电力电子技术第二章整流器
现代电力电子技术导论
现代电力电子技术导论绪论电力电子技术在现代社会中扮演着至关重要的角色。
随着电子技术的迅速发展，电力电子技术的应用范围不断扩大，涉及到能源转换、能源管理、电动车辆、可再生能源等领域。
本文将介绍现代电力电子技术的基本原理、应用和未来发展方向。
第一章：电力电子器件1.1 电力电子器件概述1.1.1 电力电子器件的定义和分类1.1.2 电力电子器件的特点和性能指标1.2 二极管和整流器1.2.1 二极管的基本原理和特性1.2.2 整流器的基本原理和分类1.3 可控硅器件1.3.1 可控硅的基本原理和特性1.3.2 可控硅的应用和发展趋势1.4 晶闸管和弱级别器件1.4.1 晶闸管的基本原理和特性1.4.2 弱级别器件的基本原理和应用第二章：电力电子转换器2.1 电力电子转换器的概述2.1.1 电力电子转换器的基本结构和工作原理 2.1.2 电力电子转换器的应用领域2.2 直流-直流变换器2.2.1 升压转换器的原理和应用2.2.2 降压转换器的原理和应用2.3 直流-交流变换器2.3.1 单相桥式可控整流器的原理和应用2.3.2 三相桥式可控整流器的原理和应用2.4 交流-交流变换器2.4.1 交流-交流变换器的基本原理和分类2.4.2 交流-交流变换器的应用和发展趋势第三章：现代电力电子应用3.1 电力电子在电能质量控制中的应用3.1.1 电能质量的定义和评价指标3.1.2 电力电子器件在电能质量控制中的应用 3.2 电力电子在电动车辆中的应用3.2.1 电动车辆的概述和分类3.2.2 电力电子技术在电动车辆中的应用3.3 电力电子在可再生能源中的应用3.3.1 可再生能源的定义和分类3.3.2 电力电子技术在可再生能源中的应用案例第四章：现代电力电子技术的发展趋势4.1 多电平和多能源的电力电子系统4.1.1 多电平变换技术的原理和应用4.1.2 多能源系统的概念和特点4.2 高频和高效率的电力电子转换技术4.2.1 高频电力电子转换技术的优势和挑战4.2.2 高效率电力电子转换技术的研究方向4.3 智能和可靠的电力电子系统4.3.1 智能电力电子系统的特点和应用4.3.2 可靠性设计在电力电子系统中的重要性结语现代电力电子技术在电力转换和能源管理方面具有重要的意义。
电力电子技术第二章整流1 共91页
2.4 电容滤波的不可控整流电路（不作要求） 2.4.1 电容滤波的单相不可控整流电路 2.4.2 电容滤波的三相不可控整流电路
2.5 整流电路的谐波和功率因数 2.5.1 谐波和无功功率分析基础 2.5.2 带电感性负载时可控整流电路交流侧谐波和功 率因数分析 2.5.3 电容滤波的不可控整流电路交流侧谐波和功 率因数分析 2.5.4 整流输出电压和电流的谐波分析
第二章 第 8 页
2.1.1 单相半波可控整流电路（单相半波）
〔基本数量关系〕
直流输出电压平均值Ud
U d 2 1 2 U 2 sitn (d t)2 2 U 2(1 co ) 0 s .4 U 2 5 1 c 2o （2s -1）
说明：使用万用表直流档测量Ud即为该数值；
（2） ωt1 ～ π : U2为正， VT1和VT4 由于触发脉冲UG的 作用而导通， VT2和VT3承受 U2 的反向电压， id =U2/R ；
（3） π ～ ωt2(π + ωt1) ：
U2为负，VT2和VT3无触发脉 冲截止，VT2和VT3分担U2/2的 正向电压，VT1和VT4分担U2/2 的反向电压, Ud=0;
u2
重点注意：工作原理（波形分析）、定 b ) 0 t1
2
t
量计算、不同负载的影响。
ug
c)
0
t
ud
2.1.1 单相半波可控整流电路（单相半波） d ) 0
t
Single Phase Half Wave Controlled Rectifier
uVT
1. 带电阻负载的工作情况
t 关断；
第二章 第 13 页
图2-2 带电感性负载的 单相半波电路及其波形
电力电子技术第二章整流电路(1)
14
3）晶闸管的电流平均值IdT
I dT π -a I 2π d
4）晶闸管的电流有效值IT
1 p 2 p a IT I a I d d (wt ) 2p 2p d
15
5）续流二极管的电流平均值IdD
I dD π a Id 2π
d
