AC-DC變換電路Part-A.ppt

1、第三章 整流電路 Part-A,第三節(jié) 三相可控整流電路,第二節(jié) 單相可控整流電路,第一節(jié) 概述,內(nèi)容提要與目的要求,內(nèi)容提要與目的要求,理解和掌握單相橋式、三相半波、三相橋式等整流電路的電路結(jié)構(gòu)、工作原理、波形的道理、電氣性能、分析方法和參數(shù)計算。 理解和掌握整流電路的功率因數(shù)及其改善的方法。 重點：波形分析和基本電量計算的方法。 難點：不同負(fù)載對工況的影響和整流器交流側(cè)電抗對整流電路的影響。,第一節(jié) 概述,一、整流電路的分類,ACDC變換電路是能夠直接將交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能的電路，泛稱整流電路。在應(yīng)用中構(gòu)成直流電源裝置。 整流電路的分類 在所有的電能轉(zhuǎn)換形式中，ACDC變換是最早出現(xiàn)的一

2、種，自本世紀(jì)20年代迄今已經(jīng)歷了以下幾個發(fā)展階段： 第一階段：旋轉(zhuǎn)式變流機(jī)組（電動機(jī)發(fā)電機(jī)組）； 第二階段：靜止式離子整流器； 第三階段：靜止式半導(dǎo)體整流器。,旋轉(zhuǎn)式變流機(jī)組和靜止式離子整流器的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能均不及半導(dǎo)體整流器，因而在世界范圍內(nèi)已為后者所取代。 靜止式半導(dǎo)體整流器，按照電路中變流器件的開關(guān)頻率不同，所有的半導(dǎo)體變流電路可劃分力低頻和高頻兩大類。 對于整流電路而言，前者是指傳統(tǒng)相控式整流電路，是所有半導(dǎo)體變流電路中歷史最久，技術(shù)最成熟，應(yīng)用也最廣泛的一種電路。 后者是指最近才發(fā)展起來的斬控式整流電路，是所有半導(dǎo)體變流電路中歷史最短的一種電路，是斬波控制方式和高頻自關(guān)斷器件發(fā)展的技術(shù)

3、產(chǎn)物。 本章主要內(nèi)容：相控整流電路,二、換相規(guī)律與輸出電壓的控制,(一)對電源系統(tǒng)電壓的要求 整流電路在工作過程中，要按照電源電壓的變化規(guī)律周期性地切換整流工作回路。 為保證在穩(wěn)定工作狀態(tài)下能均衡工作，使輸出電壓、電流波形變化盡可能小，要求電源系統(tǒng)為對稱的，并且電壓波動在一定的允許范圍之內(nèi)。 (二)自然換相點 在不可控整流電路中，整流管將按電源電壓變化規(guī)律自然換相，自然換相的時刻稱為自然換相點。,(三)輸出電壓控制 由整流管組成的整流電路在自然換相點換相，在電源電壓不受控的條件下，不可能實現(xiàn)對輸出電壓的控制。 從自然換相點計起，到晶閘管門極觸發(fā)脈沖前沿為止的時間間隔，以電角度表示，稱為控制角。

4、在自然換相點給予觸發(fā)時，=0控制角，相當(dāng)于不可控整流電路的輸出電壓。 改變控制角，便可以改變輸出電壓波形和輸出電壓平均值，實現(xiàn)對輸出電壓的控制。,三、負(fù)載性質(zhì)對電路工作的影響,整流電路的負(fù)載可以概括為電阻性負(fù)載、電感性負(fù)載（即阻感負(fù)載）、電容性負(fù)載和電動勢負(fù)載。 1. 電阻性負(fù)載的可控整流電路 其工作回路的等效電路為正弦電壓輸入、含逆止元件的電阻電路。 因id=ud/R，ud過零時，id=0，電路將自然關(guān)斷，故ud不會出現(xiàn)為負(fù)值的部分。電路按自然換相點出現(xiàn)順序觸發(fā)控制，形成整流回路。 導(dǎo)通的晶閘管即可能因按規(guī)律換相而關(guān)斷，又可能因負(fù)載電流id過零自行關(guān)斷。,2.電感性負(fù)載的可控整流電路 其工作

