第七讲___整流与有源逆变1

电力电子技术PowerElectronicTechnology整流与有源逆变_单相整流电路合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组7.1引言整流电路：出现最早的电力电子电路，将交流电变为直流电•按组成的器件可分为不可控、半控、全控三种•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，又分为单拍电路和双拍电路合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组7.2单相不控整流电路利用二极管的单相导电性可以十分简单地实现交流—直流电力变换。由于二极管整流电路输出的直流电压只与交流输入电压的大小有关，不能控制其数值，故称为不控整流电路。02tu2ud02tVD1单相交流udRu2“半波”整流：ud为脉动直流，波形只在u2正半周内出现。电阻负载的特点：电压与电流成正比，两者波形相同。合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组7.2单相不控整流电路负载为感性，在电源电压过零变负后，由于电感有阻止电流下降的作用，会在电感L两端感应电势eL，其极性为下正上负，与电源电压叠加，使得VD1在电源电压为负时仍然在一段时间内仍承受正压而导通，这会造成负载两端的电压ud会出现负值。单相半波整流电路带阻感负载为避免负载两端电压ud出现负值，应反并二极管VD2为负载电流提供续流的通路。在电源电压为正时，VD2承受反压处于关断状态，而负载电压变负时，L释放能量，VD2承受正压而导通，维持负载电流通过VD2构成回路，将ud近似限制在零值。VD1单相交流VD2udRLeL02tu2ud02tVD1单相交流udLeLRu2tid0VD1udLeLRu2+-+-id合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组7.2单相不控整流电路BATTERYBATTERYT1TRANS1R1R2D1DIODES1D2LEDD3LEDBATTERYBATTERY单相电源正常快速R1R2C1合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组Otu2dVD1VD2VD1VD2ACACVD1VD2ACAC++----++b)c)d)u2u2RRRa)7.2单相不控整流电路VD1VD2VD3VD4a)b)VD1VD2VD3VD4AC+-VD1VD2VD3VD4AC+-c)u2RRR合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组7.3.1单相半波可控整流电路(SinglePhaseHalfWaveControlledRectifier)1.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电阻负载的特点：电压与电流成正比，两者波形相同TVTR0a)u1u2uVTudidt12ttttu2uguduVT0b)c)d)e)00图2-1单相半波可控整流电路及波形合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组7.3.1单相半波可控整流电路(SinglePhaseHalfWaveControlledRectifier)TVTR0a)u1u2uVTudidt12ttttu2uguduVT0b)c)d)e)00图2-1单相半波可控整流电路及波形工作过程：（1）在u2的正半周，VT承受正向电压，0～ωt1期间，无触发脉冲，VT处于正向阻断状态，uVT＝u2，ud=0;（2）ωt1以后，VT由于触发脉冲ug的作用而导通，则ud=u2,uVT=0,id=u2/R，一直到π时刻；（3）π～2π期间，u2反向，VT由于承受反向电压而关断,uVT=u2,ud=0。以后不断重复以上过程。合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组7.3.1单相半波可控整流电路•〔若干概念〕•单拍电路：指变压器副边在工作过程中只流过一个方向的电流，此时变压器有直流磁化现象；•双拍电路：指变压器副边在工作过程中流过正反双向电流；•触发延迟角α：从晶闸管开始承受正向阳极电压起到施加触发脉冲止的电角度，用α表示，也称触发角或控制角。TVTR0a)u1u2uVTudidt12ttttu2uguduVT0b)c)d)e)00合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组7.3.1单相半波可控整流电路•〔若干概念〕•导通角θ：晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度，用θ表示。在半波电路带电阻负载时，θ＋α＝π。•α的移相范围：指触发角α可以变化的角度范围。在不同的电路中，α有不同的角度范围。如在单相半波电路带电阻负载时，α的移相角度范围是0～π。•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，简称相控方式。TVTR0a)u1u2uVTudidt12ttttu2uguduVT0b)c)d)e)00合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组7.3.1单相半波可控整流电路•〔基本数量关系〕•直流输出电压平均值Ud•U2为电源电压有效值；α＝π时，Ud=0。2cos145.02ddTRURUI2cos145.0)cos1(22)(sin221222UUttdUUdtud0SCR的若干参数关系：(1)IdT（流过SCR电流的平均值）(2)IT（流过SCR电流的有效值）(3)UVT（SCR承受的正反向峰值电压）为22sin41)sin2(21222TRUtdtRUI22UtuVT0合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组7.3.1单相半波可控整流电路a)u1TVTRLu2uVTudidu20t12tttttug0ud0id0uVT0b)c)d)e)f)++图2-2带阻感负载的单相半波电路及其波形合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组7.3.1单相半波可控整流电路•〔基本数量关系〕•直流输出电压平均值Ud•由于从ud的波形可以看出，此时输出的平均电压Ud和电阻负载相比，有所下降。)