電力電子演示文稿總結(jié)

第二章

整流電路

本章研究最常用的如下問題：

單相整流電路三相整流電路整流電路的逆變工作狀態(tài)整流電路變壓器漏抗對電路的影響諧波和功率因數(shù)大功率可控整流電路晶閘管直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)晶閘管的觸發(fā)電路2.1單相可控整流電路本節(jié)主要分析單相半波、單相全控橋式及單相半控橋式電路。每種電路又分為電阻性負(fù)載、電感性負(fù)載和反電勢負(fù)載分別進(jìn)行分析；通過學(xué)習(xí)應(yīng)掌握各種電路的工作原理，各種不同負(fù)載的特點(diǎn)。熟悉電路各點(diǎn)的輸出波形，熟練掌握有關(guān)量的計(jì)算。

2.1.1單相半波電路一、電阻性負(fù)載1、工作原理分析時(shí)常用如下符號：平均值為：Ud、Id有效值為：I、U、I2、U2晶閘管中電流為：IdVT、IVT瞬時(shí)值為小寫字母：u2、i2、ud、id、uVT、iVT

介紹幾個(gè)常用概念（1）控制角α：從元件承受正向電壓起到門極加觸發(fā)信號止，這個(gè)區(qū)間的電角度稱為控制角。（2）導(dǎo)通角θ：元件每周期所導(dǎo)通的電角度稱為導(dǎo)通角。（3）移相范圍：門極脈沖的有效移動(dòng)范圍稱為移相范圍。有效移動(dòng)范圍是指：移動(dòng)脈沖可以調(diào)節(jié)輸出電壓大小。

單相半波電路移相范圍為180°。

2、

計(jì)算

1）負(fù)載電壓平均值Ud由ud波形知，負(fù)載不是平穩(wěn)的直流，而是脈動(dòng)直流，其平均電壓應(yīng)由ud波形計(jì)算得到：

由上述公式可知，Ud、α、U2三個(gè)變量中已知任意兩個(gè)，都可求出另一個(gè)。α和Ud成反比，移相范圍為π。

（2）負(fù)載電流平均值Id

KP的通斷使輸出電壓波形不是正弦波，使電路功率因數(shù)減小，且產(chǎn)生高次諧波。

二、大電感負(fù)載加續(xù)流二極管大電感負(fù)載是指WL＞＞R，如電機(jī)勵(lì)磁繞組等復(fù)習(xí)：電感元件特性

電感元件對電流的變化有阻礙作用。對平直的電流，其感抗為0；對交變電流，感抗為WL，所以在流過變化電流時(shí)，在L中產(chǎn)生感應(yīng)電勢：eL＝－L（di/dt）1、不加DR時(shí)電路工作原理：u2為正：觸發(fā)前VT截止，ud＝0，觸發(fā)后VT導(dǎo)通，ud＝u2u2為零：ud↓，Id↓，在L中產(chǎn)生eL如圖，給VT加正向偏壓，使VT不關(guān)斷u2為負(fù)：u2↓使i↓，i↓產(chǎn)生eL，當(dāng)I＞0時(shí)紿終有eL＞u2，VT導(dǎo)通；當(dāng)I＝0以后，VT關(guān)斷。

工作原理說明：u2為正時(shí)，電網(wǎng)輸出能量，這時(shí)電源能量一部分供給R，一部分給L作為磁能儲(chǔ)存；而在u2為負(fù)時(shí)，id由L上的eL產(chǎn)生，這時(shí)是L輸出能量，一部分給R另一部分被電網(wǎng)吸收回饋電網(wǎng)。id波形只有正半波，VT只能流過單方向電流，若電路中R＝0，id應(yīng)滯后ud90°，id極大值在ud過零點(diǎn)，ud正負(fù)面積相等。若電路中R不等于0，id滯后ud的角度＜90°，ud正面積略大。顯見，當(dāng)ωL>>R時(shí)，ud正負(fù)面積接近相等，故Ud＝0，電路無實(shí)用意義。為此，電路一般都應(yīng)接有續(xù)流二極管VDR。2、加續(xù)流二極管后電路如圖：

