电力电子技术 第三章 整流电路
电力电子技术-第3章 3.6-8大功率可控整流电路(1)-415
ud 1
ua
ub
uc
O
t
ia
1 2
Id
1 6
Id
udO2
uc'
ua'
ub'
uc'
t
O ia'
O
2020/8/17
1 2
Id
1 6
Id
t
双反星形电路，
=0时两组整流
t 电压、电流波形
电力电子技术
➢ 接平衡电抗器的原因：
太原工业学院自动化系
• 两个直流电源并联时，只有当电压平均值和瞬时值均相 等时，才能使负载均流。
2020/8/17
电力电子技术
太原工业学院自动化系
➢ 双反星形电路中如不接平衡电抗器，即成为六相半 波整流电路/三相双半波整流电路：
2020/8/17
电力电子技术
2020/8/17
太原工业学院自动化系
•某 一 时 刻 只 能 有 一 个 晶闸管导电，哪一相电 压高该相上的管子导通； 其余五管均阻断，每管 最 大 导 通 角 为 60o ， 平 均电流为Id /6。
Id
VT32 VT31 VT22 VT21 VT12 VT11 VT34 VT33 VT24 VT23 VT14 VT13
u2 i
u2
u2
Ⅰ
L Ⅱ ud
负 载 Ⅲ
ud
O
i
Id
2Id
+
b)
c)
a)
单相串联3重联结电路及顺序控制时的波形
➢ 从电流i的波形可以看出，虽然波形并未改善，但其
基波分量比电压的滞后少，因而位移因数高，从而提高
3.6 大功率可控整流电路
第三章_电力电子技术—整流电路_li(第一次课)
变压器二次侧电流有效值i2与输出电流有效值i相等
I I2 1
(
2U 2 U sin t )2 d( t ) 2 R R
1 I 2
1 sin 2 2
I dVT
VT可能承受的最大正向电压为 VT可能承受的最大反向电压为
2 U2 2 2U 2
3.1单相可控整流电路
相控方式——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
3.1单相可控整流电路
3.1.1 单相半波可控整流电路——阻感负载
阻感负载的特点：
电感对电流变化有抗拒作用，使得流过 电感的电流不能发生突变，因此负载的电流 波形与电压波形不相同。
3.1单相可控整流电路
3.1.1 单相半波可控整流电路——阻感负载
ud O i1 O
t
t
b)
3.1单相可控整流电路
3.1.3 单相全波可控整流电路
单相全波与单相桥式全控比较
单相全波只用2个VT，比单相全控桥少2个，相应地， 门极驱动电路也少2个 单相全波导电回路只含1个VT，比单相桥少1个，因而 管压降也少1个 VT承受最大正向电压 2U2，最大反向电压为 2 2U 2 ， 是单相全控桥的2倍 单相全波中变压器结构较复杂，材料的消耗多
结构简单，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在于利用其简单易学
的特点，建立起整流电路的基本概念
3.1单相可控整流电路
3.1.2 单相桥式全控整流电路——电阻负载
电路结构 VT1和VT4组成一对桥臂 VT2和VT3组成另一对桥臂
电力电子技术第3章 习题答案
3章 交流-直流变换电路 课后复习题第1部分：填空题1.电阻负载的特点是 电压与电流波形、相位相同；只消耗电能，不储存、释放电能 ，在单相半波可控整流电阻性负载电路中，晶闸管控制角α的最大移相范围是 0° ≤a ≤ 180° 。
2.阻感负载的特点是 电感对电流变化有抗拒作用，使得流过电感的电流不发生突变 ，在单相半波可控整流带阻感负载并联续流二极管的电路中，晶闸管控制角α的最大移相范围是 0°≤a ≤ 180° ，2 ，续流二极管承受的最大反向电压2 （设U 2为相电压有效值）。
3.单相桥式全控整流电路中，带纯电阻负载时，α角移相范围为 0° ≤a ≤ 180° ，2 和2 ；带阻感负载时，α角移相范围为 0° ≤a ≤ 90° ，单个晶闸管所承受的最大正向电压和反向电压分别为22U 2 ；带反电动势负载时，欲使电阻上的电流不出现断续现象，可在主电路中直流输出侧串联一个 平波电抗器(大电感) 。
4.单相全控桥反电动势负载电路中，当控制角α大于不导电角δ时，晶闸管的导通角θ = 180°-2δ ; 当控制角α小于不导电角 δ 时，晶闸管的导通角 θ = 0° 。
5.从输入输出上看，单相桥式全控整流电路的波形与 单相全波可控整流电路 的波形基本相同，只是后者适用于 较低 输出电压的场合。
