第5章-AC／DC变换

晶闸管承受的最大反向电压为 2U 2 ，承受的最大正向压降为 2U2 2 。
14
整流输出电压的平均值为： 整流输出电压的有效值为：
Ud
1 π
π
2U2sintd(t)2π2U21c2os
1cos
0.9U2 2
U 1 π π 2 U 2 sitn 2 d (t) U 2s2 π 2 in π π
16
负载电流的波形系数为：
Kf IId
πsi2 n2π(π) 2(1co)s
有功功率为：
PI22RU2I
电路功率因数为：
PF PU2I si2 nπ
S U2I2
2π π
17
2．电感性负载
2
4
晶闸管承受的最大正反向电压都是 2U 2 。
18
负载电流连续时，整流输出电压的平均值为：
1π
IdT
π
2π
Id
流过晶闸管的电流有效值：
IT
π
2π Id
25
流过续流二极管的电流平均值：
I dD
π
Id
流过续流二极管的电流有效值：
ID π Id
返回
26
5.3 三相相控整流电路
5.3.1 三相半波可控整流电路
A
BB
１．电阻性负载
C
电阻性负载α=0°波形
uaa
ubb
ucc
uaa
uaubab
uuaacc
流过每个晶闸管的电流有效值为：
IT 2 1 π π 2 U 2 R sitn 2 d (t)U 2 2 Rs2 iπ 2n π πI2
流过晶闸管的电流波形系数为：
U2 si2 nπ
Kf TIId TT
2R 2π π
2U2•1cos
πsi2 n2π(π) 2(1co)s
πR 2
10
感性负载上所得到的输出电压平均值：
U d U d R U d L 2 1 u R d (t) 2 1 u L d (t)
U d L 2 1 u L d (t) 2 1 L d d d d ( i tt) 2 L 0 0 d d i
Ud 21 uRd(t)
ua
ub
uc
ua
整流电压平均值应分为两种情况计算
29
当α≤30°时，ud波形连续
U d 2 1 3 6 5 6 2 U 2 sitd n (t) 32 2 •3 U 2 co 1 s .1 U 2 7 cos
当α＞30°时，ud波形断续
Ud 21
36
2U2si ntd(t)322U2[1co6s ()]
断续后能再次导通，必须对两组中应导通的一对晶闸管同时给触发脉冲。为此， 可采用两种办法：其一是使每个触发脉冲的宽度大于60°，称为宽脉冲触发； 另一种触发某一晶闸管的同时，给前一个晶闸管补发一个脉冲，相当于用两个 窄脉冲等效替代大于60°的宽脉冲，称为双脉冲触发。用双窄脉冲触发，一个 周期内要对每个晶闸管连续触发两次，两次脉冲间隔60°。双窄脉冲触发电路 比较复杂，但可以减小触发装置的输出功率，减小脉冲变压器的体积。宽脉冲 触发电路输出功率大，脉冲变压器体积较大，脉冲前沿不够陡，通常采用双窄 脉冲触发。 (4) 三相桥输出的是变压器二次线电压的整流电压，输出的两相相电压相减以后的 波形：uab、uac、ubc、uba、uca和ucb。如图所示α= 0°时三相桥式可控整流电 路输出电压ud的波形是上述电压的包络线。 (5)α= 0° 时晶闸管承受的电压波形如图所示 ， 晶闸管承受的最大反向电压 是 6U 2 。
晶闸管承受电压uT波形如图所示，晶闸管承受的最大正反向电压为
。
2U 2
从晶闸管开始承受正向电压起到加上触发脉冲，这一电角度称为控制角， 用α表示。晶闸管在一个周期内导通的电角度称为导通角，用θ表示，则θ = π – α。
7
整流输出电压的平均值：
Ud 21
2U2sintd(t)2U21c2os
0.4U 521c2os
23
3
D2
4
24
并联续流二极管的单相桥式半控整流电路带感性负载时
输出电压平均值：
Ud
1 π
π
2U2sintd(t)2π2U21c2os
1cos
0.9U2 2
输出电压有效值：
U 1 π π 2 U 2 sitn 2 d (t) U 2s2 π 2 in π π
流过晶闸管的电流平均值：
12
加了续流二极管以后
流过晶闸管的平均电流： 流过续流二极管的平均电流： 流过晶闸管电流的有效值：
IdT
2
Id
IdD
2
Id
IT
1
2
Id 2d(t)
2 Id
流过续流二极管电流的有效值：
ID
2 1 2Id 2d(t)
2 Id
13
5.2.2 单相桥式全控整流电路 １．电阻性负载
