聊城大学机械与汽车工程学院机电传动第8章2

8.2可控整流电路整流－将交流电变为直流电的过程；整流电路－将交流电变为直流电的电路；整流单相三相不可控可控不可控可控8.2.1单相半波可控整流电路1.带阻性负载的可控整流电路u2－输入电压；ud－输出电压；－控制角；晶闸管元件承受正向电压起始点到触发脉冲的作用点之间的电角度。－导通角；是晶闸管在一周期时间内导通的电角度。对单相半波可控整流电路：的范围~00~的范围不加触发脉冲时，VS不导通，u2全部加在VS上，R上电压ud为0，VS上承受的最大正向与反向电压为22U当ωt＝α时，控制极加触发脉冲，VS导通，u2全部加在R上。改变α大小，就可以改变负载上电压的大小。当ωt＝π时，u2＝0，VS流过的电流小于维持电流而关断，之后，u2全部由VS承受，直至下一个脉冲加到控制极上，VS重新导通。输出电压平均值2cos145.0)(sin22122UttdUUd负载电流平均值2cos145.02RURUIdd2.带感性负载的可控整流电路电感性负载:电动机的励磁线圈、整流输出接电抗器的负载等。当VS触发导通时，∵自感电势eL要阻碍id↑，∴id只能从0开始↑随着id↑，eL逐渐↓，这时在电感中便储存了磁场能量。当u2↓、过零、变负，→id↓，→eL反向，阻碍id↓，只要eL大于电源负电压，id将继续流通，继续导通，电感储存能量→电阻和电源∴负载电压瞬时值出现负值。当id维持电流，VS关断，立即承受反向电压。θπ-α，负载电感↑，→θ↑，→每周期负载上负电压比重↑，→ud和id平均值↓。负载并联二极管V，→电源负电压不加于负载→输出平均电压↑。当u2为正、VS导通时，V不通，负载电压波形与不加二极管相同；当u2变负，V导通，VS承受反压关断，负载上由电感L维持的电流经过V，∴V叫续流二极管。3.续流二极管的作用V导通，没有电流→电源，ud＝uV≈0，L放出能量→电阻。VS导通，电源提供id；VS关断，L通过V提供id。当ωL≥R，id脉动很小。设id的平均值为Id，则流过晶闸管的电流平均值ddVSII2流过二极管的电流平均值ddVII22当1端为正的某时刻，触发VS1，id→VS1→R→V2→2端，VS2和V1均受反压而截止；8.2.2单相桥式可控整流电路1）阻性负载当2端为正的某时刻，触发VS2，id→VS2→R→V1→1端，VS1和V2均受反压而截止。输出电压平均值2cos19.0)(sin2122UttdUUd电流平均值2cos19.02RURUIdd元件承受的最大正反向电压为22U加续流二极管V3。当u2=0，id→V3，晶闸管因电流为零而关断，不会失控。2）感性负载流过每只晶闸管的平均电流dI2流过续流二极管的平均电流dI不加续流二极管，V1和V2起到续流作用。整流装置体积减小，但VS1和VS2阴极没有公共点，故用一套触发电路触发时，必须采用具有两个线圈的脉冲变压器供电；且V1、V2的电流增大了：ddVII22缺点：五只整流二极管，尺寸大，Id要同时经过三个整流元件，故压降、损耗较大。晶闸管关断：电源电压→0的短暂时间内。四只二极管→单相桥式整流电路，用一只晶闸管控制，改变控制角α，可改变输出电压。节省了晶闸管。优点：晶闸管用得少，控制线路简单，晶闸管不承受反向电压；输出接有反电势E的负载只有当u2E，同时又有触发脉冲时，晶闸管才能导通3）反电动势负载在晶闸管关断的时间内，负载上保留原有的反电势负载两端的电压平均值比电阻性负载时高输出平均电流为REUIdd(Ud－E)为阴影部分的面积对一周期取平均值∵导通角小，导电时间短，回路电阻小，∴电流的幅值与平均值之比很大∴晶闸管工作条件差。