電力電子主電路

1、電力電子主電路整流電路： 整流電路（rectifying circuit）把交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能的電路。大多數(shù)整流電路由變壓器、整流主電路和濾波器等組成。它在直流電動機的調(diào)速、發(fā)電機的勵磁調(diào)節(jié)、電解、電鍍等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。整流電路通常由主電路、濾波器和變壓器組成。20世紀(jì)70年代以后，主電路多用硅整流二極管和晶閘管組成。濾波器接在主電路與負(fù)載之間，用于濾除脈動直流電壓中的交流成分。變壓器設(shè)置與否視具體情況而定。變壓器的作用是實現(xiàn)交流輸入電壓與直流輸出電壓間的匹配以及交流電網(wǎng)與整流電路之間的電隔離。 整流電路的作用是將交流降壓電路輸出的電壓較低的交流電轉(zhuǎn)換成單向脈動性直流電，這就是交流電的整

2、流過程，整流電路主要由整流二極管組成。經(jīng)過整流電路之后的電壓已經(jīng)不是交流電壓，而是一種含有直流電壓和交流電壓的混合電壓，習(xí)慣上稱單向脈動性直流電壓。對整流電路的意義有一下總結(jié)：1、電源電路中的整流電路主要有半波整流電路、全波整流電路和橋式整流三種，倍壓整流電路用于其它交流信號的整流，例如用于發(fā)光二極管電平指示器電路中，對音頻信號進(jìn)行整流。 2、前三種整流電路輸出的單向脈動性直流電特性有所不同，半波整流電路輸出的電壓只有半周，所以這種單向脈動性直流電主要成分仍然是50Hz的，因為輸入交流市電的頻率是50Hz，半波整流電路去掉了交流電的半周，沒有改變單向脈動性直流電中交流成分的頻率；全波和橋式整流

3、電路相同，用到了輸入交流電壓的正、負(fù)半周，使頻率擴大在倍為100Hz，所以這種單向脈動性直流電的交流成分主要成分是100Hz的，這是因為整流電路將輸入交流電壓的一個半周轉(zhuǎn)換了極性，使輸出的直流脈動性電壓的頻率比輸入交流電壓提高了一倍，這一頻率的提高有利于濾波電路的濾波。 3、在電源電路的三種整流電路中，只有全波整流電路要求電源變壓器的次級線圈設(shè)有中心抽頭，其他兩種電路對電源變壓器沒有抽頭要求。另外，半波整流電路中只用一只二極管，全波整流電路中要用兩只二極管，而橋式整流電路中則要用四只二極管。根據(jù)上述兩個特點，可以方便地分辨出三種整流電路的類型，但要注意以電源變壓器有無抽頭來分辨三種整流電路比較

4、準(zhǔn)確。 4、在半波整流電路中，當(dāng)整流二極管截止時，交流電壓峰值全部加到二極管兩端。對于全波整流電路而言也是這樣，當(dāng)一只二極管導(dǎo)通時，另一只二極管截止，承受全部交流峰值電壓。所以對這兩種整流電路，要求電路的整流二極管其承受反向峰值電壓的能力較高；對于橋式整流電路而言，兩只二極管導(dǎo)通，另兩只二極管截止，它們串聯(lián)起來承受反向峰值電壓，在每只二極管兩端只有反向峰值電壓的一半，所以對這一電路中整流二極管承受反向峰值電壓的能力要求較低。 整流電路 5、 在要求直流電壓相同的情況下，對全波整流電路而言，電源變壓器次級線圈抽頭到上、下端交流電壓相等，且等于橋式整流電路中電源變壓器次級線圈的輸出電壓，這樣在全波

5、整流電路中的電源變壓器相當(dāng)于繞了兩組次級線圈。 6、在全波和橋式整流電路中，都將輸入交流電壓的負(fù)半周轉(zhuǎn)到正半周或?qū)⒄胫苻D(zhuǎn)到負(fù)半周，這一點與半波整流電路不同，在半波整流電路中，將輸入交流電壓一個半周切除。 7、在整流電路中，輸入交流電壓的幅值遠(yuǎn)大于二極管導(dǎo)通的管壓降，所以可將整流二極管的管壓降忽略不計。 8、對于倍壓整流電路，它能夠輸出比輸入交流電壓更高的直流電壓，但這種電路輸出電流的能力較差，所以具有高電壓，小電流的輸出特性。 9、分析上述整流電路時，主要用二極管的單向?qū)щ娞匦裕鞫O管的導(dǎo)通電壓由輸入交流電壓提供。 整流電路-分類方式按組成器件可分為不可控電路、半控電路、全控電路三種 1

6、）不可控整流電路完全由不可控二極管組成，電路結(jié)構(gòu)一定之后其直流整流電壓和交流電源電壓值的比是固定不變的。 2）半控整流電路由可控元件和二極管混合組成，在這種電路中，負(fù)載電源極性不能改變，但平均值可以調(diào)節(jié)。 3）在全控整流電路中，所有的整流元件都是可控的（SCR、GTR、GTO 等），其輸出直流電壓的平均值及極性可以通過控制元件的導(dǎo)通狀況而得到調(diào)節(jié)，在這種電路中，功率既可以由電源向負(fù)載傳送，也可以由負(fù)載反饋給電源，即所謂的有源逆變。 按電路結(jié)構(gòu)可分為零式電路和橋式電路 按變壓器二次側(cè)電流的方向方向是單向或雙向，又分為單拍電路和雙拍電路。其中所有半波整流電路都是單拍電路，所有全波整流電路都是雙拍電

