电力电子第五章 ACDC变换器(整流和有源逆变电路)

控整流电路、相控电路、PWM整流电路
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