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1、第三第三章章 整流电路整流电路AC to DC ConvertersAC to DC Converters(Rectifiers)(Rectifiers)1本章主要内容本章主要内容单相可控整流电路单相可控整流电路三相可控整流电路三相可控整流电路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整流电路的谐波和功率因数整流电路的谐波和功率因数大功率可控整流电路大功率可控整流电路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2本章主要内容本章主要内容本章重点应掌握：本章重点应掌握： 各种整流电路的电路形式各种整流电路的电路形式 分析各种整流电路的工作原理分析各种整流电路的工作原理 会计算各
2、种电路的参数会计算各种电路的参数 分析各种波形分析各种波形 整流电路产生有源逆变状态的条件及发生整流电路产生有源逆变状态的条件及发生逆变颠覆的原因逆变颠覆的原因 功率因数的概念功率因数的概念本章难点：本章难点：整流电路的波形分析和参数计算整流电路的波形分析和参数计算3按电路结构分按电路结构分 半波电路：每根电源进线流过单向电流，又称为零半波电路：每根电源进线流过单向电流，又称为零 式电路或单拍电路式电路或单拍电路 全波电路：每根电源进线流过双向电流，又称为桥全波电路：每根电源进线流过双向电流，又称为桥 式电路或双拍电路式电路或双拍电路 按电源相数分类按电源相数分类 单相电路：单脉波或双脉波单相
3、电路：单脉波或双脉波 三相电路：三脉波或六脉波三相电路：三脉波或六脉波 多相电路：多脉波多相电路：多脉波按电路的工作范围分类按电路的工作范围分类 单象限电路单象限电路 多象限电路多象限电路 整流电路的分类整流电路的分类5 按电路控制特点分类按电路控制特点分类不可控电路：不可控电路：电路的直流输出电压平均值同交流电源电路的直流输出电压平均值同交流电源电压的比值固定不变，且功率流向只能由电源流电压的比值固定不变，且功率流向只能由电源流向负载，为单向变流器。这种电路的控制器件一向负载，为单向变流器。这种电路的控制器件一般是二极管。般是二极管。半控电路：半控电路：电路的直流输出电压平均值与交流电源电电
4、路的直流输出电压平均值与交流电源电 压的比值可以改变，但功率流向仍为单向，只能压的比值可以改变，但功率流向仍为单向，只能由电源侧流向负载侧。这种电路的控制器件一般由电源侧流向负载侧。这种电路的控制器件一般是晶闸管和二极管同时存在。是晶闸管和二极管同时存在。全控电路：全控电路：电路的直流输出电压值可以改变，且功率电路的直流输出电压值可以改变，且功率 流向是双向的。全控整流电路中控制器件主要为流向是双向的。全控整流电路中控制器件主要为晶闸管晶闸管 整流电路的分类整流电路的分类6单相可控整流电路单相可控整流电路整流电路形式整流电路形式 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路 单相桥式全控整流电路单
5、相桥式全控整流电路 单相全波可控整流电路单相全波可控整流电路 单相桥式半控整流电路单相桥式半控整流电路负载形式：负载形式：阻性负载，阻感负载，反电动势负载阻性负载，阻感负载，反电动势负载 7单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路(Single Phase Half Wave Controlled Rectifier)(Single Phase Half Wave Controlled Rectifier)假定：假定：电路中开关器件为理想器件，即器件通态压电路中开关器件为理想器件，即器件通态压降为零，阻断状态下电流为零，动态响应是瞬时的降为零，阻断状态下电流为零，动态响应是瞬时的，也不考虑变压
6、器漏抗对电路的影响，也不考虑变压器漏抗对电路的影响 电路的工作状态电路的工作状态 阻性负载阻性负载 感性负载感性负载 反电动势负载反电动势负载8单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路阻性负载阻性负载(Single Phase Half Wave Controlled Rectifier(Single Phase Half Wave Controlled Rectifier Resistive Load) Resistive Load)变压器变压器T T起变换电压和起变换电压和电气隔离的作用。电气隔离的作用。电阻负载的特点：电压电阻负载的特点：电压与电流成正比，两者波与电流成正比，两者波形相同