ud E 部分时间为 0 的情况 id ud=u2 ， 电流连续 id 波形在一周期内不 R 0 的情况 直至 |u2| = E出现为 ，id 即降至 0 使得晶闸 当管关断，此后 a ﹤δ 时，触发脉冲到来时，晶 ud = E 闸管承受负电压，不能导通。 与电阻负载时相比，晶闸管提前了
ud E O id O b)
wt
ug
c) 0
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 电路是非线性电路。 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。
wt
ud
d)
+
+
0
a
wt
id
e)
0
q
wt
uVT
f)
0
wt
图2-2 带阻感负载单相半波可控整 流电路及波形 10
图2-7 单相桥式全控整流电路接反 电动势—电阻负载时的电路及波形
25
u
a
d
q=p
E
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 。
wt
0
p
i
d
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。
电力电子技术第二章整流电路答案
21. 单相半波可控整流电路对电感负载供电， L ＝20mH ， U 2＝100V ，求当 α＝0 和 60 时的负载电流 I d ，并画出 u d 与 i d 波形。
解： α＝0 时，在电源电压 u 2 的正半周期晶闸管导通时，负载电感 导通时刻，负载电流为零。
在电源电压u 2 的负半周期，负载电感导通。
因此，在电源电压 u 2 的一个周期里，以下方程均成立：L di d 2U 2 sin tdt2考虑到初始条件：当 t ＝0时 i d ＝0可解方程得：2U 2 i d(1 cos t)L1 2 2U 22(1 cos t)d( t) L2U 2=2u d 与 i d 的波形如下图：量在 u 2负半周期180 ~300 期间释放，因此在 u 2 一个周期中 60 ~300 期间以下微分方程成 立： L d d itd2U 2 sin t其平均值为此时 u d 与 i d 的波形如下图：α ＝ 60 °时， L 储能， 电感 L 储藏的能L 储能，在晶闸管开始 L 释放能量，晶闸管继续I d考虑初始条件：当t ＝ 60 时 i d ＝ 0 可解方程得：i d2U 2 L 1( cos t)I d52U 2 1 33 2U L 2 (12 cos t)d( t) =2U 22L =11.25(A)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2 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测绕组中，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VT 2为例。
电力电子技术(第二版)第2章答案
电力电子技术 ( 第二版 ) 第 2 章答案第 2 章可控整流器与有源逆变器习题解答2-1 拥有续流二极管的单相半波可控整流电路，电感性负载，电阻为5Ω,电感为 0.2H，电源电压U2为 220V，直流均匀电流为10A，试计算晶闸管和续流二极管的电流有效值，并指出其电压定额。
解：由直流输出电压均匀值U d的关系式：1 cosU d0.45U 22已知直流均匀电流I d为10A，故得：U d I d R 10 5 50A能够求得控制角α为：2U d1250cos0.451 00.45U2220则α =90°。
因此，晶闸管的电流有效值求得，I VT1I d2d t I d 2I d1I d 5A2222续流二极管的电流有效值为： I VD R I d 8.66 A2晶闸管蒙受的最大正、反向电压均为电源电压的峰值U M2U2，考虑 2~3 倍安全裕量，晶闸管的额定电压为U TN 2~ 3U M 2~ 3 311 622~ 933V续流二极管蒙受的最大反向电压为电源电压的峰值U M2U2，考虑 2~3 倍安全裕量，续流二极管的额定电压为U TN2~ 3U M2~ 3 311 622~ 933V2-2 拥有变压器中心抽头的单相双半波可控整流电路如图2-44 所示，问该变压器能否存在直流磁化问题。
试说明晶闸管蒙受的最大反向电压是多少？当负载是电阻或许电感时，其输出电压和电流的波形与单相全控桥时能否相同。
解：因为单相双半波可控整流电路变压器二次测绕组中，正负半周内上下绕组内电流的方向相反，波形对称，其一个周期内的均匀电流为零，故不会有直流磁化的问题。
