电力电子技术第3章.

金陵科技学院机电工程学院电气系
杭阿芳主讲
第3章 整流电路(AC/DC变换）-1
3.1 单相可控整流电路 3.2 三相可控整流电路 3.3 变压器漏感对整流电路的影响 3.4 电容滤波的不可控整流电路 3.5 整流电路的谐波和功率因数 3.6 大功率可控整流电路 3.7 整流电路的有源逆变工作状态 3.8 相控电路的驱动控制
2018年12月9日星期日 1
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3.1 单相可控整流电路
3.1.1 单相半波可控整流电路 3.1.2 单相桥式全控整流电路 3.1.3 单相全波全控整流电路 3.1.4 单相桥式半控整流电路
2018年12月9日星期日
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I VT
u2 O u d O id
wt 1
Id Id p- a p+ a
wt wt wt wt wt
O iVT O iVD R
O uVT O
I dVD R p a I d 2p
I VD R
1 p 2 I d d ( wt ) a 2p
pa Id 2p
1 2pa 2 I d d ( wt ) p 2p
wt
图3-1 单相半波可控整流 电路及波形
2018年12月9日星期日
3
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3.1.1 单相半波可控整流电路
_ +
_ +
VT
u2
uVT
ud
id R
u2 ug0
w t1 p
2p
wt
0 ud id 0a
uVT 0
wt
q wt
1. 带电阻负载的工作情况 这种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 （相控方式） 直流输出电压平均值为
2018年12月9日星期日
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3.1.2 单相桥式全控整流电路
T1 V
T3 V
_ + + _ _ +
T u1
i2
a
id
R
1 .带电阻负载的工作情况 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
w t 冲即导通，当u2过零时关断。
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_ + _ +
i2 T
u1
a
u2
b T V 2
ud
T V 4
id R L
T1 V
T3 V
2 .带阻感负载的工作情况
数量关系 1 p a Ud 2U 2 sin wtd(wt ) p a
wt
2 2
u2 ud iVT1,4 iVT2,3 uVT1,4 i2 id
T1 V
T3 V
_ + + _ _ +
T u1
i2
a
id
R
1 .带电阻负载的工作情况 数量关系
2U 2 2 I2 ( sin w t ) d (wt ) a p R
p
u2
ud ( id ) p a
b T V 2
ud T V 4
1
ud id
a
wt
wt

u VT
U2 R
1 p a I sin 2a 2p p
1,4
0 i2
0
图3-5 单相全控桥式 带电阻负载时的电路及波形
2018年12月9日星期日
wt
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
U RM 2U2
12
S = U2 I 2
a 角的移相范围为180
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_ + _ +
i2 T
u1
a
u2
b T V 2
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3.1.2 单相桥式全控整流电路
T1 V
T3 V
_ + + _ _ +
T u1
i2
a
id
R
1 .带电阻负载的工作情况 数量关系
u2
ud ( id ) p a
b T V 2
ud T V 4
ud id
a
1 p 1 cosa U d 2U 2 sin wtd(wt ) 0.9U 2 2 p a Ud Id wt R
缺点：电流断续. 后果：直流电机在换相的过 程中会产生电火花. 解决方案：直流输出测串联 大电感.用来减少电流的脉动 和延长晶闸管导通的时间。
i2 T u1 u2
T1 V
a
T3 V ud T V 4
id R
+ E _ 10V
b
T V 2
u
d
E
a
i
d
q d
w t
w t O 图3-7 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
+
uR 杭阿芳主讲 R 2.带阻感负载的工作情况
VT
u u2 VT ud R 波形图与电阻负载的不同之处： _ u 负载上电压波形可以为负值。 2
首先负载中电感为小电感。 + id
u2 0 ug 0 ud 0a id 0
w t1 p
p 2
wt
wt
+ +
原因解释。
ug
电流波形为断续。 0 wt p 2p
T V 2
ud T V 4
u
d
E
a
i
d
q d
w t
ud=u2 i ud E d
R
w t O 图3-7 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
2018年12月9日星期日
id 降至 0 ,使得晶闸管关断， 此后 ud = E
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3.带反电动势负载时的工作情况
1
wt
wt wt wt
uVT
q
0 wt ud 将负载中的电感换为大电感。 id 0a q wt Ud→0，无法进行调压。 uVT
0
图3-2 带阻感负载单相半 波可控整流电路及波形
2018年12月9日星期日
0 解决方法。 图3-1 单相半波可控整流 负载两端反并联二极管。电路及波形6 Nhomakorabeawt
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pa Id 2p
wt
U RM 2U2
图2-4 单相半波带阻感负载有续流二 2018年12月9日星期日 极管的电路及波形
VT的a 移相范围为180
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单相半波可控整流电路的特点 • 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。 • 分析该电路的主要目的在于利用其简单易学的特 点，建立起整流电路的基本概念。
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3.带反电动势负载时的工作情况
_ + _ +
提问：a的范围为是多少？
当 a ﹤δ 时，触发脉冲到 来时，晶闸管承受负电压， 不能导通。 当 ωt = δ 时，晶闸管承 受正电压，能触发导通。 当 ωt > π- δ 时，晶闸 管承受反电压，不能触发导 通。 范围为 δ≤ a ≤π- δ
3.1.1 单相半波可控整流电路
_ +
_ +
VT
u2
uVT
ud
id R
1. 带电阻负载的工作情况 几个重要的基本概念
wt
u2 ug0
w t1 p
2p
0 ud id 0a
uVT 0
wt
q wt
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 称为，用θ表示 。
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3.带反电动势负载时的工作情况
_ + _ +
缺点：电流断续. 后果：直流电机在换相的过 程中会产生电火花. 大电感.用来减少电流的脉动 和延长晶闸管导通的时间。
i2 T u1 u2
a
id R
T1 V
T3 V ud T V 4
b
晶闸管移相范围为90 返回 14
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3.带反电动势负载时的工作情况
_ + _ +
i2 T u1 u2
T1 V
a
T3 V
id R
+ E _ 10V
|u2| < E 时，晶闸管承受 反向电压，不能导通。 |u2| > E 时，晶闸管承受 正电压，才有导通的可能。
b
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i2 T u1 u2
T1 V
a
T3 V ud T V 4
id R
+ E _ 10V
b
T V 2
u
d
E
a
i
d
q d
w t
w t O 图3-7 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
2018年12月9日星期日
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3.带反电动势负载时的工作情况
_ + _ +
VT
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+ _+ _ + _
uVT u2
i VD VDR
id R u d L
当u2过零变负时，VDR导通，
u2 O u d O id
wt 1
Id Id p-a p+ a
wt wt wt wt wt
ud为零。此时为负的u2通过VDR
向VT施加反压使其关断，L储存 的能量保证了电流 id 在 L-R-VDR 回路中流通，此过程通常称为
Id
Id Id Id Id
至ωt =π+a 时刻，给VT2和 VT3加触发脉冲，因VT2和VT3 w t 本已承受正电压，故两管导通。
wt wt wt wt
图3-6 单相全控桥带阻感负载 2018年12月9日星期日 时的电路及波形
VT2和VT3导通后，u2通过VT2和 VT3分别向VT1和VT4施加反压使 VT1和VT4关断，流过VT1和VT4 w t 的电流迅速转移到VT 和VT 上， 2 3 此过程称换相，亦称换流。
_ +
_ +
VT
u2
uVT
ud
id R
1. 带电阻负载的工作情况 直流输出电压有效值为
1 U 2p U2
u2 ug0
a
p
2U 2 sinwt d (wt )

