整流与逆变
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I Td 1 Id 3
（五）晶闸管电压
图2-15 电感性负载三相半波可控整 流 α 60 时的工作波形
（六）控制角的移相范围 α 的移相范围应是 0 ~ 90 ，有续流二极管时 0 ~ 150
最大反压，最大正向阻断电压都为 6U 2
2.3.3
共阳极连接的三相半波可控整流电路
图2-17 共阳 极连接的三 相半波可控 整流电路及 a)波形电路图 b）α ＝0° 时的波形图 c）α ＝30° 时的波形图
5 2U 2 U 1 6πα 1 3 IT I 2 ( sin t ) 2 dt 2 cos 2 π 2π 6 α Rd Rd 3 4
2.3.2
电感负载的三相半波可控整流电路
（一）工作原理 （二）输出直流电压的平均值
1 Ud T
T
0
ห้องสมุดไป่ตู้
u 0 dt 3 2
θ π α
（三）输出电压
Ud 1 T 1 π u 0 dt T 0 2π α
1 T 2 1 0 i0 dt 2 T
2U 2 sin ωtdωt
2
2 U 2 (1 cosα ) 2π
1 π α sin 2α 4π 2π
（四）输出电流
I 0 I 2 I VT
（二）输出电压 的平均值
Ud 1 T 1 u0dt T 0 2U 2 sin tdt 2 2 U 2 cos 0.9U 2 cos
（三）电感L上的电压及电阻R上的电压
uR U Rd uR ~ Ud
（四）输出电流
Id I0 I2
5 6
2U 2 sin tdt
6
（三）输出电流的平均值
Id
3 6U 2 cos 1.17U 2 cos 2
Ud 3 6 U2 cos ( ) R 2 Rd 2
IT I 2 1 3π 2 3 0 I d dωt 3 I d 2π
2
（四）晶闸管元件电流
2 U 2 (1 cosα ) 2π
U Rd 2 U2 (1 cosα ) R 2π R
图2-5 有续流二极管的单相半波 可控整流电路及其工作波形
3．输出电流平均值 I d I Rd
4．元件电压、元件电流
晶闸管VT所承受的断态正向峰值电压、反向峰值电压 及二极管VD的反向峰值电压都为 2U 。
30 ωt 150 150 ωt 270 270 ωt 390
5π
输出电压的平均值为
T
0
3 6 u 0 dt π 2π 6
2U 2 sin ωtdωt
3 6 U 2 1.17U 2 2π
图2-12 电阻负载时的三相半波 可控整流电路及α 0 时的工作 波形
（一）晶闸管共阴极接法电路
从波形图可知，输出电压的平均值为
Ud 2U 2 (1 cosα ) π
失控现象
图2-9 单相桥式半控整流电路 失控时的波形
图2-8 单相桥式半控整流电路
及其L足够大时的工作波形
（二） 有续流二极管的晶 闸管共阴极接法电路
（三）晶闸管在同一桥臂的 电路
图2-10 有续流二极管的单相半控整流电 路及其L足够大时的工作波形
2.4
三相桥式全控整流电路
本节将只讨论三相桥式全控整流器的理 想工作状态。所谓理想工作状态是假设 具有如下的理想条件： ①理想变压器。即变压器的漏抗、 绕组电阻和励磁电流都可忽略。 ② 晶闸管元件是理想的。 ③电感性负载时，直流电感Ld足够 大，输出电流的纹波可以不计。
三相半波整流 电路虽然较单相整 流电路来说在装臵 容量、输出电压的 脉动等许多方面有 了很大的改善，但 三相半波整流电路 的输出在每个电源 周期中仍只有3个脉 波，且整流变压器 中还存在着严重的 直流磁化电流问题。 因此在工业生产中 最大量使用的是三 相桥式整流电路
图2-20 电阻性负载三相全控整流桥
