電力電子課件 第3章 整流電路1

1、第第3章章 整流電路整流電路 3.1 單相可控整流電路單相可控整流電路 3.2 三相可控整流電路三相可控整流電路 3.3 變壓器漏感對整流電路的影響變壓器漏感對整流電路的影響 3.4 電容濾波的不可控整流電路電容濾波的不可控整流電路 3.5 整流電路的諧波和功率因數(shù)整流電路的諧波和功率因數(shù) 3.6 大功率可控整流電路大功率可控整流電路 3.7 整流電路的有源逆變工作狀態(tài)整流電路的有源逆變工作狀態(tài) 3.8 相控電路的驅(qū)動(dòng)控制相控電路的驅(qū)動(dòng)控制 本章小結(jié)本章小結(jié) 引言引言整流電路（整流電路（Rectifier）是電力電子電路中出現(xiàn)最）是電力電子電路中出現(xiàn)最早的一種，它的作用是將交流電能變?yōu)橹绷麟娔?/p>

2、早的一種，它的作用是將交流電能變?yōu)橹绷麟娔芄┙o直流用電設(shè)備。供給直流用電設(shè)備。 整流電路的分類整流電路的分類 按組成的器件可分為按組成的器件可分為不可控不可控、半控半控、全控全控三種。三種。 按電路結(jié)構(gòu)可分為按電路結(jié)構(gòu)可分為橋式橋式電路和電路和零式零式電路。電路。 按交流輸入相數(shù)分為按交流輸入相數(shù)分為單相單相電路和電路和多相多相電路電路。 按變壓器二次側(cè)電流的方向是單向或雙向，分按變壓器二次側(cè)電流的方向是單向或雙向，分為為單拍單拍電路和電路和雙拍雙拍電路。電路。3.1 單相可控整流電路單相可控整流電路 3.1.1 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路 3.1.2 單相橋式全控整流電路單相橋

3、式全控整流電路 3.1.3 單相全波可控整流電路單相全波可控整流電路 3.1.4 單相橋式半控整流電路單相橋式半控整流電路3.1.1 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路wwwwtTVTR0a)u1u2uVTudidwt1p2 ptttu2uguduVTaq0b)c)d)e)00圖圖3-1 單相半波可控整流電路及波形單相半波可控整流電路及波形帶電阻負(fù)載的工作情況帶電阻負(fù)載的工作情況 變壓器變壓器T起變換電壓和隔離的起變換電壓和隔離的作用，其一次側(cè)和二次側(cè)電壓瞬時(shí)作用，其一次側(cè)和二次側(cè)電壓瞬時(shí)值分別用值分別用u1和和u2表示，有效值分別表示，有效值分別用用U1和和U2表示，其中表示，其中U2

4、的大小根據(jù)的大小根據(jù)需要的直流輸出電壓需要的直流輸出電壓ud的平均值的平均值Ud確定。確定。 電阻負(fù)載的特點(diǎn)是電阻負(fù)載的特點(diǎn)是電壓與電流電壓與電流成正比，兩者波形相同成正比，兩者波形相同。 在分析整流電路工作時(shí)，認(rèn)為在分析整流電路工作時(shí)，認(rèn)為晶閘管（開關(guān)器件）為晶閘管（開關(guān)器件）為理想器件理想器件，即晶閘管導(dǎo)通時(shí)其管壓降等于零，即晶閘管導(dǎo)通時(shí)其管壓降等于零，晶閘管阻斷時(shí)其漏電流等于零，除晶閘管阻斷時(shí)其漏電流等于零，除非特意研究晶閘管的開通、關(guān)斷過非特意研究晶閘管的開通、關(guān)斷過程，一般認(rèn)為晶閘管的開通與關(guān)斷程，一般認(rèn)為晶閘管的開通與關(guān)斷過程瞬時(shí)完成。過程瞬時(shí)完成。 改變觸發(fā)時(shí)刻，改變觸發(fā)時(shí)刻，u

5、d和和id波形隨之改變，直流輸出電壓波形隨之改變，直流輸出電壓ud為極性不變?yōu)闃O性不變 但瞬時(shí)值變化的但瞬時(shí)值變化的脈動(dòng)直流脈動(dòng)直流，其波形只在，其波形只在u2正半周內(nèi)出現(xiàn)，故稱正半周內(nèi)出現(xiàn)，故稱“半半波波”整流。加之電路中采用了可控器件晶閘管，且交流輸入為整流。加之電路中采用了可控器件晶閘管，且交流輸入為單相單相，故該電路稱為故該電路稱為單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路。整流電壓。整流電壓ud波形在一個(gè)電源波形在一個(gè)電源周期中只脈動(dòng)周期中只脈動(dòng)1次次，故該電路為，故該電路為單脈波整流電路單脈波整流電路?；緮?shù)量關(guān)系基本數(shù)量關(guān)系 a a：從晶閘管開始承受正向陽極電壓起到施加觸發(fā)脈沖止的

6、電角度：從晶閘管開始承受正向陽極電壓起到施加觸發(fā)脈沖止的電角度稱為觸發(fā)延遲角，也稱觸發(fā)角或控制角。稱為觸發(fā)延遲角，也稱觸發(fā)角或控制角。 q q：晶閘管在一個(gè)電源周期中處于通態(tài)的電角度稱為導(dǎo)通角。晶閘管在一個(gè)電源周期中處于通態(tài)的電角度稱為導(dǎo)通角。 直流輸出電壓平均值直流輸出電壓平均值 隨著隨著a a增大，增大，Ud減小，該電路中減小，該電路中VT的的a a移相范圍移相范圍為為180 。 通過控制觸發(fā)脈沖的通過控制觸發(fā)脈沖的相位相位來控制直流輸出電壓大小的方式稱為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?？刂品绞?，簡稱相控方式。 3.1.1 單相半波可控整流電路單相半波可控整