2
w t1 p
2p
wt
0 ud id 0a
uVT 0
wt
q wt
I
sin2a p a 4p 2p
直流输出电流有效值为
U R
ud
T V 4
id R L
2 .带阻感负载的工作情况 假设电路已工作于稳态且负载 电感很大，则负载电流id波形近 似为一水平线。 晶闸管VT1和VT4并不关断，仍 w t 流过电流i 。 d
T1 V
T3 V
u2 ud iVT1,4 iVT2,3 uVT1,4 i2 id
u2过零变负时，由于电感的作用
_ + _ +
i2 T u1 u2
T1 V
T3 V
id R
+ E _ 10V
a
b
T V 2
ud T V 4
停止导电角（δ） 与电阻负载时相比，晶闸 管提前了电角度δ 停止导电。
u
d
E
a
i
d
q d
w t
E d arcsin 2U 2
w t O 图3-7 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
IdVT Id
IVT I
wt
图3-1 单相半波可控整流 电路及波形
SCR上反压为 U RM 2U2
a移相范围为180
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u2 uL 金陵科技学院机电工程学院电气系 i
_ +
VT uVT u2 ud
d
R
5V 1V 0V 2V
_ +
id R _ 10V 5V 9V 0V 8V L
O iVT O iVD R
O uVT O
续流。续流期间ud为零，ud中不
再出现负的部分。
wt
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图3-4 单相半波带阻感负载有续流二 2018年12月9日星期日 极管的电路及波形
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VT
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+ _+ _ + _
uVT u2
i VD VDR
id R u d L
Ud和U的公式同带电阻负载的公式。 若近似认为id为一条水平线，恒 U 为Id，则 I I d d R I dVT p a I d 2p
p
U 2 cosa 0.9U 2 cosa
U U2
Id
Id Id Id Id
wt wt wt wt wt
Ud I Id R
I dT
1 Id 2
IT
1 I d 0.707 I d 2
I 2 Id
U RM 2U2
wt
图3-6 单相全控桥带阻感负载 2018年12月9日星期日 时的电路及波形
wt
u2
ud ( id ) p a
b T V 2
ud T V 4
ud id
a
u VT
1,4
0 i2
VT2和VT3组成另一对桥臂，
在u2正半周承受电压-u2，得到触
0
图3-5 单相全控桥式 带电阻负载时的电路及波形
2018年12月9日星期日
w t 发脉冲即导通，当u 过零时关断。 2
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wt
2 1 p U 2 U sin w t d (wt ) 2 a p
u VT
1,4
0 i2


I
U R
0
图3-5 单相全控桥式 带电阻负载时的电路及波形
2018年12月9日星期日
wt
I dVT
11
1 Id 2
I VT
1 I 2
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3.1.2 单相桥式全控整流电路
1 Ud 2p
a
p
2U 2 sinwtd (wt )
2U 2 1 cosa (1 cosa ) 0.45U 2 2p 2
wt
图3-1 单相半波可控整流 电路及波形
直流输出电流平均值为
Ud Id R
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2018年12月9日星期日
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3.1.1 单相半波可控整流电路
T V 2