第2章 整流电路-2.1单相可控整流电路
第2章 整流电路(单相)
a)
图2-3 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
当VT处于通态时，如下方程成立：
VT L
di L d Rid dt
2U 2 sin wt
（2-2）
u
2
R
初始条件：ωt= α ，id=0。求解式（2-2）并 将初始条件代入可得
id 2U 2 sin( a )e Z
2 1 d d d VT d VD
R
VT
性负载加续流二极管）
a)
u2 b) O ud c)
w t1
wt
O id
d) O i VT e) O i VD
R
wt
Id
wt
Id p-a p+a
wt
f) O u VT
g) O
wt
wt
π点，u2=0,uAK=0, 电源电压自然过零， 晶闸管承零压而关断，续流管开始导通。 电源电压负半波（π ～2π 区间： u2 uAK＜0,晶闸管承受反向电压而关断， 负载两端的输出电压仅为续流二极管的 管压降，有续流电流，续流二极管一直 导通到下一周期晶闸管导通。 L储存的能量保证了电流id在L-R-VDR 回路中流通，此过程通常称为续流。 1）控制角α与导通角θ 的关系 α+θ =1800 2）移项范围 移项范围与单相半 波可控整流电路电阻性负载相同为 0～1800.
可控整流电路 的主元件在采 用晶闸管时， 其控制方式都 采用相位控制， 故这类整流电 路又称之为相 控整流。
2.1.1
一 电阻性负载
单相半波可控整流电路
(Single Phase Half Wave Controlled Rectifier)
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。
整流电路(ACDC变换)
1. 带电阻负载的工作情况
变压器T
起变换电压 隔离
交流输入为单相，直流输出电压波 形只在交流输入的正半周内出现， 故称为单相半波可控整流电路。
特点： 电压与电流成正比，两者波形相同
4
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。
21
单相全波与单相全控桥的区别 1. 单相全波中变压器结构较复杂，绕组及铁芯对铜、铁等材料
的消耗多。 2. 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
为 2 2U 2 ，是单相全控桥的2倍。
3. 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。
若将器件看作理想开关，则可 将电力电子电路简化为分段线性 电路，分段进行分析计算。
图2-2 带阻感负载单相半波可控整 流电路及波形
6
VT
VT
当VT处于通态时，如下方程成立：
L
L
u2
u2
L
did dt
Rid
2U2 sin t
（2-2）
R
R
初始条件：ωt= ，id=0。求解式
（2-2）并将初始条件代入可得
➢ 从上述（2）、（3）考虑，单相全波电路有利于在低输出电 压的场合应用。
22
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 单相桥式全控整流电路 2.1.3 单相全波全控整流电路 2.1.4 单相桥式半控整流电路
23
2.1.4 单相桥式半控整流电路
VT
2
VT 1
单相全波可控整流电路
熟悉电力电子技术课程、电机学课程的相关知识。
1.3
按课程设计指导书提供的课题，根据第下表给出的基本要求及参数独立完成设计，课程设计说明书应包括以下内容：
1、方案的经济技术论证。
2、主电路设计。
3、通过计算选择整流器件的具体型号。
4、确定变压器变比及容量。
5、确定平波电抗器。
7、触发电路设计或选择。
2.3.3平波电抗器的确定
如图2（b）所示，id波形在一个周期内有部分时间为零的情况，称为电流断续。与此对应，若 波形不出现为0的情况，称为电流连续。当a<δ时，触发脉冲到来时，晶闸管承受负电压，不可能导通。为了使晶闸管可靠导通，要求触发电路有足够的宽度，保证当我wt=δ时刻晶闸管开始承受正电压时，触发脉冲依然存在。这样，相当于触发角被推迟为δ，即a=δ.
2.2.2单相全波可控整流电路中只用两个晶闸管，比单相全控桥式可控整流电路少2个，相应的，晶闸管的门极驱动电路也少两个，但是在单相全波可控整流电路中，晶闸管承受的最大电压为2*20.5U2，是单相全控桥式整流电路的2倍。
2.2.3单相全波可控整流电路中，导电回路只含1个晶闸管，比单相桥少一个，因而也少了一次管压降。
图1 同步信号为锯齿波的触发电路
按线性增长,即V3的基极电位 按线性增长.调节电位器RP2,即改变C2的恒定充电电流I1c,可见RP2是用来调节锯齿波斜率的.
