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1、3- 1,电力电子技术,第3章 整流电路,3- 2,3.1 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 3.5 整流电路的谐波和功率因数 3.6 大功率可控整流电路 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,学 习 内 容,3- 3,第3章 整流电路引言,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，又分为单拍电路和双拍电路。,整流电路： 出现最早的电力电子电路，将交流
2、电变为直流电。,3- 5,3.1.1单相半波可控整流电路,(Single Phase Half Wave Controlled Rectifier),带电阻负载时,3- 6,3.1.1单相半波可控整流电路,首先，引入两个重要的基本概念： 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，用表示 。,直流输出电压平均值为,3- 7,3.1.1单相半波可控整流电路,带阻感负载时,3- 8,3.1.1单相半波可控整流电路,阻感负载带续流二极管,3- 9,3.1.1单相半波可控整流电路,VT的a 移相范围
3、为180。 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。 实际上很少应用此种电路。 分析该电路的主要目的建立起整流电路的基本概念。,单相半波可控整流电路的特点,3- 10,3.1.2单相桥式全控整流电路,(Single Phase Bridge Contrelled Rectifier),带电阻负载时,3- 11,3.1.2单相桥式全控整流电路,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：,3- 12,3.1.2单相桥式全控整流电路,流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
4、直流电流I有效值相等：,由上两式得：,不考虑变压器的损耗时，要求变压器的容量 S=U2I2。,3- 13,3.1.2单相桥式全控整流电路,u,带阻感负载时,3- 14,3.1.2单相桥式全控整流电路,数量关系,晶闸管移相范围为90。,晶闸管导通角与a无关，均为180。电流的平均值和有效值：,晶闸管承受的最大正反向电压均为,3- 15,3.1.2单相桥式全控整流电路,带反电动势负载时,3- 16,3.1.2单相桥式全控整流电路,图3-7b 单相桥式全控整流电路接反电动势电阻负载时的波形,如图3-7b所示id波形所示：,b),u,电流断续,电流连续,i,d,O,E,d,w,t,I,d,O,w,t,
5、q,d,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，,3- 17,3.1.2单相桥式全控整流电路,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，一般在主电路中直流输出侧串联一个平波电抗器。,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,平波电抗器电感值可由下式求出。,3- 18,3.1.3单相全波可控整流电路,（Single Phase Full Wave Controlled Rectifier),3- 19,3.1.3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
6、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。,从上述后两点考虑，单相全波电路有利于在低输出电压的场合应用。,3- 20,3.1.4单相桥式半控整流电路,带阻感负载时,3- 21,3.1.4 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3-5a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。,单相全控桥式 带电阻负载时的电路及波形,图3-12 单相桥式半控整流电路的另
7、一接法,3- 22,3.2 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,3- 23,3.2 三相可控整流电路引言,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、容易滤波。 基本的是三相半波可控整流电路，三相桥式全控整流电路应用最广 。,3- 24,3.2.1三相半波电路,动画演示,带电阻负载时,自然换相点,3- 25,3.2.1三相半波可控整流电路,动画演示,动画演示,a =30,a30,3- 26,3.2.1三相半波可控整流电路,当a=0时，Ud最大，为 。,整流电压平均值的计算,a30时，负载电流连续，有：,a30时，负载电流断续，
8、晶闸管导通角减小，此时有：,3- 27,3.2.1三相半波可控整流电路,Ud/U2随a变化的规律如图2-15中的曲线1所示。,图3-16 三相半波可控整流电路Ud/U2随a变化的关系 1电阻负载 2电感负载 3电阻电感负载,3- 28,3.2.1三相半波可控整流电路,负载电流平均值为,晶闸管承受的最大反向电压，为变压器二次线电压峰值，即,晶闸管阳极与阴极间的最大正向电压等于变压器二次相电压的峰值，即,3- 29,3.2.1三相半波可控整流电路,动画演示,带阻感负载时,a60,3- 30,3.2.1三相半波可控整流电路,数量关系,由于负载电流连续， Ud可由式（3-18）求出，即,图3-16 三
