項(xiàng)目4 整流課件

項(xiàng)目4交流-直流變換電路本章要點(diǎn)不同負(fù)載時(shí)，單相可控整流電路的結(jié)構(gòu)、工作原理、波形分析和數(shù)量關(guān)系不同負(fù)載時(shí)，三相可控整流電路的結(jié)構(gòu)、工作原理、波形分析和數(shù)量關(guān)系一、單相橋式全控整流電路（電阻性負(fù)載）1、電路結(jié)構(gòu)用四個(gè)晶閘管，兩只晶閘管接成共陰極，兩只晶閘管接成共陽(yáng)極，每一只晶閘管是一個(gè)橋臂。

（3）在u2負(fù)半波的（π~π+α）區(qū)間：晶閘管VT2、VT3承受正壓，因無(wú)觸發(fā)脈沖，VT2、VT3處于關(guān)斷狀態(tài)。此時(shí)，uT2.3=uT1.4=

1/2u2。（4）在u2負(fù)半波的ωt=π+α?xí)r刻：觸發(fā)晶閘管VT2、VT3，元件導(dǎo)通，電流沿b→VT3→R→VT2→a→Tr的二次繞組→b流通，電源電壓沿正半周期的方向施加到負(fù)載電阻上，負(fù)載上有輸出電壓（ud=-u2）和電流，且波形相位相同。此時(shí)電源電壓反向加到晶閘管VT1、VT4上，使其承受反壓而處于關(guān)斷狀態(tài)。晶閘管VT2、VT3一直要導(dǎo)通到ωt=2π為止，此時(shí)電源電壓再次過(guò)零，晶閘管陽(yáng)極電流也下降為零而關(guān)斷。晶閘管VT1、VT4和VT2、VT3在對(duì)應(yīng)時(shí)刻不斷周期性交替導(dǎo)通、關(guān)斷。單相橋式整流器電阻性負(fù)載時(shí)的移相范圍是0～180o。α=0o時(shí)，輸出電壓最高；α=180o時(shí)，輸出電壓最小。晶閘管承受最大正反向電壓Um是相電壓峰值。負(fù)載上正負(fù)兩個(gè)半波內(nèi)均有相同方向的電流流過(guò)，從而使直流輸出電壓、電流的脈動(dòng)程度較前述單相半波得到了改善。變壓器二次繞組在正、負(fù)半周內(nèi)均有大小相等、方向相反的電流流過(guò)，從而改善了變壓器的工作狀態(tài)，并提高了變壓器的有效利用率。（2）輸出電壓有效值U（3）輸出電流有效值I與變壓器二次側(cè)電流I2輸出電流有效值I與變壓器二次側(cè)電流I2相同為

（4）晶閘管的電流平均值IdT與晶閘管電流有效值IT

（5）功率因數(shù)cosφ顯然功率因數(shù)與α相關(guān)，α=0o時(shí)，cosφ=1。

二、單相橋式全控整流電路（阻感性負(fù)載）

1、電路結(jié)構(gòu)

電感的感應(yīng)電勢(shì)使輸出電壓波形出現(xiàn)負(fù)波。輸出電流是近似平直的，晶閘管和變壓器副邊的電流為矩形波。

（3）在u2負(fù)半波的（π~π+α）區(qū)間：當(dāng)ωt=π時(shí)，電源電壓自然過(guò)零，感應(yīng)電勢(shì)使晶閘管VT1、VT4繼續(xù)導(dǎo)通。在電壓負(fù)半波，晶閘管VT2、VT3承受正壓，因無(wú)觸發(fā)脈沖，VT2、VT3處于關(guān)斷狀態(tài)。（4）在u2負(fù)半波的ωt=π+α?xí)r刻及以后：在ωt=π+α處觸發(fā)晶閘管VT2、VT3使其導(dǎo)通，電流沿b→VT3→L→R→VT2→a→Tr的二次繞組→b流通，電源電壓沿正半周期的方向施加到負(fù)載上，負(fù)載上有輸出電壓（ud=-u2）和電流。此時(shí)電源電壓反向加到VT1、VT4上，使其承受反壓而變?yōu)殛P(guān)斷狀態(tài)。晶閘管VT2、VT3一直要導(dǎo)通到下一周期ωt=2π+α處再次觸發(fā)晶閘管VT1、VT4為止。從波形可以看出α＞90o輸出電壓波形正負(fù)面積相同，平均值為零，所以移相范圍是0～90o。控制角α在0～90o之間變化時(shí)，晶閘管導(dǎo)通角θ≡π，導(dǎo)通角θ與控制角α無(wú)關(guān)。晶閘管承受的最大正、反向電壓