6.2 ，随负载加重U d 逐渐趋近于0.9 U 2，通常设计时，应取RC≥ 1.5~2.5T ，此时输出电压为U d ≈ 1.2 U 2(U 27.电阻性负载三相半波可控整流电路中，晶闸管所承受的最大正向电压U Fm 2 ，晶闸管控制角α的最大移相范围是 0°≤a ≤90° ，使负载电流连续的条件为 a ≤30° (U 2为相电压有效值)。
8.三相半波可控整流电路中的三个晶闸管的触发脉冲相位按相序依次互差 120° ，当它带阻感负载时，α的移相范围为 0°≤a ≤90° 。
电力电子技术第3章 三相可控整流电路
第二节 时
三相全控桥式整流电路
整流电压为三相半波时的两倍，在大电感负载
20
图 3.9 三相桥式全控整流电路
21
图 3.10 三相全控桥大电感负载 α =0°时的波形
22
图 3.11 三相全控桥大电感负载 α =30°时的电压波形
23
图 3.12 三相全控桥大电感负载 α =60°时的电压波形
3
图 3.2是 α =30°时的波形。设 VT3 已导通， 当经过自然换流点 ωt0 时，因为 VT1的触发脉冲 ug1还没来到，因而不能导通，而 uc 仍大于零，所 以 VT3 不能关断，直到ωt1 所处时刻 ug1触发 VT1 导通，VT3 承受反压关断，负载电流从 c相换到 a 相。
4
图 3.2 三相半波电路电阻负载 α =30°时的波形
32
一、双反星形中点带平衡电抗器的可控整流电路 在低电压大电流直流供电系统中，如果要采用 三相半波可控整流电路，每相要多个晶闸管并联， 这就带来均流、保护等一系列问题。如前所述三相 半波电路还存在直流磁化和变压器利用率不高的问 题。
33
图 3.15 带平衡电抗器双反星形可控整流电路
34
图 3.16 带平衡电抗器双反星形可控整流 ud 和 uP 波形
26
图 3.14 三相桥式半控整流电路及波形 （a）电路图 （b）α =30° （c）α =120°
27
一、电阻性负载 控制角 α =0时，电路工作情况基本与三相全 控桥 α =0时一样，输出电压 ud波形完全一样。输 出直流平均电压最大为 2.34U2Φ。
28
由图 3.14（ b），通过积分运算可得Ud 的计 算公式
12
当 α >30°时，晶闸管导通角 θV=150°- α。 因为在一个周期内有 3次续流，所以续流管的导通 角 θVD=3（ α -30°）。晶闸管平均电流为
第3章 整流电路part1
可得到 I S
PAC PAC VS PF VS cos1
8
《电力电子技术》
第3章 整流电路
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单相全波可控整流电路
3.1.4单相桥式半控整流电路
9
《电力电子技术》
第3章 整流电路
3.1.1 单相半波可控整流电路
《电力电子技术》
第3章 整流电路
第3章
整流电路
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整流电路相位控制的实现
1
《电力电子技术》
第3章 整流电路
wt
wt
e)
晶闸管的电流有效值IVT
I VT 1 p 2 p a I a I d d (wt ) 2p 2p d
O i VD f) O u VT g) O
R
wt
wt
wt
20
《电力电子技术》
u2
第3章 整流电路
（3）续流二极管的电流平均值 IdVDR与续流二极管的 电流有效值IVDR w w
22
《电力电子技术》
第3章 整流电路
3.1.2 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
a)
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。请同学们注意。
电力电子技术第3章(313.23)1精品PPT课件
表示，Ud=Ud0=0.45 U2 ；
当a =π时，Ud = 0 ；
输出直流电压平均值围0 ~ π 。
3.2.1单相可控整流电路 ②输出电流平均值
IdU Rd0.45U R2.1c2osa
+ q
f) 0
2p
wt
wt +
wt
wt
wt
图3.4 电感负载的单相半波 可控整流电路及其波形
3.2.1单相可控整流电路
求得在一般情况下的控制特性，可以建立晶闸管 导通时的电压平衡微分方程，求解在一定φ值情况
下，控制角a与导通角θ的关系。
当R为一定值，L越大，导通角θ越大。其平均 值Ud越接近零，输出的直流电流平均值也越小， 负载上得不到所需的功率。
第三章 AC/DC变换技术
交流电能（AC）转换为直流电能（DC）的过程称为 整流，完成整流过程的电力电子变换电路称为整流电 路。
