1、第第3章章 交流交流-直流變換電路直流變換電路v本章要點本章要點v不同負載時，單相可控整流電路的結構、工作原不同負載時，單相可控整流電路的結構、工作原理、波形分析和數量關系理、波形分析和數量關系v不同負載時，三相可控整流電路的結構、工作原不同負載時，三相可控整流電路的結構、工作原理、波形分析和數量關系理、波形分析和數量關系v變壓器漏抗對整流電路的影響變壓器漏抗對整流電路的影響v觸發電路的定相和同步觸發電路的定相和同步3.1 單相可控整流電路單相可控整流電路3.1.1 單相半波可控整流電路（電阻性負載）單相半波可控整流電路（電阻性負載） 1、電路結構、電路結構 變壓器變壓器Tr起變換電壓和隔離的

2、作用。起變換電壓和隔離的作用。圖圖3-1 2、工作原理、工作原理 1）在電源電壓正半波，晶閘管承受正向電壓，在）在電源電壓正半波，晶閘管承受正向電壓，在t=處觸發晶閘管，晶閘管開始導通；負載上的電處觸發晶閘管，晶閘管開始導通；負載上的電壓等于變壓器輸出電壓壓等于變壓器輸出電壓u2。在。在t=時刻，電源電壓時刻，電源電壓過零，晶閘管電流小于維持電流而關斷，負載電流過零，晶閘管電流小于維持電流而關斷，負載電流為零。為零。 2）在電源電壓負半波，）在電源電壓負半波，uAK0，晶閘管承受反向，晶閘管承受反向電壓而處于關斷狀態，負載電流為零，負載上沒有電壓而處于關斷狀態，負載電流為零，負載上沒有輸出電壓

3、，直到電源電壓輸出電壓，直到電源電壓u2的下一周期。直流輸出的下一周期。直流輸出電壓電壓ud和負載電流和負載電流id的波形相位相同。的波形相位相同。3、波形情況、波形情況1）圖）圖3-1（b）給出了直流輸出電壓）給出了直流輸出電壓ud和和晶閘管晶閘管兩端電壓兩端電壓uT的理論分析波形，其中負載電流的理論分析波形，其中負載電流id和和ud的波形相位相同。的波形相位相同。2）圖）圖(a)、(b)、(c)、(d)是是=30、60、90、120電阻性負載時的仿真和實驗波形。電阻性負載時的仿真和實驗波形。 v改變觸發角改變觸發角的大小，直流輸出電壓的大小，直流輸出電壓ud的波形發生的波形發生變化，負載上

4、輸出電壓平均值發生變化，顯然變化，負載上輸出電壓平均值發生變化，顯然=180時，時，Ud=0。由于晶閘管只在電源電壓正半。由于晶閘管只在電源電壓正半波內導通，輸出電壓波內導通，輸出電壓ud為極性不變但瞬時值變化的為極性不變但瞬時值變化的脈動直流，故稱脈動直流，故稱“半波半波”整流。整流。 0300600900120 幾個名詞：幾個名詞： （1）觸發角）觸發角與導通角與導通角v觸發角觸發角也稱觸發延遲角或控制角，是指晶閘管從承受正也稱觸發延遲角或控制角，是指晶閘管從承受正向電壓開始到導通時止之間的電角度。向電壓開始到導通時止之間的電角度。v導通角導通角，是指晶閘管在一周期內處于通態的電角度。，是

5、指晶閘管在一周期內處于通態的電角度。（2） 移相與移相范圍移相與移相范圍v移相是指改變觸發脈沖移相是指改變觸發脈沖ug出現的時刻，即改變控制角出現的時刻，即改變控制角的的大小。大小。v移相范圍是指觸發脈沖移相范圍是指觸發脈沖ug的移動范圍，它決定了輸出電壓的移動范圍，它決定了輸出電壓的變化范圍。單相半波可控整流器電阻性負載時的移相范的變化范圍。單相半波可控整流器電阻性負載時的移相范圍是圍是0180。 4、基本數量關系、基本數量關系v1）直流輸出電壓平均值）直流輸出電壓平均值Ud:v2）輸出電流平均值）輸出電流平均值Id:2cos145. 02cos12 dsin221222dUUttUU2co

6、s10.45 2ddRURUIv3）負載電壓有效值）負載電壓有效值U:4）負載電流有效值）負載電流有效值I:22sin41 d2sin22122UttUU22sin412RURUI 5）晶閘管電流有效值和變壓器二次側電流有效值）晶閘管電流有效值和變壓器二次側電流有效值v單相半波可控整流器中，負載、晶閘管和變壓器二單相半波可控整流器中，負載、晶閘管和變壓器二次側流過相同的電流，故其有效值相等，即：次側流過相同的電流，故其有效值相等，即：22sin4122TRUIII6）功率因數）功率因數cosv整流器功率因數是變壓器二次側有功功率與視在整流器功率因數是變壓器二次側有功功率與視在功率的比值功率的比

7、值式中式中 P變壓器二次側有功功率，變壓器二次側有功功率，P=UI=I2R S變壓器二次側視在功率，變壓器二次側視在功率，S=U2I2 7）晶閘管承受的最大正反向電壓）晶閘管承受的最大正反向電壓UTM晶閘管承受的最大正反向電壓晶閘管承受的最大正反向電壓Um是相電壓峰值。是相電壓峰值。22sin41cos222IUUISP2TM2UU3.1.2 單相半波可控整流電路（阻感性負載）單相半波可控整流電路（阻感性負載） 1、電路的結構、電路的結構v阻感性負載的等效電路可用一個電感和電阻的串聯電路來表阻感性負載的等效電路可用一個電感和電阻的串聯電路來表示。示。圖圖3-2 2、工作原理、工作原理 （1）在

8、）在t=0期間：晶閘管陽期間：晶閘管陽-陰極間的電壓陰極間的電壓uAK大于零，大于零，此時沒有觸發信號，晶閘管處于正向關斷狀態，輸出電壓、此時沒有觸發信號，晶閘管處于正向關斷狀態，輸出電壓、電流都等于零。電流都等于零。 （2）在）在t=時刻，門極加觸發信號，晶閘管觸發導通，電時刻，門極加觸發信號，晶閘管觸發導通，電源電壓源電壓u2加到負載上，輸出電壓加到負載上，輸出電壓ud= u2 。由于電感的存在，。由于電感的存在，負載電流負載電流id只能從零按指數規律逐漸上升。只能從零按指數規律逐漸上升。 （3）在）在t=t1 t2期間：輸出電流期間：輸出電流id 從零增至最大值。在從零增至最大值。在id