9、相半波可控整流电路Ud/U2随a变化的关系 1电阻负载 2电感负载 3电阻电感负载,3- 31,3.2.1三相半波可控整流电路,变压器二次电流即晶闸管电流的有效值为,晶闸管的额定电流为,晶闸管最大正、反向电压峰值均为变压器二次线电压峰值,三相半波的主要缺点在于其变压器二次电流中含有直流分量，为此其应用较少。,3- 32,3.2.2三相桥式全控整流电路,三相桥是应用最为广泛的整流电路,共阴极组阴极连接在一起的3个晶闸管（VT1，VT3，VT5）,共阳极组阳极连接在一起的3个晶闸管（VT4，VT6，VT2）,图3-18 三相桥式 全控整流电路原理图,导通顺序： VT1VT2 VT3 VT4 VT5
10、VT6,3- 33,图3-19 三相桥式全控整流电路带电阻负载a=0时的波形,3.2.2三相桥式全控整流电路,3- 34,图3-20 三相桥式全控整流电路带电阻负载a= 30 时的波形,3.2.2三相桥式全控整流电路,3- 35,图3-21 三相桥式全控整流电路带电阻负载a= 60 时的波形,3.2.2三相桥式全控整流电路,3- 36,图3-22 三相桥式全控整流电路带电阻负载a= 90 时的波形,3.2.2三相桥式全控整流电路,3- 37,3.2.2三相桥式全控整流电路,晶闸管及输出整流电压的情况如表31所示,3- 38,3.2.2三相桥式全控整流电路,（2）对触发脉冲的要求： 按VT1-V
11、T2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，相位依次差60。 共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差120，共阳极组VT4、VT6、VT2也依次差120。 同一相的上下两个桥臂，即VT1与VT4，VT3与VT6，VT5与VT2，脉冲相差180。,三相桥式全控整流电路的特点,（1）2管同时通形成供电回路，其中共阴极组和共阳极组各1，且不能为同1相器件。,3- 39,3.2.2三相桥式全控整流电路,（3）ud一周期脉动6次，每次脉动的波形都一样，故该电路为6脉波整流电路。 （4）需保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲 可采用两种方法：一种是宽脉冲触发 一种是双脉冲触发（常用） (5）晶闸管承受的电
12、压波形与三相半波时相同，晶闸管承受最大正、反向电压的关系也相同。,三相桥式全控整流电路的特点,3- 40,a60时 当电感足够大的时候， id近似为一条水平线。,3.2.2三相桥式全控整流电路,2) 阻感负载时的工作情况,a =0,a =30,3- 41,3.2.2三相桥式全控整流电路,三相桥式全控整流电路带阻感负载a= 90 时的波形,3- 42,3.2.2三相桥式全控整流电路,3) 定量分析,当整流输出电压连续时（即带阻感负载时，或带电阻负载a60时）的平均值为：,带电阻负载且a 60时，整流电压平均值为：,输出电流平均值为 ：Id=Ud /R,3- 43,3.2.2三相桥式全控整流电路,
13、当整流变压器为图3-17中所示采用星形接法，带阻感负载时，变压器二次侧电流波形如图3-23中所示，其有效值为：,接反电势阻感负载时，在负载电流连续的情况下，电路工作情况与电感性负载时相似，电路中各处电压、电流波形均相同。 仅在计算Id时有所不同，接反电势阻感负载时的Id为：,式中R和E分别为负载中的电阻值和反电动势的值。,3- 44,3.3变压器漏感对整流电路的影响,该漏感可用一个集中的电感LB表示。,图3-26 考虑变压器漏感时的三相半波可控整流电路及波形,3- 45,3.3 变压器漏感对整流电路的影响,换相重叠角换相过程持续的时间，用电角度g表示。 换相过程中,换相压降与不考虑变压器漏感时
14、相比，ud平均值降低的多少。,3- 46,3.3变压器漏感对整流电路的影响,g 随其它参数变化的规律： （1） Id越大则g 越大； （2） XB越大g 越大； （3） 当a90时， 越小g 越大。,3- 47,3.3变压器漏感对整流电路的影响,变压器漏抗对各种整流电路的影响,表3-2 各种整流电路换相压降和换相重叠角的计算,3- 48,3.3变压器漏感对整流电路的影响,变压器漏感对整流电路影响的一些结论:,出现换相重叠角g ，整流输出电压平均值Ud降低。 整流电路的工作状态增多。 晶闸管的di/dt 减小，有利于晶闸管的安全开通。 有时人为串入进线电抗器以抑制晶闸管的di/dt。 换相时晶闸
15、管电压出现缺口，产生正的du/dt，可能使晶闸管误导通，为此必须加吸收电路。 换相使电网电压出现缺口，成为干扰源。,3- 49,3.4电容滤波的不可控整流电路,3.4.1 电容滤波的单相不可控整流电路 3.4.2 电容滤波的三相不可控整流电路,3- 50,3.4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。,最常用的是单相桥和三相桥两种接法。 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。,3- 51,3.4.1电容滤波的单相不可控整流电路,1） 工作原理及波形分析,a) 电路 b) 波形 图3-28 电容滤波的单相桥式不可控整流电路及其工作波形,3- 52,3.4.1电容滤波的单相不可控整流电路,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 在设计时根据负载的情况选择电容C值，使 , 此时输出电压为： Ud1.2 U2。,3- 53,3.4.1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,图3-31 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,3- 54,3.
