电力电子技术整流电路

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1、整流电路,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。 按电路形式可分为半波，全波和桥式。 按交流输入相数分为单相电路和多相电路。,4.1.1单相半波不可控整流电路,1.电阻负载,电路图； 工作原理； 输出波形（电压，电流） 数量关系： 输出电压和电流的平均值和有效值,则整流输出电压平均值为： 输出电流平均值为： 由有效值定义，输出电压和电流有效值为：,2.R-L负载,电路图； 输出波形（电压，电流） 二极管延迟导通的原因,二极管延迟导通的原因 交流电源Us的负半周期中，可将Us 看成一个上负下正的直流电源，同时 电感L为了阻止回路中电流i的减小， 会产生一个感应电势VL，其方

2、向为上负下正。,此时加在VD两端的电压为VL-Us，在Us刚刚过零变负的一小段时间内Us的绝对值较小，则VD主要承受VL提供的正向电压，所以VD继续导通。随着Us的慢慢变大，当Us的绝对值大于VL时VD就会承受方向电压而关断。,3.R-C负载（略）,4.1.2单相半波可控整流电路,1.电阻负载,电路图； 工作原理；,在电源正半周，晶闸管承受正向阳极电压，处于正向阻断状态，假定 时刻发出触发脉冲，则晶闸管从正向阻断状态进入导通状态，晶闸管一旦被触发，门极失去控制作用，故触发信号只需一个脉冲电压即可。,输出波形,数量关系,定义：从晶闸管本身承受正向电压起到加上触发脉冲这一角度称为控制角（触发角）。

3、 在阻性负载条件下，晶闸管导通角度为导通角，显然有=- 。 当触发角为时，整流输出电压平均值为： 上式说明Vo与关系是非线性的。 从0到 ，则输出电压平均值从最大值变到零。这意味着改变控制角 就可以改变输出电压的平均值，达到可控整流的目的。不控整流是=0时的可控整流电路的一种特殊情况。,由有效值定义，整流输出电压、电流的有效值为： 整流输出电流有效值与其平均值之比为波形系数：,例1.某一电热负载，要求直流电压60V，电流30A，采用单相半波可控整流电路，直接由220V电网供电，计算晶闸管的导通角及电流有效值。,2.感性负载与续流二极管,电路图； 工作原理；,在t=时刻触发晶闸管，电压被加到感性

4、负载上。由于电感存在，负载电流不能突变，所以电流从0开始上升，达到最大值后，然后开始下降，由于电感的感应电势影响，尽管电源电压已反向，但晶闸管仍然为正偏，继续导通。所以在电源负半周的一段时间里，负载电流仍继续流动，直到感应电动势与电源电压瞬时值相等为止。此时回路电压为零，负载电流下降到零。,输出波形,使用续流二极管的原因,原因：在单相半波可控整流电路中，由于电感存在，整流输出平均电压变小，特别是在大电感负载下，输出电压接近于零,且负载电流不连续，为解决这个问题，只要在负载两端并接一个续流二极管即可。,续流二极管的工作原理：,在电源电压的正半周期，二极管截止，其工作情况与不接续流二极管时的情况相

5、同 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。,使用续流二极管后的输出波形：,特点： 感性负载加上续流二极管后其输出平均电压Ud的波形与阻性负载相同； 由于负载电感较大，可把负载上的输出电流Id近似的看成一个常数； 晶闸管与二极管的平均电流分别是,晶闸管与二极管的有效电流分别是,4.2.1单相桥式（单相全桥）不可控整流电路,1.电阻负载,电路图； 工作原理,工作原理 单相全桥整流电路中，整流二极管分两组轮流导通，对角二极管同时导通，同时截止；带中心抽头的全波整流电路中，两个二极管轮流导通。,数量关系 输

6、出直流电压平均值：,单相全桥与单相全波（带抽头）的区别,2.R-L负载,电路图； 输出电压波形,输出电压波形是否有反向（二极管是否存在延迟导通的情况）？,4.2.2单相桥式可控整流电路,1.电阻负载,电路图； 工作原理；,工作原理与单相桥式不可控类似，只是，在VT1和VT4导通时，VT2和VT3承受反向电压而截止，VT2和VT3导通时，VT1和VT4承受反向电压而截止。两组触发两组触发脉冲相位相差180o。,单相桥式可控整流电路的输出波形（阻性）,数量关系,由于属于全波整流，因此其输出平均电压为半波整流的两倍,当=0时，相当于不控桥式整流；当=时，输出电压为零，故晶闸管可控移相范围为0到。,负

7、载电流平均值为：,1.R-L负载,电路图；,输出波形与工作原理,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VT2和VT3得到控制脉冲，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。,数量关系,电流连续时，输出电压平均值为：,输出电压有效值为：,带反电动势负载时的工作情况,在|u2|E时，才有晶闸管承 受正电压，有导通的可能。,导通之后， ud=u2， ， 直至|u2|=E，id即降至0使得 晶闸管关断，

