相控整流电路-179页精选文档
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d)
0
uVT
e) 0
2
t
t
t
t
2) ωt=α时刻 3) ωt=π时刻
8
重要概念
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。
移相范围
使输出电压从最大值到最小值
变化的触发延迟角的变化范围
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 。
VT
2. 阻感负载
T
uVT
a) u1
u2
id
L ud
R
u2
b)
0
t1
ug
c) 0
ud
d)
0
id
e) 0
uVT
+
f) 0
2 +
t t
t t
t
13
Hale Waihona Puke a) u1T u2
VT uVT
id
L ud
R
u2
b)
0
t1
ug
c) 0
ud
d) 0 id
e) 0
uVT
+
f) 0
2 +
2. 阻感负载
t
通常称为续流。续流期
t
t 间ud为零，ud中不再出现
负的部分。
20
续流二极管的作用： a. 提高整流平均电压Ud。当u2为正时，VD承受反向电
压呈关断状态，不起作用。当u2进入负半周时VD导通， 负载电流通过VD继续流通，负载上的电压箝位在零电 位，ud中负电压消失，使输出平均电压Ud得以提高。 b. 减轻晶闸管的负担。u2负半周时段。 c. 消除失控事故。在整流电路中，电感L大而储能大时 有可能使晶闸管在整个u2负半周区域都导通，使晶闸 管不会关断，造成失控事故。加入续流二极管后，L中 的电流通过VD形成通路，晶闸管自然关断。
5
2.1.1 单相半波可控整流电路
T
a)
u1
u2
VT
uVT
id
ud R
u2
b)
0 t1
ug
c) 0
ud
d)
0
uVT
e) 0
2
t
t
t
t
6
2.1.1 单相半波可控整流电路
T
a)
u1
u2
VT
uVT
id
ud R
1. 电阻负载
变压器T
变换电压
u2
隔离
b)
0 t1
ug
c) 0
ud
Id
t
Id
t
t
b) 33
u1
u2
O ud
O id iVT1O ,4 iVT2O ,3 O i2 O uVT1,4 O
id
VT3
VT1
T
i2
a
u2 b
VT2
a)
VT4
L
ud
u2过零变负时，由于电感的作
R 用晶闸管VT1和VT4中仍流过电
流id，并不关断。
t 至ωt =π+ 时刻，给VT2和VT3
U d 1 2 U 2sitd n (t) 22 U 2co 0 s .9 U 2cos
移相范围： 0~π/2
晶闸管承受的最大正反向电压均为 2U 2
晶闸管导通角θ与 无关，均为180，平均值和有效值分别为：
I dT
1 2
Id
IT 12Id 0.70I7d
25
2.1 单相可控整流电路
2.1.1 单相半波可控整流电路 2.1.2 单相桥式可控整流电路 2.1.3 单相全波可控整流电路
26
2.1.2 单相桥式可控整流电路
单相桥式全控整流电路 单相桥式半控整流电路
27
单相桥式全控整流电路
VT3
VT1
T
i2 a
a)
u1
u2 b
id
•ud
R
•
•
VT4
VT2
变压器二次侧电流 i2 的波形为正负各180的矩形波，
18
为避免Ud太小，在整流电路的负载两端并联续流二极管
T
VT
id
a)
u1
u2 uVT ud
iVDR L
VDR R
u2
b)
O ud
t1
t
c)
O
t
id
d)
Id
O
t
iVT
Id
e)
O iVDR
-
+
t
f)
O
t
uVT
g) O
t
19
a)
u1
u2
b) O ud
c) O id
d) O
iVT
阻感负载的特点
t
电感对电流变化有抗拒 t 作用，使流过电感的电
流不发生突变。
t
t
t
14
当VT处于通态时，如下方程成立：
LdditdRdi 2U2si nt 初始条件：ωt= ，id=0。
Z R2(L)2
