电力电子技术 第二章单相整流 (2)

1、电力电子技术整流电路第二章整流电路可控整流：交流电转变为可调节大小的直流电整流电路：出现最早的电力电子电路，将交流电变为直流电–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电力电子技术整流电路2.1单相可控整流电路2.2三相可控整流电路2.3变压器漏感对整流电路的影响2.4电容滤波的不可控整流电路2.5整流电路的谐波和功率因数2.6大功率可控整流电路2.7整流电路的有源逆变状态2.8晶闸管直流电动机系统2.9相控电路的驱动控制电力电子技术整流电路本章首先要学习几种常用的晶闸管可控整流电路,包括它们的电路组成,工作原理,数量关系及特点和适用范围.其中,最基本的电路就是单相半波可控整流电路.（1）电阻性负载（2）电感性负载（3）反电动势负载（4）电容性负载重点注意：工作原理（波形分析）、定量计算、不同负载的影响。不同性质的负载对于整流电路输出的电压电流波形均有很大的影响。交流侧接单相电源电力电子技术整流电路2.1单相可控整流电路2.1.1单相半波可控整。

2、流电路一.电阻性负载特点：负载两端的电压和流过负载的电流成一定的比例关系，且两者的波形相似；负载电压和电流均允许突变。如电阻加热炉、电解、电镀和电焊等都属于电阻性负载。1.电路电力电子技术整流电路变压器T主要用来变换电压,其次它还有隔离一、二次侧的作用。2.工作原理0～ωt1：u2为正，uT为正，但因无ug，故VT不会导通，此时，ωt1～π：uT为正，且有ug，满足VT导通的两个条件，VT导通，则，π～2π：至π时过零，因为是阻性负载，id波形与ud一致，故此时流过VT的电流也过零，VT关断,则0ud2Tuu2duu0uT0ud2Tuu电力电子技术整流电路3.几个概念（1）控制角（也叫移相角）：单相电路中，从晶闸管开始承受正向电压，到其加上触发脉冲的这一段时间所对应的电角度（0～ωt1）。（2）导通角晶闸管在一个周期内导通的电角度（ωt1～π）。（3）移相改变控制角的过程，即改变触发脉冲出现的时刻的过程。这种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。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。

3、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电力电子技术整流电路4.数量关系（1）直流输出电压的平均值Ud为当时，Ud=Ud0=0.45U2随着α的增大，Ud将减小，至时，Ud=0。0180)t(tdsinU221U2d)cos1(2U222cos1U45.02直流输出电流的平均值Id为dddRUI2cos1RU45.0d2（2）负载上得到的直流输出电压有效值U和电流有效值I分别为)t(d)tsin(U221U2242sin2U242sin2RURUId2d电力电子技术整流电路（3）流过VT及变压器二次侧的电流ddTIIIII2T（4）流过晶闸管的电流的波形系数Kf为dTTfIIK)cos1(2242sin2)cos1(22sin)(2当时，即为单相半波波形，有，与晶闸管额定电流定义的情况一致。057.12Kf（5）晶闸管可能承受的正反向峰值电压。

4、均为2TMU2U（6）电路的功率因数为22IUUISPcosIUUI242sin2（7）移相范围0°～180°。电力电子技术整流电路二.电感性负载和带续流二极管的电路特别当负载的ωL比R的数值大得多（10倍以上）时，就认为是大电感负载，其特点是负载电流波形连续，并接近一条直线。像各种电机的励磁绕组以及经电抗器滤波的负载都属于此类负载。特点：由于电感本身为储能元件，而能量的储存与释放是不能瞬间完成的，因而流过电感的电流是不能突变的。当电感中流过的电流发生变化时，在其两端就会产生自感电动势eL，以阻碍电流的变化。负载中既有电阻又有电感,且负载的ωL与R的数值相比不可忽略;电力电子技术整流电路1.电路2.工作原理0--ωt1：无ug,VT不导通,同电阻性负载ωt1--ωt2：加ug,VT导通,ud=u2,uT=0,电感产生自感电动势eL阻碍电流的增大,电源提供能量→电阻消耗的能量+电感吸收的磁场能ωt2～π：电流id开始减小，电源提供能量+电感释放的能量→电阻消耗的能量π～ωt3：至电源电压虽然过零变负，但电流id还没有降低为零，还存在eL。只要eL比u2大，晶闸管。

5、就仍受正压而处于通态。电感释放的能量→电阻消耗的能量+电源(变压器二次侧)吸收的能量至电流降为零，电感能释放完毕。VT关断电力电子技术整流电路特点：电压平均值降低(因为负载电压出现负值);大电感负载时，即ωL＞＞R(10倍以上),输出电压波形正负半周面积近似相等，。0dU改进措施：加续流二极管3.加续流二极管的电路在电源u2正半周工作同前，续流二极管VDR受反压不通。在负半周时，VDR承受正向电压而导通。电感经VDR续流不再经电源，故此时输出为VDR的管压降。VT承受反压关断。此时，0ud电力电子技术整流电路4.数量关系（加VDR）（1）输出电压、电流平均值Ud和Id2cos1U45.0U2ddddRUI（2）流过VT的电流平均值IdT和有效值ITddTdTIII222I)t(dI21Id2dT（3）流过VDR的电流平均值IdRD和有效值IRDddDRdDRIII222I)t(dI21Id02dDR（4）VT、VDR承受的最大电压2TMU2U2DRMU2U（5）移相范围仍是0°～180°。电力。