α 60 的工作波形
（一） α 60 时
电路稳态工作时，电流在 60 时是连续的；在 0 α 60 时 电流处于临界连续状态。输出 电压的平均值为
输出电流的平均值
Ud 3 6 U2 Id cos Rd 2 Rd
元件电流的平均值
I Td
图2-13 时电阻负载 α 30 的三相半波可控整流电路 波形 图2-14 电阻负载三 相半波可控整流 α 60 时的工作波形图
Id 6 U2 cos 3 2 Rd
元件电流的有效值 I T 、变压器副方 绕组电流的有效值 I 2为
u L u L ~ u 0~ u R ~ u 0~
图2-6 电阻负载的单相桥式 可控整流电路及工作波形
Ud U 0.9 2 cosα R R
（五）晶闸管电流
由于两晶闸管对轮流导通，在一个正弦周期内各导通180°，故流过各晶闸管上的电流 是幅值为 、宽度为180°的矩形波电流，所以其平均值为 Id
α 0 时的工作波形
（二）三相桥式可控整流电路 触发脉冲的形式
◤在晶闸管需导通的区域仅用初 始的一个窄脉冲去触发的方式称 “单窄脉冲触发” ◢
◤每个元件除了在各自的换流点 处有一个脉冲之外，还在60度电 角度之后的下一个导通元件的导 通时刻补了一个脉冲。所补的脉 冲在电流连续的稳态工作时并不 起任何作用，但它却是电路启动 及在电流断续时使电路正常工作 所不可缺少的，这种触发方式称 之为“双窄脉冲触发”。 ◢
图2-4 电感负载的单相半波可控整
流电路
当 ω t π 电源电压过零时，由于电感的存在，这时 的电流并不为零，晶闸管VT不会关断。 可得关于导通 角的方程为 sin( ) sin( )e tg 0 u 在ωt ωt 4之后，由于晶闸管VT关断， 0 、i0 又都保持 为零，直至下一个周期又重复上面分析的过程。
图2-19 触发脉冲的三种形式
◤ 若把上面的双窄脉冲连成一 个宽脉冲，电路当然也可正常工 作，这种触发方式称之为“宽脉 冲触发” ◢
2.4.2 电阻性负载 α 0 时
（二） 60 时 α
输出电压平均值为
6 Ud 2
6
5 6
3 6 3 2U 2 sin(t )dt U 2 [1 cos( )] 6 3
◤可控整流电 路的主元件在 采用晶闸管时， 其控制方式都 采用相位控制， 故这类整流电 路又称之为相 控整流。◢
2.2 单相可控整流电路 2.2.1电阻性负载的单相半波 可控整流
理想化假设 : 1.开关元件是理想的 2.变压器是理想的 3.电网电压是理想的正弦波
（一）工作原理 （二）控制角、元件导通角
图2-3 电阻性负载的单相半波整流电路及其 工作波形
（五）元件电压
2U 2 U sinω t dt 2 R R
2.2.2 电感性负载的单相半波可控整流
（一）无续流二极管电路的工作原理及波形
电路图如图2-4a）所示，电源电压如图2-4b）所示， 触发信号仍为与电源同步且控制角为的脉冲，如图24c）所示。
I Td 1 I d 2
晶闸管电流的有效值为
IT
Id 2
（六）元件电压
元件的最大断态正向电压、最大反向电压都为
2U 2 。
（七）控制角与导通角
控制角的有效移相范围为 0 ~ π ，但从式（2-18）可看到，当 / 2 时，输出电压的 平均值为负。元件的导通角θ π 。
2.2.5 单相桥式半控整流电路
2
5．控制角的有效移相范围为
. 0 ~ π 6．晶闸管VT的元件导通角
θ π α。
2.2.3 电阻负载的单相桥式全控整流电路 （一）工作原理