本章主要内容 重点掌握整流电路的结构形式及其工作原理 重点掌握整流电路的工作波形 重点掌握整流电路的数学关系以及设计方法 熟悉变压器漏抗对整流电路的影响 掌握整流电路的谐波和功率因数分析 了解新型的PWM整流电路。
路转移的过程称为换流，也称换相。 ⑧自然换相点：当电路中可控元件全部由不可控
元件代替时，各元件的导电转换点，成为自然 换相点。
3.2.1单相可控整流电路
（3）基本数量关系 ①输出直流电压平均值
p ω tω t) p a a U d 2 1a p2 U 2 s i nd ( 2 2 U 2 ( 1 c o s) 0 .4 5 U 2 1 c 2 o s
③晶闸管电流平均值 流过晶闸管的电流等于负载电流，即：
第三章 有源逆变电路
k
1 n
sin n t
2 I 1 sin t
( 1)
n 6 k 1 k 1 , 2 , 3
k
2 I n sin n t t
n 6 k 1 i a k 1 , 2 , 3
O
t
电流基波和各次谐波有效值分别为
6 Id I1 6 I Id, n n
sin 5 t )
t
变压器二次侧电流谐波分析：
O id
t
In
2
2Id n
n=1,3,5,…
1 ,4
iV T O
Id Id Id
d
t t t t
iV T O
2 ,3
O 各次谐波有效值与谐波次数成反比，且I u
O i2
与基波有效值的比值为谐波次数的倒数
O b)
VT
1 ,4
n 6 k 1, k 1, 2 , 3 ,
电流中仅含6k1 (k为正整数)次谐波 各次谐波有效值与谐波次数成反比，且 与基波有效值的比值为谐波次数的倒数
功率因数计算
基波因数为
I1 I
3
0 . 955
电流基波与电压的相位差仍为
，故位移因数仍为
1 cos 1 cos
Ratio for In）表示
100 %
电流谐波总畸变率THDi（Total
Harmonic distortion）定义为
THD
i
Ih I1
100 %
Ih总谐波电流有效值
2. 功率因数
正弦电路中的情况: 电路的有功功率就是其平均功率：
理解电力电子技术中的三相桥式整流电路
理解电力电子技术中的三相桥式整流电路电力电子技术在现代电力系统中扮演着重要的角色。
其中，三相桥式整流电路是一种常见且广泛应用的电路结构，用于将交流电转换为直流电，并被广泛应用于电动机的控制、供电系统以及工业自动化等领域。
本文将深入探讨三相桥式整流电路的基本原理、工作方式以及其在实际应用中的重要性。
一、三相桥式整流电路的基本原理三相桥式整流电路由四个功率开关元件（通常为可控硅）组成，分别为两个正向可控硅和两个反向可控硅。
这四个可控硅元件形成了一个桥路，主要用于将输入的三相交流电转换为直流电。
其基本原理可以概括为：通过控制可控硅的导通状态，使得电路中两个可控硅导通，另外两个可控硅截止。
当输入的交流电电压为正值时，一个正向可控硅和一个反向可控硅导通，从而实现正半周期的整流；当输入的交流电电压为负值时，另外一个正向可控硅和反向可控硅导通，实现负半周期的整流。
二、三相桥式整流电路的工作方式1. 单相桥式整流电路为了更好地理解三相桥式整流电路的工作方式，首先我们来介绍一下单相桥式整流电路。
单相桥式整流电路是三相桥式整流电路的一个特例，即将三相输入的电压视为单相输入的电压。
单相桥式整流电路由四个可控硅或者整流二极管组成，工作方式与三相桥式整流电路相似。
当输入的交流电电压为正值时，一个可控硅和一个整流二极管导通，实现正半周期的整流；当输入的交流电电压为负值时，另外一个可控硅和整流二极管导通，实现负半周期的整流。
2. 三相桥式整流电路在三相桥式整流电路中，通过合理控制各个可控硅的导通状态，可以实现稳定的直流输出。
由于输入的交流电为三相电，通过六次整流过程，可以实现平滑的直流输出，有效地减小了输出电压的波动。
此外，通过控制可控硅的导通角，还可以实现对输出电压的调节，进一步提升了电路的控制性能。
三、三相桥式整流电路的重要性和应用领域三相桥式整流电路在电力电子技术中具有重要的应用和意义。
首先，它可以将交流电转换为直流电，为后续的功率变换和控制提供了基础。
电力电子技术第3章-整流电路课件
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 单相全波可控整流电路 3.1.4 单相桥式半控整流电路
(3-5) (3-6) (3-7)
I DR
1
2p
2p a p
I
2 d
d
(wt
)
p a 2p I d
(3-8)
