交流-直流变换
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控制角a 移相范围0 ~ π 。
3.2.1单相半波可控整流电路
②输出电流平均值
Id
Ud R
0.45U2 R
.1 cosa
2
③晶闸管电流平均值
流过晶闸管的电流等于负载电流，即：
IdVT
Id
Ud R
0.45U2 .1 cosa
R2
④晶闸管电流有效值
IVT
1
p
(
2U2sinωt )2 d(ωt ) U2
电灯、电炉、电解和电镀等都属于电阻性负载。 特点： 消耗电能，不能存储或释放能量 负载电压和电流总是成正比，同相位，波形相同。
3.2.1单相半波可控整流电路
u2为工频正弦电压
u2 2U2sinωt
变压器二次侧电流 中含直流分量，易造成 变压器铁芯直流磁化。
晶闸管承受的最大 正反向电压均为电源电 压u2的峰值即 2U2
范围。它与电路结构和负载性质有关。 ⑥同步：触发脉冲与电源电压之间频率和相位协
调配合关系称之为同步。 ⑦换流：在电路中，电流从一个支路向另一个支
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单相半波可控整流电路
O
wt
u VT
g)
O
wt
图3.4 电感负载单相半波 有续流二极管的电路及波形Βιβλιοθήκη 3.2.1单相半波可控整流电路
（2）基本数量关系（有续流二极管） ①输出直流电压平均值
2p a
R
2R
1 sin2a p a
2p
p
3.2.1单相半波可控整流电路
⑤变压器二次侧电流有效值I 2与输出电流的有效值I 相等
I2 I IVT
U2 2R
1 sin2a p a
2p
p
⑥输出电压有效值
U
1
2p
p
(
a
2U2sinωt
)2
d(ωt)
U2 2
1 sin2a p a
2p
p
3.2.1单相半波可控整流电路
2、带阻感性负载 （1）电路结构及工作原理
当负载中的感抗ωL与电阻R相比不可忽略时，称为电感 性负载。
如电机的励磁绕组、经大电感滤波的负载等等都属于电 感性负载。 电感性负载特点: 流过的电流不能发生突变。 感应电动势Ldi／dt，极性是阻止电流的变化。 不消耗能量。
3.2.1单相半波可控整流电路
②导通角θ：晶闸管在一个电源周期中导通的电
角度称为导通角。此图，θ= π – a 。导通角与
负载性质有关。
③移相：改变控制角a的大小，称为移相。 ④移相控制：通过改变控制角a调节输出电压的
控制方式，称为移相控制。
3.2.1单相半波可控整流电路
⑤移相范围：使输出整流电压平均值从最大值降
到最小值（零或负最大值），控制角a的变化
第三章 交流-直流变换
✓ 整流电路（Rectifier）是电力电子电路中出现最早 的一种。
✓ 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。
3.1 概述
3.1.1 整流电路的分类 按整流器件：全控整流、半控整流和不可控整流 按控制方式：相控整流和PWM（脉冲宽度调制）
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单相半波可控整流电路
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。
3.1 概述
分析时，假设整流电路工作在理想情况下： 功率器件正向导通时阻抗为零（压降为零）; 关断时阻抗无穷大（或电流为零）; 整流变压器绕组无漏抗，无内阻; 交流电网的容量足够大，电源是恒频恒压对称;
3.2单相可控整流电路
3.2.1单相半波可控整流电路
按电阻性负载、感性负载、反电势负载分析 1、电阻性负载 （1）电路的结构形式及工作原理
整流。 按整流输出波形：半波整流和全波整流。 按电路结构：桥式电路和零式电路； 按输入交流相数：单相、三相和多相电路；
3.1 概述 3.1.2相控整流电路一般结构
由交流电源（工频电网或整流变压器）、 整流电路、负载及触发控制电路构成。
图3. 1 相控整流电路的结构框图
3.1 概述
整流电路包括： 电力电子变换电路、滤波器和保护电路等。
（3）基本数量关系 ①输出直流电压平均值
1 p
Ud 2p a
2U2sinωtd(ωt)
2U
2p
2
(1
cosa
)
0.45U
2
1
cosa
2
