电力电子第五章 ACDC变换器(整流和有源逆变电路)
电力电子技术5 逆变电路
晶闸管的导通电流方向一致，其电压只要稍大于变流器直流侧的平均电 压Ud。 （的2极）性内与部整条流件状：态变时流相电反路，必才须能工把作直在流β功小率于逆9变00区为域交，流使功直率流反端送电电压网U。d 这两个条件缺一不可。 （3）串接大电感
电力电子技术
第五章 逆变电路
第五章 逆变电路
5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7
电力器件的换流方式 有源逆变电路 无源逆变电路 电压型逆变电路 电流型逆变电路 负载换流式逆变电路 脉冲宽度调制型逆变电路
第五章 逆变电路
在实际应用中，有些场合需要将交流电转变为大小 可调的直流电——即前面讲过的整流。有时还需要 将直流电转变为交流电——即为逆变。它是整流电 路的逆过程。在一定条件下，一套晶闸管电路既可 用于整流又可用于逆变，这种装置称为变流器。
亦增大，导致
5.2 有源逆变电路
2、重物下放，变流器工作于逆变状 反送电网，这就是有源逆变的工
态
作原理。
在整流状态，电流Id由直流电压Ud产 生，整流电压Ud的波形必须使正面积 大于负面积。当重物下放时，电动
机转速方向相反，产生的电动势E亦
反向，为了防止两电源顺向串接形
成短路，此时Ud方向也要反向，即控 制角大于900，Ud波形出现负面积大 于正面积变成负值，但由于E的作用，
如果将逆变电路的交流侧接到交流电网上，把直流 电逆变成同频率的交流电反送到电网去，称为有源 逆变。它用于直流电机的可逆调速、绕线型异步电 动机的串级调速、高压直流输电和太阳能发电等方 面。如果逆变器的交流侧不与电网连接，而是直接 接到负载，即将直流电逆变成为某一频率或可变频 率的交流电供给负载，称为无源逆变。它用于交流 电机变频调速、感应加热、不间断电源等方面。
DCAC逆变电路及讲义原理总结
t
ON V1 V2 V1 V2
VD1 VD2 VD1 VD2 b)
图5－6 单相半桥电压型逆变
电路及其工作波形
5-9
单相电压型逆变电路
优点：电路简单，使用器件少。
• 缺点：输出电压幅值为Ud/2，负载上的功率 为全桥的1/4，开关管承受的电压为Ud，且
直流侧需两电容器串联，要控制两者电压均 衡。
直流侧是电压源
电压型逆变电路——又称为电压源
型逆变电路 Voltage Source Type Inverter-VSTI
直流侧是电流源
电流型逆变电路——又称为电流源
型逆变电路 Current Source Type Inverter-CSTI
5-8
单相电压型逆变电路
1）单相半桥逆变电路
工作原理
V1和V2栅极信号在一周期内 各半周正偏、半周反偏，两
(4)控制方式有PWM，双极性和移相控制方式。
参数计算与器件选择
根据不同的负载类型计算负载等效阻抗： 电阻型：Z=R 电阻电感型：Z=R+jωL
Z=(R2+(ωL)2 ) ½ 对于RLC：Z=R+jωL-1/jωC
对于电阻：i＝P/Ud＝Ud/R 对于电阻电感：i＝P/Udcosφ＝Ud/Z 开关管上的电压：U=(2~3)Ud
5-10
参数计算与器件选择
根据不同的负载类型计算负载等效阻抗： 电阻型：Z=R 电阻电感型：Z=R+jωL
Z=(R2+(ωL)2 ) ½ 对于RLC：Z=R+jωL-1/jωC 对于电阻：i＝2P/Ud＝Ud/2R 对于电阻电感：i＝2P/Udcosφ＝Ud/2Z 开关管上的电压：U=(2~3)Ud
电力电子AC／DC变换.
