2第二章--整流电路

2-20
2.1.4 单相桥式半控整流电路
电路结构
单相全控桥中，每个导电 回路中有2个晶闸管，1个 晶闸管可以用二极管代替， 从而简化整个电路。 如此即成为单相桥式半控 整流电路（先不考虑 VDR）。
u2 b) O ud
wt a
O id i VTO i VD1 i VTO i VD 2 i VDO
3 R 4
a)
b)
u VT c)
ud id 0 a
1,4
u d( id) p
a
wt
（VT1,4波形如图）
VT2和VT3组成另一对桥臂，在 u2正半周承受电压 -u2，得到触
0 i2 d) 0
wt
wt
发脉冲即导通，当 u2 过零时关
断。（ VT2,3波形？）
图2-5 单相全控桥式 带电阻负载时的电路及波形
2-11
Id Id p a Id Id p a
wt
wt wt wt
电阻负载
半控电路与全控电路在 电阻负载时的工作情况 相同。
O i2 O
a
Id Id
wt wt
图2-10 单相桥式半控整流电路，有续 流二极管，阻感负载时的电路及波形 2-21
2.1.4 单相桥式半控整流电路
单相可控整流电路
2.1.1 单相半波可控整流电路
2.1.2 单相桥式全控整流电路
2.1.3 单相全波可控整流电路
2.1.4 单相桥式半控整流电路
2-3
2.1.1 单相半波可控整流电路
单相半波可控整流电路(Single Phase Half
Controlled Rectifier)
T u u
Wave
2 2
p
U 2 cosa 0.9U 2 cosa （2-15）
2
晶闸管移相范围为90。 晶闸管承受的最大正反向电压均为 2U2。 晶闸管导通角θ与a无关，均为180。 电流的平均值和有效值：
O ud O id i VT O
1,4
wt
wt
Id Id Id Id Id
wt wt wt wt wt
2-10
2.1.2 单相桥式全控整流电路
单相桥式全控整流电路(Single Phase
Bridge Contrelled Rectifier)
1) 带电阻负载的工作情况
电路结构 工作原理及波形分析
VT1 和VT4组成一对桥臂，在 u2 正半周承受电压 u2 ，得到触发 脉冲即导通，当 u2 过零时关断。
1 2p
p
（2-5）
f)
i VD
O
R
wt
p a 2 I VT I d ( w t ) Id （2-6） a d 2p g) p a I dVD Id （2-7） 2p 1 2p a 2 p a （2-8） I VD I d ( w t ) Id d 2p p 2p
R
2-7
2.1.1 单相半波可控整流电路
当VT处于通态时，如下方程成立：
di L d Rid dt 2U 2 sin wt
（2-2）
u
2
VT L R
初始条件：ωt= a ，id=0。求解式（2-2）并 将初始条件代入可得
id 2U 2 sin( a j )e Z
R (wt a ) wL
2-1
第 2章
整流电路：
整流电路· 引言
出现最早的电力电子电路，将交流电变为直流电。
整流电路的分类：
按组成的器件可分为不可控、半控、全控三种。 按电路结构可分为桥式电路和零式电路。 按交流输入相数分为单相电路和多相电路。
按变压器二次侧电流的方向是单向或双向，又分为
单拍电路和双拍电路。
2-2
2.1
基本数量关系
首先，引入两个重要的基本概念：
触发延迟角：从晶闸管开始承受正向阳极电压起到施加触发脉冲 止的电角度,用a表示,也称触发角或控制角。
导通角：晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度，用θ表示 。 直流输出电压平均值为
1 Ud 2p
a
p
2U 2 1 cos a 2U 2 sin wtd (wt ) (1 cos a ) 0.45U 2 2p 2
2）带阻感负载的工作情况
假设电路已工作于稳态， id 的平 均值不变。 假设负载电感很大，负载电流 id 连续且波形近似为一水平线。
u2过零变负时，晶闸管VT1和VT4 并不关断。
至 ωt=π+a 时 刻 ， 晶 闸 管 VT1 和 VT4关断，VT2和VT3两管导通。 VT2 和 VT3 导通后， VT1 和 VT4 承 受反压关断，流过VT1和VT4的电 流迅速转移到VT2和VT3上，此过 程称换相，亦称换流。
