整流电路原理--交流变直流资料

相控整流March3,2000北方交通大学电气工程系2-1第二章相控整流电路相控整流March3,2000北方交通大学电气工程系2-2要求及重点•理解和掌握单相桥式、三相半波、三相桥式等整流电路的电路结构、工作原理、波形分析、电气性能、分析方法和参数计算。•重点：波形分析和基本电量计算的方法。•难点：不同负载对工况的影响和整流器交流侧电抗对整流电路的影响相控整流March3,2000北方交通大学电气工程系2-3整流电路的分类•不可控整流电路–直流整流电压和交流电源电压的比固定•全控整流电路–直流整流电压的平均值和极性可调•半控整流电路–负载电压平均值可调、极性不能改变相控整流March3,2000北方交通大学电气工程系2-4可控整流电路的分类•按电路结构分类–桥式电路（又称全波电路或双拍电路）–零式电路（又称半波电路或单拍电路）•按输出电压脉波数分类–单脉波电路–双脉波电路–三脉波电路–多脉波电路相控整流March3,2000北方交通大学电气工程系2-5可控整流电路的分类（续）•按控制方式分类–相控式电路–斩控式电路•按组成器件分类–全控型电路–半控型电路•按工作范围分类–单象限电路–多象限电路•按电网相数分类–单相电路–三相电路–多相电路相控整流March3,2000北方交通大学电气工程系2-6可控整流电路的一般结构•整流电路在应用中，应满足的基本技术要求•整流电路的理想条件：–理想器件–理想电源相控整流March3,2000北方交通大学电气工程系2-7整流电路的分析方法•波形分析法：–根据电源电压u2和控制角以及负载性质，作出负载电压ud、负载电流id、和整流元件的电压、电流波形图，从而导出基本电量的计算公式及数量关系。•具体步骤：1、绘出主电路原理图，标出各电量和元件序号；2、画出相（线）电压波形图，确定自然换相点；相控整流March3,2000北方交通大学电气工程系2-8整流电路的分析方法（续）3、根据控制角在相应位置上绘出触发脉冲，并标明相应序号；4、根据可控整流电路的工作原理，绘出负载电压ud、负载电流id、SCR电流iT等波形；5、根据波形图，导出基本电量的计算式；6、对整流电路进行综合评价。例如：电路的优、缺点；电路的可控移相范围；负载电流是否连续；整流元件承受的最大正、反向电压值；整流电压ud的纹波系数w和脉动系数m等。相控整流March3,2000北方交通大学电气工程系2-9整流电路的基本概念•控制角–从晶闸管开始承受正向电压到被触发导通这一角度。•导通角–晶闸管在一个周期内导通的电角度。•移相–改变控制角的大小，即改变触发脉冲出现的相位。•移相控制相控整流March3,2000北方交通大学电气工程系2-10整流电路的基本概念（续）•移相范围–控制角的允许调节范围。•同步–触发脉冲信号和晶闸管电压（即电源电压）在频率和相位上的协调配合关系。•自然换相点–当电路中的可控元件全部由不可控元件代替时，各元件的导电转换点。相控整流March3,2000北方交通大学电气工程系2-11单相半波可控整流电路•工作原理•波形分析相控整流March3,2000北方交通大学电气工程系2-12单相半波整流电路的基本电量•直流平均电压Ud与控制角的关系:Ud=f()•直流平均电流Id与的关系:Id=f()•负载两端的电压有效值U与的关系：U=f())2cos1(U0.45tdsinU2π21U22dt)2cos1(RU0.45RUIddd4πsin22π-πUtdsinU2π21U222）（t相控整流March3,2000北方交通大学电气工程系2-13单相半波整流电路的基本电量（续）•副边绕组电流有效值I2与的关系：Id=f()•流过SCR的电流有效值IT和平均值IdT•SCR承受的最大正向电压UDM和最大反向电压URMπ4sin2π2-πRURUI222RM2DMU2UU2UddT2TIIII相控整流March3,2000北方交通大学电气工程系2-14单相半波整流电路的基本电量（续）•电路的功率因数cos与的关系P---有效输出功率S---次级视在功率π4α2sinπ2-πIUUISPcos222相控整流March3,2000北方交通大学电气工程系2-15单相半波整流电路的基本电量（续）•整流电压的纹波系数w（=0º）•整流电压的脉动系数m（=0º）d2d2wUU-Uγ整流电压的直流分量值整流电压谐波分量有效非正弦周期量平均值有效值非正弦周期量谐波分量整流电压的直流分量整流电压基波最大值非正弦周期量平均值值非正弦周期量基波最大mγ相控整流March3,2000北方交通大学电气工程系2-16单相半波整流电路的特点•结构简单•单脉波电路•电压脉动率高•变压器利用率低•变压器存在直流磁化问题相控整流March3,2000北方交通大学电气工程系2-17单相全控桥式整流电路（R负载）•工作原理•波形分析相控整流March3,2000北方交通大学电气工程系2-18单相全控桥式电路（R负载）电量计算•输出平均电压Ud–移相范围0º～180º•输出平均电流Id•SCR平均电流IdT=Id/2)2cos1(U0.9tdsinU2π1U22dt)2cos1(RU0.9RUIddd相控整流March3,2000北方交通大学电气工程系2-19•负载电压有效值U•变压器副边绕组电流有效值I2•流过晶闸管的电流有效值•功率因数cosπ2sin2π-πUtdsinU2π1U222）（tπ2sin2π-πRURUII22π2α2sinπ-πUUIUUISPcos22222/II2T相控整流March3,2000北方交通大学电气工程系2-20课堂思考（一）•试分析下面电