54电力电子技术课件--整流电路(I)

华南理工大学电力学院TheElectricEngineeringCollegeofSCUT第第第第2222章章章章整流电路（整流电路（整流电路（整流电路（IIII））））《电力电子技术》22012-11-14华南理工大学电力学院TheElectricEngineeringCollegeofSCUT目录引言2.1单相可控整流电路2.1.1单相半波可控整流电路2.1.2单相桥式全控整流电路2.1.3单相全波可控整流电路2.1.4单相桥式半控整流电路2012-11-142012-11-1433华南理工大学电力学院TheElectricEngineeringCollegeofSCUT引引言言��整流电路：出现最早的电力电子电路，将交流电变为整流电路：出现最早的电力电子电路，将交流电变为直流电直流电––按组成的器件可分为不可控、半控、全控三种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为单拍电路和双拍电路2012-11-144华南理工大学电力学院TheElectricEngineeringCollegeofSCUT引言•本章内容：–可控整流电路：工作原理（波形分析）、基本数量关系、负载性质的影响；–变压器漏抗对整流电路的影响；–电容滤波的二极管整流电路；–整流电路的谐波和功率因数分析；–大功率场合的整流电路；–相位控制电路的驱动控制。2012-11-145华南理工大学电力学院TheElectricEngineeringCollegeofSCUT2.1单相可控整流电路�交流侧接单相电源�重点讲述：�工作原理（波形分析）；�定量计算；�不同负载的影响。2012-11-146华南理工大学电力学院TheElectricEngineeringCollegeofSCUT1.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；–u1/U1：一次电压瞬时值/有效值；–u2/U2：二次电压瞬时值/有效值；–ud/Ud：输出电压瞬时值/平均值；–电阻负载的特点：电压与电流成正比，两者波形相同TVTRu1u2uVTudid2.1.1单相半波可控整流电路SinglePhaseHalfWaveControlledRectifier2012-11-147华南理工大学电力学院TheElectricEngineeringCollegeofSCUT电路工作过程0ωt1π2πu2uguduVTαθ000ωtωtωtωtTRu1u2uVTudidTRu1u2uVTudidTRu1u2uVTudid(1)(2)(3)(1)(2)(3)2.1.1单相半波可控整流电路（电阻负载）2012-11-148华南理工大学电力学院TheElectricEngineeringCollegeofSCUT•几个概念的解释：–ud为脉动直流，波形只在u2正半周内出现，故称“半波”整流–采用了可控器件晶闸管，且交流输入为单相，故该电路为单相半波可控整流电路–ud波形在一个电源周期中只脉动1次，故该电路为单脉波整流电路2.1.1单相半波可控整流电路（电阻负载）0ωt1π2πu2uguduVTαθ000ωtωtωtωt2012-11-149华南理工大学电力学院TheElectricEngineeringCollegeofSCUT•几个重要的基本概念：–触发延迟角：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–导通角：晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度，用θ表示2.1.1单相半波可控整流电路（电阻负载）0ωt1π2πu2uguduVTαθ000ωtωtωtωt2012-11-1410华南理工大学电力学院TheElectricEngineeringCollegeofSCUT•基本数量关系直流输出电压平均值为（2-1）2cos145.0)cos1(22)(sin221222ααπωωππα+=+==∫UUttdUUdddd2.1.1单相半波可控整流电路（电阻负载）0ωt1π2πu2uguduVTαθ000ωtωtωtωt2012-11-1411华南理工大学电力学院TheElectricEngineeringCollegeofSCUT•Ud=0.45U2(1+cosα)/2•α=0，Ud=Ud0=0.45U2•α=180°，Ud=0•晶闸管VT的α移相范围为180°•调节α角即可控制Ud的大小•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。0ωt1π2πu2uguduVTαθ000ωtωtωtωt2012-11-1412华南理工大学电力学院TheElectricEngineeringCollegeofSCUT2.1.1单相半波可控整流电路（阻感负载）•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能发生突变。u1TVTRLu2uVTudid2012-11-1413华南理工大学电力学院TheElectricEngineeringCollegeofSCUT2.1.1单相半波可控整流电路（阻感负载）•工作过程(1)u20ωt1π2πωtωtωtωtωtug0ud0id0VT0θα++u1TVTRLu2uVTudid(2)(3)(4)u1TVTRLu2uVTudid(1)(2)(4)(3)u1TVTRLu2uVTudiduu1TVTRLu2uVTudid电压与电流不再成电压与电流不再成电压与电流不再成电压与电流不再成正比，两者波形不正比，两者波形不正比，两者波形不正比，两者波形不再相同。再相同。再相同。再相同。