arctanL
R
当ωt =θ+ a 时，id = 0 θ>π-α
晶闸管在工作中可能承受的最大正、反向电压为电源 电压的峰值
11
变压器二次侧有功功率、视在功率、功率因数
PI2RUI
S U2I
PUI πsin2
S U2I 2π 4π
λ是α的函数，α越大，功率因数越低。即使是电阻性负载，由于存 在谐波电流，最大功率因数小于1，为0.707。
12
加触发脉冲，因VT2和VT3本已
t 承受正电压，故两管导通。
Id
Id Id
Id Id
b)
t VT2和VT3导通后，u2通过VT2
t t t
和VT3分别向VT1和VT4施加反 压和使VTV4的T1电和流VT迅4关速断转，移流到过VVT2T和1
t VT3上，此过程称换相，亦称换
流。
34
数量关系
21
数量关系 与电阻负载相同
U d 2 1 2 U 2 s itn (d t)2 2 U 2(1 c o ) 0 s .4 U 2 5 1 c 2 o
导通角是π－a
移相范围是0~π
U 2 1 π π (2 U 2sint)2 d (t) U 2 π 2 π sin 4 π 2
22
IdU Rd 0.45U R21c2os
IUU2 RR
2s4in2
晶闸管在工作中可能承受的最大正、反向电压为电源 电压的峰值
23
若近似认为id为一条水平线，恒为Id，则有
IdVT2 Id
IVT 2 1 Id 2d(t) 2 Id
3
第2章 相控整流电路
2.1 单相可控整流电路 2.2 三相可控整流电路 2.3 变压器漏感对整流电路的影响 2.4 有源逆变电路 2.5 电容滤波的不可控整流电路 2.6 整流电路的谐波和功率因数 2.7 其他可控整流电路
本章小结
4
2.1 单相可控整流电路
2.1.1 单相半波可控整流电路 2.1.2 单相桥式可控整流电路 2.1.3 单相全波可控整流电路
IdVDR 2 Id
IVR D 21 2Id 2d(t)2 Id
24
单相半波可控整流电路的特点
• 简单，但输出脉动大。交流回路中含有直 流分量，造成换流变压器铁芯饱和，设备 利用率下降。
• 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。
e) O
iVDR f)
O uVT
g) O
T
VT
u2 uVT ud
t1
Id
-
Id
+
id iVDR L
VDR R
当u2过零变负时，VDR导 通，ud为零。此时为负的
u2 通 过 VDR 向 VT 施 加 反
t
压使其关断，L储存的能
t
量 保 证 了 电 流 id 在 L-R-
t
VDR回路中流通，此过程
t 3) ωt=π时刻
4) π <ωt< π +α区域
t
5) ωt=π+α时刻至ωt=2π时刻
t
VT2、VT3导通 VT1、
VT4承受反压阻断
30
数量关系
U d 1 2 U 2 s itd n ( t) 2 2 U 21 c 2 o 0 s .9 U 21 c 2 os
32
u1
u2
O ud
O id iVT1O ,4 iVT2O ,3 O i2 O uVT1,4 O
T
i2
a
u2 b
VT1
VT3
id
2 . 阻感负载
L ud
R
假设电路已工作
VT4
VT2
a)
于稳态，id的平均
值不变。
t
假设负载电感很
t
Id
大，负载电流id连 续且波形近似为
Id Id
t
t 一水平线。
sin ()e tansin ()
15
a) u1
T u2
VT uVT
id
L ud
R
u2
b)
0
t1
ug
c) 0
ud
d) 0 id
e) 0
uVT
+
f) 0
2 +
工作过程 1) 0<ωt<α区域
t
2) ωt=α时刻 id=0
t
t 3) α<ωt<α+θ区域
t
t
16
U d 2 1 π u 2 d (t) 2 1 π u R d (t) 2 1 π u L d (t)
21πuLd(t) 2π L00di0
Ud UR
电感元件的一个重要特性：在稳态条件下，电感两端 的电压平均值恒等于零。换言之，在一个周期内，电 感储存的能量等于释放的能量。