6、电子技术整流电路2.1.2单相桥式全控整流电路一.电阻性负载1.电路晶闸管VTI和VT4为一组桥臂，而VT2和VT3组成了另一组桥臂。2.工作原理u2正半周,VTI和VT4同时加触发脉冲，则VTI和VT4会导通。2duu0u41T、u2负半周,VT2和VT3同时加触发脉冲，则VT2和VT3会导通。2duu241Tuu、在正负半周四只管子都不导通的区间0ud2uu241T、电力电子技术整流电路3.数量关系（1）直流输出电压、电流平均值Ud和Id2cos1U9.02cos1U22)t(tdsinU21U222d2cos1RU9.0RUId2ddd（2）直流输出电压有效值U和电流有效值I)t(d)tsin(U21U2222sinU22d2dI22sinRURUI（3）流过一只晶闸管的电流的平均值、有效值2cos1RU45.0I21Id2ddTI2142sin2RU)t(dtsinRU221Id22d2T电力电子技术整流电路（3）电路的功。

7、率因数为22sinIUUIIUUISPcos222（4）晶闸管可能承受的反向电压为2U2晶闸管承受的最大正向电压为2U22（5）移相范围是0°～180°。二.电感性负载2.工作原理两组管子轮流导通，且电流连续，VT导通时间延长。T与α无关。1.电路电力电子技术整流电路3.数量关系（1）直流输出电压、电流平均值Ud和IdcosU9.0cosU22)t(tdsinU21U222d当α=0°时，输出Ud最大，Ud0=0.9U2，至α=90°时，输出Ud最小，等于零。cosRU9.0RUId2dddddTI21IdTI21I（3）流过变压器二次侧绕组的电流有效值（4）晶闸管可能承受的正反向峰值电压为2TMU2U（5）α角的有效移相范围是0°～90°。为了扩大移相范围，且去掉输出电压的负值，提高的Ud值，也可以在负载两端并联续流二极管。（2）流过一只晶闸管的电流平均值、有效值d2II电力电子技术整流电路三.带反电动势负载指本身含有直流电动势E，且其方向对电路中的晶闸管而言是反向电压的负载。1.电路2.工作原理0～ωt1：u2。

8、为正，但由于E＞u2，晶闸管仍承受反向电压，反向阻断。EudEuu2Tωt1～ωt2：u2＞E，承受正向电压，无ug，故VT不会导通。Eudωt2～ωt3：加ug1、4，VT1、4导通。2duu0uTωt3～π：在u2=E的时刻，id降为零VT提前δ角关断。REui2d2U2Earcsin电力电子技术整流电路REUIdd为获得连续的负载电流，一般要在负载侧串接足够大的平波电抗器。分析同带大电感负载时一样。Ud的计算也同电感负载一样，只是mind23mind2IU1087.2IU22L所需电感量为：其他的电量也是一样的。电力电子技术整流电路2.1.3单相全波可整流电路1.电路2.工作原理3.特点（与全控桥相比）（1）全波电路变压器要带中心抽头（2）全波电路简单，器件少，但电压容量大。（3）导通损耗小。2cos19.02UUd电力电子技术整流电路2.1.4单相桥式半控整流电路1.电路（电感性负载，不加VDR）2.工作原理有自然续流作用，无负电压输出。半控电路与全控电路在电阻负载时的工作情况相同电力电子技术整流电路3.失控现象电力电子技术整流电路4。

9、.加续流二极管VDR电路ddDdTI2IIdDTIII2dddDRII22IdDRII2cos19.02UUd电力电子技术整流电路5.另一种半控桥电路其他电路：电力电子技术整流电路例有一反电动势负载，采用单相半控桥式串平波电抗器并加续流二极管的电路，其中平波电抗器的电感量足够大，电动势E=30V，负载的内阻R=5Ω，交流侧电压为220V，晶闸管的控制角α=60°，求流过晶闸管、整流二极管以及续流二极管的电流平均值和有效值。解先求整流输出电压平均值V5.148260cos12209.02cos1U9.0U2d再来求流过负载的电流平均值，因串接的平波电抗器的电感量足够大，所以得到的电流波形为一直线。则A7.235305.148REUIddA9.77.2336060180I2IIddDdTA7.137.2336060180I2IIdDT流过续流二极管的电流平均值和有效值为A9.77.23360602I22IddDR流过晶闸管及整流二极管的电流平均。

10、值和有效值为A7.137.23360602I22IdDR。