u2為正：觸發(fā)后，VT導(dǎo)通，ud＝u2，iVT＝id，VDR受反壓截止，iVDR＝0。u2為零：L中感應(yīng)電勢eL使VDR導(dǎo)通，VDR導(dǎo)通后，VT關(guān)斷。u2為負(fù)：VDR繼續(xù)導(dǎo)通，L中能量不回饋電網(wǎng)，只消耗在小R上，i減小的速度緩慢。u2為正：觸發(fā)前，VDR導(dǎo)通，觸發(fā)后，VT導(dǎo)通，u2加在VDR上，使VDR關(guān)斷。電路中各點(diǎn)波形如圖3、計(jì)算1)

Ud計(jì)算

ud波形同電阻性負(fù)載，因此計(jì)算公式也和電阻負(fù)載相同

2)Id和I計(jì)算

在電感負(fù)載時(shí)ωL＞＞R，但R＜＞0，且id為平直直線。Id＝Ud/R，Id＝I3）VT及VDR中電流通式：

當(dāng)大電感負(fù)載id為直線時(shí)，均可用此公式計(jì)算VT、VDR及電源電流I2。應(yīng)熟練掌握。

例：具有續(xù)流二極管的單相半波整流電路，電感性負(fù)載，R＝7.5，電源電壓為220V，試計(jì)算當(dāng)α為30°時(shí)VT和VDR中電流平均值和有效值，并選擇晶閘管元件。解：先求Ud，再求Id，然后再選擇晶閘管元件Ud1＝0.45U2（1＋COSα）/2＝0.45＊220（1＋COS30°）/2＝93.6VId=93.6/7.5=12.48AθVT=π-α=150°θVDR=π+α=210°

選擇晶閘管元件參數(shù)：額定電流選擇：額定電壓選擇：UVT=（2-3）U峰=(2-3)311=622—933選8A、700V的晶閘管

2．1．2單相全控橋可控整流電路1、電阻性負(fù)載

u2為正：觸發(fā)后VT1、VT4導(dǎo)通u2為負(fù)：觸發(fā)后VT2、VT3導(dǎo)通，VT1、VT4關(guān)斷，負(fù)載電壓ud仍為正。uVT1波形：VT1、VT4導(dǎo)通時(shí)，uT1＝0；VT2、VT3導(dǎo)通時(shí)，uVT1＝u2；四管都截止時(shí)，uVT1＝(1/2)u2

計(jì)算1）Ud、Id計(jì)算：

Udmax＝0.9U2，α＝0Udmin＝0，α＝π移相范圍為180度

2）VT中電流有效值

3)電源有效值U2I2及容量S計(jì)算：U2已知，計(jì)算I2需首先計(jì)算負(fù)載電壓有效值U:

變壓器容量：S=U2*I2

2、

電感性負(fù)載1）

工作原理u2為正：觸發(fā)后VT1、VT4導(dǎo)通u2為零：eL使原VT繼續(xù)導(dǎo)通；u2為負(fù)：觸發(fā)后VT2、VT3導(dǎo)通，VT1、VT4關(guān)斷，負(fù)載電壓ud仍為正。

2）計(jì)算移項(xiàng)范圍為90度以上為I連續(xù)時(shí)的連續(xù)情況;當(dāng)L較小，或id較小時(shí)電流會(huì)斷續(xù)，系統(tǒng)性能變差，斷續(xù)時(shí)Ud求法較復(fù)雜，不作研究。

3、反電勢負(fù)載一）反電勢＋電阻對id來說，E和Ud極性相反，故稱為反電勢負(fù)載1、工作原理u2對VT加正壓，而E對VT加反壓，所以只有當(dāng)u2＞E時(shí)VT才能導(dǎo)通，能否導(dǎo)通的臨界點(diǎn)為：u2＝E，定義停止導(dǎo)電角δ。即只有α＞δ后VT才能觸發(fā)導(dǎo)通。