ud(id)
id
b)
0
VT4
id ud R
t
uVT1,4
c) 0 i2
d) 0
t
t
29
1 . 电阻负载
VT1
T
i2 a
a)
u1
u2 b
VT2
ud
ud(id)
id
b)
0
uVT1,4
c) 0 i2
d) 0
全波电路
VT4
VT3
工作过程
id
1) 0<ωt<α区域
ud R • 2) ωt=α时刻至ωt=π时刻 • VT1、VT4导通 VT2、 • VT3承受反压阻断
9
数量关系
U d 2 1 2 U 2 s itn (d t)2 2 U 2(1 c o ) 0 s .4 U 2 5 1 c 2 o
当触发角α=0时，直流输出电压平均值Ud最大，随着触 发角α的增大， Ud减少，到α=π时， Ud =0。单相半波可 控整流电路的最大移相范围是0~π，相应Ud调节范围为 0.45U2~0，θ=π-α 。
变压器二次测电流有效值I2与输出直流电流有效值相等：
I I21 (2 R U 2sit) n 2 d (t) U R 2 2 1s2 in
I VT
1I 2
变压器无直流磁化问题
晶闸管在工作中可能承受的最大正向电压、反向电压 分别为0.5电源电压的峰值、电源电压的峰值
ud
ud(id)
id
b)
0
t
uVT1,4
c)
0
t
i2
d)
0
t
特点： 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。
VT2和VT3组成另一对
桥臂，在u2负半周承受电 压-u2，得到触发脉冲即导
通。
28
VT3
VT1
T
i2 a
a)
u1
u2
•
b
VT2
•
•
ud
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）
10
U 2 1 π π (2 U 2sint)2 d (t) U 2 π 2 π sin 4 π 2
IdU Rd 0.45U R21c2os
IUU 2 RR
si2n 24 IVT I2
移相范围： 0~π
IdU R d22 R U 21c 2o s0 .9U R 21c 2o s
流过晶闸管的电流平均值只有输出直流平均值的一半，即
IdV T1 2Id0 .4U 5 R 21c 2os
31
流过晶闸管的电流有效值：
IV T2 1 (2 R U 2sit) n 2 d (t)U 2 2 R2 1s2 in
17
负载阻抗角 、触发角a 、晶闸管导通角θ的关系 若为定值，a 越大，在u2正半周L储能越少，维持导电的
能力就越弱，θ越小
若为定值， (L) 越大，则L贮能越多，θ越大；且 越
大，在u2负半周L维持晶闸管导通的时间就越接近晶闸管 在u2正半周导通的时间，ud中负的部分越接近正的部分， 平均值Ud越接近零，输出的直流电流平均值也越小。
控制方式：相位控制 触发角 输出直流电压平均值
1
第2章 相控整流电路
整流电路的分类： 按器件组成：不可控、半控、全控 按电网、交流电相数：单相、三相、多相 按接线方式：半波、全波
2
第2章 相控整流电路
整流电路形式繁杂，重点掌握： 电路拓扑 控制策略 工作原理、波形分析 数量关系
d)
0
2
t
交流输入为单相，直流输
t
出电压波形只在交流输入
的正半周内出现，故称为
t
单相半波可控整流电路。
uVT
e) 0
t
特点： 电压与电流波形相同
7
2.1.1 单相半波可控整流电路
T
a)
u1
u2
VT
uVT
id
ud R
工作过程
1) 0<ωt<α区域
u2
b)
0 t1
ug
c) 0
ud
第2章 相控整流电路
整流电路：出现最早、应用最广的电力电子电路。 功率从电网流向负载、将交流电变换为固定或可调的直流
电称为“整流”，即AC/DC变换器；反之，功率从负载流 向电网、将直流电变换为交流电称为“有源逆变”，即 DC/AC变换器。 有源逆变电路可以看成是整流电路的另外一种工作方式， 同一装置既可工作在整流状态，又可工作在逆变状态。
0
uVT
e) 0
2
t
