电力电子技术(本科)课件第三章整流电路2资料
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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
电力电子整理---第二讲(整流电路)ppt课件
接续流二极管VD除了可提高Ud外，还可减轻晶闸管的负担，
在每个周期内，每个晶闸管的导通角θT＝π-α,续流二极管的导
通角θD＝2α。
精选课件
29
2.1.2 电感性负载
2、续流二极管
1）、输出电压平均值与电阻性负载相同，为：
Ud＝0.9U2
1 cosα 2
（2－8）
2）、输出电流平均值为：
Id＝Ud /Rd
IdV T1 2Id0.4U 5 R 21c2os
i2
IV T2 1 (2 R U 2sitn )2 d (t)U 2 2 R2 1s2 in
I I21 (2 R U 2sit) n 2 d (t) U R 2 2 1s2 in
精选课件
IVT
1I 2
2
t
2
t
2
t
2
t
13
2.1.1 电阻性负载
图2-3 单相全控电感性负载带续流二极管时的电路和波形
精选课件
27
2.1.2 电感性负载
2、续流二极管
当电源电压U2为正
半周时，晶闸管VT1、 VT4触发导通，此时 负载两端电压为正向， 二极管VD承受反向电 压不导通，负载上电 压波形与不加二极管 时相同。
当电源电压变负时，自感电动势经二极管VD形成回路，使负载电流
➢ 只要电感足够大，满足ωLd＞＞Rd，可以认为输出电流连续并 且平直，实际上，无论Ld多么大，电流也是脉动的，只不过Ld越大脉
动越小。
➢ 输出电压平均值为：
1
Ud=
π
π
2 U2sinωtd(ωt)＝0.9U2cosα
（2－7）
α=0°时，Ud＝0.9U2，α＝90°时，Ud＝0，所以α的移相范围为
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
当a = 0°时，整流输出直流电压平均值最大，用Ud0
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：
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：
电力电子技术-整流电路56页PPT
31、只有永远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
电力电子技术-整流电路
51、没有哪个社会可以制订一部永远 适用的 宪法， 甚至一 条永远 适用的 法律。 ——杰 斐逊 52、法律源于人的自卫本能。——英 格索尔
53、人们通常会发现，法律就是这样 一种的 网，触 犯法律 的人， 小的可 以穿网 而过， 大的可 以破网 而出， 只有中 等的才 会坠入 网中。 ——申 斯通 54、法律就是法律它是一座雄伟的大 夏，庇 护着我 们大家 ；它的 每一块 砖石都 垒在另 一块砖 石上。 ——高 尔斯华 绥 55、今天的法律未必明天仍是法律。 ——罗·伯顿
电力电子技术完整版全套PPT电子课件
电力电子技术完整 版全套PPT电子课 件
contents
目录
• 电力电子技术概述 • 电力电子器件 • 电力电子电路 • 电力电子技术的控制策略 • 电力电子技术的实验与仿真
01
电力电子技术概述
电力电子技术的定义与发展
定义
电力电子技术是一门研究利用半 导体器件对电能进行变换和控制 的科学。
发展历程
饱和压降等特性
05
广泛应用于电机控制、电源转
换等领域
06
03
电力电子电路
整流电路
整流电路的工作原理
介绍整流电路的基本工作原理，包括 半波整流、全波整流和桥式整流等。
整流电路的应用
列举整流电路在电力电子领域的应用 ，如电源供应器、电池充电器和电机 驱动器等。
整流电路的类型
详细阐述不同类型的整流电路，如单 相半波整流电路、单相全波整流电路 、三相半波整流电路和三相全波整流 电路等。
光调光器和电加热温度控制器等。
一般工业应用
01
02
03
电动机控制
利用电力电子技术实现对 电动机的启动、调速、制 动等控制，提高工业生产 效率。
电热控制
