电力电子技术课件03

2-1第3章整流电路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整流电路相位控制的实现本章小结2-2第3章整流电路·引言整流电路的分类：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，又分为单拍电路和双拍电路。整流电路：出现最早的电力电子电路，将交流电变为直流电。2-33.1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返回2-41.电路分析前提；2.课本中的标识符号定义3.电路模型；4.不同负载的各类波形分析；5.重要名词的理解掌握；6.相关数值计算；7.元器件选择；8.习题、例题。掌握内容3.1.1单相半波可控整流电路返回2-51.开关器件为理想器件，无开通、关断延时时间，无功率损耗；2.iA=0，晶闸管关断；iA0，晶闸管不关断；3.不考虑变压器漏感在内的交流侧电感；4.换相过程是瞬时完成的；5.电源为理想的50HZ正弦波；6.不考虑变压器的损耗；电路分析前提3.1.1单相半波可控整流电路返回2-6瞬时值符号u1：一次电压瞬时值；u2：二次电压瞬时值；ud：直流输出电压瞬时值；id：直流输出电流瞬时值；uVT：晶闸管承受的电压瞬时值；iVT：晶闸管流过的电流瞬时值；iVD：二极管流过的电流瞬时值；i2：变压器二次侧电流瞬时值；3.1.1单相半波可控整流电路课本中的标识符号定义返回2-7有效值符号U1：一次电压有效值；U2：二次电压有效值；U：负载输出电压有效值；I：负载输出电流有效值；IVT:流过晶闸管电流有效值；I2:变压器二次侧电流有效值;IVDR:流过二极管电流有效值；3.1.1单相半波可控整流电路课本中的标识符号定义返回2-8平均值符号Ud：直流输出电压平均值；Id：直流输出电流平均值；IdVT:流过晶闸管电流平均值；IdVDR:流过二极管电流平均值;3.1.1单相半波可控整流电路课本中的标识符号定义返回2-93.1.1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1）带电阻负载的工作情况变压器T起变换电压和电气隔离的作用。电阻负载的特点：电压与电流成正比，两者波形相同。)u1u2uVTudidwt1p2ptttu2uguduVTaq0b)c)d)e)00电路模型波形分析返回2-103.1.1单相半波可控整流电路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。基本数量关系直流输出电压平均值为paaapwwp2cos145.0)cos1(22)(sin221222dUUttdUU(3-1)VT的a移相范围为0~180返回2-11wtudaqa：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a表示,也称触发角、触发延迟角或控制角。q：即晶闸管在一个周期内导通的电角度，称导通角。3.1.1单相半波可控整流电路两个重要的基本概念：返回2-12思考以下问题：1.负载R上流过的电流平均值表达式。2.负载R上流过的电流有效值表达式。3.晶闸管上流过的电流有效值表达式。4.变压器二次侧流过的电流有效值表达式。5.变压器（电源）供给的有功功率表达式。6.变压器提供的视在功率表达式。7.计算这些参数的意义所在。（有效值、平均值）3.1.1单相半波可控整流电路返回2-133.1.1单相半波可控整流电路2)带阻感负载的工作情况图3-2带阻感负载的单相半波电路及其波形阻感负载的特点：电感对电流变化有抗拒作用，使得流过电感的电流不发生突变。a)u1TVTRLu2uVTudidu20wt1p2pwtwtwtwtwtug0ud0id0uVT0qab)c)d)e)f)++※※回顾电路阻抗角、电感储能特性、感应电动势、二极管“续流”等知识。返回2-143.1.1单相半波可控整流电路2)带阻感负载的工作情况图3-2带阻感负载的单相半波电路及其波形a)u1TVTRLu2uVTudidu20wt1p2pwtwtwtwtwtug0ud0id0uVT0qab)c)d)e)f)++电路中加接一续流二极管！！！•若φ为定值，a越大，在u2正半周L储能越少，维持导电的能力就越弱，θ越小。※分析负载阻抗角φ、触发角a、晶闸管导通角θ的关系若a为定值，φ越大，则L贮能越多，θ越大；※在u2负半周L维持晶闸管导通的时间若越接近晶闸管在u2正半周导通的时间，则ud中负的部分越接近正的部分，则平均值Ud越接近零。该电路不好，不实用！！！需改进电路形式。如何改？？？返回2-153.1.1单相半波可控整流电路3）加续流二极管的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当u2过零变负时，VDR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。数量关系(id近似恒为Id）ddVT2IIpap（2-5）d2dVT2)(21ItdIIpapwppa（2-6）ddVDRIIpap2（2-7）d22dVD2)(21RItdIIpapwpapp（2-8）返回2-163.1.1单相半波可控整流电路VT的a移相范围为0~180。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：返回2-173.1.2单相桥式全控整流电路1)带电阻负载的工作情况a)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工作原理及波形分析VT1和VT4组成一对桥臂，在u2正半周承受电压u2，得到触发脉冲即导通，当u2过零时关断。