5、回路的等效電路為正弦電壓輸入、含逆止元件的RL電路，id為該電路的電流響應(yīng)。 ud過零變負(fù)時， id 0，由電感L的自感電勢提供正向電壓，整流回路繼續(xù)導(dǎo)通，輸出電壓ud中出現(xiàn)為負(fù)值的部分。 在電感L作用較小時，電感儲能不能保持負(fù)載電流連續(xù)，當(dāng)id下降為零時自然關(guān)斷， id為輸入正弦電壓輸入的電路零狀態(tài)電流響應(yīng)。 在電感作用充分大時，電感儲能可以保證負(fù)載電流連續(xù)，整流電路將按規(guī)律換相，輪流工作。 id為輸入正弦電壓RL的電路非零狀態(tài)電流響應(yīng)。,3.無感直流電動勢負(fù)載的整流電路 電動勢對晶閘管為反向電壓，將直接影響晶閘管的開通與關(guān)斷。 電源電壓時uE，可以觸發(fā)導(dǎo)通；電源電壓下降為u=E時，導(dǎo)通的晶

6、閘管因電流過零而自然關(guān)斷。 在整流電路的晶閘管全部阻斷時，直流側(cè)端電壓ud=E 。 4.有電感含直流電動勢負(fù)載的整流電路 當(dāng)電感充分大時，負(fù)載電流連續(xù)，工作情況和電感性負(fù)載相似。 但輸出電流與直流電動勢密切相關(guān)。,研究內(nèi)容,1、依據(jù)開關(guān)元件的理想開關(guān)特性和負(fù)載性質(zhì)，分析電路的工作過程。 2、據(jù)電路工作過程得出波形分析，包括輸出電壓ud、每個晶閘管承受的電壓uVT，負(fù)載電流id、流過每個晶閘管電流iVT、變壓器次級和初級電流 i2和i1等。 3、在波形分析基礎(chǔ)上，求得一系列電量間的基本數(shù)量關(guān)系，以便對電路進(jìn)行定量分析。在設(shè)計整流電路時，數(shù)量關(guān)系可作為選擇變壓器和開關(guān)元件的依據(jù)。,第二節(jié) 單相可控

7、整流電路,一、單相半波可控整流電路,重點注意： 工作原理（波形分析） 定量計算 不同負(fù)載的影響,1.電路: 交流側(cè)接單相電源 變壓器T起變換電壓和隔離的作用 電阻負(fù)載的特點：電壓與電流成正比，兩者波形相同 U2是 u2有效值 u2峰值是,（一） 帶電阻負(fù)載的工作情況,2. 基本工作原理,工作過程和特點： （1）在u2的正半周，VT承受正向電壓，0t1期間，無觸發(fā)脈沖，VT處于正向阻斷狀態(tài)，uVTu2，ud=0; （2）t1以后，VT由于觸發(fā)脈沖UG的作用而導(dǎo)通，則ud=u2, uVT=0,id=u2/R，一直到時刻； （3）2期間，u2反向，VT由于承受反向電壓而關(guān)斷,uVT=u2,ud=0。

8、以后不斷重復(fù)以上過程。 特點：為單拍電路，易出現(xiàn)變壓器直流磁化，應(yīng)用較少。,動畫,單相半波可控整流電路及波形圖 (純電阻負(fù)載),名詞術(shù)語和概念,單拍電路：指變壓器副邊在工作過程中只流過一個方向的電流，此時變壓器有直流磁化現(xiàn)象； 雙拍電路：指變壓器副邊在工作過程中流過正反雙向電流； “半波”整流：ud為脈動直流，波形只在u2正半周內(nèi)出現(xiàn)； 觸發(fā)延遲角 ：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，用表示，也稱觸發(fā)角或控制角。 導(dǎo)通角 ：晶閘管在一個電源周期中處于通態(tài)狀態(tài)的電角度稱為導(dǎo)通角，用表示。在半波電路中，。 移相：改變觸發(fā)脈沖出現(xiàn)的時刻, 即改變控制角的大小，稱為移相。改變控制

9、角的大小，使輸出整流電壓平均值發(fā)生變化稱為移相控制。,名詞術(shù)語和概念,的移相范圍：指觸發(fā)角可以變化的角度范圍。在不同的電路中，有不同的角度范圍。如在單相半波電路中，的移相角度范圍是0。 相控方式：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。 同步：使觸發(fā)脈沖與可控整流電路的電源電壓之間保持頻率和相位的協(xié)調(diào)關(guān)系稱為同步。使觸發(fā)脈沖與電源電壓保持同步是電路正常工作必不可少的條件。 換流：在可控整流電路中，從一路晶閘管導(dǎo)通變換為另一路品閘管導(dǎo)通的過程或電流從一條支路轉(zhuǎn)移到另一條支路的過程稱為換流，也稱換相。,3. 定量計算,（1）直流輸出電壓平均值Ud,（3-1