uuuu2222进入负半周时，进入负半周时，进入负半周时，进入负半周时，电感中能量仍旧继电感中能量仍旧继电感中能量仍旧继电感中能量仍旧继续释放（晶闸管不续释放（晶闸管不续释放（晶闸管不续释放（晶闸管不关断）关断）关断）关断）电感能量释放完电感能量释放完电感能量释放完电感能量释放完毕，电流毕，电流毕，电流毕，电流iiii2222降为降为降为降为0000，，，，晶闸管关断晶闸管关断晶闸管关断晶闸管关断2012-11-1414华南理工大学电力学院TheElectricEngineeringCollegeofSCUT电力电子电路的一种基本分析方法•通过器件的理想化，将电路简化为分段线性电路，分段进行分析计算；•当VT处于断态时，相当于电路在VT处断开，id=0。当VT处于通态时，相当于VT短路。a)VT处于关断状态b)VT处于导通状态a)b)VTRLVTRLu2u22012-11-1415华南理工大学电力学院TheElectricEngineeringCollegeofSCUT2.1.1单相半波可控整流电路VT处于通态时：(2-2)(2-2)(2-2)(2-2)初始条件：ωt=α，id=0，得：(2-3)(2-3)(2-3)(2-3)式中tURitiLωsin2dd2dd=+)sin(2)sin(22)(2ϕωϕααωω−+−−=−−tZUeZUitLRdddd22)(LRZω+=RLωϕarctan=u20ωt1π2πωtωtωtωtωtug0ud0id0VT0θα++(1)(2)(4)(3)2012-11-1416华南理工大学电力学院TheElectricEngineeringCollegeofSCUT2.1.1单相半波可控整流电路当ωt=θ+α时，id=0，代入式(2-3)，并整理得：)sin()sin(tanϕαθϕαϕθ−+=−−eu20ωt1π2πωtωtωtωtωtug0ud0id0VT0θα++(1)(2)(4)(3)2012-11-1417华南理工大学电力学院TheElectricEngineeringCollegeofSCUT•负载阻抗角ϕ、触发角α、晶闸管导通角θ的关系–若ϕ为定值，α越大，θ越小–若α为定值，ϕ越大，则θ越大。2.1.1单相半波可控整流电路（阻感负载）u20ωt1π2πωtωtωtωtωtug0ud0id0VT0θα++(1)(2)(4)(3)2012-11-1418华南理工大学电力学院TheElectricEngineeringCollegeofSCUT•为避免Ud太小，在整流电路的负载两端并联续流二极管•续流过程续流期间ud为0，ud中不再出现负的部分。LTVTRu1u2uVTudVDRidiVDR2.1.1单相半波可控整流电路（阻感负载，有续流二极管）2012-11-1419华南理工大学电力学院TheElectricEngineeringCollegeofSCUT2.1.1单相半波可控整流电路（阻感负载，有续流二极管）•工作过程u2udiduVTiVTIdIdωt1ωtωtωtωtωtωtOOOOOOπ-απ+αiVDR(1)(2)(3)LTVTRu1u2uVTudVDRidiVDRLTVTRu1u2uVTudVDRidLTVTRu1u2uVTudVDRidiVDR(3)(2)(1)2012-11-1420华南理工大学电力学院TheElectricEngineeringCollegeofSCUT•数量关系若L足够大，使id连续，id近似为一条水平线，恒为Id，则有ddddddddVTVTVTVTItdIIπαπωππα2)(212−==∫ddVD2RIIπαπ+=ddddddddVDVDVDVDRRRRItdIIπαπωπαππ2)(2122+==∫+dddddVTdVTdVTdVTIIπαπ2−=u2udidiVTIdIdωt1ωtωtωtωtωtOOOOOπ-απ+αiVDR2.1.1单相半波可控整流电路（阻感负载，有续流二极管）2012-11-1421华南理工大学电力学院TheElectricEngineeringCollegeofSCUT2.1.1单相半波可控整流电路•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。2012-11-1422华南理工大学电力学院TheElectricEngineeringCollegeofSCUT1.带电阻负载的工作情况•工作原理及波形分析–两组桥臂–轮流导通RTu1u2a)i2abVT1VT3VT2VT4udid2.1.2单相桥式全控整流电路SinglePhaseBridgeControlledRectifier2012-11-1423华南理工大学电力学院TheElectricEngineeringCollegeofSCUT2.1.2单相桥式全控整流电路（电阻负载）•电路工作过程(1)RTu1u2i2abVT1VT3VT2VT4udid(3)RTu1u2i2abVT1VT3VT2VT4udidωtωtωt000i2udidud(id)uVT1,4παα(1)(2)(3)(4)(2)RTu1u2i2abVT1VT3VT2VT4udid(4)RTu1u2i2abVT1VT3VT2VT4udid2012-11-1424华南理工大学电力学院TheElectricEngineeringCollegeofSCUT2.1.2单相桥式全控整流电路（电阻负载）•数量关系–α角的移相范围为180°2cos19.02cos122)(dsin21222ααπωωππα+=+==∫UUttUUdddd2cos19.02cos12222ddααπ+=+==RURURUI2cos145.0212ddVTα+==RUIIωtωtωt000i2udidud(id)uVT1,4παα(1)(2)(3)(4)2012-11-1425华南理工大学电力学院TheElectricEngineeringCollegeofSCUT2.1.2单相桥式全控整流电路（电阻负载）