当V2 导通时,由于R4阻值很小,所以C2迅速放电,使ub3电位迅速降到零伏附近.当V2周期性地导通和关断时,ub3便形成一锯齿波,同样ue3也是一个锯齿波电压,如图1所示.射极跟随器V3的作用是见效控制回路的电流对锯齿波电压ub3的影响.
2.4.2锯齿波的形成和脉冲移相环节
锯齿波电压形成的方案较多,如采用自举式电路,恒流 电路等.图1所示为恒流电路方案.由V1,V2,V3和C2等元件组成,其中V1,Vs,RP2和R3为一恒流电路.
相控整流电路
t VT3上，此过程称换相，亦称换
流。
34
数量关系
U d
1
2U 2
sin td(t )
22
U2
cos
0.9U 2
cos
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：
IdT
1 2
Id
•
•
u (i )
ud
dd
id
b)
0
VT
VT4
id ud R
t
u VT1,4
c) 0 i2
d) 0
t
t
29
1 . 电阻负载
1
VT
T
i2 a
a)
u1
u2 b
2
VT
u (i )
ud
dd
id
b)
0
u VT1,4
c) 0 i2
d) 0
全波电路
VT4
VT 3
工作过程
id
1) 0<ωt<α区域
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
c) 0
ud
t
出电压波形只在交流输入
的正半周内出现，故称为
电力电子技术课程教学大纲
《电力电子技术》课程教学大纲课程类别：专业基础课程性质：必修英文名称：Power Electronic Technology总学时：64讲授学时：48 实验学时：16学分：3.5先修课程：电路原理、模拟电子技术、数字电子技术适用专业：自动化开课单位：信息工程学院自动化教研室一、课程简介《电力电子技术》是电气工程及其自动化专业、自动化专业本科生的一门专业基础课，是一门理论与应用相结合，实践性很强的课程。
它包括电力电子器件、电力电子变流技术以及以微电子技术和计算机为代表的控制技术三大组成部分。
本课程的目的和任务是使学生熟悉各种电力电子器件的特性和使用方法；掌握各种电力电子电路的结构、工作原理、控制方法、设计计算方法及实验技能；熟悉各种电力电子装置的应用范围及技术经济指标，培养学生的分析问题和解决问题的能力，为《运动控制》等后续课程以及从事与电气工程有关的技术工作和科学研究打下一定的基础。
二、教学内容及基本要求0 绪论（2学时）教学内容：0.1电力电子技术的定义0.2电力电子技术的发展历史(自学)0.3电力电子技术的内涵及其相关工业0.4电力电子技术所研究的基本问题0.5电力电子技术的主要内容0.6本课程的学习方法及考核方法教学要求：1.理解电力电子技术的定义，电力电子技术所研究的基本问题。
2.了解电力电子学科的发展历史、电力电子技术的内涵及其相关工业、电力电子技术的主要内容以本课程的学习方法及考核方法。
授课方式：讲授+自学第一章：电力电子器件（10 学时）教学内容：1.1电力电子器件概述1.2不可控器件——电力二极管1.3半控型器件——晶闸管1.4典型全控型器件1.5其他新型电力电子器件1.6电力电子器件的驱动1.7电力电子器件的保护1.8电力电子器件的串联和并联使用教学要求：1.掌握各种电力电子器件的基本特性、应用场合和使用方法。
2.理解各种全控型器件、半控型器件的工作原理和主要参数选择依据.3.了解典型触发、驱动和缓冲电路的组成、工作原理和特点。
相控整流电路
2.1.1 引 言 2.1.2 单相半波可控整流电路 2.1.3 单相桥式全控整流电路
2.1.1 引 言
（1）整流电路的作用
其作用是将交流电变为直流电，为应用最早的电力电 子电路。
（2）整流电路的分类
按使用的功率器件不同可分为不控型、半控型和全控 型三种形式。 按交流侧输入相数的不同可分为单相整流电路、三相 整流电路和多相整流电路。 按电路形式不同可分为半波整流电路和全波整流电路。
T
VT
id
关于磁场储能的进一步说明 u1
当 ： ata1 磁 场 储 能
W1L 2
0Imdid
2
1
22L
aa1uLd t 2
其 中 ： 因 uLLd d itd， 故 didu L Ldt
u2
0
ug
t1
当：a1ta 磁场释能
0a
ud
W 1 22L
a
2
a1uLd t
0
id
由 ： W W , u L u d u R
2.1.3 单相桥式全控整流电路
（1）带电阻负载时的工作情况
➢ 工作原理及波形分析
VT1与VT4组成一对， 在 u2 正 半 周 时 承 受 正 向 电 压，触发后即可导通，当 u 2
u2过零时自然关断。
0
a
VT2和VT3组成另一对， u V T 1 ,4
在 u2 负 半 周 时 承 受 正 向 电
u1
u2
uVT