剖析晶闸管蒙受最大反向电压及输出电压和电流波形的状况：（1）以晶闸管VT2为例。
当VT1导通时，晶闸管VT2经过VT1与2个变压器二次绕组并联，因此 VT2蒙受的最大电压为 2 2U 2。
（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，关于电阻负载：（0 ~ ）时期无晶闸管导通，输出电压为0；（~）时期，单相全波电路中 VT1 导通，单相全控桥电路中VT1、VT4导通，输出电压均与电源电压u2相等；(~)时期，均无晶闸管导通，输出电压为0；(~ 2)时期，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。
电力电子技术课程标准
《电力电子技术》课程标准一、课程基本信息（二）专业概况1、培养目标本课程以基于工作过程的课程开发理念为指导，以职业能力培养和职业素养养成为重点，根据技术领域和职业岗位（群）的任职要求，融合维修电工职业资格标准，以变流与变频典型工作过程，以来源于企业的实际案例为载体，以理实一体化的教学实训室为工作与学习场所，对课程内容进行序化，要求学生在对电力电子器件及应用有初步认识的基础上，能组建并调试简单直流调速系统、调光灯，能对开关电源进行检查与简单故障的维修，能使用和维护变频器。
通过任务驱动教学及任务单的完成提高学生积极的行动意识和职业规划能力，培养学生的创新创业能力，为后续课程学习作前期准备，为学生顶岗就业夯实基础，同时使学生具备较强的工作方法能力和社会能力2、岗位面向电力电子技术广泛应用于各个行业。
如工业生产中的交流调速、直流调速、感应加热、焊接、电解、电镀等交通运输业的电力机车、轻轨、地铁、电动汽车等电力行业的高压直流输电、无功补偿、电力滤波等电子装置用的开关电源、UPS电源等;风光发电系统的最大功率跟踪、并网离网逆变器等;航空航天、核反应、家用电器等诸多领域都有电力电子技术的身影。
显而易见，学好“电力电子技术”这门课程，对电气专业学生后续课程的学习和毕业后的工作是多么重要。
3、专业核心能力（1）了解电力电子技术的发展概况、技术动向和新的应用领域。
掌握普通晶闸管、可关断晶闸管、电力晶体管、功率场效应管和绝缘门极晶体管等电力电子器件的工作原理、主要参数、控制电路及选用测试方法。
（2）掌握常用的相控整流电路和有源逆变电路的基本原理、波形画法、主要参数计算、元件选择以及掌握晶闸管电路的过压、过流等保护方法和元件的估算。
第1页共1页（3）掌握常用触发电路工作原理、波形分析,根据要求选择恰当的触发电路和集成触发器件。
（4）掌握由电力电子器件组成的交流调压电路、逆变电路、变频电路、斩波电路等基本原理。
（5）具有一定的电力电子电路实验和调试的能力。
电力电子技术第二章整流电路答案
1. 单相半波可控整流电路对电感负载供电，L ＝20mH ，U 2＝100V ，求当α＝0︒和60︒时的负载电流I d ，并画出u d 与i d 波形。
解：α＝0︒时，在电源电压u 2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u 2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u 2的一个周期里，以下方程均成立：t U ti Lωsin 2d d 2d= 考虑到初始条件：当ωt ＝0时i d ＝0可解方程得：)cos 1(22d t L U i ωω-= ⎰-=πωωωπ202d )(d )cos 1(221t t L U I =LU ω22=22.51(A)u d 与i d 的波形如下图：当α＝60°时，在u 2正半周期60︒~180︒期间晶闸管导通使电感L 储能，电感L 储藏的能量在u 2负半周期180︒~300︒期间释放，因此在u 2一个周期中60︒~300︒期间以下微分方程成立：t U ti Lωsin 2d d 2d= 考虑初始条件：当ωt ＝60︒时i d ＝0可解方程得：)cos 21(22d t L U i ωω-=其平均值为)(d )cos 21(2213532d t t L U I ωωωπππ-=⎰=L U ω222=11.25(A)此时u d 与i d 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2U；②当负载是电阻或电感时，其问题吗？试说明：①晶闸管承受的最大反向电压为22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测绕组中，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。
