《《电力电子技术（第2版）》周克宁（电子课件）第3章 交流.直流变换电路》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《电力电子技术（第2版）》周克宁（电子课件）第3章 交流.直流变换电路（112页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、电力电子技术,3.1 概述 3.2 单相可控整流电路 3.3 三相可控整流电路 3.4 有源逆变电路 3.5 整流电路的性能指标及应用技术 本章小结,第三章 交流-直流变换电路,第三章 交流-直流变换电路,第三章 交流-直流变换电路,整流电路 直接将交流电能转换为直流电能的电路称为交流-直流变换（AC-DC）电路， 通常称为整流电路。,整流电路的分类： 按电路结构分类： 半波电路每根电源进线流过单向电流 全波电路每根电源进线流过双向的交变电流 按电路控制特点分类： 不可控电路直流输出电压平均值不可改变，功率由电源流向负载 半控电路直流输出电压平均值可以改变，功率由电源流向负载 全控电路直流输出
2、电压平均值可以改变，功率可以双向流通,第一节 概 述,整流电路的分类： 按电源相数分类： 单相电路输出电压为单脉波和双脉波 三相电路输出电压为3脉波和6脉波 多相电路输出电压为 p (p6) 脉波 按电路的工作象限分类： 一象限整流器输出电压电流值处于电压电流特性的第一象限 二象限整流器输出电压电流值处于电压电流特性的第一或三象限 四象限整流器输出电压电流值处于电压电流特性的四个象限,第一节 概 述,3.2.1 单相半波可控整流电路 3.2.2 单相全控桥式整流电路 3.2.3 单相半控桥式整流电路,第二节 单相可控整流电路,第二节 单相可控整流电路,图3-1 单相半波可控整流电路及波形,1)
3、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，两者波形形状相同。,1. 单相半波可控整流电路(Single Phase Half Wave Controlled Rectifier),第二节 单相可控整流电路,第二节 单相可控整流电路,a,q,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,整流输出电压平均值为,第二节 单相可控整流电路,VT的a 移相范围为0,整流输出电流平均值为,基本数量关系,整流输出电压有效值为,第二节 单相可控整流电路,整流输出电流有效值为,流过晶闸管的电流平均值为,流过晶
4、闸管的电流有效值为,基本数量关系,第二节 单相可控整流电路,电流的波形系数,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：电感对电流变化有阻碍作用，使得流过电感的电流不发生突变。,讨论负载阻抗角、触发角a、晶闸管导通角的关系。,第二节 单相可控整流电路,感性负载上的输出电压平均值Ud为,故,感性负载上的电压平均值等于负载电阻上的电压平均值。,当VT处于通态时，如下方程成立：,b) VT处于导通状态,当 时， ，代入上式并整理得：,第二节 单相可控整流电路,初始条件： 求解上式并将初始条件代入可得：,由于负载中存在电感，使负载电压波形 出现负值部分，晶
5、闸管的导通角变大， 且负载中电感量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。,LR 时,不同时的电压、电流波形,大电感负载,大电感负载时输出平均电压为零，解决办法是在负载两端并联续流二极管。,第二节 单相可控整流电路,在大电感负载的情况下，负载电压波形图中正负面积趋于相近，即不论为何值，2-2 ，都有 Ud=0 。,续流二极管,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，VD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-VD回路中流通，此过程通常称为续流。,数量关系( id近似恒为Id ）,第二节 单相可
6、控整流电路,VT的a 移相范围为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,第二节 单相可控整流电路,1) 带电阻负载的工作情况,a),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,2.单相桥式全控整流电路 (Single Phase Bridge Contrelled Rect
7、ifier),第二节 单相可控整流电路,数量关系,流过晶闸管的电流平均值只有输出直流平均值的一半，即：,向负载输出的平均电流值为：,第二节 单相可控整流电路,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：,由上面两式得：,整流输出电压的有效值：,第二节 单相可控整流电路,u,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，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，V
8、T1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。,第二节 单相可控整流电路,2) 带阻感负载的工作情况,数量关系,晶闸管移相范围为0 90。,晶闸管导通角与a无关，均为180。电流的平均值和有效值：,晶闸管承受的最大正反向电压均为 。,第二节 单相可控整流电路,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 。,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
