第3章整流电路2014.

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第3章整流电路2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。33.1单相可控整流电路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43.1.1单相半波可控整流电路)u1u2uVTudidwt1p2ptttu2uguduVTaq0b)c)d)e)00图3-1单相半波可控整流电路及波形◆变压器T作用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u1和u2表示，有效值分别用U1和U2表示，其中U2的大小根据需要的直流输出电压ud的平均值Ud确定。■带电阻负载的工作情况53.1.1单相半波可控整流电路◆假设条件晶闸管---理想器件。导通---管压降=0阻断---漏电流=0开通与关断过程瞬时完成。)u1u2uVTudidwt1p2ptttu2uguduVTaq0b)c)d)e)00◆电阻负载的特点：电压与电流成正比，两者波形相同。63.1.1单相半波可控整流电路◆改变触发时刻，ud和id波形随之改变，直流输出电压ud为极性不变)u1u2uVTudidwt1p2ptttu2uguduVTaq0b)c)d)e)00“半波”整流。单相半波可控整流电路单脉波整流电路73.1.1单相半波可控整流电路paaapwwp2cos145.0)cos1(22)(sin221222UUttdUUd◆基本数量关系☞a：触发延迟角，也称触发角或控制角。☞q：处于通态的电角度称为导通角。☞直流输出电压平均值◆相控方式---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。☞a移相范围为180。83.1.1单相半波可控整流电路■带阻感负载的工作情况◆阻感负载的特点----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。93.1.1单相半波可控整流电路uwttwwtwtw20wt1p2ptug0ud0id0uVT0qab)c)d)e)f)++图3-2带阻感负载的单相半波可控整流电路及其波形◆电路分析☞晶闸管VT处于断态,id=0,ud=0,uVT=u2。☞在wt1时刻，即触发角a处ud=u2。√L的存在使id不能突变，id从0开始增加。☞u2由正变负的过零点处，id已经处于减小的过程中，但尚未降到零，因此VT仍处于通态。☞wt2时刻，电感能量释放完毕，id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ud波形出现负的部分，与带电阻负载时相比其平均值Ud下降。103.1.1单相半波可控整流电路☞电路分析√u2正半周时。√u2过零变负时--VDR导通；ud=0；电流id在L-R-VDR回路中流通(续流)。√若L足够大，id连续，且id波形接近一条水平线。u2udiduVTiVTIdIdwt1wtwtwtwtwtwtOOOOOOp-ap+ab)c)d)e)f)g)iVDRa)图3-4单相半波带阻感负载有续流二极管的电路及波形◆有续流二极管的电路113.1.2单相桥式全控整流电路u(i)pwtwtwt000i2udidb)c)d)ddaauVT1,4图3-5单相全控桥式带电阻负载时的电路及波形■带电阻负载的工作情况◆电路分析☞VT1和VT4组成一对桥臂，VT2和VT3组成另一对桥臂。☞在u2正半周触发VT1和VT4(a角)☞当u2过零时☞在u2负半周触发VT2和VT3(a角)12u(i)pwtwtwt000i2udidb)c)d)ddaauVT1,4图3-5单相全控桥式带电阻负载时的电路及波形133.1.2单相桥式全控整流电路paaapwwp2cos19.02cos122)(dsin21222UUttUUd◆基本数量关系☞整流电压平均值为：☞向负载输出的直流电流平均值为：2cos19.02cos12222aapRURURUIddα角的移相范围为0-180。☞晶闸管承受的最大正向电压和反向电压？？？？思考？143.1.2单相桥式全控整流电路2cos145.0212aRUIIddTpapapwwppa2sin212)(d)sin2(21222RUttRUITpapapwwppa2sin21)()sin2(12222RUtdtRUII☞流过晶闸管的电流平均值：☞流过晶闸管的电流有效值为：☞变压器二次侧电流有效值I2与输出直流电流有效值I相等☞变压器的容量为S=U2I2IIT21153.1.2单相桥式全控整流电路2OwtOwtOwtudidi2OwtOwtuVT1,4OwtOwtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4u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u2正半周期☞wt=p+a时刻触发VT1和VT4☞u2过零变负时☞a时刻，触发VT2和VT3，换相；换流162OwtOwtOwtudidi2OwtOwtuVT1,4OwtOwtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4u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173.1.2单相桥式全控整流电路apaaapwwpcos9.0cos22)(dsin21222dUUttUUddT21IIddT707.021III◆基本数量关系☞整流电压平均值移相范围0--90☞晶闸管承受的最大正反向电压22U☞晶闸管电流平均值☞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I2=Id。