电力电子技术教学课件第3章 整流电路

suct-kyzl预祝你考研成功！ 第3音餐泫电路 3.1单相可控整流电路 3.2三相可控整流电路 3.3变压器漏感对整流电路的影响 3.4电容滤波的不可控整流电路 3.5整流电路的谐波和功率因数 3.6大功率可控整流电路 3.7整流电路的有源逆变工作状态 3.8相控电路的驱动控制 本章小结 华南理工考研资料联盟（每年更新）：http://suct- suct-kyzl预祝你考研成功！ 引言 ■整流电路(Rectifier)是电力电子电路中出现最 早的一种，它的作用是将交流电能变为直流电能 供给直流用电设备。 ■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，分 为单拍电路和双拍电路。 华南理工考研资料联盟(每年更新)：http://suct- 3/131 suct-kyzl预祝你考研成功！ 3.1.1单相半波可控整流电路 3.1.1单相半波可控整流电路 3.1.2单相桥式全控整流电路 3.1.3单相全波可控整流电路 3.1.4单相桥式半控整流电路 ■带电阻负载的工作情况 ♦变压器T起变换电压和隔离的 作用，其一次侧和二次侧电压瞬时 值分别用&和表示，有效值分别 用久和［/2表示，其中的大小根据 需要的直流输出电压％的平均值仏 确定。 ♦电阻负载的特点是电压与电流 成正比，两者波形相同。 ♦在分析整流电路工作时，认为 晶闸管（开关器件）为理想器件， 即晶闸管导通时其管压降等于零， 晶闸管阻断时其漏电流等于零，除 非特意研究晶闸管的开通、关断过 程，一般认为晶闸管的开通与关断 过程瞬时完成。 ♦改变触发时刻，形随之改变，直流输出电压为极性不变 但瞬时值变化的脉动直流，其波形只在&正半周内出现，故称“半 波”整流。加之电路中采用了可控器件M闸管，且交流输入为单相, 故该电路称为中相半波可控整流电路。整流电压《＞形在一个电源 周期中只脉动1次，故该电路为中.脉波整流电路。 ♦基本数量关系 脑鵬臟的电角 ^3:晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度称为导通角。 @直流输出电压平均值 Ud = -^― sin cotd{cot} = 乙(1 + cos a) = 0.45t72 + cosa 9 TT. '' @随着tz增大，减小，该电路中VT的a移相范围为180% ♦儲豐虫耀目控制直流输出电压大小的方式称为撇 图3-2带阻感负载的单相半 波可控整流电路及其波形 ■带阻感负载的工作情况 ♦阻感负载的特点是电感对电流变化有抗 拒作用，使得流过电感的电流不能发生突变。 ♦电路分析 穿晶闸管VT处于断态，kOwfO，!/ vf=u 2 o 度在冰7时刻，即触发角a处 Vl的存在使能突变，G从0开始增 加。 牙七由正变负的过零点处，G己经处于 减小的过程中，但尚未降到零，因此VT仍 处于通态。 时刻，电感能量释放完毕，~降至 零，VT关断并立即承受反压。 @由于电感的存在延迟了 VT的关断时刻， 使以＞形出现负的部分，与带电阻负载时相 比其平均值下降。 7/131 华南理工考研资料联盟（每年更新）：http://suct- suct-kyzl预祝你考研成功！ 3.1.1单相半波可控整流电路 ♦电&电子电路的一种基本分析 @把器件理想化，将电路简化 为分段线性电路。 @器件的每种状态组合对应一 种_性电路拓竓，f侁通断迖 态变化时，电稔拓扑发生改变。 以前述单相半波电路为例 V当VT处于断态时，相当 于电路在VT处断开， /d=0o当VT处于通时， 相当于VT短路。两种情 L VT b) 图3-3单相半波可控整流电 路的分段线性等效电路 a) VT处于关断状态 b) VT处于导通状态 况的等效电路如图3-3所 VVT处于通态时，如下方程成立: L R b) 图3-3 b) VT处于导通状态 1 • (3-2) L —+ Rid = y[2U2 sin cot At e aL' +^^-sm(6)r-^) (3-3) R O-a) 在VT导通时刻，有^⑷f^=0,这是式(3-2)的初 始条件。求解式(3-2)并将初始条件代入可得 9/131 华南理工考研资料联盟(每年更新)：http://suct- I _! cbL 式中，Z = jR2 + (a)L):，史=tg I。由此式可得出图3-2e所示的形。 当⑺/=许^7时，i/=0,代入式(3-3)并整理得 (3-4) sin(cr — cp)e tg(p = sin(沒oc — cp) suct-kyzl预祝你考研成功！ 3.1.1单相半波可控整流电路 V若为定值，6Z角大，6越小。 若6Z为定值，0越大，6越大，且 平均值越接近零。为解决上述矛 盾，在整流电路的负载两端并联一 个二极称为续流二极管，用 vdr表示。 ♦有续流二极管的电路 @电路分析 么2正半周时，与没有续流二极管 时的情况是一样的。 々当过零变负时，VDR导通，ud 为零，此时为负的心通过VDR向VT 施加反压使其关断，L储存的能量保 证了电流＜^L-R-VDr回路中流通， 此过程通常称为续流。 图3-4单相半波带阻感负载有 续流二极管的电路及波形 V若L足够大，~连续，且/＞形接 近一条水平线。 @基本数量关系 V流过晶闸管的电流平均值和有效值4分别为: V续流二极管的电流平均值心^和有效值/^分别为 (3-5) (3-6) (3-7) (3-8) V其移相范围为180°,其承受的最大正反向电压均为心的峰值即V2t7? 