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1、第2章:整流电路,一、单相可控整流电路 二、三相可控整流电路 三、变压器漏感对整流电路影响 四、大功率可控整流电路 五、有源逆变电路 六、晶闸管直流电动机系统 七、可控电路的驱动控制,第2章:整流电路,整流电路;交流转换为直流,按照输入交流电源的相数:单相、三相和多相整流电路;按电路中组成的电力电子器件控制特性:不可控、半控和全控整流电路;根据整流电路的结构形式:半波、全波和桥式整流电路等类型。 负载的性质主要有:电阻性、电感性、电容性、反电动势等。,可控整流电路:电压可调; 二极管整流电路:电压固定;,整流电路的类型 :,第2章:整流电路,一、单相可控整流电路 二、三相可控整流电路 三、变压
2、器漏感对整流电路影响 四、大功率可控整流电路 五、有源逆变电路 六、晶闸管直流电动机系统 七、可控电路的驱动控制,在单相可控整流电路中,定义晶闸管从承受正向电压起到触发导通之间的电角度称为控制角(或移相角),晶闸管在一个周期内导通的电角度称为导通角,用表示。,1 单相半波可控整流电路,图2.1.1 单相半波可控整流,(1)电阻性负载,(2.1.1),1 单相半波可控整流电路,上式表明,只要改变控制角(即改变触发时刻),就可以改变整流输出电压的平均值,达到可控整流的目的。,电阻性负载时参数计算:,根据波形图2.1.1 (b),可求出整流输出电压平均值为:,移相范围:整流输出电压Ud的平均值从最大
3、值变 化到零时,控制角的变化范围为移相范围。,当=0时,Ud=0,当=时,Ud=0.45U2为最大值。,单相半波可控整流电路带电阻性负载时移相范围为。,图2.1.1(b) 单相半波可控整流波形图,1 单相半波可控整流电路,电阻性负载时参数计算(续):,图2.1.1(b) 单相半波可控整流波形图,根据有效值的定义,整流输出电压的有效值为,(2.1.3),那么,整流输出电流的平均值Id和有效值I分别为,电流的波形系数Kf为,(2.1.6),(2.1.4),(2.1.5),上式(2.1.6)表明,控制角越大,波形系数Kf越大。,1 单相半波可控整流电路,电阻性负载时参数计算(续):,图2.1.1 单
4、相半波可控整流原理,(2.1.7),如果忽略晶闸管T的损耗,则变压器二次侧输出的有功功率为,电源输入的视在功率为,(2.1.9),(2.1.8),从上式可知,功率因数是控制角的函数,且越大,可控整流输出电压越低,功率因数PF越小。当=0时, =0.707为最大值。这是因为电路的输出电流中不仅存在谐波,而且基波电流与基波电压(即电源输入正弦电压)也不同相,即是使电阻性负载, 也不会等于1。,电路的功率因数,1 单相半波可控整流电路,(2)电感性负载,(等效为电感L和电阻R串联),图2.1.2 感性负载单相半波可控整流电路及其波形,工作原理,( 2) 电感性负载,1 单相半波可控整流电路,感性负载
5、上的输出电压平均值Ud为,故,(2.1.10),(2.1.11),(2.1.12),式(2.1.12)表明, 感性负载上的电压平均值等于 负载电阻上的电压平均值。,由于负载中存在电感,使负载电压波形出现负值部分,晶闸管的流通角变大,且负载中L越大,越大,输出电压波形图上负压的面积越大,从而使输出电压平均值减小。在大电感负载LR的情况 下,负载电压波形图中正负面积相近,即不论为何值, 。,(2) 电感性负载(大电感),1 单相半波可控整流电路,图2.1.3 LR 时不同时的电流波形,(2) 电感性负载(大电感),1 单相半波可控整流电路,大电感负载时输出平均电压为零,解决的办法是在负载两端并联续