5.1M5* AC/DC3t 换电路整流电路的性能指标 单相相控整流电.路撻浇电珞轨述整流T 将交流电fACJ 转换为直流电 fDCJ 的变换。
整流电路T 实现整流的电路。
整流黑f 农整流裳覺）T 亀力半导体开关 电路及其辅助元器件构成的卖现整流的纟统。
53 5.4 5.5 5.65.7 5・8三相相控整流电路变压器漏感对相控整流电路的彩响 整流电.路的咬分析相控整流电路的有源逆变工作状态 相控整流电路的骷闸管触•发亀路 P\X/M 整流亀路 5.2主要内家：单相/三相相竝整渝电珞相盘整浇电珞P WM整流电珞整流电珞机述按娃制方式不同，AC/DC变换分为相控整流和P\X/M整流两种形式J O相控整流电路结构简单、控制方便.性能稳定, 利用它可以方便地得到丸.中.小各种彖量的直流亀能，是目前获得直流电能的主要方法，得刊了广泛的应用。
PWM挞流牧术是一种新型AC/DC变换技术，它采用全控型功率麥件和现代控制技术，使输入电流汝形接近正弦血功率因数接近7, 性能优良，具有广泛的应用询景。
整流器的主要性能指标有:1、输出直流电压2.输出亀流3、输出亀压纹欧糸数4、稳压精度5、输入电流总畸雯率6、输入坊率因数5.1撻沆电珞性能指标输出电压的有败值：U输出电压的直流平均值：U D 输出电压的交流纹汝有效值：U Hu…=Ju「_ul电庄纹改糸救：人普U D输入电流总畸变率：是除基次亀流以外的所有€申54：电流有枚值与基疫电流有败值之比式中:电流有数值基疫电流有效值n次错*5<电流有效值5.1整浇亀珞的性能描标输入功率因数：交流电源输入有PF = —功功率平均值P与视农功率S之比SS = UJ,P = U，人cos®W—PF = jyg竺4°s®S 匕人人Pk_ cos©J1+777Q2只要粗流存蛊谱疵，有PF<1人几I I厶上+刃:卜E皿皿V "2V rt-2单相半浹可控整流就路 变压發作用：T 隔£亀阿与负栽 T 匹酉己电庄 "＞提高功率因救5.2 单相相控整流电路5.2.1单相半汝可娃整流^^^路/ .电Ha 性负我VT*电珞结构 土工作凍理-＞控制方式 T 主要汝形 ■^数量关糸 单相半玫可控整流电路分析要点：T 晶闸管开/关条件 T 相住控制方法 T 分段线性分析5.2.1单相半汝可挫整流电珞1、削阻性负戟工作原理k 112的正半周，VT 承 受正电压，给VT^・ 发脉冲，VT 导通， U2如到负载上.?U2的负半周列来肘・ 负我亀阻承受负电 压，赶流应反向，但 .VT 只能通过正向电 流.枚U2变负M,VT *裁J 止1 • <^阻性负我VT”改吏晶闸•管絶发脉 冲到来的肘刻，Ud 的欢形也跟着变化 片输出配压妁旻极性 不变但幅值变化的 脉动直流电压X 亿屛C 形只征血源电 压正半周出现，因 此称为单相丰汝可 控整流电路。
电力电子技术-第五章 AC-DC变换器2 共95页
Power Electronic Technology
杨淑英 合肥工业大学电气与自动化工程学院
第5章 AC－DC变换器
基本内容
1 概述 2 不控整流电路 3 相控整流电路 4 相控有源逆变电路 5 PWM整流电路 6 同步整流电路
5.3 相控整流电路
u1
可控整 流电路
VD1
单
u2
相 交
T
i2 a
a)
u1
u2 b
VT2
ud
ud(id)
id
b)
0
uVT
1,4
c) 0 i2
d) 0
VT4
id
ud
R
t t t
VT1
VT3
数量关系
IVT
1
(
2
2U2 sint)2d(t)
R
U2 1 sin2
2R 2
I I2
1
(
2U2 sint)2d(t)
件承受的最大正向电压等于 2U 2 / 2 变压器二次侧电流波形正负半周方向
