最新交流-直流变换电路
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3-16
3.2.1 单相半波可控整流电路
a)
u2
b)
O ud
t1
t
c)
O
t
id
d)
Id
O
t
i VT
Id
e)
O i VD R
-
+
t
f)
O
t
u VT
g)
O
t
图3-2-4 带阻感负载(接续流管) 的 单相半波电路及其波形
2.接续流二极管时 ❖ 工作原理
• u2＞0：uAK＞0。在ωt=α来自百度文库触 发晶闸管导通， ud= u2续流
负载，电源电压U2为220V，要求的直流输出电压
为50 V，直流输出平均电流为20A。 试计算： (1) 晶闸管的控制角。 (2) 输出电流有效值。 (3) 电路功率因数。 (4) 晶闸管的额定电压和额定电流。
3-11
解 : (1)
co s2 U d 1 25010
0.4U 5 2 0.4 5 220
(3) 续流二极管的电流平均值IdD与续流二极管的电
流有效值ID
π
IdD 2π Id
ID
21 0 Id 2d(t)
2Id
3-21
3.2.1 单相半波可控整流电路
• 单相半波可控整流电路的特点
– 简单，但输出脉动大，变压器二次侧电流中 含直流分量，造成变压器铁芯直流磁化。
– 实际上很少应用此种电路。 – 分析该电路的主要目的是建立起整流电路的
二极管VDR承受反向电压而处 于断态。
• u2＜0：电感的感应电压使
VDR承受正向电压导通续流，
晶闸管承受反压关断,ud=0。
如果电感足够大，续流二极管 一直导通到下一周期晶闸管导
通，使id连续。
3-17
3.2.1 单相半波可控整流电路
• 由以上分析可以看出，电感性负载加续流二极管后， 输出电压波形与电阻性负载波形相同，续流二极管可 以起到提高输出电压的作用。在大电感负载时负载电 流波形连续且近似一条直线，流过晶闸管的电流波形 和流过续流二极管的电流波形是矩形波。
取2倍安全裕量，晶闸管的额定电流为：
IT(AV )56.6A
（5）晶闸管承受的最高电压：
U m2 U 2222 3 01 V1 考虑(2~3)倍安全裕量，晶闸管的额定电压为
U T N ( 2 ~ 3 ) U m ( 2 ~ 3 ) 3 6 1~ 2 1 9V 2 33
根据计算结果可以选取满足要求的晶闸管。
直流输出电压平均值Ud为
U d21 2U2si nt d (t)
从Ud的波形可以看出，由于电感负载的存在，电源电压由
正到负过零点也不会关断，输出电压出现了负波形，输出 电压和电流的平均值减小；当大电感负载时输出电压正负
面积趋于相等，输出电压平均值趋于零，则Id也很小。所以，
实际的大电感电路中，常常在负载两端并联一个续流二极 管。
的比值
co sPU2I 1si2 n π
S U 2I2 4π
2π
式中 P—变压器二次侧有功功率，P=UI=I2R
S—变压器二次侧视在功率，S=U2I2
(5) 晶闸管承受的最大正反向电压UTM 晶闸管承受的最大正反向电压UTM是相电压峰值。
UTM 2U2
3-10
3.2.1 单相半波可控整流电路
〖例3-1〗 如图所示单相半波可控整流器，电阻性
输出电流平均值Id IdU Rd0.4U Rd51c2os
3-19
3.2.1 单相半波可控整流电路
(2) 晶闸管的电流平均值IdT与晶闸管的电流有效值IT
晶闸管的电流平均值IdT ：
IdT
π-
2π
Id
晶闸管的电流有效值IT： IT 21 Id 2d(t) 2 Id
3-20
3.2.1 单相半波可控整流电路
▪ 当ωt=π时，交流电压u2过零，由于 有电感电势的存在，晶闸管的电压
uAK仍大于零，晶闸管会继续导通， 电感的储能全部释放完后，晶闸管
在u2反压作用下而截止。直到下一 个周期的正半周。
有负面图积3-2-3
带阻感负载(不接续流
管)的 单相半波电路及其波形
3-15
3.2.1 单相半波可控整流电路 ❖ 数量关系
交流-直流变换电路
3.1 概述
整流电路：
出现最早的电力电子电路，将交流电变为直流电。
整流电路的分类：
按组成的器件可分为不可控、半控、全控三种。 按电路结构可分为桥式电路和零式电路。 按交流输入相数分为单相电路和多相电路。 按变压器二次侧电流的方向是单向或双向，又分为 单拍电路和双拍电路。