(sin2212dttdUUttud0id0合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组7.3.1单相半波可控整流电路3.单相半波带阻感负载有续流二极管的电路及波形为避免Ud太小，在整流电路的负载两端并联续流二极管•当u2过零变负时，VDR导通，ud为零。•此时为负的u2通过VDR向VT施加反压使其关断，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。•续流期间ud为0，ud中不再出现负的部分图2-4单相半波带阻感负载有续流二极管的电路及波形a)LTVTRu1u2uVTudVDRidu2udiduVTiVTIdIdt1ttttttOOOOOO-+b)c)d)e)f)g)iVDRiVDR合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组7.3.1单相半波可控整流电路•带续流二极管的单相半波电路基本数量关系：•输出直流电压的平均值Ud（和纯阻性负载相同）•输出直流电流的平均值Id.（和纯阻性负载相同）•若近似认为id为一条水平线，恒为Id，•则流过SCR的电流平均值和有效值分别为：ddTII2ddTItdII2)(2122cos145.02UUd2cos145.02ddRURUIidiVTIdIdttt000-+iVDR合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组7.3.1单相半波可控整流电路4.单相半波可控整流电路的特点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在于利用其简单易学的特点，建立起整流电路的基本概念合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组7.3.2单相桥式全控整流电路1.带电阻负载的工作情况工作原理及波形分析•（1）0～ωt1：u2为正，VT1和VT4无触发脉冲不导通，VT1和VT4分担u2/2的正向电压，VT2和VT3分担u2/2的反向电压，ud=0；•（2）ωt1～π：u2为正，VT1和VT4由于触发脉冲ug的作用而导通，VT2和VT3承受u2的反向电压，id=u2/R；•（3）π～ωt2(π+ωt1)：u2为负，VT2和VT3无触发脉冲不导通，VT2和VT3分担u2/2的正向电压，VT1和VT4分担u2/2的反向电压，ud=0；•（4）ωt2(π+ωt1)～2π：u2为负，VT2和VT3由于触发脉冲ug的作用而导通，VT1和VT4承受u2的反向电压，id=u2/R，且方向保持不变。RTu1u2a)i2abVT1VT3VT2VT4udidttt000i2udidb)c)d)ud(id)uVT1,4图2-5单相全控桥式带电阻负载时的电路及波形合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组7.3.2单相桥式全控整流电路•〔基本数量关系〕•直流输出电压平均值Ud•可见：在同样的控制角a情况下，输出的平均电压Ud是单相半波的两倍；•SCR可控移相范围为180°；•属于双拍电路。2cos19.0)cos1(2)(sin21222UUttdUUdt0udud合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组7.3.2单相桥式全控整流电路•直流输出电流平均值Id•由于SCR轮流导电，所以流过每个SCR的平均电流IdT只有负载上平均电流的一半。•2cos19.02cos12222ddRURURUI2cos145.0212RUIIddT直流输出电流有效值I，即为变压器二次侧绕组电流有效值I2SCR的有效电流IT，由于SCR轮流导电，所以IT为：2sin212)()sin2(21222RUtdtRUIT2sin21)(d)sin2(12222RUttRUII合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组7.3.2单相桥式全控整流电路2.带阻感负载的工作情况为便于讨论，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，由于电感的作用晶闸管VT1和VT4中仍流过电流id，并不关断；至ωt=π+α时刻，给VT2和VT3加触发脉冲，因VT2和VT3本已承受正电压，故两管导通，而VT1和VT4立刻承受负电压，故两管关断。VT2和VT3导通后，u2通过VT2和VT3分别向VT1和VT4施加反压使VT1和VT4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。TabRLa)u1u2i2VT1VT3VT2VT4udidu2OtOtOtudidi2b)OtOtuVT1,4OtOtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4图2-6单相全控桥带阻感负载时的电路及波形合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组7.3.2单相桥式全控整流电路•整流电路输出平均电压为：•晶闸管移相范围为90，因为当α＝90时，Ud＝0。•整流电路输出平均电流Id和SCR的电流平均值IdT为：•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α角决定，有效值I2=Id。cos9.0cos22)(dsin21222dUUttUURUIddddT21IIi20tId0tud合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组7.3.2单相桥式全控整流电路3.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，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δ停止导电，δ称为停止导电角。在α角相同时，整流输出电压比电阻负载时大。a)b)REidudidOEudtIdOt图2-7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REuiddud=u2212sinUE（2-