當(dāng)u2下降到u2<＝E以后VT關(guān)斷，關(guān)斷后ud＝E。只有在u2＞E時(shí)有電流波形，故id波形底邊變窄；若Id大小相同的話，則id峰值就要變大，容易在直流電機(jī)中產(chǎn)生換相火花；且I/Id增大，使設(shè)備容量變大；同時(shí)id斷續(xù)，使機(jī)械特性軟。為克服上述缺點(diǎn)，一般都加平波電抗器L，使系統(tǒng)工作在反電勢＋大電感狀態(tài)下。

二）反電勢＋大電感ud、id波形如圖：在α角時(shí)觸發(fā)，因?yàn)閡2＞E，VT1、VT4導(dǎo)通，當(dāng)u2＝E時(shí)，由于id↓，eL對VT1、VT4來說相當(dāng)于加正壓，使VT1、VT4繼續(xù)導(dǎo)通，ud、id波形和大電感負(fù)載時(shí)的波形相同計(jì)算如下：

為保證電流連續(xù)L的選擇（一般按低速輕載時(shí)）：

例：單相橋式全控整流電路，L足夠大，反電勢E＝60V，R＝2，U2＝100V，當(dāng)α=30°時(shí)要求：

1）作出ud、id和i2的波形

2）求整流輸出平均電壓Ud、電流Id，變壓器二次側(cè)電流有效值I2;

3）選擇晶閘管元件。解：根據(jù)要求電路為全控橋電路，反電勢負(fù)載。則：2）求輸出平均電壓Ud、電流Id，變壓器電流有效值I2

3）確定晶閘管的額定電壓，額定電流2．1．3單相全波可控整流電路

又稱雙半波可控整流電路，電阻性負(fù)載：u1為正：VT1導(dǎo)通，輸出ud

為正；u1為零：VT1關(guān)斷。u1為負(fù)：VT2導(dǎo)通，輸出ud

仍為正；由此可見，電路工作情況和單相全控橋電路相似。

兩者比較：1、全波電路僅使用兩個(gè)晶閘管，輸出ud脈動(dòng)小，但變壓器帶中心抽頭，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，利用率低，晶閘管承受電壓高（2倍）；2、從波形可得到各量的計(jì)算方法（自行總結(jié)）。3、和全波電路比較，全控橋電路使用了四個(gè)晶閘管元件，成本高。若降低成本，可使用兩個(gè)晶閘管的半控橋整流電路。2．1．4單相半控橋可控整流電路

將VT2和VT4換成二極管，就組成了半控橋電路。用VT1進(jìn)行正半波控制，用VT3進(jìn)行負(fù)半波控制，半控橋電路也可達(dá)到控制輸出電壓的目的。輸出波形和全控橋基本相同。半控橋電路加電阻性負(fù)載時(shí)其工作情況和全控橋電路完全相同，不再討論。只研究電感性負(fù)載和反電勢負(fù)載。

電感性負(fù)載工作原理u2為正：觸發(fā)后VT1、VD4導(dǎo)通，ud為正，ud＝u2u2為零：VD4關(guān)斷，VD2導(dǎo)通，

使VT1、VD2導(dǎo)通，ud＝0；u2為負(fù)：觸發(fā)VT3后，使VT1關(guān)斷，VT3、VD2導(dǎo)通。u2為零：VD2關(guān)斷VD4導(dǎo)通，VT3、VD4導(dǎo)通；半控橋電路的特點(diǎn)：VT元件是在觸發(fā)時(shí)刻換相，而VD元件是在電源電壓過零點(diǎn)換相。

