电力电子技术06第2章 相控整流电路.ppt

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1、1,2.1 单相可控整流电路 2.2 三相可控整流电路 2.3 变压器漏抗对整流电路的影响 2.4 有源逆变电路 2.5 电容滤波的不控整流电路 2.6 整流电路的谐波与功率因数 2.7 其他可控整流电路简介,第2章相控整流电路,2,2.1单相可控整流电路,2.1.1 引 言 2.1.2 单相半波可控整流电路 2.1.3 单相桥式全控整流电路,3,2.1.1 引 言,（1）整流电路的作用 其作用是将交流电变为直流电，为应用最早的电力电子电路。 （2）整流电路的分类 按使用的功率器件不同可分为不控型、半控型和全控型三种形式。 按交流侧输入相数的不同可分为单相整流电路、三相整流电路和多相整流电路。

2、 按电路形式不同可分为半波整流电路和全波整流电路。 （3）整流电路的逆运行状态 改变整流电路的外部条件和内部控制，可使能量流向改变，即从直流侧流向交流侧，此时称为有源逆变。,4,2.1.2 单相半波可控整流电路,器件阻断时，正、反向漏电流均为零。 器件导通后，管压降为零。 器件的du/dt、di/dt为无穷大，即满足一定的基本条件时可瞬时开通或关断（不计开通或关断的动态过程）。,（1）分析假设,正向导通,反向阻断,正向导通,反向阻断,正向阻断,电力二极管的理想伏安特性,晶闸管的理想伏安特性,5,电阻负载的特点 负载中的电流与负载上的电压成正比，两者波形相似。 四个重要名词 触发延迟角 从晶闸管

3、开始承受正向电压起，到触发脉冲出现时的电角度，用a 表示，称为触发延迟角，简称触发角或控制角。,2.1.2 单相半波可控整流电路,（2）带电阻负载时的工作情况,6,四个重要名词 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。 移相范围 能使输出电压从最大到最小变化的触发延迟角的变化范围。,2.1.2 单相半波可控整流电路,（2）带电阻负载时的工作情况,7,四个重要名词 相控方式 通过改变触发脉冲的相位，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。 相控方式要求移相触发脉冲应与电源电压严格保持同步。,2.1.2 单相半波可控整流电路,（2）带电阻负载时的工作情况,8

4、,数值分析 直流输出电压平均值,2.1.2 单相半波可控整流电路,（2）带电阻负载时的工作情况,显而易见： 当a =0，Ud =Ud0= 0.45U2 ； 当a 增大，Ud 减小； 当a = 时， Ud = 0； 所以a 的移相范围为0180； 直流输出电流平均值与直流输出电压平均值成正比。,9,数值分析 直流输出电压有效值,2.1.2 单相半波可控整流电路,（2）带电阻负载时的工作情况,变压器二次电流（即流过晶闸管电流）的有效值,变压器二次侧功率因数,显而易见： a 越大， 功率因数越低； 当a =0时，功率因数为0.7071。,10,阻感负载的特点 因电感对电流变化的阻碍作用，使得回路电流

5、在器件通断时不能发生突变。 分析中着重注意 负载阻抗角j 、触发角a 、晶闸管导通角 间的关系。,2.1.2 单相半波可控整流电路,（3）阻感负载时的工作情况,单相半波可控整流电路 带阻感负载,11,波形分析 晶闸管导通后的回路方程:,（3）阻感负载时的工作情况,2.1.2 单相半波可控整流电路,当 ：,此时负载电流准备上升,12,波形分析 晶闸管导通后的回路方程:,（3）阻感负载时的工作情况,2.1.2 单相半波可控整流电路,当 ：,此时交流电能转变为电感的磁场储能以及电阻耗能。,13,波形分析 晶闸管导通后的回路方程:,（3）阻感负载时的工作情况,2.1.2 单相半波可控整流电路,当 ：,

6、此时负载电流及电阻压降最大。,14,波形分析 晶闸管导通后的回路方程:,（3）阻感负载时的工作情况,2.1.2 单相半波可控整流电路,当 ：,此时电感的磁场储能提供电阻耗能，并回馈电网。,15,波形分析 晶闸管导通后的回路方程:,（3）阻感负载时的工作情况,2.1.2 单相半波可控整流电路,其中特别是当 ：,此时晶闸管正偏继续导通。,16,波形分析 晶闸管导通后的回路方程:,（3）阻感负载时的工作情况,2.1.2 单相半波可控整流电路,当 ：,此时电感的磁场储能释放完毕，流过晶闸管的电流小于维持电流而关断。,17,关于磁场储能的进一步说明,（3）阻感负载时的工作情况,2.1.2 单相半波可控整