7、流電路paaapwwp2cos145. 0)cos1 (22)(sin221222UUttdUUd（3-1）3.1.1 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路uwttwwtwtw20wt1p2ptug0ud0id0uVT0qab)c)d)e)f)+ + +圖圖3-2 帶阻感負(fù)載的單相半帶阻感負(fù)載的單相半波可控整流電路及其波形波可控整流電路及其波形帶阻感負(fù)載的工作情況帶阻感負(fù)載的工作情況 阻感負(fù)載的特點(diǎn)是電感對電流變化有抗阻感負(fù)載的特點(diǎn)是電感對電流變化有抗拒作用，使得流過電感的電流不能發(fā)生突變。拒作用，使得流過電感的電流不能發(fā)生突變。 電路分析電路分析 晶閘管晶閘管VT處于斷態(tài)處于斷態(tài),id=

8、0,ud=0,uVT=u2。 在在w wt1時(shí)刻，即觸發(fā)角時(shí)刻，即觸發(fā)角a a處處 ud=u2。 L的存在使的存在使id不能突變不能突變，id從從0開始增開始增加。加。 u2由正變負(fù)的過零點(diǎn)處，由正變負(fù)的過零點(diǎn)處，id已經(jīng)處于減已經(jīng)處于減小的過程中，但尚未降到零，因此小的過程中，但尚未降到零，因此VT仍處仍處于通態(tài)于通態(tài)。 w wt2時(shí)刻，電感能量釋放完畢，時(shí)刻，電感能量釋放完畢，id降至降至零，零，VT關(guān)斷并立即承受反壓關(guān)斷并立即承受反壓。 由于電感的存在延遲了由于電感的存在延遲了VT的關(guān)斷時(shí)刻，的關(guān)斷時(shí)刻，使使ud波形出現(xiàn)負(fù)的部分，與帶電阻負(fù)載時(shí)相波形出現(xiàn)負(fù)的部分，與帶電阻負(fù)載時(shí)相比其平均

9、值比其平均值Ud下降。下降。 3.1.1 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路電力電子電路的一種基本分析電力電子電路的一種基本分析方法方法 把器件理想化，將電路簡化把器件理想化，將電路簡化為為分段線性電路分段線性電路。 器件的每種狀態(tài)組合對應(yīng)一器件的每種狀態(tài)組合對應(yīng)一種種線性電路拓?fù)渚€性電路拓?fù)洌骷〝酄?，器件通斷狀態(tài)變化時(shí)，電路拓?fù)浒l(fā)生改變。態(tài)變化時(shí)，電路拓?fù)浒l(fā)生改變。 以前述單相半波電路為例以前述單相半波電路為例 當(dāng)當(dāng)VT處于斷態(tài)時(shí)，相當(dāng)處于斷態(tài)時(shí)，相當(dāng) 于電路在于電路在VT處斷開，處斷開， id=0。當(dāng)。當(dāng)VT處于通時(shí)，處于通時(shí)， 相當(dāng)于相當(dāng)于VT短路。兩種情短路。兩種情 況的等效

10、電路如圖況的等效電路如圖3-3所所 示。示。 a)b)VTRLVTRLu2u2圖圖3-3 單相半波可控整流電單相半波可控整流電路的分段線性等效電路路的分段線性等效電路 a) VT處于關(guān)斷狀態(tài)處于關(guān)斷狀態(tài) b) VT處于導(dǎo)通狀態(tài)處于導(dǎo)通狀態(tài)3.1.1 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路VTb)RLu2VT處于通態(tài)時(shí)，如下方程成立：處于通態(tài)時(shí)，如下方程成立： 在在VT導(dǎo)通時(shí)刻，有導(dǎo)通時(shí)刻，有w wt=a a，id=0，這是式（，這是式（3-2）的初）的初始條件。求解式（始條件。求解式（3-2）并將初始條件代入可得）并將初始條件代入可得tURitiLwsin2dd2dd)sin(2)sin(2

11、2)(2waawwtZUeZUitLRd式中，式中， ， 。由此式可得出圖。由此式可得出圖3-2e所示的所示的id波形。波形。當(dāng)當(dāng)w wt=q q+a a時(shí)，時(shí)，id=0，代入式（，代入式（3-3）并整理得）并整理得 22)( LRZwRLtgw1)sin()sin(aqaqtge圖圖3-3 b) VT處于導(dǎo)通狀態(tài)處于導(dǎo)通狀態(tài) (3-2)(3-3)(3-4)3.1.1 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路 若若 為定值，為定值，a a角大，角大，q q越小。越小。 若若a a為定值，為定值， 越大，越大，q q越大越大 ，且，且 平均值平均值Ud越接近零。為解決上述矛越接近零。為解決上述矛

12、 盾，在整流電路的負(fù)載兩端并聯(lián)一盾，在整流電路的負(fù)載兩端并聯(lián)一 個(gè)二極管，稱為個(gè)二極管，稱為續(xù)流二極管續(xù)流二極管，用，用 VDR表示。表示。有續(xù)流二極管的電路有續(xù)流二極管的電路 電路分析電路分析 u2正半周時(shí)，與沒有續(xù)流二極管正半周時(shí)，與沒有續(xù)流二極管 時(shí)的情況是一樣的。時(shí)的情況是一樣的。 當(dāng)當(dāng)u2過零變負(fù)時(shí)，過零變負(fù)時(shí)，VDR導(dǎo)通，導(dǎo)通，ud 為零，此時(shí)為負(fù)的為零，此時(shí)為負(fù)的u2通過通過VDR向向VT 施加反壓使其關(guān)斷，施加反壓使其關(guān)斷，L儲(chǔ)存的能量保儲(chǔ)存的能量保 證了電流證了電流id在在L-R-VDR回路回路中流通，中流通， 此過程通常稱為此過程通常稱為續(xù)流續(xù)流。 若若L足夠大，足夠大，i

