1、第第3章章 整流電路整流電路 3.1 單相可控整流電路單相可控整流電路 3.2 三相可控整流電路三相可控整流電路 3.3 變壓器漏感對整流電路的影響變壓器漏感對整流電路的影響 3.4 電容濾波的不可控整流電路電容濾波的不可控整流電路 3.5 整流電路的諧波和功率因數整流電路的諧波和功率因數 3.6 大功率可控整流電路大功率可控整流電路 3.7 整流電路的有源逆變工作狀態整流電路的有源逆變工作狀態 3.8 相控電路的驅動控制相控電路的驅動控制 本章小結本章小結 2/131 內容和要求內容和要求內容：單相橋式、三相半波、三相橋式等整 流電路結構、工 作原理、主要電量波 形分析和參數計算要求：理解和

2、掌握電路波形分析和基本電量 計算的方法重點：波形分析和不同負載對工況的影響形式：課堂講授和實驗結合3/1313. 1 概概 述述整流電路的分類整流電路的分類 不可控整流電路不可控整流電路-由不可控器件組成由不可控器件組成 直流整流電壓和交流電源電壓的比值固定直流整流電壓和交流電源電壓的比值固定 全控整流電路全控整流電路-由可控器件組成由可控器件組成 直流整流電壓的平均值和極性可調直流整流電壓的平均值和極性可調 半控整流電路半控整流電路-由不可控器件和可控器件組成由不可控器件和可控器件組成 負載電壓平均值可調、極性不能改變負載電壓平均值可調、極性不能改變4/131 按電路結構按電路結構 橋式電路

3、（又稱全波電路或雙拍電路）橋式電路（又稱全波電路或雙拍電路） 零式電路（又稱半波電路或單拍電路）零式電路（又稱半波電路或單拍電路） 按輸出電壓脈波數按輸出電壓脈波數 單脈波電路單脈波電路 雙脈波電路雙脈波電路 三脈波電路三脈波電路 多脈波電路多脈波電路5/131 按控制方式按控制方式相控式電路、斬控式電路相控式電路、斬控式電路 按組成器件按組成器件全控型電路、半控型電路全控型電路、半控型電路 按工作范圍按工作范圍單象限電路、多象限電路單象限電路、多象限電路 按電網相數按電網相數單相電路、三相電路、多相電路單相電路、三相電路、多相電路6/1313.1.2 可控整流電路的一般結構可控整流電路的一般

4、結構主電路主電路交流電源：工頻電網或整流變壓器交流電源：工頻電網或整流變壓器濾波器：為保證電流連續濾波器：為保證電流連續負載：阻性負載、阻感負載、反電勢負載等負載：阻性負載、阻感負載、反電勢負載等控制電路：模擬控制、數字控制控制電路：模擬控制、數字控制7/131整流電路基本要求：整流電路基本要求： 直流電壓調節范圍寬、輸出直流電流脈動小直流電壓調節范圍寬、輸出直流電流脈動小 晶閘管元件導電時間盡量長、且正反向電壓較低晶閘管元件導電時間盡量長、且正反向電壓較低 變壓器利用率高、避免直流磁化變壓器利用率高、避免直流磁化 交流側功率因數高、諧波電流小交流側功率因數高、諧波電流小 整流電路理想條件：整

5、流電路理想條件： 理想器件理想器件：晶閘管正向阻抗為零、反向阻抗為無：晶閘管正向阻抗為零、反向阻抗為無窮大、整流變壓器無漏感、無內阻和鐵損窮大、整流變壓器無漏感、無內阻和鐵損 理想電源理想電源：恒頻恒壓、對稱無畸變的三相正弦波：恒頻恒壓、對稱無畸變的三相正弦波電源電源8/131本章分析方法要點及數學基礎本章分析方法要點及數學基礎1、分析方法要點、分析方法要點 根據根據SCR的導通的導通/關斷條件，確定其導通時刻、關斷條件，確定其導通時刻、關斷時刻，繪出整流輸出電壓和電流波形，由此關斷時刻，繪出整流輸出電壓和電流波形，由此可進一步繪出有關器件上的電壓和電流波形可進一步繪出有關器件上的電壓和電流波

6、形 應用電工基礎中的平均值、有效值概念，推應用電工基礎中的平均值、有效值概念，推導出上述波形隨控制角導出上述波形隨控制角 變化的數學表達式變化的數學表達式9/1312、數學基礎、數學基礎（1）平均值和有效值計算）平均值和有效值計算設設f(t)為電壓或電流實時表達式，則為電壓或電流實時表達式，則f(t)在在、期間的平均值和有效值分別為：期間的平均值和有效值分別為：tdtftdtf)(1)(12有效值平均值（2）功率因數計算）功率因數計算其中：其中：P負載功率負載功率 （電源輸出的有功功率）（電源輸出的有功功率） S電源（變壓器）的視在功率電源（變壓器）的視在功率SP10/1313.1 單相可控整

7、流電路單相可控整流電路 3.1.1 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路 3.1.2 單相橋式全控整流電路單相橋式全控整流電路 3.1.3 單相全波可控整流電路單相全波可控整流電路 3.1.4 單相橋式半控整流電路單相橋式半控整流電路11/131可控整流電路的基本概念可控整流電路的基本概念單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路控制角控制角 ：從晶閘管開始承受從晶閘管開始承受正向電壓到被觸發導通這一角正向電壓到被觸發導通這一角度度導通角導通角 ：晶閘管在一個周期晶閘管在一個周期內導通的電角度內導通的電角度移相：移相：改變控制角改變控制角 的大小，的大小，即改變觸發脈沖的出現時刻即改變觸發脈