10、）,使用萬用表直流檔測量Ud即為該數(shù)值。U2為電源電壓有效值，0時，Ud=0.45U2；時，Ud=0，可見可以通過調(diào)整來調(diào)整Ud。,（2）直流輸出電流平均值Id,（3-2）,（3-3）,（3-4）,（4）整流電路的功率因素,負(fù)載消耗的有功功率：,電源消耗的視在功率：,（3-5）,（5）控制角的移相范圍：,（6）晶閘管導(dǎo)通角：,SCR的若干參數(shù)關(guān)系： (1)流過SCR的電流平均值IdT（就是負(fù)載電流的平均值Id）： (2)流過SCR的電流有效值IT（就是負(fù)載電流的有效值I）： (3) SCR承受的正向峰值電壓U VT： (4) SCR承受的反向峰值電壓U VT：,電感中電流與感應(yīng)電動勢的關(guān)系：,

11、電感中電流發(fā)生變化電感產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢將阻止電流變化。,電感中電流愈大其儲存的能量愈大。,電流增大。 電流的方向與電壓方向相同，電流從高電位流到低電位，電感吸收能量。,電流減小。 電流的方向與電壓方向相反，電流從低電位流到高電位，電感釋放能量。,(二)帶阻感負(fù)載的工作情況,電流從 電源正端流 出，電源輸 出能量。,電流從 負(fù)載正端流 入，負(fù)載吸 收能量。,不管內(nèi)部電路是什么，只要看電流電壓的關(guān)系，就可以判別能量是輸入還是輸出。,往往在一個周期中一部分時間吸收能量，另一部分時間釋放能量。,u和i極 性相同， 負(fù)載吸收 能量,u和i極 性相同， 負(fù)載吸收 能量,u和i極 性相反， 負(fù)載回送 能量,

12、u和i極 性相反， 負(fù)載回送 能量,若一個周期中吸收能量大于釋放能量，此元件是在損耗（吸收）能量； 一個周期中釋放能量大于吸收能量，此元件是在回送能量。,負(fù)載阻抗角arctg(L/R) ，反映出負(fù)載中電感所占的比重，該角度越大（0900之間），則電感量越大。當(dāng)負(fù)載中的感抗L和R相比不可忽略時，稱為電感性負(fù)載。 在生產(chǎn)實踐中，常見的電感性負(fù)載如電機(jī)的勵磁繞組。 電感在電力電子線路中大量使用，大容量、大功率電感常常又稱為電抗器。 主電路結(jié)構(gòu)同單相半波可控整流電路，僅負(fù)載發(fā)生變化。（見圖3-4 ）,1.電路,2.工作原理,工作過程和特點： （1）在u2的正半周，VT承受正向電壓，0t1期間，無觸發(fā)脈

13、沖，VT處于正向阻斷狀態(tài)，uVTu2，ud=0; （2）t1以后，VT由于觸發(fā)脈沖UG的作用而導(dǎo)通，則ud=u2, uVT=0，一直到時刻。但由于L的作用，在時刻，ud=0，而L中仍蓄有磁場能， id 0； （3） t2期間，L釋放磁場能，使id逐漸減為0，此時負(fù)載反給電源充電，電感L感應(yīng)電勢極性是上負(fù)下正，使電流方向不變，只要該感應(yīng)電動勢比u2大，VT仍承受正向電壓而繼續(xù)維持導(dǎo)通，直至L中磁場能量釋放完畢， VT承受反向電壓而關(guān)斷；,動畫,請同學(xué)們思考： （a）L兩端的電壓何時變?yōu)樯县?fù)下正，如何簡單判斷？ （b）id能否抵達(dá)2點？為什么？ （c)一個周期中L兩端的電壓波形如何？,帶電感性負(fù)載