如前所知，必须降低电流定额使用另外，对直流电动机换向易产生火花，对于电源，则因电流有效值大，要求的容量也大。对于大容量电动机或蓄电池负载，常常串联电抗器，以平滑电流的脉动因为电抗器，续流二极管起到续流作用得到的平滑电流例：欲装一台白炽灯泡调光电路，需要可调的直流电源，调节范围：电压U0=0V~180V,电流I0=0~10A。现采用单相半控桥式整流电路，试求最大输入交流电压和电流有效值，并选择整流元件。解:设在晶闸管导通角θ为π(控制角为0)时输出电压值为最大（180V），则对应的输入交流电压有效值为最大。V..UU20090180900实际上还要考虑电网电压波动、管压降以及导通角常常到不了1800，交流电压要比上述计算而得到的值适当加大10%左右，即大约为220V。因此，在本例中可以不用整流变压器，直接接到220V的交流电源上。交流电流有效值：A.AVVRUIL21210180220晶闸管所承受的最大正向电压、最大反向电压和二极管所承受的最大反向电压相等，即：VV.UUURMFM3102204112流过晶闸管和二极管的平均电流：AAIIIVVS5210210为保证晶闸管在出现瞬时过电压时不致损坏，通常根据下式选择晶闸管的UDRM和UＲＲＭ：V600310*22UV600310*22UVUVURMRRMFMDRM根据上面的计算，晶闸管可选用３CT10/600，考虑留有余量，故额定电流采用10A。二极管可选用2CZ10/300，因为二极管的最高反向电压一般是取反向击穿电压的一半，已有较大余量，所以选300V已足够。把半控桥中的两只二极管用两只晶闸管代替电阻性负载：电流和电压波形与半控桥没区别，α移相范围0～π，输出平均电压、电流的计算公式也与半桥相同。但每半周期要求触发两只晶闸管。2.单相全控桥式整流电路电感性负载：没有续流二极管，输出电压的瞬时值会出现负值输出电压平均值：)20(cosU9.0cosU22)t(tdsinU222U222d元件承受最大正反向电压22U工作过程：当u120，触发VS1、VS2，二者导通，→u12加于负载；当u12＝0，L反电势维持id通过VS1、VS2、电源，→VS1、VS2继续导通，直到u120，即u210，且VS3、VS4导通，VS1、VS2因受反压关断。同样，VS3、VS4要导通到触发VS1、VS2才关断。当α=0~π/2时，→Ud=0.9U2~0，id连续；当απ/2时，→Ud≈0，id断续且很小。为↑整流电压，也可并联续流二极管。一般电阻性负载时，本线路不比半控桥优越，且线路复杂，∴一般采用半控桥。它主要用于电动机需要正反转的逆变电路中。8.2.3三相半波可控整流电路变压器副边→星形，uA、uB、uC=相电压u2p，通过VS1、VS2、VS3向负载R供直流电。1.阻性负载三相电源电压波形：1、2、3点为相邻相电压波形交点，也是不控整流的自然换向点，α就从该点算起。没有触发信号时，晶闸管承受的最大正向电压是：PU22可能承受的最大反向电压：PPUU22632如：当VS1导通，而VS2不导通时，加在VS2上的反向电压为UAB，即线电压的有效值线电压的最大值为：PPUU226321）当α＝0时在t1~t2内，uAuB、uC，在t1触发VS1，R上得到uA，电流→VS1→R→0点。在t2触发VS2，→VS1受反压关断，R上得到uB，……。一个周期每只晶闸管导通角为2π/3，要求触发脉冲间隔也是2π/3。当三只晶闸管共阴极连接时：哪一相电压最高，则来触发脉冲时，与那一相相连接的晶闸管就导通，这只管子导通后，其它管子承受反向电压而阻断。