2
4
uT1,4
L 2 2U 2
πI d min
21
5.2.3 单相桥式半控整流电路
3
iT3
iD4
iD2
D2
4
22
单相桥式半控整流电路带大电感负载时的工作特点为： (1) 晶闸管在触发时刻被迫换流，二极管则在电源电压过零时自然换流。 (2) 由于自然续流的作用，整流输出电压ud的波形没有负值的部分，与全控
桥带电阻性负载波形一样。 (3) 流经晶闸管和二极管的电流都是宽度为180°的方波，交流侧电流为正负
1
THD Is2Is2 1 Is1
IIss1212
Is2n
n2
Is1
4
４．输入功率因数：交流电源输入有功功率平均值P与视在功率S之比为输 入功率因数
PF P S
S UsIs
PUsIs1cos1
PF P SU sIU s1scIso 1sIIss1co 1s
Is1
Is1
1
1
Is
Is21 Is2n
第5章 AC/DC变换电路
5.1 整流电路的性能指标
5.2 单相相控整流电路
5.3 三相相控整流电路
5.4 变压器漏感对相控整流电路的影响 5.5 整流电路的谐波分析 5.6 相控整流电路的有源逆变工作状态
5.7 相控整流电路的晶闸管触发电路
5.8 PWM整流电路
返回
1
将交流电能（AC）转换为直流电能（DC）是电
三相桥式可控整流电路工作特点为： (1)每个时刻均需两个晶闸管同时导通，共阴极组、共阳极组分别有且只有一个晶
闸管导通，形成向负载供电的回路。 (2)触发脉冲的相位，共阴极组的T1、T3、T5之间互差120°，共阳极组的T2、T4、
T6之间也互差120°。接在同一相的两管，如T1与T4之间则互差180°。 (3) 为了保证整流桥和闸后共阴极组和共阳极组各有一晶闸管导通，或者由于电流
1 2 Id
19
3．反电动势负载
2
4
20
δ为停止导电角，也就是说与电阻性负载相比，晶闸管提前了δ电角度 停止导电
arcsin E
2U2
整流电压平均值：
Ud
E1 π
π
(
2U2sintE)d(t)
1[2 π
2U2(coscos)
]E
π
负载电流平均值：
Id
Ud E R
针对电动机在低速轻载运行时电流连续的临界情况，所需电感量L为：
整流器的主要性能指标有：
１．电压纹波系数：定义整流器输出电压的交流纹波有效值与直流平均 值之比为电压纹波系数
u
UH UD
UH U2UD 2
u
U UD
2
1
3
２．电压脉动系数：若第n次谐波峰值为Unm，则定义Unm与UD之比为电压 脉动系数
Sn
U nm UD
３．输入电流总畸变率：是除基波电流以外的所有谐波电流有效值与基波 电流有效值之比
22
U d π 2 U 2 sitd n (t)πU 2 co 0 s .9 U 2 cos
整流输出电压有效值为：
U 1π π
2U 2si n t2d(t)U 2
变压器二次绕组中的电流： 流过晶闸管电流平均值：
I2
Id
Ud R
IdT2ππId 12Id
流过晶闸管的电流有效值：
IT
π 2πId
输出直流电流平均值：
IdU d R0.9U R 21c2os
输出直流电流有效值：
IURU2 sin 2π
R 2π π
变压器二次绕组电流有效值：
I2
1 π π
2 U 2 R si n t 2d(t)U R 2
si2 n π
2π π
15
流过每个晶闸管的电流平均值为： IdT1 2Id0.4U 5 R 21c2o s
由于负载中存在电感，使负载电压波形出现负值部分，晶闸管导通角θ变大， 且负载中L越大，θ越大，输出电压波形图上负值的面积越大，从而使输出电 压平均值减小。在大电感负载时，负载电压波形中正负面积相等，Ud≈0。 11
由于电感的存在，使整流输出电压平均值减小，特别是大电感负载时，输出 电压平均值接近于零。为了解决这个问题，可在负载两端并联续流二极管
对称的交流方波。
单相桥式半控整流电路带感性负载时，虽然自身有自然续流能力，但 在实际运行中，当突然把控制角α增大到180°或突然把触发电路切断时， 会发生一个晶闸管直通而两个二极管轮流导通的异常现象，称为失控现象。
为了避免失控情况，可以在负载侧并联一个续流二极管D，使负载电流 通过D续流，而不再经过T1和D2，这样就可使晶闸管恢复阻断能力
1 Is2n Is1
1TH2D
n2
n2
PF cos1
1THD2
返回
5
5.2 单相相控整流电路