7、路。 按控制方式可分為相控式電路和斬波式電路（斬波器）； 1） 通過控制觸發(fā)脈沖的相位來控制直流輸出電壓大小的方式稱為相位控制方式，簡稱相控方式。 2）斬波器就是利用晶閘管和自關(guān)斷器件來實現(xiàn)通斷控制，將直流電源電壓斷續(xù)加到負(fù)載上，通過通、斷的時間變化來改變負(fù)載電壓平均值，亦稱直流-直流變換器。它具有效率高、體積小、重量輕、成本低等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于直流牽引的變速拖動中，如城市電車、地鐵、蓄點池車等。斬波器一般分降壓斬波器，升壓斬波器和復(fù)合斬波器三種。 按引出方式的不同分中點引出整流電路，橋式整流電路，帶平衡電抗器整流電路，環(huán)形整流電路，十二相整流電路 二級電路1）中點引出整流電路分：單脈波（單相

8、半波），兩脈波（單相全波），三脈波（三相半波），六脈波（六相半波） 2）橋式整流電路分：兩脈波（單相）橋式，六脈波（三相）橋式 3）帶平衡電抗器整流電路分：一次星形聯(lián)結(jié)的六脈波帶平衡電抗器電路（即雙反星帶平衡電抗器電路），一次角形聯(lián)結(jié)的六脈波帶平衡電抗器電路 4）十二相整流電路分：二次星、三角聯(lián)結(jié)，橋式并聯(lián)（帶6f平衡電抗器）單機組十二脈波整流電路；二次星、三角聯(lián)結(jié)，橋式串聯(lián)十二脈波整流電路；橋式并聯(lián)等值十二脈波整流電路；雙反星形帶平衡電抗器等值十二脈波整流電路。 整流電路-作用原理電力網(wǎng)供給用戶的是交流電，而各種無線電裝置需要用直流電。整流，就是把交流電變?yōu)橹绷麟姷倪^程。利用具有單向?qū)щ娞匦?/p>

9、的器件，可以把方向和大小交變的電流變換為直流電。下面介紹利用晶體二極管組成的各種整流電路。 半波整流電路 一、半波整流電路半波整流電路是一種最簡單的整流電路。它由電源變壓器B 、整流二極管D 和負(fù)載電阻Rfz ，組成。變壓器把市電電壓（多為220伏）變換為所需要的交變電壓e2，D 再把交流電變換為脈動直流電。 變壓器砍級電壓e2，是一個方向和大小都隨時間變化的正弦波電壓，它的波形如圖5-2（a）所示。在0K時間內(nèi)，e2為正半周即變壓器上端為正下端為負(fù)。此時二極管承受正向電壓面導(dǎo)通，e2通過它加在負(fù)載電阻Rfz上，在2 時間內(nèi)，e2為負(fù)半周，變壓器次級下端為正，上端為負(fù)。這時D承受反向電壓，不導(dǎo)

10、通，Rfz，上無電壓。在2時間內(nèi)，重復(fù)0 時間的過程，而在34時間內(nèi)，又重復(fù)2時間的過程這樣反復(fù)下去，交流電的負(fù)半周就被"削"掉了，只有正半周通過Rfz，在Rfz上獲得了一個單一右向（上正下負(fù)）的電壓，如圖5-2（b）所示，達(dá)到了整流的目的，但是，負(fù)載電壓Usc。以及負(fù)載電流的大小還隨時間而變化，因此，通常稱它為脈動直流。 這種除去半周、圖下半周的整流方法，叫半波整流。不難看出，半波整說是以"犧牲"一半交流為代價而換取整流效果的，電流利用率很低（計算表明，整流得出的半波電壓在整個周期內(nèi)的平均值，即負(fù)載上的直流電壓Usc =0.45e2 ）因此常用在高電壓

11、、小電流的場合，而在一般無線電裝置中很少采用。 整流電路 二、全波整流電路如果把整流電路的結(jié)構(gòu)作一些調(diào)整，可以得到一種能充分利用電能的全波整流電路。圖5-3 是全波整流電路的電原理圖。 全波整流電路，可以看作是由兩個半波整流電路組合成的。變壓器次級 圖片線圈中間需要引出一個抽頭，把次組線圈分成兩個對稱的繞組，從而引出大小相等但極性相反的兩個電壓e2a 、e2b ，構(gòu)成e2a 、D1、Rfz與e2b 、D2、Rfz ，兩個通電回路。 全波整流電路的工作原理，可用圖5-4 所示的波形圖說明。在0間內(nèi)，e2a 對Dl為正向電壓，D1 導(dǎo)通，在Rfz 上得到上正下負(fù)的電壓；e2b 對D2為反向電壓，D

