电力电子课程-可控整流电路2
大学电力电子技术 第二章可控整流器与有源逆变器h
Udห้องสมุดไป่ตู้
idRS
EM
t
内连续，如右图所示。
id
Id
O
t
150V
ud
0V
idRS+EM eL
-150V 79.99ms V(OUTPUT)
20A
83.33ms
86.66ms
89.99ms
V(E) V(E) + (V(R:1)-V(R:2)) V(L:1) - V(L:2) AVG(V(OUTPUT))
而电抗器的L为一定值的情况下，要有较大的电流Id才行。
E ( 6U 2 ) E0 (2.03U2) E0'
断续区特性的近似直线
❖ 一般只要主电路电感足够大， 可以只考虑电流连续段，完全 按线性处理。
Idmin
O 断续区
连续区
❖ 当低速轻载时，断续作用显著，
可改用另一段较陡的特性来近
似处理，其等效电阻比实际的 Id 电阻R要大一个数量级。
❖ 逆变电流断续时电动机的机械特性，与整流时十分相似：
• 理想空载转速上翘很多，机械特性变软，且呈现非线性。
增大方向
• 说明逆变状态的机械特性是整流状态的延续。
'增大方向 '增大方向
• 纵观控制角由小变大，
电动机的机械特性则 逐渐的由第1象限往下 移，进而到达第4象限。 逆变状态的机械特性
❖ 整流电路为三相全控桥时，在最小负载电流为Idmin时，为保证电流 连续所需的主回路电感量为
L=0.693U2/Idmin（mH） ❖ 对于三相半波可控整流电路带电动机负载的系统，有
L=1.46U2/Idmin（mH） ❖ L中包括整流变压器的漏电感、电枢电感和平波电抗器的电感。
电力电子技术之整流电路2
第五章：整流电路
5.1 整流器的性能指标 5.2 单相相控整流电路 5.3 三相相控整流电路 5.4 大容量相控整流电路 5.5 相控整流电路的换相压降 5.6 整流电路的谐波分析 5.7 有源逆变电路 5.8 晶闸管相控电路的驱动控制 5.9 PWM整流电路
5.5 相控整流电路的换相压降
Ll为变压器的每相绕组 折合到二次侧的漏抗
(5.6.17)
由图可知，α=90°时与谐波幅值最大。
图5.6.2 单相桥相控整流 电压的谐波电压特性
因此，实际应用中按α=90°选用平波电抗器。
5.6.2 单相和三相桥式相控整流电压 的谐波分析
1、单相桥相控整流电压的谐波分析 2）谐波参数分析：
m=2时（即单相桥）相控整流负载电压的有效值U=U2 , 谐波电压的有效值为
5.7.1 有源逆变的工作原理
1、有源逆变的条件：
（1）一定要有直流电动势源，其极性必须与晶闸 管的导通方向一致，其值应稍大于变流器直流侧的平 均电压。
（2）变流器必须工作在α＞ 的区域内，使Ud＜0。
5.7.1 有源逆变的工作原理
2、全波整流电路工作在整流状态
当移相控制角α在0~范围内变化时，单相全波整流电路直流 侧输出电压Ud > 0，如图5.7.1所示，电动机M作电机运行。整流器 输出功率，电机吸收功率，电流值为：
（5.4.9）
晶闸管承受的最大正反向电压的计算，与三相半波时相同。关于变压器所 流过的电流其二次绕组与三相半波时相同，一次绕组则与三相桥式相同。
5.4 大容量相控整流电路
3、结论
将双反星形电路与三相桥式电路进行比较：
（1）三相桥为两组三相半波串联，而双反星形为两 组三相半波并联，且后者需用平衡电抗器，同时有两相 导电，变压器磁路平衡，不存在直流磁化问题；
电力电子变流技术课后答案第2章
第二章 单相可控整流电路习题与思考题解2-1．什么是整流？它是利用半导体二极管和晶闸管的哪些特性来实现的？解：整流电路是一种AC ／DC 变换电路，即将交流电能变换为直流电能的电路，它是利用半导体二极管的单向导电性和晶闸管是半控型器件的特性来实现的。
2-2．某一电热装置（电阻性负载），要求直流平均电压为75V ，电流为20A ，采用单相半波可控整流电路直接从220V 交流电网供电。
计算晶闸管的控制角α、导通角θ、负载电流有效值，并选择晶闸管。
