電力電子技術(shù) 專業(yè)課教材

第2章單相整流電路整流電路（Rectifier）：將交流電變?yōu)橹绷麟?，?yīng)用十分廣泛，電路形式多種多樣。本章主要講單相半波、單相橋式全控與半控整流電路。2.1單相半波可控整流電路

SinglePhaseHalfWaveControlledRectifier電阻性負載常見的電阻性負載：如電阻加熱爐、電解、電鍍等。原理分析：在u2正半周，VT承受正向陽極電壓，wt1時刻給VT門極加觸發(fā)脈沖。在t1刻之前，SCR處于正向阻斷狀態(tài)，電路中無電流，負載電阻兩端電壓為零，u2全部施加于VT兩端。SCR開通后，直流側(cè)輸出電壓瞬時值ud與u2相等。在u2過零進入負半周時，電路中電流亦降至零，SCR關(guān)斷，處于反向阻斷狀態(tài)。此時uVT與u2相等。轉(zhuǎn)波形改變觸發(fā)時刻，ud和id波形隨之改變，直流輸出電壓ud為極性不變但瞬時值變化的脈動直流，其波形只在u2正半周內(nèi)出現(xiàn)，故稱“半波”整流。單脈波整流：整流電壓ud波形在一個電源周期中只脈動1次?？刂平莂：從晶閘管開始承受正向電壓起到施加觸發(fā)脈沖止的電角度。也稱觸發(fā)角或延遲角。導(dǎo)通角θ：θ=π-a。轉(zhuǎn)波形

Goback直流輸出電壓平均值為

當(dāng)a=0時，直流輸出電壓平均值最大為Ud=Ud0=0.45U2。隨著a增大，Ud減小，當(dāng)a=π時，Ud=0。a移相范圍：0~180

，相控整流。最大正反向電壓均為u2的峰值：轉(zhuǎn)波形2.帶阻感負載電感性負載更為多見，如電機及勵磁繞組等。電感對電流有平波作用。由楞次定律，電感的自感電勢總是反抗電流的變化，使流過電感的電流不能發(fā)生突變。轉(zhuǎn)波形原理分析：在ωt1時刻，觸發(fā)VT使其開通，u2加于負載兩端，id從0開始增加。這時，交流電源一方面供給電阻R消耗的能量，另一方面供給電感L吸收的磁場能量。轉(zhuǎn)波形

Goback演示uR隨著id而變化，當(dāng)uR=u2時did/dt=0，id到達峰值u2/R（

L中貯能達最大）。u2由正變負過零，力圖使SCR關(guān)斷，但L的自感電勢總是反抗其電流的減小，使SCR延續(xù)導(dǎo)通。L大則延續(xù)時間長。在u2過零點處，id尚處于減小的過程中，能量尚在釋放。u2=0，但SCR仍正偏，因為did/dt<0，下正上負的自感電勢使SCR正偏而繼續(xù)導(dǎo)通。此自感電勢的極性表明，L往外供出能量，一方面供給電阻消耗，另一方面供給變壓器副邊吸收能量，反送給交流電源。轉(zhuǎn)波形至ωt2時刻，電感能量釋放完畢，id降至零，VT關(guān)斷并立即承受反壓。由于電感的存在延遲了VT的關(guān)斷時刻，使ud波形出現(xiàn)了負面積，與帶電阻負載時相比其平均值Ud下降。轉(zhuǎn)波形若j（阻抗角）為定值，a角越大，在u2正半周電感L儲能越少，維持導(dǎo)電的能力就越弱，θ越小。若a為定值，j越大，則L貯能越多，θ越大。

接近90o時，在u2負半周L維持SCR導(dǎo)通的時間接近正半周的導(dǎo)通時間，ud中負面積接近正面積，平均值Ud近等于零（即純電感負載情況）。轉(zhuǎn)波形加入續(xù)流二極管VDRu2正半周與不加時工作情況相同。當(dāng)u2

過零變負時，上負下正，可通過VDR直接施加于VT兩端，迫使VT關(guān)斷。續(xù)流：VT關(guān)斷但L中流過的電流并不能突變?yōu)?，其did/dt<0,自感電勢上負下正，為VDR提供正偏壓，從而為id

繼續(xù)流通提供了通路，即L-R-VDR

回路。續(xù)流二極管VDR（free-wheelingdiode）

取代了原來的VT路徑，保證了VT關(guān)斷后id的連續(xù)性，使L中的儲能得以平穩(wěn)釋放。轉(zhuǎn)波形在u2

負半周續(xù)流期間，輸出ud=0(忽略VDR通態(tài)壓降)，不再出現(xiàn)負面積，這與電阻負載時的ud波形相同，但id

不同，若L足夠大，且

L>>R，即負載近純感性，在VT關(guān)斷期間，VDR可持續(xù)導(dǎo)通，使id

持續(xù)到下一周期正半周觸發(fā)時仍未降到0，則id波形接近平直（回路

=L/R很大）。id

的連續(xù)波形每周期分為兩段：u2過零前一段流經(jīng)SCR，時寬為π-α；之后一段流經(jīng)VDR

，時寬為π+α。由兩器件電流拼合而成。轉(zhuǎn)波形

Goback電流計算：(設(shè)id

近為一條直線，恒為Id)

SCR平均值：

SCR有效值：

VDR平均值：

VDR有效值：

移相范圍：轉(zhuǎn)波形0~180o。此時輸出直流電壓Ud等于多少？最高耐壓：

最大反向電壓URM為u2的峰值

U2；

最大正向電壓UFM亦為

U2（

≥90o時）。單相半波可控整流的特點：電路簡單，但輸出脈動大，變壓器二次側(cè)含有直流電流分量，會造成鐵心直流磁化。轉(zhuǎn)波形§2.2單相橋式全控整流電路