14、的 單相半波電路及其波形,工作過程和特點 （4）t2 2期間，VT承受反向電壓而處于關(guān)斷狀態(tài)，uVTu2，ud=0。 以后不斷重復(fù)以上過程。,3.定量計算,（1）直流輸出電壓平均值Ud：,（3-6）,當(dāng)負(fù)載阻抗角或觸發(fā)角不同時，晶閘管的導(dǎo)通角也不同。若為定值，角越大，在u2正半周電感L儲能越少，則u2負(fù)半周維持晶閘管導(dǎo)通的能力越弱，導(dǎo)通角就越小 。,由波形圖可見，如果負(fù)載電感很大，且LR，則ud中負(fù)的面積接近正的面積，致使輸出的直流平均電壓Ud0，則id也很小，這樣的電路無實際用途。解決這個問題的方法是在負(fù)載兩端并聯(lián)一個續(xù)流二極管VD。,若為定值，角越大，則電感L儲能越多，就越大，即u2負(fù)半周

15、維持晶閘管導(dǎo)通的能力越強(qiáng)。,（2）晶閘管導(dǎo)通角的計算：,電路初始條件：,解之，得到：,式中：,由波形可知：,（3-7）,代入（3-7）式得到：,上述為求導(dǎo)通角的超越方程，在已知和的情況下，采 用迭代法可以求得 角：,這說明當(dāng)角等于阻抗角時，晶閘管導(dǎo)通角等于。當(dāng) 。當(dāng) 時，晶閘管導(dǎo)通角 。,幾種特殊情況：,（1）在u2的正半周，VDR承受反向電壓，不導(dǎo)通，不影響電路的正常工作; （2） 2 期間，電感L的感應(yīng)電勢（下正上負(fù)）使VDR導(dǎo)通，此時，L釋放能量，維持負(fù)載電流通過VDR構(gòu)成回路，而不通過變壓器。稱為續(xù)流。在續(xù)流期間，VT承受u2的負(fù)壓而關(guān)斷，此時ud=0。 （3)當(dāng)LR時，id不但連續(xù)而

16、且基本上維持不變，電流波形接近一條直線。 注意：在考試中，可以直接用直線表示id。,帶續(xù)流二極管單相半波可控整流電路及波形,(三)帶續(xù)流二極管的工作情況,動畫,1.電路,2.工作原理,（1）輸出直流電壓的平均值 Ud（和純阻性負(fù)載相同） （3-1） （2）輸出直流電流的平均值Id（和純阻性負(fù)載相同） （3-2） （3）若近似認(rèn)為id為一條水平線，恒為Id，則流過SCR的電流平均值和有效值分別為： （3-8） （3-11）,3.定量計算,（4）續(xù)流二極管的平均電流和有效值： (3-10) (3-12) （5）晶閘管承受的最大正反向電壓為： （6）續(xù)流二極管承受的最大反向壓也是： （7）移相范圍：

17、與電阻負(fù)載相同:,單相半波可控整流電路的特點,1、線路簡單、易調(diào)整，但輸出電流脈動大，變壓器二次側(cè)電流中含直流分量，造成變壓器鐵芯直流磁化。為使變壓器鐵心不飽和，需增大鐵心截面積，增大了設(shè)備的容量。 2、實際上很少應(yīng)用此種電路； 3、分析該電路的主要目的在于利用其簡單易學(xué)的特點，建立起整流電路的基本概念。,（一）帶電阻負(fù)載的工作情況 1.電路 晶閘管VT1和VT4組成一對橋臂，VT2和VT3組成另一對橋臂。在實際的電路中，一般都采用這種標(biāo)注方法，即上面為1、3，下面為2、4。,二、單相橋式全控整流電路（單相全控橋）,VT1和VT3組成共陰極組，加觸發(fā)脈沖后，陽極電位高者導(dǎo)通。 VT2和VT4組

18、成共陽極組，加觸發(fā)脈沖后，陰極電位低者導(dǎo)通。觸發(fā)脈沖每隔180發(fā)一次，分別同時觸發(fā)VT1和VT4、VT2和VT3。,單相橋式全控整流電路及波形圖（純電阻負(fù)載）,工作過程和特點： （1）0t1:u2為正，VT1和VT4無觸發(fā)脈沖截止，VT1和VT4分擔(dān)u2/2的正向電壓，VT2和VT3分擔(dān)u2/2 的反向電壓, ud=0; （2）t1:u2為正，VT1和VT4 由于觸發(fā)脈沖UG的作用而導(dǎo)通， VT2和VT3承受U2的反向電壓，id =u2/R ； （3）t2(+t1) ：u2為負(fù)，VT2和VT3無觸發(fā)脈沖截止，VT2和VT3分擔(dān)u2/2的正向電壓，VT1和VT4分擔(dān)u2/2 的反向電壓, ud=