8、沖的出現時刻（相位）（相位）移相控制：移相控制：通過控制觸發脈沖通過控制觸發脈沖的相位來控制直流輸出電壓大的相位來控制直流輸出電壓大小的控制方式小的控制方式移相范圍：移相范圍：控制角控制角 的允許調的允許調節范圍節范圍同步：同步：觸發脈沖信號和晶閘管觸發脈沖信號和晶閘管電壓（即電源電壓）在頻率和電壓（即電源電壓）在頻率和相位上的協調配合關系相位上的協調配合關系換相（換流換相（換流 ）：）：電流從含有變電流從含有變流元件的一個支路轉移到另一流元件的一個支路轉移到另一個支路的過程個支路的過程 自然換相點：自然換相點：當電路中的可控當電路中的可控元件全部由不可控元件代替時，元件全部由不可控元件代替時

9、，各元件的導電轉換點各元件的導電轉換點僅在交流正半周輸出電壓，僅在交流正半周輸出電壓，所以叫所以叫半波整流半波整流單相輸入，所以叫單相輸入，所以叫單相整流單相整流輸出電壓可通過調節輸出電壓可通過調節 進行進行控控制，所以叫制，所以叫可控整流可控整流單相單相半波半波可控可控整流整流12/131整流電路的基本概念整流電路的基本概念 控制角控制角 從晶閘管開始承受正壓到被觸發導通這一角度從晶閘管開始承受正壓到被觸發導通這一角度 導通角導通角 晶閘管在一個周期內導通的電角度晶閘管在一個周期內導通的電角度 移相（移相（ phase-shift ） 改變控制角改變控制角 ，即改變觸發脈沖出現的相位，即改變

10、觸發脈沖出現的相位 移相控制（移相控制（phase-shift control） 通過移相可控制輸出整流電壓大小，這種改變通過移相可控制輸出整流電壓大小，這種改變控制角調節輸出電壓的控制方式，稱為移相控制控制角調節輸出電壓的控制方式，稱為移相控制13/131 移相范圍：移相范圍：控制角控制角 的允許調節范圍的允許調節范圍 同步：同步：觸發脈沖信號和晶閘管電壓（即電觸發脈沖信號和晶閘管電壓（即電 源電壓）在頻率和相位上保持一定的源電壓）在頻率和相位上保持一定的 協調配合關系，以使整流輸出電壓穩協調配合關系，以使整流輸出電壓穩 定，稱為同步定，稱為同步 換相（換流換相（換流 ）：）：電流從含有變流

11、元件的一電流從含有變流元件的一 個支路轉移到另一個支路的過程個支路轉移到另一個支路的過程 自然換相點：自然換相點：當電路中的可控元件全部由當電路中的可控元件全部由 不可控元件代替時，不可控元件代替時， 各元件的導電各元件的導電 轉換點轉換點14/131輸出直流電壓平均值輸出直流電壓平均值Ud為為 2cos145. 0)cos1 (22)(sin221222aUaUwtwtdUUad a=0時，晶閘管全導通，相當于二極管整流，時，晶閘管全導通，相當于二極管整流， 輸出電壓輸出電壓 最大，即最大，即 a= 時，整流輸出為零時，整流輸出為零 移相范圍為移相范圍為 245. 0UUd單相半波可控整流電

12、路單相半波可控整流電路15/1313.1.1 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路tTVTR0a)u1u2uVTudidt12 tttu2uguduVT0b)c)d)e)00圖圖3-1 單相半波可控整流電路及波形單相半波可控整流電路及波形帶電阻負載的工作情況帶電阻負載的工作情況 變壓器變壓器T起變換電壓和隔離的起變換電壓和隔離的作用，其一次側和二次側電壓瞬時作用，其一次側和二次側電壓瞬時值分別用值分別用u1和和u2表示，有效值分別表示，有效值分別用用U1和和U2表示，其中表示，其中U2的大小根據的大小根據需要的直流輸出電壓需要的直流輸出電壓ud的平均值的平均值Ud確定。確定。 電阻負載的特

13、點是電阻負載的特點是電壓與電流電壓與電流成正比，兩者波形相同成正比，兩者波形相同。 在分析整流電路工作時，認為在分析整流電路工作時，認為晶閘管（開關器件）為晶閘管（開關器件）為理想器件理想器件，即晶閘管導通時其管壓降等于零，即晶閘管導通時其管壓降等于零，晶閘管阻斷時其漏電流等于零，除晶閘管阻斷時其漏電流等于零，除非特意研究晶閘管的開通、關斷過非特意研究晶閘管的開通、關斷過程，一般認為晶閘管的開通與關斷程，一般認為晶閘管的開通與關斷過程瞬時完成。過程瞬時完成。 16/131改變觸發時刻，改變觸發時刻，ud和和id波形隨之改變，直流輸出電壓波形隨之改變，直流輸出電壓ud為極性不變為極性不變 但瞬時

14、值變化的但瞬時值變化的脈動直流脈動直流，其波形只在，其波形只在u2正半周內出現，故稱正半周內出現，故稱“半半波波”整流。加之電路中采用了可控器件晶閘管，且交流輸入為整流。加之電路中采用了可控器件晶閘管，且交流輸入為單相單相，故該電路稱為故該電路稱為單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路。整流電壓。整流電壓ud波形在一個電源波形在一個電源周期中只脈動周期中只脈動1次次，故該電路為，故該電路為單脈波整流電路單脈波整流電路。基本數量關系基本數量關系 ：從晶閘管開始承受正向陽極電壓起到施加觸發脈沖止的電角度：從晶閘管開始承受正向陽極電壓起到施加觸發脈沖止的電角度稱為觸發延遲角，也稱觸發角或控制角。稱