Um=

（3）晶閘管的電流平均值IdT由于晶閘管輪流導(dǎo)電，所以流過(guò)每個(gè)晶閘管的平均電流只有負(fù)載上平均電流的一半。

（4）晶閘管的電流有效值IT

與通態(tài)平均電流

IT(AV)

三、單相橋式半控整流電路（阻感性負(fù)載）

1、單相橋式半控整流電路（不帶續(xù)流二極管）（1）電路結(jié)構(gòu)在單相橋式全控整流電路中，每個(gè)工作區(qū)間有兩個(gè)晶閘管導(dǎo)通，每個(gè)導(dǎo)電回路由兩個(gè)晶閘管同時(shí)控制。實(shí)際上，對(duì)單個(gè)導(dǎo)電回路進(jìn)行控制，只需一個(gè)晶閘管就可以了。為此，在每個(gè)導(dǎo)電回路中，一個(gè)仍用晶閘管進(jìn)行控制，另一個(gè)則用大功率整流二極管代替，從而簡(jiǎn)化了整個(gè)電路。把全控橋中的晶閘管VT2，VT4換成二極管VD2，VD4即成為單相橋式半控整流電路，如下圖a所示。單相橋式半控整流電路帶大電感負(fù)載時(shí)的電路原理圖和電壓、電流波形

2、單相橋式半控整流電路（帶續(xù)流二極管）（1）電路結(jié)構(gòu)和工作原理單相橋式半控整流電路（帶續(xù)流二極管）的電路和電壓、電流波形如下圖所示。接上續(xù)流二極管后，當(dāng)電源電壓降到零時(shí)，負(fù)載電流經(jīng)續(xù)流二極管續(xù)流，使橋路直流輸出端只有1V左右的壓降，迫使晶閘管與二極管串聯(lián)電路中的電流減小到維持電流以下，使晶閘管關(guān)斷，這樣就不會(huì)出現(xiàn)失控現(xiàn)象了四、三相半波可控整流電路（電阻性負(fù)載）

1、電路結(jié)構(gòu)為得到零線，變壓器二次繞組為星形。為給三次諧波提供通路，變壓器一次繞組接成三角形。三個(gè)晶閘管的陰極連在一起，為共陰極接法。

2、工作原理

（1）在ωt1～ωt2區(qū)間有uu＞uv、uu＞uw，u相電壓最高，VT1承受正壓。在ωt1時(shí)刻觸發(fā)VT1使其導(dǎo)通，導(dǎo)通角θ＝120o，輸出電壓ud＝uu。其它兩個(gè)晶閘管承受反壓而不導(dǎo)通。VT1的電流iT1與變壓器二次側(cè)u相電流波形相同，大小相等。（2）在ωt2～ωt3區(qū)間有uv＞uu

，v相電壓最高，VT2承受正壓。在ωt2時(shí)刻觸發(fā)VT2使其導(dǎo)通，ud＝uv。VT1兩端電壓uT1=uu-uv=uuv<0，晶閘管VT1承受反壓關(guān)斷。在ωt2時(shí)刻發(fā)生的由一相晶閘管導(dǎo)通轉(zhuǎn)換為另一相晶閘管導(dǎo)通的過(guò)程稱為換流。任一時(shí)刻，只有承受最高壓的晶閘管才能導(dǎo)通，輸出電壓ud是相電壓波形的一部分，每周期脈動(dòng)三次，是三相電源相電壓正半波完整的包絡(luò)線，輸出電流id與電壓ud波形相同、相位相同。從圖中還可看出：電阻性負(fù)載α=0o時(shí)，VT1在VT2、VT3導(dǎo)通時(shí)僅受反壓，隨著α的增加，晶閘管承受正向電壓增加，其它兩個(gè)晶閘管承受的電壓波形相同，僅相位依次相差120o。增大α，則整流電壓相應(yīng)減小。電阻性負(fù)載α=30o時(shí)的輸出電流、電壓波形α=30o是輸出電壓、電流連續(xù)和斷續(xù)的臨界點(diǎn)。