12、2 不導(dǎo)通。在-2時間內(nèi)，e2b 對D2為正向電壓，D2導(dǎo)通，在Rfz 上得到的仍然是上正下負(fù)的電壓；e2a 對D1為反向電壓，D1 不導(dǎo)通。 帶平衡電抗器的雙反星型可控整流電路 帶平衡電抗器的雙反星型可控整流電路帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路是將整流變壓器的兩組二次繞組都接成星形，但兩組接到晶閘管的同名端相反；兩組二次繞組的中性點通過平衡電控器LB連接在一起。 三、橋式整流電路橋式整流電路是使用最多的一種整流電路。這種電路，只要增加兩只二極管口連接成“橋”式結(jié)構(gòu)，便具有全波整流電路的優(yōu)點，而同時在一定程度上克服了它的缺點。 整流電路 整流電路橋式整流電路的工作原理如下：e2為正半周時，對

13、D1、D3和方向電壓，Dl，D3導(dǎo)通；對D2、D4加反向電壓，D2、D4截止。電路中構(gòu)成e2、Dl、Rfz 、D3通電回路，在Rfz ，上形成上正下負(fù)的半波整洗電壓，e2為負(fù)半周時，對D2、D4加正向電壓，D2、D4導(dǎo)通；對D1、D3加反向電壓，D1、D3截止。電路中構(gòu)成e2、D2Rfz 、D4通電回路，同樣在Rfz 上形成上正下負(fù)的另外半波的整流電壓。 如此重復(fù)下去，結(jié)果在Rfz ，上便得到全波整流電壓。其波形圖和全波整流波形圖是一樣的。從圖5-6中還不難看出，橋式電路中每只二極管承受的反向電壓等于變壓器次級電壓的最大值，比全波整流電路小一半。 三相橋式全控電路 三相橋式全控電路TR為三相整

14、流變壓器，其接線組別采用Y/Y-12。VT1VT6為晶閘管元件，F(xiàn)U1FU6為快速熔斷器。TS為三相同步變壓器，其接線組別采用/Y-11。P端為集成化六脈沖觸發(fā)電路+24V電源輸出端，接脈沖變壓器一次繞組連接公共端。P1P6端為集成化六脈沖觸發(fā)電路功放管V1V6集電極輸出端，分別接脈沖變壓器一次繞組的另一端。UC端為移相控制電壓輸入端。 三相橋式半控電路 三相橋式半控電路三相橋式半控整流電路與三相橋式全控整流電路基本相同，僅將共陽極組VT4，VT6，VT2的晶閘管元件換成了VD4，VD6，VD2整流二極管，以構(gòu)成三相橋式半控整流電路。 整流電路-元件選擇需要特別指出的是，二極管作為整流元件，要

15、根據(jù)不同的整流方式和負(fù)載大小加以選擇。如選擇不當(dāng)，則或者不能安全工作，甚至燒了管子；或者大材小用，造成浪費。 另外，在高電壓或大電流的情況下，如果手頭沒有承受高電壓或整定大電濾的整流元件，可以把二極管串聯(lián)或并聯(lián)起來使用。 整流電路 圖片圖5-7 示出了二極管并聯(lián)的情況：兩只二極管并聯(lián)、每只分擔(dān)電路總電流的一半，三只二極管并聯(lián)，每只分擔(dān)電路總電流的三分之一?？傊袔字欢O管并聯(lián)，"流經(jīng)每只二極管的電流就等于總電流的幾分之一。但是，在實際并聯(lián)運用時"，由于各二極管特性不完全一致，不能均分所通過的電流，會使有的管子困負(fù)擔(dān)過重而燒毀。因此需在每只二極管上串聯(lián)一只阻值相同的小電阻器

16、，使各并聯(lián)二極管流過的電流接近一致。這種均流電阻R一般選用零點幾歐至幾十歐的電阻器。電流越大，R應(yīng)選得越小。 圖片圖5-8示出了二極管串聯(lián)的情況。顯然在理想條件下，有幾只管子串聯(lián)，每只管子承受的反向電壓就應(yīng)等于總電壓的幾分之一。但因為每只二極管的反向電阻不盡相同，會造成電壓分配不均：內(nèi)阻大的二極管，有可能由于電壓過高而被擊穿，并由此引起連鎖反應(yīng)，逐個把二極管擊穿。在二極管上并聯(lián)的電阻R，可以使電壓分配均勻。均壓電阻要取阻值比二極管反向電阻值小的電阻器，各個電阻器的阻值要相等。繼電器繼電器是一種電控制器件。它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路）之間的互動關(guān)系。通常應(yīng)用于自動化

17、的控制電路中，它實際上是用小電流去控制大電流運作的一種“自動開關(guān)”。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。電磁繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點（常開觸點）吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點（常閉觸點）釋放。這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。對于繼電器的“常開、常閉”觸點，可以這樣來區(qū)分：繼電器線圈未通電時處于斷開狀態(tài)的靜觸點，稱為“常開觸點”；處于接通狀態(tài)的靜觸點稱為“常閉觸點”。繼電器一般有兩股電路，為低壓控制電路和高壓工作電路。直流斬波電