6、流二极管D,如图2.1.4(a)所示。,图2.1.4 大电感负载接续流管的单相半波整流电路及电流电压波形,在电源电压正半周,负载电流由晶闸管导通提供;电源电压负半周时,续流二极管D维持负载电流;因此负载电流是一个连续且平稳的直流电流。大电感负载时,负载电流波形是一条平行于横轴的直线,其值为Id;,晶闸管与续流管承受的最大电压均为,1 单相半波可控整流电路,(3)电感性负载(大电感)参数计算,若设T和D分别为晶闸管和续流二极管在一个周期内的导通角, 则容易得出晶闸管的电流平均值为,流过续流二极管的电流平均值为,流过晶闸管和续流管的电流有效值分别为,(2.1.16),(2.1.13),(2.1.1
7、4),(2.1.15),1)优点:线路简单,调整方便; 2)缺点:(a)输出电压脉动大,负载电流脉动大(电阻性负载时)。(b)整流变压器次级绕组中存在直流电流分量, 使铁芯磁化,变压器容量不能充分利用。若不用变压器,则交流回路有直流电流,使电网波形畸变引起额外损耗。 3)应用:单相半波可控整流电路只适于小容量、波形要求不高的场合。,(4)单相半波可控整流电路特点:,1 单相半波可控整流电路,2 单相桥式可控整流电路,(1)阻性负载,图2.1.5 单相全控桥式整流电路 带电阻性负载的电路与工作波形,(的移相范围是0180),工作原理分析:,2 单相桥式可控整流电路,阻性负载参数计算:,3)输出电
8、流的平均值和有效值分别为,2)整流输出电压的有效值为,即Ud为最小值时,=180,Ud为最大值时=0,所以单相全控 桥式整流电路带电阻性负载时,的移相范围是0180。,1)整流输出电压的平均值,(2.1.17),(2.1.18),(2.1.19),(2.1.20),2 单相桥式可控整流电路,阻性负载参数计算:,4)流过每个晶闸管的平均电流为输出电流平均值的一半,即,5)流过每个晶闸管的电流有效值为,(2.1.22),(2.1.21),6)晶闸管承受的最大反向电压为 U2。,7)在一个周期内每个晶闸管只导通一次,流过晶闸管的电流 波形系数为,(2.1.23),2 单相桥式可控整流电路,阻性负载参
9、数计算:,9) 在一个周期内电源通过变压器两次向负载提供能量,因此负载电流有效值与变压器次级电流有效值I2相同。那么电路的功率因数可以按下式计算,8)负载电流的波形系数为,(2.1.25),(2.1.24),2 单相桥式可控整流电路,、 的移相范围相等,均为0180; 、输出电压平均值Ud是半波整流电路的倍; 、在相同的负载功率下,流过晶闸管的平均电流减小一半; 、功率因数提高了 倍。,通过上述数量关系的分析,电阻负载时,对单相全控桥式整流电路与半波整流电路可作如下比较:,2 单相桥式可控整流电路,(2)大电感负载,图2.1.6 单相全控桥式整流电路带电感性负载电路与波形图,工作原理分析:,电
10、路控制角的移相范围为0/2,2 单相桥式可控整流电路,大电感负载参数计算:,1)在电流连续的情况下整流输出电压的平均值为,2)整流输出电压有效值为,3)晶闸管承受的最大正反向电压为 U2。,(090),(2.1.26),(2.1.27),4)在一个周期内每组晶闸管各导通180,两组轮流导通, 变压器次级中的电流是正负对称的方波,电流的平均值Id和 有效值I相等,其波形系数为。,2 单相桥式可控整流电路,大电感负载参数计算:,5)在电流连续的情况下晶闸管电流的平均值和有效值为,(2.1.28),(2.1.29),单相全控桥式整流电路具有输出电流脉动小,功率因数高, 变压器次级中电流为两个等大反向
11、的半波,没有直流磁化问题, 变压器的利用率高。在大电感负载情况下,接近/2时,输出电压的平均值接 近于零,负载上的电压太小。且理想的大电感负载是不存在的, 故实际电流波形不可能是一条直线,而且在之前,电流就 出现断续。电感量越小,电流开始断续的值就越小。,结论:,图2.1.7 单相全控桥式整流电路带反电势负载电路与波形图,(3)反电势负载工作原理,2 单相桥式可控整流电路,反电动势负载:对于可控整流电路来说,被充电的蓄电池、电容器、正在运行的直流电动机的电枢(电枢旋转时产生感应电动势E)等本身是一个直流电压的负载。,图2.1.7 单相全控桥式整流电路带反电势负载电路波形图,(3)反电势负载工作