3.2.1 单相半波可控整流电路
2
t
t +
t
t
t
图3-2-2 带阻感负载的 单相半波电路及其波形
3-14
3.2.1 单相半波可控整流电路
1. 无续流二极管时 ❖ 工作原理
▪ 0~α：uAK大于零，但门极没有触发 信号，晶闸管处于正向关断状态， 输出电压、电流都等于零。
▪ 在ωt=α时，门极有触发信号，晶闸 管被触发导通，负载电压ud= u2。
• 对于电感性负载加续流二极管的单相半波可控整流器 移相范围与单相半波可控整流电路电阻性负载相同为
0～180º，且有α+θ=180º。
3-18
3.2.1 单相半波可控整流电路 ❖ 基本数量关系
(1) 输出电压平均值Ud与输出电流平均值Id
输出电压平均值Ud
U d 2 1 π 2 U 2 sitd n t2 π U 2 1 c 2o 0 s .4 U 2 5 1 c 2o
3-13
3.2.1 单相半波可控整流电路
2）电感性负载
VT T
a) u1
uVT u2
id
L ud
R
➢ 电感性负载通常是电机的励 磁线圈和负载串联电抗器等。
➢ 电感性负载的特点：电感对 电流变化有抗拒作用，使得 流过电感的电流不发生突变。
u2
b)
0
t1
ug
c) 0
ud
+
d) 0 id
e)
0
uVT
f) 0
则α=90º
(2) RUd 502.5Ω Id 20
当α=90º时，输出电流有效值
IUU 2 1si2 n π44A .4
R R 4π
2π
(3)
cosPU2IU4.445 20 00.505
S U2I2 U2 220
3-12
(4)
晶闸管电流有效值IT
IT I
则
与输出电流有效值相等，即：
IT(AV )1I.5T7(1.5~2)
(3) 晶闸管电流有效值和变压器二次侧电流有效 值
• 单相半波可控整流电路中，负载、晶闸管和变 压器二次侧流过相同的电流，故其有效值相等， 即：
IITI2U R 2
1si2 n π
4π
2π
3-9
3.2.1 单相半波可控整流电路
(4) 功率因数cosφ
• 整流器功率因数是变压器二次侧有功功率与视在功率
3.2.1 单相半波可控整流电路
a)
u2
b)
O ud
t1
t
c)
O
t
id
d)
Id
O
t
i VT
Id
e)
O i VD R
-
+
t
f)
O
t
u VT
g)
O
t
图3-2-4 带阻感负载(接续流管) 的 单相半波电路及其波形
2.接续流二极管时 ❖ 工作原理
• u2＞0：uAK＞0。在ωt=α来自百度文库触 发晶闸管导通， ud= u2续流
负载，电源电压U2为220V，要求的直流输出电压
为50 V，直流输出平均电流为20A。 试计算： (1) 晶闸管的控制角。 (2) 输出电流有效值。 (3) 电路功率因数。 (4) 晶闸管的额定电压和额定电流。
3-11
解 : (1)
co s2 U d 1 25010
0.4U 5 2 0.4 5 220
(3) 续流二极管的电流平均值IdD与续流二极管的电
流有效值ID
π
IdD 2π Id
ID
21 0 Id 2d(t)
2Id
3-21
3.2.1 单相半波可控整流电路
• 单相半波可控整流电路的特点
– 简单，但输出脉动大，变压器二次侧电流中 含直流分量，造成变压器铁芯直流磁化。
– 实际上很少应用此种电路。 – 分析该电路的主要目的是建立起整流电路的
二极管VDR承受反向电压而处 于断态。
• u2＜0：电感的感应电压使
VDR承受正向电压导通续流，
晶闸管承受反压关断,ud=0。
如果电感足够大，续流二极管 一直导通到下一周期晶闸管导
通，使id连续。
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3.2.1 单相半波可控整流电路
• 由以上分析可以看出，电感性负载加续流二极管后， 输出电压波形与电阻性负载波形相同，续流二极管可 以起到提高输出电压的作用。在大电感负载时负载电 流波形连续且近似一条直线，流过晶闸管的电流波形 和流过续流二极管的电流波形是矩形波。
取2倍安全裕量，晶闸管的额定电流为：
IT(AV )56.6A
（5）晶闸管承受的最高电压：
U m2 U 2222 3 01 V1 考虑(2~3)倍安全裕量，晶闸管的额定电压为
