二极管整流器
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二极管整流器
理想化的二极管桥式整流电路
首先以电阻和恒流型负载形式为例分析简化整流电路工 作原理，然后讨论实际的二极管整流电路。
二极管整流器
二极管的通断规律 共阴极组
在共阴组中，阳极 电位最高的器件正 偏导通，其 它器
件反偏截止
•电流从共阴组流出， 从共阳组流入
共阳极组
二极管整流器
在共阳组中，阴极 电位最低的器件正 偏导通，其它器件
A reaA A reaB
包含恒压型负载
特点：负载 中的电势影 响了二极管 的导通时刻
vdiodevs(vLEd)
•二极管导通时刻
vs Ed
二极管整流器
• vs E d 后，
二极管仍可导通
一段时间
3.2 单相二极管桥式整流器
电路结构
内阻抗 滤 波 电 容
电压源
市电供电模型
•电路虽然简单，但求取电压、电流波形的函数形式 是很繁琐的。因而往往要借助仿真工具来分析电路。
电源侧 电感
直流侧电压 为恒定
• 负载为大电容时可近似看作直流侧电压为恒定
二极管整流器
电压电流波形
wtb D1,2导通
wt＝ p id达 最 大
wt＝ f id=0,D 12关 断
wt
二极管整流器
整流器特性（1）
直流侧电流对交流输入电流畸变及功率因数的影响
输入电流 畸变率
位移 因数
•Id较小时，THD较高 ，PF较低。
滤波 电容
电源 模型
等效 负载
•实际电路中，电容不会无穷大，则电容上的电压会出 现脉动。与恒压型负载时有所区别.
•分别通过解析计算和电路仿真手段来研究
二极管整流器
•电流不连续时条件下的电路解析计算
二极管整流器
学习目的： 整流器的拓扑结构 整流电路的分析方法 单相整流器工作原理 三相整流器工作原理 电力电子电路的计算机仿真
二极管整流器
3.1 整流器的拓扑结构和基本概念
3.1.1 整流器的分类
根据交流电源的相数和整流输出对交流电源正负半 波的利用情况，AC－DC变换器可分为以下两大类。
来自百度文库
t1～t3，vs vR,
t2～t3，vs 0, i 0，
i建立，L储能增加 i减小，L储能释放
L储能使D1导通
二极管整流器
•电感的作用
vdiodevs(vLvR)
储存
电能 = 释放
电能
二极管整流器
di vL L dt
t3 0
vLd
t
Lt 3 d i d t 0 dt
L t3 d i 0 0
三相桥式
二极管整流器
3.1.3 开关器件的选择
开关器件工作特点 开关两端电压为正时，导通。 开关两端电压反转时，关断。
常采用二极管（晶闸管）作为开关器件。
晶闸管 理想特性
二极管 理想特性
二极管整流器
3.1.4 整流器负载的基本形式
L
R
E
电阻（R） 阻感（R-L） （如：电磁铁） 电感－恒压型负载(voltage sink)（L-E） （如：直流电动机） 恒流型负载(current sink) （L极大）
反偏截止
课间
3.2.1 电阻型负载下理想电路的工作原理
• 输出电压vd和电流id
vs 0, D1,2 导通,vd vs vs 0, D3,4 导通,vd vs
vd (t) vs
vs
-vs
O
wt
二极管整流器
• 输入电流（电源电流)is
is iidd
if vs 0 if vs 0
vs
-vs
O
wt
二极管整流器
3.2.2 恒流型负载下理想电路的 工作原理
• 输出电压vd和电流id
vd (t) vs
特点： vd表达式同电阻负载 ，只是id电流波形不同
vs
-vs
O
wt
二极管整流器
• 输入电流（电源电流)is
is iidd
if vs 0 if vs 0
特点： is表达式同电阻负载， 只是电流波形不同
二极管整流器
输入电流总有效值 I s I d
基波有效值
I s1
2
2
Id
谐波有效值
0
I sh
I s1
h
h为偶数 h为奇数
电流畸变率
THDi