相反，波形对称，平均值为0，则直流 分量为0。不存在变压器直流磁化。
5.3.1 移相控制技术
T
i2 a
a)
u1
u2 b
VT2
ud
ud(id)
id
b)
0
uVT
1,4
c) 0 i2
d) 0
VT1
VT4
VT3
数量关系
id
0
t
u1
u2
ud R
uba
t
b
电力电子技术课件05直流-交流(DC-AC)变换
第五章直流-交流（DC-AC）变换一、概述DC-AC变换器（无源逆变器)V1、V4和V2、V3轮流切换导通，u o为交变电压（1）电网换流 利用电网电压换流，只适合可控整流、有源逆变电路、交—交变频器（2）负载谐振式换流 利用负载回路中形成的振荡特性，使电流自动过零，只要负载 电流超前于电压时间大于t q ，即能实现换流，分串，并联。
VT 2、VT 3通后，u 0经VT 2、VT 3反向加在VT 1、VT 4上1. 晶闸管逆变电路的换流方式换流概念：直流供电时，如何使已通元件关断VT 1导通，C 充电左（-）右（+），为换流做准备； VT 2导通，C 上电压反向加至VT 1，换流，C 反向充电。
（3）强迫换流附加换流环节，任何时刻都能换流直接耦合式强迫换流2. 逆变电路的类型（1）电压源型逆变器电流源型逆变器电流源型逆变器功率流向控制（3）两类逆变器的比较比较点电流型电压型直流回路滤波环节电抗器电容器输出电压波形决定于负载，当负载为异步电动机时，近似为正弦波矩形输出电流波形矩形近似正弦波，有较大谐波分量输出动态阻抗大小续流二极管不需要需要过流及短路保护容易困难线路结构较简单较复杂适用范围适用于单机拖动，频繁加减速下运行，需经常反向的场合适用于多机供电不可逆拖动，稳速工作，快速性不高的场合二、强迫换流式逆变电路1.串联二极管式电流源型逆变器结构VT1～VT6为晶闸管C1～C6为换流电容VD1～VD6为隔离二极管2.工作过程（换流机理）（1）换流前运行阶段（2）晶闸管换流与恒流充、放电阶段（3）二极管换流阶段（4）换流后运行阶段diL dt引起三、逆变器的多重化技术及多电平化1. 多重化技术改善方波逆变的输出波形：中小容量：SPWM大容量：多重化技术思路：用阶梯波逼近正弦波（1）串联多重化特点：适合于电压源型逆变器二重化三相电压源逆变器单个三相逆变电路输出电压波形桥Ⅱ输出电压相位比桥Ⅰ滞后30º桥Ⅰ输出变压器△/Y,桥Ⅱ输出变压器△/Z变比为1变比为13二重化逆变电路输出电压比单个逆变电路输出电压台阶更多、更接近正弦。
电力电子技术 第5章 交流-交流(AC-AC)变换
图5-20 余弦交点控制法波形原理
☞结论：由ui换相到ui+1的条件应为：
uR=(ui+ui+1)/2
(5-11)
37
5.4.2 直接变频电路
图5-21 正弦型交-交变频电路输出电压、电流波形 38
5.4.2 直接变频电路
■输入、输出特性
26
5-3-3 交流斩波调压的控制
■互补控制方式
◆ up和un分别为交流电压正、负半周 对应的同步信号。
up有效时，V1、V3交替施加控制信号， un有效时，V2、V4交替施加控制信号。
◆由于实际的开关器件存在有导通、 关断延时，很可能会造成斩波开关 和续流开关直通而短路。为防止短 路，可增设死区时间，这样又会造 成两者均不导通，使负载电流断续 产生过电压现象。因此，为了防止 过电压还需采取其他措施，如使用 缓冲电路等。这是互补控制方式的 不足之处。
n
)
(5-9)
ton
TC
k
2
TC
n
n
TC
ton
23
5.3.1 斩控式交流调压的基本原理
■斩控式交流调压电路的谐波分析
式(5-9)代入 式(5-7)可得
uo