解：(1)整流输出平均电压Ｕd =⎰παωωπ22).(.sin 221t td U =⎰παωωπ).(.sin 2212t td U=2cos 145.02cos 1222ααπ+≈⎪⎭⎫⎝⎛+U U cos α=5152.0122045.0752145.022=-⨯⨯=-U U d则 控制角α≈60° 导通角θ=π-α=120° (2).负载电流平均值I d =RU d=20(A) 则 R ＝U d ／I d ＝75／20=3.75Ω 负载电流有效值I ，即为晶闸管电流有效值I V1，所以I =I V1=()⎰⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛παωωπt d t R U 22sin 221=παπαπ22sin 412-+R U ＝37.6(A) (3).当不考虑安全裕量时I V1=k fe I VEAR =1.57I VEAR则晶闸管通态平均电流 I VEAR =I V1 /1.57=37.4 /1.57=23.9(A) 晶闸管可能承受的最大正反向电压为 311220222≈⨯=U (V)所以，可选择额定通态平均电流为30A 、额定电压为400V 的晶闸管。
按裕量系数2，可选择额定通态平均电流为50A 、额定电压为700V 的晶闸管。
2-3．带有续流二极管的单相半波可控整流电路，大电感负载保证电流连续。
试证明输出整流电压平均值2cos 122απ+=U U d ，并画出控制角为α时的输出整流电压u d 、晶闸管承受电压u V1的波形。
可控整流电路
所以感应电动势的实际方向总是企图阻止电流的变化；电感电流不能发生突 变。 15
电感的能量平恒
电感所储存的磁场能量：
当电流绝对值增加时，电感元件储能增加，元件吸收电能转 变为磁场能量； 当电流绝对值减小时，电感元件储能减小，元件将磁场能量 释放出来转变成电能； 电感是一种储能元件，并不将吸收的能量消耗 掉，而是以磁场能量形式储存，也不会释放出多于吸收储存的 能量－－－无源器件
5
单相半波可控整流电路原理
带电阻负载的工作情况带电 阻负载的工作情况 电路由变压器、晶闸管和电 阻负载组成 变压器T起幅值变换和电 气隔离的作用 电阻负载的特点：电压 与电流成正比，两者波形相同。
6
复习：晶闸管的开关特性
晶闸管正常工作时的特性总结如下： 承受反向电压时，不论门极是否有触发电流， 晶闸管都不会导通。 承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情 况下晶闸管才能开通。 晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用。 要使晶闸管关断，只能使晶闸管的电流降到 接近于零的某一数值以下 。 7
13
单相半波整流电路
单相半波整流电路 纯阻性负载工作情况 ★ 阻感性负载工作情况 带续流二极管的阻感性负载工作情况
14
电感的特性
根据电磁感应定律：当有变动电流通过电感时，由于穿过线圈的磁通随之而变动， 线圈中将会有感应电动势产生； 根据楞次定律：感应电流产生的磁通总是反抗回路中原磁通量的变化，即与电流 净增加方向相反； 根据电感电流的变化，可以得知感应电动势的大小和 计算 当电感足够大时
ωL>>R ﹡一般可认为输出电流 近似维持不变，id为一 条水平线，恒为Id 平均值： 有效值：
22
单相半波可控整流电路的特点
这种电路结构简单，但输出电压脉动大 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
第二章 单相可控整流电路
第三节 单相桥式半控整流电路
一、电阻性负载
◆计算公式与全控桥带电阻性负载时一样。
◆不同点：
（1）晶闸管所承受的最大正、反向
电压均为
2U
。
2
（2）流过整流二极管的电流平均值
和有效值与流过晶闸管的电流平均值和
有效值是一样的。即：
I dD
I dT
0.45U 2 R
1 cos
2
（2-30）
ID
IT
Id
Ud Rd
0.45 U 2 1 cos
R2
（2-2）
☞负载上得到的直流输出电压有效值U和电流有效值I分别为：
U
1
2
2
2U 2 sin(t) d (t) U 2
sin 2 2 4
（2-3）
I U U 2 sin 2
（2-13）
第一节 单相半波可控整流电路
二、电感性负载
2. 加续流二极管VDR
☞晶闸管承受的最大正反向电压UTM仍为 2U 2 ；而续流二 极管承受的最大反向电压UDM也为 2U 2 。晶闸管的最大移 相范围仍是0-180°。
◆单相半波可控整流电路的特点是简单，但输出脉动大；转换 效率低；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。为使变压器铁芯不饱和，需增大铁芯截面积，增大了 设备的容量。——桥式电路。
☞为解决失控现象→并接续流二极管VDR 。加续流二极管 VDR后，续流过程由VDR完成，避免了失控的现象。
图2-12 单相桥式半控整流电路带电感性负载时的失控现象