√其移相范围为180，其承受的最大正反向电压均为u2的峰值即 2U。2 续流二极管承受的电压为-ud，其最大反向电压为 2U2，亦为u2的峰值。
■单相半波可控整流电路的特点是简单，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。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。
3.1.2 单相桥式全控整流电路
u
☞为了克服此缺点，一般在主电
d
a
q =p
路中直流输出侧串联一个平波 E
电抗器。
0
p
wt
☞电感量足够大使电流连续，晶
闸管每次导通180，这时整流 i d
电压ud的波形和负载电流id的 O
wt
波形与电感负载电流连续时的
图3-8 单相桥式全控整流电路
波形相同，ud的计算公式亦一样。
(3-10)
3.1.2 单相桥式全控整流电路
☞流过晶闸管的电流平均值 ：
IdT
1 2
Id
0.45U2 R
1 cosa
2
(完整版)电力电子技术第3章-习题答案()
3章 交流-直流变换电路 课后复习题 第1部分：填空题1.电阻负载的特点是 电压与电流波形、相位相同；只消耗电能，不储存、释放电能 ，在单相半波可控整流电阻性负载电路中，晶闸管控制角α的最大移相范围是 0︒ ≤a ≤ 180︒ 。
2.阻感负载的特点是 电感对电流变化有抗拒作用，使得流过电感的电流不发生突变 ，在单相半波可控整流带阻感负载并联续流二极管的电路中，晶闸管控制角α的最大移相范围是 0︒ ≤a ≤ 180︒ 2 ，2 （设U 2为相电压有效值）。
3.单相桥式全控整流电路中，带纯电阻负载时，α角移相范围为 0︒ ≤a ≤ 180︒ ，单个晶闸管所承受的最大正向电压和反向电压分别为2 和 22U ；带阻感负载时，α角移相范围为 0︒ ≤a ≤ 90︒ ，单个晶闸管所承受的最大正向电压和反向电压分别为22U 2 ；带反电动势负载时，欲使电阻上的电流不出现断续现象，可在主电路中直流输出侧串联一个 平波电抗器(大电感) 。
4.单相全控桥反电动势负载电路中，当控制角α大于不导电角δ时，晶闸管的导通角θ = 180︒-2δ ; 当控制角α小于不导电角 δ 时，晶闸管的导通角 θ = 0︒ 。
5.从输入输出上看，单相桥式全控整流电路的波形与 单相全波可控整流电路 的波形基本相同，只是后者适用于 较低 输出电压的场合。
6.电容滤波单相不可控整流带电阻负载电路中，空载时，输出电压为 22U ，随负载加重U d 逐渐趋近于0.9 U 2，通常设计时，应取RC≥ 1.5~2.5T ，此时输出电压为U d ≈ 1.2 U 2(U 2为相电压有效值)。
7.电阻性负载三相半波可控整流电路中，晶闸管所承受的最大正向电压U Fm 2 ，晶闸管控制角α的最大移相范围是 0︒≤a ≤90︒ ，使负载电流连续的条件为 a ≤30︒ (U 2为相电压有效值)。
8.三相半波可控整流电路中的三个晶闸管的触发脉冲相位按相序依次互差 120︒ ，当它带阻感负载时，α的移相范围为 0︒≤a ≤90︒ 。
第三章三相整流电路
第三章三相可控整流电路[ 机电工程系]单相可控整流电路具有线路简单，维护、调试方便等优点，但输出整流电压脉动大，又会影响三相交流电网的平衡。
因此，当负载容量较大(一般指4KW以上)，要求的直流电压脉动较小时，通常采用三相可控整流电路。
三相可控整流电路有多种形式，其中最基本的是三相半波可控整流电路，而其他常用的如三相桥式全控整流电路、双反星形可控整流电路、十二脉波可控整流电路等，均可看作是三相半波可控整流电路的串联或并联，可在分析三相半波可控整流电路的基础上进行分析。
本章重点：（1）介绍三相半波可控整流电路不同负载时的组成、工作原理、波形分析、电路各电量的计算等，（2）三相桥式全控整流电路及双反星形可控整流电路。
最后，将介绍几个应用实例。
第一节第二节第三节第四节三相半波可控整流电路三相桥式全控整流电路带平衡电抗器的双反星形可控整流电路带平衡电抗器的双反星形可控整流电路U V W TuvwVD1VD3VD5Ku d R d一、三相半波不可控整流电路➢电路的特点：变压器二次侧接成星形得到零线，而一次侧接成三角形避免3次谐波流入电网。
三个二极管分别接入a、b、c三相电源，其阴极连接在一起——共阴极接法。
二极管开通情况：三个二极管对应的相电压中哪一个的值最大，则该相所对应的二极管导通，并使另两相的二极管承受反压关断，输出整流电压即为该相的相电压。
b) c)d) e)u2R iduaubucO w t1w t2w t3uGudOOuabuacOiVD1uVD1w tw tw tw tw t自然换相点：在相电压的交点ωt1、ωt2、ωt3处，均出现了二极管换相，即电流由一个二极管向另一个二极管转移，称这些交点为自然换相点。
