第3章整流電路

3.1單相可控整流電路

3.2三相可控整流電路

3.3變壓器漏感對(duì)整流電路的影響

3.4電容濾波的不可控整流電路

3.5整流電路的諧波與功率因數(shù)

3.6大功率可控整流電路

3.7整流電路的有源逆變工作狀態(tài)

3.8整流電路相位控制的實(shí)現(xiàn)第3章整流電路

整流電路（Rectifier）是電力電子電路中出現(xiàn)最早的一種，它的作用是將交流電能變?yōu)橹绷麟娔芄┙o直流用電設(shè)備。◆按組成的器件可分為不可控、半控、全控三種。

◆按電路結(jié)構(gòu)可分為橋式電路和零式電路。

◆按交流輸入相數(shù)分為單相電路和多相電路。

◆按變壓器二次側(cè)電流方向是單向或雙向，分為單拍電路和雙拍電路。3.1單相可控整流電路■單相半波可控整流電路--SinglePhaseHalfWaveControlledRectifier

◆帶電阻負(fù)載的工作情況3.1單相可控整流電路■單相半波可控整流電路--電阻性負(fù)載

◆帶電阻負(fù)載的工作情況?變壓器T起變換電壓和隔離的作用，其一次側(cè)和二次側(cè)電壓瞬時(shí)值分別用u1和u2表示，有效值分別用U1和U2表示，其中U2的大小根據(jù)需要的直流輸出電壓ud的平均值Ud確定。

?電阻負(fù)載的特點(diǎn)是電壓與電流成正比，兩者波形相同。?在分析整流電路工作時(shí)，認(rèn)為晶閘管（開關(guān)器件）為理想器件，即晶閘管導(dǎo)通時(shí)管壓降為零，晶閘管阻斷時(shí)漏電流為零，且晶閘管的開通與關(guān)斷過程瞬時(shí)完成。3.1單相可控整流電路■單相半波可控整流電路--電阻性負(fù)載

◆帶電阻負(fù)載的工作情況

在晶閘管VT處于斷態(tài)時(shí)，電路中無電流，負(fù)載電阻兩端電壓為零，u2全部施加于VT兩端。如果在u2正半周VT承受正壓的時(shí)刻給VT門極施加觸發(fā)脈沖，則VT導(dǎo)通。忽略晶閘管通態(tài)壓降，則直流輸出電壓ud和u2相等。至即u2降為0時(shí)，電路中電流亦降為0，VT關(guān)斷。3.1單相可控整流電路■單相半波可控整流電路--電阻性負(fù)載

◆帶電阻負(fù)載的工作情況改變晶閘管觸發(fā)時(shí)刻，ud和id波形隨之改變，直流輸出電壓ud為極性不變、但瞬時(shí)值變化的脈動(dòng)直流，其波形只在u2正半周內(nèi)出現(xiàn)，故稱“半波”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，故該電路稱為單相半波可控整流電路。整流電壓ud波形在一個(gè)電源周期中只脈動(dòng)1次，故稱該電路為單脈波整流電路。3.1單相可控整流電路■單相半波可控整流電路--電阻性負(fù)載

◆參數(shù)計(jì)算

?觸發(fā)延遲角：從晶閘管開始承受正向陽極電壓開始到門極施加觸發(fā)脈沖為止的電角度稱為觸發(fā)延遲角，也稱為觸發(fā)角或控制角。

?導(dǎo)通角：晶閘管在一個(gè)周期內(nèi)處于通態(tài)的電角度稱為導(dǎo)通角。有

?直流輸出電壓平均值Ud：3.1單相可控整流電路■單相半波可控整流電路--電阻性負(fù)載

◆參數(shù)計(jì)算

?當(dāng)時(shí)，整流輸出電壓的平均值Ud為最大，用Ud0表示，此時(shí)Ud=

Ud0=0.45U2。隨著角的增大，Ud逐漸減小，當(dāng)時(shí)，Ud為0。可見，該電路中晶閘管觸發(fā)角的移相范圍為0°～180°或0～

。

這種通過控制觸發(fā)脈沖的相位來控制直流輸出電壓的方法稱為相位控制方式，簡(jiǎn)稱相控方式。3.1單相可控整流電路■單相半波可控整流電路--阻感性負(fù)載

◆電路形式及電路波形

3.1單相可控整流電路■單相半波可控整流電路--阻感性負(fù)載

◆電路分析阻感負(fù)載的特點(diǎn)是電感對(duì)電流變化有抗拒作用，使得流過電感的電流不能發(fā)生突變。當(dāng)負(fù)載中感抗與電阻R相比不可忽略時(shí)即為阻感負(fù)載。若，則負(fù)載主要呈感性，稱為電感負(fù)載，如電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組。流過感性器件的電流變化時(shí)，在其兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，其極性是阻止電流變化的。當(dāng)電流增加時(shí)其極性阻止電流增加，當(dāng)電流減小時(shí)其極性阻止電流減小。3.1單相可控整流電路■單相半波可控整流電路--阻感性負(fù)載

◆電路分析由于電感的存在，延遲了VT的關(guān)斷時(shí)間，使ud出現(xiàn)負(fù)的部分，與電阻負(fù)載相比其平均值Ud下降。將器件理想化，電路可簡(jiǎn)化為分時(shí)段線性電路，如下圖：3.1單相可控整流電路■單相半波可控整流電路--阻感性負(fù)載