9、的增長過程中，電感產生的感應電勢力圖限制電流增大，的增長過程中，電感產生的感應電勢力圖限制電流增大，電源提供的能量一部分供給負載電阻，一部分為電感的儲電源提供的能量一部分供給負載電阻，一部分為電感的儲能。能。 （4）在）在t=t2 t3期間：負載電流從最大值開始下期間：負載電流從最大值開始下降，電感電壓改變方向，電感釋放能量，企圖維持降，電感電壓改變方向，電感釋放能量，企圖維持電流不變。電流不變。（5）在）在t=時，交流電壓時，交流電壓u2過零，由于感應電壓的過零，由于感應電壓的存在，晶閘管陽極、陰極間的電壓存在，晶閘管陽極、陰極間的電壓uAK仍大于零，晶仍大于零，晶閘管繼續導通，此時電感儲存

10、的磁能一部分釋放變閘管繼續導通，此時電感儲存的磁能一部分釋放變成電阻的熱能，另一部分磁能變成電能送回電網，成電阻的熱能，另一部分磁能變成電能送回電網，電感的儲能全部釋放完后，晶閘管在電感的儲能全部釋放完后，晶閘管在u2 反壓作用下反壓作用下而截止。直到下一個周期的正半周，即而截止。直到下一個周期的正半周，即t=2+時，時，晶閘管再次被觸發導通，如此循環不已。晶閘管再次被觸發導通，如此循環不已。 0603、波形情況、波形情況輸出電壓、電流及元件的電壓波形如圖輸出電壓、電流及元件的電壓波形如圖3-2(b)所示。下圖給所示。下圖給出了出了 時單相半波整流電路帶阻時單相半波整流電路帶阻-感性負載、大電

11、感負載時感性負載、大電感負載時的負載電壓、電流和晶閘管兩端電壓的仿真波形。的負載電壓、電流和晶閘管兩端電壓的仿真波形。 (a) 阻-感性負載 (b) 大電感負載v直流輸出電壓平均值直流輸出電壓平均值Ud為為v從從Ud的波形可以看出，由于電感的存在，電源電的波形可以看出，由于電感的存在，電源電壓由正到負過零點也不會關斷，輸出電壓出現了壓由正到負過零點也不會關斷，輸出電壓出現了負波形，輸出電壓和電流的平均值減小；當大電負波形，輸出電壓和電流的平均值減小；當大電感負載時輸出電壓正負面積趨于相等，輸出電壓感負載時輸出電壓正負面積趨于相等，輸出電壓平均值趨于零，則平均值趨于零，則id也很小。所以，實際的

12、大感也很小。所以，實際的大感電路中，常常在負載兩端并聯一個續流二極管。電路中，常常在負載兩端并聯一個續流二極管。)(sin2212ttdUUd3.1.3 單相半波可控整流電路（阻感性負載加單相半波可控整流電路（阻感性負載加續流二極管）續流二極管） 1、電路結構、電路結構v電感性負載加電感性負載加v續流二極管的續流二極管的v電路如圖所示。電路如圖所示。圖圖3-3 2、工作原理、工作原理v1）在電源電壓正半波，電壓）在電源電壓正半波，電壓u20，晶閘管，晶閘管uAK0。在。在t=處觸發晶閘管，使其導通，形成負載電流處觸發晶閘管，使其導通，形成負載電流id，負載上，負載上有輸出電壓和電流，此間續流二

13、極管有輸出電壓和電流，此間續流二極管VD承受反向陽極電承受反向陽極電壓而關斷。壓而關斷。v2）在電源電壓負半波，電感感應電壓使續流二極管）在電源電壓負半波，電感感應電壓使續流二極管VD導導通續流，此時電壓通續流，此時電壓u2 0， u2通過續流二極管通過續流二極管VD使晶閘使晶閘管承受反向電壓而關斷，負載兩端的輸出電壓為續流二極管承受反向電壓而關斷，負載兩端的輸出電壓為續流二極管的管壓降，如果電感足夠大，續流二極管一直導通到下管的管壓降，如果電感足夠大，續流二極管一直導通到下一周期晶閘管導通，使一周期晶閘管導通，使id連續，且連續，且id波形近似為一條直線。波形近似為一條直線。3、波形、波形0

14、30060 0120090 0150v電感性負載加續流二極管后，輸出電壓波形與電電感性負載加續流二極管后，輸出電壓波形與電阻性負載波形相同，續流二極管可起到提高輸出阻性負載波形相同，續流二極管可起到提高輸出電壓的作用。在大電感負載時負載電流波形連續電壓的作用。在大電感負載時負載電流波形連續且近似一條直線，流過晶閘管的電流波形和流過且近似一條直線，流過晶閘管的電流波形和流過續流二極管的電流波形是矩形波。續流二極管的電流波形是矩形波。v對于電感性負載加續流二極管的單相半波可控整對于電感性負載加續流二極管的單相半波可控整流器移相范圍與單相半波可控整流器電阻性負載流器移相范圍與單相半波可控整流器電阻性

15、負載相同，為相同，為0180，且有，且有+=180。 4、基本數量關系、基本數量關系 1）輸出電壓平均值）輸出電壓平均值Ud 2）輸出電流平均值輸出電流平均值Id2cos145. 02cos122 dsin22212dUUttUU2cos10.45 2ddRURUI 3）晶閘管的電流平均值晶閘管的電流平均值IdT 4）晶閘管的電流有效值）晶閘管的電流有效值ITd2-dTIId2)(2d21TItdII 5）續流二極管的電流平均值續流二極管的電流平均值IdD 6）續流二極管的電流）續流二極管的電流有效值有效值ID 7）晶閘管和續流二極管承受的最大正反向電壓晶閘管和續流二極管承受的最大正反向電壓

16、晶閘管和續流二極管承受的最大正反向電壓均為電晶閘管和續流二極管承受的最大正反向電壓均為電源電壓的峰值。源電壓的峰值。 ddD2IId02dD2)(21ItdII2TM2UUv單相半波可控整流器的優點是電路簡單，調整方單相半波可控整流器的優點是電路簡單，調整方便，容易實現。但整流電壓脈動大，每周期脈動便，容易實現。但整流電壓脈動大，每周期脈動一次。變壓器二次側流過單方向的電流，存在直一次。變壓器二次側流過單方向的電流，存在直流磁化、利用率低的問題，為使變壓器不飽和，流磁化、利用率低的問題，為使變壓器不飽和，必須增大鐵心截面，這樣就導致設備容量增大。必須增大鐵心截面，這樣就導致設備容量增大。 3.