图2-13 单相桥式半控整流电路带电感性负载 加续流二极管
2U 2
（2-27）
第2章_05_带平衡电抗器的双反星形可控整流电路_2018_05_03
ωt
三、参数计算 （一）α =30°、α =60°和α =90°时输出电压的波形分析
ud
α = 30。
' ua uc
ub
' ua
uc
ub'
α =120。
ub
ua'
uc
ub'
ua
' uc
O
ud
ωt
O
ωt
α = 60 。 u ' c
ub
' ua
uc
' ub
纯电阻负载
O
ωt
结论：(pg48，倒数5－9行）—
得出式2－64。（Lp一定，负载变化对供电及输出电压的影
响—pg49，图2－32左）
双反星形整流电路的特点
1.谐波小； 2.同时两相导电，不存在直流磁化； 3.与六相半波比—优点；
4个特点
4. SCR电流与负载电流的关系；注意:每个
SCR仍导通120，流过电流的幅值是Id/2, 平 均值Iav= Id/6(易错)
一、电路组成与基本特点
1.电路组成(pg45) 变压器：初级Δ/或Y、一套绕 组； 次级: 两组、匝数相同极性相 反—双反星形（注意同名端） 电路：次级绕组分别接成两组 三相半波电路，增加平衡电抗 器向负载并联供电。 2.电路特点（见书pg45）
Tc Tb Ta * T a * b * c o1 ip * a' * b' * c' o2 ud2
Chapter 2
第二章 可控整流电路
2.4 带平衡电抗器的双反星形可控整流电路 2.4.1 电路组成与基本特点 2.4.2 平衡电抗器LP 2.4.3 参数设计
第2章单相可控整流电路
带续流二极管的工作情况
a)
u1
u2
b) O ud
c) O id
d) O
iV T
e) O
iV D R f)
O uV T
g) O
T
VT
u2
uV T ud
t1
Id -
Id +
id
iV D R
L
VD R R
t t t t t
工作过程和特点：
（1）在U2的正半周，VDR 承受反向电压，不导通，不 影响电路的正常工作;
实际上很少应用此种电路； 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。
二、单相桥式全控整流电路
带电阻负载的工作情况
晶闸管VT1和VT4组成一对桥臂，VT2和VT3组成另一对桥臂。 在实际的电路中，一般都采用这种标注方法，即上面为1、3， 下面为2、4。
VT1和VT3组成共阴极组，加触发脉冲后，阳极电位高者导通。 VT2和VT4组成共阳极组，加触发脉冲后，阴极电位低者导通。 触发脉冲每隔180°发一次，分别触发VT1、VT4、VT2、VT3。
T
i2
a
u1
u2
T
b
V
1
T
V
3
id
L ud
R
4
2
V
V
u2
a)
O
t
ud
O id
i
V
T
1
O
,4
iV
T
2
O
,3
O i2
O u V T1 ,4
O
Id Id
Id Id
t Id
t t t t
可控整流电路原理
可控整流电路原理
可控整流电路是一种通过控制开关器件导通时间来实现直流电源对交流信号进行整流的电路。
其原理是利用可控硅等电子器件的特性，在交流信号的正半周和负半周分别导通和截止，从而实现对交流信号的单向导通。
可控整流电路的核心部件是控制器和可控硅，其中控制器负责控制可控硅的导通和截止，而可控硅则负责实际的电流导通。
在正半周，控制器将触发信号发送给可控硅，使其导通，交流信号通过可控硅流入负载。
而在负半周，控制器发送相反的触发信号，使可控硅截止，从而阻断交流信号通过，实现整流。
可控整流电路的优点是可以根据需要控制导通角度，从而控制输出电压的大小。
通过改变触发角，可以实现不同程度的电流整流，从而满足不同应用场景下的需求。
并且可控整流电路采用的开关式控制方式，具有快速响应、高效率等优点。
需要注意的是，在可控整流电路中，控制器需要根据输入的交流信号实时计算控制信号，并将之发送给可控硅。
因此，控制器应具备较高的计算和控制能力，以确保可控整流电路的稳定运行。
总而言之，可控整流电路利用可控硅等器件的特性，通过控制导通时间来实现对交流信号的整流。
通过调整触发角，可以实现不同程度的电流整流。
可控整流电路具有快速响应、高效率等优点，适用于各种对交流信号进行整流的电子设备。
电力电子技术第二章整流电路答案
1. 单相半波可控整流电路对电感负载供电，L ＝20mH ，U 2＝100V ，求当α＝0︒和60︒时的负载电流I d ，并画出u d 与i d 波形。