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在0.45U2 ~ 0之间连续可调；
由于电感的存在，延迟 了晶闸管关断的时刻，使
输出电压ud波形出现负值，
因此输出直流电压的平均 值下降。
负载阻抗角，φ arctg w L
R
若φ为定值， a角越大，
导通角θ越小；
若a为定值，φ越大，导
通角θ越大。
u2
b)
0
wt1
p
ug
c) 0
ud
d) 0a
id
e) 0
u VT
+ q
f) 0
2p
wt
wt +
负载 各种工业设备，负载可以等效为电阻性负载、
电感性负载、电容性负载和反电动势负载等。
触发控制电路 功率器件的触发（驱动）电路和控制电路等。
3.1 概述
整流电路应满足下述基本要求： （1）输出的电压的可调范围大，直流电压脉动小； （2）功率器件导电时间尽可能长，承受的正反向电
压较低； （3）变压器利用率高，尽量防止直流磁化； （4）交流电源功率因数高，谐波电流小。
T
a)
u
1
u
2
VT
i
u
d
VT
u
d
R
u
2
b)
0
wt 1
p
2p
wt
u
g
c)
0
wt
u
d
d)
0a
q
wt
u
VT
e)
0
wt
图3.2 单相半波可控整流电路及波形
3.2.1单相半波可控整流电路
（2）常用名词术语和概念
①控制角a ：从晶闸管开始承受正向电压到被触
发导通为止，这段时间所对应的电角度，又称 触发延迟角或触发角。
单相半波可控整流电路如不采取措施是不可能 直接带大电感负载正常工作的。
3.2.1单相半波可控整流电路
u 2
为了解决大电感负载时 b)
的上述矛盾，在整流电路
O
wt 1
u
d
wt
的负载两端并联一个整流 c)
O
wt
二极管，称为续流二极管
i d
I
d
VDR
d)
O
wt
i
VT
I
d
e)
O
p-a
p+a
wt
i
VD
R
f)
3.2.1单相半波可控整流电路
②输出电流平均值
Id
Ud R
0.45U2 R
.1 cosa
2
③晶闸管电流平均值
流过晶闸管的电流等于负载电流，即：
IdVT
Id
Ud R
0.45U2 .1 cosa
R2
④晶闸管电流有效值
IVT
1
p
(
2U2sinωt )2 d(ωt ) U2
电灯、电炉、电解和电镀等都属于电阻性负载。 特点： 消耗电能，不能存储或释放能量 负载电压和电流总是成正比，同相位，波形相同。
3.2.1单相半波可控整流电路
u2为工频正弦电压
u2 2U2sinωt
变压器二次侧电流 中含直流分量，易造成 变压器铁芯直流磁化。
晶闸管承受的最大 正反向电压均为电源电 压u2的峰值即 2U2
范围。它与电路结构和负载性质有关。 ⑥同步：触发脉冲与电源电压之间频率和相位协
调配合关系称之为同步。 ⑦换流：在电路中，电流从一个支路向另一个支
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单相半波可控整流电路
O
wt
u VT
g)
O
wt
图3.4 电感负载单相半波 有续流二极管的电路及波形Βιβλιοθήκη 3.2.1单相半波可控整流电路
（2）基本数量关系（有续流二极管） ①输出直流电压平均值
2p a
R
2R
1 sin2a p a
2p
p
3.2.1单相半波可控整流电路
⑤变压器二次侧电流有效值I 2与输出电流的有效值I 相等
I2 I IVT
U2 2R
1 sin2a p a
2p
p
⑥输出电压有效值
U
1
2p
p
(
a
2U2sinωt
)2
d(ωt)
U2 2
1 sin2a p a
2p
p
3.2.1单相半波可控整流电路
2、带阻感性负载 （1）电路结构及工作原理
当负载中的感抗ωL与电阻R相比不可忽略时，称为电感 性负载。
如电机的励磁绕组、经大电感滤波的负载等等都属于电 感性负载。 电感性负载特点: 流过的电流不能发生突变。 感应电动势Ldi／dt，极性是阻止电流的变化。 不消耗能量。
3.2.1单相半波可控整流电路
②导通角θ：晶闸管在一个电源周期中导通的电
角度称为导通角。此图，θ= π – a 。导通角与
负载性质有关。
③移相：改变控制角a的大小，称为移相。 ④移相控制：通过改变控制角a调节输出电压的
控制方式，称为移相控制。
3.2.1单相半波可控整流电路
⑤移相范围：使输出整流电压平均值从最大值降
到最小值（零或负最大值），控制角a的变化