15、為觸發延遲角，也稱觸發角或控制角。 ：晶閘管在一個電源周期中處于通態的電角度稱為導通角。晶閘管在一個電源周期中處于通態的電角度稱為導通角。 直流輸出電壓平均值直流輸出電壓平均值 隨著隨著 增大，增大，Ud減小，該電路中減小，該電路中VT的的 移相范圍移相范圍為為180 。 通過控制觸發脈沖的通過控制觸發脈沖的相位相位來控制直流輸出電壓大小的方式稱為相位來控制直流輸出電壓大小的方式稱為相位控制方式，簡稱相控方式?？刂品绞?，簡稱相控方式。 3.1.1 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路2cos145. 0)cos1 (22)(sin221222UUttdUUd（3-1）17/131例題例題

16、3-1 單相半波可控整流電路，電阻性負載。交流電源單相半波可控整流電路，電阻性負載。交流電源220伏，要求輸出直流平均電壓伏，要求輸出直流平均電壓50伏，最大輸出直流伏，最大輸出直流平均電流平均電流20安。計算（安。計算（1）晶閘管的控制角）晶閘管的控制角 ，（，（2）電流有效值，（電流有效值，（3）負載的功率因數，（）負載的功率因數，（4）選擇晶閘）選擇晶閘管。管。 解：（解：（1）控制角）控制角 2cos145. 0ttdsinU22122UUd0122045. 0502145. 02cos2UUd9018/131（2）電流有效值）電流有效值 )(4 .445 . 2sin220221si

17、n221222222AtdttdRtUI5 . 22050ddIUR（3 3）功率因數）功率因數 505. 02205 . 24 .442222UIRISP（4 4）晶閘管定額）晶閘管定額 安564257. 14 .44)25 . 1 (57. 1)25 . 1 (2IITAVU UT T=(2=(23)3)1.414 220=620930V 可選可選KP50-7KP50-7型元件，電壓等級型元件，電壓等級7 7，即額定電壓，即額定電壓700700伏、伏、額定通態平均電流額定通態平均電流5050安的器件安的器件 19/1313.1.1 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路utttt20t1

18、2tug0ud0id0uVT0b)c)d)e)f)+ + +圖圖3-2 帶阻感負載的單相半帶阻感負載的單相半波可控整流電路及其波形波可控整流電路及其波形帶阻感負載的工作情況帶阻感負載的工作情況 阻感負載的特點是電感對電流變化有抗阻感負載的特點是電感對電流變化有抗拒作用，使得流過電感的電流不能發生突變。拒作用，使得流過電感的電流不能發生突變。 電路分析電路分析 晶閘管晶閘管VT處于斷態處于斷態,id=0,ud=0,uVT=u2。 在在 t1時刻，即觸發角時刻，即觸發角 處處 ud=u2。 L的存在使的存在使id不能突變不能突變，id從從0開始增開始增加。加。 u2由正變負的過零點處，由正變負的過

19、零點處，id已經處于減已經處于減小的過程中，但尚未降到零，因此小的過程中，但尚未降到零，因此VT仍處仍處于通態于通態。 t2時刻，電感能量釋放完畢，時刻，電感能量釋放完畢，id降至降至零，零，VT關斷并立即承受反壓關斷并立即承受反壓。 由于電感的存在延遲了由于電感的存在延遲了VT的關斷時刻，的關斷時刻，使使ud波形出現負的部分，與帶電阻負載時相波形出現負的部分，與帶電阻負載時相比其平均值比其平均值Ud下降。下降。 20/1313.1.1 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路電力電子電路的一種基本分析電力電子電路的一種基本分析方法方法 把器件理想化，將電路簡化把器件理想化，將電路簡化為為分段

20、線性電路分段線性電路。 器件的每種狀態組合對應一器件的每種狀態組合對應一種種線性電路拓撲線性電路拓撲，器件通斷狀，器件通斷狀態變化時，電路拓撲發生改變。態變化時，電路拓撲發生改變。 以前述單相半波電路為例以前述單相半波電路為例 當當VT處于斷態時，相當處于斷態時，相當 于電路在于電路在VT處斷開，處斷開， id=0。當。當VT處于通時，處于通時， 相當于相當于VT短路。兩種情短路。兩種情 況的等效電路如圖況的等效電路如圖3-3所所 示。示。 a)b)VTRLVTRLu2u2圖圖3-3 單相半波可控整流電單相半波可控整流電路的分段線性等效電路路的分段線性等效電路 a) VT處于關斷狀態處于關斷狀

21、態 b) VT處于導通狀態處于導通狀態21/1313.1.1 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路VTb)RLu2VT處于通態時，如下方程成立：處于通態時，如下方程成立： 在在VT導通時刻，有導通時刻，有 t= ，id=0，這是式（，這是式（3-2）的初）的初始條件。求解式（始條件。求解式（3-2）并將初始條件代入可得）并將初始條件代入可得tURitiLsin2dd2dd)sin(2)sin(22)(2tZUeZUitLRd式中，式中， ， 。由此式可得出圖。由此式可得出圖3-2e所示的所示的id波形。波形。當當 t= + 時，時，id=0，代入式（，代入式（3-3）并整理得）并整理得 2

22、2)( LRZRLtg1)sin()sin(tge圖圖3-3 b) VT處于導通狀態處于導通狀態 (3-2)(3-3)(3-4)22/1313.1.1 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路 若若 為定值，為定值， 角大，角大， 越小。越小。 若若 為定值，為定值， 越大，越大， 越大越大 ，且，且 平均值平均值Ud越接近零。為解決上述矛越接近零。為解決上述矛 盾，在整流電路的負載兩端并聯一盾，在整流電路的負載兩端并聯一 個二極管，稱為個二極管，稱為續流二極管續流二極管，用，用 VDR表示。表示。有續流二極管的電路有續流二極管的電路 電路分析電路分析 u2正半周時，與沒有續流二極管正半周時，