13、d連續(xù)連續(xù)，且，且id波形接波形接 近一條水平線近一條水平線 。u2udiduVTiVTIdIdwt1wtwtwtwtwtwtOOOOOOp -ap +ab)c)d)e)f)g)iVDRa)圖圖3-4 單相半波帶阻感負(fù)載有單相半波帶阻感負(fù)載有續(xù)流二極管的電路及波形續(xù)流二極管的電路及波形 基本數(shù)量關(guān)系基本數(shù)量關(guān)系 流過晶閘管的電流平均值流過晶閘管的電流平均值IdT和有效值和有效值IT分別為：分別為： 續(xù)流二極管的電流平均值續(xù)流二極管的電流平均值IdDR和有效值和有效值IDR分別為分別為 其移相范圍為其移相范圍為180 ，其承受的最大正反向電壓均為，其承受的最大正反向電壓均為u2的峰值即的峰值即

14、。 續(xù)流二極管承受的電壓為續(xù)流二極管承受的電壓為-ud，其最大反向電壓為，其最大反向電壓為 ，亦為，亦為u2的峰值。的峰值。 單相半波可控整流電路的特點(diǎn)是簡單，但輸出脈動(dòng)大，變壓器二次側(cè)電流單相半波可控整流電路的特點(diǎn)是簡單，但輸出脈動(dòng)大，變壓器二次側(cè)電流中含直流分量，造成變壓器鐵芯中含直流分量，造成變壓器鐵芯直流磁化直流磁化。為使變壓器鐵芯不飽和，需增。為使變壓器鐵芯不飽和，需增大鐵芯截面積，增大了設(shè)備的容量。大鐵芯截面積，增大了設(shè)備的容量。 3.1.1 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路ddTIIpap2ddTItdIIpapwppa2)(212ddDRIIpap2ddDRItdIIp

15、apwpapp2)(2122(3-5)(3-6)(3-7)(3-8)22U22U3.1.2 單相橋式全控整流電路單相橋式全控整流電路u (i )pwtwtwt000i2udidb)c)d)ddaauVT1,4圖圖3-5 單相全控橋式單相全控橋式帶電阻負(fù)載時(shí)的電路及波形帶電阻負(fù)載時(shí)的電路及波形a)帶電阻負(fù)載的工作情況帶電阻負(fù)載的工作情況 電路分析電路分析 閘管閘管VT1和和VT4組成一對橋臂，組成一對橋臂，VT2 和和VT3組成另一對橋臂。組成另一對橋臂。 在在u2正半周（即正半周（即a點(diǎn)電位高于點(diǎn)電位高于b點(diǎn)電點(diǎn)電位）位） 若若4個(gè)晶閘管均不導(dǎo)通，個(gè)晶閘管均不導(dǎo)通，id=0,ud=0,VT1、

16、VT4串聯(lián)承受電壓串聯(lián)承受電壓u2。 在觸發(fā)角在觸發(fā)角a a處給處給VT1和和VT4加觸發(fā)加觸發(fā) 脈脈沖，沖，VT1和和VT4即導(dǎo)通，電流從電源即導(dǎo)通，電流從電源a端經(jīng)端經(jīng)VT1、R、VT4流回電源流回電源b端。端。 當(dāng)當(dāng)u2過零時(shí)，流經(jīng)晶閘管的電流也降過零時(shí)，流經(jīng)晶閘管的電流也降到零，到零，VT1和和VT4關(guān)斷。關(guān)斷。 在在u2負(fù)半周，仍在觸發(fā)角負(fù)半周，仍在觸發(fā)角a a處觸發(fā)處觸發(fā)VT2和和VT3，VT2和和VT3導(dǎo)通，電流從電源導(dǎo)通，電流從電源b端流出，經(jīng)端流出，經(jīng)VT3、R、VT2流回電源流回電源a端。端。 到到u2過零時(shí)，電流又降為零，過零時(shí)，電流又降為零，VT2和和VT3關(guān)斷。關(guān)斷。

17、 VT2和和VT3的的a a=0處為處為w wt=p p基本數(shù)量關(guān)系基本數(shù)量關(guān)系 晶閘管承受的最大晶閘管承受的最大正向電壓正向電壓和和反向電壓反向電壓分別為分別為 和和 。 整流電壓平均值為：整流電壓平均值為： =0時(shí)，時(shí)，Ud= Ud0=0.9U2。=180 時(shí)，時(shí)，Ud=0?？梢?，?？梢?，角角的的移相范圍移相范圍為為180 。 向負(fù)載輸出的直流電流平均值為：向負(fù)載輸出的直流電流平均值為： 3.1.2 單相橋式全控整流電路單相橋式全控整流電路222U22Upaaapwwp2cos19 . 02cos122)( dsin21222UUttUUd2cos19 . 02cos12222aapRUR

18、URUIdd(3-9)(3-10)流過晶閘管的電流平均值流過晶閘管的電流平均值 ： 流過晶閘管的電流有效值為：流過晶閘管的電流有效值為： 變壓器二次側(cè)電流有效值變壓器二次側(cè)電流有效值I2與輸出直流電流有效值與輸出直流電流有效值I相等，相等，為為 由式（由式（3-12）和（）和（3-13）可見：）可見：不考慮變壓器的損耗時(shí)，要求變壓器的容量為不考慮變壓器的損耗時(shí)，要求變壓器的容量為S=U2I2。3.1.2 單相橋式全控整流電路單相橋式全控整流電路2cos145. 0212aRUIIddTpapapwwppa2sin212)(d)sin2(21222RUttRUITpapapwwppa2sin21