2u sin t 1 n1
2u sinn
n
sin nk t n sin nk t n
(5-10)
Uo 含有基波及高次谐波， 谐波频率在开关频率 ω 及其整数倍两侧处分布， 开关频率越高，谐波与基波距离越近，越容易滤波。
t3 ~ t4 ： uo和io均为负， 反组整流， 输出功率为正
t4 ~ t5 ： uo反向， io仍为负 反组逆变， 输出功率为负
电力电子技术三相桥式全控整流及有源逆变电路实验报告
一、实验背景整流是指将交流电变换为直流电的变换，而将交流电变换为直流电的电路称为整流电路。
整流电路是四种变换电路中最基本的变换电路，应用非常广泛。
对于整流电路，当其带不同负载情况下，电路的工作情况不同。
此外，可控整流电路不仅可以工作在整流状态，即将交流电能变换为直流电能，还可以工作在逆变状态，即将直流电能变换为交流电能，称为有源逆变。
在工业中，应用最为广泛的是三相桥式全控整流电路（Three Phase Full Bridge Converter），它是由两个三相半波可控整流电路发展而来。
该次试验即是针对三相桥式全控整流电路而展开的一些较为简单的学习与研究。
二、实验原理三相桥式全控整流及有源逆变该次实验连接电路图如下图所示整流有源逆变控制信号初始化约定：，，整流，，逆变，，临界注意事项：在接主电路过程中，晶闸管接入双刀双闸开关时一定要注意正负极必须正确匹配。
电容器用于吸收感性电流引起的干扰，使得示波器显示的波形更加标准、清晰。
双刀双掷开关在切换时主回路必须断电，否则很可能因切换时拉出电弧而损坏设备。
（一）整流电路1、整流的概念把交流电变换为直流电的变换称为整流（Rectifier），又叫AC-DC变换（AC-DC Converter）。
整流电路是一种把交流电源电压转换成所需的直流电压的电路。
AC-DC变换的功率流向是双向的，功率流向由交流电源流向负载的变换称之为“整流”，功率流向由负载流向交流电源的变换称之为“有源逆变”。
采用晶闸管作为整流电路的主控器件，通过对晶闸管触发相位的控制从而达到控制输出直流电压的目的，这样的电路称之为相控整流电路。
2、整流电路的分类（1）按电路结构分类①半波整流电路：半波整流电路中每根电源进线流过单方向电流，又称为零式整流电路或单拍整流电路。
②全波整流电路：全波整流电路中每根电源进线流过双方向电流，又称为桥式整流电路或双拍整流电路。
（2）按电源相数分类①单相整流电路：又分为单脉波整流电路和双脉波整流电路。
AC-DC变换器(整流和有源逆变电路)
1π
20
2U2sintd(t)0.4U 52
电源变压器副边电压有效值为U2
5.2.1 单相不控整流电路
VD1
表5-2 单相半波不控整流电路阻感负载时各区间
u2
ud
L eL
各区间工作情况
R b)
感性负载ω时t ，直流 0～π 电压将出现负值，
π～ωt1 ωt1～2π
u2 O
t1
2
降低了直二流极平管均导电 t 压 通情况
AC
+ -
R
AC + -
ud
VD2
VD1
-
AC +
R
-
AC +
ud
VD2
b)
c)
d)
图5-2 单相全波整流负载电压波形 a)单相全波整流电路负载电压波形 b)单相全波整流电路 c)交流输入正
半周整流电路工作图 d)交流输入负半周整流电路工作图
5.2.1 单相不控整流电路
表5-4 单相全波整流电路各区间工作情况
ωt 二极管导通情况
负载电压ud 负载电流id 整流二极管电流iVD1 续流二极管电流iVD2 整流二极管端电压 uVD1 续流二极管端电压 uVD2
0～π VD1导通、 VD2截止 u2 水平直线 矩形波
0 0
π～2π VD1截止、 VD2导通 0
