电力电子整流电路PPT课件

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1、3-1,第3章 整流电路,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 流电路相位控制的实现 本章小结,3-2,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，将交流电变为直流电。,3-3,3.1 单相

2、可控整流电路,3.1.1 单相半波可控整流电路 3.1.2 单相桥式全控整流电路 3.1.3 单相全波可控整流电路 3.1.4 单相桥式半控整流电路,3-4,3.1.1 单相半波可控整流电路,图3-1 单相半波可控整流电路及波形,1）带电阻负载的工作情况,变压器T起变换电压和电气隔离的作用。 电阻负载的特点：电压与电流成正比，两者波形相同。,w,w,w,w,t,T,VT,R,0,a),u,1,u,2,u,VT,u,d,i,d,w,t,1,p,2,p,t,t,t,u,2,u,g,u,d,u,VT,a,q,0,b),c),d),e),0,0,单相半波可控整流电路(Single Phase Half

3、 Wave Controlled Rectifier),3-5,3.1.1 单相半波可控整流电路,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，简称相控方式。,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 。,基本数量关系,直流输出电压平均值为,(3-1),3-6,3.1.1 单相半波可控整流电路,2) 带阻感负载的工作情况,图3-2 带阻感负载的 单相半波电路及其波形,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

4、发生突变。,w,t,t,w,w,t,w,t,w,u,2,0,w,t,1,p,2,p,t,u,g,0,u,d,0,i,d,0,u,VT,0,q,a,b),c),d),e),f),+,+,如果L很大，会怎么样？,3-7,3.1.1 单相半波可控整流电路,续流二极管,u,2,u,d,i,d,u,VT,i,VT,I,d,I,d,w,t,1,w,t,w,t,w,t,w,t,w,t,w,t,O,O,O,O,O,O,p,-,a,p,+,a,b),c),d),e),f),g),i,VD,R,a),图3-4 单相半波带阻感负载 有续流二极管的电路及波形,当u2过零变负时，VDR导通，ud为零，VT承受反压关断。

5、 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。,数量关系(id近似恒为Id）,（3-5）,（3-6）,（3-7）,（3-8）,3-8,3.1.1 单相半波可控整流电路,VT的a 移相范围（使输出从开始导通到输出为0的a 角度）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,3-9,3.1.2 单相桥式全控整流电路,1) 带电阻负载的工作情况,a),u,(,i,),p,w,t,w,t,w,t,0,0,0,i,2,u,d,i,d

6、,b),c),d),d,d,a,a,u,VT,1,4,图3-5 单相全控桥式 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。,电路结构,单相桥式全控整流电路(Single Phase Bridge Contrelled Rectifier),3-10,3.1.2 单相桥式全控整流电路,数量关系,（3-9）,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

7、，即：,（3-11）,(3-10),3-11,3.1.2 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与输出直流电流I有效值相等：,由式（3-12）和式（3-13）得：,（3-12）,（3-13）,（3-14）,3-12,3.1.2 单相桥式全控整流电路,2）带阻感负载的工作情况,u,2,O,w,t,O,w,t,O,w,t,u,d,i,d,i,2,b),O,w,t,O,w,t,u,VT,1,4,O,w,t,O,w,t,I,d,I,d,I,d,I,d,I,d,i,VT,2,3,i,VT,1,4,图3-6 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，i

8、d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，晶闸管VT1和VT4并不关断。 至t=+a 时刻，VT2和VT3承受正电压，两管导通。 VT2和VT3导通后，VT1和VT4承受反压关断，流过VT1和VT4的电流迅速转移到VT2和VT3上，此过程称换相，亦称换流。,3-13,3.1.2 单相桥式全控整流电路,数量关系,（3-15）,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：,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。,晶闸管承受的最大正反向电压均为 。,3-14,3.1.

9、2 单相桥式全控整流电路,3） 带反电动势负载时的工作情况,图3-7 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,在|u2|E时，才有晶闸管承 受正电压，有导通的可能。,在a 角相同时，整流输出电压比电阻负载时大。,导通之后， ud=u2， ， 直至|u2|=E，id即降至0使得 晶闸管关断，此后ud=E 。,b),u,3-15,3.1.2 单相桥式全控整流电路,当 d时，触发脉冲到来时，晶闸管承受负电压，不可能导通。,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,触发脉冲有足够的宽度，保证当wt=d时刻有晶闸管开始承受正电压时，触发脉冲仍然存在。这样，相当于触发角被推

10、迟为d。,如图3-7b所示id波形所示：,3-16,3.1.3 单相全波可控整流电路,单相全波可控整流电路（Single Phase Full Wave Controlled Rectifier)，又称单相双半波可控整流电路。,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。,图3-10 单相全波可控整流电路及波形,a),w,t,w,a,b),u,d,i,1,O,O,t,3-17,3.1.3 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

11、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。,3-18,3.1.4 单相桥式半控整流电路,电路结构 单相全控桥中，每个导电回路中有2个晶闸管，1个晶闸管可以用二极管代替，从而简化整个电路。 如此即成为单相桥式半控整流电路。,图 单相桥式半控整流电路,电阻负载 半控电路与全控电路在电阻负载时的工作情况相同。,3-19,3.1.4 单相桥式半控整流电路,单相半控桥带阻感负载的情况,图 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,在u2正半周

12、，u2经VT1和VD4向负载供电。 u2过零变负时，因电感作用电流不再流经变压器二次绕组，而是由VT1和VD3续流。 在u2负半周触发角a时刻触发VT2，VT2导通，u2经VT2和VD3向负载供电。 u2过零变正时，VD4导通，VD3关断。VT2和VD4续流，ud又为零。,3-20,3.1.4 单相桥式半控整流电路,单相半控桥带阻感负载+续流二极管的情况,图3-11 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,避免可能发生的失控现象。 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，其平均值保持恒

13、定，称为失控。 有续流二极管VDR时，续流过程由VDR完成，避免了失控的现象。 续流期间导电回路中只有一个管压降，有利于降低损耗。,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。,图3-5 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,交流侧由三相电源供电。 负载容

14、量较大，或要求直流电压脉动较小、容易滤波。 基本电路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 三相半波可控整流电路,电路的特点： 变压器二次侧接成星形得到零线。 三个晶闸管分别接入a、b、c三相电源，其阴极连接在一起共阴极接法 。,图3-13 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,1)电阻负载,自然换相点： 二极管换相时刻为自然换相点，是各相晶闸管能触发导通的最早时刻，将其作为计算各晶闸管触发角a的起点，即a =0。,b),c),d),e),f),u,2,R,i,d,u,a,u,b,u,c,a,=0,O,w,t,1,w,t,2,w,t,3,u,G,O,u,d,O,O,u,ab,u,ac,O,i,VT,1,u,VT,1,w,t,w,t,w,t,w,t,w,t,a),a =0时的工作原理分析,3-25,3.2.1 三相半波可控整流电路,a=30的波形（图3-14） 特点：负载电流处于连续和断续之间的临界状态。,a,=30,u,2,u,a,u,b,u,c,O,w,t,O,w,t,O,w,t,O,w,t,O,w,t,u,G,u,d,u,ab,u,ac,w,t,1,i,VT,1,u,VT,1,u,ac,3-26,3.2.1 三相半波可控整流电路,a30的情况（图3-15 ） 特点：负载电流断续，晶闸管导通角