通过电力电子技术对电热 设备进行控制，实现精确 的温度控制和节能效果。
照明控制
利用电力电子技术研发的 照明控制系统，可实现对 照明设备的智能控制和节 能管理。
。
应用领域
适用于对控制精度要求不高、成 本敏感的场合，如某些电源管理
、电机驱动等。
优缺点分析
优点在于实现简单、成本低；缺 点在于控制精度低、易受干扰、
调试困难。
数字控制技术
原理与特点
基于数字电路和微处理器实现控制，具有控制精度高、灵活性好 、易于实现复杂控制算法等特点。
contents
目录
• 电力电子技术概述 • 电力电子器件 • 电力电子电路 • 电力电子技术的控制策略 • 电力电子技术的实验与仿真
01
电力电子技术概述
电力电子技术的定义与发展
定义
电力电子技术是一门研究利用半 导体器件对电能进行变换和控制 的科学。
发展历程
饱和压降等特性
05
广泛应用于电机控制、电源转
换等领域
06
03
电力电子电路
整流电路
整流电路的工作原理
介绍整流电路的基本工作原理，包括 半波整流、全波整流和桥式整流等。
整流电路的应用
列举整流电路在电力电子领域的应用 ，如电源供应器、电池充电器和电机 驱动器等。
整流电路的类型
详细阐述不同类型的整流电路，如单 相半波整流电路、单相全波整流电路 、三相半波整流电路和三相全波整流 电路等。
光调光器和电加热温度控制器等。
一般工业应用
01
02
03
电动机控制
利用电力电子技术实现对 电动机的启动、调速、制 动等控制，提高工业生产 效率。
电热控制
通过电力电子技术对电热 设备进行控制，实现精确 的温度控制和节能效果。
照明控制
利用电力电子技术研发的 照明控制系统，可实现对 照明设备的智能控制和节 能管理。
。
应用领域
适用于对控制精度要求不高、成 本敏感的场合，如某些电源管理
、电机驱动等。
优缺点分析
优点在于实现简单、成本低；缺 点在于控制精度低、易受干扰、
调试困难。
数字控制技术
原理与特点
基于数字电路和微处理器实现控制，具有控制精度高、灵活性好 、易于实现复杂控制算法等特点。
《电力电子技术》PPT 第4章 整流电路
2) 主要的数量关系
输出电压平均值
空载时，Ud
2U
。
2
重载时，Ud逐渐趋近于0.9U2，即趋近于接近电阻负载时的特性。
在设计时根据负载的情况选择电容C值，使 RC (3 ~ 5)T / 2 , 此
时输出电压为： Ud≈1.2 U2。
电流平均值
输出电流平均值IR为：
二极管电流iD平均值为：
二极管承受的电压 2U2
4.1 单相半波整流电路 4.2 单相全波整流电路 4.3 三相整流电路
本章小结
4-2
4.1单相半波整流电路
单相半波整流电路只用一个整流器件，电 路最简单。
4.1.1 单相半波不可控整流电路 4.1.2 单相半波可控整流电路
4-3
4.1.1单相半波不控整流电路
1．电阻负载 电压与电流成正比，两者波形
相同。电阻负载下，负载上的直流 平均电压为：
U d
1
2
0 U max sin tdt
U max
2U s
0.45U s
图4-1 单相半波不可控整流电路及波形 4-4
4.1.1单相半波不控整流电路
2．电感性负载
电感对电流变化有抗拒作用。负 载电压波形不但有正半周的，而且还 有负半周的一部分，所以平均电压较 电阻负载时要小。
图4-9带变压器中心抽头的全波整流电路及其波形图
4-18
4.2.2 单相桥式半控整流电路
单相半控桥带阻感负载的情况
在 u2 正 半 周 ， u2 经 VT1 和 VD4 向负载供电。
2
u2过零变负时，因电感作用 b) O
t
电流不再流经变压器二次绕组， ud a
而是由VT1和VD2续流。
输出电压平均值
空载时，Ud
2U
。
2
重载时，Ud逐渐趋近于0.9U2，即趋近于接近电阻负载时的特性。
在设计时根据负载的情况选择电容C值，使 RC (3 ~ 5)T / 2 , 此
时输出电压为： Ud≈1.2 U2。
电流平均值
输出电流平均值IR为：
二极管电流iD平均值为：
二极管承受的电压 2U2
4.1 单相半波整流电路 4.2 单相全波整流电路 4.3 三相整流电路
本章小结
4-2
4.1单相半波整流电路
单相半波整流电路只用一个整流器件，电 路最简单。