19、)()sin2(12222RUtdtRUIIIIT21(3-11)(3-12)(3-13)(3-14)3.1.2 單相橋式全控整流電路單相橋式全控整流電路2OwtOwtOwtudidi2OwtOwtuVT1,4OwtOwtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4u圖圖3-6 單相橋式全控整流電流帶單相橋式全控整流電流帶阻感負(fù)載時(shí)的電路及波形阻感負(fù)載時(shí)的電路及波形帶阻感負(fù)載的工作情況帶阻感負(fù)載的工作情況 電路分析電路分析 在在u2正半周期正半周期 觸發(fā)角觸發(fā)角a a處給晶閘管處給晶閘管VT1和和VT4加加觸發(fā)脈沖使其開通，觸發(fā)脈沖使其開通，ud=u2。 負(fù)載電感很大，負(fù)載電感很大，id不能突

20、變且波不能突變且波形近似為一條水平線。形近似為一條水平線。 u2過零變負(fù)時(shí)，由于電感的作用過零變負(fù)時(shí)，由于電感的作用晶閘管晶閘管VT1和和VT4中仍流過電流中仍流過電流id，并不，并不關(guān)斷。關(guān)斷。 w wt=p p+a a時(shí)刻，觸發(fā)時(shí)刻，觸發(fā)VT2和和VT3，VT2和和VT3導(dǎo)通，導(dǎo)通，u2通過通過VT2和和VT3分別分別向向VT1和和VT4施加反壓使施加反壓使VT1和和VT4關(guān)斷，關(guān)斷，流過流過VT1和和VT4的電流迅速轉(zhuǎn)移到的電流迅速轉(zhuǎn)移到VT2和和VT3上，此過程稱為上，此過程稱為換相換相，亦稱，亦稱換流換流。 3.1.2 單相橋式全控整流電路單相橋式全控整流電路基本數(shù)量關(guān)系基本數(shù)量關(guān)系

21、 整流電壓平均值為：整流電壓平均值為： 當(dāng)當(dāng)a a=0時(shí)，時(shí)，Ud0=0.9U2。a a=90 時(shí)，時(shí)，Ud=0。晶閘管。晶閘管移相范圍移相范圍為為90 。 晶閘管承受的最大晶閘管承受的最大正反向電壓正反向電壓均為均為 。 晶閘管導(dǎo)通角晶閘管導(dǎo)通角q q與與a a無關(guān)，均為無關(guān)，均為180 ，其電流平均值和，其電流平均值和有效值分別為：有效值分別為： 和和 。 變壓器二次側(cè)電流變壓器二次側(cè)電流i2的波形為正負(fù)各的波形為正負(fù)各180 的矩形波，其的矩形波，其相位由相位由a a角決定，有效值角決定，有效值I2=Id。 apaaapwwpcos9 . 0cos22)( dsin21222dUUttU

22、U22UddT21IIddT707. 021III(3-15)帶反電動(dòng)勢負(fù)載時(shí)的工作情況帶反電動(dòng)勢負(fù)載時(shí)的工作情況 當(dāng)負(fù)載為蓄電池、直流電動(dòng)機(jī)的電樞（忽略其中的電感）等時(shí)，負(fù)載可看當(dāng)負(fù)載為蓄電池、直流電動(dòng)機(jī)的電樞（忽略其中的電感）等時(shí)，負(fù)載可看成一個(gè)直流電壓源，對于整流電路，它們就是反電動(dòng)勢負(fù)載。成一個(gè)直流電壓源，對于整流電路，它們就是反電動(dòng)勢負(fù)載。 電路分析電路分析 |u2|E時(shí)，才有晶閘管承受正電壓，有導(dǎo)通的可能。時(shí)，才有晶閘管承受正電壓，有導(dǎo)通的可能。 晶閘管導(dǎo)通之后，晶閘管導(dǎo)通之后，ud=u2， ，直至，直至|u2|=E，id即降至即降至0使得晶閘管使得晶閘管關(guān)斷，此后關(guān)斷，此后ud=

23、E。 與電阻負(fù)載時(shí)相比，晶閘管提前了與電阻負(fù)載時(shí)相比，晶閘管提前了電角度電角度 停止導(dǎo)電，停止導(dǎo)電， 稱為稱為停止導(dǎo)電角停止導(dǎo)電角。 當(dāng)當(dāng)a a30 當(dāng)導(dǎo)通一相的相電壓過零變負(fù)時(shí)，該相晶閘管關(guān)斷，但下一相晶閘管因未當(dāng)導(dǎo)通一相的相電壓過零變負(fù)時(shí)，該相晶閘管關(guān)斷，但下一相晶閘管因未觸發(fā)而不導(dǎo)通，此時(shí)輸出電壓電流為零。觸發(fā)而不導(dǎo)通，此時(shí)輸出電壓電流為零。 負(fù)載電流負(fù)載電流斷續(xù)斷續(xù)，各晶閘管導(dǎo)通角，各晶閘管導(dǎo)通角小于小于120 。 3.2.1 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路基本數(shù)量關(guān)系基本數(shù)量關(guān)系電阻負(fù)載時(shí)電阻負(fù)載時(shí)a a角的角的移相范圍移相范圍為為150 。 整流電壓平均值整流電壓平均值

24、a a30 時(shí)，負(fù)載電流時(shí)，負(fù)載電流連續(xù)連續(xù)，有，有 當(dāng)當(dāng)a a=0時(shí)，時(shí)，Ud最大，為最大，為Ud=Ud0=1.17U2。 a a30 時(shí)，負(fù)載電流時(shí)，負(fù)載電流斷續(xù)斷續(xù)，晶閘管導(dǎo)通角減小，此時(shí)，晶閘管導(dǎo)通角減小，此時(shí)有有 aapwwpapapcos17.1cos263)(sin2321226562UUttdUUd)6cos(1675.0)6cos(1223)(sin2321262apappwwppapUttdUUd(3-18)(3-19)3.2.1 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路Ud/U2隨隨a a變化的規(guī)律變化的規(guī)律 03060901201501.17321a/