b) c)d) e)u2R iduaubucO w t1w t2w t3uGudOOuabuacOiVD1uVD1w tw tw tw tw t在一个周期中，器件工作情况如下：在ωt1～ωt2期间，a相电压最高，VD1导通，ud= u a。
《电力电子技术》项目3AC-DC整流电路习题答案
1.在三相半波整流电路中，如果α相的触发脉冲消失，试绘出在阻性负载和电感性负载下整流电压Ud的波形。
解：假设︒=0α，当负载为电阻时，u d的波形如下：u d uaubucOωtu d uaubucOωtα当负载为电感时，u d的波形如下：u d uaubucOωtu d uaubucOωt2.在三相桥式全控整流电路中，电阻负载，如果有一个晶闸管不能导通，此时的整流电压Ud波形如何？如果有一个晶闸管被击穿而短路，其他晶闸管受什么影响？答：假设VT1不能导通，整流电压u d波形如下：udOωt假设VT1被击穿而短路，则当晶闸管VT3或VT5导通时，将发生电源相间短路，使得VT3、VT5也可能分别被击穿。
3.三相桥式全控整流电路，其整流输出电压中含有哪些次数的谐波？其中幅值最大的是哪一次？变压器二次侧电流中含有哪些次数的谐波？其中主要的是哪几次？答：三相桥式全控整流电路的整流输出电压中含有6k（k＝1、2、3……）次的谐波，其中幅值最大的是6次谐波。
变压器二次侧电流中含有6k±1(k=1、2、3……)次的谐波，其中主要的是5、7次谐波。
4.在电阻性负载三相半波可控整流电路中，如果窄脉冲出现早，即在移到自然换相之前，会出现什么现象？画出负载侧Ud波形。
答：如图所示，当触发脉冲ug1触发a相晶闸管，则相晶闸管导通。
当ug2触发b相晶闸管时，由于a相电压高于b相电压，a相晶闸管继续导通，b相晶闸管因承受反压而不导通。
过了自然换相点后，尽管b相电压高于a相电压，但b 相晶闸管的触发脉冲ug2已消失，所以b相晶闸管仍不导通。
a相晶闸管导通到过零点结束。
接着导通的是c相晶闸管。
由此可以看出，由于晶闸管间隔导通而出现了输出波形相序混乱现象，这是不允许的。
5.单相全控桥式逆变电路与单相桥式（二极管）整流电路有何差别？是否所有的整流电路都可以用来作为逆变电路？答：单相全控桥式逆变电路是DC／AC变换电路，是单相全控桥式变流电路工作于逆变状态，其负载为反电动势负载，控制角为α>90°的情况。
电力电子技术第三章整流电路的答案
2/89
2.1 电力电子器件概述
2.1.1 电力电子器件的概念和特征 2.1.2 应用电力电子器件的系统组成 2.1.3 电力电子器件的分类 2.1.4 本章内容和学习要点
3/89
2.1.1 电力电子器件的概念和特征
■电力电子器件的概念 电力电子器件（ ◆电力电子器件（Power Electronic Device）是 ） 指可直接用于处理电能的主电路 主电路中 指可直接用于处理电能的主电路中，实现电能的 变换或控制的电子器件 电子器件。 变换或控制的电子器件。 主电路：在电气设备或电力系统中， ☞主电路：在电气设备或电力系统中，直接 承担电能的变换或控制任务的电路。 承担电能的变换或控制任务的电路。 ☞广义上电力电子器件可分为电真空器件和 半导体器件两类，目前往往专指电力半导体器件。 半导体器件两类，目前往往专指电力半导体器件。
A
K A I P J b) N K
K A a)
A
K c)
电力二极管的外形、 图2-2 电力二极管的外形、结构和电气图形符号 a) 外形 b) 基本结构 c) 电气图形符号
14/89
2.2.1 PN结与电力二极管的工作原理 结与电力二极管的工作原理
电力电子技术-第三章--单相整流讲解
3.1.1 单相半波可控整流电路
（Single Phase Half Wave Controlled Rectifier）
1. 电阻负载的工作情况
在工业生产中，某些负载基本上是电阻性的， 如电阻加热炉、电解和电镀等。
电阻性负载的特点是电压与电流成正比，波形 相同并且同相位，电流可以突变。 • 1. 工作原理 • 首先假设以下几点： • (1) 开关元件是理想的，即开关元件(晶闸管)导通 时，通态压降为零，关断时电阻为无穷大； • 一般认为晶闸管的开通与关断过程瞬时完成。 • (2) 变压器是理想的，即变压器漏抗为零，绕组的 电阻为零、励磁电流为零。
id 的连续波形每周期分为两 段：u2过零前一段流经SCR， 时宽为π-α；之后一段流经 VDR ，时宽为π+α。由两器 件电流拼合而成。