图2-6的桥式整流电路与图2-3的单相半波整流电路相比， 桥式整流把电源电压的负半波也利用起来了，使输出电压 在一个电源周期中由原来的只有一个脉波变成了有二个脉 波，改善了波形，提高了输出。在变压器的副方绕组中， 绕组电流的波形如图2-6h）所示，两个半周期的电流方向 相反且波形对称，因此不再存在半波整流电路中的变压器 直流磁化问题，提高了变压器的绕组利用率。
同理，对下组（共阳连接组） VT 晶闸管， 2 的导通区间是
90 ~ 210( A ~ B) ， VT 的导通 4 区间是 210 ~ 330( B ~ C) ， VT 的
330 导通区间是 ~ 450(C ~ A)
6
。
图2-18 电阻性负载三相桥式全控整流
六只晶闸管导通的顺序是VT1 →VT 2 → VT3→VT 4 → VT 5 → VT 6 → VT1 。
电流是连续的 ，其平均值为
Ud 3 6 U2 U2 Id 1.17 Rd 2π Rd Rd
（三）0
30
时
0 30 时，输出电压的平均值
为： 5 3 6πα U d π 2π 6 α
2U 2 sin ωtdωt
3 6 U 2 cosα 2π
图2-1 整流与逆变的功率流向
图2-2 部分常用的整流电路
c） 不控整流 d） 半控整流 按组成器件 可控整流 除c）、d）外 全控整流 a）～e） 单相 f）、g） 三相 按电源相数 六相 零式 b）、f） 按电路结构 桥式 c）、d）、e）、g） a）、b）*、f） 按变压器绕组电流 半波 全波 c）、d）、e）、g）
第2章 整流与有源逆变
2.1 概述
整流
将交流电转换成直流电的变换称之为 整流，实现整流变换的装臵称之为整 流器。 不控整流 可控整流 在整流变换过程中，其平均功率（或 能量）的流向是从交流电源流向直流 负载。
逆变
工业应用中常常需要把直流电能转换 成交流电能，这种对应于整流的逆向 过程称之为逆变 。
有源逆变 无源逆变 在逆变过程中，其平均功率（或能 量）是从直流侧流向交流侧的。
图2-11 晶闸管在同一桥臂的单相半控整 流电路及其L足够大时的工作波形
2.3
三相半波可控整流电路
（一）控制角及触发脉冲顺序
三个晶闸管的导通顺序是 VT1 VT3 VT5 VT1
α （二） 0 时
输出电压在一个周期中的分段表达式为
uU u 0 uV u W
1 Ud T
在电流断续、电流连续或电感足够大的几种情况下， 有续流二极管电路的输出电压在一个周期内的表达式 t 都为 u 2U sin t
2 0
输出电压 u0 的直流分量（平均值） d 为 U
0
t 2
2．负载电阻R上电压平均值 U Rd U d
④电源为三相对称系统，其表达式 如式 u 2U sin ωt
uV uW
U 2
2U 2 sin( t ω
2 π) 3 4 2U 2 sin( t - π) ω 3
2.4.1 电阻性负载 α 0时 （一）工作原理 那末，对上组（共阴连接组） 晶闸管，在ωt 30 ~ 150 （R～S） 之间是 VT1 导通， 3 、 5 承受 VT VT 反压而关断；在 ωt 150 ~ 270 之间是 VT3 导通；在ωt 270 ~ 390 之间是 VT 5 导通。
2U 2 sin( t φ ) ω z
2U 2 sin( φ )e α z
α ω t t gφ
（二）有续流二极管电路的工作原理
为了提高整流器输出电压的平均值和减小变压器的发热损 耗，按图2-5a)所示极性在负载两端并联一功率二极管VD， VD称为续流二极管。
（三）有续流二极管电路工作时的数学表达式 1．输出电压
ω 在 ωt 0 到 t α 阶段，晶闸管VT承受正向电压 但没有触发信号，晶闸管不会导通，u0 、i0 都等于零。
当 ω t α 的 ωt1 时刻，晶闸管VT被触发导通.导通 期间内有方程 u0 Ri0 L di0 2U 2 sin ωt
dt