输出电压平均值：P2P2656dU17.1)t(tdsinU2321U2）当0α≤π/6时每只晶闸管导通角为120°。在1t，虽uB≥uA，但VS2未触发，不导通，故VS1不关断，直到t2，VS2触发导通，VS1受反压而关断，……。输出电压平均值：cos17.1)(sin232122656PPdUttdUU　　3）当π/6α≤5π/6时，当A相电压过0，VS1自动关断，……。输出电压平均值：3)30cos(117.1)(sin2321226PPdUttdUU　　当α＝5π/6时，Ud＝0。结论：当α在0～5π/6内移相，Ud由最大值1.17U2P下降到0，id平均值为Id＝Ud/R，每只晶闸管电流平均值：Id/3。2.感性负载带电感性负载，απ/6时，三相半波可控整流电压ud波形当t＝t1，uA＝0，但∵eL→id≠0，→VS1维持导通，若L足够大，VS1要一直导通到VS2导通为止。当VS2触发导通，VS1承受反压关断。由于L大，id脉动小，近似为水平线。每只晶闸管导通角2π/3。输出电压的平均值：cosU17.1)t(tdsinU2321UP2P2656d带电感性负载，当α＝π/2时，ud波形，Ud＝0结论：三相半波整流带电感性负载，要求脉冲的移相范围为0~π/2。晶闸管可能承受的最大正向电压为，而电阻性PU26PU22负载承受加续流二极管Ud与α的关系和R负载时一样(α＝π/3)id与电感性负载时一样，当ωLR，接近于水平线三相半波可控整流电路优点：只用三只晶闸管，接线简单，直接380V电源，稍加控制，可满足220V直流负载的要求。三相半波可控整流电路缺点：晶闸管承受反压高；利用率低：在电流连续时，每周期变压器副边绕组和晶闸管都只有1/3时间导通；直流分量引起很大零线电流：流过变压器的电流是单方向的脉动电流，其直流分量引起很大的零线电流，在铁心中产生直流磁势，易于造成变压器铁心饱和，引起附加损耗和发热。8.2.4三相桥式全控整流电路共阳极组整流电路共阳极组与共阴极组串联，ud为两组输出电压之和三相全控整流电路：变压器的两组次极绕组共用一个绕组共阴极组：VS1、VS3、VS5共阳极组：VS2、VS4、VS6与电动机(反电势负载)连接，总串联一定电感，以减小电流脉动、保证电流连续，即负载性质为电感性的。∵两组串联，∴Ud比式大一倍。cosU17.1)t(tdsinU2321UP2P2656d即Ud＝2.34U2Pcosα(0≤απ/2)三相桥式全控整流电压、电流和触发脉冲波形图(α＝0时)交流电源电压相电流输出电压触发顺序t1时，uA较正，uB较负输出电压为UAB触发VS1、VS6，使其导通在t1~t2内的相电流iA和iB电流i回路:从A相→VS1→负载→VS6→B相t2时，uC比uB更负输出电压为UAC触发VS1(维持导通)、VS2，使其导通在t2~t3内的相电流iA和iCVS6受反压关断电流i回路:从A相→VS1→负载→VS2→C相t3时，uB开始比uA为正输出电压为UBC触发VS2(维持导通)、VS3，使其导通在t3~t4内的相电流iB和iCVS1受反压关断电流i回路:从B相→VS3→负载→VS2→C相当α移相时，ud波形和Ud将跟着变。可控整流电路小结单相半波电路简单，指标差，只适用于小功率要求不高的场合。单相桥式电路性能指标好，电压脉动频率大,适用小功率电路。三相半波可控整流电路，指标一般，较少采用。三相桥式可控电路，各项指标好，最适合大功率高压电路。三相全控桥可工作在整流状态，同时还能工作在逆变状态。作业：8.8、8.16、8.17、8.18、8.20、8.22