17、1.4 單相橋式全控整流電路（電阻性負載）單相橋式全控整流電路（電阻性負載）v1 1、電路結構、電路結構v用四個晶閘管，兩只晶閘管接成共陰極，兩只晶閘管接成用四個晶閘管，兩只晶閘管接成共陰極，兩只晶閘管接成共陽極，每一只晶閘管是一個橋臂。共陽極，每一只晶閘管是一個橋臂。 圖圖2-8 2、工作原理工作原理 1）在）在u2正半波的（正半波的（0）區間：）區間：v晶閘管晶閘管VT1、VT4承受正壓，但無觸發脈沖。四個晶閘管都不通。承受正壓，但無觸發脈沖。四個晶閘管都不通。假設四個晶閘管的漏電阻相等，則假設四個晶閘管的漏電阻相等，則uT1.4= uT2.3=1/2 u2。 2）在）在u2正半波的正半波

18、的t=時刻：時刻：v觸發晶閘管觸發晶閘管VT1、VT4使其導通。電流沿使其導通。電流沿 aVT1RVT4bTr的二次繞組的二次繞組a流通，負載上有電壓流通，負載上有電壓（ud=u2）和電流輸出，兩者波形相位相同且）和電流輸出，兩者波形相位相同且uT1.4=0。此時電源。此時電源電壓反向施加到晶閘管電壓反向施加到晶閘管VT2、VT3上，使其承受反壓而處于關斷上，使其承受反壓而處于關斷狀態，則狀態，則uT2.3=1/2u2。晶閘管。晶閘管VT1、VT4直導通到直導通到t=止，此止，此時因電源電壓過零，晶閘管陽極電流下降為零而關斷。時因電源電壓過零，晶閘管陽極電流下降為零而關斷。 3）在）在u2負半

19、波的（負半波的（+）區間：）區間：v晶閘管晶閘管VT2、VT3承受正壓，因無觸發脈沖，承受正壓，因無觸發脈沖，VT2、VT3處處于關斷狀態。此時，于關斷狀態。此時，uT2.3=uT1.4= 1/2 u2。 4）在）在u2負半波的負半波的t=+時刻：時刻：v觸發晶閘管觸發晶閘管VT2、VT3，元件導通，電流沿，元件導通，電流沿vbVT3RVT2aTr的二次繞組的二次繞組b流通，電源電壓沿流通，電源電壓沿正半周期的方向施加到負載電阻上，負載上有輸出電壓正半周期的方向施加到負載電阻上，負載上有輸出電壓（ud=-u2）和電流，且波形相位相同。此時電源電壓反向加）和電流，且波形相位相同。此時電源電壓反向

20、加到晶閘管到晶閘管VT1、VT4上，使其承受反壓而處于關斷狀態。晶上，使其承受反壓而處于關斷狀態。晶閘管閘管VT2、VT3一直要導通到一直要導通到t=2為止，此時電源電壓再次為止，此時電源電壓再次過零，晶閘管陽極電流也下降為零而關斷。晶閘管過零，晶閘管陽極電流也下降為零而關斷。晶閘管VT1、VT4和和VT2、VT3在對應時刻不斷周期性交替導通、關斷。在對應時刻不斷周期性交替導通、關斷。 3、波形、波形030060 (a) 01200900150 v單相橋式整流器電阻性負載時的移相范圍是單相橋式整流器電阻性負載時的移相范圍是0180。=0時，輸出電壓最高；時，輸出電壓最高；=180時，輸出電壓最

21、小。時，輸出電壓最小。晶閘管承受最大正反向電壓晶閘管承受最大正反向電壓Um是相電壓峰值。是相電壓峰值。v負載上正負兩個半波內均有相同方向的電流流過，負載上正負兩個半波內均有相同方向的電流流過，從而使直流輸出電壓、電流的脈動程度較前述單相從而使直流輸出電壓、電流的脈動程度較前述單相半波得到了改善。變壓器二次繞組在正、負半周內半波得到了改善。變壓器二次繞組在正、負半周內均有大小相等、方向相反的電流流過，從而改善了均有大小相等、方向相反的電流流過，從而改善了變壓器的工作狀態，并提高了變壓器的有效利用率。變壓器的工作狀態，并提高了變壓器的有效利用率。 4. 基本數量關系基本數量關系 1）輸出電壓平均值

22、輸出電壓平均值Ud 2 2）輸出電流平均值）輸出電流平均值Id為為2cos19 . 02cos122 dsin21222dUUttUU2cos19 . 02ddRURUI 3）輸出電壓有效值輸出電壓有效值U 4）輸出電流有效值輸出電流有效值I與變壓器二次側電流與變壓器二次側電流I2 輸出電流有效值輸出電流有效值I與變壓器二次側電流與變壓器二次側電流I2相同為相同為 2sin21dsin22122UttUU2sin2122RURUII 5）晶閘管的電流平均值晶閘管的電流平均值IdT 6）晶閘管）晶閘管電流有效值電流有效值IT 7） 功率因數功率因數cosv顯然功率因數與顯然功率因數與相關，相關，

