电力电子技术-整流电路

13
数量关系
Ud
1
2U2 sin td(t)
2
2U2 1 cos 2
0.9U
2
1
cos 2
角的移相范围为180 向负载输出的平均电流值为：
（2-9）
Id
Ud R
2
2U 2
R
1 cos
2
0.9 U2 R
1 cos
2
（2-10）
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
（2-11）
14
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
（2-12）
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
11
单相半波可控整流电路的特点 • 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。 • 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。
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2.1.2 单相桥式全控整流电路
1 .带电阻负载的工作情况
VT 3
1
T
i2 a
a)
u1
u2 b
VT
id ud R
第2章 整流电路(AC/DC变换）
2.1 单相可控整流电路 2.2 三相可控整流电路 2.3 变压器漏感对整流电路的影响 2.4 电容滤波的不可控整流电路 2.5 整流电路的谐波和功率因数 2.6 大功率可控整流电路 2.7 整流电路的有源逆变工作状态 2.8 晶闸管滞留电动机系统 2.9 相控电路的驱动控制
O u
VT1,4
O
Id Id
Id Id
t
Id
t t t t
t
b)
图2-6 单相全控桥带 阻感负载时的电路及波形
假 均设 值电 不路 变已 。工作于稳态，id的平 假 连设 续负 且载 波电 形感 近很 似大为，一负水载平线电。流id u晶2过闸零管变VT负1和时V，T4由中于仍电流感过的电作流用id， 并不关断。
▪ 为使晶闸管可靠导通，触发脉冲需足够的宽度， ▪ 保证当 ωt = δ 时，晶闸管承受正电压，触发脉冲仍
然存在，相当于触发角被推迟为δ，即 a =δ
19
ud =
E
0
t
id
O
t
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
➢ 负载为直流电动机时，如果 出现电流断续则电动机 的机械 特性将很软 。
VT
L u2
R
VT
L u2
R
a)
b)
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
7
VT
VT
当VT处于通态时，如下方程成立：
L
L
u2
u2
R
R
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
L
did dt
Rid
I dmin
I dmin
（2-17）
20
2.1.3 单相全波可控整流电路
ud
O
R i1 O
i1 T VT1
u1
u2 u2 VT2
ud
a)
t
t
b) 图2-9 单相全波可控整流电路及波形
单相全波可控整流电 路又称单相双半波可控 整流电路
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。
a)
u1
T u2
VT uVT
id
L ud
R
u
2
b)
0
t1
ug
c) 0
ud
d) 0 id
e) 0
u VT
+
f) 0
2
t
t +
t
t
t
阻感负载
当负载中感抗与电阻相比不可 忽略时
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。
电力电子电路中存在非线性的 电力电子器件，决定了电力电子 电路时非线性电路。
本章小结
1
第2章 整流电路·引言
整流电路：
出现最早的电力电子电路，将交流电变为直流电。
整流电路的分类：
按组成的器件可分为不可控、半控、全控三种。 按电路结构可分为桥式电路和零式电路。 按交流输入相数分为单相电路和多相电路。 按变压器二次侧电流的方向是单向或双向，又分为 单拍电路和双拍电路。
2
2.1 单相可控整流电路
2
t 只在交流输入的正半周内出现，故称
u
g
为单相半波可控整流电路。
c)
0
t
ud
d) 0
u VT
e) 0
t
特点： 电压与电流成正比，两者波形相同
t
图2-1 单相半波可控整流电路及波形
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。
➢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
3
2.1.1 单相半波可控整流电路
1. 带电阻负载的工作情况
T
a)
u1
u2
VT
uVT
id
ud R
变压器T
起变换电 压
隔离
u2
交流输入为单相，直流输出电压波形
b)
0 t1
R
1 sin 2
2
（2-13）
由式（2-12）和式（2-13）
I VT
1I 2
不考虑变压器的损耗时，要求变压器的容量 S=U2I2
（2-14）
15
2 .带阻感负载的工作情况
T
i2
a
u1
u2
b
VT1
VT3
id
L ud
R
VT4
VT2
u2
a)
O
t
ud
O id
iVT
O
1,4
iO
VT2,3
O i
2
在u2负半周触发角a 时刻触发VT3，VT3 导通，则向VT1加反压使之关断，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。
23
续流二极管的作用
若无续流二极管，则当 突然增大至180或触发脉冲丢失时，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，即半周期ud为正弦，另外半周期ud为零，其平均值保 持恒定，称为失控。 有续流二极管VDR时，续流过程由VDR完成，晶闸管关断，避免 了某一个晶闸管持续导通从而导致失控的现象。同时，续流期间导 电回路中只有一个管压降，有利于降低损耗。
图2-4 单相半波带阻感负载 有续流二极管的电路及波形
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若近似认为id为一条水平线，恒为Id，则有
I dVT
2
Id
IVT
1
2
Id2d
(t
)
2
Id
（2-5） （2-6）
IdVD R 2 Id
（2-7）
IVDR
1
2
2
Id2d (t)
2 Id
（2-8）
VT的a 移相范围为180
1
u
uVT u
2
d
iVD R L VD R
R
u2
b)
O
t1
t
ud
c)
O
t
id
Id d)
O
t
i VT
I
d
e)
O iVD R
-
+
t
f)
O
t
uVT
g)
O
t
为避免Ud太小，在整流电路的负 载两端并联续流二极管
当u2过零变负时，VDR导通， ud 为 零 。 此 时 为 负 的 u2 通 过 VDR向VT施加反压使其关断， 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。续流期间 ud 为 零 ， ud 中 不 再 出 现 负 的 部分。
O i
I
d
t
2
O
t
Id
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
假设负载中电感很大，且电路已工作 于稳态
在u2正半周，触发角a处给晶闸管VT1 加 触发脉冲，u2经VT1和VD4向负载供电。 u2过零变负时，因电感作用使电流连续， VT1继续导通。 但因a点电位低于b点电位，使得电流从 VD4转移至VD2，VD4关断， 电流不再流经变压器二次绕组，而是由 VT1和VD2续流。
➢ 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，用来减少电流的脉动和 延长晶闸管导通的时间。
这时整流电压ud的波形和负载电 流id的波形与电感负载电流连续 时的波形相同，ud的计算公式亦 一样。
为保证电流连续所需的电感量L 可由下式求出
L 2 2U 2 2.87 103 U 2
电角
O
t
a)
b)
arcsin E