5.2.1 单相半波可控整流电路
１．电阻性负载
6
改变晶闸管触发脉冲到来的时刻，ud、id的波形也跟着变化，输出电压ud是 极性不变但幅值变化的脉动直流电压，它的波形只在电源电压正半周出现， 因此称为单相半波可控整流电路。
1
IT
2
6
2U2sint
R
2
d(t)
U2 1 (5 3cos21sin2)
R 2 6
4
4
31
2．电感性负载
大电感负载的三相半波可控整流电路在α≤30°时，ud的波形与 电阻性负载相同。当α＞30°时，如图所示，α=60°时电感性负载 时的电路及其波形。
32
整流输出电压平均值为：
U d 2 1 3 6 5 6 2 U 2 sitd n (t) 32 2 •3 U 2 co 1 s .1 U 2 7 cos
力电子技术中应用的重要领域。按控制方式，
AC/DC变换分为相控整流和PWM整流两种形式。
相控整流电路结构简单、控制方便、性能稳定，
利用它可以方便地得到大、中、小各种容量的直流电
能，是目前获得直流电能的主要方法，得到了广泛的
应用。PWM整流技术是一种新型AC/DC变换技术，
它采用全控型功率器件和现代控制技术，使输入电流
0.67U52[1co6s ()]
负载电流平均值：
Id Ud R
流过晶闸管的平均电流为：
I dT
1 3 Id
30
当α≤30°时，流过晶闸管的电流有效值
IT 2 1 6 5 6 2 U 2 R sit n 2d (t) U R 2 2 1(3 22 3 c2 o)s
当α＞30°时，流过晶闸管的电流有效值
360 Id
流过续流二极管的电流平均值和有效值分别为：
IdT 12300Id
IdT
30
120
Id
34
5.3.2 三相桥式可控整流电路
１．基本工作原理
a
ua
ub
uc
ua
P uab uac ubc uba uca ucb uab
N
uab uac ubc uba uca ucb uab
uab uac
35
27
电阻性负载α=30°整流电路波形
ua
ub
uc
ua
α=30°时，负载电流处于连续与断 续的临界状态，各相仍能导电120° 电角度。
uab
uac
28
α=60°三相半波可控整流电路波形
α > 30°时，显然负载电流断续， 各相晶闸管导电时间都小于120°。
晶闸管承受的最大反向电压为变压器二 次绕组线电压的峰值电压 6U 2 ，晶闸 管承受的最大正向电压为 2U 2 。
8
输出直流电流平均值：
Id Ud R
输出直流电流有效值：
I U R
电流的波形系数Kf为：
Kf IId
s4 i2 n2 2•1c2os
si2 n2() 2(1cos)
变压器二次侧输出有功功率为： PR S U2I
s4i2 n2
9
2．电感性负载
由于电感有阻止电流变化的作用，电感中的电流不能突变。当流过电 抗器的电流变化时，在电抗器的两端会产生一个感应电动势，它的极 性是阻止电流变化的。当电流增加时，电动势的方向是阻止电流增加； 当电流减小时，电动势的方向是阻止电流减小。
波形接近正弦波，功率因数接近１，性能优良，具有
广泛的应用前景。
本章主要介绍常用的单相、三相相控整流电路，
以及大容量相控整流电路。根据整流电路的基本工作
原理分析不同性质负载时整流电路输出电压、电流波
形，说明各种整流电路的特点，并介绍了PWM整流
电路的基本工作原理。
2
5.1 整流电路的性能指标
利用半导体开关器件的通、断控制，将交流电能变为直流电能称为整 流。实现整流的电力半导体开关电路连同其辅助元器件和系统称为整流器。
改变控制角α，就可以改变整流输出电压的平均值，达到相控整流的目的。 这种通过改变触发脉冲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。
单相半波可控整流电路带电阻性负载时的移相范围为0～180°。
整流输出电压的有效值为：
U 2 1 2 U 2 s itn 2 d ( t) U 2s4 2 i n 2
大电感负载时，电流波形接近于水平线，则流过每个晶闸管的电 流平均值与电流有效值分别为：
IdT132600Id 13Id
IT 132600Id 13Id
33
接续流二极管后，ud的波形与纯电阻 性负载时一样，Ud的计算公式也一样
流过晶闸管的电流平均值和有效值分别为
150
IdT 360 Id
IT
150