第2章整流电路13937

a)VT处于关断状态 b)VT处于导通状态
2-7
2.1.1 单相半波可控整流电路
当VT处于通态时，如下方程成立：
L did dt
Rid
2U 2 sin wt
（2-2）
VT
L u
2
R
初始条件：ωt= a ，id=0。求解式（2-2）并 将初始条件代入可得
b)
b) VT处于导通状态
id
2U 2
sin( a
c)
0
wt
i2
d)
0
wt
图2-5 单相全控桥式 带电阻负载时的电路及波形
2-11
2.1.2 单相桥式全控整流电路
数量关系
1
Ud p
p a
2U2 sin wtd(wt)
2
2U2 1 cosa p2
1 cosa 0.9U2 2
a 角的移相范围为180。
（2-9）
向负载输出的平均电流值为：
Id
Ud R
R (wt a )
j )e wL
Z
2U2 sin( wt j)
Z
（2-3）
•
其中Z
R2
(wL)2，j
arctan
wL
R
当ωt=θ+a 时，id=0，代入式（2-3）并整理得
q
sin( a j )e tanj sin( q a j )
（2-4）
2-8
2.1.1 单相半波可控整流电路
续流二极管 a) 当u2过零变负时，VDR导通，
2-16
2.1.2 单相桥式全控整流电路
如图2-7b所示id波形所示：
ud E
Oα q
i d
wt
电流连 续
I d
O
wt
电流断续 b)
图2-7b 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。
u2
O
wt
ud
O id
i VT
O
1,4
i VT
O
2,3
O i2
O u VT 1,4
O
Id Id
Id Id
wt Id
wt
wt wt wt
wt
b)
图2-6 单相全控桥带 阻感负载时的电路及波形
2-14
2.1.2 单相桥式全控整流电路
数量关系
U d
1
p
p a a
2U 2
sin wtd(wt )
2
p
2
U2
电力电子电路的一种基本分析方法
通过器件的理想化，将电路简化为分段线性电路。
器件的每种状态对应于一种线性电路拓扑。
VT
对单相半波电路的分析
L
可基于上述方法进行：
u2
R
VT
L u2
R
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。
a)
b)
图2-3 单相半波可控整流 电路的分段线性等效电路
IVDR
1
2p
2p a p
Id2d (wt)
p a 2p
Id
（2-8）
u2
O ud
w t1
wt
O
wt
id
Id
O
wt
i VT
Id
O i VD R
p-a
p+a
wt
O
wt
u VT
O
wt
图2-4 单相半波带阻感负载 有续流二极管的电路及波形
2-9
2.1.1 单相半波可控整流电路
单相半波可控整流电路的特点
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。
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j、触发
角a、晶闸管导通角θ的
u2
b)
0
wt1
p
ug
c) 0
ud
d) 0a id
e) 0
u VT
+ q
f) 0
2p
wt
wt +
wt
wt
wt
关系。
图2-2 带阻感负载的 单相半波电路及其波形
2-6
2.1.1 单相半波可控整流电路
丢失时，会发生一个晶闸管持续导通而两个二极管轮流导 通的情况，这使ud成为正弦半波，其平均值保持恒定，称 为失控。
直流输出电压平均值为
Ud
1
2p
p a
2U2 sin wtd(wt)
2U 2
2p
(1
cosa )
0.45U 2
1
cosa
2
(2-1)
VT的a 移相范围为180
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。
2-5
2.1.1 单相半波可控整流电路
2) 带阻感负载的工作情况
b)
Id Id
wt Id
wt wt wt wt
wt
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。
2-15
2.1.2 单相桥式全控整流电路
3） 带反电动势负载时的工作情况
在|u2|>E时，才有晶闸管承
受正电压，有导通的可能。
ud
E
导通之后，
ud=u2，
id
ud E R
2-3
2.1.1 单相半波可控整流电路
单相半波可控整流电路(Single Phase Half Wave
Controlled Rectifier)
T
a)
1）带电阻负载的工作情况
u
1
u
2
VT
i
u
d
VT
u
d
R
u
变压器T起变换电压和
2
b)
0
wt 1
p
2p
wt
u
电气隔离的作用。
g
c)
0
wt
u
电阻负载的特点：电压
2-17
2.1.2 单相桥式全控整流电路
负载为直流电动机时，如 果出现电流断续，则电动
ud a
q =p
机 的机械特性将很软 。
E
0
p
wt
为了克服此缺点，一般 在主电路中直流输出侧 串联一个平波电抗器。
id
O
wt
图2-8 单相桥式全控整流电路带反电动势负 载串平波电抗器，电流连续的临界情况
这时整流电压ud的波形和负载电流id的波形与阻感负载电流连 续时的波形相同，ud的计算公式也一样。 为保证电流连续所需的电感量L可由下式求出：
2
2U 2
pR
1 cosa
2
0.9 U2 R
1 cosa
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：
ud
dd
id
b)
0a
pa
I dVT
1 2
Id
0.45 U 2 1 cosa
R2
c)
u VT1,4
0 i2
（2-10）
d) 0
(2-11)
wt wt wt
2-12
2.1.2 单相桥式全控整流电路
1) 带电阻负载的工作情况 a)
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， 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。
ud
ud(id)
id
b)
0a
pa
wt
u VT1,4
2
u2过零变负时，因电感作用 b) O
wt
电流不再流经变压器二次绕组， ud a
而是由VT1和VD2续流。
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。
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。
2-20
2.1.4 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， u2
从而简化整个电路。
b) O
wt
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。
2p
p
由式（2-12）和式（2-13）得：
ud
dd
id
I VT
1 2
I
（2-14）
b) 0a
u VT1,4
pa
wt
c)
不考虑变压器的损耗时，要
0 i2
wt
求变压器的容量 S=U2I2。