SinglePhaseBridgeControlledRectifier

1.電阻性負載在u2正半周，ua>ub

，若4只管均未觸發(fā)導(dǎo)通，則輸出id=0，ud=0，VT1、VT4承受正向電壓，各承受u2

的一半。在

角處，VT1,4

觸通，電流路徑：a-VT1-R-VT4-b，當(dāng)u2過零時電流亦降到零，VT1,4關(guān)斷。在負半周

角處，VT2,3

觸通，電流路徑：b-VT3-R-VT2-a。當(dāng)u2過零時，VT2,3

關(guān)斷。轉(zhuǎn)波形GobackRVT>>R

Goback演示通過4只SCR的單導(dǎo)作用，總是將a、b兩電源端電位高的一端引到輸出正端，電位低的一端引到輸出負端。最大正反向電壓：雙脈波整流：每周輸出電壓脈動2次。不存在變壓器直流磁化問題，變壓器副邊電流正負半周對稱，平均值為0。轉(zhuǎn)波形UFM=U2/2，URM=。輸出電壓平均值：當(dāng)

=0，Ud=Ud0=0.9U2；當(dāng)

=180o，

Ud=0。

相移范圍：負載電流平均值：轉(zhuǎn)波形0~180o。SCR電流平均值：SCR電流有效值：變壓器副邊電流有效值I2與輸出電流有效值相等：

SCR有效值與變壓器電流有效值關(guān)系：

轉(zhuǎn)波形IT=I/2.電感性負載設(shè)負載電感很大，id連續(xù)且近似恒流。u2過零變負時，由于電感的自感電勢作用，使VT1,4

延續(xù)導(dǎo)通（Id近恒流源，若VT1,4關(guān)斷則Id將斷流）。換流(Commutation)

：負半周

角處，VT2,3觸通（負半周，由于VT1,4導(dǎo)通及

ua<ub，使VT2,3均正偏），共陰極端由ua躍變?yōu)閡b，使VT1受反壓關(guān)斷（∵ub>ua）同理VT4也因VT2觸通而關(guān)斷。SCR電流波形：iVT1,4和iVT2,3輪換各為180o方波，幅度恒為Id。轉(zhuǎn)波形

Goback演示變壓器副邊電流i2為正負對稱的180o方波。iVT1,4和iVT2,3都來自于i2，只是兩電流在副邊的流向相反。SCR端壓波形：VT1,4導(dǎo)通時，其端壓總是近似為0，VT2,3導(dǎo)通時，作用于VT1,4每只管上的電壓總是等于uab，即u2（片斷）。最大正、反向電壓均為轉(zhuǎn)波形輸出電壓平均值：

當(dāng)a=0時，Ud0=0.9U2，a=90

時，Ud=0。

相移范圍：SCR的電流平均值： 有效值：變壓器副邊電流方波相對于u2相移

角，

大則i2滯后多。功率因數(shù)低。副邊電流有效值：轉(zhuǎn)波形0~90o。3.反電勢負載常見的反電勢負載：蓄電池，直流電機電樞。在R-E負載下，只有當(dāng)|u2|>E時，SCR才會導(dǎo)通。SCR導(dǎo)通后ud=|u2|，id=(ud-E)/R，直到|u2|=E，id降至0使SCR關(guān)斷。SCR關(guān)斷后ud=E。停止導(dǎo)電角δ：與R負載時相比，SCR導(dǎo)通時間長度縮短了δ角，即提前δ停止導(dǎo)通。轉(zhuǎn)波形Gobackud比R負載時增大了一塊三角區(qū)面積（在u2過0點兩側(cè)）。Ud的計算公式略。電流波形斷續(xù)。當(dāng)

<δ時，觸發(fā)時SCR反偏，不能觸通。要求觸發(fā)脈沖足夠?qū)?。負載為DC電動機時，如果電流斷續(xù)則機械特性將很軟。串入平波電抗器，若L足夠大，ud、id波形與R-L負載時相同，Ud公式亦照用。

轉(zhuǎn)波形E-R-LGobackEud課堂作業(yè)：單相橋式全控整流電路，U2＝100V，負載中R＝2?，L值極大，反電動勢E＝60V，當(dāng)α＝30°時，試求：（1）作出ud、id和i2的波形；（2）求整流輸出電壓平均值Ud、電流Id，以及變壓器二次側(cè)電流有效值I2?！?.3單相橋式半控整流電路在純電阻負載時,半控電路與全控電路的工作情況相同。設(shè)阻感負載L很大，id近恒流。在u2正半周

處觸通VT1，則u2經(jīng)VT1、VD4向負載供電，ud=u2。在u2過零變負時，電感電流的連續(xù)性使VT1繼續(xù)導(dǎo)通（∵VT3尚未觸發(fā)）。但因為ua<ub,使VD2正偏導(dǎo)通，發(fā)生VD4至VD2之間的換流。轉(zhuǎn)波形

Goback23VD2,4共陽極組，陰極電位低者導(dǎo)通。VT1和VD2導(dǎo)通期間，電流不再流經(jīng)變壓器副邊，ud=0，無負面積。在u2負半周處，觸通VT3，使VT1受反壓而關(guān)斷，u2經(jīng)過b-VT3-R-L-VD2-a向負載供電。當(dāng)u2過零變正時，ub<ua，VD4自然導(dǎo)通，使VD2關(guān)斷，經(jīng)VT3和VD4續(xù)流，ud=0。換流規(guī)律：VT1,3在觸發(fā)時換流；VD2,4則在u2過零時自然換流。轉(zhuǎn)波形1失控問題：比如在正半周VT1導(dǎo)通期間,VD2,4輪換導(dǎo)通，VT1的關(guān)斷是以