解：α＝0︒时，在电源电压u 2的正半周期晶闸管导通时，负载电感L 储能，在晶闸管开始导通时刻，负载电流为零。
在电源电压u 2的负半周期，负载电感L 释放能量，晶闸管继续导通。
因此，在电源电压u 2的一个周期里，以下方程均成立：t U ti Lωsin 2d d 2d= 考虑到初始条件：当ωt ＝0时i d ＝0可解方程得：)cos 1(22d t L U i ωω-= ⎰-=πωωωπ202d )(d )cos 1(221t t L U I =LU ω22=22.51(A)u d 与i d 的波形如下图：当α＝60°时，在u 2正半周期60︒~180︒期间晶闸管导通使电感L 储能，电感L 储藏的能量在u 2负半周期180︒~300︒期间释放，因此在u 2一个周期中60︒~300︒期间以下微分方程成立：t U ti Lωsin 2d d 2d= 考虑初始条件：当ωt ＝60︒时i d ＝0可解方程得：)cos 21(22d t L U i ωω-=其平均值为)(d )cos 21(2213532d t t L U I ωωωπππ-=⎰=L U ω222=11.25(A)此时u d 与i d 的波形如下图：2．图2-9为具有变压器中心抽头的单相全波可控整流电路，问该变压器还有直流磁化2U；②当负载是电阻或电感时，其问题吗？试说明：①晶闸管承受的最大反向电压为22输出电压和电流的波形与单相全控桥时相同。
答：具有变压器中心抽头的单相全波可控整流电路，该变压器没有直流磁化的问题。
因为单相全波可控整流电路变压器二次测绕组中，正负半周内上下绕组内电流的方向相反，波形对称，其一个周期内的平均电流为零，故不会有直流磁化的问题。
以下分析晶闸管承受最大反向电压及输出电压和电流波形的情况。
电力电子技术 三相可控交流电路
O
ωt
晶闸管最大正、反向电 压峰值均为变压器二次 线电压峰值
id O ia O
ωt ωt
UFM =URM = 2.45U2
17
作业：P98 13 预习第四节 电容滤波的不可控整流电路
思考题： 1、电容滤波的单相不可控整流电路用于什么场合？ 2、电容滤波的三相不可控整流电路最常用什么结构？
u d1
图2-23 三相桥式全控整流电路带阻 感负载a= 30 °时的波形
α = 30°
ua ub uc
O u d2 ud
ωt1
Ⅰ u ab Ⅱ u ac Ⅲ u bc Ⅳ u ba Ⅴ u ca Ⅵ u cb
ωt
晶闸管电流的有效值为
I VT = 1 I d = 0.577 I d 3
u ab
u ac
9
2.2 三相可控整流电路
2.2.2 三相桥式全控整流电路 2、带阻感负载时的工作情况 、
α≤60°时（α =0° ；α =30° ） °
ud波形连续，工作情况与带电阻负载时十分相似。 各晶闸管的通断情况 主要 输出整流电压ud波形 包括 晶闸管承受的电压波形 区别在于：得到的负载电流id波形不同。 当电感足够大的时候， id的波形可近似为一条水平线。
α = 0° u a
ub
uc
O u d2 u 2L ud
ωt
1
ωt
Ⅰ u ab
Ⅱ u ac
Ⅲ u bc
Ⅳ u ba
Ⅴ u ca
Ⅵ u cb
u ab
u ac
O
ωt
i VT
1
O u VT u ab
1
ωt
u ac u bc u ba u ca u cb u ab u ac
电力电子技术(第二版)第2章答案
电力电子技术(第二版)第2章答案第2章 可控整流器与有源逆变器习题解答2-1 具有续流二极管的单相半波可控整流电路，电感性负载，电阻为5Ω,电感为0.2H ，电源电压2U 为220V ，直流平均电流为10A ，试计算晶闸管和续流二极管的电流有效值，并指出其电压定额。
解：由直流输出电压平均值d U 的关系式：2cos 145.02α+=U U d 已知直流平均电流d I 为10A ，故得：A R I U d d 50510=⨯==可以求得控制角α为：0122045.0502145.02cos 2≈-⨯⨯=-=U U d α 则α=90°。
所以，晶闸管的电流有效值求得， ()A I I I t d I I d d d d VT 521222212==-=-==⎰ππππαπωππα 续流二极管的电流有效值为：A I I d VD R 66.82=+=παπ 晶闸管承受的最大正、反向电压均为电源电压的峰值22U U M =，考虑2~3倍安全裕量，晶闸管的额定电压为()()V U U M TN 933~6223113~23~2=⨯==续流二极管承受的最大反向电压为电源电压的峰值22U U M =，考虑2~3倍安全裕量，续流二极管的额定电压为()()V U U M TN 933~6223113~23~2=⨯==2-2 具有变压器中心抽头的单相双半波可控整流电路如图2-44所示，问该变压器是否存在直流磁化问题。