25、( )Ud/U2圖圖3-16 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路Ud/U2與與a a的關(guān)系的關(guān)系電阻電阻負(fù)載負(fù)載電感電感負(fù)載負(fù)載電阻電電阻電感負(fù)載感負(fù)載3.2.1 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路負(fù)載電流平均值為負(fù)載電流平均值為晶閘管承受的最大反向電壓為變壓器二次線電壓峰值晶閘管承受的最大反向電壓為變壓器二次線電壓峰值,即即 晶閘管陽極與陰極間的最大電壓等于變壓器二次相電壓晶閘管陽極與陰極間的最大電壓等于變壓器二次相電壓的峰值，即的峰值，即 RUIdd22245. 2632UUUURM22UUFM(3-20)(3-21)(3-22)3.2.1 三相半波可控整流電路三相半波可控整流

26、電路阻感負(fù)載阻感負(fù)載 電路分析電路分析 L值很大，整流電流值很大，整流電流id的的波形基本是平直的，流過晶波形基本是平直的，流過晶閘管的電流接近閘管的電流接近矩形波矩形波。 a a30 時(shí)，整流電壓波形時(shí)，整流電壓波形與電阻負(fù)載時(shí)相同。與電阻負(fù)載時(shí)相同。 a a30 時(shí)，當(dāng)時(shí)，當(dāng)u2過零時(shí)，過零時(shí)，由于電感的存在，阻止電流由于電感的存在，阻止電流下降，因而下降，因而VT1繼續(xù)導(dǎo)通，繼續(xù)導(dǎo)通，直到下一相晶閘管直到下一相晶閘管VT2的觸的觸發(fā)脈沖到來，才發(fā)生換流，發(fā)脈沖到來，才發(fā)生換流，由由VT2導(dǎo)通向負(fù)載供電，同導(dǎo)通向負(fù)載供電，同時(shí)向時(shí)向VT1施加反壓使其關(guān)斷。施加反壓使其關(guān)斷。 uuuudia

27、abcibiciduacOwtOwtOOwtOOwtawtwtu圖圖3-17 三相半波可控整流電路，阻三相半波可控整流電路，阻感負(fù)載時(shí)的電路及感負(fù)載時(shí)的電路及a a=60 時(shí)的波形時(shí)的波形3.2.1 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路基本數(shù)量關(guān)系基本數(shù)量關(guān)系 a a的的移相范圍移相范圍為為90 。 整流電壓平均值整流電壓平均值 Ud/U2與與a a的關(guān)系的關(guān)系 L很大，如曲線很大，如曲線2所示。所示。 L不是很大，則當(dāng)不是很大，則當(dāng)a a30 后，后，ud中負(fù)的部分中負(fù)的部分可能減少，整流電壓平可能減少，整流電壓平均值均值Ud略為增加，如曲略為增加，如曲線線3 所示。所示。acos17.

28、12dUU03060901201501.17321a/( )Ud/U2圖圖3-16 三相半波可控整三相半波可控整流電路流電路Ud/U2與與a a的關(guān)系的關(guān)系3.2.1 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路 變壓器二次電流即晶閘管電流的有效值為變壓器二次電流即晶閘管電流的有效值為 晶閘管的額定電流為晶閘管的額定電流為 晶閘管最大正反向電壓峰值均為變壓器二次線電壓峰晶閘管最大正反向電壓峰值均為變壓器二次線電壓峰值，即值，即 三相半波可控整流電路的主要缺點(diǎn)在于其變壓器二次電三相半波可控整流電路的主要缺點(diǎn)在于其變壓器二次電流中含有流中含有直流分量直流分量，為此其應(yīng)用較少。，為此其

29、應(yīng)用較少。ddTIIII577. 0312ddAVTIII368. 057. 1)(245. 2UUURMFM(3-23)(3-24)(3-25)3.2.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路原理圖原理圖 陰極連接在一起的陰極連接在一起的3個(gè)個(gè)晶閘管（晶閘管（VT1，VT3，VT5）稱為稱為共陰極組共陰極組；陽極連接在；陽極連接在一起的一起的3個(gè)晶閘管（個(gè)晶閘管（VT4，VT6，VT2）稱為）稱為共陽極組共陽極組。 共陰極組中與共陰極組中與a，b，c三相電源相接的三相電源相接的3個(gè)晶閘管個(gè)晶閘管分別為分別為VT1，VT3，VT5，共，共陽極組中與陽極組中與a，b，c三相電三相電源相接的源

30、相接的3個(gè)晶閘管分別為個(gè)晶閘管分別為VT4，VT6，VT2。 晶閘管的導(dǎo)通順序?yàn)榫чl管的導(dǎo)通順序?yàn)閂T1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6。 圖圖3-18 三相橋式全控整流電路原理圖三相橋式全控整流電路原理圖3.2.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載時(shí)的工作情況帶電阻負(fù)載時(shí)的工作情況 電路分析電路分析 各自然換相點(diǎn)既是各自然換相點(diǎn)既是相電壓相電壓的交點(diǎn)，同時(shí)也是的交點(diǎn)，同時(shí)也是線電壓線電壓的交點(diǎn)。的交點(diǎn)。 當(dāng)當(dāng)a a60 時(shí)時(shí) ud波形均波形均連續(xù)連續(xù)，對于電阻負(fù)載，對于電阻負(fù)載，id波形與波形與ud波形的形狀是一樣波形的形狀是一樣的，也的，也連續(xù)連續(xù)。 a a=0

31、時(shí)，時(shí)，ud為線電壓在正半周的為線電壓在正半周的包絡(luò)線包絡(luò)線。波形見。波形見圖圖3-19 時(shí)段時(shí)段共陰極組中導(dǎo)通的晶閘管共陰極組中導(dǎo)通的晶閘管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共陽極組中導(dǎo)通的晶閘管共陽極組中導(dǎo)通的晶閘管VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流輸出電壓整流輸出電壓udua-ub=uabua-uc=uacub-uc=ubcub-ua=ubauc-ua=ucauc-ub=ucb表表3-1 三相橋式全控整流電路電阻負(fù)載三相橋式全控整流電路電阻負(fù)載a a=0 時(shí)晶閘管工作情況時(shí)晶閘管工作情況3.2.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路 a a=30 時(shí)，晶閘管起始導(dǎo)通時(shí)刻推遲