Idis Is1
48.43%
Is2 Is21 Is1
二极管整流器
• 交流侧功率因数 (恒流型负载）
基波 因数
位移 因数
二极管整流器
3.2.4 恒压型负载下电路的工作原理
•Ls增大时，THD下 降，PF提高。
功率 因数
w I short circuit
Vs Ls
二极管整流器
整流器特性（2） 直流侧电流与整流输出电压的关系 •Id变化时，整流输出电压Vd在一定范围内波动
crestfactorIs,peak Is
振 幅 系 数
二极管整流器
3.2.5 实际的二极管整流器的解析计算
vs
-vs
O
wt
二极管整流器
3.2.3 对理想电路的定量分析
• 整流输出电压平均值Vd
Vd
V d
1
0
2V s sin w td (w t)
1(
0 2Vs cos w t)
2
2V s 0 .9V s
二极管整流器
• 交流侧电流 (恒流型负载）
Id
Id
对交流侧输入电流is傅立叶分解
is(t)22 2Id(sin w t 1 3 sin 3 w t 1 5 sin 5 w t)
第3章 二极管整流器
二极管整流器
整流(Rectification)：把交流电变换成直流电。 整流器(Rectifier)：实现整流的变换器。 整流器是出现最早的电力电子变换器。 最常用的变流电路。
二极管整流器
二极管整流器 方框图
电源为由电网提供的50Hz交流电。 通过二极管整流器变换为不控的直流电。 二极管整流器价格低廉，应用广泛：如开关电源、 交流电机驱动、直流电机伺服驱动。 很多场合下，整流器直接由电网供电而不通过工频 变压器。对许多电力设备来讲，省去体积大、价格高 的变压器是很重要的。
（如：直流电动机,电磁铁） 电容－电阻（R－E，E为电容） 恒压型负载（E，E二为极管大整电流器容）
3.1.5 整流器在不同负载下的工作特点
纯电阻负载
vs Ri
特点：负载上电压、
电流同相位。
二极管整流器
阻感负载
vs
Ri
L
di dt
特点：负载电流滞后于 电压，电感储能使二极 管导通时间延长。
t1之前，vs vR,
半波整流器
全波整流器
➢ 1相，1脉冲整流器
➢ 1相，2脉冲整流器
➢ 2相，2脉冲整流器
➢ 3相，3脉冲整流器
➢ 3相，6脉冲整流器
脉冲数指交流电1个周期内整流输出电压中包含的正弦 波的波数。
单相变压器副边绕组有中心抽头，可获得2相交流电。
二极管整流器
3.1.2 整流器的拓扑结构
单相半波
单相桥式
两相半波 三相半波
理想化的二极管桥式整流电路
首先以电阻和恒流型负载形式为例分析简化整流电路工 作原理，然后讨论实际的二极管整流电路。
二极管整流器
二极管的通断规律 共阴极组
在共阴组中，阳极 电位最高的器件正 偏导通，其 它器
件反偏截止
•电流从共阴组流出， 从共阳组流入
共阳极组
二极管整流器
在共阳组中，阴极 电位最低的器件正 偏导通，其它器件
A reaA A reaB
包含恒压型负载
特点：负载 中的电势影 响了二极管 的导通时刻
vdiodevs(vLEd)
•二极管导通时刻
vs Ed
二极管整流器
• vs E d 后，
二极管仍可导通
一段时间
3.2 单相二极管桥式整流器
电路结构
内阻抗 滤 波 电 容
电压源
市电供电模型
•电路虽然简单，但求取电压、电流波形的函数形式 是很繁琐的。因而往往要借助仿真工具来分析电路。
电源侧 电感
直流侧电压 为恒定
• 负载为大电容时可近似看作直流侧电压为恒定
二极管整流器
电压电流波形
wtb D1,2导通
wt＝ p id达 最 大
wt＝ f id=0,D 12关 断
wt
二极管整流器
整流器特性（1）
直流侧电流对交流输入电流畸变及功率因数的影响
输入电流 畸变率
位移 因数
•Id较小时，THD较高 ，PF较低。
滤波 电容
电源 模型
等效 负载
•实际电路中，电容不会无穷大，则电容上的电压会出 现脉动。与恒压型负载时有所区别.