0 矩形波 u2
-|u2|
0
5.2.1 单相不控整流电路
VD1
-
ud AC + VD2
b)
VD3 R ud
VD4
c)
a)单相桥式整流电路 b)交流输入正半周单相桥式整流电路工作图 c)交流输入负半周单相桥式整流电路工作图
电力电子技术：第五章 直流-交流(DC-AC)变换
并联谐振式逆变器工作过程
tμ 换流时间（期间4阀同时导通）； tβ（=K β tq ）恢复阻断时间（ K β >1，tq 晶闸管关断时间）； tδ 越前触发时间 tδ = tμ + tβ --> 相当于i0 超前u0 一个tφ= tμ /2+ tβ tφ > tq 时，能保证可靠换流。
5.2 负载谐振式逆变电路
5.1 逆变电路概述
逆变电路的类型
两类逆变器的比较：
1）电压源型逆变器采用大电容作储能元件，逆变器呈现低内阻特性，直流电压大 小和极性不能改变，能将负载电压钳在电源电压水平上，浪涌过电压低，适合 稳频稳压电源、不可逆电力拖动系统、多台电机协同调速和快速性要求不高的 应用场合。电流源型逆变器直流电流方向不变，可通过改变变流器的工作状态 (逆变器整流器)，实现能量流向改变，实现电力拖动系统的电动、制动运行, 故可应用于频繁加、减速，正、反转的单机拖动系统。
w 5ic
w 3iR31
w i4 R11
并 联 多 重 化
反Z/∆连接组及其电流波形
ir11
ia
ic
w3 w5
i i R11
R 31
w4 w5
i i R21
R11
ir12
ib
ia
w1 w2
i i R12
R 32
1
3
i i R12
R 32
5.5 逆变电路的多重化及多电平化
一般来说，如使m个三相桥式逆变电路依次错开 /(3m) 相位，
并采用输出变压器作m重化串联且抵消上述相位差，就可以构成（电压） 脉波数为6m的电压源型逆变电路。
串联多重化
图示为二重化三相电压源逆 变器主电路。电路共用一直 流电源E，输出电压通过变 压器T1、T2串联合成。
最全整流电路AC-DC变换器电力电子技术
VD 2
VD 2
a)
b)
c)
a)单相桥式整流电路 b)交流输入正半周单相桥式整流电路工作图 c)交流输入负半周单相桥式整流电路工作图
电
力
电
子
技
术
5.2.1 单相不控整流电路
表5-5 单相桥式整流电路各区间工作情况
ωt
VD1
u2
0～π
π～2π VD2和VD3导通、 VD3 VD1和VD4截止 |u2|
VD 1 单 相 交 流 a)
O ud O uVD1 O e) 2 2 2
ωt
ud R
0～π VD1导通 u2
π～2π VD1截止 0 0 u2
2π～3π VD1导通 u2 u2/R 0
u1
u2
二极管导 通情况
t
u2
负载电压 ud 二极管端 电压uVD1 负载电压 平均值Ud
t
力
电
子
技
术
5.2.1 单相不控整流电路
2
t
2 2
t
t
半波整流负载电压仅为交流电源的 正半周电压，造成交流电源利用率 偏低，输出脉动大，因此使用范围 较窄。 若能经过变换将交流电源的负半周 电压也得到利用，即获得图5-2a中 的负载电压波形，则负载电压平均 值Ud可提高1倍，电源利用率大大 提高。
Ud
2U 2 sin td(t ) 0.9U 2
电
力
电
子
技
术
5.2.1 单相不控整流电路
在单相输入的AC-DC整流电路中，单相桥式整流 电路应用极为广泛。 半波整流电路交流电源电流是单方向的，电源变 压器存在直流磁化现象，是半波整流电路的应用 不广泛的主要原因之一。 而桥式和全波电路电源电流双向流动，使交流电 源得到充分利用，也不存在电源变压器直流磁化 现象。
电力电子AC／DC变换.