整流器简介介绍
随着电力电子技术的发展，对整流器的性能要求越来越高， 因此高性能、高效率的整流器研究显得尤为重要。
详细描述
为了提高整流器的性能，需要从以下几个方面进行研究：采 用更先进的半导体材料、优化电路拓扑结构、改进散热系统 设计、提高控制算法的精度和速度等。
智能化、模块化的整流器研究
总结词
随着工业自动化和智能化的发展，对整流器 的智能化和模块化需求越来越高。
整流器简介介绍
汇报人： 2023-12-07
contents
目录
• 整流器概述 • 整流器的工作原理 • 整流器的种类与特点 • 整流器的设计与优化 • 整流器的应用案例 • 整流器的发展趋势与展望
01
整流器概述
定义与作用
定义
整流器是一种将交流电转换为直 流电的电子设备。
作用
整流器的主要作用是将交流电进 行整流，将其转换为直流电，以 满足各种电子设备对直流电源的 需求。
随着汽车技术的不断发展，汽车内部的电 子设备越来越多，如发动机控制单元、安 全气囊等。整流器可以将汽车电源转换为 稳定的直流电，为这些电子设备提供可靠 的电源，保证其正常运行。同时，整流器 还可以用于汽车照明、音响等设备中，提 高设备的性能和稳定性。
06
整流器的发展趋势与展望
高性能、高效率的整流器研究
整流器的发展历程
早期阶段
早期的整流器主要采用机械式整 流器，其结构简单，但效率较低
，可靠性也较差。
半导体时代
随着半导体技术的发展，半导体整 流器逐渐取代了机械式整流器，其 具有效率高、体积小、可靠性高等 优点。
现代发展
随着电力电子技术的不断发展，整 流器在性能和可靠性方面得到了进 一步提升，同时也在新能源、电力 等领域得到了广泛应用。
电力电子技术(王云亮第二版)第2章答案
第2章 可控整流器与有源逆变器习题解答2-1 具有续流二极管的单相半波可控整流电路，电感性负载，电阻为5Ω,电感为0.2H ，电源电压2U 为220V ，直流平均电流为10A ，试计算晶闸管和续流二极管的电流有效值，并指出其电压定额。
解：由直流输出电压平均值d U 的关系式：2cos 145.02α+=U U d 已知直流平均电流d I 为10A ，故得：A R I U d d 50510=⨯==可以求得控制角α为：0122045.0502145.02cos 2≈-⨯⨯=-=U U d α 则α=90°。
所以，晶闸管的电流有效值求得， ()A I I I t d I I d d d d VT 521222212==-=-==⎰ππππαπωππα 续流二极管的电流有效值为：A I I d VD R 66.82=+=παπ 晶闸管承受的最大正、反向电压均为电源电压的峰值22U U M =，考虑2~3倍安全裕量，晶闸管的额定电压为()()V U U M TN 933~6223113~23~2=⨯==续流二极管承受的最大反向电压为电源电压的峰值22U U M =，考虑2~3倍安全裕量，续流二极管的额定电压为()()V U U M TN 933~6223113~23~2=⨯==2-2 具有变压器中心抽头的单相双半波可控整流电路如图2-44所示，问该变压器是否存在直流磁化问题。
试说明晶闸管承受的最大反向电压是多少？当负载是电阻或者电感时，其输出电压和电流的波形与单相全控桥时是否相同。
解：因为单相双半波可控整流电路变压器二次测绕组中，正负半周上下绕组电流的方向相反，波形对称，其一个周期的平均电流为零，故不会有直流磁化的问题。
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 2VT 为例。
当1VT 导通时，晶闸管2VT 通过1VT 与2个变压器二次绕组并联，所以2VT 承受的最大电压为222U 。
《电力电子技术》西安交通大学王兆安第五版第2章电力电子器件 (2)
2.1.3 电力电子器件的分类
■按照载流子参与导电的情况 ◆单极型器件 ☞由一种载流子参与导电。 ◆双极型器件 ☞由电子和空穴两种载流子参与导电。 ◆复合型器件 ☞由单极型器件和双极型器件集成混合而成， 也称混合型器件。
10/89
2.1.4 本章内容和学习要点
