交流-直流变换电路

3-8
3.2.1 单相半波可控整流电路
(3) 晶闸管电流有效值和变压器二次侧电流有效 值 • 单相半波可控整流电路中，负载、晶闸管和变 单相半波可控整流电路中，负载、 压器二次侧流过相同的电流，故其有效值相等， 压器二次侧流过相同的电流，故其有效值相等， 即：
U2 I = IT = I 2 = R 1 π −α sin 2α + 4π 2π
3-7
3.2.1 单相半波可控整流电路
(2) 输出电压有效值U与输出电流有效值I 直流输出电压有效值U :
1 π U= ∫α 2π
(
2U2 sin ωt d(ωt ) = U2 2
)
1 π −α sin 2α + 4π 2π
输出电流有效值I :
U U2 I= = R R 1 π −α sin 2α + 4π 2π
带阻感负载(不接续流 带阻感负载 不接续流 管)的 单相半波电路及其波形 的
3-15
3.2.1 单相半波可控整流电路 数量关系
直流输出电压平均值Ud为
从Ud的波形可以看出，由于电感负载的存在，电源电压由 的波形可以看出，由于电感负载的存在， 正到负过零点也不会关断，输出电压出现了负波形， 正到负过零点也不会关断，输出电压出现了负波形，输出 电压和电流的平均值减小； 电压和电流的平均值减小；当大电感负载时输出电压正负 面积趋于相等，输出电压平均值趋于零， 也很小。所以， 面积趋于相等，输出电压平均值趋于零，则Id也很小。所以， 实际的大电感电路中， 实际的大电感电路中，常常在负载两端并联一个续流二极 管。
50 44.4 × P UI2 U 20 = 0.505 cosφ = = = = S U2 I 2 U2 220
3-12
晶闸管电流有效值I 与输出电流有效值相等， (4) 晶闸管电流有效值 T 与输出电流有效值相等，即：
IT = Iຫໍສະໝຸດ 则IT(AV)IT = (1.5 ~ 2) 1.57
倍安全裕量， 取2倍安全裕量，晶闸管的额定电流为： 倍安全裕量 晶闸管的额定电流为：
• 由以上分析可以看出，电感性负载加续流二极管后， 由以上分析可以看出，电感性负载加续流二极管后， 输出电压波形与电阻性负载波形相同， 输出电压波形与电阻性负载波形相同，续流二极管可 以起到提高输出电压的作用。在大电感负载时负载电 以起到提高输出电压的作用。在大电感负载时负载电 流波形连续且近似一条直线， 流波形连续且近似一条直线，流过晶闸管的电流波形 和流过续流二极管的电流波形是矩形波。 和流过续流二极管的电流波形是矩形波。 • 对于电感性负载加续流二极管的单相半波可控整流器 移相范围与单相半波可控整流电路电阻性负载相同为 移相范围与单相半波可控整流电路电阻性负载相同为 180º， 180º。 0～180 ，且有α+θ=180 。
IT(AV) = 56.6 A
晶闸管承受的最高电压： （5）晶闸管承受的最高电压：
Um = 2U2 = 2 × 220 = 311V
倍安全裕量， 考虑(2~3)倍安全裕量，晶闸管的额定电压为
UTN = (2 ~ 3)U m = (2 ~ 3)311 = 622 ~ 933 V
根据计算结果可以选取满足要求的晶闸管。 根据计算结果可以选取满足要求的晶闸管。
3-13
3.2.1 单相半波可控整流电路
T VT uVT a) u1 u2 ud R id L
2）电感性负载 ） 电感性负载通常是电机的励 电感性负载 通常是电机的励
u2 b) 0
ωt1
π
2π
ωt
磁线圈和负载串联电抗器等。 磁线圈和负载串联电抗器等 。 电感性负载的特点： 电感性负载的特点 ： 电感对 电流变化有抗拒作用， 使得 电流变化有抗拒作用 ，
第3章 章
3.1 概述
交流交流-直流变换电路
3.2 单相可控整流电路 3.3 三相可控整流 3.4 有源逆变电路 3.5 整流电路的性能指标及应用技术 本章小结
3.1
整流电路：
概述
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： 整流电路的分类
按组成的器件可分为不可控 半控 全控 不可控、半控 全控三种。 不可控 半控、全控 按电路结构可分为桥式电路 零式电路。 桥式电路和零式电路 桥式电路 零式电路。 按交流输入相数分为单相电路 多相电路。 单相电路和多相电路 单相电路 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 单拍电路 双拍电路。 双拍电路
3-6
3.2.1 单相半波可控整流电路
2. 基本数量关系 (1) 直流输出电压平均值Ud与输出电流平均值Id 直流输出电压平均值Ud :
1 π 2U2 1+ cosα 1+ cosα Ud = = 0.45U2 ∫α 2U2 sin ωtd(ωt ) = π 2π 2 2