t
t
t
2) ωt=α时刻 3) ωt=π时刻
8
重要概念
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。
移相范围
使输出电压从最大值到最小值
变化的触发延迟角的变化范围
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 。
VT
2. 阻感负载
T
uVT
a) u1
u2
id
L ud
R
u2
b)
0
t1
ug
c) 0
ud
d)
0
id
e) 0
uVT
+
f) 0
2 +
t t
t t
t
13
Hale Waihona Puke a) u1T u2
VT uVT
id
L ud
R
u2
b)
0
t1
ug
c) 0
ud
d) 0 id
e) 0
uVT
+
f) 0
2 +
2. 阻感负载
t
通常称为续流。续流期
t
t 间ud为零，ud中不再出现
负的部分。
20
续流二极管的作用： a. 提高整流平均电压Ud。当u2为正时，VD承受反向电
压呈关断状态，不起作用。当u2进入负半周时VD导通， 负载电流通过VD继续流通，负载上的电压箝位在零电 位，ud中负电压消失，使输出平均电压Ud得以提高。 b. 减轻晶闸管的负担。u2负半周时段。 c. 消除失控事故。在整流电路中，电感L大而储能大时 有可能使晶闸管在整个u2负半周区域都导通，使晶闸 管不会关断，造成失控事故。加入续流二极管后，L中 的电流通过VD形成通路，晶闸管自然关断。
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2.1.1 单相半波可控整流电路
T
a)
u1
u2
VT
uVT
id
ud R
u2
b)
0 t1
ug
c) 0
ud
d)
0
uVT
e) 0
2
t
t
t
t
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2.1.1 单相半波可控整流电路
T
a)
u1
u2
VT
uVT
id
ud R
1. 电阻负载
变压器T
变换电压
u2
隔离
b)
0 t1
ug
c) 0
ud
Id
t
Id
t
t
b) 33
u1
u2
O ud
O id iVT1O ,4 iVT2O ,3 O i2 O uVT1,4 O
id
VT3
VT1
T
i2
a
u2 b
VT2
a)
VT4
L
ud
u2过零变负时，由于电感的作
R 用晶闸管VT1和VT4中仍流过电
流id，并不关断。
t 至ωt =π+ 时刻，给VT2和VT3
U d 1 2 U 2sitd n (t) 22 U 2co 0 s .9 U 2cos
移相范围： 0~π/2
晶闸管承受的最大正反向电压均为 2U 2
晶闸管导通角θ与 无关，均为180，平均值和有效值分别为：
I dT
1 2
Id
IT 12Id 0.70I7d
25
2.1 单相可控整流电路
2.1.1 单相半波可控整流电路 2.1.2 单相桥式可控整流电路 2.1.3 单相全波可控整流电路
26
2.1.2 单相桥式可控整流电路
单相桥式全控整流电路 单相桥式半控整流电路
27
单相桥式全控整流电路
VT3
VT1
T
i2 a
a)
u1
u2 b
id
•ud
R
•
•
VT4
VT2
变压器二次侧电流 i2 的波形为正负各180的矩形波，
18
为避免Ud太小，在整流电路的负载两端并联续流二极管
T
VT
id
a)
u1
u2 uVT ud
iVDR L
VDR R
u2
b)
O ud
t1
t
c)
O
t
id
d)
Id
O
t
iVT
Id
e)
O iVDR
-
+
t
f)
O
t
uVT
g) O
t
19
a)
u1
u2
b) O ud
c) O id
d) O
iVT
阻感负载的特点
t
电感对电流变化有抗拒 t 作用，使流过电感的电
流不发生突变。
t
t
t
14
当VT处于通态时，如下方程成立：
LdditdRdi 2U2si nt 初始条件：ωt= ，id=0。
