管导通时 ud u2晶闸管关断时 ud E 与电阻负载相比晶闸管提前了电角度 停止导电 称作停止导电角 若 时 触发脉冲到来时 晶闸管承受负电压 不可能导通 为了使晶闸管可靠导通 要求触发脉冲有足够的宽度 保证当晶闸管开始承受正电压时 触发脉冲仍然存在 输出电压为 2 反电势电感性负载的情况若负载为直流电动机时 此时负载性质为反电动势电感性负载 电感不足够大 输出电流波形会断续
16、 在负载回路串接平波电抗器可以减小电流脉动 如果电感足够大 电流就能连续 时 在这种条件下其工作情况与电感性负载相同 与单相半波可控整流器相比 整流电压脉动减小 每周期脉动两次 变压器二次侧流过正反两个方向的电流 不存在直流磁化 利用率高 2 3 4电容滤波的不可控整流电路 1 工作原理及波形分析 在u2正半周过零点至 t 0期间 因u2 ud 故二极管均不导通 电容C向负载电阻RL放电 提供负载所需电流 同时输出电压ud下降 至 t 0之后 u2将要超过ud VD1和VD4承受正压导通 ud u2 交流电源向电容充电 同时向负载RL供电 至之后 u2 ud VD1和VD4关断 电容开始以指数规律放电 通过分析 可知 和 决定于 RC的乘积 2 主要的数量关系 1 输出电压平均值在设计时根据负载的情况选择电容C值 使T 为交流电源的周期此时输出电压为 2 输出电流平均值输出电流平均值为 3 二极管电流二极管电流平均值idVD为二极管电流波形由于是脉冲波形 电流有效值与波形形状有关 波形形状与电容和负载电阻有关 一般的应该按照输出电压等于1 2U2时计算有效值 可以根据工程计算的方法得出
