《23-4电容滤波的不可控整流电路和大功率可控整流电路教学教案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《23-4电容滤波的不可控整流电路和大功率可控整流电路教学教案（34页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第2章 整流电路,好学力行,河南理工大学,明德任责,内容提要,2.1 单相整流电路 2.2 三相整流电路 2.3 电容滤波的不可控整流电路 2.4 大功率可控整流电路 2.5 有源逆变电路 2.6 整流电路的谐波及功率因数 2.7 晶闸管-直流电动机系统 2.8 相控电路的驱动电路 2.9 PWM整流电路,2.3 电容滤波的不可控整流电路,2.3.1 电容滤波的单相不可控整流电路 2.3.2 电容滤波的三相不可控整流电路,2.3 电容滤波的不可控整流电路,在交直交变频器、不间断电源、开关电源等应用场合中，大量应用。由不可控整流电路提供直流电源，供后级的逆变器和斩波器等使用。,最常用的是单相桥和
2、三相桥两种接法。 由于电路中的电力电子器件采用整流二极管，故也称这类电路为二极管整流电路。,2.3.1电容滤波的单相不可控整流电路,导通角的确定：,u2过了峰值之后， u2和电容电压uC 都开始下降。 VD1和 VD4的关断时刻，从物理意义上讲，就是两个电压下降速度相等的时刻。,2) 主要的数量关系,输出电压平均值,电流平均值 输出电流平均值IR为： IR = Ud /R Id =IR 二极管电流iD平均值为： ID = Id / 2=IR/ 2 二极管承受的电压,空载时， 。 重载时，Ud逐渐趋近于0.9U2，即趋近于接近电阻负载时的特性。 在设计时根据负载的情况选择电容C值，使 , 此时输
3、出电压为： Ud1.2 U2。,2.3.1电容滤波的单相不可控整流电路,感容滤波的二极管整流电路 实际应用为此情况，但分析复杂。 ud波形更平直，电流i2的上升段平缓了许多，这对于电路的工作是有利的。,图2-27 感容滤波的单相桥式不可控整流电路及其工作波形 a） 电路图 b）波形,2.3.1电容滤波的单相不可控整流电路,感容滤波的二极管整流电路:,2.3.1电容滤波的单相不可控整流电路,2.3.2电容滤波的三相不可控整流电路,1） 基本原理,某一对二极管导通时，输出电压等于交流侧线电压中最大的一个，该线电压既向电容供电，也向负载供电。 当没有二极管导通时，由电容向负载放电，ud按指数规律下降
4、。,图2-28 电容滤波的三相桥式不可控整流电路及其波形,电流id 断续和连续的临界条件wRC=,在轻载时直流侧获得的充电电流是断续的，重载时是连续的， 分界点就是R= /wC。,由 “电压下降速度相等”的原则，可以确定临界条件。假设在wt+d =2p/3的时刻“速度相等”恰好发生，则有,由上式可得,（2-50）,2.3.2电容滤波的三相不可控整流电路,在轻载时直流侧获得的充电电流是断续的，重载时是连续的，分界点就是R= /wC。,图2-29电容滤波的三相桥式整流电路当wRC等于和小于 时的电流波形 a）wRC=b）wRC,2.3.2电容滤波的三相不可控整流电路,考虑实际电路中存在的交流侧电感
5、以及为抑制冲击电流而串联的电感时的工作情况： 电流波形的前沿平缓了许多，有利于电路的正常工作。 随着负载的加重，电流波形与电阻负载时的交流侧电流波形逐渐接近。,图2-32 考虑电感时电容滤波的三相桥式整流电路及其波形 a）电路原理图 b）轻载时的交流侧电流波形 c）重载且滤波电感很大时的交流侧电流波形,2.3.2电容滤波的三相不可控整流电路,2) 主要数量关系,（1）输出电压平均值 Ud在（2.34U2 2.45U2）之间变化,（2）电流平均值 输出电流平均值IR为： IR = Ud /R 与单相电路情况一样，电容电流iC平均值为零， 因此： Id =IR 二极管电流平均值为Id的1/3，即：
