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1、第二章 整流电路引言,整流电路：出现最早的电力电子电路，将交流电变为直流电的变换电路。,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。按控制方式分：相控整流电路和PWM整流电路,单相半波可控整流电路结构,变压器Tr起变换电压和电气隔离的作用。u2二次侧电压瞬时值，U2为有效值;VT:晶闸管，可控器件，理想化开关，导通时压降为零，阻断时电阻无穷大；ud为直流输出电压瞬时值；id为直流输出电流瞬时值,2.1.1单相半波可控整流电路,单相半波可控整流电
2、路电阻负载电路波形,电阻负载的特点：电压与电流成正比，两者波形相同。,ud稳定的极性不变的瞬时值变化的周期性的脉动直流电压,几个基本概念,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 。 半波整流： 单相半波可控整流： 单脉波整流：,p,q,a,b),c),d),e),f),+,+,t2,t1,t1,t3,t3,t3,t2,t,t,t,t,t,p,p,uVT,id,ud,ug,u2,单相半波可控整流电路、阻感性负载电路波形,ud,u2,阻感负载的特点：电感对电流变化有抗拒作用，使得流过电
3、感的电流不发生突变。,单相半波可控整流电路阻感负载带续流二极管波形,a),单相全控桥式可控整流电路及电阻负载波形,VT14,VT23,单相全控桥式可控整流电路及阻感负载波形,单相全控桥式可控整流电路及反电动势负载波形,b),图2-9 单相全波可控整流电路及波形(电阻性负载),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。,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
4、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。,单相全波与单相全控桥的区别：,单相全波电路有利于在低输出电压的场合应用。,单相桥式半控整流电路,单相桥式半控整流电路，电阻负载时的电路及波形,单相桥式半控整流电路,单相桥式半控整流电路，阻感负载时的电路,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,单相桥式半控整流电路的另一接法,图2-11 单相桥式半控整流电路的另一接法,2.2 三相可控整流电路,2.2.1 三相半波可控整流电路2.2.2 三相桥式全控整流电路,2.2 三相可控整流电路引
5、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 。,2.2.1 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，而一次侧接成三角形避免3次谐波流入电网。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 。,负载,三相半波可控整流电路共阴极接法,2.2.1 三相半波可控整流电路,三相半波不可控整流电路共阴极接法电阻负载时的电路的波形,一. 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。,2.2.
6、1 三相半波可控整流电路,1. 工作原理分析,每个晶闸管在自然换相点开始导通，每个电源周期导通120；输出电压是相应相电压的一部分，恰好是电源电压在正半周的包络线；晶闸管的电压波形，由3段组成。其他两管的电压波形与此相同，在相位上依次相差120 ；三个晶闸管电流波形相同，相位上依次相差120；,图2-12 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）a =0时,三相半波可控整流电路，电阻负载， a=30时的波形,2.2.1 三相半波可控整流电路,2）a=30时,每个晶闸管导通时刻比a=0时推迟了30 ，每个电源周期仍导通120；输出电压是相应相电压的一部分；晶闸管的电
7、压波形，仍然由3段组成。其他两管的电压波形与此相同，在相位上依次相差120 ；三个晶闸管电流波形相同，相位上依次相差120；负载电流处于连续和断续之间的临界状态,2.2.1 三相半波可控整流电路,三相半波可控整流电路，电阻负载， a=60时的波形,w,w,t,t,w,t,w,t,a,=60,u,2,u,a,u,b,u,c,O,O,O,O,u,G,u,d,i,VT,1,3）a=60时,每个晶闸管导通时刻比a=0时推迟了60 ，每个电源周期导通90（-30 ），小于120 ；输出电压是相应相电压的一部分；3个晶闸管的电压波形相同，相位依次相差120，不再由3段组成 ；三个晶闸管电流波形相同，相位上