■本章内容 ◆按照不可控器件、半控型器件、典型全控型器件和其 它新型器件的顺序，分别介绍各种电力电子器件的工作 原理、基本特性、主要参数以及选择和使用中应注意的 一些问题。
■正向压降UF ◆指电力二极管在指定温度下，流过某一指定的稳态正 向电流时对应的正向压降。
■反向重复峰值电压URRM ◆指对电力二极管所能重复施加的反向最高峰值电压。
◆使用时，应当留有两倍的裕量。
20/89
2.2.3 电力二极管的主要参数
■最高工作结温TJM ◆结温是指管芯PN结的平均温度，用TJ表示。 ◆最高工作结温是指在PN结不致损坏的前提下 所能承受的最高平均温度。 ◆TJM通常在125～175C范围之内。
图2-5 电力二极管的伏安特性
17/89
2.2.2 电力二极管的基本特性
IF
UF
d iF
dt
trr
td
tf
t1:反向电 流达最大 值的时刻
tF t0
t0:正向 电流降 为零的 时刻
u i U
FP
t1 t 2
UR
t
d iR
dt
IR UPRP a)
i
F
t2:电流变 化率接近 于零的时 刻
u
2V
F
0
b)
■学习要点 ◆最重要的是掌握其基本特性。 ◆掌握电力电子器件的型号命名法，以及其参数和特性 曲线的使用方法。 ◆了解电力电子器件的半导体物理结构和基本工作原理。 ◆了解某些主电路中对其它电路元件的特殊要求。
电力电子技术第2章整流电路12节PPT课件
与电流成正比，两者波
0
t
形相同
2020/9/26
图2-1 单相半波可控整流电路5 及波形
2.1.1 单相半波可控整流电路
➢ 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
➢ 几个重要的基本概念：
➢ 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
称为导通角，用θ表示
2020/9/26
6
2.1.1 单相半波可控整流电路
➢基本数量关系
直流输出电压平均值为：
U d 2 1 2 U 2 s itn (d t)2 2 U 2(1 c o ) 0 s .4 U 2 5 1 c 2 o
（2-1）
VT的 移相范围为180
➢ 这种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。
2020/9/26
7
2.1.1 单相半波可控整流电路
2. 带阻感负载的工作情况
T
VT
id
uVT
L
a)
➢阻感负载的特点：电感对电流变
u1
u2
ud R
化有抗拒作用，使得流过电感的
电流不能发生突变
u2
➢电力电子电路的一种基本分析方 b ) 0 t 1
法:通过器件的理想化，将电路简 u g
c)
化为分段线性电路，分段进行分 0
电力电子技术中的整流器有什么作用
电力电子技术中的整流器有什么作用电力电子技术的发展在现代电气工程中起到了至关重要的作用。
其中，整流器是电力电子技术中的一个重要组成部分，它主要用于将交流电转换为直流电。
整流器的作用广泛，包括各个领域的电力系统、电动机驱动以及新能源发电等。
本文将就电力电子技术中整流器的具体作用进行探讨。
一、电力系统中的整流器在电力系统中，整流器的作用主要是将交流电转换为直流供电。
交流电由于其特点，在一些领域内并不能满足需求，需要将其转换为直流电，例如高压直流输电系统。
高压直流输电系统采用整流器将交流电转换为直流电以降低输电损耗，提高电能传输效率。
此外，交流输电系统中的交流电也可通过整流器转换为直流电，供给直流负载。
二、电动机驱动中的整流器在电动机驱动中，整流器起到了将交流电转换为直流电的重要作用。
电机的转子需要通过电流来产生磁场，从而转动。
而大部分电动机采用的是交流电源供电，因此需要通过整流器将交流电转变为直流电。
整流器将电网供电的交流电转换为直流电，然后通过逆变器将直流电转换为交流电，供给电动机驱动。
整流器的使用不仅使电动机的驱动更加可靠和高效，还减少了环境对电动机传动系统的影响。
三、新能源发电中的整流器在新能源发电领域，整流器的作用也不可忽视。
例如，太阳能光伏发电系统中，光伏电池将太阳光能转化为直流电，但交流电是电网的标准供应形式。
这时就需要采用整流器将光伏电池输出的直流电转换为交流电，然后再注入电网。
同样地，在风力发电系统中，风力涡轮机通过风能旋转，产生交流电，也需要通过整流器将交流电转换为直流电，再转换为交流电注入电网。
总结一下，电力电子技术中的整流器作用重大。