第三章 交流-直流变换
✓ 整流电路（Rectifier）是电力电子电路中出现最早 的一种。
✓ 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。
3.1 概述
3.1.1 整流电路的分类 按整流器件：全控整流、半控整流和不可控整流 按控制方式：相控整流和PWM（脉冲宽度调制）
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单相半波可控整流电路
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。
3.1 概述
分析时，假设整流电路工作在理想情况下： 功率器件正向导通时阻抗为零（压降为零）; 关断时阻抗无穷大（或电流为零）; 整流变压器绕组无漏抗，无内阻; 交流电网的容量足够大，电源是恒频恒压对称;
3.2单相可控整流电路
3.2.1单相半波可控整流电路
按电阻性负载、感性负载、反电势负载分析 1、电阻性负载 （1）电路的结构形式及工作原理
整流。 按整流输出波形：半波整流和全波整流。 按电路结构：桥式电路和零式电路； 按输入交流相数：单相、三相和多相电路；
3.1 概述 3.1.2相控整流电路一般结构
由交流电源（工频电网或整流变压器）、 整流电路、负载及触发控制电路构成。
图3. 1 相控整流电路的结构框图
3.1 概述
整流电路包括： 电力电子变换电路、滤波器和保护电路等。
（3）基本数量关系 ①输出直流电压平均值
1 p
Ud 2p a
2U2sinωtd(ωt)
2U
2p
2
(1
cosa
)
0.45U
2
1
cosa
2
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在0.45U2 ~ 0之间连续可调；
由于电感的存在，延迟 了晶闸管关断的时刻，使
输出电压ud波形出现负值，
因此输出直流电压的平均 值下降。
负载阻抗角，φ arctg w L
R
若φ为定值， a角越大，
导通角θ越小；
若a为定值，φ越大，导
通角θ越大。
u2
b)
0
wt1
p
ug
c) 0
ud
d) 0a
id
e) 0
u VT
+ q
f) 0
2p
wt
wt +
负载 各种工业设备，负载可以等效为电阻性负载、
电感性负载、电容性负载和反电动势负载等。
触发控制电路 功率器件的触发（驱动）电路和控制电路等。
3.1 概述
整流电路应满足下述基本要求： （1）输出的电压的可调范围大，直流电压脉动小； （2）功率器件导电时间尽可能长，承受的正反向电
压较低； （3）变压器利用率高，尽量防止直流磁化； （4）交流电源功率因数高，谐波电流小。
T
a)
u
1
u
2
VT
i
u
d
VT
u
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R
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0
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p
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wt
u
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0
wt
u
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图3.2 单相半波可控整流电路及波形
3.2.1单相半波可控整流电路
（2）常用名词术语和概念
①控制角a ：从晶闸管开始承受正向电压到被触
发导通为止，这段时间所对应的电角度，又称 触发延迟角或触发角。
单相半波可控整流电路如不采取措施是不可能 直接带大电感负载正常工作的。
3.2.1单相半波可控整流电路
u 2
为了解决大电感负载时 b)
的上述矛盾，在整流电路
O
wt 1
u
d
wt
的负载两端并联一个整流 c)
O
wt
二极管，称为续流二极管
i d
I
d
VDR
d)
O
wt
i
VT
I
d
e)
O
p-a
p+a
wt
i
VD
R
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