23、=0 時，時，cos=1。 ddT21II22T2122sin41IRUI2sin21cos2IUUISP22U2/2U8）晶閘管承受的最大反向電壓是相電壓峰值的）晶閘管承受的最大反向電壓是相電壓峰值的承受的最大正向電壓是承受的最大正向電壓是 3.1.5 單相橋式全控整流電路（單相橋式全控整流電路（阻-感性負載）性負載） 1 1、電路結構、電路結構 電感的感應電勢使輸出電壓波形出現負波。輸出電流是近似電感的感應電勢使輸出電壓波形出現負波。輸出電流是近似平直的，晶閘管和變壓器副邊的電流為矩形波。平直的，晶閘管和變壓器副邊的電流為矩形波。 圖圖3-6 2、工作原理、工作原理 1）在）在u2正半波的

24、（正半波的（0）區間：）區間：v晶閘管晶閘管VT1、VT4承受正壓，但無觸發脈沖，處于關斷狀態。承受正壓，但無觸發脈沖，處于關斷狀態。假設電路已工作在穩定狀態，則在假設電路已工作在穩定狀態，則在0區間由于電感釋放區間由于電感釋放能量，晶閘管能量，晶閘管VT2、VT3維持導通。維持導通。 2）在）在u2正半波的正半波的t=時刻及以后：時刻及以后：v在在t=處觸發晶閘管處觸發晶閘管VT1、VT4使其導通，電流沿使其導通，電流沿aVT1LRVT4bTr的二次繞組的二次繞組a流通，此時流通，此時負載上有輸出電壓（負載上有輸出電壓（ud=u2）和電流。電源電壓反向加到晶）和電流。電源電壓反向加到晶閘管閘

25、管VT2、VT3上，使其承受反壓而處于關斷狀態。上，使其承受反壓而處于關斷狀態。 3）在）在u2負半波的（負半波的（+）區間：）區間：v當當t=時，電源電壓自然過零，感應電勢使晶閘管時，電源電壓自然過零，感應電勢使晶閘管VT1、VT4繼續導通。在電壓負半波，晶閘管繼續導通。在電壓負半波，晶閘管VT2、VT3承受正壓，承受正壓，因無觸發脈沖，因無觸發脈沖，VT2、VT3處于關斷狀態。處于關斷狀態。 4）在）在u2負半波的負半波的t=+時刻及以后：時刻及以后：v在在t=+處觸發晶閘管處觸發晶閘管VT2、VT3使其導通，電流沿使其導通，電流沿bVT3LRVT2aTr的二次繞組的二次繞組b流通，電源電

26、流通，電源電壓沿正半周期的方向施加到負載上，負載上有輸出電壓壓沿正半周期的方向施加到負載上，負載上有輸出電壓 （ud=-u2）和電流。此時電源電壓反向加到）和電流。此時電源電壓反向加到VT1、VT4上，使上，使其承受反壓而變為關斷狀態。晶閘管其承受反壓而變為關斷狀態。晶閘管VT2、VT3一直要導通一直要導通到下一周期到下一周期t=2+處再次觸發晶閘管處再次觸發晶閘管VT1、VT4為止。為止。 3、 基本數量關系基本數量關系 1）輸出電壓平均值輸出電壓平均值Ud 2）輸出電流平均值輸出電流平均值Id cos9 . 0cos22 dsin21222dUUttUURUIdd 3）晶閘管的電流平均值晶

27、閘管的電流平均值IdTv由于晶閘管輪流導電，所以流過每個晶閘管的平由于晶閘管輪流導電，所以流過每個晶閘管的平均電流只有負載上平均電流的一半。均電流只有負載上平均電流的一半。 4）晶閘管的電流有效值晶閘管的電流有效值IT 與通態平均電流與通態平均電流 IT(A V) ddT21IIdT21II)25 . 1 (57. 1TT(AV)II 5 5）變壓器副邊電流）變壓器副邊電流I2 dT22III6）晶閘管承受的最大正反向電壓）晶閘管承受的最大正反向電壓UTM=22U 4、波形、波形030060 01200900150 v從波形可以看出從波形可以看出90 輸出電壓波形正負面積相輸出電壓波形正負面積

28、相同，平均值為零，所以移相范圍是同，平均值為零，所以移相范圍是090 。控制。控制角角在在090 之間變化時，晶閘管導通角之間變化時，晶閘管導通角，導通角導通角與控制角與控制角無關。無關。 3.1.6 單相橋式全控整流電路（反電勢負載）單相橋式全控整流電路（反電勢負載） 1、電阻性反電勢負載的情況、電阻性反電勢負載的情況 當整流電壓的瞬時值當整流電壓的瞬時值ud小于反電勢小于反電勢E 時，晶閘管承時，晶閘管承受反壓而關斷，這使得晶閘管導通角減小。晶閘管受反壓而關斷，這使得晶閘管導通角減小。晶閘管導通時，導通時，ud=u2， 晶閘管關斷時，晶閘管關斷時，ud=E。與電阻負載相比晶閘管提前。與電阻

29、負載相比晶閘管提前了電角度了電角度停止導電，停止導電，稱作停止導電角。稱作停止導電角。 22arcsinUEREuiddv若若 時，觸發脈沖到來時，晶閘管承受負電壓，時，觸發脈沖到來時，晶閘管承受負電壓，不可能導通。為了使晶閘管可靠導通，要求觸發脈不可能導通。為了使晶閘管可靠導通，要求觸發脈沖有足夠的寬度，保證當晶閘管開始承受正電壓時，沖有足夠的寬度，保證當晶閘管開始承受正電壓時，觸發脈沖仍然存在。這樣，相當于觸發角被推遲，觸發脈沖仍然存在。這樣，相當于觸發角被推遲，即即= =。 2、阻、阻-感性反電勢負載的情況感性反電勢負載的情況v若負載為直流電動機時，此時負載性質為反電動勢若負載為直流電動

30、機時，此時負載性質為反電動勢電感性負載，電感不足夠大，輸出電流波形仍然斷電感性負載，電感不足夠大，輸出電流波形仍然斷續。在負載回路串接平波電抗器可以減小電流脈動，續。在負載回路串接平波電抗器可以減小電流脈動，如果電感足夠大，電流就能連續，在這種條件下其如果電感足夠大，電流就能連續，在這種條件下其工作情況與電感性負載相同。工作情況與電感性負載相同。v單相全控橋式整流器主要適用于單相全控橋式整流器主要適用于4kW左右的應用場左右的應用場合，與單相半波可控整流器相比，整流電壓脈動減合，與單相半波可控整流器相比，整流電壓脈動減小，每周期脈動兩次。變壓器二次側流過正反兩個小，每周期脈動兩次。變壓器二次側