若近似认为id为一条水平线，恒为Id，则有
SCR 平均值： I a I
dVT
2 d
（2-5）
SCR 有效值：
IVT
1
2
a
I
d2d
(t
在ωt=0到α期间，晶闸管uAK大于零， 但门极没有触发信号，处于正向关断状
态，输出电压、电流都等于零。
在ωt=α时，门极有触发信号，晶闸管 被触发导通，负载电压ud= u2。 在ωt1时刻，触发VT使其开通，u2加 于负载两端，id从0开始增加。这时，交 流电源一方面供给电阻R消耗的能量， 另一方面供给电感L吸收的磁场能量。
)
a 2
I
（2-6）
d
VDR 平均值： VDR 有效值：
a IdVDR 2 Id
（2-7）
IVDR
1
2
2 a
电力电子技术第3章 习题答案
3章 交流-直流变换电路 课后复习题第1部分：填空题1.电阻负载的特点是 电压与电流波形、相位相同；只消耗电能，不储存、释放电能 ，在单相半波可控整流电阻性负载电路中，晶闸管控制角α的最大移相范围是 0 ≤a ≤ 180 。
2.阻感负载的特点是 电感对电流变化有抗拒作用，使得流过电感的电流不发生突变 ，在单相半波可控整流带阻感负载并联续流二极管的电路中，晶闸管控制角α的最大移相范围是 0 ≤a ≤ 180 ，其承受的最大正反向电压均为 ，续流二极管承受的最大反向电压为 （设U2为相电压有效值）。
3.单相桥式全控整流电路中，带纯电阻负载时，α角移相范围为 0≤a ≤ 180 ，单个晶闸管所承受的最大正向电压和反向电压分别为 和 ；带阻感负载时，α角移相范围为 0 ≤a ≤ 90 ，单个晶闸管所承受的最大正向电压和反向电压分别为和 ；带反电动势负载时，欲使电阻上的电流不出现断续现象，可在主电路中直流输出侧串联一个 平波电抗器(大电感) 。
4.单相全控桥反电动势负载电路中，当控制角α大于不导电角d 时，晶闸管的导通角q = 180-2d ; 当控制角a小于不导电角 d 时，晶闸管的导通角 q = 0 。
5.从输入输出上看，单相桥式全控整流电路的波形与 单相全波可控整流电路 的波形基本相同，只是后者适用于 较低 输出电压的场合。
6.电容滤波单相不可控整流带电阻负载电路中，空载时，输出电压为 ，随负载加重U d逐渐趋近于0.9 U2，通常设计时，应取RC≥1.5~2.5T，此时输出电压为U d≈ 1.2U2(U2为相电压有效值)。
7.电阻性负载三相半波可控整流电路中，晶闸管所承受的最大正向电压U Fm等于，晶闸管控制角α的最大移相范围是0≤a≤90，使负载电流连续的条件为a≤30 (U2为相电压有效值)。
8.三相半波可控整流电路中的三个晶闸管的触发脉冲相位按相序依次互差120，当它带阻感负载时，a的移相范围为0≤a≤90。
电力电子技术之第2-3章 三相半波整流
Ud 负载电流平均值为 负载电流平均值为 Id = R 1 晶闸管电流平均值为 晶闸管电流平均值为 I Id dT = 3
晶闸管电流有效值， 晶闸管电流有效值，当 α ≤ 30°时 °
（3 - 3） ）
IT =
1 2π
∫
5π +α 6 π +α 6
2U 2 Sin ωt 2 ( ) d (ωt ) R
（3 - 4） ）
U2 = R
2012-2-22
1 2π 3 ( + cos 2α ) 2π 3 2
电力电子技术
7
晶闸管电流有效值， 晶闸管电流有效值，当 α > 30°时 °
IT =
1 2π
2U 2 Sin ω t 2 ) d (ω t ) ∫π6 +α ( R
π
U2 = R
1 5π 3 1 ( −α + cos 2α + sin 2α ) 2π 6 4 4
u2 过零时 ， VT1 不关断 ， 直到 2 的脉冲到 过零时， 不关断， 直到VT 才换流， 导通向负载供电， 来， 才换流 ， 由VT2导通向负载供电，同时 施加反压使其关断——ud 波形中出现 向 VT1 施加反压使其关断 负的部分 晶闸管仍导通120° 晶闸管仍导通 ° 动画 阻感负载时的移相范围 移相范围为 ° 阻感负载时的移相范围为90°
（3 - 5） ）
2012-2-22
电力电子技术
8
晶闸管承受的最大反向电压， 晶闸管承受的最大反向电压，为变压器二次线电压峰 最大反向电压 值，即 （3 - 6） ）
U RM = 2 × 3U 2 = 6U 2 = 2.45U 2
三相整流电路讲解
电力电子技术
在负载容量超过4KW以上，要求直流电压脉 动较小的场合，应采用三相整流电路。
包括三相半波、三相桥式、双反星形等， 三相半波是最基本的电路组成形式，其 它电路都可以看作是三相半波电路的串 联与并联。