7、。形相同。注意：输出电压和电流注意：输出电压和电流波形，晶闸管承受的电波形，晶闸管承受的电压波形压波形9单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路阻性负载阻性负载 几个基本概念：几个基本概念：触发延迟角触发延迟角(Triggering (Triggering delay delay angle)angle)：从晶闸管开始承受正：从晶闸管开始承受正向阳极电压起到施加触发脉向阳极电压起到施加触发脉冲止的电角度冲止的电角度, ,用用 表示表示, ,也称也称触发角触发角(firing (firing angle)angle)或控制角或控制角(control angle)(control angle)。导
8、通角：导通角：晶闸管在一个电源晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度，周期中处于通态的电角度，用用 表示表示 。10单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路阻性负载阻性负载同步：同步：要使整流输出电压稳定，则要求每个周期要使整流输出电压稳定，则要求每个周期中触发角都相同，所以要求触发脉冲信号与电源中触发角都相同，所以要求触发脉冲信号与电源电压在频率和相位上要协调配合，这种相互协调电压在频率和相位上要协调配合，这种相互协调配合的关系，称之为同步。配合的关系，称之为同步。移相：移相：改变触发角改变触发角的大小，即改变触发脉冲电的大小，即改变触发脉冲电压压出现的相位，称为移相。出现的相位，称为移相。
9、移相范围：移相范围：触发角触发角从从开始到最大触发电角度开始到最大触发电角度的区间称为移相范围。的区间称为移相范围。 几个基本概念：几个基本概念：11单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路阻性负载阻性负载 移相范围为移相范围为180180 通过控制触发脉冲的相位来控制直流输出电压大小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，简称的方式称为相位控制方式，简称相控方式相控方式。 基本数量关系基本数量关系直流输出电压平均值为直流输出电压平均值为12单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路阻性负载阻性负载基本数量关系基本数量关系负载电流有效值负载电流有效值 负载电流平均值负
10、载电流平均值整流输出电压有效值整流输出电压有效值13单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路阻性负载阻性负载单相半波电路中，流过晶闸管的电流有效值单相半波电路中，流过晶闸管的电流有效值 基本数量关系基本数量关系晶闸管选用原则：晶闸管选用原则： a a） 按有效值相等的原则选用，并考虑一定裕量按有效值相等的原则选用，并考虑一定裕量 晶闸管额定电流有效值平均值之间的关系晶闸管额定电流有效值平均值之间的关系 b b） 考虑散热，选择与之相应的散热器考虑散热，选择与之相应的散热器流过晶闸管的电流平均值为流过晶闸管的电流平均值为14单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路阻性负载阻性负载晶闸管器件承受的
11、最大正晶闸管器件承受的最大正向和反向电压均为电源电向和反向电压均为电源电压最大值压最大值基本数量关系基本数量关系15例例21. 21. 单相半波可控整流电路，电阻性负载，不经整流变压单相半波可控整流电路，电阻性负载，不经整流变压器直接与器直接与220V220V交流电源相接，要求输出的直流平均电压为交流电源相接，要求输出的直流平均电压为85V85V，最大输出直流平均电流为最大输出直流平均电流为20A20A，求此电路中，求此电路中 、R R、U U、I I2 2、I IT T、I IdTdT和和 ，并选择晶闸管（考虑，并选择晶闸管（考虑2 2倍裕量）。倍裕量）。 解：解：1. 1. 已知已知 ,