Z R2(L)2
arctanL
R
当ωt =θ+ a 时，id = 0 θ>π-α
晶闸管在工作中可能承受的最大正、反向电压为电源 电压的峰值
11
变压器二次侧有功功率、视在功率、功率因数
PI2RUI
S U2I
PUI πsin2
S U2I 2π 4π
λ是α的函数，α越大，功率因数越低。即使是电阻性负载，由于存 在谐波电流，最大功率因数小于1，为0.707。
12
加触发脉冲，因VT2和VT3本已
t 承受正电压，故两管导通。
Id
Id Id
Id Id
b)
t VT2和VT3导通后，u2通过VT2
t t t
和VT3分别向VT1和VT4施加反 压和使VTV4的T1电和流VT迅4关速断转，移流到过VVT2T和1
t VT3上，此过程称换相，亦称换
流。
34
数量关系
21
数量关系 与电阻负载相同
U d 2 1 2 U 2 s itn (d t)2 2 U 2(1 c o ) 0 s .4 U 2 5 1 c 2 o
导通角是π－a
移相范围是0~π
U 2 1 π π (2 U 2sint)2 d (t) U 2 π 2 π sin 4 π 2
22
IdU Rd 0.45U R21c2os
IUU2 RR
2s4in2
晶闸管在工作中可能承受的最大正、反向电压为电源 电压的峰值
23
若近似认为id为一条水平线，恒为Id，则有
IdVT2 Id
IVT 2 1 Id 2d(t) 2 Id
3
第2章 相控整流电路
2.1 单相可控整流电路 2.2 三相可控整流电路 2.3 变压器漏感对整流电路的影响 2.4 有源逆变电路 2.5 电容滤波的不可控整流电路 2.6 整流电路的谐波和功率因数 2.7 其他可控整流电路
本章小结
4
2.1 单相可控整流电路
2.1.1 单相半波可控整流电路 2.1.2 单相桥式可控整流电路 2.1.3 单相全波可控整流电路
IdVDR 2 Id
IVR D 21 2Id 2d(t)2 Id
24
单相半波可控整流电路的特点
• 简单，但输出脉动大。交流回路中含有直 流分量，造成换流变压器铁芯饱和，设备 利用率下降。
• 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。
e) O
iVDR f)
O uVT
g) O
T
VT
u2 uVT ud
t1
Id
-
Id
+
id iVDR L
VDR R
当u2过零变负时，VDR导 通，ud为零。此时为负的
u2 通 过 VDR 向 VT 施 加 反
t
压使其关断，L储存的能
t
量 保 证 了 电 流 id 在 L-R-
t
VDR回路中流通，此过程
t 3) ωt=π时刻
4) π <ωt< π +α区域
t
5) ωt=π+α时刻至ωt=2π时刻
t
VT2、VT3导通 VT1、
VT4承受反压阻断
30
数量关系
U d 1 2 U 2 s itd n ( t) 2 2 U 21 c 2 o 0 s .9 U 21 c 2 os
32
u1
u2
O ud
O id iVT1O ,4 iVT2O ,3 O i2 O uVT1,4 O
T
i2
a
u2 b
VT1
VT3
id
2 . 阻感负载
L ud
R
假设电路已工作
VT4
VT2
a)
于稳态，id的平均
值不变。
t
假设负载电感很
t
Id
大，负载电流id连 续且波形近似为
Id Id
t
t 一水平线。
sin ()e tansin ()
15
a) u1
T u2
VT uVT
id
L ud
R
u2
b)
0
t1
ug
c) 0
ud
d) 0 id
e) 0
uVT
+
f) 0
2 +
工作过程 1) 0<ωt<α区域
t
2) ωt=α时刻 id=0
t
t 3) α<ωt<α+θ区域
t
t
16
U d 2 1 π u 2 d (t) 2 1 π u R d (t) 2 1 π u L d (t)
21πuLd(t) 2π L00di0
Ud UR
电感元件的一个重要特性：在稳态条件下，电感两端 的电压平均值恒等于零。换言之，在一个周期内，电 感储存的能量等于释放的能量。