9、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，,第二节 单相可控整流电路,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。,如图所示 id 波形：,电流连续,第二节 单相可控整流电路,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,整流输出电压为：,第二节 单相可控整流电路,负
10、载电流的平均值：,第二节 单相可控整流电路,例：,如图所示为单相双半波整流电路。大电感负载， 电流波形连续。已知Rd=10，U2=55V。计算整 流输出电压，并画出60时的输出电压ud、 晶闸管电压uVT1的波形图。,电路结构 单相全控桥中，每个导电回路中有2个晶闸管，1个晶闸管可用二极管代替，从而简化整个电路。 即成为单相半控桥式整流电路。,3. 单相半控桥式整流电路,第二节 单相可控整流电路,大电感负载,3. 单相半控桥式整流电路,第二节 单相可控整流电路,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,大电感负载(带续流二极管),图3-10 单相桥式半控整流电路，有续流二极管，大
11、电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VD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，VD导通续流，ud又为零。,第二节 单相可控整流电路,续流二极管的作用,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，其平均值保持恒定，称为失控。 有续流二极管VD时，续流过程由VD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
12、利于降低损耗。,第二节 单相可控整流电路,单相半控桥式整流电路的另一种接法,相当于把VT3和VT4换为二极管VD3和VD4，这样可以省去续流二极管VD，续流由VD3和VD4来实现。,图： 单相全控桥式 带电阻负载时的电路及波形,图： 单相桥式半控整流电路的另一接法,第二节 单相可控整流电路,3.3.1 三相半波可控整流电路 3.3.2 三相全控桥式整流电路 3.3.3 变压器漏抗对整流电路的影响,第三节 三相可控整流电路,第三节 三相可控整流电路,交流侧由三相电源供电。 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 。,第三节 三
13、相可控整流电路,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 。,1）阻性负载,第三节 三相可控整流电路,1. 三相半波可控整流电路,图：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,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。,第三节 三相可控整流电路,1. 三相半波可控整流电路,1）阻性负载,a=0时的工作原理分析,变压器二次侧a相绕组和晶闸管VT1的电流波形，变压器二次绕组电流有直流分
14、量。 晶闸管的电压波形，由3段组成。,图： 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,a=30的波形 特点：负载电流处于连续和断续之间的临界状态。 特点：负载电流断续，晶闸管导通角小于120 。,b),c),d),e),f),u,2,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,R,第三节 三相可控整流电路,图: 三相半波可控整流电路,电阻负载，a=30时的波形,图：三相半波可控整流电路，电阻负载， a=60时的波形,a30
15、的情况,三相半波可控整流电路 带阻性负载时的特点： 一个区间内只有一个晶闸管导通， 每个周期内，3个晶闸管轮流导通一次； a =0时，输出电压最大； a =150，输出电压为零，移相范围为0 150； 当 30 时，负载电流波形连续，每个晶闸管导通角 120； 当30时，负载电流波形断续，每个晶闸管导通角120； 晶闸管承受的最高正向电压为 ，最高反向电压为,第三节 三相可控整流电路,整流电压平均值的计算,a30时，负载电流断续，晶闸管导通角减小，此时有：,第三节 三相可控整流电路,Ud/U2随a变化的规律如图中的曲线1所示。,图：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,第三节 三相可控整流电路,2）阻感负载 (a=60),图：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,特点：阻感负载，L 值很大，id波形基本平直。 a30时：整流电压波形与电阻负载时相同。 a30时（如a=60时的波形如右图所示）。 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。 id波形有一定的脉动，但为简化分析及定量计算，可将id近似为一条水平线。 阻感负载时的移相范围为90。,