◆電路分析

?當(dāng)VT處于斷態(tài)時(shí)，id=0；VT處于通態(tài)時(shí)，有如下方程成立：在VT導(dǎo)通的初始時(shí)刻，有id=0，。求解上式可得：3.1單相可控整流電路■單相半波可控整流電路--阻感性負(fù)載

◆電路分析

?設(shè)當(dāng)時(shí)，id=0，代入上式并整理可得：當(dāng)、已知時(shí)，即可通過上式求出。當(dāng)負(fù)載阻抗角或觸發(fā)角不同時(shí)，晶閘管的導(dǎo)通角也不同。3.1單相可控整流電路■單相半波可控整流電路--阻感性負(fù)載

◆電路分析

?若為定值，角越大，在u2正半周電感L儲(chǔ)能越少，維持導(dǎo)電的能力就越弱，越小。若為定值，越大，則L儲(chǔ)能越多，越大，且越大，在u2負(fù)半周電感L維持晶閘管導(dǎo)通的時(shí)間就越接近其在u2正半周導(dǎo)通的時(shí)間，ud中負(fù)的部分越接近于正的部分，其平均值Ud越接近于零，輸出的直流電流平均值也越小。

為解決上述矛盾，可在整流電路的負(fù)載兩端并聯(lián)一個(gè)二極管，稱為續(xù)流二極管，用VDR表示。3.1單相可控整流電路■單相半波可控整流電路--阻感性負(fù)載

◆參數(shù)計(jì)算

?設(shè)晶閘管導(dǎo)通角為，則負(fù)載平均電壓為：其中：3.1單相可控整流電路■單相半波可控整流電路--阻感性負(fù)載

◆參數(shù)計(jì)算

?所以有：即：帶有電感負(fù)載時(shí)，負(fù)載電阻上電壓平均值等于晶閘管導(dǎo)通時(shí)間內(nèi)電源電壓平均值。電感兩端電壓平均值為0，表明ud波形中的直流成分全部降落在電阻R上，而ud波形中交流成分則大部分加載電感L上。3.1單相可控整流電路■單相半波可控整流電路--阻感性負(fù)載

◆小結(jié)

?與電阻性負(fù)載相比，電感L的存在使晶閘管導(dǎo)通角增大，但輸出電壓中出現(xiàn)負(fù)的波形，導(dǎo)致輸出電壓和輸出電流的平均值降低。大電感時(shí)，輸出電壓的正、負(fù)面積趨于相等，輸出電壓平均值趨于0。3.1單相可控整流電路■單相半波可控整流電路--阻感性負(fù)載

◆負(fù)載側(cè)并聯(lián)續(xù)流二極管電路及分析

3.1單相可控整流電路■單相半波可控整流電路--阻感性負(fù)載

◆負(fù)載側(cè)并聯(lián)續(xù)流二極管電路及分析

?在u2正半周，工作情況與無續(xù)流二極管時(shí)相同。當(dāng)u2由零變負(fù)時(shí)，VDR導(dǎo)通，ud為零。此時(shí)u2通過VDR向VT施加反壓使其關(guān)斷，L中儲(chǔ)存的能量保證了電流id在L-R-VDR回路中流通，這個(gè)過程稱為續(xù)流。若L足夠大，，即負(fù)載為電感負(fù)載，在VT關(guān)斷期間，VDR可持續(xù)導(dǎo)通，使id連續(xù)，且波形近似為一條水平線。此時(shí)，在一個(gè)周期內(nèi)，VT導(dǎo)通時(shí)間為，VDR導(dǎo)通時(shí)間為。

3.1單相可控整流電路■單相半波可控整流電路--阻感性負(fù)載

◆負(fù)載側(cè)并聯(lián)續(xù)流二極管電路及分析

?若近似認(rèn)為id為一條水平線，恒為Id，則流過晶閘管的電流平均值IdVT和有效值IVT分別為續(xù)流二極管的電流平均值IdVDR和有效值IVDR分別為3.1單相可控整流電路■單相半波可控整流電路--阻感性負(fù)載

◆負(fù)載側(cè)并聯(lián)續(xù)流二極管電路及分析

?晶閘管的移相范圍為180°，其承受的最大正反向電壓均為u2的峰值；續(xù)流二極管承受的電壓為-ud

，其最大反向電壓為u2的峰值。

?輸出電壓平均值Ud：當(dāng)電感足夠大時(shí)，Id近似為一條直線。計(jì)算公式如上頁所示。3.1單相可控整流電路■單相半波可控整流電路--阻感性負(fù)載

◆例：某小型同步發(fā)電機(jī)采用單相半波晶閘管自激勵(lì)磁。發(fā)電機(jī)相電壓為220V，要求勵(lì)磁電壓為45V。勵(lì)磁線圈Li的電阻為4Ω，電感為0.2H。試確定晶閘管的導(dǎo)通角，以及流過晶閘管與續(xù)流二極管的電流平均值和有效值。3.1單相可控整流電路■單相半波可控整流電路--阻感性負(fù)載

◆例題求解：所以：，為大電感負(fù)載。由：可得：得：3.1單相可控整流電路■單相半波可控整流電路--阻感性負(fù)載

◆例題求解：由：可得：3.1單相可控整流電路■單相