解此方程可得输出电流为:
i0 (t ) i1 (t ) i2 (t )
（五）晶闸管电压
图2-15 电感性负载三相半波可控整 流 α 60 时的工作波形
（六）控制角的移相范围 α 的移相范围应是 0 ~ 90 ，有续流二极管时 0 ~ 150
最大反压，最大正向阻断电压都为 6U 2
2.3.3
共阳极连接的三相半波可控整流电路
图2-17 共阳 极连接的三 相半波可控 整流电路及 a)波形电路图 b）α ＝0° 时的波形图 c）α ＝30° 时的波形图
5 2U 2 U 1 6πα 1 3 IT I 2 ( sin t ) 2 dt 2 cos 2 π 2π 6 α Rd Rd 3 4
2.3.2
电感负载的三相半波可控整流电路
（一）工作原理 （二）输出直流电压的平均值
1 Ud T
T
0
ห้องสมุดไป่ตู้
u 0 dt 3 2
θ π α
（三）输出电压
Ud 1 T 1 π u 0 dt T 0 2π α
1 T 2 1 0 i0 dt 2 T
2U 2 sin ωtdωt
2
2 U 2 (1 cosα ) 2π
1 π α sin 2α 4π 2π
（四）输出电流
I 0 I 2 I VT
（二）输出电压 的平均值
Ud 1 T 1 u0dt T 0 2U 2 sin tdt 2 2 U 2 cos 0.9U 2 cos
（三）电感L上的电压及电阻R上的电压
uR U Rd uR ~ Ud
（四）输出电流
Id I0 I2
5 6
2U 2 sin tdt
6
（三）输出电流的平均值
Id
3 6U 2 cos 1.17U 2 cos 2
Ud 3 6 U2 cos ( ) R 2 Rd 2
IT I 2 1 3π 2 3 0 I d dωt 3 I d 2π
2
（四）晶闸管元件电流
2 U 2 (1 cosα ) 2π
U Rd 2 U2 (1 cosα ) R 2π R
图2-5 有续流二极管的单相半波 可控整流电路及其工作波形
3．输出电流平均值 I d I Rd
4．元件电压、元件电流
晶闸管VT所承受的断态正向峰值电压、反向峰值电压 及二极管VD的反向峰值电压都为 2U 。
30 ωt 150 150 ωt 270 270 ωt 390
5π
输出电压的平均值为
T
0
3 6 u 0 dt π 2π 6
2U 2 sin ωtdωt
3 6 U 2 1.17U 2 2π
图2-12 电阻负载时的三相半波 可控整流电路及α 0 时的工作 波形
（一）晶闸管共阴极接法电路
从波形图可知，输出电压的平均值为
Ud 2U 2 (1 cosα ) π
失控现象
图2-9 单相桥式半控整流电路 失控时的波形
图2-8 单相桥式半控整流电路
及其L足够大时的工作波形
（二） 有续流二极管的晶 闸管共阴极接法电路
（三）晶闸管在同一桥臂的 电路
图2-10 有续流二极管的单相半控整流电 路及其L足够大时的工作波形
2.4
三相桥式全控整流电路
本节将只讨论三相桥式全控整流器的理 想工作状态。所谓理想工作状态是假设 具有如下的理想条件： ①理想变压器。即变压器的漏抗、 绕组电阻和励磁电流都可忽略。 ② 晶闸管元件是理想的。 ③电感性负载时，直流电感Ld足够 大，输出电流的纹波可以不计。
三相半波整流 电路虽然较单相整 流电路来说在装臵 容量、输出电压的 脉动等许多方面有 了很大的改善，但 三相半波整流电路 的输出在每个电源 周期中仍只有3个脉 波，且整流变压器 中还存在着严重的 直流磁化电流问题。 因此在工业生产中 最大量使用的是三 相桥式整流电路
图2-20 电阻性负载三相全控整流桥
α 60 的工作波形
（一） α 60 时