试说明晶闸管承受的最大反向电压是多少？当负载是电阻或者电感时，其输出电压和电流的波形与单相全控桥时是否相同。
解：因为单相双半波可控整流电路变压器二次测绕组中，正负半周内上下绕组内电流的方向相反，波形对称，其一个周期内的平均电流为零，故不会有直流磁化的问题。
分析晶闸管承受最大反向电压及输出电压和电流波形的情况：（1） 以晶闸管 2VT 为例。
当1VT 导通时，晶闸管2VT 通过1VT 与2个变压器二次绕组并联，所以2VT 承受的最大电压为222U 。
电力电子技术第2章答案
第2章 可控整流器与有源逆变器习题解答2-1 具有续流二极管的单相半波可控整流电路，电感性负载，电阻为5Ω,电感为，电源电压2U 为220V ，直流平均电流为10A ，试计算晶闸管和续流二极管的电流有效值，并指出其电压定额。
解：由直流输出电压平均值d U 的关系式：2cos 145.02α+=U U d 已知直流平均电流d I 为10A ，故得：A R I U d d 50510=⨯==可以求得控制角α为：0122045.0502145.02cos 2≈-⨯⨯=-=U U d α 则α=90°。
所以，晶闸管的电流有效值求得， ()A I I I t d I I d d d d VT 521222212==-=-==⎰ππππαπωππα 续流二极管的电流有效值为：A I I d VD R 66.82=+=παπ 晶闸管承受的最大正、反向电压均为电源电压的峰值22U U M =，考虑2~3倍安全裕量，晶闸管的额定电压为()()V U U M TN 933~6223113~23~2=⨯==续流二极管承受的最大反向电压为电源电压的峰值22U U M =，考虑2~3倍安全裕量，续流二极管的额定电压为()()V U U M TN 933~6223113~23~2=⨯==2-2 具有变压器中心抽头的单相双半波可控整流电路如图2-44所示，问该变压器是否存在直流磁化问题。
试说明晶闸管承受的最大反向电压是多少当负载是电阻或者电感时，其输出电压和电流的波形与单相全控桥时是否相同。
解：因为单相双半波可控整流电路变压器二次测绕组中，正负半周内上下绕组内电流的方向相反，波形对称，其一个周期内的平均电流为零，故不会有直流磁化的问题。
分析晶闸管承受最大反向电压及输出电压和电流波形的情况：（1） 以晶闸管 2VT 为例。
当1VT 导通时，晶闸管2VT 通过1VT 与2个变压器二次绕组并联，所以2VT 承受的最大电压为222U 。
电力电子技术第2章 三相相控整流电路
1
第2章 三相相控整流电路
2.1 三相半波相控整流电路 2.2 三相全控桥式整流电路 2.3 三相半控桥式整流电路 2.4 变压器漏电抗对整流电路的影响 2.5 三相整流电路应用实例分析
第2章 三相相控整流电路
2
2.1 三相半波相控整流电路
三相半波相控整流电路是最基本的三相可控整流形式， 其余的三相可控整流电路都可看做是由三相半波相控整流电 路以不同方式串联或并联组成的。
(2-2)
第2章 三相相控整流电路
(3) 负载电流的平均值为
流过每个晶闸管的平均电流为
12 (2-3) (2-4)
第2章 三相相控整流电路
流过每个晶闸管电流的有效值为
13 (2-5)
(2-6)
第2章 三相相控整流电路
14
(4) 从图2-1(f)可看出，晶闸管所承受的最大反向电压为
电源线电压的峰值，即
第2章 三相相控整流电路
3
2.1.1 电阻性负载的整流过程
三相半波(又称三相零式)可控整流电路如图2-1(a)所示。 图中T是整流变压器，也可直接由三相四线电源供电。 三只晶闸管的阴极连在一起，称为共阴极接法。共阴极接法
在触发电路中有公共线时，连接比较方便，所以得到了广泛
应用。
第2章 三相相控整流电路
30
图2-7 三相全控桥式整流电路
第2章 三相相控整流电路
31
2.2.1 控制角α=0°时的整流过程
1. 电路整流过程
图2-8所示是控制角α=0°时三相全控桥式整流电路中的 主要波形。为分析方便，把一个周期分为六段(即图2-8(a)中 (1)~(6)段)，每段相隔60°。
第2章 三相相控整流电路
电力电子变流技术课后答案第2章