32、了時(shí)，晶閘管起始導(dǎo)通時(shí)刻推遲了30 ，組成，組成ud的每的每一段線電壓因此推遲一段線電壓因此推遲30 ，ud平均值降低，波形見平均值降低，波形見圖圖3-20。 a a=60 時(shí)，時(shí)，ud波形中每段線電壓的波形繼續(xù)向后移，波形中每段線電壓的波形繼續(xù)向后移，ud平平均值繼續(xù)降低。均值繼續(xù)降低。a a=60 時(shí)時(shí)ud出現(xiàn)了出現(xiàn)了為零的點(diǎn)為零的點(diǎn)，波形見，波形見圖圖3-21。當(dāng)當(dāng)a a60 時(shí)時(shí) 因?yàn)橐驗(yàn)閕d與與ud一致，一旦一致，一旦ud降為至零，降為至零，id也降至零，晶閘管也降至零，晶閘管關(guān)斷，輸出整流電壓關(guān)斷，輸出整流電壓ud為零為零，ud波形不能出現(xiàn)負(fù)值。波形不能出現(xiàn)負(fù)值。 a a=90 時(shí)

33、的波形見時(shí)的波形見圖圖3-22。 3.2.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路的一些特點(diǎn)三相橋式全控整流電路的一些特點(diǎn) 每個(gè)時(shí)刻均需每個(gè)時(shí)刻均需2個(gè)個(gè)晶閘管同時(shí)導(dǎo)通，形成向負(fù)載供電的晶閘管同時(shí)導(dǎo)通，形成向負(fù)載供電的回路，共陰極組的和共陽極組的回路，共陰極組的和共陽極組的各各1個(gè)個(gè)，且不能為同一相，且不能為同一相的晶閘管。的晶閘管。 對觸發(fā)脈沖的要求對觸發(fā)脈沖的要求 6個(gè)晶閘管的脈沖按個(gè)晶閘管的脈沖按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的順序，的順序，相位依次差相位依次差60 。 共陰極組共陰極組VT1、VT3、VT5的脈沖依次差的脈沖依次差120 ，共陽極

34、，共陽極組組VT4、VT6、VT2也依次差也依次差120 。 同一相的上下兩個(gè)橋臂，即同一相的上下兩個(gè)橋臂，即VT1與與VT4，VT3與與VT6，VT5與與VT2，脈沖相差，脈沖相差180 。3.2.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路整流輸出電壓整流輸出電壓ud一周期一周期脈動(dòng)脈動(dòng)6次次，每次脈動(dòng)的波形都一樣，每次脈動(dòng)的波形都一樣，故該電路為故該電路為6脈波整流電路脈波整流電路。在整流電路合閘啟動(dòng)過程中或電流斷續(xù)時(shí)，為確保電路在整流電路合閘啟動(dòng)過程中或電流斷續(xù)時(shí)，為確保電路的正常工作，需保證同時(shí)導(dǎo)通的的正常工作，需保證同時(shí)導(dǎo)通的2個(gè)晶閘管均有脈沖個(gè)晶閘管均有脈沖 寬脈沖寬脈沖觸發(fā)觸發(fā)

35、 ：使脈沖寬度大于：使脈沖寬度大于60 （一般?。ㄒ话闳?0 100 ） 雙脈沖雙脈沖觸發(fā)觸發(fā) ：用兩個(gè)窄脈沖代替寬脈沖，兩個(gè)窄脈沖的：用兩個(gè)窄脈沖代替寬脈沖，兩個(gè)窄脈沖的前沿相差前沿相差60 ，脈寬一般為，脈寬一般為20 30 。 常用的是雙脈沖觸發(fā)。常用的是雙脈沖觸發(fā)。 晶閘管承受的電壓波形與三相半波時(shí)相同，晶閘管承受晶閘管承受的電壓波形與三相半波時(shí)相同，晶閘管承受最大正、反向電壓的關(guān)系也一樣。最大正、反向電壓的關(guān)系也一樣。3.2.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路阻感負(fù)載時(shí)的工作情況阻感負(fù)載時(shí)的工作情況 電路分析電路分析 當(dāng)當(dāng)a a60 時(shí)時(shí) ud波形連續(xù)，電路的工作情況與帶電

36、阻負(fù)載時(shí)十分波形連續(xù)，電路的工作情況與帶電阻負(fù)載時(shí)十分相似，各晶閘管的通斷情況、輸出整流電壓相似，各晶閘管的通斷情況、輸出整流電壓ud波形、晶波形、晶閘管承受的電壓波形等都一樣。閘管承受的電壓波形等都一樣。 區(qū)別在于區(qū)別在于電流電流，當(dāng)電感足夠大的時(shí)候，當(dāng)電感足夠大的時(shí)候，id、iVT、ia的的波形在導(dǎo)通段都可近似為一條水平線。波形在導(dǎo)通段都可近似為一條水平線。 a a=0 時(shí)的波形見時(shí)的波形見圖圖3-23，a a=30 時(shí)的波形見時(shí)的波形見圖圖3-24。 當(dāng)當(dāng)a a60 時(shí)時(shí) 由于電感由于電感L的作用，的作用，ud波形會(huì)出現(xiàn)波形會(huì)出現(xiàn)負(fù)的部分負(fù)的部分。 a a=90 時(shí)的波形見時(shí)的波形見圖圖