23、與沒有續流二極管 時的情況是一樣的。時的情況是一樣的。 當當u2過零變負時，過零變負時，VDR導通，導通，ud 為零，此時為負的為零，此時為負的u2通過通過VDR向向VT 施加反壓使其關斷，施加反壓使其關斷，L儲存的能量保儲存的能量保 證了電流證了電流id在在L-R-VDR回路回路中流通，中流通， 此過程通常稱為此過程通常稱為續流續流。 若若L足夠大，足夠大，id連續連續，且，且id波形接波形接 近一條水平線近一條水平線 。u2udiduVTiVTIdIdt1ttttttOOOOOO - +b)c)d)e)f)g)iVDRa)圖圖3-4 單相半波帶阻感負載有單相半波帶阻感負載有續流二極管的電路

24、及波形續流二極管的電路及波形 23/131 基本數量關系基本數量關系 流過晶閘管的電流平均值流過晶閘管的電流平均值IdT和有效值和有效值IT分別為：分別為： 續流二極管的電流平均值續流二極管的電流平均值IdDR和有效值和有效值IDR分別為分別為 其移相范圍為其移相范圍為180 ，其承受的最大正反向電壓均為，其承受的最大正反向電壓均為u2的峰值即的峰值即 。 續流二極管承受的電壓為續流二極管承受的電壓為-ud，其最大反向電壓為，其最大反向電壓為 ，亦為，亦為u2的峰值。的峰值。 單相半波可控整流電路的特點是簡單，但輸出脈動大，變壓器二次側電流單相半波可控整流電路的特點是簡單，但輸出脈動大，變壓器

25、二次側電流中含直流分量，造成變壓器鐵芯中含直流分量，造成變壓器鐵芯直流磁化直流磁化。為使變壓器鐵芯不飽和，需增。為使變壓器鐵芯不飽和，需增大鐵芯截面積，增大了設備的容量。大鐵芯截面積，增大了設備的容量。 3.1.1 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路ddTII2ddTItdII2)(212ddDRII2ddDRItdII2)(2122(3-5)(3-6)(3-7)(3-8)22U22U24/131單相半波可控整流電路的特點：單相半波可控整流電路的特點： 簡單、易調整，但輸出脈動大，變壓簡單、易調整，但輸出脈動大，變壓器二次側電流中含直流分量，造成變壓器器二次側電流中含直流分量，造成變壓器

26、鐵芯直流磁化鐵芯直流磁化 實際上很少應用此種電路，分析該電實際上很少應用此種電路，分析該電路的主要目的在于利用其簡單易學的特點，路的主要目的在于利用其簡單易學的特點，建立起整流電路的基本概念建立起整流電路的基本概念25/1313.1.2 單相橋式全控整流電路單相橋式全控整流電路u (i )ttt000i2udidb)c)d)dduVT1,4圖圖3-5 單相全控橋式單相全控橋式帶電阻負載時的電路及波形帶電阻負載時的電路及波形a)帶電阻負載的工作情況帶電阻負載的工作情況 電路分析電路分析 閘管閘管VT1和和VT4組成一對橋臂，組成一對橋臂，VT2 和和VT3組成另一對橋臂。組成另一對橋臂。 在在u

27、2正半周（即正半周（即a點電位高于點電位高于b點電點電位）位） 若若4個晶閘管均不導通，個晶閘管均不導通，id=0,ud=0,VT1、VT4串聯承受電壓串聯承受電壓u2。 在觸發角在觸發角 處給處給VT1和和VT4加觸發加觸發 脈脈沖，沖，VT1和和VT4即導通，電流從電源即導通，電流從電源a端經端經VT1、R、VT4流回電源流回電源b端。端。 當當u2過零時，流經晶閘管的電流也降過零時，流經晶閘管的電流也降到零，到零，VT1和和VT4關斷。關斷。 在在u2負半周，仍在觸發角負半周，仍在觸發角 處觸發處觸發VT2和和VT3，VT2和和VT3導通，電流從電源導通，電流從電源b端流出，經端流出，經

28、VT3、R、VT2流回電源流回電源a端。端。 到到u2過零時，電流又降為零，過零時，電流又降為零，VT2和和VT3關斷。關斷。 VT2和和VT3的的 =0處為處為 t= 26/131基本數量關系基本數量關系 晶閘管承受的最大晶閘管承受的最大正向電壓正向電壓和和反向電壓反向電壓分別為分別為 和和 。 整流電壓平均值為：整流電壓平均值為： =0時，時，Ud= Ud0=0.9U2。=180 時，時，Ud=0。可見，。可見，角角的的移相范圍移相范圍為為180 。 向負載輸出的直流電流平均值為：向負載輸出的直流電流平均值為： 3.1.2 單相橋式全控整流電路單相橋式全控整流電路222U22U2cos19

29、 . 02cos122)( dsin21222UUttUUd2cos19 . 02cos12222RURURUIdd(3-9)(3-10)27/131流過晶閘管的電流平均值流過晶閘管的電流平均值 ： 流過晶閘管的電流有效值為：流過晶閘管的電流有效值為： 變壓器二次側電流有效值變壓器二次側電流有效值I2與輸出直流電流有效值與輸出直流電流有效值I相等，相等，為為 由式（由式（3-12）和（）和（3-13）可見：）可見：不考慮變壓器的損耗時，要求變壓器的容量為不考慮變壓器的損耗時，要求變壓器的容量為S=U2I2。3.1.2 單相橋式全控整流電路單相橋式全控整流電路2cos145. 0212RUIId

30、dT2sin212)(d)sin2(21222RUttRUIT2sin21)()sin2(12222RUtdtRUIIIIT21(3-11)(3-12)(3-13)(3-14)28/1313.1.2 單相橋式全控整流電路單相橋式全控整流電路2OtOtOtudidi2OtOtuVT1,4OtOtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4u圖圖3-6 單相橋式全控整流電流帶單相橋式全控整流電流帶阻感負載時的電路及波形阻感負載時的電路及波形帶阻感負載的工作情況帶阻感負載的工作情況 電路分析電路分析 在在u2正半周期正半周期 觸發角觸發角 處給晶閘管處給晶閘管VT1和和VT4加加觸發脈沖使其開通，觸