4.1.1 单相半波不可控整流电路 4.1.2 单相半波可控整流电路
4-3
4.1.1单相半波不控整流电路
1．电阻负载 电压与电流成正比，两者波形
相同。电阻负载下，负载上的直流 平均电压为：
U d
1
2
0 U max sin tdt
U max
2U s
0.45U s
图4-1 单相半波不可控整流电路及波形 4-4
4.1.1单相半波不控整流电路
2．电感性负载
电感对电流变化有抗拒作用。负 载电压波形不但有正半周的，而且还 有负半周的一部分，所以平均电压较 电阻负载时要小。
图4-9带变压器中心抽头的全波整流电路及其波形图
4-18
4.2.2 单相桥式半控整流电路
单相半控桥带阻感负载的情况
在 u2 正 半 周 ， u2 经 VT1 和 VD4 向负载供电。
2
u2过零变负时，因电感作用 b) O
t
电流不再流经变压器二次绕组， ud a
而是由VT1和VD2续流。
2024版《电力电子技术》PPT课件
电力电子技术的定义与发展01020304定义晶闸管时代可控硅时代现代电力电子时代用于高压直流输电、无功补偿、有源滤波等，提高电力系统的稳定性和效率。
用于电动汽车、电动自行车、电梯等电机驱动系统，实现高效、节能的电机控制。
用于太阳能、风能等新能源发电系统，实现能源的高效利用和转换。
用于自动化生产线、机器人等工业设备，实现设备的精确控制和高效运行。
电力系统电机驱动新能源工业自动化数字化与智能化随着计算机技术和人工智能的发展，电力电子技术将实现数字化和智能化，提高系统的自适应能力和智能化水平。
高频化与高效化随着半导体材料和器件的发展，电力电子技术将实现更高频率和更高效率的电能转换。
绿色化与环保化随着环保意识的提高，电力电子技术将更加注重绿色、环保的设计理念，降低能耗和减少对环境的影响。
工作原理特点应用整流电路、续流电路等工作原理通过门极触发导通，无法自行关断特点耐压高、电流大、开关速度快应用直流电机调速、交流调压等工作原理特点应用工作原理特点应用逆变器、斩波器、电机驱动等工作原理特点应用工作原理开关速度快、耐压高、电流大、热稳定性好应用逆变器、斩波器、电机驱动等高端应用领域特点VS整流电路的作用整流电路的分类整流电路的工作原理整流电路的应用整流电路逆变电路逆变电路的作用逆变电路的分类逆变电路的工作原理逆变电路的应用直流-直流变流电路直流-直流变流电路的作用直流-直流变流电路的分类直流-直流变流电路的工作原理直流-直流变流电路的应用交流-交流变流电路交流-交流变流电路的作用交流-交流变流电路的工作原理A B C D交流-交流变流电路的分类交流-交流变流电路的应用电机驱动照明控制加热与焊接030201一般工业应用交通运输应用电动汽车驱动轨道交通牵引航空电源电力系统应用高压直流输电柔性交流输电通过电力电子技术可实现高压直流输电，减少输电损耗和占地面积。
智能电网风能发电通过电力电子技术可实现风能发电系统的变速恒频控制和并网运行。
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
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：
河南理工大学
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
电力电子技术全套课件
特点
整流电路具有将交流电转换为直流电的功能，是电力电子设备中不可或缺的组成部分。同时，整流电 路的性能直接影响到电力电子设备的整体性能。因此，在设计整流电路时，需要根据实际需求选择合 适的电路类型和器件，并进行合理的布局和走线，以确保整流电路的稳定性和可靠性。
04
逆变电路
逆变电路的工作原理与分类
技术特点与优势
分析高压直流输电的技术特点和优势，如远距离输电损耗 小、系统稳定性高等。
工程应用与发展趋 势
介绍高压直流输电在国内外的典型工程应用，并探讨其未 来发展趋势和技术挑战。
THANKS
感谢观看
制。
逆变电路的应用与特点
应用
逆变电路广泛应用于电力电子变换器、不间断电源、变频调 速系统、新能源发电系统等领域。
特点
逆变电路具有高效率、高功率因数、低谐波污染等优点，能 够实现能量的双向流动和电网的并网运行。同时，随着电力 电子技术的发展，逆变电路的性能和可靠性也在不断提高。