37、3-25。 3.2.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路基本數(shù)量關(guān)系基本數(shù)量關(guān)系 帶電阻負(fù)載時(shí)三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載時(shí)三相橋式全控整流電路a a角的移相范圍是角的移相范圍是120 ，帶阻感負(fù)載時(shí)，三相橋式全控整流電路的，帶阻感負(fù)載時(shí)，三相橋式全控整流電路的a a角移相角移相范圍為范圍為90 。 整流輸出電壓平均值整流輸出電壓平均值 帶阻感負(fù)載時(shí)，或帶電阻負(fù)載帶阻感負(fù)載時(shí)，或帶電阻負(fù)載a a60 時(shí)時(shí) 帶電阻負(fù)載且?guī)щ娮柝?fù)載且a a60 時(shí)時(shí) awwpapapcos34.2)(sin63123232UttdUUd)3cos(134. 2)(sin63232apwwppapUttd

38、UUd(3-26)(3-27)3.2.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路輸出電流平均值為輸出電流平均值為Id=Ud/R。當(dāng)整流變壓器為圖當(dāng)整流變壓器為圖3-17中所示采用中所示采用星形接法星形接法，帶阻感負(fù)，帶阻感負(fù)載時(shí)，變壓器二次側(cè)電流波形如圖載時(shí)，變壓器二次側(cè)電流波形如圖3-23中所示，為正負(fù)中所示，為正負(fù)半周各寬半周各寬120 、前沿相差、前沿相差180 的矩形波，其有效值為：的矩形波，其有效值為： 晶閘管電壓、電流等的定量分析與三相半波時(shí)一致。晶閘管電壓、電流等的定量分析與三相半波時(shí)一致。三相橋式全控整流電路接三相橋式全控整流電路接反電勢阻感負(fù)載反電勢阻感負(fù)載時(shí)的時(shí)的Id為：

39、為： 式中式中R和和E分別為負(fù)載中的電阻值和反電動(dòng)勢的值。分別為負(fù)載中的電阻值和反電動(dòng)勢的值。 2221222()0.8162333ddddIIIIIppp REUIdd(3-28)(3-29)3.3 變壓器漏感對整流電路的影響變壓器漏感對整流電路的影響變壓器漏感變壓器漏感 實(shí)際上變壓器繞組總有實(shí)際上變壓器繞組總有漏感漏感，該漏感可用一個(gè)，該漏感可用一個(gè)集中的電感集中的電感LB表示，并將其折算到表示，并將其折算到變壓器二次側(cè)變壓器二次側(cè)。 由于電感對電流的變化起阻礙作用，電感電流由于電感對電流的變化起阻礙作用，電感電流不能突變，因此不能突變，因此換相換相過程不能瞬間完成，而是會(huì)過程不能瞬間完成

40、，而是會(huì)持續(xù)一段時(shí)間持續(xù)一段時(shí)間。 現(xiàn)以三相半波為例來分析，然后將其結(jié)論推廣現(xiàn)以三相半波為例來分析，然后將其結(jié)論推廣 假設(shè)負(fù)載中電感很大，假設(shè)負(fù)載中電感很大，負(fù)載電流為水平線負(fù)載電流為水平線。 3.3 變壓器漏感對整流電路的影響變壓器漏感對整流電路的影響udidwtOwtOgiciaibiciaIduaubuca分析從分析從VT1換相至換相至VT2的過程的過程 在在w wt1時(shí)刻之前時(shí)刻之前VT1導(dǎo)通，導(dǎo)通， w wt1時(shí)刻觸發(fā)時(shí)刻觸發(fā)VT2，因，因a、b兩相兩相均有漏感，故均有漏感，故ia、ib均不能突變，均不能突變，于是于是VT1和和VT2同時(shí)導(dǎo)通，相當(dāng)同時(shí)導(dǎo)通，相當(dāng)于將于將a、b兩相短路

41、兩相短路，兩相間電，兩相間電壓差為壓差為ub-ua，它在兩相組成的，它在兩相組成的回路中產(chǎn)生回路中產(chǎn)生環(huán)流環(huán)流ik如圖所示。如圖所示。 ik=ib是逐漸增大的，而是逐漸增大的，而 ia=Id-ik是逐漸減小的。是逐漸減小的。 當(dāng)當(dāng)ik增大到等于增大到等于Id時(shí)，時(shí)，ia=0，VT1關(guān)斷，換流過程結(jié)束。關(guān)斷，換流過程結(jié)束。 換相過程持續(xù)的時(shí)間用電換相過程持續(xù)的時(shí)間用電角度角度g g表示，稱為表示，稱為換相重疊角換相重疊角。 w wt1時(shí)刻時(shí)刻 圖圖3-26 考慮變壓器漏感時(shí)的三考慮變壓器漏感時(shí)的三相半波可控整流電路及波形相半波可控整流電路及波形 3.3 變壓器漏感對整流電路的影響變壓器漏感對整流

42、電路的影響基本數(shù)量關(guān)系基本數(shù)量關(guān)系 換相過程中，整流輸出電壓瞬時(shí)值為換相過程中，整流輸出電壓瞬時(shí)值為 換相壓降：與不考慮變壓器漏感時(shí)相比，換相壓降：與不考慮變壓器漏感時(shí)相比，ud平均值降平均值降低的多少，即低的多少，即 2ddddbabaduutiLutiLuukBkB556655dbdbbB66565BBB d06d13()d()()d()2 /32dd333d()d2d22dkIkkiUuutuuLttiLtL iX Itppa ga gppaapa gpawwppwwppp (3-30)(3-31)3.3 變壓器漏感對整流電路的影響變壓器漏感對整流電路的影響換相重疊角換相重疊角g g 由