31、發脈沖使其開通，ud=u2。 負載電感很大，負載電感很大，id不能突變且波不能突變且波形近似為一條水平線。形近似為一條水平線。 u2過零變負時，由于電感的作用過零變負時，由于電感的作用晶閘管晶閘管VT1和和VT4中仍流過電流中仍流過電流id，并不，并不關斷。關斷。 t= + 時刻，觸發時刻，觸發VT2和和VT3，VT2和和VT3導通，導通，u2通過通過VT2和和VT3分別分別向向VT1和和VT4施加反壓使施加反壓使VT1和和VT4關斷，關斷，流過流過VT1和和VT4的電流迅速轉移到的電流迅速轉移到VT2和和VT3上，此過程稱為上，此過程稱為換相換相，亦稱，亦稱換流換流。 29/1313.1.2

32、 單相橋式全控整流電路單相橋式全控整流電路基本數量關系基本數量關系 整流電壓平均值為：整流電壓平均值為： 當當 =0時，時，Ud0=0.9U2。 =90 時，時，Ud=0。晶閘管。晶閘管移相范圍移相范圍為為90 。 晶閘管承受的最大晶閘管承受的最大正反向電壓正反向電壓均為均為 。 晶閘管導通角晶閘管導通角 與與 無關，均為無關，均為180 ，其電流平均值和，其電流平均值和有效值分別為：有效值分別為： 和和 。 變壓器二次側電流變壓器二次側電流i2的波形為正負各的波形為正負各180 的矩形波，其的矩形波，其相位由相位由 角決定，有效值角決定，有效值I2=Id。 cos9 . 0cos22)( d

33、sin21222dUUttUU22UddT21IIddT707. 021III(3-15)30/131帶反電動勢負載時的工作情況帶反電動勢負載時的工作情況 當負載為蓄電池、直流電動機的電樞（忽略其中的電感）等時，負載可看當負載為蓄電池、直流電動機的電樞（忽略其中的電感）等時，負載可看成一個直流電壓源，對于整流電路，它們就是反電動勢負載。成一個直流電壓源，對于整流電路，它們就是反電動勢負載。 電路分析電路分析 |u2|E時，才有晶閘管承受正電壓，有導通的可能。時，才有晶閘管承受正電壓，有導通的可能。 晶閘管導通之后，晶閘管導通之后，ud=u2， ，直至，直至|u2|=E，id即降至即降至0使得晶

34、閘管使得晶閘管關斷，此后關斷，此后ud=E。 與電阻負載時相比，晶閘管提前了與電阻負載時相比，晶閘管提前了電角度電角度 停止導電，停止導電， 稱為稱為停止導電角停止導電角。 當當 30 當導通一相的相電壓過零變負時，該相晶閘管關斷，但下一相晶閘管因未當導通一相的相電壓過零變負時，該相晶閘管關斷，但下一相晶閘管因未觸發而不導通，此時輸出電壓電流為零。觸發而不導通，此時輸出電壓電流為零。 負載電流負載電流斷續斷續，各晶閘管導通角，各晶閘管導通角小于小于120 。 45/1313.2.1 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路基本數量關系基本數量關系電阻負載時電阻負載時 角的角的移相范圍移相范圍為

35、為150 。 整流電壓平均值整流電壓平均值 30 時，負載電流時，負載電流連續連續，有，有 當當 =0時，時，Ud最大，為最大，為Ud=Ud0=1.17U2。 30 時，負載電流時，負載電流斷續斷續，晶閘管導通角減小，此時，晶閘管導通角減小，此時有有 cos17.1cos263)(sin2321226562UUttdUUd)6cos(1675.0)6cos(1223)(sin2321262UttdUUd(3-18)(3-19)46/1313.2.1 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路Ud/U2隨隨 變化的規律變化的規律 03060901201500.40.81.21.17321/( )U

36、d/U2圖圖3-16 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路Ud/U2與與 的關系的關系電阻電阻負載負載電感電感負載負載電阻電電阻電感負載感負載47/1313.2.1 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路負載電流平均值為負載電流平均值為晶閘管承受的最大反向電壓為變壓器二次線電壓峰值晶閘管承受的最大反向電壓為變壓器二次線電壓峰值,即即 晶閘管陽極與陰極間的最大電壓等于變壓器二次相電壓晶閘管陽極與陰極間的最大電壓等于變壓器二次相電壓的峰值，即的峰值，即 RUIdd22245. 2632UUUURM22UUFM(3-20)(3-21)(3-22)48/1313.2.1 三相半波可控整流電路三相

37、半波可控整流電路阻感負載阻感負載 電路分析電路分析 L值很大，整流電流值很大，整流電流id的的波形基本是平直的，流過晶波形基本是平直的，流過晶閘管的電流接近閘管的電流接近矩形波矩形波。 30 時，整流電壓波形時，整流電壓波形與電阻負載時相同。與電阻負載時相同。 30 時，當時，當u2過零時，過零時，由于電感的存在，阻止電流由于電感的存在，阻止電流下降，因而下降，因而VT1繼續導通，繼續導通，直到下一相晶閘管直到下一相晶閘管VT2的觸的觸發脈沖到來，才發生換流，發脈沖到來，才發生換流，由由VT2導通向負載供電，同導通向負載供電，同時向時向VT1施加反壓使其關斷。施加反壓使其關斷。 uuuudia