电力电子技术
§3—1 三相半波可控整流电路
一、三相半波不可控整流电路
6
2U 2 sin td (t) 1.17U 2
6
3
晶闸管承受的最大反向电压至少应大于 6U2
电力电子技术
§3—1 三相半波可控整流电路
二、三相半波可控整流电路 特点：三相半波可控整流电路的控制角α以对应
的自然换流点算起，由于自然换流点距离原点 为30°，所以触发脉冲距三相电压原点为 30°+α。 1.电阻性负载 电路及波形图
2.三相全控桥触发电路要求双窄脉冲触发或宽脉 冲触发,而三相半控桥触发电路简单不要求双脉 冲触发或宽脉冲触发.
3.全控桥一般用于电动机负载和一些对整流电路 要求高的场合,而半控桥一般用于电阻性负载及 对整流电路无特殊要求的场合.
电力电子技术
总结
电力电子技术
变压器二次侧有直流不平衡磁动势,使铁心饱和
电力电子技术
§3—1 三相半波可控整流电路
例3—1已知三相半波可控整流电路带大电感负载，工作在 α=60°。Rd=2欧，变压器二次侧相电压为200V，求不接 续流管与接续流管的二种情况下的Id值并选择晶闸管元件。
解:不接续流管Ud=1.17U2φcosα=117V Id=117/2=58.5A
电力电子技术
§3—2 三相桥式全控整流电路
实质上是一组共阴极组与一组共阳极组的三相 半波可控整流电路的串联 一.电阻性负载 1.电路及工作原理 2.波形图3.触发电路同电感性负载 二.带大电感性负载 1.电路及工作原理 2.波形图
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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。
在u2负半周触发角a时刻触发 VT3 ， VT3 导 通 ， u2 经 VT3 和 VD2
向负载供电。
u2过零变正时，VD4导通，VD2 关断。VT3和VD4续流，ud又为
零。
单相桥式半控整流电路的另一种接法
Id2d (t)
2 Id
图2-4 单相半波带阻感负载 有续流二极管的电路及波形
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。
3.1.2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
时关断。
VT2 和 VT3 组 成 另 一 对 桥 臂 ，
一个直流电压源，对于整流电路，它们就是反电动势负载。
◆电路分析
☞|u2|>E时，才有晶闸管承受正电压，有导通的可能。
☞晶闸管导通之后，ud=u2， 至0使得晶闸管关断，此后ud=E。
id
ud E R
，直至|u2|=E，id即降
☞与电阻负载时相比，晶闸管提前了电角度停止导电，称为停止导
电角。
3.1.3单相全波可控整流电路
（Single Phase Full Wave Controlled Rectifier)
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。
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。
u
图2-6 单相全控桥带 阻感负载时的电路及波形
数量关系
Ud
1
2U
2
sin
td(t)
2
2
U2
cos
0.9U 2
cos
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：
I dVT
1 2
◆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。
2) 带阻感负载的工作情况
阻感负载的特点：电感
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 、触发
角a、晶闸管导通角θ的
关系。
图2-2 带阻感负载的单相半波电路及其波形
T
VT
E
uVT
u1
sin( )e tan sin( )
（2-4）
续流二极管
数 量 关 系 (id 近 似 恒 为 Id ）
IdVT
2
Id
IVT
1
2
IBiblioteka 2 dd(t)
IdVDR 2 Id
2 Id
IVDR
1
2
2
如此即成为单相桥式半 控整流电路（先不考虑 VDR）。
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。
u
d
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