6、 ID = Id / 3=IR/ 3,（3）二极管承受的电压 二极管承受的最大反向电压为线电压的峰值，为,2.3.2电容滤波的三相不可控整流电路,小 结,重点：1）带电容滤波的二极管整流电路的输出 电压范围； 2）该电路的RC经验取值范围以及对应 的输出电压；,2.3 带电容滤波的二极管整流电路,2.4 大功率可控整流电路,2.4.1 带平衡电抗器的双反星形 可控 整流电路 2.4.2 多重化整流电路,2.4 大功率可控整流电路引言,采用大功率器件、器件串并联、整流电路串并联 带平衡电抗器的双反星形可控整流电路的特点： 适用于低电压、大电流的场合，简称双反星型电路。 多重化整流电路的特点： 在
7、采用相同器件时可达到更大的功率。 可减少交流侧输入电流的谐波或提高功率因数，从而减小对供电电网的干扰。,2.4.1带平衡电抗器的双反星形整流电路,为消除直流磁化，变压器二次侧为两组匝数相同极性相反的绕阻，分别接成两组三相半波整流电路。,电解电镀领域需用低电压大电流可调直流电源. 思考：采用什么样的拓扑？单相/三相？半波还是全控桥？ 采用三相半波电路的并联，电压不变，电流增倍。,2.4.1带平衡电抗器的双反星形整流电路,两组三相半波整流电路直接并联-六相半波整流电路。 任何时刻仅有一只管导通，每管最大的导通角为60o。=0o时，输出电压波形为6相正弦的包络线； Ud =1.35 U2cos 6相
8、半波整流电路晶闸管导电时间短，变压器利用率低，故极少采用。,2.4.1带平衡电抗器的双反星形整流电路,两组三相半波整流电路直接并联-六相半波整流电路。,=0o,由于6个晶闸管阴极接在一起，任意时刻，电压高的一相导通后，其它5个管子授反向电压不能导通，任意时刻只有一个晶闸管工作，并未真正实现并联工作。 如何使正反组同时各有一只管子导通，提高输出电流？ 解决办法：加平衡电抗器。,2.4.1带平衡电抗器的双反星形整流电路,图2-33 带平衡电抗器的 双反星形可控整流电路,平衡电抗器：带有中心抽头，数值一般较大；接在两个星形的中点间； 平衡电抗器作用：平衡两组三相半波整流电路瞬时电压，保证两组三相半波
9、整流电路能同时导通，实现并联运行。 与三相桥式电路相比，双反星形电路的输出电流可大一倍。,双反星型整流电路带平衡电抗器,绕组的极性相反的目的： 消除直流磁通势 如图可知，虽然两组相电流的瞬时值不同，但是平均电流相等而绕组的极性相反，所以直流安匝互相抵消。i1、i2的正负半周对称。,图 双反星形电路， =0时 两组整流电压、电流波形,2.4.1带平衡电抗器的双反星形整流电路,平衡电抗器使得两组三相半波整流电路同时导电的原理分析：,2.4.1带平衡电抗器的双反星形整流电路,以VT1和VT6同时导通为例；在wt1处， ，给两管门极同时加触发 脉冲。控制角=0。,图2-36 平衡电抗器作用下 两个晶闸
10、管同时导电的情况,2.4.1带平衡电抗器的双反星形整流电路,在wt1处，给两管门极同时加触发脉冲。控制角=0。等效电路如右。 由于 ，VT6先导通，形成负载电流，此电流在 Lp上感应一电动势，左负右正，其值设为up/2 ，同时在 另一侧感应出 up/2 ，极性如图。 两管VT1和VT6共阴极，现以中心抽头为参考点，分析两管的阳极电位。,图2-36 平衡电抗器作用下 两个晶闸管同时导电的情况,时间推迟至ub与ua的交点时， ub = ua ， 。 之后 ub ub ，电流才从VT6换至VT2。此时VT1、VT2同时导通。 每一组中的每一个晶闸管仍按三相半波的导电规律而各轮流导通。,2.4.1带平
