第三章 电力电子技术―整流电路

第三章第三章整流电路整流电路—电力电子技术—本章主要内容本章主要内容z3.1单相可控整流电路z3.2三相可控整流电路z3.3变压器漏感对整流电路的影响z3.4电容滤波的不可控整流电路z3.5整流电路的谐波和功率因数z3.6大功率可控整流电路z3.7整流电路的有源逆变工作状态z3.8整流电路相位控制的实现—电力电子技术—概述概述z整流电路——一种把交流电源电压转换成所需的直流电压的一种电路z整流电路分类{按组成器件分为不可控、半控、全控{按电路结构分为桥式和零式(半波)电路{按交流输入相数分为单相和多相电路{按变压器二次侧电流方向分为单拍电路和双拍电路z基本内容——工作原理、基本数量关系、负载性质影响、变压器漏抗影响、谐波和功率因数z相控电路、斩控电路—电力电子技术—3.13.1单相可控整流电路单相可控整流电路z整流电路形式{单相半波可控整流电路{单相桥式全控整流电路{单相全波可控整流电路{单相桥式半控整流电路z负载形式{电阻负载{阻感负载{反电动势负载—电力电子技术—3.13.1单相可控整流电路单相可控整流电路1.单相半波可控整流电路——电阻负载z触发延迟角（触发角或控制角）α：从晶闸管VT开始承受正向阳极电压起到施加触发脉冲止的电角度z导通角θ：VT在一个电源周期中处于通态的电角度z工作原理{当0ωtα，不导通，ud=0(id=0){当ωtα，导通，ud=u2{当ωt=π，关断，ud=0—电力电子技术—3.13.1单相可控整流电路单相可控整流电路2221sin2(2sin)()224UUtdtUπαπααωωπππ−==+∫21cos0.452ddUUIRRα+==z输出电压平均值z随着α增大，ud减小，α的移相范围为180°z输出电压有效值z输出电流平均值z输出电流有效值1.单相半波可控整流电路——电阻负载2sin224UUIRRπααππ−==+z相控方式——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222211cos2sin()(1cos)0.45222dUUUtdtUπααωωαππ+==+=∫—电力电子技术—3.13.1单相可控整流电路单相可控整流电路1.单相半波可控整流电路——阻感负载z阻感负载——对电流变化有抗拒作用，使得流过电感的电流不能突变z工作原理{VT处于断态,id=0,ud=0,uVT=u2{L使id不能突变，从0开始增加{u2由正变负过零点处，id处于减小过程，尚未到零，VT仍处于通态{直到L能量释放完毕，id降至零，VT关断并立即承受反压{ud波形出现负的部分，平均值下降uωttωωtωtω20ωt1π2πtug0ud0id0uVT0θαb)c)d)e)f)++—电力电子技术—3.13.1单相可控整流电路单相可控整流电路1.单相半波可控整流电路——阻感负载z通态方程z边界条件{ωt=α，id=0{ωt=θ+α，id=0z超越方程tURitiLωsin2dd2dd=+)sin()sin(ϕαθϕαϕθ−+=−−tgez若ϕ(阻抗角)为定值，α角越大，L储能越少，θ越小。z若α为定值，ϕ越大，L储能越多，θ越大，ud平均值越接近零。关断导通—电力电子技术—3.13.1单相可控整流电路单相可控整流电路1.单相半波可控整流电路——阻感负载u2udiduVTiVTIdIdωt1ωtωtωtωtωtωtOOOOOOπ-απ+αb)c)d)e)f)g)iVDRa)z带续流二极管电路{u2正半周时保持不变{当u2过零变负，VDR导通，ud为零，VT受反压关断，电流id在L-R-VDR回路中流通，称为续流{若L足够大，id连续，波形接近一条水平线{VT触发角为α，则导通角为π-α，VDR导通角为π+α—电力电子技术—3.13.1单相可控整流电路单相可控整流电路1.