电力电子技术_第3章

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1、第3章 整流电路3.1 3.1 单相可控整流电路单相可控整流电路3.2 3.2 三相可控整流电路三相可控整流电路 3.3 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 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 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 3.6 大功率可控整流电路大功率可控整流电路3.7 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 3.8 晶闸管直流电动机系统晶闸管直流电动机系统3.9 3.9 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 1第3章 整流电路引言整流电路的分类：按组成

2、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。23.1 单相可控整流电路3.1.1 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 3.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路3.1.3 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 3.1.4 单相桥式半控整流电路单相桥式半控整流电路返回31.电路分析前提； 2.课本中的标识符号定义 3.电路模型； 4.不同负载的各类波形

3、分析； 5.重要名词的理解掌握； 6.相关数值计算； 7.元器件选择； 8.习题、例题。掌握内容3.1.1 单相半波可控整流电路返回4 开关器件为理想器件，无开通、关断延时时间， 无功率损耗； iA=0，晶闸管关断； iA0，晶闸管不关断； 不考虑变压器漏感在内的交流侧电感； 换相过程是瞬时完成的； 电源为理想的50HZ正弦波； 不考虑变压器的损耗；电路分析前提3.1.1 单相半波可控整流电路返回5瞬时值符号u1 ：一次电压瞬时值； u2：二次电压瞬时值；ud ：直流输出电压瞬时值； id：直流输出电流瞬时值 ；uVT：晶闸管承受的电压瞬时值；iVT ：晶闸管流过的电流瞬时值；iVD ：二极管

4、流过的电流瞬时值；i2：变压器二次侧电流瞬时值；3.1.1 单相半波可控整流电路课本中的标识符号定义返回6有效值符号U1：一次电压有效值；U2：二次电压有效值；U：负载输出电压有效值；I：负载输出电流有效值 ；IVT:流过晶闸管电流有效值；I2:变压器二次侧电流 有效值;IVDR:流过二极管电流有效值；3.1.1 单相半波可控整流电路课本中的标识符号定义返回7平均值符号Ud：直流输出电压平均值； Id：直流输出电流平均值；IdVT:流过晶闸管电流平均值；IdVDR:流过二极管电流平均值;3.1.1 单相半波可控整流电路课本中的标识符号定义返回83.1.1 单相半波可控整流电路图3-1 单相半波

5、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。wwwwtTVTR0a)u1u2uVTudidwt1p2ptttu2uguduVTaq0b)c)d)e)00电路模型波形分析返回93.1.1 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。 基本数量关系直流输出电压平均值为(3-1)VT的a 移相范围为0180返回10wtudaqa：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、触发延迟角 或控制角。q：即晶闸管在一个周期内导通

6、的电角度，称导 通角。3.1.1 单相半波可控整流电路l两个重要的基本概念：返回11思考以下问题：1. 负载R上流过的电流平均值表达式。负载R上流过的电流有效值表达式。晶闸管上流过的电流有效值表达式。变压器二次侧流过的电流有效值表达式。变压器（电源）供给的有功功率表达式。变压器提供的视在功率表达式。计算这些参数的意义所在。（有效值、平均值）3.1.1 单相半波可控整流电路返回123.1.1 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发生突变。 回顾电路阻抗角、 电感储能特性、感应电 动势

7、、二极管“续流”等 知识。返回133.1.1 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电路中加接一续流二极管！ 若为定值，a 越大，在u2正半周L储能越少，维持导电的能力就越弱，越小。 分析负载阻抗角 、触发角a、晶闸管导通角的关系若a为定值， 越大，则L贮能越多，越大；在u2负半周L维持晶闸管导通的时间若越接近晶闸管在u2正半周导通的时间，则ud中负的部分越接近正的部分，则平均值Ud越接近零。该电路不好，不实用 ！需改进电路形式。如何改？返回143.1.1 单相半波可控整流电路 3）加续流二极管的u2udiduVTiVTIdIdwt1wtwtw

8、twtwtwtOOOOOOp-ap+ab)c)d)e)f)g)iVD Ra)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。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）（2-5）（2-6）（2-7）（2-8）返回153.1.1 单相半波可控整流电路 VT的a 移相范围为0180。 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：返回163.

9、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 )pwtwtwt000i2ud id b)c)d)ddaauVT 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。电路结构动画演示返回173.1.2 单相桥式全控整流电路 数量关系（3-9）a 角的移相范围为0180。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：（3-10）(3-11

10、)pwtwtwt000i2ud idb)c)d)ddaauVT 1,4返回183.1.2 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（2-12）和式（2-13）得：不考虑变压器的损耗时，要 求变压器的容量 S=U2I2。（3-12）（3-13）（2-14）pwtwtwt000i2ud id b)c)d)ddaauVT 1,4返回193.1.2 单相桥式全控整流电路2）带阻感负载的工作情况 u2OwtOwtOwtudidi2b)OwtOwtuVT 1,4OwtOwtIdIdIdIdIdiVT 2,3iVT 1,4图3-6 单相全控桥带

11、阻感负载时的电路及波形 假设电路已工作于稳态，id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，晶闸管VT1和 VT4关断，VT2和VT3两管导通。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。动画演示返回203.1.2 单相桥式全控整流电路 数量关系（3-15 ） 晶闸管移相范围为090 。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，

12、有效值I2=Id。晶闸管承受的最大正反向电压均为 。2OwtOwtOwtudidi2b)OwtOwtuVT 1,4OwtOwtIdIdIdIdIdiVT 2,3iVT 1,4返回213.1.2 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 。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，（2-16）b)idOEudwtIdOw

13、taqd返回223.1.2 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 电流断续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，相当于触发角被推迟为d。 如图2-7b所示id波形所示：电流连 续ub)i dOEdwtI dOwtqd返回233.1.2 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。这时整流电压ud的波形和负载电流id的波形与阻感负

14、载电流连 续时的波形相同，ud的计算公式也一样。为保证电流连续所需的电感量L可由下式求出：（3-17）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twwOud0Eidtpdaq = p返回243.1.3 单相全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3-9 单相全波可控整流电路及波形a)wtwab)udi1OOt返回253.1.3 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，门极驱动电路也少2个

15、；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。返回263.1.4 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。ud1）电阻负载情况单相桥式半控电路与单 相桥式全控电路在电阻 负载时的工作情况相同 。2）阻感负载（无VDR）请同学分析以下波形：ud ，id，ivt，ivD，i2返回273.1.4 单相桥式半控整流电路3）阻感负载（有VDR）的情况图3-10 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，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VD2续流。在u2负半周触发角a时刻触发 VT3，VT3导通，u2经VT3和 VD2向负载供电。u2过零变正时，VD4导通， VD2关断。VT3和VD4续流， ud又为零。Ob)2OudidIdOOOOOi2IdIdIdIIdawtwtwtwtwtwtwtap-ap-aiVT 1iVD 4 iVT 2i