8、此后ud=E 。,电流连续,电流断续,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。,如果，触发脉冲到来时，晶闸管因承受反向电压而不能被触发导通。,例2.单相桥式全控整流电路，U2=100V，负载中R=20，L值极大，当=/6时，要求： 作出输出平均电压Ud、平均电流Id和变压器二次电流I2的波形； 求整流输出平均电压、电流，变压器二次电流有效值；,解：波形如图,2） 求整流输出平均电压、电流，变压器二次电流有效值；,单相全波可控整流电路,单相全波可控整流电路及波形,例3. 整流电路如下图所示，由一只晶闸管与一只

9、整流二极管组成，已知U2=220 V，=45。求： 画出=45时Ud=的波形 输出直流电压Ud,解：,其中，Ud1为VT导通时的平均电压值，Ud2为VD导通时的平均电压值。,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；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。,单相桥式半控整流电路的另一种接法,相当于

10、把左图中的VT3和VT4换为二极管VD3和VD4，这样可以省去续流二极管VDR，续流由VD3和VD4来实现。,单相全控桥式 带电阻负载时的电路及波形,单相桥式半控整流电路的另一接法,电阻负载 半控电路与全控电路在电阻负载时的工作情况相同。,例4.单相桥式半控整流电路，电阻性负载，画出二极管VD2，VD4在一周内承受的电压波形,分析：注意到二极管的特点，承受电压为正即导通。因此，二极管承受的电压不会出现正的部分。,单相半控桥带阻感负载的情况,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VD3续流。 在u2负半周触发角a时刻触

11、发VT2，VT2导通，u2经VT2和VD3向负载供电。 u2过零变正时，VD4导通，VD3关断。VT2和VD4续流，ud又为零。,失控现象及解决办法,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。,为避免这种情况的发生，可在负载侧并联一个续流二极管，感应电势经续流二极管续流，而不再经过VT1和VD3，这样就可以使VT1恢复阻断能力，,单相半控桥带阻感负载的波形,单相半控桥带阻感负载的数量关系,输出平均电流Ud（V0）为：,输出平均电流Id为：,晶闸管和续流二极管的平均电流分别为：,晶闸管和续流二极管

12、的有效电流分别为：,例5.某一电感负载要求直流电压范围是1560V，电压最高时电流是10A，采用具有续流二极管的单相桥式半控电路，从220V电源经变压器供电，考虑最小控制角min=25,计算电源有效值U2；负载电压为60V和15V时晶闸管、续流二极管的电流有效值。,解：=25时，Ud=60V,当Ud=15 V时,cos=,=121,电路特点,4.3.2三相半波可控整流电路,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 。,电阻负载工作原理,相电压波形如右图所示，在t1- t2期间，a相电压比b和c相都高

13、。如果在t1时刻触发晶闸管VT1使其导通，此时负载上得到a相相压。在t2- t3 期间，b相电压最高，在t2时刻触发晶闸管VT2导通。此时VT1因承受反向电压而关断，负载上得到b相电压，在t3时刻触发晶闸管VT3导通，负载上得到c相电压。,电阻负载工作原理,导通规律： 三相电压中哪相最高就触发与之相连的晶闸管导通。,思考一： 把三个晶闸管换成二极管，导通情况如何？,思考二： 把三个二极管采用共阳接法，导通情况又如何？,电阻负载工作原理,自然换相点： 把晶闸管换成不可控的整流二极管，相电压的交点就是二极管的自然换相点,自然换相点为导通角起点： 在三相电路中，通常规定t=/6为触发角的起算点，即该

14、处=0，各相触发脉冲依次间隔/3。在一个周期内，三相电源轮流向负载供电，负载电流是连续的。,电阻负载数量关系/6,观察右图可发现=/6是负载电流连续和断续的临界点,/6时负载平均电压Ud如何计算？,先计算一个周期之内一相电压的输出平均值，而负载总的平均电压就是这个值的3倍，所以Ud为：,电阻负载数量关系/6,观察右图可发现=/3时，a相电压减至零时VT1关断，而此时下一个触发脉冲还未到来，故负载上的电压输出波形断续，Ud为：,电阻负载数量关系/6,若触发角继续增大，Ud将随之减小。当5/6时晶闸管获得触发脉冲时，承受的相电压已为负值，不可能导通，Ud为零。,阻感负载波形,三相半波可控整流电路，

15、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。 30时 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。 若增大，波形中负的部分将增多，直到=/2时，Ud波形中正负面积相等，Ud=0,u,d,i,a,u,a,u,b,u,c,i,b,i,c,i,d,u,ac,O,w,t,O,w,t,O,O,w,t,O,O,w,t,a,w,t,w,t,阻感负载带续流二极管,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,为了避免整流输出电压波形出现负值，可在大电感负载两端并联续流二极管，以提高输出平均电压值，改善负载电流的平稳性,u,d,i,a,u,a,u,b,u,c,i,b,i,c,i,d,u,ac,O,w,t,O,w,t,O,O,w,t,O,O,w,t,a,w,t,w,t,数量关系（与阻性一样） /6时：,/6时：,晶闸管的平均电流Ivt,例6.三相半波可控整流电路，U2=100V，带电阻电