单相半波可控整流电路——阻感负载z输出电压平均值与电阻负载相同，移向范围180°zVT电流平均值、有效值zVDR电流平均值、有效值ddVTIIπαπ2−=2122VTddIId(t)Iπαπαωππ−==∫ddVDIIRπαπ2+=παπ2+=dVDIIRzVT可能承受的最大正、反向电压均为zVDR可能承受的最大反向电压也为22U22U—电力电子技术—3.13.1单相可控整流电路单相可控整流电路2.单相桥式全控整流电路——电阻负载z电路结构{VT1和VT4组成一对桥臂，VT2和VT3组成另一对桥臂z工作原理{u2为正半周，VT1和VT4未导通时，串联承受电压u2；当ωt=α，VT1和VT4导通，ud=u2；当ωt=π，VT1和VT4关断，ud=0{u2为负半周，VT2和VT3未导通时，串联承受电压u2；当ωt=π+α，VT2和VT3导通，ud=-u2—电力电子技术—3.13.1单相可控整流电路单相可控整流电路2.单相桥式全控整流电路——电阻负载z输出电压平均值z随着α增大，ud减小，α的移相范围为180°z输出电流平均值zVT电流平均值∫+=+==παααπωωπ2cos19.02cos122)(dsin21222UUttUUd2222110922ddUUUcoscosI.RRRααπ++===21104522dVTdUcosII.Rα+==—电力电子技术—3.13.1单相可控整流电路单相可控整流电路2.单相桥式全控整流电路——电阻负载222211d2222dVTUUI(sint)(t)sinRRπαπαωωαπππ−==+∫zVT电流有效值z变压器二次侧电流有效值i2与输出电流有效值i相等222221122UUII(sint)d(t)sinRRπαπαωωαπππ−===+∫12dVTII=zVT可能承受的最大正向电压为zVT可能承受的最大反向电压为222U22U—电力电子技术—3.13.1单相可控整流电路单相可控整流电路2.单相桥式全控整流电路——阻感负载z工作原理{u2为正半周，当ωt=α，VT1和VT4导通，ud=u2{u2过零变负，L维持VT1和VT4继续导通{ωt=π+α，VT2和VT3触发导通，VT1和VT4承受反压关断，ud=-u2{换相（换流）——流过VT1和VT4的电流迅速转移到VT2和VT3的过程—电力电子技术—3.13.1单相可控整流电路单相可控整流电路2.单相桥式全控整流电路——阻感负载z输出电压平均值z随着α增大，ud减小，α的移相范围为90°zVT电流平均值zVT电流有效值z变压器二次电流有效值∫+===απαααπωωπcos9.0cos22)(dsin21222dUUttUUdVTd12II=VTdd107072II.I==zL使输出电流不能突变且波形近似为一条水平线zVT可能承受的最大正反向电压为zVT导通角θ与α无关，均为180°22U2dII=—电力电子技术—3.13.1单相可控整流电路单相可控整流电路2.单相桥式全控整流电路——反电动势负载z工作原理{反电动势负载——可看成一个直流电压源{|u2|E时，才有VT承受正电压，有导通的可能{导通后，ud=u2，；当|u2|=E，id即降至0使得VT关断，ud=E{停止导电角δ——与电阻负载相比，VT提前δ电角度停止导电()ddi=u-ER-12Eδ=sin2U—电力电子技术—3.13.1单相可控整流电路单相可控整流电路2.单相桥式全控整流电路——反电动势负载z工作原理{αδ触发，VT承受负电压，不导通。若触发脉冲有足够宽度，当ωt=δ，VT承受正电压，触发脉冲还存在,相当于触发角被推迟为δ{电流断续——电流波形在一周期内有部分时间为0的情况。则在直流输出侧串联一个平波电抗器，使电流连续，VT导通180°，电压和电流波形与阻感负载相同，电压计算也相同，但电流为{保证电流连续所需电感量L为tωωOud0Eidtπδαθ=π-32.871022dmindmin22UUL==πωII×()ddI=U-ER—电力电子技术—3.13.1单相可控整流电路单相可控整流电路3.