ud
L
R
方程:
ud u2 uL uR
L
d id dt
id R
u2
2
0
ug
t1
电力电子技术课后答案2
第二章 整流电路1. 单相半波可控整流电路对电感负载供电,Z =20mH,U 2=100V ,求当︒=0α时和︒60时的负载电流Id,并画出Ud 与Id 波形。
解:︒=0α时,在电源电压U2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U2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U2的一个周期里,以下方程均成立:t U dtdi Ldωsin 22= 考虑到初始条件：当0=t ω时id=0可解方程：）－（＝t cos 1LU22Id ωω ⎰∏∏=20)(d t cos 1LU2221Id t ωωω）－（)(51.22U22A L==ω Ud 与Id 的波形如下图：当a=︒60时,在U2的正半周期︒60~︒180期间, 晶闸管导通使电惑L 储能,电感L 储藏的能量在U2负半周期︒180~︒300期间释放,因此在U2的一个周期中︒60~︒300期间，以下微分方程成立：t U dtdi Ldωsin 22= 考虑到初始条件：当︒=60t ω时id=0可解方程得：id=)cos 2122t dt U ω－（ 其平均值为Id=⎰∏∏=-∏35322)25.11L2U 2)()cos 21(221A t d t L U （＝ωωωω 此时Ud 与id 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问题吗 试说明(1)晶闸管承受的最大反向电压为2U2;(2)当负载是电阻或电感时,其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侧绕组中,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.①以晶闸管VT2为例.当VT1导通时,晶闸管VT2通过VT1与2个变压器二次绕组并联,所以VT2承受的最大电压为2U2.②当单相全波整流电路与单相全控桥式整流电路的触发角相同时,对于电阻负载;(O~)期间无晶闸管导通,输出电压为0;(~)期间,单相全波电路中VT1导通,单相全控桥电路中VTl,VT4导通,输出电压均与电源电压U2相等;( ~+)期间均无晶闸管导通,输出电压为0;( + ~2)期间,单相全波电路中VT2导通,单相全控桥电路中VT2,VT3导通,输出电压等于-U2.对于电感负载;( ~+)期问,单相全波电路中VTl 导逼,单相全控桥电路中VTl,VT4导通,输出电压均与电源电压U2相等;( + ~2+)期间,单相全波电路中VT2导通,单相全控桥电路中VT2,VT3导通,输出波形等于-U2. 可见,两者的输出电压相同,加到同样的负载上时,则输出电流也相同.3．单相桥式全控整流电路，U 2＝100V ，负载中R ＝2Ω，L 值极大，当α＝30°时，要求：①作出u d 、i d 、和i 2的波形；②求整流输出平均电压U d 、电流I d ，变压器二次电流有效值I 2； ③考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。
第2章电力电子技术(第3版)[王云亮][电子教案(版本)]
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单相半波整流电路阻性负载演示
带电阻负载的工作情况
➢ 变压器T起变换电压和隔离的作用 ➢ 电阻负载的特点：电压与电流成正比，两者波形相同 ➢ 几个概念的解释：
✓ ud为脉动直流，波形只在u2正半周内出现，故称“半波”整流 ✓ 采用了可控器件晶闸管，且交流输入为单相，故该电路为单相半
波可控整流电路 ✓ ud波形在一个电源周期中只脉动1次，故该电路为单脉波整流电路
cos P UI2 1 sin 2 π
S U2I2 4π
2π
式中 P—变压器二次侧有功功率
S—变压器二次侧视在功率
〖例2-1〗 如图所示单相半波可控整流器，电阻性负载，电源电压U2为 220V，要求的直流输出电压为50 V，直流输出平均电流为20A 试计算：
(1) 晶闸管的控制角。 (2) 电路功率因数。 (3) 晶闸管的额定电压和额定电流。
解 (1) 则α=90º
cos 2Ud 1 2 50 1 0
0.45U d
0.45 220
(2)
R Ud 50 2.5
Id 20
当 α=90º时，输出电流有效值
I U U2 1 sin 2 π 44.4 A
R R 4π
2π
cos P UI2
U
44.4 50
20 0.505
UTN (2 ~ 3)Um (2 ~ 3)311 622 ~ 933 V