12、,根据公式根据公式 2. 2. 已知已知 ， ，可计算负载电阻，可计算负载电阻单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路阻性负载阻性负载3. 3. 整流输出电压有效值整流输出电压有效值164. 4. 交流侧电流有效值交流侧电流有效值单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路阻性负载阻性负载5. 5. 流过晶闸管的电流有效值和平均值流过晶闸管的电流有效值和平均值晶闸管电流定额，应选额定电流为晶闸管电流定额，应选额定电流为50A50A的晶闸管；的晶闸管；6. 6. 功率因数功率因数7. 7. 选择晶闸管定额选择晶闸管定额晶闸管的电压定额，应选额定电压为晶闸管的电压定额，应选额定电压为700V700V左
13、右的晶闸管。左右的晶闸管。17单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路感性负载感性负载当负载的感抗（当负载的感抗（ ）与电阻）与电阻R R相比不可忽略时相比不可忽略时称为称为感性负载感性负载，例如各种电机的励磁绕组、电，例如各种电机的励磁绕组、电磁铁线圈等。磁铁线圈等。 电感存在对电路的影响：电感存在对电路的影响：对电流的变化起抗拒对电流的变化起抗拒作用，流过电感器件的电流不能突变，当作用，流过电感器件的电流不能突变，当电感中电流增加时，电感产生一自感电势电感中电流增加时，电感产生一自感电势阻止电流增加，而当电感中电流减小时，阻止电流增加，而当电感中电流减小时，自感电势又将阻止电流的减小。自感
14、电势又将阻止电流的减小。 18单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路感性负载感性负载讨论负载阻抗讨论负载阻抗角角j j、触发触发角角 、晶闸管导通角晶闸管导通角 的关的关系。系。单相半波可控整流电路带大电单相半波可控整流电路带大电感负载时，不管怎样调节控制感负载时，不管怎样调节控制角，其输出直流电压平均值总角，其输出直流电压平均值总是很小，平均电流值也很小。是很小，平均电流值也很小。所以此电路是无法使用的。为所以此电路是无法使用的。为了解决这个问题，通常是在整了解决这个问题，通常是在整流电路的负载两端并联一个硅流电路的负载两端并联一个硅整流二极管整流二极管D DR R，称为，称为续流二极续流
15、二极管管 19单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路感性负载感性负载带续流二极管电路带续流二极管电路当当u u2 2过零变负时，过零变负时，VDVDR R导导通，通，u ud d为零，为零，VTVT承受反承受反压关断。压关断。L L储存的能量保证了电流储存的能量保证了电流i id d在在L-R-VDL-R-VDR R回路中流通回路中流通，此过程通常称为续流。，此过程通常称为续流。20若晶闸管触发角为若晶闸管触发角为 ，则导，则导通角为通角为 ，续流二极管，续流二极管导通角即为导通角即为 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路感性负载感性负载带续流二极管电路带续流二极管电路整流输出电压平均值
16、整流输出电压平均值与阻性负载时相同与阻性负载时相同电路的移相范围仍为电路的移相范围仍为21单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路感性负载感性负载带续流二极管电路带续流二极管电路流过晶闸管电流平均值流过晶闸管电流平均值流过续流二极管的电流平均值流过续流二极管的电流平均值22晶闸管可能承受的最大正、反晶闸管可能承受的最大正、反向电压均为向电压均为 ，续流二极管，续流二极管可能承受的最大反向电压也为可能承受的最大反向电压也为 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路感性负载感性负载流过晶闸管的电流有效值为流过晶闸管的电流有效值为流过续流二极管的电流有效值为流过续流二极管的电流有效值为带续流二极管电路带续流二极管电路23当整流电路中接有当整流电路中接有大电感负载大电感负载时，由于晶闸管时，由于晶闸管触发导通的瞬间，电流从零开始缓慢上升，如触发导通的瞬间，电流从零开始缓慢上升，如触发脉冲宽度不够，有可能发生电流未上升到触发脉冲宽度不够，有可能发生电流未上升到晶闸管的擎住电流触发脉冲就已消失的情况，晶闸管的擎住电流触发脉冲就已消失的情况，从而使晶闸管在触发脉冲消失后又恢复正向阻从而使晶闸管在触发