31、流過正反兩個方向的電流，不存在直流磁化，利用率高。方向的電流，不存在直流磁化，利用率高。 3.1.7 單相橋式半控整流電路（單相橋式半控整流電路（阻阻-感性負載、感性負載、不帶續流二極管不帶續流二極管） 單相橋式全控整流電路中，每個工作區間有兩單相橋式全控整流電路中，每個工作區間有兩個晶閘管導通，每個導電回路由兩個晶閘管同時個晶閘管導通，每個導電回路由兩個晶閘管同時控制。實際上，對單個導電回路進行控制，只需控制。實際上，對單個導電回路進行控制，只需一個晶閘管就可以了。為此，在每個導電回路中，一個晶閘管就可以了。為此，在每個導電回路中，一個仍用晶閘管進行控制，另一個則用大功率整一個仍用晶閘管進行

32、控制，另一個則用大功率整流二極管代替，從而簡化了整個電路。把全控橋流二極管代替，從而簡化了整個電路。把全控橋中的晶閘管中的晶閘管VT2，VT4換成二極管換成二極管VD2，VD4即成即成為單相橋式半控整流電路。為單相橋式半控整流電路。 電阻性負載時的有關波形如圖所示電阻性負載時的有關波形如圖所示.030060 電阻負載0900120 電阻負載 1、單相橋式半控整流電路結構、單相橋式半控整流電路結構 （阻阻感性負載、感性負載、不帶續流二極管）不帶續流二極管）v在單相橋式全控整流電路中，每個工作區間有兩在單相橋式全控整流電路中，每個工作區間有兩個晶閘管導通，每個導電回路由兩個晶閘管同時個晶閘管導通，

33、每個導電回路由兩個晶閘管同時控制。實際上，對單個導電回路進行控制，只需控制。實際上，對單個導電回路進行控制，只需一個晶閘管就可以了。為此，在每個導電回路中，一個晶閘管就可以了。為此，在每個導電回路中，一個仍用晶閘管進行控制，另一個則用大功率整一個仍用晶閘管進行控制，另一個則用大功率整流二極管代替，從而簡化了整個電路。把全控橋流二極管代替，從而簡化了整個電路。把全控橋中的晶閘管中的晶閘管VT2，VT4換成二極管換成二極管VD2，VD4即成即成為單相橋式半控整流電路，如下圖為單相橋式半控整流電路，如下圖a所示。所示。 單相橋式半控整流電路帶大電感負載時的電路原理圖和電壓、電流波形單相橋式半控整流電

34、路帶大電感負載時的電路原理圖和電壓、電流波形 圖圖3-8 3、電路波形、電路波形030060 01200900150 3.1.8、單相橋式半控整流電路（帶續流二極管）、單相橋式半控整流電路（帶續流二極管）v（1）電路結構和工作原理）電路結構和工作原理v單相橋式半控整流電路（帶續流二極管）的電路和電壓、單相橋式半控整流電路（帶續流二極管）的電路和電壓、電流波形如下圖所示。電流波形如下圖所示。圖圖3-9v接上續流二極管后，當電源電壓降到零時，負載電流經續流接上續流二極管后，當電源電壓降到零時，負載電流經續流二極管續流，使橋路直流輸出端只有二極管續流，使橋路直流輸出端只有1V左右的壓降，迫使晶左右的

35、壓降，迫使晶閘管與二極管串聯電路中的電流減小到維持電流以下，使晶閘管與二極管串聯電路中的電流減小到維持電流以下，使晶閘管關斷，這樣就不會出現失控現象了閘管關斷，這樣就不會出現失控現象了改進接法如下圖改進接法如下圖a所示，相當于把全控橋中的所示，相當于把全控橋中的VT3和和VT4換成換成二極管二極管VD3和和VD4，這樣可省去續流二極管，續流由，這樣可省去續流二極管，續流由VD3和和VD4實現。即使不外接續流二極管，電路也不會出現失控現實現。即使不外接續流二極管，電路也不會出現失控現象。但兩個晶閘管陰極電位不同，象。但兩個晶閘管陰極電位不同，VT1和和VT2觸發電路要隔觸發電路要隔離。這種電路的

36、電流和電壓波形如下圖離。這種電路的電流和電壓波形如下圖b所示。所示。圖圖3-103.2 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路3.2.1 三相半波可控整流電路（電阻性負載）三相半波可控整流電路（電阻性負載） 1、電路結構、電路結構v為得到零線，變壓器二次繞組為星形。為給三次為得到零線，變壓器二次繞組為星形。為給三次諧波提供通路，變壓器一次繞組接成三角形。三諧波提供通路，變壓器一次繞組接成三角形。三個晶閘管的陰極連在一起，為共陰極接法。個晶閘管的陰極連在一起，為共陰極接法。 圖圖3-112、工作原理、工作原理 （1）在）在t1t2區間區間v有有uuuv、uuuw，u相電壓最高，相電壓最高，VT

37、1承受正壓。在承受正壓。在t1時時刻觸發刻觸發VT1使其導通，導通角使其導通，導通角120，輸出電壓，輸出電壓uduu。其。其它兩個晶閘管承受反壓而不導通。它兩個晶閘管承受反壓而不導通。VT1的電流的電流iT1與變壓器二與變壓器二次側次側u相電流波形相同，大小相等。相電流波形相同，大小相等。（2）在）在t2t3區間區間v有有uvuu ，v相電壓最高，相電壓最高，VT2承受正壓。在承受正壓。在t2時刻觸發時刻觸發VT2使其導通，使其導通，uduv。VT1兩端電壓兩端電壓uT1=uu-uv= uuv0，晶，晶閘管閘管VT1承受反壓關斷。承受反壓關斷。v在在t2時刻發生的由一相晶閘管導通轉換為另一相