7、流电路,18,输出电压平均值,（3）阻感负载时的工作情况,2.1.2 单相半波可控整流电路,因输出电压波形出现负的面积，故其平均值比纯电阻负载时有所降低。,19,三点结论,（3）阻感负载时的工作情况,2.1.2 单相半波可控整流电路,电感的存在延迟了晶闸管的关断时刻。 导通角的大小与触发角及负载阻抗角的大小有关，其一般规律是：,导通角越大，输出电压平均值越小，此处与纯电阻负载时恰恰相反。,当j 角一定时，a 角越小q 角越大。 当a 角一定时，j 角越大q 角越大。 其物理概念为：储能时间越长或电感量越大，电感线圈储存的磁场能量越多，则释放能量的时间越长。,20,原理分析,（4）阻感负载加续流

8、二极管,2.1.2 单相半波可控整流电路,当u2过零变负时，VD导通使ud为零，VT承受反压而关断。 当电感足够大时，电感中储存的能量保证了电流id在LRVD回路中继续流通，此过程称为续流。 提供续流通路的二极管称为续流二极管。,21,数值分析,（4）阻感负载加续流二极管,2.1.2 单相半波可控整流电路,假设电感足够大，id 近似平直，其值恒为Id 。 流过晶闸管的电流平均值为：,流过续流二极管的电流平均值为：,22,数值分析,（4）阻感负载加续流二极管,2.1.2 单相半波可控整流电路,流过晶闸管的电流有效值为：,流过续流二极管的电流有效值为：,23,数值分析,（4）阻感负载加续流二极管,

9、2.1.2 单相半波可控整流电路,输出直流电压平均值为：,24,（5）单相半波可控整流电路的特点,2.1.2 单相半波可控整流电路,移相范围： 纯电阻负载时为0180。 阻感负载加续流二极管时也为0180。 电路简单，功率器件少，但整流输出电压脉动大。 变压器二次侧电流中含有直流分量，造成变压器铁芯的直流磁化，磁路过饱和后磁导减小，激磁电流增大。 目前此种电路实际应用较少。 分析该电路的主要目的： 建立起整流电路的基本概念（基本术语）。 初步掌握电力电子技术波形分析的基本方法。,25,2.1.3 单相桥式全控整流电路,（1）带电阻负载时的工作情况,工作原理及波形分析 VT1与VT4组成一对桥臂

10、，在u2正半周时承受正向电压，触发后即可导通，当u2过零时自然关断。 VT2和VT3组成另一对桥臂，在u2负半周时承受正向电压，触发后即可导通，当u2过零时自然关断。,ud,id,26,2.1.3 单相桥式全控整流电路,（1）带电阻负载时的工作情况,数值分析 直流输出电压平均值,显而易见：a 角的移相范围为（0180）。,27,2.1.3 单相桥式全控整流电路,（1）带电阻负载时的工作情况,数值分析 直流输出电流平均值,流过晶闸管电流平均值,28,2.1.3 单相桥式全控整流电路,（1）带电阻负载时的工作情况,数值分析 流过晶闸管电流有效值,变压器二次电流有效值,直流输出电流有效值,29,2.

11、1.3 单相桥式全控整流电路,（1）带电阻负载时的工作情况,数值分析 流过晶闸管电流有效值,变压器二次电流有效值,直流输出电流有效值,请比较 流过晶闸管电流平均值与输出电流平均值： 流过晶闸管电流有效值与输出电流有效值：,30,2.1.3 单相桥式全控整流电路,（2）带阻感负载时的工作情况,工作原理及波形分析 假设电路已工作处于稳定状态。 负载电感足够大，不仅使负载电流连续，而且使其波形近似为一水平线。 VT1和VT4导通后，在u2过零变负时，因电感的作用二者并不能关断，结果使输出电压波形出现负值。,31,2.1.3 单相桥式全控整流电路,（2）带阻感负载时的工作情况,工作原理及波形分析 当t