U T N ( 2 ~ 3 ) U m ( 2 ~ 3 ) 3 6 1~ 2 1 9V 2 33
根据计算结果可以选取满足要求的晶闸管。
直流输出电压平均值Ud为
U d21 2U2si nt d (t)
从Ud的波形可以看出，由于电感负载的存在，电源电压由
正到负过零点也不会关断，输出电压出现了负波形，输出 电压和电流的平均值减小；当大电感负载时输出电压正负
面积趋于相等，输出电压平均值趋于零，则Id也很小。所以，
实际的大电感电路中，常常在负载两端并联一个续流二极 管。
的比值
co sPU2I 1si2 n π
S U 2I2 4π
2π
式中 P—变压器二次侧有功功率，P=UI=I2R
S—变压器二次侧视在功率，S=U2I2
(5) 晶闸管承受的最大正反向电压UTM 晶闸管承受的最大正反向电压UTM是相电压峰值。
UTM 2U2
3-10
3.2.1 单相半波可控整流电路
〖例3-1〗 如图所示单相半波可控整流器，电阻性
输出电流平均值Id IdU Rd0.4U Rd51c2os
3-19
3.2.1 单相半波可控整流电路
(2) 晶闸管的电流平均值IdT与晶闸管的电流有效值IT
晶闸管的电流平均值IdT ：
IdT
π-
2π
Id
晶闸管的电流有效值IT： IT 21 Id 2d(t) 2 Id
3-20
3.2.1 单相半波可控整流电路
▪ 当ωt=π时，交流电压u2过零，由于 有电感电势的存在，晶闸管的电压
uAK仍大于零，晶闸管会继续导通， 电感的储能全部释放完后，晶闸管
在u2反压作用下而截止。直到下一 个周期的正半周。
有负面图积3-2-3
带阻感负载(不接续流
管)的 单相半波电路及其波形
3-15
3.2.1 单相半波可控整流电路 ❖ 数量关系
交流-直流变换电路
3.1 概述
整流电路：
出现最早的电力电子电路，将交流电变为直流电。
整流电路的分类：
按组成的器件可分为不可控、半控、全控三种。 按电路结构可分为桥式电路和零式电路。 按交流输入相数分为单相电路和多相电路。 按变压器二次侧电流的方向是单向或双向，又分为 单拍电路和双拍电路。
3.2.1 单相半波可控整流电路
2
t
t +
t
t
t
图3-2-2 带阻感负载的 单相半波电路及其波形
3-14
3.2.1 单相半波可控整流电路
1. 无续流二极管时 ❖ 工作原理
▪ 0~α：uAK大于零，但门极没有触发 信号，晶闸管处于正向关断状态， 输出电压、电流都等于零。
▪ 在ωt=α时，门极有触发信号，晶闸 管被触发导通，负载电压ud= u2。
• 对于电感性负载加续流二极管的单相半波可控整流器 移相范围与单相半波可控整流电路电阻性负载相同为
0～180º，且有α+θ=180º。
3-18
3.2.1 单相半波可控整流电路 ❖ 基本数量关系
(1) 输出电压平均值Ud与输出电流平均值Id
输出电压平均值Ud
U d 2 1 π 2 U 2 sitd n t2 π U 2 1 c 2o 0 s .4 U 2 5 1 c 2o
3-13
3.2.1 单相半波可控整流电路
2）电感性负载
VT T
a) u1
uVT u2
id
L ud
R
➢ 电感性负载通常是电机的励 磁线圈和负载串联电抗器等。
➢ 电感性负载的特点：电感对 电流变化有抗拒作用，使得 流过电感的电流不发生突变。
u2
b)
0
t1
ug
c) 0
ud
+
d) 0 id
e)
0
uVT
f) 0
则α=90º
(2) RUd 502.5Ω Id 20
当α=90º时，输出电流有效值
IUU 2 1si2 n π44A .4
R R 4π
2π
(3)
cosPU2IU4.445 20 00.505
S U2I2 U2 220
3-12
(4)
晶闸管电流有效值IT
IT I
则
与输出电流有效值相等，即：
IT(AV )1I.5T7(1.5~2)
(3) 晶闸管电流有效值和变压器二次侧电流有效 值
• 单相半波可控整流电路中，负载、晶闸管和变 压器二次侧流过相同的电流，故其有效值相等， 即：
IITI2U R 2
1si2 n π
4π
2π
3-9
3.2.1 单相半波可控整流电路
(4) 功率因数cosφ
• 整流器功率因数是变压器二次侧有功功率与视在功率