1、第2章 整流電路（I）電力電子技術電子教案1目 錄 引言2.1 單相可控整流電路 2.1.1 單相半波可控整流電路 2.1.2 單相橋式全控整流電路 2.1.3 單相全波可控整流電路 2.1.4 單相橋式半控整流電路引 言整流電路：出現最早的電力電子電路，將交流電變為直流電按組成的器件可分為不可控、半控、全控三種按電路結構可分為橋式電路和零式電路按交流輸入相數分為單相電路和多相電路按變壓器二次側電流的方向是單向或雙向，又分為單拍電路和雙拍電路引 言本章內容：可控整流電路：工作原理（波形分析）、基本數量關系、負載性質的影響；變壓器漏抗對整流電路的影響； 電容濾波的二極管整流電路；整流電路的諧波和

2、功率因數分析；大功率場合的整流電路；相位控制電路的驅動控制。2.1 單相可控整流電路交流側接單相電源重點講述：工作原理（波形分析）；定量計算；不同負載的影響。2.1.1 單相半波可控整流電路Single Phase Half Wave Controlled Rectifier1. 帶電阻負載的工作情況變壓器T起變換電壓和隔離的作用；u1/U1：一次電壓瞬時值/有效值；u2/U2：二次電壓瞬時值/有效值；ud/Ud：輸出電壓瞬時值/平均值；電阻負載的特點： 電壓與電流成正比，兩者波形相同 2.1.1 單相半波可控整流電路 （電阻負載）電路工作過程幾個概念的解釋：ud為脈動直流，波形只在u2正半周

3、內出現，故稱“半波”整流采用了可控器件晶閘管，且交流輸入為單相，故該電路為單相半波可控整流電路ud波形在一個電源周期中只脈動1次，故該電路為單脈波整流電路2.1.1 單相半波可控整流電路 （電阻負載）幾個重要的基本概念：觸發延遲角：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，用a表示，也稱觸發角或控制角導通角：晶閘管在一個電源周期中處于通態的電角度，用表示 2.1.1 單相半波可控整流電路 （電阻負載）基本數量關系 直流輸出電壓平均值為 （2-1）2.1.1 單相半波可控整流電路 （電阻負載）Ud=0.45U2(1+cosa)/2a = 0，Ud = Ud0 = 0.45U2a =

4、 180，Ud = 0晶閘管VT的a移相范圍為180調節a角即可控制Ud的大小通過控制觸發脈沖的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。2.1.1 單相半波可控整流電路（電阻負載）2.1.1 單相半波可控整流電路（阻感負載）阻感負載的特點 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。2.1.1 單相半波可控整流電路 （阻感負載）電路工作過程電力電子電路的一種基本分析方法通過器件的理想化，將電路簡化為分段線性電路，分段進行分析計算；當VT處于斷態時，相當于電路在VT處斷開，id = 0。當VT處于通態時，相當于VT短路。VT處于關斷狀態 VT處于導通狀態2.

5、1.1 單相半波可控整流電路VT處于通態時：(2-2)初始條件：t=a ，id = 0，得：(2-3) 式中2.1.1 單相半波可控整流電路當t =+a 時，id = 0，代入式(2-3)，并整理得：(2-4)負載阻抗角j、觸發角a、晶閘管導通角的關系若j為定值，a 越大，在u2正半周L儲能越少，維持導電的能力就越弱，越小若a為定值，j 越大，則L貯能越多，越大；且j 越大，在u2負半周L維持晶閘管導通的時間就越接近晶閘管在u2正半周導通的時間，ud中負的部分越接近正的部分，平均值Ud越接近零，輸出的直流電流平均值也越小。2.1.1 單相半波可控整流電路 （阻感負載）2.1.1 單相半波可控整

6、流電路（阻感負載，有續流二極管）為避免Ud太小，在整流電路的負載兩端并聯續流二極管續流過程 當u2過零變負時，VDR導通，ud為零。此時為負的u2通過VDR向VT施加反壓使其關斷，L儲存的能量保證了電流id在L-R-VDR回路中流通。續流期間ud為0，ud中不再出現負的部分。2.1.1 單相半波可控整流電路（阻感負載，有續流二極管）電路工作過程2.1.1 單相半波可控整流電路（阻感負載，有續流二極管）數量關系 若L足夠大，使id連續，id近似為一條水平線，恒為Id，則有 2.1.1 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路的特點簡單，但輸出脈動大，變壓器二次側電流中含直流分量，造成變壓器鐵芯直

7、流磁化；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，建立起整流電路的基本概念。2.1.2 單相橋式全控整流電路Single Phase Bridge Controlled Rectifier1. 帶電阻負載的工作情況工作原理及波形分析VT1和VT4組成一對橋臂，在u2正半周串聯承受電壓u2，得到觸發脈沖即導通，當u2過零時關斷；VT2和VT3組成另一對橋臂，在u2負半周串聯承受電壓u2，得到觸發脈沖即導通，當u2過零時關斷。2.1.2 單相橋式全控整流電路（電阻負載）電路工作過程2.1.2 單相橋式全控整流電路（電阻負載）數量關系 a 角的移相范圍為180 2.1.2

