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1、第第3 3章章 整流电路整流电路 3.1 单相可控整流电路单相可控整流电路 3.2 三相可控整流电路三相可控整流电路 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的影响 3.4 电容滤波的不可控整流电路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整流电路的谐波和功率因数 3.6 大功率可控整流电路大功率可控整流电路 3.7 整流电路的有源逆变工作状态整流电路的有源逆变工作状态 3.8 相控电路的驱动控制相控电路的驱动控制 本章小结本章小结引言整流电路（整流电路（Rectifier）是电力电子电路中出现最早）是电力电子电路中出现最早 的一种，它的作用是将交流电能变为直流电
2、能供给的一种，它的作用是将交流电能变为直流电能供给 直流用电设备。直流用电设备。整流电路的分类整流电路的分类 按组成的器件可分为按组成的器件可分为不可控不可控、半控半控、全控全控三种。三种。 按电路结构可分为按电路结构可分为桥式桥式电路和电路和零式零式电路。电路。 按交流输入相数分为按交流输入相数分为单相单相电路和电路和多相多相电路电路。 按变压器二次侧电流的方向是单向或双向，分为按变压器二次侧电流的方向是单向或双向，分为 单拍单拍电路和电路和双拍双拍电路。电路。3-23.1 单相可控整流电路3.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路 3.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流
3、电路 3.1.3 单相全波可控整流电路单相全波可控整流电路 3.1.4 单相桥式半控整流电路单相桥式半控整流电路3-33.1.1 单相半波可控整流电路3-4wwwwtTVTR0a)u1u2uVTudidwt1p2ptttu2uguduVTaq0b)c)d)e)00图图3-1 单相半波可控整流电路及波形单相半波可控整流电路及波形带电阻负载的工作情况带电阻负载的工作情况 变压器变压器T起变换电压和隔离的起变换电压和隔离的 作用，其一次侧和二次侧电压瞬时作用，其一次侧和二次侧电压瞬时 值分别用值分别用u1和和u2表示，有效值分别表示，有效值分别 用用U1和和U2表示，其中表示，其中U2的大小根据的大
4、小根据 需要的直流输出电压需要的直流输出电压ud的平均值的平均值Ud 确定。确定。 电阻负载的特点是电阻负载的特点是电压与电流电压与电流 成正比，两者波形相同成正比，两者波形相同。 在分析整流电路工作时，认为在分析整流电路工作时，认为 晶闸管（开关器件）为晶闸管（开关器件）为理想器件理想器件， 即晶闸管导通时其管压降等于零，即晶闸管导通时其管压降等于零， 晶闸管阻断时其漏电流等于零，除晶闸管阻断时其漏电流等于零，除 非特意研究晶闸管的开通、关断过非特意研究晶闸管的开通、关断过 程，一般认为晶闸管的开通与关断程，一般认为晶闸管的开通与关断 过程瞬时完成。过程瞬时完成。3-5首先，引入两个重要的基
5、本概念：触发延迟角触发延迟角：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 。基本数量关系基本数量关系直流输出电压平均值为2cos145. 0)cos1 (22)(sin221222aapwwppaUUttdUUd (2-1)wwwwtTVTR0a)u1u2uVTudidwt1p2ptttu2uguduVTaq0b)c)d)e)003.1.1 单相半波可控整流电路3.1.1 单相半波可控整流电路基本数量关系基本数量关系 a a：从晶闸管开始承受正向阳极电压起到施加触发脉冲：从晶闸管开始承受正
6、向阳极电压起到施加触发脉冲 止的电角度称为触发延迟角，也称触发角或控制角。止的电角度称为触发延迟角，也称触发角或控制角。 q q：晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度称为导晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度称为导 通角。通角。 直流输出电压平均值直流输出电压平均值随着随着a a增大，增大，Ud减小，该电路中减小，该电路中VT的的a a移相范围移相范围为为180 。通过控制触发脉冲的通过控制触发脉冲的相位相位来控制直流输出电压大小的方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。式称为相位控制方式，简称相控方式。3-6paaapwwp2cos145. 0)cos1 (22)(
7、sin221 22 2UUttdUUd3-7 例1 如图所示单相半波可控整流器，电阻 性负载，电源电压U2为220V，要求的直流输出 电压为50 V，直流输出平均电流为20A 试计算： (1) 晶闸管的控制角。(2) 输出电流有效值。 (3) 电路功率因数。(4) 晶闸管的额定电压和额定 电流。 解解 (1) 则=90 (2) 当=90 时，输出电流有效值(3) 3-80122045. 0502145. 02cosddUUa5 . 22050ddIURA 44.4 22sin412aaRU RUI505. 022020504 .44 cos2222 UU IUUI SP (4) 晶闸管电流有效