☞晶闸管电流有效值分别☞晶闸管导通角q与a无关，均为180183.1.2单相桥式全控整流电路■带反电动势负载时的工作情况b)idOEudwtIdOwtaqd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◆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。193.1.2单相桥式全控整流电路◆电路分析☞|u2|E时晶闸管有导通的可能☞晶闸管导通之后，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d停止导电，d称为停止导电角。212sinUEd☞当ad时，触发脉冲到来时，晶闸管承受负电压，不可能导通。电流=？203.1.2单相桥式全控整流电路■例：单相桥式全控整流电路，U2=100V，负载中R=2Ω，L值极大，反电势E=60V，当a=30时要求：①作出ud、id和i2的波形；②求整流输出平均电压Ud、电流Id，I2；③确定晶闸管的额定电压和额定电流。解：①ud、id和i2的波形如图3-9：u2OwtOwtOwtudidi2OwtIdIdIdppaa图3-9ud、id和i2的波形图213.1.2单相桥式全控整流电路②Ud＝0.9U2cosa＝77.97(A)Id＝(Ud－E)/R＝9(A)I2＝Id＝9(A)③晶闸管承受的最大反向电压为：U2＝100＝141.4（V）流过每个晶闸管的电流的有效值为：IVT＝Id∕＝6.36（A）故晶闸管的额定电压为：UN＝(2~3)×141.4＝283~424（V）晶闸管的额定电流为：IN＝(1.5~2)×6.36∕1.57＝6~8（A）22223.1.3单相全波可控整流电路a)wtwab)udi1OOt图3-10单相全波可控整流电路及波形233.1.3单相全波可控整流电路■带电阻负载◆电路分析☞变压器T带中心抽头。☞在u2正半周，VT1工作，变压器二次绕组上半部分流过电流。☞u2负半周，VT2工作，变压器二次绕组下半部分流过反方向的电流。☞变压器也不存在直流磁化的问题。243.1.3单相全波可控整流电路◆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。◆从上述后两点考虑，单相全波电路有利于在低输出电压的场合应用。253.2三相可控整流电路3.2.1三相半波可控整流电路3.2.2三相桥式全控整流电路263.2三相可控整流电路·引言■其交流侧由三相电源供电。■当整流负载容量较大，或要求直流电压脉动较小、易滤波时，应采用三相整流电路。■最基本的是三相半波可控整流电路。■应用最为广泛的三相桥式全控整流电路、以及双反星形可控整流电路、十二脉波可控整流电路等。■三相电基础：相电压、线电压、波形。、273.2.1三相半波可控整流电路a)☞共阴极接法---触发有公共端■电阻负载◆电路分析☞变压器二次侧---星形---零线，，一次侧---三角形---3次谐波共阳极接法？283.2.1三相半波可控整流电路b)c)d)e)f)u2Riduaubuca=0Owt1wt2wt3uGOudOOuabuacOiVT1uVT1wtwtwtwtwt图3-13三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a=0√三个晶闸管轮流导通120正半周期的包络线。293.2.1三相半波可控整流电路a=30°u2uaubucOwtOwtOwtOwtOwtuGuduabuacwt1iVT1uVT1uac☞a=30√负载电流处于连续和断续的临界状态，各相仍导电120。图3-14三相半波可控整流电路，电阻负载，a=30时的波形303.2.1三相半波可控整流电路wwttwtwta=60°u2uaubucOOOOuGudiVT1图3-15三相半波可控整流电路，电阻负载，a=60时的波形☞a30√当导通一相的相电压过零变负时，该相晶闸管关断，但下一相晶闸管因未触发而不导通，此时输出电压电流为零。√负载电流断续，各晶闸管导通角小于120。313.2.1三相半波可控整流电路aapwwpapapcos17.1cos263)(sin2321226562UUttdUUd)6cos(1675.0)6cos(1223)(sin2321262apappwwppapUttdUUd◆基本数量关系☞电阻负载时a角的移相范围为150。Ud0=1.17U2☞整流电压平均值√a≤30时(连续)√a30时(断续)，晶闸管导通角减小323.2.1三相半波可控整流电路☞Ud/U2随a变化的规律03060901201500.40.81.21.17321a/(°)Ud/U2图3-16三相半波可控整流电路Ud/U2与a的关系电阻负载电感负载电阻电感负载333.2.1三相半波可控整流电路RUIdd2262.45UU22UUFM☞负载电流平均值☞晶闸管承受的最大正向电压☞晶闸管承受最大反向电压原因？343.2.1三相半波可控整流电路■阻感负载◆电路分析☞L值很大整流电流id的波形基本是平直的，流过晶闸管的电流接近矩形波。☞a≤30时，整流电压波形与电阻负载时相同。35☞a＞30时，当u2过零时，由于电感的存在，阻止电流下降，因而VT1继续导通，直到下一相晶闸管VT2的触发脉冲到来，才发生换流，由VT2导通向负载供电，同时向VT1施加反压使其关断。udiaabcibiciduacOwtOwtOOwtOOwtawtwt图3-17三相半波可控整流电路，阻感负载时的电路及a=60时的波形