38、abcibiciduacOtOtOOtOOtttu圖圖3-17 三相半波可控整流電路，阻三相半波可控整流電路，阻感負載時的電路及感負載時的電路及 =60 時的波形時的波形49/1313.2.1 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路基本數量關系基本數量關系 的的移相范圍移相范圍為為90 。 整流電壓平均值整流電壓平均值 Ud/U2與與 的關系的關系 L很大，如曲線很大，如曲線2所示。所示。 L不是很大，則當不是很大，則當 30 后，后，ud中負的部分中負的部分可能減少，整流電壓平可能減少，整流電壓平均值均值Ud略為增加，如曲略為增加，如曲線線3 所示。所示。cos17.12dUU030609

39、01201500.40.81.21.17321/( )Ud/U2圖圖3-16 三相半波可控整三相半波可控整流電路流電路Ud/U2與與 的關系的關系50/1313.2.1 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路 變壓器二次電流即晶閘管電流的有效值為變壓器二次電流即晶閘管電流的有效值為 晶閘管的額定電流為晶閘管的額定電流為 晶閘管最大正反向電壓峰值均為變壓器二次線電壓峰晶閘管最大正反向電壓峰值均為變壓器二次線電壓峰值，即值，即 三相半波可控整流電路的主要缺點在于其變壓器二次電三相半波可控整流電路的主要缺點在于其變壓器二次電流中含有流中含有直流分量直流分量，為此其應用較少。，為此其應用較少。ddT

40、IIII577. 0312ddAVTIII368. 057. 1)(245. 2UUURMFM(3-23)(3-24)(3-25)51/1313.2.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路原理圖原理圖 陰極連接在一起的陰極連接在一起的3個個晶閘管（晶閘管（VT1，VT3，VT5）稱為稱為共陰極組共陰極組；陽極連接在；陽極連接在一起的一起的3個晶閘管（個晶閘管（VT4，VT6，VT2）稱為）稱為共陽極組共陽極組。 共陰極組中與共陰極組中與a，b，c三相電源相接的三相電源相接的3個晶閘管個晶閘管分別為分別為VT1，VT3，VT5，共，共陽極組中與陽極組中與a，b，c三相電三相電源相接的源相接

41、的3個晶閘管分別為個晶閘管分別為VT4，VT6，VT2。 晶閘管的導通順序為晶閘管的導通順序為VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6。 圖圖3-18 三相橋式全控整流電路原理圖三相橋式全控整流電路原理圖52/1313.2.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路帶電阻負載時的工作情況帶電阻負載時的工作情況 電路分析電路分析 各自然換相點既是各自然換相點既是相電壓相電壓的交點，同時也是的交點，同時也是線電壓線電壓的交點。的交點。 當當 60 時時 ud波形均波形均連續連續，對于電阻負載，對于電阻負載，id波形與波形與ud波形的形狀是一樣波形的形狀是一樣的，也的，也連續連續。 =0 時

42、，時，ud為線電壓在正半周的為線電壓在正半周的包絡線包絡線。波形見。波形見圖圖3-19 時段時段共陰極組中導通的晶閘管共陰極組中導通的晶閘管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共陽極組中導通的晶閘管共陽極組中導通的晶閘管VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流輸出電壓整流輸出電壓udua-ub=uabua-uc=uacub-uc=ubcub-ua=ubauc-ua=ucauc-ub=ucb表表3-1 三相橋式全控整流電路電阻負載三相橋式全控整流電路電阻負載 =0 時晶閘管工作情況時晶閘管工作情況53/1313.2.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路 =30 時，晶閘管起始導通時刻推遲

43、了時，晶閘管起始導通時刻推遲了30 ，組成，組成ud的每的每一段線電壓因此推遲一段線電壓因此推遲30 ，ud平均值降低，波形見平均值降低，波形見圖圖3-20。 =60 時，時，ud波形中每段線電壓的波形繼續向后移，波形中每段線電壓的波形繼續向后移，ud平平均值繼續降低。均值繼續降低。 =60 時時ud出現了出現了為零的點為零的點，波形見，波形見圖圖3-21。當當 60 時時 因為因為id與與ud一致，一旦一致，一旦ud降為至零，降為至零，id也降至零，晶閘管也降至零，晶閘管關斷，輸出整流電壓關斷，輸出整流電壓ud為零為零，ud波形不能出現負值。波形不能出現負值。 =90 時的波形見時的波形見圖

44、圖3-22。 54/1313.2.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路的一些特點三相橋式全控整流電路的一些特點 每個時刻均需每個時刻均需2個個晶閘管同時導通，形成向負載供電的晶閘管同時導通，形成向負載供電的回路，共陰極組的和共陽極組的回路，共陰極組的和共陽極組的各各1個個，且不能為同一相，且不能為同一相的晶閘管。的晶閘管。 對觸發脈沖的要求對觸發脈沖的要求 6個晶閘管的脈沖按個晶閘管的脈沖按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的順序，的順序，相位依次差相位依次差60 。 共陰極組共陰極組VT1、VT3、VT5的脈沖依次差的脈沖依次差120 ，共陽極，共陽極

45、組組VT4、VT6、VT2也依次差也依次差120 。 同一相的上下兩個橋臂，即同一相的上下兩個橋臂，即VT1與與VT4，VT3與與VT6，VT5與與VT2，脈沖相差，脈沖相差180 。55/1313.2.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路整流輸出電壓整流輸出電壓ud一周期一周期脈動脈動6次次，每次脈動的波形都一樣，每次脈動的波形都一樣，故該電路為故該電路為6脈波整流電路脈波整流電路。在整流電路合閘啟動過程中或電流斷續時，為確保電路在整流電路合閘啟動過程中或電流斷續時，為確保電路的正常工作，需保證同時導通的的正常工作，需保證同時導通的2個晶閘管均有脈沖個晶閘管均有脈沖 寬脈沖寬脈沖觸發