输出电流平均值Id :
Ud U2 1 + cosα Id = = 0.45 R R 2
ug c) 0 ud + d) 0 α id e) 0 uVT f) 0 +
ωt
ωt
θ
ωt
ωt
流过电感的电流不发生突变。 流过电感的电流不发生突变 。
图3-2-2 带阻感负载的 单相半波电路及其波形
3-14
3.2.1 单相半波可控整流电路
1. 无续流二极管时 工作原理 0~α：uAK大于零，但门极没有触发 ： 大于零， 信号，晶闸管处于正向关断状态， 信号，晶闸管处于正向关断状态， 输出电压、电流都等于零。 输出电压、电流都等于零。 在ωt=α时，门极有触发信号，晶闸 时 门极有触发信号， 管被触发导通，负载电压u 管被触发导通，负载电压 d= u2。 当ωt=π时，交流电压 2过零，由于 时 交流电压u 过零， 有电感电势的存在， 有电感电势的存在，晶闸管的电压 uAK仍大于零，晶闸管会继续导通， 仍大于零，晶闸管会继续导通， 电感的储能全部释放完后， 电感的储能全部释放完后，晶闸管 反压作用下而截止。 在u2反压作用下而截止。直到下一 有负面积 图3-2-3 个周期的正半周。 个周期的正半周。
1 α+θ Ud = ∫α 2U2 sin ωtd (ωt) 2π
3-16
3.2.1 单相半波可控整流电路
2.接续流二极管时 2.接续流二极管时 工作原理 • u2＞0：uAK＞0。在ωt=α处触 发晶闸管导通， 发晶闸管导通， ud= u2续流 二极管V 二极管VDR承受反向电压而处 于断态。 于断态。 • u2＜0：电感的感应电压使 承受正向电压导通续流， VDR承受正向电压导通续流， 晶闸管承受反压关断,ud=0。 晶闸管承受反压关断, =0。 如果电感足够大， 如果电感足够大，续流二极管 一直导通到下一周期晶闸管导 连续。 通，使id连续。
id u
d
a)
u
1
u
R
u b)
2
0 u c) 0 u d) 0 u VT e) 0
d g
ωt
1
π
2π
ωt
ωt
α
θ
ωt
ωt
图3-2-1 单相半波可控整流电路 电阻性负载） （电阻性负载）及波形
3-4
3.2.1 单相半波可控整流电路
工作原理分析 •
T
1 2
VT
d VT
•
•
i 在电源电压正半周，晶闸管承受正向电压， 在电源电压正半周，晶闸管承受正向电压， u u u u a) R 处触发晶闸管，晶闸管开始导通； 在ωt=α处触发晶闸管，晶闸管开始导通； 负载上的电压等于变压器输出电压u2。在 u =π时刻 电源电压过零， 时刻， ωt=π时刻，电源电压过零，晶闸管电流小 b) π ωt ωt 0 于维持电流而关断，负载电流为零。 于维持电流而关断，负载电流为零。 2π u 在电源电压负半周， 在电源电压负半周，uAK＜0，晶闸管承受 c) ωt 反向电压而处于关断状态，负载电流为零， 反向电压而处于关断状态，负载电流为零， u0 负载上没有输出电压， 负载上没有输出电压，直到电源电压u2的 d) ωt 0 α θ 下一周期， 下一周期，直流输出电压ud和负载电流id u 的波形相位相同。 的波形相位相同。 e) ωt 0 的大小， 通过改变触发角α的大小，直流输出电压 的波形发生变化， ud的波形发生变化，负载上的输出电压平 均值发生变化， =180º时 均值发生变化，显然α=180 时，Ud=0。 图3-2-1 单相半波可控整流电路 由于晶闸管只在电源电压正半波内导通， 由于晶闸管只在电源电压正半波内导通， 电阻性负载） （电阻性负载）及波形 输出电压ud为极性不变但瞬时值变化的脉 动直流，故称“半波”整流。 动直流，故称“半波”整流。
a)
u2 b) O ud c) O id d) O i VT e) O i VD f) O u VT g) O
R
ω t1
ωt
ωt
Id
ωt
Id π-α π+α
ωt
ωt
ωt
带阻感负载(接续流管 接续流管) 图3-2-4 带阻感负载 接续流管 的 单相半波电路及其波形
3-17
3.2.1 单相半波可控整流电路
3.2
单相可控整流电路
3.2.1 单相半波可控整流电路 3.2.2 单相全控桥式整流电路 3.2.3 单相半控桥式整流电路
3.2.1 单相半波可控整流电路
T VT u VT
2
一、电阻性负载
电炉、 电炉、电焊机及白炽灯等均 属于电阻性负载 变压器T 起变换电压和电气 变压器 T 隔离的作用。 隔离的作用。 电阻负载的特点： 电阻负载的特点：电压与电 流成正比，两者波形相同。 流成正比，两者波形相同。 工作原理分析
3-11
2Ud 2× 50 −1 = −1 ≈ 0 解 : (1) cosα = 0.45U2 0.45× 220