5.1M5* AC/DC3t 换电路整流电路的性能指标 单相相控整流电.路撻浇电珞轨述整流T 将交流电fACJ 转换为直流电 fDCJ 的变换。
整流电路T 实现整流的电路。
整流黑f 农整流裳覺）T 亀力半导体开关 电路及其辅助元器件构成的卖现整流的纟统。
53 5.4 5.5 5.65.7 5・8三相相控整流电路变压器漏感对相控整流电路的彩响 整流电.路的咬分析相控整流电路的有源逆变工作状态 相控整流电路的骷闸管触•发亀路 P\X/M 整流亀路 5.2主要内家：单相/三相相竝整渝电珞相盘整浇电珞P WM整流电珞整流电珞机述按娃制方式不同，AC/DC变换分为相控整流和P\X/M整流两种形式J O相控整流电路结构简单、控制方便.性能稳定, 利用它可以方便地得到丸.中.小各种彖量的直流亀能，是目前获得直流电能的主要方法，得刊了广泛的应用。
PWM挞流牧术是一种新型AC/DC变换技术，它采用全控型功率麥件和现代控制技术，使输入电流汝形接近正弦血功率因数接近7, 性能优良，具有广泛的应用询景。
整流器的主要性能指标有:1、输出直流电压2.输出亀流3、输出亀压纹欧糸数4、稳压精度5、输入电流总畸雯率6、输入坊率因数5.1撻沆电珞性能指标输出电压的有败值：U输出电压的直流平均值：U D 输出电压的交流纹汝有效值：U Hu…=Ju「_ul电庄纹改糸救：人普U D输入电流总畸变率：是除基次亀流以外的所有€申54：电流有枚值与基疫电流有败值之比式中:电流有数值基疫电流有效值n次错*5<电流有效值5.1整浇亀珞的性能描标输入功率因数：交流电源输入有PF = —功功率平均值P与视农功率S之比SS = UJ,P = U，人cos®W—PF = jyg竺4°s®S 匕人人Pk_ cos©J1+777Q2只要粗流存蛊谱疵，有PF<1人几I I厶上+刃:卜E皿皿V "2V rt-2单相半浹可控整流就路 变压發作用：T 隔£亀阿与负栽 T 匹酉己电庄 "＞提高功率因救5.2 单相相控整流电路5.2.1单相半汝可娃整流^^^路/ .电Ha 性负我VT*电珞结构 土工作凍理-＞控制方式 T 主要汝形 ■^数量关糸 单相半玫可控整流电路分析要点：T 晶闸管开/关条件 T 相住控制方法 T 分段线性分析5.2.1单相半汝可挫整流电珞1、削阻性负戟工作原理k 112的正半周，VT 承 受正电压，给VT^・ 发脉冲，VT 导通， U2如到负载上.?U2的负半周列来肘・ 负我亀阻承受负电 压，赶流应反向，但 .VT 只能通过正向电 流.枚U2变负M,VT *裁J 止1 • <^阻性负我VT”改吏晶闸•管絶发脉 冲到来的肘刻，Ud 的欢形也跟着变化 片输出配压妁旻极性 不变但幅值变化的 脉动直流电压X 亿屛C 形只征血源电 压正半周出现，因 此称为单相丰汝可 控整流电路。
DC-AC逆变电路及原理总结
缓冲电路
缓冲原理
器件损坏，不外乎是器件在开关过程中遭受了过量di/dt 、dv/dt或瞬时功耗的危害而造成的。缓冲电路的作用， 就是改变器件的开关轨迹，控制各种瞬态过电压，降低 器件开关损耗，保护器件安全运行。
5-25
I GB T 逆变器的开关损耗波形
图中 tdon —开通延迟时间 tr ——开通上升时间 trr——二极管的反向恢复时 间 t doff——关断延迟时间 t tail——尾部电流itail下降时 间 tf——关断下降时间 (d i/ d t)on——开通电流上升 率 IRRM——二极管反向恢复电 流
(4)控制方式有PWM，双极性和移相控制方式。
参数计算与器件选择
根据不同的负载类型计算负载等效阻抗： 电阻型：Z=R 电阻电感型：Z=R+jωL
Z=(R2+(ωL)2 ) ½ 对于RLC：Z=R+jωL-1/jωC
对于电阻：i＝P/Ud＝Ud/R 对于电阻电感：i＝P/Udcosφ＝Ud/Z 开关管上的电压：U=(2~3)Ud
补充 DC-AC逆变电路
引言
换流方式 电压型逆变电路 电流型逆变电路 缓冲电路 无损缓冲电路
引言
逆变的概念
逆变——与整流相对应，直流电变成交流电。 交流侧接电网，为有源逆变。 交流侧接负载，为无源逆变。
逆变与变频
变频电路：分为交交变频和交直交变频两种。 交直交变频由交直变换（整流）和直交变换两部分组