05
直流-直流变流电路
升压型直流-直流变流电路
工作原理
升压型直流-直流变流电路通过开关管的导通和关断，控制电感的 充放电过程，从而实现输入电压到输出电压的升压转换。
电路组成
升压型直流-直流变流电路主要由开关管、电感、电容、二极管等 元件组成，与降压型电路类似，但元件的连接方式和参数有所不同 。
应用场景
升压型直流-直流变流电路广泛应用于各种需要升压的电子设备中， 如电动汽车、太阳能发电系统等。
02
电力电子器件
不可控器件
电力二极管（Power Diode） 工作原理及特性
主要参数与选型
不可控器件
01
晶闸管（Thyristor）
整流电路具有将交流电转换为直流电的功能，是电力电子设备中不可或缺的组成部分。同时，整流电 路的性能直接影响到电力电子设备的整体性能。因此，在设计整流电路时，需要根据实际需求选择合 适的电路类型和器件，并进行合理的布局和走线，以确保整流电路的稳定性和可靠性。
04
逆变电路
逆变电路的工作原理与分类
技术特点与优势
分析高压直流输电的技术特点和优势，如远距离输电损耗 小、系统稳定性高等。
工程应用与发展趋 势
介绍高压直流输电在国内外的典型工程应用，并探讨其未 来发展趋势和技术挑战。
THANKS
感谢观看
制。
逆变电路的应用与特点
应用
逆变电路广泛应用于电力电子变换器、不间断电源、变频调 速系统、新能源发电系统等领域。
特点
逆变电路具有高效率、高功率因数、低谐波污染等优点，能 够实现能量的双向流动和电网的并网运行。同时，随着电力 电子技术的发展，逆变电路的性能和可靠性也在不断提高。
05
直流-直流变流电路
升压型直流-直流变流电路
工作原理
升压型直流-直流变流电路通过开关管的导通和关断，控制电感的 充放电过程，从而实现输入电压到输出电压的升压转换。
电路组成
升压型直流-直流变流电路主要由开关管、电感、电容、二极管等 元件组成，与降压型电路类似，但元件的连接方式和参数有所不同 。
应用场景
升压型直流-直流变流电路广泛应用于各种需要升压的电子设备中， 如电动汽车、太阳能发电系统等。
02
电力电子器件
不可控器件
电力二极管（Power Diode） 工作原理及特性
主要参数与选型
不可控器件
01
晶闸管（Thyristor）
电力电子技术之第2-3章 三相半波整流
2012-2-22 电力电子技术 6
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
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
电力电子技术项目化教程配套课件1.3 知识点2：单相半波可控整流电路
例1－3 单相半波可控整流电路，阻性负载，
电源电压U2为220V，要求的直流输出电压
为50V，直流输出平均电流为20A，试计算： –晶闸管的控制角。 –输出电流有效值。 –电路功率因数。 –晶闸管的额定电压和额定电流，并选 择晶闸管的型号。
20
解：1．由计算输出电压
练习题
电压为50V时的晶闸管控制角α求得α ＝90°
目录
Contents
01 知识点1：认识晶闸管
02 知识点2：单相半波可控整流电路
03 知识点3：单结晶体管触发电路
04
扩展知识点：门极可关断晶闸管GTO
03
1.3 知识点2：单相半 波可控整流电路
调光灯电路的主电路是一个单相半波可控整流电路。整流电路是使用最早的电力电子 电路之一，它的作用就是将交流电变为直流电。整流电路按组成器件分为不可控型、半控 型和全控型整流电路三种，按照电路结构分为桥式电路和零式电路两种，按照交流输入相 数分为单相电路和多相电路，按照变压器二次侧电流的方向是单相或双向，又分为单拍电 路和双拍电路。
16
3.基本物理计算
ud
ωt
α
π
2π
1）输出直流平均电压
1
Ud 2
2U2 sintdt
1 cos
0.45U2 2
2）输出电压有效值
U
1 (
2
2U2 sint)2dt
U2
1 sin2
4
2
17
3.基本物理计算
ud
ωt
α
π
2π
3）输出电流平均值
Id
Ud R
0.45 U2 R
即改变控制角的大小。