43、式（由式（3-30）得出：）得出： 由上式得：由上式得： 進(jìn)而得出：進(jìn)而得出： 當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)， ，于是，于是 B2Bab2)65(sin62)(ddLtULuutikpw2Bd65sin ()d26kiUttXpww2256BB6655sin()d()coscos()2626tkUUitttXXwpappwwawgawtdIik)cos(cos26B2dgaaXUI2dB62)cos(cosUIXgaa(3-32)(3-33)(3-34)(3-35)(3-36)3.3 變壓器漏感對整流電路的影響變壓器漏感對整流電路的影響 g g隨其它參數(shù)變化的規(guī)律：隨其它參數(shù)變化的規(guī)律： Id越大則越大則g

44、g越大；越大； XB越大越大g g越大；越大； 當(dāng)當(dāng)a a90 時(shí)，時(shí)，a a越小越小g g越大。越大。其它整流電路的分析結(jié)果其它整流電路的分析結(jié)果 電路形式電路形式單相全波單相全波單相全控橋單相全控橋三相半波三相半波三相全控橋三相全控橋m脈波整流電路脈波整流電路 dU)cos(cosgaadBIXpdB2IXpdB23IXpdB3IXpdB2ImXp2Bd2UXI2Bd22UXI2dB62UIX2dB62UIXmUXIpsin22Bd注：注：單相全控橋電路中，單相全控橋電路中，XB在一周期的兩次換相中都起作用，等效為在一周期的兩次換相中都起作用，等效為m=4； 三相橋等效為相電壓等于三相橋等

45、效為相電壓等于 的的6脈波整流電路，故其脈波整流電路，故其m=6，相電壓按，相電壓按 代入。代入。23U23U表表3-2 各種整流電路換相壓降和換相重疊角的計(jì)算各種整流電路換相壓降和換相重疊角的計(jì)算 3.3 變壓器漏感對整流電路的影響變壓器漏感對整流電路的影響變壓器漏感對整流電路影響的一些結(jié)論變壓器漏感對整流電路影響的一些結(jié)論: 出現(xiàn)換相重疊角出現(xiàn)換相重疊角g g，整流輸出電壓平均值，整流輸出電壓平均值Ud降低。降低。 整流電路的工作狀態(tài)增多。整流電路的工作狀態(tài)增多。 晶閘管的晶閘管的di/dt減小，有利于晶閘管的安全開通，有時(shí)人為串入進(jìn)減小，有利于晶閘管的安全開通，有時(shí)人為串入進(jìn)線電抗器以抑

46、制晶閘管的線電抗器以抑制晶閘管的di/dt。 換相時(shí)晶閘管電壓出現(xiàn)缺口，產(chǎn)生正的換相時(shí)晶閘管電壓出現(xiàn)缺口，產(chǎn)生正的du/dt，可能使晶閘管誤導(dǎo)，可能使晶閘管誤導(dǎo) 通，為此必須加通，為此必須加吸收電路吸收電路。 換相使電網(wǎng)電壓出現(xiàn)缺口，成為換相使電網(wǎng)電壓出現(xiàn)缺口，成為干擾源干擾源。3.3 變壓器漏感對整流電路的影響變壓器漏感對整流電路的影響例：三相橋式不可控整流電路，阻感負(fù)載，例：三相橋式不可控整流電路，阻感負(fù)載，R=5，L=，U2=220V，XB=0.3，求求Ud、Id、IVD、I2和和g g的值并作出的值并作出ud、iVD和和i2的波形。的波形。解：三相橋式不可控整流電路相當(dāng)于三相橋式可控整

47、流電路解：三相橋式不可控整流電路相當(dāng)于三相橋式可控整流電路a a0時(shí)的情況。時(shí)的情況。 Ud3.34U2cosa aUd Ud3XBIdp p IdUdR 解方程組得：解方程組得： Ud3.34U2cosa a（13XB/p pR）486.9（V） Id97.38（A） 又又 =2 U2 即得出即得出 =0.892 換流重疊角換流重疊角g g26.93 二極管電流和變壓器二次測電流的有效值分別為二極管電流和變壓器二次測電流的有效值分別為 IVDId397.38333.46（A） I2a Id79.51（A） ud、iVD1和和i2a的波形如的波形如圖圖3-27所示。所示。acos)cos(ga

48、BdXI6gcos323.4 電容濾波的不可控整流電路電容濾波的不可控整流電路 3.4.1 電容濾波的單相不可控整流電路電容濾波的單相不可控整流電路 3.4.2 電容濾波的三相不可控整流電路電容濾波的三相不可控整流電路 3.4 電容濾波的不可控整流電路電容濾波的不可控整流電路引言引言交交直直交變頻器、不間斷電源、開關(guān)電交變頻器、不間斷電源、開關(guān)電源等應(yīng)用場合大都采用源等應(yīng)用場合大都采用不可控整流電路不可控整流電路。最常用的是最常用的是單相橋式單相橋式和和三相橋式三相橋式兩種接法。兩種接法。 由于電路中的電力電子器件采用由于電路中的電力電子器件采用整流二極整流二極管管，故也稱這類電路為，故也稱這

49、類電路為二極管整流電路二極管整流電路。3.4.1 電容濾波的單相不可控整流電路電容濾波的單相不可控整流電路工作原理及波形分析工作原理及波形分析 基本工作過程基本工作過程 在在u2正半周過零點(diǎn)至正半周過零點(diǎn)至w wt=0期間，因期間，因u2 和和w wRC 分別是電流分別是電流id斷續(xù)和連續(xù)的條件。斷續(xù)和連續(xù)的條件。 通常只有通常只有R是可變的，它的大小反映了是可變的，它的大小反映了負(fù)載的輕重負(fù)載的輕重，因此在，因此在輕載輕載時(shí)直流側(cè)時(shí)直流側(cè)獲得的充電電流是獲得的充電電流是斷續(xù)斷續(xù)的，的，重載重載時(shí)是時(shí)是連續(xù)連續(xù)的。的。 32=+t)-32( - tRC1232=+t2t)(d32sin6d)(d)+tsin(6dpwpwwpwwpwqweUtU333a)b)wtwtwt