第二章整流电路

第二章
第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节
整流电路
第一节 单相可控整流电路 第二节 三相可控整流电路
变压器漏感对整流电路的影响 电容滤波的不可控整流电路 整流电路的谐波和功率因数 大功率可控整流电路 整流电路的有源逆变工作状态 晶闸管直流电动机系统 相控电路的驱动控制 本章小结
2-1
2U 2 U2 2 I I2 a ( R sin wt ) d (wt ) R p
由式（2-12）和式（2-13）得：
p
1 p a （2-13） sin 2a 2p p
ud id
d d
I VT
1 I （2-14） 2
b)
0 a u VT
p
a
wt
1,4
不考虑变压器的损耗时，要 求变压器的容量 S=U2I2。
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
二. 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 )
a)
u
1
u
2
u
d
R
u b)
2
0 u c) 0 u d) 0 u VT e)
d g
wt
1
p
2p
wt
wt
a
q
wt
形相同。
0
wt
动画演示 图2-1 单相半波可控整流电路及波形 2-4
一. 单相半波可控整流电路
基本数量关系
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。
2-17
二. 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
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
三. 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。
id 2U 2 sin( a j )e Z
R (wt a ) wL
b)
b) VT处于导通状态

2U 2 sin( wt j ) Z
2
（2-3）
j • 其中 Z R (wL) ， arctan
2
wL
R
当ωt=θ+a 时，id=0，代入式（2-3）并整理得
sin( a j )e
ud E O id Id O b)
a
q

wt
wt
图2-7 单相桥式全控整流电路接反 电动势—电阻负载时的电路及波形
与电阻负载时相比，晶闸管提前了电角度δ停止导电， E δ称为停止导电角， sin 1 （2-16）
2U 2
在a 角相同时，整流输出电压比电阻负载时大。
2-16
二. 单相桥式全控整流电路
2U 2 3 U 2 L 2.87 10 pwI dmin I dmin 2
（2-17）
2-18
三. 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
wt
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
二. 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 。
VT
0
wt
图2-2 带阻感负载的 单相半波电路及其波形 2-6
一. 单相半波可控整流电路
电力电子电路的一种基本分析方法
通过器件的理想化，将电路简化为分段线性电路。
器件的每种状态对应于一种线性电路拓扑。
VT VT L u2 R a) b) u2 L R
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。
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
二. 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
a)
ud id
u d (i d ) p

q
tan j
sin( q a j )
（2-4）
2-8
一. 单相半波可控整流电路
续流二极管
当u2过零变负时，VDR导通，
a)
ud为零，VT承受反压关断。
L储存的能量保证了电流id 在 L-R-VDR回路中流通，此过程
b)
u2 O ud c) O id d) O i VT e) Id p-a p+a Id
wt wt wt
Id Id
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。
i VTO i VD 2
3
i VDO
R
O i2 O
a
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
四. 单相桥式半控整流电路
单相半控桥带阻感负载的情况
在u2 正半周，u2 经VT1 和VD4 向负载供电。
c) 0 i2 d) 0
wt
wt
2-13
二. 单相桥式全控整流电路
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。 动画演示
一. 单相半波可控整流电路
二. 单相桥式全控整流电路
三. 单相全波可控整流电路
四. 单相桥式半控整流电路
2-3
一. 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
Wave
VT u id
VT
1.带电阻负载的工作情况
变压器T起变换电压和 电气隔离的作用。 电阻负载的特点：电压 与电流成正比，两者波
2-5
一. 单相半波可控整流电路
1. 带阻感负载的工作情况
阻感负载的特点：电感
u2
对电流变化有抗拒作用， 使得流过电感的电流不 发生突变。 讨论负载阻抗角 j 、触发 角a、晶闸管导通角 θ的 关系。
b) 0
wt 1
p
2p
wt
ug
c) 0 ud + d) 0 id e) 0 +
wt
a
wt
q
wt
u
f)
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
(2-1)
VT的a 移相范围为180
通过控制触发脉冲的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。
如图2-7b所示id波形所示：