移相范围：移相范围是指一个周期内触发脉 冲的移动范围，它决定了输出电压的变化范 围。
电源电压U2为220V，要求的直流输出电压
为50V，直流输出平均电流为20A，试计算： –晶闸管的控制角。 –输出电流有效值。 –电路功率因数。 –晶闸管的额定电压和额定电流，并选 择晶闸管的型号。
20
解：1．由计算输出电压
练习题
电压为50V时的晶闸管控制角α求得α ＝90°
目录
Contents
01 知识点1：认识晶闸管
02 知识点2：单相半波可控整流电路
03 知识点3：单结晶体管触发电路
04
扩展知识点：门极可关断晶闸管GTO
03
1.3 知识点2：单相半 波可控整流电路
调光灯电路的主电路是一个单相半波可控整流电路。整流电路是使用最早的电力电子 电路之一，它的作用就是将交流电变为直流电。整流电路按组成器件分为不可控型、半控 型和全控型整流电路三种，按照电路结构分为桥式电路和零式电路两种，按照交流输入相 数分为单相电路和多相电路，按照变压器二次侧电流的方向是单相或双向，又分为单拍电 路和双拍电路。
16
3.基本物理计算
ud
ωt
α
π
2π
1）输出直流平均电压
1
Ud 2
2U2 sintdt
1 cos
0.45U2 2
2）输出电压有效值
U
1 (
2
2U2 sint)2dt
U2
1 sin2
4
2
17
3.基本物理计算
ud
ωt
α
π
2π
3）输出电流平均值
Id
Ud R
0.45 U2 R
即改变控制角的大小。
移相范围：移相范围是指一个周期内触发脉 冲的移动范围，它决定了输出电压的变化范 围。
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5.4 大容量相控整流电路
3、平衡电抗器工作原理：
由于平衡电抗器 的接入，瞬时电压差 加在电抗
器两端，
，当
时，
，
，使 降低 后接入负载，
，
使 升高 后接入负载，电感使两组整流桥输出到负载
的电压达到平衡，正、负两组同时导电，故称之为平衡电
抗器。
5.4 大容量相控整流电路
2. 带平衡电抗器的双反星形相控整流电路数量关系
5.6.1 m脉波相控整流输出电 压通用公式 P97
如图：在一个交流电源周期2π中，有m个形状相
同的脉波，但它们相差 ，脉波的周期为
。
若将纵坐标选在整流电压的峰值处，则在 ～ 期间，整流输出电压的表达式为：
图5.6.1 m脉波整流输出直流脉动电压波形
5.6.1 m脉波相控整流输出电压通用公式
整流输出电压的表达式
(5.5.7)
图5.5.1 考虑变压器的漏抗后相控整流电路的等效电路及输出电压电流的波形
上式表明，当Ll或Id增大时，γ将增大；当α增大时，γ减小。必 须指出，如果在负载两端并联续流二极管，将不会出现换流重叠的 现象，因为换流过程被续流二极管的存在所改变。
5.5 相控整流电路的换相压降
2、换相重叠角γ计算过程
Ll为变压器的每相绕组 折合到二次侧的漏抗
1、换相重叠角γ
实际工作中，整流变 压器存在漏抗，晶闸管之 间的换流不能瞬时完成， 会出现参与换流的两个晶 闸管同时导通的现象，同 时导通的时间对应的电角 度称为换相重叠角γ。
图5.5.1 考虑变压器的漏抗后相控整流电路 的等效电路及输出电压电流的波形
5.5 相控整流电路的换相压降
出平均电压的减少量，称为换相压降Uγ。
图5.5.1 考虑变压器的漏抗后 相控整流电路的等效电路
(5.5 .4)
上式中
是变压器每相漏感折合到二次则的漏电抗。
换相压降Uγ正比于负载电流Ｉd，它相当于整流电源增加了一项等
效电阻
，但这个等效内阻并不消耗有功功率。
5.5 相控整流电路的换相压降
2、换相重叠角γ 计算过程
Ll为变压器的每相绕组 折合到二次侧的漏抗
2、工作过程
当ωt１时刻触发Ｔ２ 时，Ｂ相电流不能瞬时上
升到Ｉd值，Ａ相电流不能 瞬时下降到零，电流换相
需要时间tγ，换流重叠角 所对应的时间为tγ=γ/ω。 在重叠角期间，Ｔ１、Ｔ２ 同时导通，产生一个虚拟
电流Ik ，
图5.5.1 考虑变压器的漏抗后相控整流电路
( 5.5.3 ) 图中的阴影面积大小为：
( 5.5.4 )
图5.5.1 考虑变压器的漏抗后相控整流电路
的等效电路及输出电压电流的波形
5.5 相控整流电路的换相压降
3、参数计算