根据计算结果可以选取满足要求的晶闸管。
2. 电感性负载
（1）工作原理 电感性负载通常是电机的励磁线圈和负载串联电抗器等。 当流过电感的电流变化时，电感两端产生感应电势，感应电势对负载电
流的变化有阻止作用，使得负载电流不能突变。当电流增大时，电感吸 收能量储能，电感的感应电势阻止电流增大；当电流减小时，电感释放 出能量，感应电势阻止电流的减小，输出电压、电流有相位差。
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
第2章总结及练习题
单相可控整流——习题
11.在单相半波可控整流大电感负载有续流二极管 的电路中，晶闸管的控制角α的最大移相范围是 多少？晶闸管的导通角、续流二极管的导通与α 关系如何？ 12. 单相全控桥式整流电路接大电感负载。已知 R=10Ω，α=45°，U2=100V，试计算：
计算输出整流电压Ud，输出电流平均值Id； 计算晶闸管电流的有效值IV1; 按裕量系数2确定晶闸管的额定电流。
单相可控整流——习题
13.现有单相半波、单相桥式、三相半波三种整流 电路带电阻性负载，负载电流Id都是40A，问流 过与晶闸管串联的熔断器的平均电流、有效电流 各为多大? 14. 单相全控桥式有源逆变电路，变压器二次电 压交有效值U2=200V，回路总电阻R=1.2Ω平波 电抗器L足够大，可使负载电流连续，当β=450， Ed=-188V时，按要求完成下列各项： 画出输出电压Ud的波形； 画出晶闸管V11的电流波形iv11； 计算晶闸管电流的平均值IvIAR0
单相全波可控整流——总结
工作原理 SCR承受电压分析 与桥式全控的异同点
单相桥式半控整流——总结
大电感负载，工作原理 二极管的作用 输出电压波形的特点
单相可控整流——习题
1. 单相全控桥式反电动势负载电路中，当控制角 α大于停止导通角δ时，晶闸管的导通角θ= 。 2.单相全波可控整流电路中，晶闸管承受的最大 反向电压为 。三相半波可控整流电路中， 晶闸管承受的最大反向电压为 。（电源 相电压为U2） 3.单相全控桥可控整流电路中功率因数cos比单相 半波可控整流电路的功率因数提高了________ 倍。各管上承受的最大反向电压为________。
整流电路的有源逆变工作状态——习 题
可控硅整流电路
I dVT
1 2
Id
0.45 U 2 R
1 cosa
2
电力电子技术
2-12
2.1.2单相桥式全控整流电路
流过晶闸管的电流有效值：
IVT
1
(
2U2 sin t)2 d(t) U2
2 a R
2R
1 sin 2a a
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
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， 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。
电力电子技术
图2-5 单相全控桥式 带电阻负载时的电路及波形 2-11
1）带电阻负载的工作情况
变压器T起变换电压和 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。
电力电子技术
图2-1 单相半波可控整流电路及波形
2-4
2.1.1单相半波可控整流电路
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
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
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。
电力电子技术
单相可控整流电路原理
单相可控整流电路原理
单相可控整流电路是一种将交流电转换为直流电的电路。
其基本原理是通过控制半导体器件（通常是可控硅）的导通和截止来实现对电流的改变。
当交流电压的波峰大于可控硅的导通电压时，可控硅会导通，并且电流会从正向流入负向，形成半波整流。
当交流电压的波峰小于可控硅的导通电压时，可控硅将截止，电路断开，不会有电流通过。
这样，通过控制可控硅的导通时间和截止时间，可以实现对电流的调节。
为了实现精确的电流调节，通常还使用了一个触发电路，用来控制可控硅的导通和截止。
触发电路的输入信号可以来自外部，如调节器、控制器等，也可以来自电路自身，通过电流变压器或电压变压器来实现反馈控制。
在单相可控整流电路中，通常还会使用滤波电路来平滑输出的直流电压。
滤波电路通常由电容器组成，可以将直流电压的纹波成分减小到很小的程度。
总的来说，单相可控整流电路通过控制可控硅的导通和截止，实现对交流电的半波整流，从而将交流电转换为直流电。