单相半控桥带阻感负载
在u2正半周，u2经VT1和VD4向
负载供电。
u2过零变负时，因电感作用
电流不再流经变压器二次绕组， 而是由VT1和VD2续流。
2
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
(
2U2 sin t)2 d (t) U2
R
R
1 sin 2
2
由上两式得：
I VT
1I 2
不考虑变压器的损耗时，要求变压器的容量 S=U2I2。
2）带阻感负载的工作情况
假设电路已工作于稳态，id的
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。
单相全波整流电路典型应用
Q1 D1 C1
A Vin
Q3
D3
C3
Q2
D2
C2
B
Lr Q4 D4
C4
C5 T
Lf
VDr1 VDr2
Cf RL
3.1.4单相桥式半控整流电路
电路结构
单相全控桥中，每个导 电回路中有2个晶闸管，1 个晶闸管可以用二极管代 替，从而简化整个电路。
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。
VT
L u2
R
VT
L u2
R
a)
b)
图3-3 单相半波可控整流 电路的分段线性等效电路
a)VT处于关断状态 b)VT处于导通状态
VT
当VT处于通态时，如下方程成立：
L did dt
Rid
2U 2 sin t
图2-1 单相半波可控整流电路及波形
T
VT
u1
uVT u2
id ud R
u2
0
2
t
ug
0
ud
t1
t
0
uVT
2
t
0
t1
2
t
触发延迟角 300
触发延迟角 600
触发延迟角 900
触发延迟角 1200
◆在分析整流电路工作时，认为晶闸管 （开关器件）为理想器件，即晶闸管导通
③晶闸管承受的最大反向电压为：
2 U2＝100 2 ＝141.4（V）
流过每个晶闸管的电流的有效值为：
IVT＝Id∕ 2 ＝6.36（A）
故晶闸管的额定电压为：
UN＝(2~3)×141.4＝283~424（V）
晶闸管的额定电流为：
IN＝(1.5~2)×6.36∕1.57＝6~8（A）
晶闸管额定电压和电流的具体数值可按晶闸管产品系列参数选 取。
入为单相，故该电路称为单相半波可控整流电
路次。，整故流该电电压路为ud波单形脉在波一整个流电电源路周。期中只脉动1
首先，引入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。
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 。
解：①ud、id和i2的波形如图3-9： u2
O
ud
O
id
O i2
Id
O
t
t
Id
t
Id
t
图3-9 ud、id和i2的波形图
②整流输出平均电压Ud、电流Id，变压器二次侧电流有效值I2分别为 Ud＝0.9 U2 cos＝0.9×100×cos30°＝77.97(A) Id ＝(Ud－E)/R＝(77.97－60)/2＝9(A) I2＝Id＝9(A)
sin 1
E 2U 2
(3-16)
☞当<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t=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。 ☞在角相同时，整流输出电压比电阻负载时
◆电流断续
☞id波形在一周期内有部分时间为0的情况，称为
时其管压降等于零，晶闸管阻断时其 漏电流等于零，除非特意研究晶闸管的开 通、关断过程，一般认为晶闸管的开通与 关断过程瞬时完成。
◆改电其加变波 之压触形 电ud发为只 路时极在 中刻性采u2，不正用u变半了d和周,可但i内控d瞬波出器时形现件值随，晶变之故闸化改称管的变“，脉，半且动直波交直流”流流输整输，出流。
2
2U 2
R
1 cos
2
0.9 U2 R
1 cos
2
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 U 2 R
1 cos
2
流过晶闸管的电流有效值：
IVT
1
(
2U2 sin t)2 d(t) U2
2 R
2R
1 sin 2
（2-2）
初始条件：ωt=a ，id=0。求解式（2-2）
并将初始条件代入可得
L u
2
R
b)
b) VT处于导通状态
id
2U 2
sin(
R (t )
)e L
Z
2U2 sin( t )