8、值IT与输出电流有效值相等，即： 则 取2倍安全裕量，晶闸管的额定电流为： （5）晶闸管承受的最高电压： 考虑(23)倍安全裕量，晶闸管的额定电压为 根据计算结果可以选取满足要求的晶闸管。3-9IIT)25 . 1 (57. 1T T(AV)IIA 6 .56T(AV)IV311220222mUUV 933622311)32()32(mTNUU3-103-113.1.1 单相半波可控整流电路3-12uwttwwtwtw20wt1p2pt ug0 ud0 id0 uVT0qab)c)d)e)f)+ + +图图3-2 带阻感负载的单相半带阻感负载的单相半 波可控整流电路及其波形波可控整流电路及其波
9、形带阻感负载的工作情况带阻感负载的工作情况 阻感负载的特点是电感对电流变化有抗阻感负载的特点是电感对电流变化有抗 拒作用，使得流过电感的电流不能发生突变。拒作用，使得流过电感的电流不能发生突变。 电路分析电路分析 晶闸管晶闸管VT处于断态处于断态,id=0,ud=0,uVT=u2。 在在w wt1时刻，即触发角时刻，即触发角a a处处 ud=u2。 L的存在使的存在使id不能突变不能突变，id从从0开始增开始增 加。加。 u2由正变负的过零点处，由正变负的过零点处，id已经处于减已经处于减 小的过程中，但尚未降到零，因此小的过程中，但尚未降到零，因此VT仍处仍处 于通态于通态。 w wt2时刻
10、，电感能量释放完毕，时刻，电感能量释放完毕，id降至降至 零，零，VT关断并立即承受反压关断并立即承受反压。 由于电感的存在延迟了由于电感的存在延迟了VT的关断时刻，的关断时刻， 使使ud波形出现负的部分，与带电阻负载时相波形出现负的部分，与带电阻负载时相 比其平均值比其平均值Ud下降。下降。3.1.1 单相半波可控整流电路电力电子电路的一种基本分析方法电力电子电路的一种基本分析方法把器件理想化，将电路简化为把器件理想化，将电路简化为分分 段线性电路段线性电路。器件的每种状态组合对应一种器件的每种状态组合对应一种线线 性电路拓扑性电路拓扑，器件通断状态变化时，器件通断状态变化时， 电路拓扑发生
11、改变。电路拓扑发生改变。 以前述单相半波电路为例以前述单相半波电路为例 当当VT处于断态时，相当处于断态时，相当 于电路在于电路在VT处断开，处断开， id=0。当。当VT处于通时，处于通时， 相当于相当于VT短路。两种情短路。两种情 况的等效电路如图况的等效电路如图3-3所所 示。示。a)b)VTRLVTRL u2u23-13图图3-3 单相半波可控整流电单相半波可控整流电 路的分段线性等效电路路的分段线性等效电路 a) VT处于关断状态处于关断状态 b) VT处于导通状态处于导通状态3.1.1 单相半波可控整流电路3-14VTb)RL u2VT处于通态时，如下方程成立：处于通态时，如下方程
12、成立：在在VT导通时刻，有导通时刻，有w wt=a a，id=0，这是式（，这是式（3-2）的初）的初 始条件。求解式（始条件。求解式（3-2）并将初始条件代入可得）并将初始条件代入可得tURitiLwsin2dd2dd)sin(2)sin(22)(2waawwtZUeZUitLRd式中，式中，。由此式可得出图。由此式可得出图3-2e所示的所示的id波形。波形。 当当w wt=q q+a a时，时，id=0，代入式（，代入式（3-3）并整理得）并整理得22)( LRZwRLtgw1)sin()sin(aqaq tge图图3-3 b) VT处于导通状态处于导通状态(3-2)(3-3)(3-4)3
13、.1.1 单相半波可控整流电路若若 为定值，为定值，a a角大，角大，q q越小。越小。 若若a a为定值，为定值， 越大，越大，q q越大越大 ，且，且 平均值平均值Ud越接近零。为解决上述矛越接近零。为解决上述矛 盾，在整流电路的负载两端并联一盾，在整流电路的负载两端并联一 个二极管，称为个二极管，称为续流二极管续流二极管，用，用 VDR表示。表示。 有续流二极管的电路有续流二极管的电路 电路分析电路分析 u2正半周时，与没有续流二极管正半周时，与没有续流二极管 时的情况是一样的。时的情况是一样的。 当当u2过零变负时，过零变负时，VDR导通，导通，ud 为零，此时为负的为零，此时为负的u
14、2通过通过VDR向向VT 施加反压使其关断，施加反压使其关断，L储存的能量保储存的能量保 证了电流证了电流id在在L-R-VDR回路回路中流通，中流通， 此过程通常称为此过程通常称为续流续流。 若若L足够大，足够大，id连续连续，且，且id波形接波形接 近一条水平线近一条水平线 。3-15u2udiduVTiVTIdIdwt1wtwtwtwtwtwtOOOOOOp-ap +ab)c)d)e)f)g)iVDRa)图图3-4 单相半波带阻感负载有单相半波带阻感负载有 续流二极管的电路及波形续流二极管的电路及波形3.1.1 单相半波可控整流电路基本数量关系基本数量关系 流过晶闸管的电流平均值流过晶闸
15、管的电流平均值IdT和有效值和有效值IT分别为：分别为：续流二极管的电流平均值续流二极管的电流平均值IdDR和有效值和有效值IDR分别为分别为其移相范围为其移相范围为180 ，其承受的最大正反向电压均为，其承受的最大正反向电压均为u2的峰值即的峰值即。 续流二极管承受的电压为续流二极管承受的电压为-ud，其最大反向电压为，其最大反向电压为，亦为，亦为u2的峰值。的峰值。单相半波可控整流电路的特点是简单，但输出脉动大，变压器二次侧电流中含直流分量，单相半波可控整流电路的特点是简单，但输出脉动大，变压器二次侧电流中含直流分量， 造成变压器铁芯造成变压器铁芯直流磁化直流磁化。为使变压器铁芯不饱和，需增大铁芯截面积，增大了设备的。为使变压器铁芯不饱和，需增大铁芯截面积，增大了设备的 容量。容量。3-16ddTIIpap 2ddTItdIIpapwppa2)(212ddDRIIpap 2ddDRItdIIpapwpapp2)(2122(3-5)(3-6)(3-7)(3-8)22U3-17例2：中、小型发电机采用的单相半波自励相控整 流电路，发电机相电压为220V，要求励磁电压为 45V，励磁线圈L的电阻为2，电感量为0.1H。试 求：晶闸管与续流管的