uo
S 1
io
负载
S 3
Ud
S2
uo S4
io
t1 t2
t
a)
b)
图5-1 逆变电路及其波形举例
逆变电路的基本工作原理
电力电子第五章 ACDC变换器(整流和有源逆变电路)
5.2.1 单相不控整流电路
表5-4 单相全波整流电路各区间工作情况
VD1
u2
R
t
u2
VD2
0～π VD VD 二极管导 VD1导通、 + AC 截止 R AC 通情况 VD R 2 + AC ud +- ud |u2|AC + ud
1 1
ωt
π～2π VD2导通、 VD1截止 |u2| uVD1= -2|u2|， uVD2=0
VD 1 L R eL
VD 1 i VD1 id iVD2 u2 VD2 ud L eL R
u2
ud
带续流二极管的单相 半波整流电路
u2
b)
d)
u2 O ud O id O f) 2
t1
2
t
O ud
t1
2
t
t
O id
2
t
t
O f)
t
消除了负载电压为出 现负值的现象
三相 交流
VD1
VD3
VD5
a b c R
VD4
VD6
VD2
b) 电路
5.2.3 整流滤波电路
1. 电容滤波电路
id VD1 i2 a u1 u2 b VD2 VD4 VD3 iC ud +
iR C R u1
T
i2 u2
id ic ud + C iR R
5.2.3 整流滤波电路
id VD1 i2 a u1 u2 b VD2
VD4
VD6
VD2
b) 电路
• 单相交流整流电路所能提供的功 率通常限制在2.5kW以下，要求更 大功率直流电源的设备就需要利 用三相交流电源和三相整流电路， 其中最普及的是三相桥式整流电 共阳 路。 极组
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5.2 不控整流电路
• 利用电力二极管的单相导电性可以十分简单 地实现交流—直流电力变换。
• 由于二极管整流电路输出的直流电压与交流 输入电压的大小有关，不能通过电路本身控 制其数值，故称为不控整流电路。
5.2.1 单相不控整流电路
u1
u2 O ud
uVDO1 O
VD4
VD2
a)
VD3
R VD4
VD1
-
ud AC + VD2
b)
VD3 R ud
VD4
c)
a)单相桥式整流电路 b)交流输入正半周单相桥式整流电路工作图 c)交流输入负半周单相桥式整流电路工作图
5.2.1 单相不控整流电路
AC +
ud
VD3
VD2
VD2
b)
图5-2 单相全波整流电路
u2
R
c)
d)
u2
共阳极连接 VD4
2 t
5.2.1 单相不控整流电路
VD1
VD1
VD3 VD1
u2 R
AC
+ -
R
-
AC +
R
t
u2
AC + -
ud
VACD1
+
ud
VD2
VD2
u2
VD2
VbD)3
u2
c)
d)
u2
R
VD2
u2 VD4
VD4
带续流二极管的单相 半波整流电路
b)
d)
u2
u2
t1
O
2
t1
t
O
2
t
ud
ud
O
2
t
O
2
t
id
id
O
t
O
t
f)
消除了负载电压为出 f)
现负值的现象
5.2.1 单相不控整流电路
VD1 iVD1 id
iVD2
u2
VD2
ud L eL R
d) id
O
i
t
g)
表5-3 单相半波不控整流电路大电感负载带续流二 极管时各区间工作情况
• 采用单相全波整流电路
5.2.1 单相不控整流电路
u2
O
2
t
ud
uVDO1
2
t
2
O
t
单相半波整e)流电路带电 阻性负载电路及波形
ud
• 如何利用负半周？
O
2 t
图5-2a 单相全波整流电 路负载电压波形
5.2.1 单相不控整流电路
• 单相全波整流电路
ud
O
2 t
a)
VD1
u2
R
u2
VD2
VD1
AC
+ -
R
AC + -
ud
VD2
VD1
-
AC +
R
-
AC +
ud
VD2
b)
c)
d)
图5-2 单相全波整流负载电压波形 a)单相全波整流电路负载电压波形 b)单相全波整流电路 c)交流输入正
半周整流电路工作图 d)交流输入负半周整流电路工作图
5.2.1 单相不控整流电路
表5-4 单相全波整流电路各区间工作情况