电路稳态工作时，电流在 60 时是连续的；在 0 α 60 时 电流处于临界连续状态。输出 电压的平均值为
输出电流的平均值
Ud 3 6 U2 Id cos Rd 2 Rd
元件电流的平均值
I Td
图2-13 时电阻负载 α 30 的三相半波可控整流电路 波形 图2-14 电阻负载三 相半波可控整流 α 60 时的工作波形图
Id 6 U2 cos 3 2 Rd
元件电流的有效值 I T 、变压器副方 绕组电流的有效值 I 2为
u L u L ~ u 0~ u R ~ u 0~
图2-6 电阻负载的单相桥式 可控整流电路及工作波形
Ud U 0.9 2 cosα R R
（五）晶闸管电流
由于两晶闸管对轮流导通，在一个正弦周期内各导通180°，故流过各晶闸管上的电流 是幅值为 、宽度为180°的矩形波电流，所以其平均值为 Id
α 0 时的工作波形
（二）三相桥式可控整流电路 触发脉冲的形式
◤在晶闸管需导通的区域仅用初 始的一个窄脉冲去触发的方式称 “单窄脉冲触发” ◢
◤每个元件除了在各自的换流点 处有一个脉冲之外，还在60度电 角度之后的下一个导通元件的导 通时刻补了一个脉冲。所补的脉 冲在电流连续的稳态工作时并不 起任何作用，但它却是电路启动 及在电流断续时使电路正常工作 所不可缺少的，这种触发方式称 之为“双窄脉冲触发”。 ◢
图2-4 电感负载的单相半波可控整
流电路
当 ω t π 电源电压过零时，由于电感的存在，这时 的电流并不为零，晶闸管VT不会关断。 可得关于导通 角的方程为 sin( ) sin( )e tg 0 u 在ωt ωt 4之后，由于晶闸管VT关断， 0 、i0 又都保持 为零，直至下一个周期又重复上面分析的过程。
图2-19 触发脉冲的三种形式
◤ 若把上面的双窄脉冲连成一 个宽脉冲，电路当然也可正常工 作，这种触发方式称之为“宽脉 冲触发” ◢
2.4.2 电阻性负载 α 0 时
（二） 60 时 α
输出电压平均值为
6 Ud 2
6
5 6
3 6 3 2U 2 sin(t )dt U 2 [1 cos( )] 6 3
◤可控整流电 路的主元件在 采用晶闸管时， 其控制方式都 采用相位控制， 故这类整流电 路又称之为相 控整流。◢
2.2 单相可控整流电路 2.2.1电阻性负载的单相半波 可控整流
理想化假设 : 1.开关元件是理想的 2.变压器是理想的 3.电网电压是理想的正弦波
（一）工作原理 （二）控制角、元件导通角
图2-3 电阻性负载的单相半波整流电路及其 工作波形
（五）元件电压
2U 2 U sinω t dt 2 R R
2.2.2 电感性负载的单相半波可控整流
（一）无续流二极管电路的工作原理及波形
电路图如图2-4a）所示，电源电压如图2-4b）所示， 触发信号仍为与电源同步且控制角为的脉冲，如图24c）所示。
I Td 1 I d 2
晶闸管电流的有效值为
IT
Id 2
（六）元件电压
元件的最大断态正向电压、最大反向电压都为
2U 2 。
（七）控制角与导通角
控制角的有效移相范围为 0 ~ π ，但从式（2-18）可看到，当 / 2 时，输出电压的 平均值为负。元件的导通角θ π 。
2.2.5 单相桥式半控整流电路
2
5．控制角的有效移相范围为
. 0 ~ π 6．晶闸管VT的元件导通角
θ π α。
2.2.3 电阻负载的单相桥式全控整流电路 （一）工作原理
图2-6的桥式整流电路与图2-3的单相半波整流电路相比， 桥式整流把电源电压的负半波也利用起来了，使输出电压 在一个电源周期中由原来的只有一个脉波变成了有二个脉 波，改善了波形，提高了输出。在变压器的副方绕组中， 绕组电流的波形如图2-6h）所示，两个半周期的电流方向 相反且波形对称，因此不再存在半波整流电路中的变压器 直流磁化问题，提高了变压器的绕组利用率。