第二章 单相可控整流电路习题与思考题解2-1．什么是整流它是利用半导体二极管和晶闸管的哪些特性来实现的解：整流电路是一种AC ／DC 变换电路，即将交流电能变换为直流电能的电路，它是利用半导体二极管的单向导电性和晶闸管是半控型器件的特性来实现的。
2-2．某一电热装置（电阻性负载），要求直流平均电压为75V ，电流为20A ，采用单相半波可控整流电路直接从220V 交流电网供电。
计算晶闸管的控制角α、导通角θ、负载电流有效值，并选择晶闸管。
解：(1)整流输出平均电压Ｕd =⎰παωωπ22).(.sin 221t td U =⎰παωωπ).(.sin 2212t td U=2cos 145.02cos 1222ααπ+≈⎪⎭⎫⎝⎛+U U cos α=5152.0122045.0752145.022=-⨯⨯=-U U d则 控制角α≈60° 导通角θ=π-α=120° (2).负载电流平均值I d =RU d=20(A) 则 R ＝U d ／I d ＝75／20=Ω 负载电流有效值I ，即为晶闸管电流有效值I V1，所以I =I V1=()⎰⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛παωωπt d t R U 22sin 221=παπαπ22sin 412-+R U ＝(A) (3).当不考虑安全裕量时I V1=k fe I VEAR = 则晶闸管通态平均电流 I VEAR =I V1 /= /=(A) 晶闸管可能承受的最大正反向电压为 311220222≈⨯=U (V)所以，可选择额定通态平均电流为30A 、额定电压为400V 的晶闸管。
按裕量系数2，可选择额定通态平均电流为50A 、额定电压为700V 的晶闸管。
2-3．带有续流二极管的单相半波可控整流电路，大电感负载保证电流连续。
试证明输出整流电压平均值2cos 122απ+=U U d ，并画出控制角为α时的输出整流电压u d 、晶闸管承受电压u V1的波形。
第2章 单相可控整流电路
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
b) u VT c) 0 i2 d) 0 ud id 0 a
1,4
d d
(2-11)
流过晶闸管的电流平均值只有 输出直流平均值的一半，即： 1 U 1 cos a I dVT I d 0.45 2 2 R 2
d)
0 i2 0
wt
wt
到触发脉冲即导通，当 u2 过
零时关断。
单相全控桥式带电阻 负载时的电路及波形
2.2 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。
VT
R
R
2.1 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。
1.exe
1.exe
2.2 单相桥式全控整流电路
单相桥式全控整流电路(Single Phase
ud E O i
d
α
q
wt
I
电流连 续
d
O
电流断续
wt
b)
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。
掌握单相桥式可控整流电路的工作原理 (2)
• 引言 • 单相桥式可控整流电路的组成 • 单相桥式可控整流电路的工作原理 • 单相桥式可控整流电路的波形分析 • 单相桥式可控整流电路的参数选择 • 单相桥式可控整流电路的应用实例
01
引言
目的和背景
01
了解单相桥式可控整流电路的基 本概念和原理，为进一步学习电 力电子技术打下基础。
02
单相桥式可控整流电路的组成
交流电源
交流电源的作用是为单相桥式可控整流电路提供输入的交流 电。
交流电源的电压和频率决定了整流电路的输出电压和电流的 波形。
整流元件
整流元件是单相桥式可控整流电路的核心组成部分，通常采用硅整流二极管或晶 闸管。
整流元件的作用是将交流电转换为直流电，通过控制整流元件的导通和截止来实 现整流。
03
单相桥式可控整流电路的工作原理
整流元件的伏安特性
整流元件的伏安特性是指其在不 同触发角下的电压和电流特性。
在正弦波条件下，整流元件的伏 安特性呈现非线性，表现为正向
电压和正向电流的不连续。
在触发角为90度时，整流元件 的输出电压为零，仅在半个周期
内导通。
触发脉冲与整流元件的同步
触发脉冲是控制整流元件导通和关断的关键信号。 触发脉冲的相位决定了整流元件的导通角，进而影响输出电压的波形和平均值。
最大反向恢复时间
根据整流电路的工作频率和最大反向恢复时 间选择整流元件的最大反向恢复时间。