38、晶閘管導時刻發生的由一相晶閘管導通轉換為另一相晶閘管導通的過程稱為換流。通的過程稱為換流。（3）在）在t3t4區間區間v有有uw uv，w相電壓最高，相電壓最高，VT3承受正壓。在承受正壓。在t3時刻觸發時刻觸發VT3使其導通，使其導通，uduw。VT2兩端電壓兩端電壓uT2= uv-uw=uvw0，晶閘管，晶閘管VT2承受反壓關斷。在承受反壓關斷。在VT3導通期間導通期間VT1兩端電壓兩端電壓uT1= uu-uw=uuw0。這。這樣在一個周期內，樣在一個周期內，VT1只導通只導通120度，在其余度，在其余240度時間承受反壓而處于關斷狀態。度時間承受反壓而處于關斷狀態。 3、電路波形、電路波

39、形1）理論波形）理論波形電阻性負載電阻性負載=30 時的輸出電流、電壓波形時的輸出電流、電壓波形v=30是輸出電壓、電流連續和斷續的臨界點。是輸出電壓、電流連續和斷續的臨界點。 圖圖3-12電阻性負載電阻性負載=60 時的輸出電流、電壓波形時的輸出電流、電壓波形圖圖3-13顯然，顯然，=150時輸出電壓為零，所以三相半波整時輸出電壓為零，所以三相半波整流電路電阻性負載的移相范圍是流電路電阻性負載的移相范圍是0150。從波形可看出：晶閘管承受的最大正壓是變壓器從波形可看出：晶閘管承受的最大正壓是變壓器二次相電壓的峰值，二次相電壓的峰值，UFM = U2；晶閘管承受的；晶閘管承受的最大反壓是二次線

40、電壓的峰值，最大反壓是二次線電壓的峰值，URM= U2 = U2。在選擇晶閘管的額定電壓時，應考慮。在選擇晶閘管的額定電壓時，應考慮到承受最大反向電壓的峰值情況。到承受最大反向電壓的峰值情況。 2）仿真和實驗波形）仿真和實驗波形236200030 060090 任一時刻，只有承受最高壓的晶閘管才能導通，任一時刻，只有承受最高壓的晶閘管才能導通，輸出電壓輸出電壓ud是是相電壓波形的一部分，每周期脈動相電壓波形的一部分，每周期脈動三次，是三相電源相電壓正半波完整的包絡線，三次，是三相電源相電壓正半波完整的包絡線，輸出電流輸出電流id與電壓與電壓ud波形相同、相位相同。波形相同、相位相同。v從圖中還

41、可看出：電阻性負載從圖中還可看出：電阻性負載=0 時，時，VT1在在VT2、VT3導通時僅受反壓，隨著導通時僅受反壓，隨著的增加，晶閘的增加，晶閘管承受正向電壓增加，其它兩個晶閘管承受的電管承受正向電壓增加，其它兩個晶閘管承受的電壓波形相同，僅相位依次相差壓波形相同，僅相位依次相差120。增大。增大，則，則整流電壓相應減小。整流電壓相應減小。 4、數量關系數量關系 （1）輸出電壓平均值輸出電壓平均值Ud =30是是ud波形連續和斷續的分界點。計算輸出電壓平均值波形連續和斷續的分界點。計算輸出電壓平均值Ud時應分兩種情況進行。時應分兩種情況進行。 1）30時時 2）30時時 656cos17.

42、1)(sin23/2122dUttdUU)6/cos(1 675. 0)(sin23/2122d6UttdUU（2） 輸出電流平均值輸出電流平均值Id（3）晶閘管電流平均值晶閘管電流平均值IdT（4）晶閘管電流有效值晶閘管電流有效值IT 1) 30時時 2) 30時時 2sin412cos4365212)(2sin22216TRUtddRtUI2cos233221)(2sin22212T656RUtddRtUIddT31IIRUIdd5、電路（電阻性負載）特點、電路（電阻性負載）特點（1）=0時，整流電壓最大；增大時，整流電壓最大；增大時，波形的面積減小，即時，波形的面積減小，即整流電壓減小；

43、當整流電壓減小；當=150時，整流電壓為零。電阻性負載控時，整流電壓為零。電阻性負載控制角制角的移相范圍為的移相范圍為150。（2）當）當30時，負載電流連續，每個晶閘管在一個周期中持時，負載電流連續，每個晶閘管在一個周期中持續導通續導通 ；當；當30時，負載電流斷續，晶閘管的導通角時，負載電流斷續，晶閘管的導通角為為 。（3）流過晶閘管的電流等于變壓器的副邊電流。）流過晶閘管的電流等于變壓器的副邊電流。（4）晶閘管承受的最大電壓（反向）是變壓器二次線電壓的）晶閘管承受的最大電壓（反向）是變壓器二次線電壓的峰值峰值 U2。承受的正向電壓是變壓器二次相電壓。承受的正向電壓是變壓器二次相電壓。 （

44、5）輸出整流電壓）輸出整流電壓ud的脈動頻率為的脈動頻率為3倍的電源頻率。倍的電源頻率。0120015063.2.2 三相半波可控整流電路（阻三相半波可控整流電路（阻-感性負載）感性負載）1、電路結構、電路結構三相半波可控整流電路（電感性負載）及波形（三相半波可控整流電路（電感性負載）及波形（ =60度）度） 圖圖3-142、工作原理、工作原理v當當30 時，相鄰兩相的換流是在原導通相的交流電壓過零時，相鄰兩相的換流是在原導通相的交流電壓過零變負之前，工作情況與電阻性負載同。由于負載電感的儲變負之前，工作情況與電阻性負載同。由于負載電感的儲能作用，電流能作用，電流id波形近似平直，晶閘管中分別

45、流過幅度波形近似平直，晶閘管中分別流過幅度Id、寬度寬度120的矩形波電流，導通角的矩形波電流，導通角=120。v當當30 時，假設時，假設=60，VT1已經導通，在已經導通，在u相交流電壓相交流電壓過零變負后，由于未到過零變負后，由于未到VT2的觸發時刻，的觸發時刻，VT2未導通，在負未導通，在負載電感作用下載電感作用下VT1繼續導通，輸出電壓繼續導通，輸出電壓ud0，直到，直到VT2 被被觸發導通，觸發導通，VT1承受反壓而關斷，輸出電壓承受反壓而關斷，輸出電壓uduv，然后重，然后重復復u相的過程。相的過程。v當當=90時輸出電壓為零，三相半波整流電路阻感性負載時輸出電壓為零，三相半波整

