电力电子技术 第三四次课

三、单相相控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。整流电路：出现最早的电力电子电路，将交流电变为直流电。学习整流电路要掌握如下几方面：结构形式工作原理分析整流电路的工作波形各参数的数学关系1.3单相可控整流电路1.3.1单相半波可控整流电路1.3.2单相桥式全控整流电路1.3.3单相桥式半控整流电路1.3.1单相半波可控整流电路图3-1单相半波可控整流电路及波形一)带电阻负载的工作情况1）工作原理分析2）基本数量关系直流输出电压平均值Ud为与输出电流平均值Id：直流输出电压有效值U为与输出电流有效值I：功率因数：最大正反向电压：波形系数：)cos1(2)(22sin2cos1222sin41dfIIk57.1222fk当α=0时：随着α增大,kf也相应增大：解:(1)(2)2.5Ω(3)(4)(5)二)带阻感负载的工作情况wttwwtwtwu20wt12tug0ud0id0uVT0qb)c)d)e)f)++1）工作原理分析2）基本数量关系由于电感的存在,晶闸管在U2=0时不关断,输出出现负电压直流输出电压平均值Ud为：电感越大,导通角θ越大,θ增大会使输出直流电压Ud约为0在大电感情况下,无论触发角α如何变化,输出直流电压Ud总是很小,电路无法工作三)带阻感负载加续流二极管的工作情况当u2过零变负时，VD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。1）工作原理分析大电感负载情况下,晶闸管电流和续流管电流均为矩形波2）基本数量关系直流输出电压平均值Ud为与输出电流平均值Id：晶闸管电流平均值IdT与有效值IT：续流二极管电流平均值IdD与有效值ID：晶闸管和续流二极管承受的最大正反向电压VT的移相范围为180。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建立起整流电路的基本概念。单相半波可控整流电路的特点1.3.2单相全波可控整流电路单相全波可控整流电路及波形一)带电阻负载的工作情况1）工作原理分析2）基本数量关系直流输出电压平均值Ud为与输出电流平均值Id：直流输出电压有效值U为与输出电流有效值I：晶闸管电流平均值IdT与有效值IT：功率因数：1.3.2单相全波可控整流电路单相全波可控整流电路及波形二)带大电感负载的工作情况问：接上续流管以后的波形？基本数量关系直流输出电压平均值Ud为与输出电流平均值Id：晶闸管电流平均值IdT与有效值IT：1.3.2单相全波可控整流电路三)反电势电阻负载的工作情况四、反电势感性负载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，用来减少电流的脉动，延长晶闸管的导通时间1.3.3单相全波半控整流电路一)电阻负载的工作情况（略）二)大电感负载的工作情况（不带续流二极管）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VD2续流。在u2负半周触发角a时刻触发VT3，VT3导通，u2经VT3和VD2向负载供电。u2过零变正时，VD4导通，VD2关断。VT3和VD4续流，ud又为零。续流二极管的作用避免可能发生的失控现象。若无续流二极管，则当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。有续流二极管VDR时，续流过程由VDR完成，避免了失控的现象。续流期间导电回路中只有一个管压降，有利于降低损耗。三)大电感负载的工作情况（带续流二极管）Page25：如图所示单相全控桥式整流电路，Rd=4Ω，要求Id在0～25A之间变化，求：（1）整流变压器TR的变比（不考虑裕量）；（2）连接导线的截面积（取允许电流密度J=6A/mm2）；（3）选择晶闸管的型号（考虑2倍的裕量）；（4）在不考虑损耗的情况下，选择整流变压器的容量；（5）计算负载电阻的功率；（6）计算电路的最大功率因数。解（1）负载上的最大平均电压为Udmax=IdmaxRd=25×4=100V，当α=0°时，Ud最大，即Udmax=0.9U2，2cos19.02UUdVUUd1119.01009.0max2所以变压器的变比211122021UUK（2）因为α=0°时，id的波形系数为11.142)cos1(2)(22sin2fK所以负载电流有效值为AIKIdf75.272511.1选择导线截面积为26.4675.27mmJIS选BU—70铜线。（3）考虑到每个晶闸管电流的有效值，2/IIVAIIVAVV5.1257.1275.2757.1)(考虑2倍裕量，取IV(AV)为30A。晶闸管承受的最高电压，考虑2倍裕量，取400V，选择KP30-4晶闸管。VUUVM157111222（4）在不考虑损耗的情况下，整流变压器的容量为S=U2I2=U2I=111×27.75=3.08kVA（5）负载电阻消耗的功率为PR=I2Rd=27.752×4=3.08kVA（6）电路的最大功率因数由式(1-12)可知为22sincos当α=0°时，cosφ=1。