電阻性負(fù)載α=60o時(shí)的輸出電流、電壓波形顯然，α=150o時(shí)輸出電壓為零，所以三相半波整流電路電阻性負(fù)載的移相范圍是0o～150o。從波形可看出：晶閘管承受的最大正壓是變壓器二次相電壓的峰值，UFM=U2；晶閘管承受的最大反壓是二次線電壓的峰值，URM=×U2=U2。在選擇晶閘管的額定電壓時(shí)，應(yīng)考慮到承受最大反向電壓的峰值情況。

3、數(shù)量關(guān)系（1）輸出電壓平均值Ud

α=30o是ud波形連續(xù)和斷續(xù)的分界點(diǎn)。計(jì)算輸出電壓平均值Ud時(shí)應(yīng)分兩種情況進(jìn)行。1）α≤30o時(shí)

2）α＞30o時(shí)

（2）輸出電流平均值Id（3）晶閘管電流平均值IdT（4）晶閘管電流有效值IT1)α≤30o時(shí)

2)α＞30o時(shí)

三相半波可控整流電路（電阻性負(fù)載）特點(diǎn)歸納：（1）α=0o時(shí)，整流電壓最大；增大α?xí)r，波形的面積減小，即整流電壓減?。划?dāng)α=150o時(shí)，整流電壓為零。電阻性負(fù)載控制角α的移相范圍為150o。（2）當(dāng)α≤30o時(shí)，負(fù)載電流連續(xù)，每個(gè)晶閘管在一個(gè)周期中持續(xù)導(dǎo)通；當(dāng)α＞30o時(shí)，負(fù)載電流斷續(xù)，晶閘管的導(dǎo)通角為。（3）流過(guò)晶閘管的電流等于變壓器的副邊電流。（4）晶閘管承受的最大電壓是變壓器二次線電壓的峰值

U2。（5）輸出整流電壓ud的脈動(dòng)頻率為3倍的電源頻率。五、三相半波可控整流電路（阻感性負(fù)載）

1、電路結(jié)構(gòu)三相半波可控整流電路（電感性負(fù)載）及波形（α=60度）

2、工作原理當(dāng)α≤30o時(shí)，相鄰兩相的換流是在原導(dǎo)通相的交流電壓過(guò)零變負(fù)之前，工作情況與電阻性負(fù)載同。由于負(fù)載電感的儲(chǔ)能作用，電流id波形近似平直，晶閘管中分別流過(guò)幅度Id、寬度120o的矩形波電流，導(dǎo)通角θ=120o。當(dāng)α＞30o時(shí)，假設(shè)α=60o，VT1已經(jīng)導(dǎo)通，在u相交流電壓過(guò)零變負(fù)后，由于未到VT2的觸發(fā)時(shí)刻，VT2未導(dǎo)通，在負(fù)載電感作用下VT1繼續(xù)導(dǎo)通，輸出電壓ud＜0，直到VT2

被觸發(fā)導(dǎo)通，VT1承受反壓而關(guān)斷，輸出電壓ud＝uv，然后重復(fù)u相的過(guò)程。當(dāng)α=90o時(shí)輸出電壓為零，三相半波整流電路阻感性負(fù)載（電流連續(xù)）的移相范圍是0o～90o。

3、數(shù)量關(guān)系（1）輸出電壓平均值

由于ud波形連續(xù)，所以計(jì)算輸出電壓Ud時(shí)只需一個(gè)計(jì)算公式（2）輸出電流平均值

（3）晶閘管電流平均值

（4）晶閘管電流有效值

（5）晶閘管通態(tài)平均電流

2三相半波共陽(yáng)極可控整流電路把三只晶閘管的陽(yáng)極接成公共端連在一起就構(gòu)成了共陽(yáng)極接法的三相半波可控整流電路，由于陰極不同電位，要求三相的觸發(fā)電路必須彼此絕緣。由于晶閘管只有在陽(yáng)極電位高于陰極電位時(shí)才能導(dǎo)通，因此晶閘管只在相電壓負(fù)半周被觸發(fā)導(dǎo)通，換相總是換到陰極更負(fù)的那一相。下圖是共陽(yáng)極接法的三相半波可控整流電路和α=30o時(shí)的工作波形。