46、流電路阻感性負載（電流連續）的移相范圍是（電流連續）的移相范圍是090。3、電路波形、電路波形00030 060090 4、數量關系數量關系 1）輸出電壓平均值輸出電壓平均值 由于由于ud波形連續，所以計算輸出電壓波形連續，所以計算輸出電壓Ud時只需一個計算時只需一個計算公式公式 2）輸出電流平均值輸出電流平均值 cos217. 1)(sin223/21656dUttdUUcos17. 12dRUI 3）晶閘管電流平均值晶閘管電流平均值 4）晶閘管電流有效值（和變壓器二次電流有效晶閘管電流有效值（和變壓器二次電流有效值相等）值相等） v 5）晶閘管承受的最大正反向電壓晶閘管承受的最大正反向電壓

47、 ddT31IIdd2T577. 031IIIITMU22RMFM632UUUU= 3.2.3 三相半波共陽極可控整流電路三相半波共陽極可控整流電路v把三只晶閘管的陽極接成公共端連在一起就構成把三只晶閘管的陽極接成公共端連在一起就構成了共陽極接法的三相半波可控整流電路，由于陰了共陽極接法的三相半波可控整流電路，由于陰極不同電位，要求三相的觸發電路必須彼此絕緣。極不同電位，要求三相的觸發電路必須彼此絕緣。由于晶閘管只有在陽極電位高于陰極電位時才能由于晶閘管只有在陽極電位高于陰極電位時才能導通，因此晶閘管只在相電壓負半周被觸發導通，導通，因此晶閘管只在相電壓負半周被觸發導通，換相總是換到陰極更負的

48、那一相。換相總是換到陰極更負的那一相。v下圖是共陽極接法的三相半波可控整流電路和下圖是共陽極接法的三相半波可控整流電路和=30時的工作波形。時的工作波形。 v三相半波可控整流電路共陽極接法及波形三相半波可控整流電路共陽極接法及波形 圖圖3-153.3 三相全控橋式整流電路三相全控橋式整流電路3.3.1 三相全控橋式整流電路（電阻性負載三相全控橋式整流電路（電阻性負載） 1 1、電路結構、電路結構 三相半波整流的變壓三相半波整流的變壓器存在直流磁化問題，器存在直流磁化問題，三相全控橋式整流電三相全控橋式整流電路可看作是三相半波路可看作是三相半波共陰極接法共陰極接法(VT1，VT3，VT5)和三相

49、半和三相半波共陽極接法波共陽極接法(VT4，VT6，VT2)的串聯組的串聯組合。合。 圖圖3-16 2、工作原理（、工作原理（=0時）時） 一個周期內，晶閘管的導通順序一個周期內，晶閘管的導通順序T1VT2VT3VT4 VT5VT6。將一周期相電壓分為六個區間：。將一周期相電壓分為六個區間： 1）在）在t1t2區間：區間：u相電壓最高，相電壓最高，VT1觸發導通，觸發導通，v相相電壓最低，電壓最低，VT6觸發導通，負載輸出電壓觸發導通，負載輸出電壓uduuv。 2）在）在t2t3區間：區間：u相電壓最高，相電壓最高，VT1觸發導通，觸發導通，w相相電壓最低，電壓最低，VT2觸發導通，負載輸出電

50、壓觸發導通，負載輸出電壓uduuw。 3）在）在t3t4區間：區間：v相電壓最高，相電壓最高，VT3觸發導通，觸發導通，w相相電壓最低，電壓最低，VT2觸發導通，負載輸出電壓觸發導通，負載輸出電壓uduvw。 4）在）在t4t5區間：區間：v相電壓最高，相電壓最高，VT3觸發觸發導通，導通，u相電壓最低，相電壓最低，VT4觸發導通，負載輸出電觸發導通，負載輸出電壓壓ud uvu。 5）在）在t5t6區間：區間：w相電壓最高，相電壓最高，VT5觸發觸發導通，導通，u相電壓最低，相電壓最低，VT4觸發導通，負載輸出電觸發導通，負載輸出電壓壓ud uwu。 6）在）在t6t7區間：區間：w相電壓最高

51、，相電壓最高，VT5觸發觸發導通，導通，v相電壓最低，相電壓最低，VT6觸發導通，負載輸出電觸發導通，負載輸出電壓壓ud uwv。3、電路波形、電路波形1）理論波形）理論波形v三相橋式全控整流電路帶電阻負載三相橋式全控整流電路帶電阻負載 =60度度時的波形時的波形 圖圖3-17v三相橋式全控整流電路帶電阻負載三相橋式全控整流電路帶電阻負載 =90度度時的波形時的波形 圖圖3-1800030 2）仿真與實驗波形）仿真與實驗波形060090 4、基本數量關系基本數量關系 =60是輸出電壓波形連續和斷續的分界點，輸出電壓平均是輸出電壓波形連續和斷續的分界點，輸出電壓平均值應分兩種情況計算：值應分兩種

52、情況計算： 1）60 2）60 cos35. 1cos34. 2)(sin323/12L22d323UUttdUU)3/cos(1 34. 2)(sin2233/12d3UttdUU 5 5、電路特點、電路特點 1）任何時候共陰、共陽極組各有一只元件同時導通才能形成任何時候共陰、共陽極組各有一只元件同時導通才能形成電流通路。電流通路。 2）共陰極組晶閘管共陰極組晶閘管VT1、VT3、VT5，按相序依次觸發導通，按相序依次觸發導通，相位互差相位互差120，共陽極組，共陽極組VT2、VT4、VT6，相位相差，相位相差120，同一相的晶閘管相位相差同一相的晶閘管相位相差180。每個晶閘管導通角。每個