12、=+a 时，VT2和VT3正偏，触发后二者导通。 VT2和VT3导通后，使得VT1和VT4承受反压而关断。 原来流过VT1和VT4的电流迅速转移到VT2和VT3中。 电流转移的过程称为换相，亦称换流。,32,2.1.3 单相桥式全控整流电路,（2）带阻感负载时的工作情况,数值分析 直流输出电压平均值,显而易见：a 角的移相范围为（090）。,晶闸管承受最大正、反向电压为：,uVT1,4,33,2.1.3 单相桥式全控整流电路,（2）带阻感负载时的工作情况,数值分析 晶闸管的导通角与触发角无关，恒为180。 晶闸管电流平均值及有效值,变压器二次电流为正负各180的方波，其相位由a 角决定。且有效

13、值,34,2.1.3 单相桥式全控整流电路,（3）带反电动势负载时的工作情况,工作原理及波形分析 仅在|u2|E 时，才使晶闸管承受正向电压，为导通提供条件。 导通之后，ud=u2，直至|u2|=E，即id降至0，使得晶闸管关断，此后ud=E 。 与纯电阻负载相比，晶闸管提前了 电角度停止导电，故称 称为停止导电角。,35,2.1.3 单相桥式全控整流电路,几点说明 当变压器副边电压一定时，反电动势越高，则停止导电角越大，导通角越小，输出电流波形越瘦高，电流断续越为严重。,（3）带反电动势负载时的工作情况,当触发角小于停止导电角时，触发被推迟，故触发脉冲应有足够的宽度。 加入平波电抗器可使导通

14、角增大，从而改善导电情况。,若电感足够大可使电流连续，则整流电压和负载电流波形与阻感负载时相同，计算公式也完全相同。,36,自学与自测,（1）单相桥式半控整流电路见教材第44页,（2）单相全波可控整流电路见教材第45页,37,自学与自测,（3）自学中需注意的问题 晶闸管与二极管的承压问题 晶闸管反偏承受反压，正偏未导通时承受正压，导通后管压降很小。 二极管反偏承受反压，正偏即导通，管压降很小，比晶闸管少一种状态。 桥式电路晶闸管与二极管的换流问题 晶闸管是在正偏且有触发时换流，在阻感负载横向换流情况下，是靠后导通的管子来关断先导通的管子。 二极管是在电源电压过零正偏时自动换流。 桥式半控电路阻

15、感负载无续流二极管的“失控”现象 当脉冲丢失而出现一只晶闸管与两只二极管轮流导通的情况，解决办法加装续流二极管，在续流二极管导通时晶闸管被关断。,38,2.2 三相可控整流电路,2.2.1 引 言 2.2.2 三相半波可控整流电路 2.2.3 三相桥式全控整流电路,39,2.2.1 引 言,（1）三相整流电路的交流侧由三相交流电源供电。 （2）适于负载容量较大的工业应用场合，其主要优点是输出直流电压值相对于单相整流电路较高，且脉动较小，滤波相对容易。 （3）分析中三相半波可控整流电路是学习基础，而三相桥式全控整流电路在实际应用最为广泛。 （4）为了达到工业实际应用的某种需求，三相整流电路又可派

16、生出不同的接线方式。例如大功率整流电路中的多重化技术（本章最后介绍）。,40,2.2.2 三相半波可控整流电路,电路的特点 变压器二次侧接成星形以便得到中线，而一次侧接成三角形以避免3次谐波流入电网。,（1）纯电阻负载,三只晶闸管的阳极分别与变压器二次a、b、c三相出线相连，而阴极连接在一起后经负载电阻与中线相连，构成所谓共阴极接线 。 分析中首先将晶闸管想象成二极管。 显然二极管应该是阳极电压最高的一相导通，并且另外两只二极管必然截止。,41,2.2.2 三相半波可控整流电路,自然换相点的概念 二极管换相的时刻称为自然换相点。 显然：三相共阴极电路自然换相点是在相电压正半波的交点处且依次互差120。 复习提问：单相整流电路的自然换相点在哪？ 联想：三相半波整流共阴接线与共阳极接线相比，自然换相点有何不同？,（1）纯电阻负载,42,2.2.2 三相半波可控整流电路,自然换相点的概念 将二极管换成晶闸管。 自然换相点则是各相晶闸管能够被触发导通的最早时刻。 故将各相自然换相点作为计算各晶闸管触发角的起点。 即：此时此刻