三相半波可控整流電路共陽(yáng)極接法及波形

六、三相全控橋式整流電路（電阻性負(fù)載）

1、電路結(jié)構(gòu)

三相半波整流的變壓器存在直流磁化問(wèn)題，三相全控橋式整流電路可看作是三相半波共陰極接法(VT1，VT3，VT5)和三相半波共陽(yáng)極接法(VT4，VT6，VT2)的串聯(lián)組合。

2、工作原理（α=0o時(shí)）

一個(gè)周期內(nèi)，晶閘管的導(dǎo)通順序VT1→VT2→VT3→VT4→VT5→VT6。將一周期相電壓分為六個(gè)區(qū)間：（1）在ωt1~ωt2區(qū)間：u相電壓最高，VT1觸發(fā)導(dǎo)通，v相電壓最低，VT6觸發(fā)導(dǎo)通，負(fù)載輸出電壓ud＝uuv。（2）在ωt2~ωt3區(qū)間：u相電壓最高，VT1觸發(fā)導(dǎo)通，w相電壓最低，VT2觸發(fā)導(dǎo)通，負(fù)載輸出電壓ud＝uuw。（3）在ωt3~ωt4區(qū)間：v相電壓最高，VT3觸發(fā)導(dǎo)通，w相電壓最低，VT2觸發(fā)導(dǎo)通，負(fù)載輸出電壓ud＝uvw。（4）在ωt4~ωt5區(qū)間：v相電壓最高，VT3觸發(fā)導(dǎo)通，u相電壓最低，VT4觸發(fā)導(dǎo)通，負(fù)載輸出電壓ud＝uvu。（5）在ωt5~ωt6區(qū)間：w相電壓最高，VT5觸發(fā)導(dǎo)通，u相電壓最低，VT4觸發(fā)導(dǎo)通，負(fù)載輸出電壓ud＝uwu。（6）在ωt6~ωt7區(qū)間：w相電壓最高，VT5觸發(fā)導(dǎo)通，v相電壓最低，VT6觸發(fā)導(dǎo)通，負(fù)載輸出電壓ud＝uwv。三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載α=60度時(shí)的波形

三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載α=90度時(shí)的波形

三相全控橋式整流電路的工作特點(diǎn)：1）任何時(shí)候共陰、共陽(yáng)極組各有一只元件同時(shí)導(dǎo)通才能形成電流通路。2）共陰極組晶閘管VT1、VT3、VT5，按相序依次觸發(fā)導(dǎo)通，相位互差120o，共陽(yáng)極組VT2、VT4、VT6，相位相差120o，同一相的晶閘管相位相差180o。每個(gè)晶閘管導(dǎo)通角120o；3）輸出電壓ud由六段線電壓組成，每周期脈動(dòng)六次，每周期脈動(dòng)頻率為300Hz。4）晶閘管承受的電壓波形與三相半波同，只與晶閘管導(dǎo)通情況有關(guān)，波形由3段組成：一段為零(忽略導(dǎo)通時(shí)的壓降)，兩段為線電壓。晶閘管承受最大正、反向電壓的關(guān)系也相同。5）變壓器二次繞組流過(guò)正負(fù)兩個(gè)方向的電流，消除了變壓器的直流磁化，提高了變壓器的利用率。

6）對(duì)觸發(fā)脈沖的要求：要使電路正常工作，需保證應(yīng)同時(shí)導(dǎo)通的2個(gè)晶閘管均有脈沖，常用的方法有兩種：一種是寬脈沖觸發(fā)，它要求觸發(fā)脈沖的寬度大于60o（一般為80o～100o），另一種是雙窄脈沖觸發(fā)，即觸發(fā)一個(gè)晶閘管時(shí)，向小一個(gè)序號(hào)的晶閘管補(bǔ)發(fā)脈沖。寬脈沖觸發(fā)要求觸發(fā)功率大，易使脈沖變壓器飽和，所以多采用雙窄脈沖觸發(fā)。

電阻性負(fù)載α≤60o時(shí)的ud波形連續(xù)，α＞60o時(shí)ud波形斷續(xù)。α=120o時(shí)，輸出電壓為零Ud=0，三相全控橋式整流電路電阻性負(fù)載移相范圍為0o～120o。晶閘管兩端承受的最大正反向電壓是變壓器二次線電壓的峰值

3、參數(shù)計(jì)算α