19、0； （4）t2(+t1) 2:u2為負(fù)， VT2和VT3 由于觸發(fā)脈沖UG的作用而導(dǎo)通，VT1和VT4承受u2 的反向電壓，id =u2/R，且方向保持不變 。,t2,t1,t2,t2,t1,t1,動畫,2.基本工作原理,無論u2在正半波或負(fù)半波，流過負(fù)載電阻的電流方向是相同的，ud，id波形相似。 1)晶閘管的電壓（uVT）： 當(dāng)四個晶閘管都不通時，設(shè)其漏電阻都相等，則的VT1壓降為近u2/2，最大正向電壓為 ； 當(dāng)VT1導(dǎo)通時，壓降為其通態(tài)電壓，近似為零； 當(dāng)另一對橋臂上的晶閘管導(dǎo)通時，u2反向加在VT1上，因此晶閘管承受的最大反向電壓為 。 2)變壓器二次繞組的電流：兩個半波的電流方向

20、相反且波形對稱，所以不存在直流磁化的問題。,3.定量計算,平均值：直流輸出電壓平均值Ud,（1）負(fù)載電壓, 0時，Ud=0.9U2 ； 時，Ud=0?？梢姡涸谕瑯拥目刂平乔闆r下，輸出的平均電壓Ud是單相半波的兩倍；SCR可控移相范圍為1800；屬于雙拍電路。,有效值:,（3-12）,（3-13）,（2）負(fù)載電流：,直流輸出電流平均值Id：,（3-14）,直流輸出電流有效值IVT，即變壓器二次側(cè)繞組電流有效值I2,（3-14）,（3）流過每個晶閘管的電流:, SCR的平均電流IdVT,由于SCR輪流導(dǎo)電，所以流過每個SCR的平均電流IdVT只有負(fù)載上平均電流的一半。, SCR的有效電流IVT，由

21、于SCR輪流導(dǎo)電，所以 IVT為：,（4）功率因數(shù):,電源提供視在功率為：,負(fù)載消耗的有功功率為：,功率因素為：,為便于討論，假設(shè)電路已工作于穩(wěn)態(tài)，id的平均值不變。假設(shè)負(fù)載電感L很大，負(fù)載電流id連續(xù)且波形近似為一水平線： u2過零變負(fù)時，由于電感的作用晶閘管VT1和VT4中仍流過電流id，并不關(guān)斷； 至t=+ 時刻，給VT2和VT3加觸發(fā)脈沖，因VT2和VT3本已承受正電壓，故兩管導(dǎo)通，而VT1和VT4立刻承受負(fù)電壓，故兩管關(guān)斷。 VT2和VT3導(dǎo)通后，u2通過VT2和VT3分別向 VT1和VT4施加反壓，使VT1和VT4關(guān)斷，流過VT1和VT4的電流迅速轉(zhuǎn)移到VT2和VT3上，此過程稱換

22、相，亦稱換流。,動畫,（二）帶電感性負(fù)載的工作情況,1.電路,2.工作原理,（1）整流電路輸出電壓的平均值： （3-17） 晶閘管移相范圍為90，因為當(dāng) 0 時，Ud0.9U2； 90 時，Ud0。 （2）整流電路輸出平均電流Id（因為負(fù)載電感很大，輸出電流波動很小，可以近似看作直流，而電感對于直流可以看作短路） 變壓器二次側(cè)電流i2的波形為正負(fù)各180的矩形波，其相位由角決定，有效值II2=Id。,3.定量分析,（3）流過晶閘管的電流 SCR的電流平均值IdVT為： 有效值： （4）晶閘管承受的電壓 最大正向電壓： 最大反向電壓： （5）兩組晶閘管輪流導(dǎo)通各導(dǎo)通180,與控制角無關(guān)。 （6）