ud(id)
id
b)
0
VT4
id ud R
t
uVT1,4
c) 0 i2
d) 0
t
t
29
1 . 电阻负载
VT1
T
i2 a
a)
u1
u2 b
VT2
ud
ud(id)
id
b)
0
uVT1,4
c) 0 i2
d) 0
全波电路
VT4
VT3
工作过程
id
1) 0<ωt<α区域
ud R • 2) ωt=α时刻至ωt=π时刻 • VT1、VT4导通 VT2、 • VT3承受反压阻断
9
数量关系
U d 2 1 2 U 2 s itn (d t)2 2 U 2(1 c o ) 0 s .4 U 2 5 1 c 2 o
当触发角α=0时，直流输出电压平均值Ud最大，随着触 发角α的增大， Ud减少，到α=π时， Ud =0。单相半波可 控整流电路的最大移相范围是0~π，相应Ud调节范围为 0.45U2~0，θ=π-α 。
变压器二次测电流有效值I2与输出直流电流有效值相等：
I I21 (2 R U 2sit) n 2 d (t) U R 2 2 1s2 in
I VT
1I 2
变压器无直流磁化问题
晶闸管在工作中可能承受的最大正向电压、反向电压 分别为0.5电源电压的峰值、电源电压的峰值
ud
ud(id)
id
b)
0
t
uVT1,4
c)
0
t
i2
d)
0
t
特点： 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。
VT2和VT3组成另一对
桥臂，在u2负半周承受电 压-u2，得到触发脉冲即导
通。
28
VT3
VT1
T
i2 a
a)
u1
u2
•
b
VT2
•
•
ud
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）
10
U 2 1 π π (2 U 2sint)2 d (t) U 2 π 2 π sin 4 π 2
IdU Rd 0.45U R21c2os
IUU 2 RR
si2n 24 IVT I2
移相范围： 0~π
IdU R d22 R U 21c 2o s0 .9U R 21c 2o s
流过晶闸管的电流平均值只有输出直流平均值的一半，即
IdV T1 2Id0 .4U 5 R 21c 2os
31
流过晶闸管的电流有效值：
IV T2 1 (2 R U 2sit) n 2 d (t)U 2 2 R2 1s2 in
17
负载阻抗角 、触发角a 、晶闸管导通角θ的关系 若为定值，a 越大，在u2正半周L储能越少，维持导电的
能力就越弱，θ越小
若为定值， (L) 越大，则L贮能越多，θ越大；且 越
大，在u2负半周L维持晶闸管导通的时间就越接近晶闸管 在u2正半周导通的时间，ud中负的部分越接近正的部分， 平均值Ud越接近零，输出的直流电流平均值也越小。
控制方式：相位控制 触发角 输出直流电压平均值
1
第2章 相控整流电路
整流电路的分类： 按器件组成：不可控、半控、全控 按电网、交流电相数：单相、三相、多相 按接线方式：半波、全波
2
第2章 相控整流电路
整流电路形式繁杂，重点掌握： 电路拓扑 控制策略 工作原理、波形分析 数量关系
d)
0
2
t
交流输入为单相，直流输
t
出电压波形只在交流输入
的正半周内出现，故称为
t
单相半波可控整流电路。
uVT
e) 0
t
特点： 电压与电流波形相同
7
2.1.1 单相半波可控整流电路
T
a)
u1
u2
VT
uVT
id
ud R
工作过程
1) 0<ωt<α区域
u2
b)
0 t1
ug
c) 0
ud
第2章 相控整流电路
整流电路：出现最早、应用最广的电力电子电路。 功率从电网流向负载、将交流电变换为固定或可调的直流
电称为“整流”，即AC/DC变换器；反之，功率从负载流 向电网、将直流电变换为交流电称为“有源逆变”，即 DC/AC变换器。 有源逆变电路可以看成是整流电路的另外一种工作方式， 同一装置既可工作在整流状态，又可工作在逆变状态。