8、 單相橋式全控整流電路（電阻負載）不考慮變壓器的損耗時，要求變壓器的容量為S = U2 I2為便于討論，假設電路已工作于穩態，id的平均值不變。假設負載電感很大，負載電流id連續且波形近似為一水平線。 u2過零變負時，由于電感的作用晶閘管VT1和VT4中仍流過電流id，并不關斷。至t=+a 時刻，給VT2和VT3加觸發脈沖，因VT2和VT3本已承受正電壓，故兩管導通。2.1.2 單相橋式全控整流電路（阻感負載）VT2和VT3導通后，u2通過VT2和VT3分別向VT1和VT4施加反壓使VT1和VT4關斷，流過VT1和VT4的電流迅速轉移到VT2和VT3上，此過程稱換相，亦稱換流。2.1.2 單相

9、橋式全控整流電路（阻感負載）2.1.2 單相橋式全控整流電路（阻感負載）輸出電壓 晶閘管移相范圍為90。2.1.2 單相橋式全控整流電路（阻感負載）晶閘管承受的最大正反向電壓均為 。晶閘管導通角與a無關，均為180晶閘管電流的平均值和有效值為 和 變壓器二次側電流i2的波形為正負各180的矩形波，其相位由a角決定，有效值 I2 = Id。 2.1.2 單相橋式全控整流電路（反電動勢負載）在|u2| E時，才有晶閘管承受正電壓，有導通的可能導通之后， ud = u2 ， 直至|u2| = E，id即降至0，使得晶閘管關斷，此后ud = E2.1.2 單相橋式全控整流電路（反電動勢負載）電路工作過

10、程2.1.2 單相橋式全控整流電路（反電動勢負載）與電阻負載時相比，晶閘管提前了電角度停止導電，稱為停止導電角。 （2-16） 在a 角相同時，整流輸出電壓比電阻負載時大。.2.1.2 單相橋式全控整流電路（反電動勢負載）id波形在一周期內有部分時間為0的情況，稱為電流斷續。與此對應，若id波形不出現為0的點的情況，稱為電流連續。負載為直流電動機時，如果出現電流斷續則電動機的機械特性將很軟。 .2.1.2 單相橋式全控整流電路 （反電動勢負載，串平波電抗器）一般在主電路中直流輸出側串聯一個平波電抗器，用來減少電流的脈動和延長晶閘管導通的時間整流電壓ud的波形和負載電流id的波形與電感負載電流連

11、續時的波形相同，ud的計算公式亦一樣為保證電流連續所需的電感量L可由下式求出單相全波與單相全控橋從直流輸出端或從交流輸入端看均是基本一致的2.1.3 單相全波可控整流電路Single Phase Full Wave Controlled Rectifier 單相全控橋電路單相全波可控整流電路及其波形2.1.3 單相全波可控整流電路兩者的區別：單相全波中變壓器結構較復雜，繞組及鐵芯對銅、鐵等材料的消耗多；單相全波只用2個晶閘管，比單相全控橋少2個，相應地，門極驅動電路也少2個；但是晶閘管承受的最大電壓為 ，是單相全控橋的2倍；單相全波導電回路只含1個晶閘管，比單相橋少1個，因而管壓降也少1個。從

12、上述(2)、(3)考慮，單相全波電路有利于在低輸出電壓的場合應用。2.1.4 單相橋式半控整流電路（阻感負載，有續流二極管）單相全控橋中，每個導電回路中有2個晶閘管。實際上為了對每個導電回路進行控制，只需1個晶閘管，另1個晶閘管可以用二極管代替，從而簡化整個電路。如此即成為單相橋式半控整流電路（先不考慮VDR）半控電路與全控電路在電阻負載時的工作情況相同2.1.4 單相橋式半控整流電路（阻感負載，有續流二極管）電路工作過程2.1.4 單相橋式半控整流電路單相半控橋帶阻感負載的情況假設負載中電感很大，且電路已工作于穩態在u2正半周，觸發角a處給晶閘管VT1加觸發脈沖，u2經VT1和VD4向負載供

13、電 u2過零變負時，因電感作用使電流連續，VT1繼續導通。但因a點電位低于b點電位，使得電流從VD4轉移至VD2，VD4關斷，電流不再流經變壓器二次繞組，而是由VT1和VD2續流在u2負半周觸發角a 時刻觸發VT3，VT3導通，則向VT1加反壓使之關斷，u2經VT3和VD2向負載供電。u2過零變正時，VD4導通，VD2關斷。VT3和VD4續流，ud又為零2.1.4 單相橋式半控整流電路 續流二極管的作用若無續流二極管，則當a 突然增大至180或觸發脈沖丟失時，會發生一個晶閘管持續導通而兩個二極管輪流導通的情況，這使ud成為正弦半波，即半周期ud為正弦，另外半周期ud為零，其平均值保持恒定，稱為失控2.1.4 單相橋式半控整流電路 續流二極管的作用有續流二極管VDR時，續流過程由VDR完成，晶閘管關斷，避免了某一個晶閘管持續導通從而導致失控的現象。同時，續流期間導電回路中只有一個管壓降，有利于降低損耗2.1.4 單相橋式半控整流電路單相橋式半控整流電路的另一種接法把單相全橋整流電路中VT3和VT4換為二極管VD3和V