11、衡电抗器的双反星形整流电路,可见，平衡电抗器起到了电势平衡的作用，补偿了 的电势差,使得VT1和VT6能够同时导通。,由上述分析可得，并联运行时有：,图2-35 平衡电抗器作用下输出电压的波形和平衡电抗器上电压的波形,u,u,2.4.1带平衡电抗器的双反星形整流电路, =30、 =60和 =90时输出电压的波形分析,图2-37 当 =30、60、90时，双反星形电路的输出电压波形,分析输出波形时，可先求出ud1和ud2波形，然后根据式（3-98）做出波形( ud1+ud2 ) / 2。 输出电压波形与三相半波电路比较，脉动程度减小了，脉动频率加大一倍，f=300Hz。 电感负载情况下，移相范围
12、是90。 电阻负载情况下，移相范围为120。,2.4.1带平衡电抗器的双反星形整流电路,整流电压平均值与三相半波整流电路的相等，为: Ud=1.17 U2 cos ,将双反星形电路与三相桥式电路进行比较可得出以下结论： 三相桥为两组三相半波串联，而双反星形为两组三相半波并联，且后者需用平衡电抗器。 当U2相等时，双反星形的Ud是三相桥的1/2，而Id是三相桥的2倍。 两种电路中，晶闸管的导通及触发脉冲的分配关系一样，ud和id的波形形状一样，均为6脉波。,2.4.1带平衡电抗器的双反星形整流电路,2.4.2 多重化整流电路,概述： 整流装置功率进一步加大时，所产生的谐波、无功功率等对电网的干扰
13、也随之加大，为减轻干扰，可采用多重化整流电路。,原理： 按照一定的规律将两个或更多的相同结构的整流电路进行组合得到。,目标： 移相多重联结减少交流侧输入电流谐波。,1) 移相多重联结,图2-38 并联多重联结的12脉波整流电路,有并联多重联结和串联多重联结。 可减少输入电流谐波，减小输出电压中的谐波并提高纹波频率，因而可减小平波电抗器。 使用平衡电抗器来平衡2组整流器的电流。 2个三相桥并联而成的12脉波整流电路。,2.4.2 多重化整流电路,移相30构成的串联2重联结电路,图2-39 移相30串联2重联结电路,图2-40 移相30串联2重联结电路电流波形,整流变压器二次绕组分别采用星形和三角
14、形接法构成相位相差30、大小相等的两组电压。 该电路为12脉波整流电路。,星形,三角形,2.4.2 多重化整流电路,相移60,折算到原边,叠加: d=a+c,iA基波幅值Im1和n次谐波幅值Imn分别如下：,即输入电流谐波次数为12k1，其幅值与次数成反比而降低。 该电路的其他特性如下： 直流输出电压 位移因数 cosj1=cosa （单桥时相同） 功率因数 l= cosj1 =0.9886cosa, 其中为基波因数。,2.4.2 多重化整流电路,利用变压器二次绕阻接法的不同，互相错开20，可将三组桥构成串联3重联结电路：,整流变压器采用星形三角形组合无法移相20，需采用特殊接法，如曲折接法和
15、延边三角形接法。 整流电压ud在每个电源周期内脉动18次，故此电路为18脉波整流电路。 交流侧输入电流谐波更少，为18k1次（k=1, 2, 3），ud的脉动也更小。 输入位移因数和功率因数分别为： cosj1=cosa ; =0.9949cosa,2.4.2 多重化整流电路,将整流变压器的二次绕组移相15，可构成串联4重联结电路：,为24脉波整流电路。 其交流侧输入电流谐波次为24k1，k=1，2，3 输入位移因数功率因数分别为： cosj1=cosa; =0.9971cosa,采用多重联结的方法并不能提高位移因数，但可使输入电流谐波大幅减小，从而也可以在一定程度上提高功率因数。,2.4.2 多重化整流电路,小 结,重点：1）带平衡电抗器的双反星型整流电路的电路结构特点（双反星型、Lp）和工作特性(与三相桥比)； 2）多重化整流电路的构成方法、规律及优点；,2.4 大功率可控整流电路,