单相全波可控整流电路ωtωαb)udi1OOtz工作原理{变压器T带中心抽头，u2正半周，VT1工作，变压器二次绕组上半部分流过电流{u2负半周，VT2工作，变压器二次绕组下半部分流过反方向的电流{与半波相比，变压器不存在直流磁化问题—电力电子技术—3.13.1单相可控整流电路单相可控整流电路3.单相全波可控整流电路z单相全波与单相桥式全控比较{单相全波只用2个VT，比单相全控桥少2个，相应地，门极驱动电路也少2个{单相全波导电回路只含1个VT，比单相桥少1个，因而管压降也少1个{VT承受最大正向电压，最大反向电压为，是单相全控桥的2倍{单相全波中变压器结构较复杂，材料的消耗多z单相全波电路有利于在低输出电压的场合应用22U222U—电力电子技术—3.13.1单相可控整流电路单相可控整流电路4.单相桥式半控整流电路z工作原理{每一个导电回路由1个VT和1个VD构成{u2正半周，α处触发VT1，u2经VT1和VD4向负载供电；u2过零变负，L使电流由VT1和VD3续流，ud=0{u2负半周，α处触发VT2，u2经VT2和VD3向负载供电；u2过零变正，VT2和VD4续流，ud=0iVTIiVD3—电力电子技术—3.13.1单相可控整流电路单相可控整流电路4.单相桥式半控整流电路z续流二极管{避免失控现象——当触发脉冲突然增大至180°或丢失时，会发生一个VT持续导通而两个VD轮流导通的单相半波整流z单相桥式半控整流电路的另一种接法{可省去VDR，续流由VD3和VD4实现—电力电子技术—单相可控整流电路总结—电力电子技术—3.23.2三相可控整流电路三相可控整流电路z整流电路形式{三相半波可控整流电路{三相桥式全控整流电路z负载形式{电阻负载{阻感负载{反电动势负载—电力电子技术—3.23.2三相可控整流电路三相可控整流电路1.三相半波可控整流电路——电阻负载z电路结构{变压器一次侧接成三角形，二次侧接成星形{三个VT共阴极连接z工作原理{按VD导通原则：阳极电位最高的管子导通，输出该相相电压{自然换相点：VD换相时刻为自然换相点，作为计算各VT触发角α的起点，即α=0°—电力电子技术—3.23.2三相可控整流电路三相可控整流电路1.三相半波可控整流电路——电阻负载zα=0°{三个VT轮流导通120°，u2为三个相电压在正半周期的包络线{VT电压由一段管压降和两段线电压组成，随着α增大，VT承受的电压中正的部分逐渐增多{变压器二次绕组电流有直流分量α=0°—电力电子技术—3.23.2三相可控整流电路三相可控整流电路1.三相半波可控整流电路——电阻负载zα=30°{负载电流处于连续和断续之间的临界状态{各相仍导电120°—电力电子技术—3.23.2三相可控整流电路三相可控整流电路1.三相半波可控整流电路——电阻负载zα30°{负载电流断续，VT导通角小于120°，为150°-α—电力电子技术—3.23.2三相可控整流电路三相可控整流电路1.三相半波可控整流电路——电阻负载z输出电压平均值{α≤30°{α30°zα角的移相范围为150°zVT承受的最大反向电压为变压器二次线电压峰值zVT的最大正向电压为变压器二次相电压的峰值ααπωωπαπαπcos17.1cos263)(sin223222656UUttdUUd===∫++62223322()[1()]2260675[1()]6dUUsintdtUcos.Ucosππαπωωαπππα+==++=++∫222236245RMUUU.U=×==22FMUU=—电力电子技术—3.23.2三相可控整流电路三相可控整流电路1.三相半波可控整流电路——电阻负载z变压器二次侧各相电流有效值{α≤30°{α30°zVT的电流平均值zVT的电流有效值566222221132234UUI(sint)d(t)cosRRππααωωαππ++==+∫622222153122212288UUI(sint)d(t)cossinRRππααωωααππππ+==−++∫13dVTdII=2VTII=—电力电子技术—3.23.2三相可控整流电路三相可控整流电路