在电力系统中，整流器将交流电转换为直流电，优化能量传输过程；在电机驱动中，整流器将交流电转换为直流电，提高电动机的可靠性和效率；在新能源发电中，整流器将可再生能源产生的直流电转换为交流电，实现与电网的连接。
整流器的应用不仅使得电力系统更加灵活和高效，而且促进了可持续能源的发展与利用。
电力电子技术第五版课件整流电路
VT3上，此过程称为换相，亦称换流。
3.1.2 单相桥式全控整流电路
◆基本数量关系
☞整流电压平均值为：
p ww p a a U d1a p a2 U 2sitd n (t) 22 U 2co 0 s .9 U 2cos (3-15)
当a=0时，Ud0U2。a=90时，Ud=0。晶闸管移相范围为
d) O
Id wt
时的情况是一样的。
i VT
Id
√当u2过零变负时，VDR导通，ud 为零，此时为负的u2通过VDR向VT
e) O
i VD R f)
p-a
p+a
wt
施加反压使其关断，L储存的能量保
O u VT
wt
证了电流id在L-R-VDR回路中流通， g) 此过程通常称为续流。
O
wt
√若L足够大，id连续，且id波形接 近一条水平线 。
p
2p
ug
c) 0
☞晶闸管VT处于断态,id=0,ud=0,uVT=u2。
wt
☞在wt1时刻，即触发角a处 √ud=u2。
√L的存在使id不能突变，id从0开始增
wt 加。
ud
+
d) 0a
id
+
☞u2由正变负的过零点处，id已经处于减
wt 小的过程中，但尚未降到零，因此VT仍处
于通态。
e)
0
q
wt
☞wt2时刻，电感能量释放完毕，id降至
图3-4 单相半波带阻感负载有 续流二极管的电路及波形
3.1.1 单相半波可控整流电路
☞基本数量关系 √流过晶闸管的电流平均值IdT和有效值IT分别为：
p a IdT 2p Id
电力电子技术第2章答案
第2章 可控整流器与有源逆变器习题解答2-1 具有续流二极管的单相半波可控整流电路，电感性负载，电阻为5Ω,电感为，电源电压2U 为220V ，直流平均电流为10A ，试计算晶闸管和续流二极管的电流有效值，并指出其电压定额。
解：由直流输出电压平均值d U 的关系式：2cos 145.02α+=U U d 已知直流平均电流d I 为10A ，故得：A R I U d d 50510=⨯==可以求得控制角α为：0122045.0502145.02cos 2≈-⨯⨯=-=U U d α 则α=90°。
所以，晶闸管的电流有效值求得， ()A I I I t d I I d d d d VT 521222212==-=-==⎰ππππαπωππα 续流二极管的电流有效值为：A I I d VD R 66.82=+=παπ 晶闸管承受的最大正、反向电压均为电源电压的峰值22U U M =，考虑2~3倍安全裕量，晶闸管的额定电压为()()V U U M TN 933~6223113~23~2=⨯==续流二极管承受的最大反向电压为电源电压的峰值22U U M =，考虑2~3倍安全裕量，续流二极管的额定电压为()()V U U M TN 933~6223113~23~2=⨯==2-2 具有变压器中心抽头的单相双半波可控整流电路如图2-44所示，问该变压器是否存在直流磁化问题。
试说明晶闸管承受的最大反向电压是多少当负载是电阻或者电感时，其输出电压和电流的波形与单相全控桥时是否相同。
解：因为单相双半波可控整流电路变压器二次测绕组中，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。
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 2VT 为例。
当1VT 导通时，晶闸管2VT 通过1VT 与2个变压器二次绕组并联，所以2VT 承受的最大电压为222U 。
电力电子技术课件-第2章 可控整流器与有源逆变器 142页精品文档
(2) 输出电压有效值U
U 1 π 2 U 2 sitn 2 d t U 22 1 π s2 in π π
(3) 输出电流有效值I与变压器二次侧电流I2 输出电流有效值I与变压器二次侧电流I2相同为
II2U RU R 2
1si2 n π
2π
2.3 单相桥式全控整流器
2.3.1 电阻性负载
单相全控桥式整流器图和工作波形(电阻性负载)
1. 工作原理