1）换相压降Uγ
在图5.5.1(a)所示的三相半波可控整流电 路中，整流输出电压为3相波形组合 （即一周期内换相3次），每个周期 内有3个阴影面积，这些阴影面积之和 3S除以周期2π，即为换相重叠角期间输
（2）当U2相等时，双反星形的Ud是三相桥的1/2，而 Id是单相桥的2倍； （3）每一整流器件承担负载电流Id的一半，整流器件 流过电流的有效值在电感性负载时为0.289 Id ，所以与 其他整流电路相比，提高了整流器件承受负载的能力；
（4）两种电路中晶闸管的导通及触发脉冲的分配关系 一样，ud和id的波形形状一样。
在图5.5.1(b)中为便于计算，将坐标原移到Ａ、Ｂ相的自然换流点，设
由式(5.5.1)可得
将上式两边同乘以ω得
(5.5.5)
从电路工作原理可知，当电感Ll中电流从０变到Id时，正好对应ωt从 α变到α+γ，将此条件代入式(5.5.5)得
即 则换相重叠角为
(5.5.6) (5.5.7)
5.5 相控整流电路的换相压降
由式
（5.4.6）
可知，输出电压中的谐波阶次n为6k，k=1,2,3……..， n=6,12,18….，最低谐波为6次谐波，其值仅为直流平均值 的2／35。
由于每组三相半波整流电流是负载电流的1/2，故晶闸 管的选择和变压器二次绕组额定容量的确定只要按Id/2计 算即可。流过晶闸管和变压器二次绕组的电流相同，在电 感性负载时都是方波，其等效值为
的傅里叶级数表达式为：
(5.6.1)
m脉波相控整流输出电压平均值为：
谐波的系数
(5.6.7)
(5.6.10)
(5.6.11)
令m=2,3,6，即可得到相控整流时单相桥、三相半波以及三相全桥 相控整流电压的各次谐波及整流直流电压平均值。
令α=0，则可得到不控整流时单相桥、三相半波以及三相全桥等 不控整流电压的各次谐波及整流直流电压平均值。
2、换相重叠角γ的计算过程
表5.5.1 各种整流电路换相压降和换相重叠角的计算
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
的等效电路及输出电压电流的波形
5.5 相控整流电路的换相压降
2、工作过程
由图可知
( 5.5.1 )
而整流输出电压为
( 5.5.2 )
图5.5.1 考虑变压器的漏抗后相控整流电路
的等效电路及输出电压电流的波形
5.5 相控整流电路的换相压降
2、工作过程
式 ud
表明：
在γ期间，直流输出电压比uA或uB 都小，使输出电压波形减少了一块 阴影面积, 降低的电压值为 。
5.6.2 单相和三相桥式相控整流电压 的谐波分析
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 P94ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
（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；
3、平衡电抗器工作原理：
由于平衡电抗器 的接入，瞬时电压差 加在电抗
器两端，
，当
时，
，
，使 降低 后接入负载，
，
使 升高 后接入负载，电感使两组整流桥输出到负载
的电压达到平衡，正、负两组同时导电，故称之为平衡电
抗器。
5.4 大容量相控整流电路
2. 带平衡电抗器的双反星形相控整流电路数量关系
5.6.1 m脉波相控整流输出电 压通用公式 P97
如图：在一个交流电源周期2π中，有m个形状相
同的脉波，但它们相差 ，脉波的周期为
。
若将纵坐标选在整流电压的峰值处，则在 ～ 期间，整流输出电压的表达式为：
图5.6.1 m脉波整流输出直流脉动电压波形
5.6.1 m脉波相控整流输出电压通用公式
整流输出电压的表达式
(5.5.7)
图5.5.1 考虑变压器的漏抗后相控整流电路的等效电路及输出电压电流的波形
上式表明，当Ll或Id增大时，γ将增大；当α增大时，γ减小。必 须指出，如果在负载两端并联续流二极管，将不会出现换流重叠的 现象，因为换流过程被续流二极管的存在所改变。
5.5 相控整流电路的换相压降
2、换相重叠角γ计算过程
Ll为变压器的每相绕组 折合到二次侧的漏抗
1、换相重叠角γ