触发脉冲发生器的参数选择
输出脉冲幅度
根据控制电路的要求选择触发脉冲发 生器的输出脉冲幅度。
输出脉冲宽度
根据控制电路的要求选择触发脉冲发 生器的输出脉冲宽度。
输出脉冲频率
根据整流电路的工作频率和要求选择 触发脉冲发生器的输出脉冲频率。
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=
1 π
π +α α
2U 2
sinωtd(ωt)
=
2 π
2
U2
cosα
=
0.9U 2
cosα
晶闸管移相范围为90°。
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a无关，均为180°
I dT
=
1 2
Id
IT =
1 2
Id
=
0.707I d
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。
（3）移相：
改变触发脉冲出现的时刻（即改变控制角的大小）。 移相控制
几个名词术语介绍
（4）移相范围
改变α 角使输出整流电压平均值从最大值降到最小值，控制角α 的 变化范围即触发脉冲移相范围。
（5）同步
使触发脉冲与可控整流电路的电源电压之间保持频率和相位的协调 关系。
（6）换流（换相）
在可控整流电路中，从一路SCR导通变换为另一路SCR导通的过 程。
i
V
T
1
O ,4
i
V
T
2
O ,3
O
电流迅速转移到VT2和VT3上，此 过程称换相，亦称换流。
i2 O u V T1 ,4
O
T
i2 a
u2 b
2
VT
a)
VT
1
VT
VT
4
3
id L
ud R
ωt
Id Id
Id Id
b)
ωt Id
ωt ωt ωt ωt
ωt
单相桥式全控整流电路（感性负载）
¾ 数量关系
∫ U d
不考虑变压器损耗时， 变压器的容量为Ｓ=U2I2
先通过式2－7可得I2,
基本数量关系
α 增大时: Ud/U2 （式2-1） I2/Id (式2-7） Cosφ （式2-9）
例2-1：P21.单相桥式全控整流电路，接电阻性负载，要求电路输 出的直流平均电压Ud从20---100V连续可调，负载平均电流均 能达到20A,考虑最小控制角为30度。试计算SCR导通角的变化 范围，要求的电源容量及功率因数，并选择SCR。
单相桥式全控整流电路感性负载小结
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。
u1
• u2过零变负时，由于电感的作用晶
闸管VT1和VT4中仍流过电流id，并
不关断。
u2
• 至ωt=π+a 时刻，给VT2和VT3加 触发脉冲，因VT2和VT3本已承受
O ud
正电压，故两管导通。
O
id
• 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的
流过晶闸管的电流平均值只有 输出直流平均值的一半，即：
I dVT
=
1 2
Id
=
0 .45
U2 R
1 + cos 2
α
单相桥式全控整流电路的计算2
¾ 流过晶闸管的电流有效值：
∫ IVT =
1
π
(
2U2 sinωt)2 d(ωt) = U2
2π α R
2R
1 sin 2α + π −α
2π
π
¾ 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：
∫ I = I2 =
1
π
(
πα
2U 2 sin ωt)2 d (ωt) R
= U2 1 sin 2α + π −α
R 2π
π
¾又
I VT =
1I 2
单相桥式全控整流电路-----电阻性负载
基本数量关系
负载电阻上电压有效值U U＝IR 见(式2-8)
功率因数cosφ
cosφ=P/S=U I/U2I2=U/U2 (式2-9)
分析(1)αmin =30º时对应 Ud =100v，可以得到: U2 =119V
(2) Ud=20v时仍能输出Id=20A,可得 αmax ， I2max
αmax =129º， I2max =42.8A
∫ Ud
=1 π
π α
2U2 sinωtd(ωt) =
2
2U2 π
1+cosα 2
=
0.9U2
1+
ωt= π+ α 时，
给T2T3同时加触发信号：
T2 T3导通
i =T2 i =T3 id =- i2 ud=-u2 id=ud/R=-u2/R
T1 T4反向阻断， 承受电压：u2 ωt=2π时， iT2= iT3= id =0，T2 T3关断