路的输出电压波形：相控整流March3,2000北方交通大学电气工程系2-21单相全控桥式整流电路（L负载）•工作原理•波形分析相控整流March3,2000北方交通大学电气工程系2-22单相全控桥式电路（L）电量计算•输出平均电压Ud–移相范围0º～90º•输出平均电流IdcosU0.9tdsinU2π1U22dtcosRU0.9RUI2dd相控整流March3,2000北方交通大学电气工程系2-23单相全控桥式电路（L）电量计算（续）•SCR平均电流IdT=Id/2•流过晶闸管的电流有效值IT•变压器副边绕组电流有效值I22/II2TdT2II2I相控整流March3,2000北方交通大学电气工程系2-24电流断续时特性分析•负载电流断续时整流电压、电流波形•电流断续时、、的关系：–越大，越小–越大，越大相控整流March3,2000北方交通大学电气工程系2-25单相全控桥式整流电路（反电势负载）•工作原理•波形分析相控整流March3,2000北方交通大学电气工程系2-26单相全控桥式电路（E）电量计算•最小起始导电角•时•时2U2EarcsinδtE)dsinU2(π1EU-2dttE)dsinU2(π1EU-2dttdEsinU2π1I-2dRt相控整流March3,2000北方交通大学电气工程系2-27单相全控桥式整流电路（R、L、E）•工作原理•波形分析•电量计算–和电感型负载相同相控整流March3,2000北方交通大学电气工程系2-28单相桥式半控整流电路（L）•工作原理•波形分析相控整流March3,2000北方交通大学电气工程系2-29单相桥式半控整流（L）电量计算•Ud、Id、U–计算公式与全控桥（R）一样•流过变压器副边绕组的电流有效值I2•流过SCR和整流管的电流平均值和有效值dπ2d2Iπ-πtωdIπ1IddDdTI21IIdDTI21II相控整流March3,2000北方交通大学电气工程系2-30失控现象分析•产生原因–突然将触发脉冲切断–将角增大到180º•实质：–对晶闸管的工作失去控制作用•避免方法：–加续流二极管相控整流March3,2000北方交通大学电气工程系2-31失控现象分析（续）•工作原理•波形分析相控整流March3,2000北方交通大学电气工程系2-32失控现象分析（续）•其它形式的单相桥式半控电路相控整流March3,2000北方交通大学电气工程系2-33反电势负载单相半控桥式整流电路•波形分析（b）电流连续时的电压电流波形（c）电流断续时的电压电流波形相控整流March3,2000北方交通大学电气工程系2-34单相整流电路的优、缺点•优点：–结构简单–对触发电路的要求较低•缺点：–输出直流电压脉动大–易造成电网负载不平衡相控整流March3,2000北方交通大学电气工程系2-35三相半波可控整流电路（R负载）•工作原理•波形分析（＝0º）相控整流March3,2000北方交通大学电气工程系2-36三相半波可控整流（R）（续）•＝30º的工作情况–此时负载电流处于连续和断续的临界状态。相控整流March3,2000北方交通大学电气工程系2-37三相半波可控整流（R）（续）•30º的工作情况–移相范围为150º•触发失败的原因–触发脉冲在自然换相点之前且很窄–角过小•解决措施–限制min相控整流March3,2000北方交通大学电气工程系2-38三相半波可控整流（R）电量计算cosU1.17tdsinU23π21U265π6π2dt•0º30º•30º150º6πcos1U0.675tdsinU232π1U2π6π2dt相控整流March3,2000北方交通大学电气工程系2-39三相半波可控整流电路（L负载）•工作原理•波形分析（30º）相控整流March3,2000北方交通大学电气工程系2-40三相半波可控整流（L）电量计算•整流电压Ud•整流电流Id•变压器的相电流I2，SCR的电流有效值ITcosU1.17U2dRUIddddT2I577.03III相控整流March3,2000北方交通大学电气工程系2-41三相半波可控整流（L）电量计算•变压器副边容量S2=3U2I2=1.48Pd•变压器原边容量S2=3U1I1=3U2I1=1.21Pd(假设W1=W2）•变压器容量d2d2d1I473.034I3132I3221Id21P35.12SSS相控整流March3,2000北方交通大学电气工程系2-42三相半波可控整流电路的优、缺点•优点：–输出电压脉动小–输出功率大–三相负载平衡•缺点–变压器利用率低–容易出现直流磁化现象–零线上通过较大的负载电流相控整流March3,2000北方交通大学电气工程系2-43三相桥式全控整流电路相控整流March3,2000北方交通大学电气工程系2-44三相桥式全控整流电路（续）•结构：–由两个（一个为共阴极，一个为共阳极）三相半波整流电路组成。•优点：–变压器绕组无直流磁势；–变压器绕组正负半周都工作，效率高。相控整流March3,2000北方交通大学电气工程系2-45三相桥式全控整流电路的触发要求•本组内SCR每隔120换流一次；共阴极与共阳极组的换流点相隔60。•SCR的导通顺序：(6-1)(1-2)(2-3)(3-4)(4-5)(5-6)•自然换相点为相电压（或线电压）的交点。•必须使用双窄脉冲或宽脉冲（见下页）。相控整流March3,2000北方交通大学电气工程系2-46三相桥式全控整流的触发要求（续）（a）变压器副边三相电压波形（b）宽脉冲触发（c）双窄脉冲触发相控整流March3,2000北方交通大学电气工程系2-47三相桥式全控整流电路（L）•工作原理•波形分析（