通过添加触发电路和滤波电路，可以实现对输出直流电压的精确调节和纹波的减小。
2.2三相整流电路河南理工大学电力电子课件
U d
3
p
p p a 3
6U 2
sin
wtd (wt )
2.34U 2
1
cos(p
3
a )
（3-27）
当a>60时，ud波形每60中有一段为零，ud波形不 能出现负值
波形图： a =90 （ 图3－21）
带电阻负载时三相桥式全控整流电路a角的移相范 围是120
河南理工大学
好学力行
明德任责
晶3闸.2管.2及输出三整流相电桥压的式情全况如控表整3－1流所示电路
时段
I
II
III
IV
V
VI
共阴极组中导通 VT1 的晶闸管
分析方法同共阴极接法的三 相半波整流电路。
明德任责
河南理工大学
好学力行
小结
明德任责
重点：1）三相半波整流电路不同负载下的分析； 2）三相可控整流电路的α=0位置； 3）三相半波整流电路的3脉波特点及缺点； 4）该电路的电气量波形绘制及计算。
河南理工大学
好学力行 2.2.2 三相桥式全控整流电路
三相桥式电路的组成：
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好学力行
3.2.1 三相半波可控整流电路
明德任责
变压器二次电流即晶闸管电流的有效值为
I2 IVT
1 3
Id
0.577Id
晶闸管的额定电流为
I VT(AV)
IVT 1.57
0.368Id
晶闸管最大正、反向电压峰值均为变压器二次线
电压峰值
U FM U RM 2.45U 2
三相半波的主要缺点在于其变压器二次电流 中含有直流分量，为此其应用较少。
单相半控桥式 整流电路及波形
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章整流电路-单相整流电路
ud id
t1
uT1,4
t
t
i2
t
图2-5 单相桥式全控整流电路电阻负载 时电路及波形
§2
§2.1
单相桥式全控整流电路
电阻性负载
ud id
(1 cos )
数量关系
⑴ 输出直流电压的平均值Ud ：
Ud 1
t1
2U 2 sin td (t )
2U 2
uT1,4
负载：是各种工业设备，在讨论整流电路的原理时，各种负载
可等效为电阻性负载、电感性负载、反电动势负载等。 控制电路：包括功率器件的触发（驱动）电路和闭环控制电路 等，它是实现整流电路正常工作、达到预定目标的控制环节。
概 述
按交流电源的相数划分，整流电路又分为单相可控 整流电路和三相可控整流电路。 本章介绍单相可控整流电路并假定功率开关元件是理 想的（即导通压降为零、关断漏电流为零、开关时间为 零）。
2.1 单相可控整流电路
1 2 3 4 单相半波可控整流电路 单相桥式全控整流电路
单相桥式半控整流电路
晶闸管触发电路
基础知识预习
周期 T 、频率 f 、角频率 、角度 的关系：
T 1 / f 2 f t
电流电压的平均值与有效值：平均值为一个周期内瞬时值的积分 再平均；有效值为一个周期内瞬时值平方的积分再平均后再开方 （称方均根）。 直流电的平均值与有效值相等。周期性变化 的电压或电流用有效值来标定，其含义是从 作功角度上讲，有效值等同于相同幅值的直 流电压或电流。对于正弦波交流电，半周平 均值为有效值的 0.900倍，有效值是峰值的 0.707 倍。
u2 u1
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（2-8）
负载电流有效值（变压器二次绕组电流有效值）：
U2 1 1 π 2U2 π −α 2 I = I2 = ∫ ( sinωt) d(ωt) = sin2α + π α R R 2π π
（2-9）
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《电力电子技术》第2章整流电路
2.1
单相可控整流电路
2.1.1 单相半波可控整流电路
u2过零时：iT过零 IA<IH 维持电流, 晶闸管关断。 u2负半周： 晶闸管 承受反向电 压不能导通， ud = 0 uVT= u2 。 id= ud/R 与 ud 波形 相同。 以后重复。
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动画 上海电力学院 电子技术教研室
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《电力电子技术》第2章整流电路
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《电力电子技术》第2章整流电路
2.1
单相可控整流电路
2.1.2 单相桥式全控整流电路 一. 电阻性负载
工作原理及波形分析：
u2正半周： VT1和VT4承受正向电压，