2.1.2 单相桥式全控整流电路
数量关系
1 p 2 2U 2 1 cos a 1 cos a U d 2U 2 sin wtd(wt ) 0.9U 2 p a p 2 2 a 角的移相范围为180。
（2-9）
向负载输出的平均电流值为：
Id U d 2 2U 2 1 cos a U 1 cos a 0.9 2 R pR 2 R 2
如图2-7b所示id波形所示：
ud E O i
d
α
q

wt
I
电流连 续
d
O
电流断续
wt
b)
图2-7b 单相桥式全控整流电路接反电动势—电阻负载时的波形
当α < 时，触发脉冲到来时，晶闸管承受负电压，不可能导通。 触发脉冲有足够的宽度，保证当wt=时刻有晶闸管开始承受正电 压时，触发脉冲仍然存在。这样，相当于触发角被推迟为。
i VT O
2,3
O i2
I dT
1 Id 2
IT
1 2
I d 0.707 I d
u VT
O
1,4
O b)
变压器二次侧电流i2的波形为正负各180的矩形波，其相 位由a角决定，有效值I2=Id。
2-15
2.1.2 单相桥式全控整流电路
3） 带反电动势负载时的工作情况
在|u2|>E时，才有晶闸管承 受正电压，有导通的可能。 导通之后， ud E ud=u2， id ， R 直至|u2|=E，id即降至0使得 晶闸管关断，此后ud=E 。
2-17
2.1.2 单相桥式全控整流电路
负载为直流电动机时，如 果出现电流断续，则电动 机 的机械特性将很软 。 为了克服此缺点，一般 在主电路中直流输出侧 串联一个平波电抗器。
ud
a
0
q=p
E p
wt
id O
wt
图2-8 单相桥式全控整流电路带反电动势负 载串平波电抗器，电流连续的临界情况
这时整流电压ud的波形和负载电流id的波形与阻感负载电流连 续时的波形相同，ud的计算公式也一样。 为保证电流连续所需的电感量L可由下式求出：
wt
wt
a)
b)
图2-9 单相全波可控整流电路及波形
单相全波与单相全控桥从直流输出端或从交流输入
端看均是基本一致的。 变压器不存在直流磁化的问题。
2-19
2.1.3 单相全波可控整流电路
单相全波与单相全控桥的区别：
单相全波中变压器结构较复杂，材料的消耗多。 单相全波只用 2 个晶闸管，比单相全控桥少 2 个，相 应地，门极驱动电路也少2个；但是晶闸管承受的最 大电压是单相全控桥的2倍。 单相全波导电回路只含 1 个晶闸管，比单相桥少 1 个， 因而管压降也少1个。 从上述后两点考虑，单相全波电路有利于在低输出电 压的场合应用。
2U 2 3 U 2 L 2.87 10 pwI dmin I dmin 2
（2-17）
2-18
2.1.3 单相全波可控整流电路
单相全波可控整流电路（Single Phase Full Wave Controlled Rectifier)，又称单相双半波可控整流电路。
ud O a i1 O
I VT
1 2p
a
1
p
(
2U 2 U 1 p a sin wt ) 2 d(wt ) 2 sin 2a R p 2 R 2p
（2-12）
变压器二次测电流有效值I2与输出直流电流I有效值相等：
2U 2 U2 2 I I2 ( sin wt ) d (wt ) a p R R
O u VT O
wt
wt
R
图2-4 单相半波带阻感负载 有续流二极管的电路及波形 2-9
2.1.1 单相半波可控整流电路
单相半波可控整流电路的特点
VT的a 移相范围为180。 简单，但输出脉动大，变压器二次侧电流中含直流 分量，造成变压器铁芯直流磁化。 实际上很少应用此种电路。 分析该电路的主要目的建立起整流电路的基本概念。
u2 O ud O id i VT O
1,4
wt
wt
Id
Id Id Id Id
wt
i VT O
2,3
wt
wt wt wt
O i2 u VT O
1,4
O
b)
图2-6 单相全控桥带 阻感负载时的电路及波形 2-14
2.1.2 单相桥式全控整流电路
数量关系
Ud
p a
1
p a
2U 2 sin wtd(wt )
器件的每种状态对应于一种线性电路拓扑。
VT VT L R a) u2 L R b)
对单相半波电路的分析 可基于上述方法进行：
当 VT 处于断态时，相当于 电路在VT处断开，id=0。 当 VT 处于通态时，相当于 VT短路。