46、觸發 ：使脈沖寬度大于：使脈沖寬度大于60 （一般?。ㄒ话闳?0 100 ） 雙脈沖雙脈沖觸發觸發 ：用兩個窄脈沖代替寬脈沖，兩個窄脈沖的：用兩個窄脈沖代替寬脈沖，兩個窄脈沖的前沿相差前沿相差60 ，脈寬一般為，脈寬一般為20 30 。 常用的是雙脈沖觸發。常用的是雙脈沖觸發。 晶閘管承受的電壓波形與三相半波時相同，晶閘管承受晶閘管承受的電壓波形與三相半波時相同，晶閘管承受最大正、反向電壓的關系也一樣。最大正、反向電壓的關系也一樣。56/1313.2.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路阻感負載時的工作情況阻感負載時的工作情況 電路分析電路分析 當當 60 時時 ud波形連續，電路的工

47、作情況與帶電阻負載時十分波形連續，電路的工作情況與帶電阻負載時十分相似，各晶閘管的通斷情況、輸出整流電壓相似，各晶閘管的通斷情況、輸出整流電壓ud波形、晶波形、晶閘管承受的電壓波形等都一樣。閘管承受的電壓波形等都一樣。 區別在于區別在于電流電流，當電感足夠大的時候，當電感足夠大的時候，id、iVT、ia的的波形在導通段都可近似為一條水平線。波形在導通段都可近似為一條水平線。 =0 時的波形見時的波形見圖圖3-23， =30 時的波形見時的波形見圖圖3-24。 當當 60 時時 由于電感由于電感L的作用，的作用，ud波形會出現波形會出現負的部分負的部分。 =90 時的波形見時的波形見圖圖3-25

48、。 57/1313.2.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路基本數量關系基本數量關系 帶電阻負載時三相橋式全控整流電路帶電阻負載時三相橋式全控整流電路 角的移相范圍是角的移相范圍是120 ，帶阻感負載時，三相橋式全控整流電路的，帶阻感負載時，三相橋式全控整流電路的 角移相角移相范圍為范圍為90 。 整流輸出電壓平均值整流輸出電壓平均值 帶阻感負載時，或帶電阻負載帶阻感負載時，或帶電阻負載 60 時時 帶電阻負載且帶電阻負載且 60 時時 cos34.2)(sin63123232UttdUUd)3cos(134. 2)(sin63232UttdUUd(3-26)(3-27)58/1313

49、.2.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路輸出電流平均值為輸出電流平均值為Id=Ud/R。當整流變壓器為圖當整流變壓器為圖3-17中所示采用中所示采用星形接法星形接法，帶阻感負，帶阻感負載時，變壓器二次側電流波形如圖載時，變壓器二次側電流波形如圖3-23中所示，為正負中所示，為正負半周各寬半周各寬120 、前沿相差、前沿相差180 的矩形波，其有效值為：的矩形波，其有效值為： 晶閘管電壓、電流等的定量分析與三相半波時一致。晶閘管電壓、電流等的定量分析與三相半波時一致。三相橋式全控整流電路接三相橋式全控整流電路接反電勢阻感負載反電勢阻感負載時的時的Id為：為： 式中式中R和和E分別為負載

50、中的電阻值和反電動勢的值。分別為負載中的電阻值和反電動勢的值。 2221222()0.8162333ddddIIIII REUIdd(3-28)(3-29)59/1313.3 變壓器漏感對整流電路的影響變壓器漏感對整流電路的影響變壓器漏感變壓器漏感 實際上變壓器繞組總有實際上變壓器繞組總有漏感漏感，該漏感可用一個，該漏感可用一個集中的電感集中的電感LB表示，并將其折算到表示，并將其折算到變壓器二次側變壓器二次側。 由于電感對電流的變化起阻礙作用，電感電流由于電感對電流的變化起阻礙作用，電感電流不能突變，因此不能突變，因此換相換相過程不能瞬間完成，而是會過程不能瞬間完成，而是會持續一段時間持續一

51、段時間。 現以三相半波為例來分析，然后將其結論推廣現以三相半波為例來分析，然后將其結論推廣 假設負載中電感很大，假設負載中電感很大，負載電流為水平線負載電流為水平線。 60/1313.3 變壓器漏感對整流電路的影響變壓器漏感對整流電路的影響udidtOtOgiciaibiciaIduaubuc分析從分析從VT1換相至換相至VT2的過程的過程 在在 t1時刻之前時刻之前VT1導通，導通， t1時刻觸發時刻觸發VT2，因，因a、b兩相兩相均有漏感，故均有漏感，故ia、ib均不能突變，均不能突變，于是于是VT1和和VT2同時導通，相當同時導通，相當于將于將a、b兩相短路兩相短路，兩相間電，兩相間電壓

52、差為壓差為ub-ua，它在兩相組成的，它在兩相組成的回路中產生回路中產生環流環流ik如圖所示。如圖所示。 ik=ib是逐漸增大的，而是逐漸增大的，而 ia=Id-ik是逐漸減小的。是逐漸減小的。 當當ik增大到等于增大到等于Id時，時，ia=0，VT1關斷，換流過程結束。關斷，換流過程結束。 換相過程持續的時間用電換相過程持續的時間用電角度角度g g表示，稱為表示，稱為換相重疊角換相重疊角。 t1時刻時刻 圖圖3-26 考慮變壓器漏感時的三考慮變壓器漏感時的三相半波可控整流電路及波形相半波可控整流電路及波形 61/1313.3 變壓器漏感對整流電路的影響變壓器漏感對整流電路的影響基本數量關系基