续流二极管承受的电压为-My其最大反向电压为万^，亦为〃2的峰值。 ■单相半波可控整流电路的特点是简单，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。为使变压器铁芯不饱和，需增 大铁芯截面积，增大了设备的容量。 11/131 华南理工考研资料联盟（每年更新）：http://suct- suct-kyzl预祝你考研成功！ 3.1.2单相桥式全控整流电路 ■带电阻负载的工作情况 ♦电路分析 琢闸管VT^tlVT^f.成一对桥臂，VT2 和VT3组成另一对桥臂。 @在正半周（即a点电位高于b点电 位） V若4个晶闸管均不导通， VTP VT4串联承受电压w2。 々在触发角a处给VTdDVT4加触发脉 冲，VTjaVT/P导通，电流从电源a端经 VTP R、又1\流回电源b端。 @当心过零时，流经晶闸管的电流也 降到零，VTjt!VT4关断。 @在心负半周，仍在触发角a处触发 VT2^nVT3, VT#VT3导通，电流从电源b 端流出，经VT3、R、乂12流回电源a端。 图3-5单相全控桥式 带电阻负载时的电路及波形 衝到A过零时，电流又降为零， VT3关断。 ♦基本数量关系 @晶闸管承受的最大正向电压和反向电压分别为 也U: 和75b2。 2 流电压平均值为： Ud =丄sm 福㈣=g 咚 1115! = 0.9(/，(3-9) “0时，u尸 Ufl戶.9U2。(x=180°时，f/尸0。可见;a角 的移相范幽为沒0。。 @向负载输出的直流电流平均值为: (3-10) T _Ud _ 25/2^2 1 + cos a _ n n % 1 + cos a 1 d= = = = u.y ■ R tiR 2 R @流过晶闸管的电流平均值: & =【£(，祕产+ n (3-12) 3压器二次侧电流有效奉直流电流有效值職 1 h R」諸W⑻」2，n2a+兀 (3-13) (3-11) 过^闸管的电流有效 由式(3-12)和(3-13)可见："=去， (3-14) @不考虑变压器的损耗时，要求变压器的容量为知^7/2。 13/131 华南理工考研资料联盟(每年更新)：http://suct- suct-kyzl预祝你考研成功！ 3.1.2单相桥式全控整流电路 21/131 华南理工考研资料联盟(每年更新)：http://suct- ■a 必t 厂_ t L t 图3-6单相桥式全控整流电流带 阻感负载时的电路及波形 ■带阻感负载的工作情况 ♦电路分析 @在《2正半周期 触发角cr处给晶闸管VTjD VT4W 触发脉冲使其开通，U（（=u2。 W负载电感很大，&不能突变且波 形近似为一条水平线。 过零变负时，由于电感的作用 晶闸管VTddVT4中仍流过电流心，并不 关断。 ^（Dt=7^c^刻，触发VTjnVT3， VTjl]VT3导通，w2通过VTjnVT3分别 向VTjnvTj_n反压使VTjn vt4关断， 流过VTjDVT4的电流迅速转移到VTjD VT3上，此过程称为换相，亦称换流。 ♦基本数量关系 @整流电压平均值为: (3-15) UA= — p "" sin^d(6)?) = ^^-U2 cos a = 0.9t/2 cos a 冗71 当a=0时，Ud（^Q.9U2。a=90Q时，t/rf=0。晶闸管移相范围 为90% @晶闸管承受的最大正反向电压均为 @晶闸管导通角0与a无关，_匀为180°,其电流平均值和 有效值分别为：^T=|/d和A =^d=0-7077d。 @变压器二次侧电流^的波形为正负各180"的矩形波，其 相位由a角决定，有效值/2=人。 图3-7单相桥式全控整流电路接反电动势一电阻负载时的电路及波形 ■带反电动势负载时的工作情况 ♦当负载为蓄电池、直流电动机的电枢（忽略其中的电感）等时，负载可看 成一个直流电压源，对于整流电路，它们就是反电动势负载。 ♦电路分析 ^\u2\>E时，才有晶闸管承受正电压，有导通的可能。 氓晶闸管导通之后，U戶2, id=i^，直至\u2\=E, 卩降至0使得晶闸管 关断，此后％=E。 @与电阻负载时相比，晶闸管提前了电角度初亭止导电，濟尔为停止导电角。 3 = （3-16） @当6/<卻寸，触发脉冲到来时，晶闸管承受负电压，不可能导通。 @触发脉冲有足够的宽度，保证当奴=卻寸刻有晶 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么 @在6^角相同时，整流输出电压比电阻负载时 ♦电流断续 形在一周期内有部分时间为0的情况，称为 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。 @电感量足够大使电流连续，晶 闸管每次导通180°,这时整流 电压的波形和负载电流id的 波形与电感负载电流连续时的 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 波形相同，的计算公式亦一样。 @为保证电流连续所需的电感量L可由下式求出: (3-17) dm in 2^g- = 2.87xl0-3-^2 腿1 dmin 1 ■例：单相桥式全控整流电路，t/2=100V，负载中R=2£2, L值极大，反电势 E=60V，当 «=30°时，要求： ① 作出^1^2的波形； ② 求整流输出平均电压电流Ar变压器二次侧电流有效值 ③ 考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。 解：①i/口乙的波形如图3-9