实际工作中，整流变 压器存在漏抗，晶闸管之 间的换流不能瞬时完成， 会出现参与换流的两个晶 闸管同时导通的现象，同 时导通的时间对应的电角 度称为换相重叠角γ。
图5.5.1 考虑变压器的漏抗后相控整流电路 的等效电路及输出电压电流的波形
5.5 相控整流电路的换相压降
出平均电压的减少量，称为换相压降Uγ。
图5.5.1 考虑变压器的漏抗后 相控整流电路的等效电路
(5.5 .4)
上式中
是变压器每相漏感折合到二次则的漏电抗。
换相压降Uγ正比于负载电流Ｉd，它相当于整流电源增加了一项等
效电阻
，但这个等效内阻并不消耗有功功率。
5.5 相控整流电路的换相压降
2、换相重叠角γ 计算过程
Ll为变压器的每相绕组 折合到二次侧的漏抗
2、工作过程
当ωt１时刻触发Ｔ２ 时，Ｂ相电流不能瞬时上
升到Ｉd值，Ａ相电流不能 瞬时下降到零，电流换相
需要时间tγ，换流重叠角 所对应的时间为tγ=γ/ω。 在重叠角期间，Ｔ１、Ｔ２ 同时导通，产生一个虚拟
电流Ik ，
图5.5.1 考虑变压器的漏抗后相控整流电路
( 5.5.3 ) 图中的阴影面积大小为：
( 5.5.4 )
图5.5.1 考虑变压器的漏抗后相控整流电路
的等效电路及输出电压电流的波形
5.5 相控整流电路的换相压降
3、参数计算
1）换相压降Uγ
在图5.5.1(a)所示的三相半波可控整流电 路中，整流输出电压为3相波形组合 （即一周期内换相3次），每个周期 内有3个阴影面积，这些阴影面积之和 3S除以周期2π，即为换相重叠角期间输
（2）当U2相等时，双反星形的Ud是三相桥的1/2，而 Id是单相桥的2倍； （3）每一整流器件承担负载电流Id的一半，整流器件 流过电流的有效值在电感性负载时为0.289 Id ，所以与 其他整流电路相比，提高了整流器件承受负载的能力；
（4）两种电路中晶闸管的导通及触发脉冲的分配关系 一样，ud和id的波形形状一样。
在图5.5.1(b)中为便于计算，将坐标原移到Ａ、Ｂ相的自然换流点，设
由式(5.5.1)可得
将上式两边同乘以ω得
(5.5.5)
从电路工作原理可知，当电感Ll中电流从０变到Id时，正好对应ωt从 α变到α+γ，将此条件代入式(5.5.5)得
即 则换相重叠角为
(5.5.6) (5.5.7)
5.5 相控整流电路的换相压降
由式
（5.4.6）
可知，输出电压中的谐波阶次n为6k，k=1,2,3……..， n=6,12,18….，最低谐波为6次谐波，其值仅为直流平均值 的2／35。
由于每组三相半波整流电流是负载电流的1/2，故晶闸 管的选择和变压器二次绕组额定容量的确定只要按Id/2计 算即可。流过晶闸管和变压器二次绕组的电流相同，在电 感性负载时都是方波，其等效值为
的傅里叶级数表达式为：
(5.6.1)
m脉波相控整流输出电压平均值为：
谐波的系数
(5.6.7)
(5.6.10)
(5.6.11)
令m=2,3,6，即可得到相控整流时单相桥、三相半波以及三相全桥 相控整流电压的各次谐波及整流直流电压平均值。
令α=0，则可得到不控整流时单相桥、三相半波以及三相全桥等 不控整流电压的各次谐波及整流直流电压平均值。
2、换相重叠角γ的计算过程
表5.5.1 各种整流电路换相压降和换相重叠角的计算
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
的等效电路及输出电压电流的波形
5.5 相控整流电路的换相压降
2、工作过程
由图可知
( 5.5.1 )
而整流输出电压为
( 5.5.2 )
图5.5.1 考虑变压器的漏抗后相控整流电路
的等效电路及输出电压电流的波形
5.5 相控整流电路的换相压降
2、工作过程
式 ud
表明：
在γ期间，直流输出电压比uA或uB 都小，使输出电压波形减少了一块 阴影面积, 降低的电压值为 。
5.6.2 单相和三相桥式相控整流电压 的谐波分析
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 P94ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
（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；