单相桥式全控整流电路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。
单相全桥整流电路 纯阻性负载工作情况
★ 阻感性负载工作情况 1. 电感量较小，控制角较大（电流断续） 2. 电感量较大，控制角较小（电流连续） 3. 电感量很大，ωL>>R(电流无脉动)
单相全桥感性整流电路（ ωL>>R ）
id脉动幅度很小，近似为一 直流Id；
导通角θ = π 波形： iT:矩形波(幅值 Id) i2:矩形波(正负幅值均为 Id)
南航 电力电子 课程组
可控整流电路（2）
单相桥式全控整流电路
陈新 chen.xin@
课程组网站：/dldz
单相全桥整流电路
单相半波整流电路 纯阻性负载工作情况 阻感性负载工作情况 带续---（ π+ α） 四管均断态，id=0,ud=0
4
电感量较小，控制角较大模态4
当ωt= π+ α时类似
电感量较小，控制角较大时小结
*带RL负载后ud出现负值; * id变化滞后于ud;
*导通角θ大于阻性负载;
* L较小α较大时，L储能较 小，在id下降过程中不足 以维持T1T4导通至T2T3触
关系图解释：
∫ Ud
=
1 2π
α +θ α
2U2 sin ωtd (ωt) =
2U2 [cosα − cos(α +θ )] 2π
单相全桥整流电路
单相半波整流电路 纯阻性负载工作情况 阻感性负载工作情况 带续流二极管的阻感性负载工作情况
单相全桥整流电路 纯阻性负载工作情况
★ 阻感性负载工作情况 1. 电感量较小，控制角较大（电流断续） 2. 电感量较大，控制角较小（电流连续）
承受电压：-u2
1
工作原理－无触发〔π， π ＋α 〕
ωt=π时，
i =T1 i =T4 id =0
T1 T4关断
π < ωt<π+ α时， u2 <0，
无门极触发信号： T2T3承受正压---正向阻断； T1T4承受反压---反向阻断；
承受电压： -u2/2, u2/2
id=0, ud=0；
工作原理－有触发〔π ＋α，2 π 〕
单相全桥整流电路 纯阻性负载工作情况
★ 阻感性负载工作情况 1. 电感量较小，控制角较大（电流断续）
(二)电感性负载
uL=Ldid/dt，电感L抑制电流变化
电感量较小，控制角较大模态1
过程分析： ωt=α时，
（给T1T4同时加触发信号）
T1 T4导通
id从0开始上升(uL>0) L储能，ud=u2 电网供能量给R和L
单相全桥整流电路
单相半波整流电路 纯阻性负载工作情况 阻感性负载工作情况 带续流二极管的阻感性负载工作情况
单相全桥整流电路 纯阻性负载工作情况 阻感性负载工作情况
★ 反电动势负载
反电势负载模态分析1
负载由阻性负载和反电势组成 当U2<E时，T1和T4承受反向电压 Ud=E VT1/4承受电压？ VT2/3承受电压？
选用KP-50-5型
3
单相全桥整流电路
单相半波整流电路 纯阻性负载工作情况 阻感性负载工作情况 带续流二极管的阻感性负载工作情况
单相全桥整流电路 纯阻性负载工作情况
★ 阻感性负载工作情况
单相全桥整流电路
单相半波整流电路 纯阻性负载工作情况 阻感性负载工作情况 带续流二极管的阻感性负载工作情况
cosα 2
(3)S=119*42.8VA, cos φ= cos φ(α= αmax )=0.36
流过SCR的最大电流有效值IT =I2max/1.414=30A SCR的电流定额： ITav =(1.5---2) IT /1.57=29---
38A
SCR电压定额URRM=（2--3）*1.414*U2 =337--505V
发导通时刻，导通角θ <
π，id波形断续。
∫ Ud
=
1 π
α +θ α
2U2 sin ωtd (ωt) =
2U2 [cosα − cos(α +θ )] π
负载阻抗角φ、触发角a、晶闸管导通角θ的关系
若φ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a为定值，φ 越大，电感量越大，则L贮能越
电感量较小，控制角较大模态2
根据U2/Id之间的关系 做出Id的变化曲线 Id上升时，L吸收能量 直到id上升速率0， id =idmax ， 此后id开始下降， L释放能量
电感量较小，控制角较大模态3
当ωt= π，u2=0时， id仍>0，T1T4继续导通 电感感应电势维持电流
当ωt= π ~ ωt 1时， u2<=0 L供能量给R，同时回馈给电网 id继续下降,直到0 （ L能量释放完） T1T4关断