在电源电压u2正半波，晶闸管VT1、VT4承受 正向电压。假设四个晶闸管的漏电阻相等， 则在0～α区间由于四个晶闸管都不导通， uAK1，4=1/2 u2。在ωt=α处触发晶闸管VT1、 VT4导通，电流沿a→VT1→R→VT4→b流通， 此时负载上输出电压ud=u2。电源电压反向施 加到晶闸管VT2、VT3上，处于关断状态， 到ωt=π 时，因电源电压过零，晶闸管VT1、 VT4阳极电流也下降为零而关断。
移相范围是指触发脉冲ug的移动范围，
它决定了输出电压的变化范围。单相半 波可控整流器电阻性负载时的移相范围 是0～180º。
2. 基本数量关系
(1) 直流输出电压平均值Ud与输出电流平均 值Id
直流输出电压平均值Ud:
U d 2 1 π 2 U 2 sitd n t2 π U 2 1 c 2o 0 . s 4 U 2 5 1 c 2o
IdDR
π
2π
Id
IDR 21 0 Id 2d(t)2 Id
(4) 晶闸管和续流二极管承受的最大正反向电压 晶闸管和续流二极管承受的最大正反向电压均为
电源电压的峰值。
Um 2U2
单相半波可控整流器的优点是电路简 单，调整方便，容易实现。但整流电 压脉动大，每周期脉动一次。变压器 二次侧流过单方向的电流，存在直流 磁化、利用率低的问题，为使变压器 不饱和，必须增大铁心截面，这样就 导致设备容量增大。
电力电子技术 第二章 整流器
1.1.2 功率二极管的特性和主要参数
1. 功率二极管的特性 (1) 功率二极管的伏安特性 • 二极管具有单向导电能力，二极管正向导电时必
须克服一定的门槛电压Uth(又称死区电压)，当外 加电压小于门槛电压时，正向电流几乎为零。硅 二极管的门槛电压约为0.5V，当外加电压大于Uth 后，电流会迅速上升。当外加反向电压时，二极 管的反向电流IS是很小的，但是当外加反向电压 超过二极管反向击穿电压URO后二极管被电击穿， 反向电流迅速增加。
第流1入段电，网V。T1导通期间，为一管 压降，
►a可、近三b似、个为c晶三u闸T相1管=电0分源别，接其入阴 第极连2段接，在在一V起T为1关共断阴后极，VT2导 通期接间法，。
uT1=ua-ub=uab，为一段线电压。
t
t
第3段，在VT3导通期间，
uT1=ua-uc=uac
为另一段线
电压。
1.3.2 三相桥式整流器
SR1 SR3 SR5 d1
T ia n
id
a
b
负 c载
ud
SR4 SR6 SR2 d2
共阴极组 阴极连接在一起的 3个二极管（SR1，SR3，SR5）
共阳极组 阳极连接在一起的 3个二极管（SR4，SR6，SR2）
导通顺序： SR1－〉SR2－〉SR3－〉 SR4 －〉SR5－〉SR6
电力电子系统：由控制电路（Control Circuit）、
驱动电路（Driving Circuit）和以电力电子器件为核 心的主电路（Main Circuit）组成
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• 作电路分析时，为简单起见往往用理想开关来代替
0.1.1 电力电子器件的概念和特征
3) 电力电子器件往往需要由信息电子电路来控制
• 门极可关断晶闸管（Gate-Turn-Off Thyristor — GTO）
0.1.3 电力电子器件的分类
3) 不可控器件(Uncontrolled Device)——不
能用控制信号来控制其通断，因此也就不需要 驱动电路
• 电力二极管（Power Diode） • 只有两个端子，器件的通和断是由其在主电
• 电力半导体器件（Power Semiconductor Device）所采 用的主要材料仍然是硅
0.1.1 电力电子器件的概念和特征
➢ 同处理信息的电子器件相比，电力电子器件的 一般特征：
1) 能处理电功率的大小，即承受电压和电流的能力是最 重要的参数
• 其处理电功率的能力小至毫瓦级，大至兆瓦级, 大多都 远大于处理信息的电子器件。
• 对某些器件来讲，驱动电路向其注入的功率也是造成器件发 热的原因之一
• 通常电力电子器件的断态漏电流（Leakage Current）极小 ，因而通态损耗是器件功率损耗的主要成因
• 器件开关频率（Switching Frequency）较高时，开关损耗 会随之增大而可能成为器件功率损耗的主要因素
0.1.2 应用电力电子器件的系统组成
控制电路（Control Circuit）按系统的工作要求形成 控制信号（Control Signal），通过驱动电路（ Driving Circuit）去控制主电路（Main Circuit）中 电力电子器件的通或断（Turn-on or Turn-off），来 完成整个系统的功能。