失控現(xiàn)象分析：

當(dāng)停發(fā)脈沖時(shí)整個(gè)電路應(yīng)停止工作。但半控橋電路此時(shí)卻不能停止工作，分析如下：當(dāng)最后觸發(fā)VT1后，停止發(fā)出脈沖，則停發(fā)后VT1、VD4導(dǎo)通，當(dāng)U2由正變?yōu)榱銜r(shí)，由于L的續(xù)流作用，使VT1、VD2繼續(xù)導(dǎo)通，所以使本應(yīng)關(guān)斷的VT1關(guān)不斷。當(dāng)u2重新為正時(shí)，換為VT1、VD4導(dǎo)通，L又儲(chǔ)存能量，可見VT1始終不能關(guān)斷。稱為失控現(xiàn)象?？梢姡Э噩F(xiàn)象是指停發(fā)脈沖后出現(xiàn)一個(gè)晶閘管，兩個(gè)整流管輪流導(dǎo)通的現(xiàn)象，使晶閘管不能停止工作。。要克服上述失控現(xiàn)象，必須加續(xù)流二極管。

加上續(xù)流二極管后，電路工作情況如下：每到u2過零點(diǎn)，總有VDR導(dǎo)通，使原導(dǎo)通VT關(guān)斷，可防止失控現(xiàn)象。所以，半控橋電路電感性負(fù)載時(shí)必須加續(xù)流二極管。加續(xù)流二極管后，電路的工作情況和全控橋電路電阻負(fù)載相似，其計(jì)算方法也相似。

2．2三相可控整流電路

采用單相整流，輸出直流電壓的脈動(dòng)大，功率因數(shù)小，對電網(wǎng)影響較大；同時(shí)，使用單相電會(huì)引起負(fù)載不平衡；對容量較大的設(shè)備以上矛盾更加突出，使用三相電路可克服上述缺點(diǎn)。三相電路類型：三相半波、三相全控橋式電路、多相整流電路。其中三相半波為基礎(chǔ)，其它電路都是由三相半波組合得到的。

1、電阻性負(fù)載圖示電路為共陰極接法。1）工作原理晶閘管換成二極管時(shí)工作情況：當(dāng)二極管換成整流管時(shí)，電壓最高的相的二極管優(yōu)先導(dǎo)通，管子按1、2、3順序?qū)?，所以在相電壓交叉點(diǎn)進(jìn)行換相，相電壓交叉點(diǎn)稱為自然換相點(diǎn)，管子從該點(diǎn)開始承受正向電壓，

該點(diǎn)定義為α＝0o點(diǎn)。2．2．1三相半波整流電路α＝0o時(shí)，ud波形iVT波形如圖；uVT1波形：VT1導(dǎo)通時(shí)，uVT1＝0；VT2導(dǎo)通時(shí)，uVT1＝uab；VT3導(dǎo)通時(shí)，uVT1＝uac。α＝30°為連續(xù)和斷續(xù)的分界點(diǎn)。移相范圍為150°。

2)

計(jì)算α＜＝30°連續(xù)時(shí)：

30°<α＜＝150°斷續(xù)區(qū)：

晶閘管承受的最大電壓（三相電路通用）：2、電感性負(fù)載1）工作原理α＝60°時(shí)，ud、id波形如圖：ud有負(fù)半波輸出。id為平直直線。α＝90°波形的正負(fù)面積相等，α>90°波形的正負(fù)面積相等，Ud恒為

0。Ud＝0，移相范圍為90°。2）計(jì)算

電壓計(jì)算和電阻性負(fù)載連續(xù)段的計(jì)算相同

3、共陽極電路接法：三個(gè)管子的陽極相連，陰極與電源相連。這時(shí)，電壓最低的相對應(yīng)的管子導(dǎo)通，自然換相點(diǎn)α=0°在負(fù)半波。如圖所示。2．2．2三相全控橋整流電路

單獨(dú)使用三相半波電路存在的問題1）每周期每相只導(dǎo)電120°變壓器利用率低。2）電源只流過一個(gè)方向電流，容易引起直流磁化，鐵心易飽合。所以設(shè)計(jì)變壓器時(shí)容量應(yīng)選大些，使設(shè)備體積大、成本高。3）零線電流較大，不符合實(shí)際要求。由于上述三個(gè)缺點(diǎn)，更為合理的接法是將共陰極和共陽極兩種接法共用。此電路優(yōu)點(diǎn)：