12、原理,2 单相桥式可控整流电路,导电角时,整流电流波形出现断流。其波形如图2.1.7(c)所示,图中的为停止导电角。也就是说与电阻负载时相比,晶闸管提前了电角度停止导电。,(2.1.30),时,若触发脉冲到来,晶闸管因承受负电压不可能导通。为了使晶闸管可靠导通,要求触发脉冲有足够的宽度,保证当 时刻晶闸管开始承受正电压时,触发脉冲仍然存在。这样就要求触发角。,反电势负载参数计算,2 单相桥式可控整流电路,(2.1.32),(2.1.31),1)整流器输出端直流电压平均值,2)整流电流平均值,(1)大电感负载时的工作情况,3 单相桥式半控整流电路,图2.1.8 单相半控桥式整流电路带 大电感负载
13、时的电压、电流波形图,晶闸管在触发时刻被迫换流,二极管则在电源电压过零时自然换流;由于自然续流的作用,整流输出电压ud的波形没有负半波的部分,与全控桥电路带电阻性负载相同。的移相范围为0180,Ud、d的计算公式和全控桥带电阻性负载时相同;流过晶闸管和二极管的电流都是宽度为180的方波且与无关,交流侧电流为正负对称的交变方波。,工作特点:,(1)大电感负载时的工作情况,3 单相桥式半控整流电路,图2.1.8 单相半控桥式整流电路带 大电感负载时的电压、电流波形图,在实际运行中,当突然把控制角 增大到180以上或突然切断触发电路时,会发生正在导通的晶闸管一直导通两个二极管轮导通的失控现象。此时触
14、发信号对输出电压失去了控制作用,失控在使用中是不允许的,为了消除失控,带电感性负载的半控桥式整流电路还需加接续流二极管。,续流二极管的作用:,消除失控,大电感负载时参数计算,3 单相桥式半控整流电路,输出电压平均值为,输出电压有效值为,(2.1.34),(2.1.33),3 单相桥式半控整流电路,在控制角为时,每个晶闸管一周期内的导通角为 ,续流管的流通角为 ,,大电感负载时参数计算,流经续流二极管的平均电流和有效电流分别为,(2.1.36),(2.1.35),(2.1.38),(2.1.37),则流过晶闸管的电流平均值和有效值分别为,第2章:整流电路,一、单相可控整流电路 二、三相可控整流电
15、路 三、变压器漏感对整流电路影响 四、大功率可控整流电路 五、有源逆变电路 六、晶闸管直流电动机系统 七、可控电路的驱动控制,1)在t1t2期间,相电压比、相都高,如果在t1时刻触发晶闸管导通,负载上得到相电压uA。2)在t2t3期间,相电压最高,若在t2时刻触发导通,负载上得到B相电压uB, 关断 。3)在t3 t4时期间,C相电压最高,若在t3刻触发导通,负载上得到相电压uC,并关断。,1 三相半波可控整流电路,(1)电阻性负载工作原理分析,图2.2.1 电阻性负载的三相半波可控整流电路及波形(=0),自然换流点:t1、t2和t3时刻距相电压波形过零点30电角度,它是各相晶闸管能被正常触发
16、导通的最早时刻,在该点以前,对应的晶闸管因承受反压,不能触发导通,所以把它叫做自然换流点。在三相相控整流电路中,把自然换流点作为计算控制角的起点,即该处=0(注意:这与单相可控整流电路是不同的)。,1 三相半波可控整流电路,(1)电阻性负载工作原理分析,图2.2.1 电阻性负载的三相半波可控整流电路及波形(=0),1 三相半波可控整流电路,(1)电阻性负载工作原理分析,当=30时,ud、id波形临界连续。,当=150时,整流输出电压为零。,在30时,输出电压和电流波形将不再连续; 在电源交流电路中不存在电感情况下,晶闸管之间的电流转移是在瞬间完成的; 负载上的电压波形是相电压的一部分; 晶闸管处于截止状态时所承受的电压是线电压而不是相电压。 整流输出电压的脉动频率为HZ(脉波数m=3)。,