•分别通过解析计算和电路仿真手段来研究
二极管整流器
•电流不连续时条件下的电路解析计算
二极管整流器
学习目的： 整流器的拓扑结构 整流电路的分析方法 单相整流器工作原理 三相整流器工作原理 电力电子电路的计算机仿真
二极管整流器
3.1 整流器的拓扑结构和基本概念
3.1.1 整流器的分类
根据交流电源的相数和整流输出对交流电源正负半 波的利用情况，AC－DC变换器可分为以下两大类。
来自百度文库
t1～t3，vs vR,
t2～t3，vs 0, i 0，
i建立，L储能增加 i减小，L储能释放
L储能使D1导通
二极管整流器
•电感的作用
vdiodevs(vLvR)
储存
电能 = 释放
电能
二极管整流器
di vL L dt
t3 0
vLd
t
Lt 3 d i d t 0 dt
L t3 d i 0 0
三相桥式
二极管整流器
3.1.3 开关器件的选择
开关器件工作特点 开关两端电压为正时，导通。 开关两端电压反转时，关断。
常采用二极管（晶闸管）作为开关器件。
晶闸管 理想特性
二极管 理想特性
二极管整流器
3.1.4 整流器负载的基本形式
L
R
E
电阻（R） 阻感（R-L） （如：电磁铁） 电感－恒压型负载(voltage sink)（L-E） （如：直流电动机） 恒流型负载(current sink) （L极大）
反偏截止
课间
3.2.1 电阻型负载下理想电路的工作原理
• 输出电压vd和电流id
vs 0, D1,2 导通,vd vs vs 0, D3,4 导通,vd vs
vd (t) vs
vs
-vs
O
wt
二极管整流器
• 输入电流（电源电流)is
is iidd
if vs 0 if vs 0
vs
-vs
O
wt
二极管整流器
3.2.2 恒流型负载下理想电路的 工作原理
• 输出电压vd和电流id
vd (t) vs
特点： vd表达式同电阻负载 ，只是id电流波形不同
vs
-vs
O
wt
二极管整流器
• 输入电流（电源电流)is
is iidd
if vs 0 if vs 0
特点： is表达式同电阻负载， 只是电流波形不同
二极管整流器
输入电流总有效值 I s I d
基波有效值
I s1
2
2
Id
谐波有效值
0
I sh
I s1
h
h为偶数 h为奇数
电流畸变率
THDi
Idis Is1
48.43%
Is2 Is21 Is1
二极管整流器
• 交流侧功率因数 (恒流型负载）
基波 因数
位移 因数
二极管整流器
3.2.4 恒压型负载下电路的工作原理
•Ls增大时，THD下 降，PF提高。
功率 因数
w I short circuit
Vs Ls
二极管整流器
整流器特性（2） 直流侧电流与整流输出电压的关系 •Id变化时，整流输出电压Vd在一定范围内波动
crestfactorIs,peak Is
振 幅 系 数
二极管整流器
3.2.5 实际的二极管整流器的解析计算
vs
-vs
O
wt
二极管整流器
3.2.3 对理想电路的定量分析
• 整流输出电压平均值Vd
Vd
V d
1
0
2V s sin w td (w t)
1(
0 2Vs cos w t)
2
2V s 0 .9V s
二极管整流器
• 交流侧电流 (恒流型负载）
Id
Id
对交流侧输入电流is傅立叶分解
is(t)22 2Id(sin w t 1 3 sin 3 w t 1 5 sin 5 w t)
第3章 二极管整流器
二极管整流器
整流(Rectification)：把交流电变换成直流电。 整流器(Rectifier)：实现整流的变换器。 整流器是出现最早的电力电子变换器。 最常用的变流电路。
二极管整流器
二极管整流器 方框图
电源为由电网提供的50Hz交流电。 通过二极管整流器变换为不控的直流电。 二极管整流器价格低廉，应用广泛：如开关电源、 交流电机驱动、直流电机伺服驱动。 很多场合下，整流器直接由电网供电而不通过工频 变压器。对许多电力设备来讲，省去体积大、价格高 的变压器是很重要的。
（如：直流电动机,电磁铁） 电容－电阻（R－E，E为电容） 恒压型负载（E，E二为极管大整电流器容）
3.1.5 整流器在不同负载下的工作特点
纯电阻负载
vs Ri
特点：负载上电压、
电流同相位。
二极管整流器
阻感负载
vs
Ri
L
di dt
特点：负载电流滞后于 电压，电感储能使二极 管导通时间延长。
t1之前，vs vR,
半波整流器
全波整流器
➢ 1相，1脉冲整流器
➢ 1相，2脉冲整流器
➢ 2相，2脉冲整流器
➢ 3相，3脉冲整流器
➢ 3相，6脉冲整流器
脉冲数指交流电1个周期内整流输出电压中包含的正弦 波的波数。
单相变压器副边绕组有中心抽头，可获得2相交流电。
二极管整流器
3.1.2 整流器的拓扑结构
单相半波
单相桥式
两相半波 三相半波