53、本數量關系 換相過程中，整流輸出電壓瞬時值為換相過程中，整流輸出電壓瞬時值為 換相壓降：與不考慮變壓器漏感時相比，換相壓降：與不考慮變壓器漏感時相比，ud平均值降平均值降低的多少，即低的多少，即 2ddddbabaduutiLutiLuukBkB556655dbdbbB66565BBB d06d13()d()()d()2 /32dd333d()d2d22dkIkkiUuutuuLttiLtL iX It g g g (3-30)(3-31)62/1313.3 變壓器漏感對整流電路的影響變壓器漏感對整流電路的影響換相重疊角換相重疊角g g 由式（由式（3-30）得出：）得出： 由上式得：由上式得

54、： 進而得出：進而得出： 當當 時，時， ，于是，于是 B2Bab2)65(sin62)(ddLtULuutik2Bd65sin ()d26kiUttX2256BB6655sin()d()coscos()2626tkUUitttXXgtdIik)cos(cos26B2dgXUI2dB62)cos(cosUIXg(3-32)(3-33)(3-34)(3-35)(3-36)63/1313.3 變壓器漏感對整流電路的影響變壓器漏感對整流電路的影響 g g隨其它參數變化的規律：隨其它參數變化的規律： Id越大則越大則g g越大；越大； XB越大越大g g越大；越大； 當當 90 時，時， 越小越小g

55、g越大。越大。其它整流電路的分析結果其它整流電路的分析結果 電路形式電路形式單相全波單相全波單相全控橋單相全控橋三相半波三相半波三相全控橋三相全控橋m脈波整流電路脈波整流電路 dU)cos(cosgdBIXdB2IXdB23IXdB3IXdB2ImX2Bd2UXI2Bd22UXI2dB62UIX2dB62UIXmUXIsin22Bd注：注：單相全控橋電路中，單相全控橋電路中，XB在一周期的兩次換相中都起作用，等效為在一周期的兩次換相中都起作用，等效為m=4； 三相橋等效為相電壓等于三相橋等效為相電壓等于 的的6脈波整流電路，故其脈波整流電路，故其m=6，相電壓按，相電壓按 代入。代入。23U2

56、3U表表3-2 各種整流電路換相壓降和換相重疊角的計算各種整流電路換相壓降和換相重疊角的計算 64/1313.3 變壓器漏感對整流電路的影響變壓器漏感對整流電路的影響變壓器漏感對整流電路影響的一些結論變壓器漏感對整流電路影響的一些結論: 出現換相重疊角出現換相重疊角g g，整流輸出電壓平均值，整流輸出電壓平均值Ud降低。降低。 整流電路的工作狀態增多。整流電路的工作狀態增多。 晶閘管的晶閘管的di/dt減小，有利于晶閘管的安全開通，有時人為串入進減小，有利于晶閘管的安全開通，有時人為串入進線電抗器以抑制晶閘管的線電抗器以抑制晶閘管的di/dt。 換相時晶閘管電壓出現缺口，產生正的換相時晶閘管電

57、壓出現缺口，產生正的du/dt，可能使晶閘管誤導，可能使晶閘管誤導 通，為此必須加通，為此必須加吸收電路吸收電路。 換相使電網電壓出現缺口，成為換相使電網電壓出現缺口，成為干擾源干擾源。65/1313.3 變壓器漏感對整流電路的影響變壓器漏感對整流電路的影響例：三相橋式不可控整流電路，阻感負載，例：三相橋式不可控整流電路，阻感負載，R=5，L=，U2=220V，XB=0.3，求求Ud、Id、IVD、I2和和g g的值并作出的值并作出ud、iVD和和i2的波形。的波形。解：三相橋式不可控整流電路相當于三相橋式可控整流電路解：三相橋式不可控整流電路相當于三相橋式可控整流電路 0時的情況。時的情況。

58、 Ud3.34U2cos Ud Ud3XBId IdUdR 解方程組得：解方程組得： Ud3.34U2cos （13XB/ R）486.9（V） Id97.38（A） 又又 =2 U2 即得出即得出 =0.892 換流重疊角換流重疊角g g26.93 二極管電流和變壓器二次測電流的有效值分別為二極管電流和變壓器二次測電流的有效值分別為 IVDId397.38333.46（A） I2a Id79.51（A） ud、iVD1和和i2a的波形如的波形如圖圖3-27所示。所示。cos)cos(gBdXI6gcos3266/1313.4 電容濾波的不可控整流電路電容濾波的不可控整流電路 3.4.1 電容

59、濾波的單相不可控整流電路電容濾波的單相不可控整流電路 3.4.2 電容濾波的三相不可控整流電路電容濾波的三相不可控整流電路 67/1313.4 電容濾波的不可控整流電路電容濾波的不可控整流電路引言引言交交直直交變頻器、不間斷電源、開關電交變頻器、不間斷電源、開關電源等應用場合大都采用源等應用場合大都采用不可控整流電路不可控整流電路。最常用的是最常用的是單相橋式單相橋式和和三相橋式三相橋式兩種接法。兩種接法。 由于電路中的電力電子器件采用由于電路中的電力電子器件采用整流二極整流二極管管，故也稱這類電路為，故也稱這類電路為二極管整流電路二極管整流電路。68/1313.4.1 電容濾波的單相不可控整

60、流電路電容濾波的單相不可控整流電路工作原理及波形分析工作原理及波形分析 基本工作過程基本工作過程 在在u2正半周過零點至正半周過零點至 t=0期間，因期間，因u2 和和 RC 分別是電流分別是電流id斷續和連續的條件。斷續和連續的條件。 通常只有通常只有R是可變的，它的大小反映了是可變的，它的大小反映了負載的輕重負載的輕重，因此在，因此在輕載輕載時直流側時直流側獲得的充電電流是獲得的充電電流是斷續斷續的，的，重載重載時是時是連續連續的。的。 32=+t)-32( - tRC1232=+t2t)(d32sin6d)(d)+tsin(6deUtU333a)b)ttttaidaidOOOO圖圖3-3