加触发脉冲即导通，
ud = u2 u2过零时关断。
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Id
U d = R
（2-12）
晶闸管移相范围为90°。 晶闸管承受的最大正反向 电压均为 2 U 2 。
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《电力电子技术》第2章整流电路
2.1
单相可控整流电路
2.1.2 单相桥式全控整流电路 二. 电感性负载 晶闸管导通角θ与 α 无关，均为180° id连续
2
。
Ud 2 2 U 2 1 + cos α U 2 1 + cos α Id = = = 0 .9 R πR 2 R 2
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（2-7）
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《电力电子技术》第2章整流电路
2.1
单相可控整流电路
2.1.2 单相桥式全控整流电路 晶闸管电流平均值：
U2 1 + cosα 1 IdT = Id = 0.45 R 2 2
（2-1）
Ud是a的函数：
VT的α 移相范围：180° 导通角：θ= π − α 晶闸管承受的最大正反向电压：
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2U
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2
6
《电力电子技术》第2章整流电路
2.1
单相可控整流电路
2.1.1 单相半波可控整流电路 二 . 电感性负载
负载的感抗与电阻R 相比不可忽略时， 称“电感性负载”
（2-6）
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2.1
单相可控整流电路
2.1.2 单相桥式全控整流电路
α 角的移相范围为180°。 导通角θ：180 °— α 晶闸管承受的最大反向电压为 晶闸管承受的最大正向电压为 输出电流平均值：
2 U 2， 2U
2
《电力电子技术》
第2章 整流电路
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《电力电子技术》第2章整流电路
2.1 单相可控整流电路
2.1.1 单相半波可控整流电路
一. 电阻性负载
u 2 = 2U 2 sin ωt
2U2
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2.1
单相可控整流电路
u2从最大值减小后，id 也逐步 减小， L的感应电势：上负下正
（阻止电流减小）
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2.1
单相可控整流电路
2.1.1 单相半波可控整流电路 二 . 电感性负载
u2过零变负，id >0，
L能量未释放完。 L上的感应电势使
VT 继续导通。
Ø 当ωt<δ时，加触发脉冲时，晶闸管承受反向电压，不可能 导通。为了使晶闸管可靠导通，要求触发脉冲有足够的宽度 ，保证当ωt=δ时刻，晶闸管开始承受正向电压时，触发脉冲 仍然存在。这样，相当于触发角被推迟为δ。
《电力电子技术》第2章整流电路
2.1
单相可控整流电路
2.1.2 单相桥式全控整流电路 u2负半周： VT2和VT3承受正向电压，
有触发脉冲即导通， ud = - u2 u2过零时关断。
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2.1
单相可控整流电路
2.1.2 单相桥式全控整流电路 晶闸管两端电压：
为便于讨论，假设电路已 工作于稳态。 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。
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2.1
单相可控整流电路
2.1.2 单相桥式全控整流电路 二. 电感性负载
u2负半周时，
VT2、VT3承受正压 ωt=π+α 时给VT2、 和VT3加触发脉冲， 两管导通。 VT2、VT3导通后， u2通过VT2、VT3分 别向VT1、VT4施加 反压使VT1、VT4关断，
2.1
单相可控整流电路
2.1.1 单相半波可控整流电路 Ø 基本数量关系：
直流输出电压平均值：
1 Ud = 2π
∫
π
α
2U2 1 + cosα 2U2 sinωtd (ωt ) = (1 + cosα ) = 0.45U2 2π 2