8、依次相差120；负载电流断续；,角的移相范围：150。,2.2.1 三相半波可控整流电路,（2-18）,当a=0时，Ud最大，为 。,(2-19),1）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，晶闸管导通角减小，此时有：,2. 数值计算,2.2.1 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2-15 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,2.2.1 三相半波可控整流电路,2）负载电流平均值为,3） 晶闸管承受的最大反向电压，为变压器二次线电压峰值，即,4）晶闸管承受的最大正向电压
9、等于变压器二次相电压的峰值，即,（2-20）,（2-21）,（2-22）,5）角的移相范围：150。,2.2.1 三相半波可控整流电路,二 . 阻感负载,图2-16 三相半波可控整流电路，阻感负载时的电路及a =60时的波形,阻感负载，L值很大，id波形基本平直，有一定的脉动；电路已工作在稳态；a30时：整流电压波形与电阻负载时相同；a30时（如a=60时的波形如图2-16所示）； u2过零时，VT1不关断，直到VT2的脉冲到来，才换流，ud波形中出现负的部分。,1. 工作原理分析,2.2.1 三相半波可控整流电路,每个晶闸管的导通角为120 ；3个晶闸管的电压波形相同，相位依次相差120，均
10、由3段组成 ；3个晶闸管的电流波形相同，相位依次相差120 移相范围为90；id波形基本平直，有一定的脉动，但为简化分析及定量计算，可将id近似为一条水平线。,阻感负载时特点：,图2-16 三相半波可控整流电路，阻感负载a =60时的波形,2.2.1 三相半波可控整流电路,2. 数量关系,由于负载电流连续， Ud可由式（2-18）求出，即,Ud/U2与a成余弦关系，如图2-15中的曲线2所示。如果负载中的电感量不是很大，Ud/U2与a的关系将介于曲线1和2之间，曲线3给出了这种情况的一个例子。,图2-15 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,（2
11、-18）,2.2.1 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(不考虑安全裕量),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. 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。,（2-23）,（2-24）,（2-25）,2.2.2 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2-17 三相桥式全控整流电路原理图,导通顺序： VT1VT2 VT3 VT4 VT5VT6,三相桥式全控整流电路
12、电阻负载=0波形,三相桥式全控整流电路电阻负载=0波形,晶闸管及输出整流电压的情况表,2.2.2 三相桥式全控整流电路,三相桥式全控整流电路的特点,（1）每个时刻均需2晶闸管同时导通形成供电回路，其中共阴极组和共阳极组各1，且不能为同1相的晶闸管。,三相桥式全控整流电路带电阻负载=0波形,（2）对触发脉冲的要求：按VT1-VT2-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带电阻负
13、载=0波形,（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。,三相桥式全控整流电路带电阻负载=0波形,（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电阻负载 = 30 波形,与=0相比：相同点： 一周期中ud 波形仍由6段线电压组成，每一段导通晶闸管的编号仍符合前表格的规律。区别在于： 晶闸管导通时刻推迟了30 ，组成ud 的每一段线电压因此也推迟了30 。平均值降低。,三相桥式全控整流电路电阻负载 =
14、60 波形,与=0相比：相同点： 一周期中ud 波形仍由6段线电压组成，每一段导通晶闸管的编号仍符合前表格的规律。区别在于：晶闸管导通时刻推迟了60 ，组成ud 的每一段线电压因此也推迟了60 ，平均值降低。处于电流连续与断续的临界状态,三相桥式全控整流电路电阻负载 = 90 波形,带电阻负载时三相桥式全控整流电路a角的移相范围是120,当a60时，ud波形每60中有一段为零，ud波形不能出现负值,三相桥式全控整流电路阻感负载 = 0 波形,a60时ud波形连续，工作情况与带电阻负载时十分相似。各晶闸管的通断情况输出整流电压ud波形晶闸管承受的电压波形,区别在于：得到的负载电流id波形不同。 当电感足够大的时候， id的波形可近似为一条水平线。,三相桥式全控整流电路阻感负载 = 30 波形,三相桥式全控整流电路阻感负载 = 90 波形,a 60时 阻感负载时的工作情况与电阻负载时不同。 电阻负载，ud波形不会出现负的部分。 阻感负载时，ud波形会出现负的部分。 带阻感负载时，三相桥式全控整流电路的a角移相范围为90 。,