0.1.3 电力电子器件的分类
电力电子技术第 二章整流器
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第1讲 整流器
主要内容：
• 功率（电力）二极管 • 单相整流器 • 三相整流器
0.1.1 电力电子器件的概念和特征
➢ 主电路（Main Power Circuit）—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。
➢ 电力电子器件（Power Electronic Device）— 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。
• 在主电路和控制电路之间，需要一定的中间电路对控制电 路的信号进行放大，这就是电力电子器件的驱动电路 (Driving Circuit）
4) 为保证不致于因损耗散发的热量导致器件温度过高而损 坏，不仅在器件封装上讲究散热设计，在其工作时一般 都要安装散热器。
• 导通时器件上有一定的通态压降（On-state Voltagedrop） ，形成通态损耗（ On-state Losses)
➢ 电力电子系统：由控制电路（Control Circuit）、
驱动电路（Driving Circuit）和以电力电子器件为核 心的主电路（Main Circuit）组成
控
检测
电路
制
电
驱动
路
电路
V1 LR
V2 主电路
图1-1 电力电子器件在实际应用中的系统组成
0.1.2 应用电力电子器件的系统组成
0.1.1 电力电子器件的概念和特征
2) 电力电子器件一般都工作在开关状态
• 导通时【通态（On－State）】阻抗（Impedance）很小， 接近于短路，管压降（Voltage Across the Tube）接近于零 ，而电流由外电路决定
• 阻断时【断态（Off－State）】阻抗很大，接近于断路，电 流几乎为零，而管子两端电压由外电路决定
✓ 基本结构和工作、原理与信息电子电路中的二极管一样。 ✓ 由一个面积较大的PN结和两端引线以及封装组成。 ✓ 从外形上看，主要有螺栓型和平板型两种。
• 阻断时器件上有微小的断态漏电流（Leakage Current）流 过，形成断态损耗 ( Off-state Losses）
0.1.1 电力电子器件的概念和特征
• 在器件开通或关断的转换过程中产生开通损耗（Turning on Losses）和关断损耗（Turning off Losses），总称开关损 耗（Switching Loss）
2) 全控型器件(Full-controlled Device)——通 过控制信号既可控制其导通又可控制其关断 ，又称自关断器件
• 绝 缘 栅 双 极 晶 体 管 （ Insulated-Gate Bipolar Transistor——IGBT）
• 电力场效应晶体管（Power MOSFET，简称为电 力MOSFET）
➢ 按照器件能够被控制电路信号所控制的程度 ，分为以下三类：
1) 半控型器件(Semi-controlled Device)— —通过控制信号可以控制其导通而不能控 制其关断
• 晶闸管（Thyristor）及其大部分派生器件； • 器件的关断由其在主电路中承受的电压和电流
决定；
0.1.3 电力电子器件的分类
0.1.1 电力电子器件的概念和特征
➢ 广义上电力电子器件可分为电真空器件（Electron Device）和半导体器件（Semiconductor Device ）两类。
• 两类中，自20世纪50年代以来，真空管（Vacuum Valve）仅在频率很高（如微波）的大功率高频电源中 还在使用，而电力半导体器件已取代了汞弧整流器（ Mercury Arc Rectifier）、闸流管（Thyratron）等电真 空器件，成为绝对主力。因此，电力电子器件目前也往 往专指电力半导体器件。
路中承受的电压和电流决定的；
1.1 功率二极管
1.1SR的结构和工作原理
电力二极管（Power Diode）也称为半导体整流器， 简称SR,属不可控电力电子器件。
1. 功率二极管的结构
2. 功率二极管的工作原理
• 由于PN结具有单向导电性，所以二极管是 一个正方向单向导电、反方向阻断的电力 电子器件。