53、晶閘管導通角120； 3）輸出電壓輸出電壓ud由六段線電壓組成，每周期脈動六次，每周期由六段線電壓組成，每周期脈動六次，每周期脈動頻率為脈動頻率為300Hz。 4）晶閘管承受的電壓波形與三相半波同，只與晶閘管導通情晶閘管承受的電壓波形與三相半波同，只與晶閘管導通情況有關，波形由況有關，波形由3段組成：一段為零段組成：一段為零(忽略導通時的壓降忽略導通時的壓降)，兩，兩段為線電壓。晶閘管承受最大正、反向電壓的關系也相同。段為線電壓。晶閘管承受最大正、反向電壓的關系也相同。 5） 變壓器二次繞組流過正負兩個方向的電流，消除了變壓變壓器二次繞組流過正負兩個方向的電流，消除了變壓器的直流磁化，提高了變

54、壓器的利用率。器的直流磁化，提高了變壓器的利用率。 6）對觸發脈沖的要求：要使電路正常工作，需保證應同對觸發脈沖的要求：要使電路正常工作，需保證應同時導通的時導通的2 2個晶閘管均有脈沖，常用的方法有兩種：一種個晶閘管均有脈沖，常用的方法有兩種：一種是寬脈沖觸發，它要求觸發脈沖的寬度大于是寬脈沖觸發，它要求觸發脈沖的寬度大于60（一般為一般為80100），另一種是雙窄脈沖觸發，即觸發一個晶閘管，另一種是雙窄脈沖觸發，即觸發一個晶閘管時，向小一個序號的晶閘管補發脈沖。寬脈沖觸發要求觸時，向小一個序號的晶閘管補發脈沖。寬脈沖觸發要求觸發功率大，易使脈沖變壓器飽和，所以多采用雙窄脈沖觸發功率大，易使

55、脈沖變壓器飽和，所以多采用雙窄脈沖觸發。發。 電阻性負載電阻性負載60時的時的ud波形連續，波形連續，60時時ud波形斷續。波形斷續。=120時，輸出電壓為零時，輸出電壓為零Ud=0，三相全控橋式整流電路電，三相全控橋式整流電路電阻性負載移相范圍為阻性負載移相范圍為0120。晶閘管兩端承受的最大正。晶閘管兩端承受的最大正反向電壓是變壓器二次線電壓的峰值反向電壓是變壓器二次線電壓的峰值 22245. 2632UUUUURMFM3.3.2 三相橋式全控整流電路（阻三相橋式全控整流電路（阻-感性負載）感性負載）1 1、工作情況和電路波形、工作情況和電路波形v當當60時，電感性負載的工作情況與電阻負載

56、相似，各時，電感性負載的工作情況與電阻負載相似，各晶閘管的通斷情況、輸出整流電壓晶閘管的通斷情況、輸出整流電壓ud波形、晶閘管承受的波形、晶閘管承受的電壓波形都一樣；區別在于由于電感的作用，使得負載電電壓波形都一樣；區別在于由于電感的作用，使得負載電流波形變得平直，當電感足夠大的時候，負載電流的波形流波形變得平直，當電感足夠大的時候，負載電流的波形近似為一條水平線。近似為一條水平線。 v60時，電感性負載時的工作情況與電阻負載不同，由時，電感性負載時的工作情況與電阻負載不同，由于負載電感感應電勢的作用，于負載電感感應電勢的作用，ud波形會出現負的部分。下波形會出現負的部分。下圖是帶電感性負載圖

57、是帶電感性負載=90時的波形，可看出，時的波形，可看出，=90時，時，ud波形上下對稱，平均值為零，因此帶電感性負載三相橋式波形上下對稱，平均值為零，因此帶電感性負載三相橋式全控整流電路的全控整流電路的角移相范圍為角移相范圍為9090度。度。 v三相橋式全控整流電路帶電感性負載三相橋式全控整流電路帶電感性負載 =0度度時的波形時的波形 圖圖3-19理論波形理論波形v三相橋式整流電路帶電感性負載，三相橋式整流電路帶電感性負載， =90度度時的波形時的波形圖圖3-2000030 仿真和實驗波形仿真和實驗波形060090 2、基本數量關系基本數量關系 1） 輸出電壓平均值輸出電壓平均值 由于由于 u

58、d波形是連續的，所以波形是連續的，所以 2）輸出電流平均值輸出電流平均值 cos35. 1cos34. 2 )(sin63/12L22d323UUttdUUcos34. 212dURI 3）晶閘管電流平均值晶閘管電流平均值 4）晶閘管電流有效值晶閘管電流有效值 5）晶閘管額定電流晶閘管額定電流 6）變壓器二次電流有效值變壓器二次電流有效值 ddT31IIddT577. 031III)25 . 1 (368. 0)25 . 1 (57. 1d)T(AVIIITddT2816. 0322IIII3.4 三相橋式半控整流電路三相橋式半控整流電路v 3.4.1三相橋式半控整流電路（電阻性負載）三相橋式

59、半控整流電路（電阻性負載）v1、電路結構、電路結構v在不要求可逆的電力拖動中，可采用比三相全控橋式整流電路在不要求可逆的電力拖動中，可采用比三相全控橋式整流電路更簡單經濟的三相橋式半控整流電路，如下圖更簡單經濟的三相橋式半控整流電路，如下圖a所示，它由共所示，它由共陰極接法的三相半波可控整流電路與共陽極接法的三相半波不陰極接法的三相半波可控整流電路與共陽極接法的三相半波不可控整流電路串聯而成，因此這種電路兼有可控與不可控兩者可控整流電路串聯而成，因此這種電路兼有可控與不可控兩者的特性。共陽極組的三個整流二極管總是在自然換流點換流，的特性。共陽極組的三個整流二極管總是在自然換流點換流，使電流換到

60、陰極電位更低的一相中去；而共陰極組的三個晶閘使電流換到陰極電位更低的一相中去；而共陰極組的三個晶閘管則要在觸發后才能換到陽極電位高的那一相中去。輸出整流管則要在觸發后才能換到陽極電位高的那一相中去。輸出整流電壓的波形是二組整流電壓波形之和，改變共陰極組晶閘管的電壓的波形是二組整流電壓波形之和，改變共陰極組晶閘管的控制角控制角，可獲得，可獲得 的直流可調電壓的直流可調電壓ud 。234. 20U 三相橋式半控整流電路及其電壓電流波形三相橋式半控整流電路及其電壓電流波形（a）電路圖）電路圖 （b）=30度度 （c）=60度度 （d）=120度度 圖圖3-210300600900120 3、電路波形