• 整流电路是出现最早的电力电子电路，自20世纪 20年代至今已经历了以下几种类型：
– 旋转式变流机组（交流电动机-直流发电机组） – 静止式离子整流器和静止式半导体整流器
• 整流电路有多种分类方法
– 按交流电源输入相数来分类，可分为单相与多相整流电 – 按电路结构来分类，可分为半波、全波与桥式整流电路 – 若按整流电路中使用的电力电子器件来划分，可分为不
电力电子技术
Power Electronic Technology
杨淑英 合肥工业大学电气与自动化工程学院
第5章 AC－DC变换器
基本内容
1 概述 2 不控整流电路 3 相控整流电路 4 相控有源逆变电路 5 PWM整流电路 6 同步整流电路
5.1 概述
• 凡能将交流电能转换为直流电能的电路统称为整 流电路，简称为AC-DC。
u2
O
2
t
ud
uVDO1
2
t
2
O
t
单相半波整e)流电路带电 阻性负载电路及波形
ud
O
2 t
图5-2a 单相全波整流电 路负载电压波形
• 半波整流负载电压仅为交流 电源的正半周电压，造成交 流电源利用率偏低，输出脉 动大，因此使用范围较窄。
• 若能经过变换将交流电源的负半 周电压也得到利用，即获得图52a中的负载电压波形，则负载电 压平均值Ud可提高1倍，电源利 用率大大提高。
VD1
单
u2
相 交
流
ud R
a)
2
2
2
e)
单相半波不控整流电路电阻负载时各区间工作情况
ωt
0～π
π～2π
2π～3π
二极管导 VD1导通 VD1截止 VD1导通
负通载情只况获得了电源半个周期
的负电载压电，压因ud 此u2，该电路0也称
u2
t 负为载电单流相id半u波2/R整流电路0
u2/R
二极管端 0 t 电压uVD1
5.2.1 单相不控整流电路
VD3
VD1 u2 u2
VD2 VD4
VD1
VD3
单V流相D1 电桥路式整VD3
u2
AC +
R
-
R
VD2
VD4
VD2
VD4
a)
b)
能够克服全波整流电路二 极管承受电压高、需要复 杂的抽头变压器等不足之
处
5.2.1 单相不控整流电路
VD1
VD3
VD1
u2
AC +
R
-
VD2
b)
c)
Ud
d)
1π
0
2U 2 sintd(t) 0.9U 2
5.2.1 单相不控整流电路
单相全波整流电路必须要有一个带中心抽头的变压器，且二极管承受的 最高电压为2 2U 2
共阴极连接
2 t
VD1 u2 R u2
VD2
ud VD1
VD1
ud
AC
+ -
R
O
AC + -
ud
a)
-
AC +
2-
R Ot
u2
0
t 负载电压 平均值Ud
1π
2 0
2U 2 sin td(t) 0.45U 2
电源变压器副边电压有效值为U2
5.2.1 单相不控整流电路
VD1
表5-2 单相半波不控整流电路阻感负载时各区间
u2
ud
L eL
各区间工作情况
R b)
感性负载ω时t ，直流 0～π 电压将出现负值，
π～ωt1 ωt1～2π
ωt 二极管导通情况
负载电压ud 负载电流id 整流二极管电流iVD1 续流二极管电流iVD2 整流二极管端电压 uVD1 续流二极管端电压 uVD2
0～π VD1导通、 VD2截止 u2 水平直线 矩形波
0 0
π～2π VD1截止、 VD2导通 0
0 矩形波 u2
-|u2|
0
5.2.1 单相不控整流电路
ωt
0～π
π～2π
VD1 u2 R
二极V管D1 导
通情况 AC
+ -
R
VD1导通VD、1 VDAC2截+- 止 R
VD2导通、 VD1截止
t
u2
uAC
+
d-
ud
|u | -
2 AC +
ud
|u2|
VD2
uVD1V和D2
uVD1=0，VD2
uVD1= -2|u2|，
uVD2
uVD2= -2|u2| uVD2=0
u2 O
t1
2
降低了直二流极平管均导电 t 压 通情况
VD1导 通
VD1导 通
VD1截止
ud
负载电压 u2
u2
0
ud
O
2
t 负载电流 有
有
0
id
id
O
t 二极管端 0
0
u2
电压
f)
uVD1
5.2.1 单相不控整流电路
VD1
VD1 iVD1 id
u2
ud
L eL
u2
R
iVD2
VD2
ud L eL R