VT2和VT3组成另一对桥臂，在u2正半周承受电压-u2，得到触发脉冲即导通，当u2过零时关断。电路结构返回2-183.1.2单相桥式全控整流电路数量关系paaapwwp2cos19.02cos122)(dsin21222dUUttUU（3-9）a角的移相范围为0~180。向负载输出的平均电流值为：流过晶闸管的电流平均值只有输出直流平均值的一半，即：2cos145.0212ddVTaRUII（3-10）2cos19.02cos12222ddaapRURURUI(3-11)pwtwtwt000i2udidb)c)d)ddaauVT1,4返回2-193.1.2单相桥式全控整流电路流过晶闸管的电流有效值：变压器二次测电流有效值I2与输出直流电流I有效值相等：由式（2-12）和式（2-13）得：不考虑变压器的损耗时，要求变压器的容量S=U2I2。papapwwppa2sin212)(d)sin2(21222VTRUttRUI（3-12）papapwwppa2sin21)()sin2(12222RUtdtRUII（3-13）II21VT（2-14）pwtwtwt000i2udidb)c)d)ddaauVT1,4返回2-203.1.2单相桥式全控整流电路2）带阻感负载的工作情况u2OwtOwtOwtudidi2b)OwtOwtuVT1,4OwtOwtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4图3-6单相全控桥带阻感负载时的电路及波形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，晶闸管VT1和VT4并不关断。至ωt=π+a时刻，晶闸管VT1和VT4关断，VT2和VT3两管导通。VT2和VT3导通后，VT1和VT4承受反压关断，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。返回2-213.1.2单相桥式全控整流电路数量关系apaaapwwpcos9.0cos22)(dsin21222dUUttUU（3-15）晶闸管移相范围为0~90。晶闸管导通角θ与a无关，均为180。电流的平均值和有效值：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。ddT21IIddT707.021III晶闸管承受的最大正反向电压均为。22U2OwtOwtOwtudidi2b)OwtOwtuVT1,4OwtOwtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4返回2-223.1.2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在|u2|E时，才有晶闸管承受正电压，有导通的可能。在a角相同时，整流输出电压比电阻负载时大。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。REuidd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，212sinUE（2-16）b)idOEudwtIdOwtaq返回2-233.1.2单相桥式全控整流电路当α时，触发脉冲到来时，晶闸管承受负电压，不可能导通。图3-7b单相桥式全控整流电路接反电动势—电阻负载时的波形电流断续触发脉冲有足够的宽度，保证当wt=时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。如图2-7b所示id波形所示：电流连续ub)idOEdwtIdOwtαq返回2-243.1.2单相桥式全控整流电路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。这时整流电压ud的波形和负载电流id的波形与阻感负载电流连续时的波形相同，ud的计算公式也一样。为保证电流连续所需的电感量L可由下式求出：dmin23dmin21087.222IUIULpw（3-17）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twwOud0Eidtpaq=p返回2-253.1.3单相全波可控整流电路单相全波可控整流与单相桥式全控整流从直流输出端或从交流输入端看均是基本一致的。变压器不存在直流磁化的问题。图3-9单相全波可控整流电路及波形返回2-263.1.3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，即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。返回222U2-273.1.4单相桥式半控整流电路电路结构单相全控桥中，每个导电回路中有2个晶闸管，1个晶闸管可以用二极管代替，从而简化整个电路。如此即成为单相桥式半控整流电路。ud1）电阻负载情况※单相桥式半控电路与单相桥式全控电路在电阻负载时的工作情况相同。2）阻感负载（无VDR）请同学分析以下波形：ud，id，ivt，ivD，i2返回易失控2-283.1.4单相桥式半控整流电路3）阻感负载（有VDR）的情况图3-10单相桥式半控整流电路，有续流二极管，阻感负载时的电路及波形在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。Ob)2OudidIdOOOOOi2IdIdIdIIdawtwtwtwt