α=0 α α=π Ud = 0.45 U2 全导通 Ud Ud = 0 全截止
电感能量反送电网。
当 u2 = eL ， id=0， L 能量释放完。 VT才阻断。 ud出现负值。
输出直流电压平均值下降。
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动画
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《电力电子技术》第2章整流电路
2.1
单相可控整流电路
2.1.1 单相半波可控整流电路 二 . 电感性负载 电感性负载单相半波可控整流电路的特点: Ø ud出现负值。输出直流电压平均值下降。
|u2|>E时，才有晶闸管承受正电压， 有导通的可能。 导通之后，ud=u2， 直至|u2|=E，id降至 0 使得晶闸管 阻断，此后|u2|<E而 ud=E 。
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ud − E id = R
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《电力电子技术》第2章整流电路
2.1
单相可控整流电路
2.1.2 单相桥式全控整流电路 三. 带反电动势负载时的工作情况
2Hale Waihona Puke 1单相可控整流电路2.1.1 单相半波可控整流电路
控制角（触发延迟角） α： 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, 称为控制角或触发角。 导通角θ ：
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晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度。 上海电力学院 电子技术教研室
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《电力电子技术》第2章整流电路
为避免Ud太小，在整流 电路的负载两端并联续 流二极管。 工作过程： u2正半周： VDR反向截止不影响电 路工作。
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2.1
单相可控整流电路
2.1.1 单相半波可控整流电路 二 . 电感性负载
当u2过零变负时， VDR导通，ud为零。 负u2通过VDR向VT施加反压使 VT关断， L储存的能量保证了电流 id在LR-VDR回路中流通， ——续流 续流期间ud为0，ud中不再出现 负的部分。
电路设计时，在满足Ud要求下，U2应尽量小一些， 以免α过大。 2008-5-14 23 上海电力学院 电子技术教研室
《电力电子技术》第2章整流电路
2.1
单相可控整流电路
2.1.2 单相桥式全控整流电路 二. 电感性负载
与电阻性负载的工作原理基本相同 不同之处：
u2过零变负时，id ≠0 ， VT1和VT4不关断！
与无反电势时相比，晶闸管提前了电角度δ停止导电， δ: 停止导电角。 E −1 （2-14） δ = sin 2U 2 在α 角相同时，整流输出电压比电阻负载时大。
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2.1
单相可控整流电路
2.1.2 单相桥式全控整流电路 三. 带反电动势负载时的工作情况
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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： Ø 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。为使铁芯不饱和， 需增大铁芯的截面积。 Ø 实际上很少应用此种电路
Ø 导通角：θ > π − α θ取值与 α、φ 有关： 负载阻 抗角
α 大， θ 小； α 小， θ大； φ 小， θ 小； φ 大， θ大；
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2.1
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2.1.1 单相半波可控整流电路 二 . 电感性负载 ●续流二极管
2.1.2 单相桥式全控整流电路 晶闸管电流有效值：
IT =
1 U2 1 π −α I = sin 2α + π 2 2R 2π
（2-10）
变压器付边电流中无直流分量。
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