同理，对下组（共阳连接组） VT 晶闸管， 2 的导通区间是
90 ~ 210( A ~ B) ， VT 的导通 4 区间是 210 ~ 330( B ~ C) ， VT 的
330 导通区间是 ~ 450(C ~ A)
6
。
图2-18 电阻性负载三相桥式全控整流
六只晶闸管导通的顺序是VT1 →VT 2 → VT3→VT 4 → VT 5 → VT 6 → VT1 。
电流是连续的 ，其平均值为
Ud 3 6 U2 U2 Id 1.17 Rd 2π Rd Rd
（三）0
30
时
0 30 时，输出电压的平均值
为： 5 3 6πα U d π 2π 6 α
2U 2 sin ωtdωt
3 6 U 2 cosα 2π
图2-1 整流与逆变的功率流向
图2-2 部分常用的整流电路
c） 不控整流 d） 半控整流 按组成器件 可控整流 除c）、d）外 全控整流 a）～e） 单相 f）、g） 三相 按电源相数 六相 零式 b）、f） 按电路结构 桥式 c）、d）、e）、g） a）、b）*、f） 按变压器绕组电流 半波 全波 c）、d）、e）、g）
第2章 整流与有源逆变
2.1 概述
整流
将交流电转换成直流电的变换称之为 整流，实现整流变换的装臵称之为整 流器。 不控整流 可控整流 在整流变换过程中，其平均功率（或 能量）的流向是从交流电源流向直流 负载。
逆变
工业应用中常常需要把直流电能转换 成交流电能，这种对应于整流的逆向 过程称之为逆变 。
有源逆变 无源逆变 在逆变过程中，其平均功率（或能 量）是从直流侧流向交流侧的。
图2-11 晶闸管在同一桥臂的单相半控整 流电路及其L足够大时的工作波形
2.3
三相半波可控整流电路
（一）控制角及触发脉冲顺序
三个晶闸管的导通顺序是 VT1 VT3 VT5 VT1
α （二） 0 时
输出电压在一个周期中的分段表达式为
uU u 0 uV u W
1 Ud T
在电流断续、电流连续或电感足够大的几种情况下， 有续流二极管电路的输出电压在一个周期内的表达式 t 都为 u 2U sin t
2 0
输出电压 u0 的直流分量（平均值） d 为 U
0
t 2
2．负载电阻R上电压平均值 U Rd U d
④电源为三相对称系统，其表达式 如式 u 2U sin ωt
uV uW
U 2
2U 2 sin( t ω
2 π) 3 4 2U 2 sin( t - π) ω 3
2.4.1 电阻性负载 α 0时 （一）工作原理 那末，对上组（共阴连接组） 晶闸管，在ωt 30 ~ 150 （R～S） 之间是 VT1 导通， 3 、 5 承受 VT VT 反压而关断；在 ωt 150 ~ 270 之间是 VT3 导通；在ωt 270 ~ 390 之间是 VT 5 导通。
2U 2 sin( t φ ) ω z
2U 2 sin( φ )e α z
α ω t t gφ
（二）有续流二极管电路的工作原理
为了提高整流器输出电压的平均值和减小变压器的发热损 耗，按图2-5a)所示极性在负载两端并联一功率二极管VD， VD称为续流二极管。
（三）有续流二极管电路工作时的数学表达式 1．输出电压
ω 在 ωt 0 到 t α 阶段，晶闸管VT承受正向电压 但没有触发信号，晶闸管不会导通，u0 、i0 都等于零。
当 ω t α 的 ωt1 时刻，晶闸管VT被触发导通.导通 期间内有方程 u0 Ri0 L di0 2U 2 sin ωt
dt
解此方程可得输出电流为:
i0 (t ) i1 (t ) i2 (t )