23、功率因數(shù)：,1.電路 2.工作原理 對于像蓄電池、直流電動機(jī)的電樞（轉(zhuǎn)子） 這類負(fù)載，本身有反電勢，對整流電 路來說，稱為反電動勢負(fù)載。 在|u2|E時，晶閘管才承受正電壓， 有導(dǎo)通的可能； 導(dǎo)通之后，ud=u2， 直至|u2|=E，id即降至0使 得晶閘管關(guān)斷，此后ud=E 與電阻負(fù)載時相比，晶閘管提前了電角度停止導(dǎo)通，稱為停止導(dǎo)電角。 （2-16） 在 角相同時，整流輸出電壓比電阻負(fù)載時大。 整流輸出電流的平均值為：,圖3-12 帶反電動勢單相橋式全控整流電路圖及波形,（三）帶反電動勢負(fù)載時的工作情況,如圖3-12所示id波形在一周期內(nèi)有部分時間為0的情況，稱為電流斷續(xù)（ ）。 與此對應(yīng)，

24、若id波形不出現(xiàn)為0的點的情況，稱為電流連續(xù)（ ）。此時，觸發(fā)脈沖到來時，晶閘管承受負(fù)電壓，不可能導(dǎo)通。 為了使晶閘管可靠導(dǎo)通，要求觸發(fā)脈沖有足夠的寬度，保證當(dāng)t=時刻有晶閘管開始承受正電壓時，觸發(fā)脈沖仍然存在。這樣，相當(dāng)于觸發(fā)角被推遲。,當(dāng)負(fù)載為直流電動機(jī)時，如果出現(xiàn)電流斷續(xù)則電動機(jī)的機(jī)械特性將變軟。 機(jī)械特性：是指電動機(jī)的轉(zhuǎn)速n與轉(zhuǎn)矩M的關(guān)系n=f（M）。反映出電動機(jī)的帶載能力 ，直流電機(jī)的機(jī)械特性是略微向下傾斜的直線，希望該直線越平越好。 機(jī)械特性差的典型表現(xiàn)是：電機(jī)一旦加上較大負(fù)載，則轉(zhuǎn)速有明顯的下降。,為了克服此缺點，一般在主電路中直流輸出側(cè)串聯(lián)一個平波電抗器，用來減少電流的脈動和延

25、長晶閘管導(dǎo)通的時間； 這時整流電路的負(fù)載成為反電動勢感性負(fù)載，整流電壓Ud的波形和負(fù)載電流id的波形與電感負(fù)載電流連續(xù)時的波形相同，Ud的計算公式亦一樣（請同學(xué)們具體分析一下工作過程）； 為保證電流連續(xù)所需的電感量L可由下式求出： 本公式的具體推導(dǎo)參看教材。,3.輸出電流,平均值 有效值 其中:,三、單相橋式半控整流電路（單相半控橋）,1.電路 單相全控橋中，每個導(dǎo)電回路中有2個晶閘管，為了對每個導(dǎo)電回路進(jìn)行控制，其實只需1個晶閘管就可以了，另1個晶閘管可以用二極管代替，從而簡化整個電路。如此即成為單相橋式半控整流電路 （單相半控橋）。 當(dāng)負(fù)載為阻性負(fù)載時，單相半控橋與單相全控橋工作過程和波形

26、完全一致。 單相半控橋中一般使用續(xù)流二極管VDR，它的作用是防止在感性負(fù)載時，出現(xiàn)失控現(xiàn)象。,圖3-14單相橋式半控整流電路，有續(xù)流二極管，電感性負(fù)載時的電路及波形,2.工作原理,（1）電阻負(fù)載時 半控電路與全控電路的工作情況相同,需注意晶閘管和整流二極管承受的電壓波形。如圖3-15所示。,圖3-15 單相橋式半控整流電路 整流器件承受電壓波形,假設(shè)負(fù)載中電感很大，且電路已工作于穩(wěn)態(tài)： 在U2正半周，觸發(fā)角處給晶閘管VT1加觸發(fā)脈沖，U2經(jīng)VT1和VD4向負(fù)載供電； U2過零變負(fù)時，因電感作用使電流連續(xù)，電流通過續(xù)流二極管VDR進(jìn)行續(xù)流，Ud為零。此時，VT1承受負(fù)壓關(guān)斷，VT3承受正壓，由于

27、無觸發(fā)脈沖而關(guān)斷。變壓器二次繞組無電流； 在U2負(fù)半周觸發(fā)角時刻觸發(fā)VT3，VT3導(dǎo)通，VDR承受負(fù)壓而關(guān)斷，U2經(jīng)VT3和VD2向負(fù)載供電。U2過零變正時，電流再次通過續(xù)流二極管VDR進(jìn)行續(xù)流，Ud又為零。,（2）阻感負(fù)載的情況,若無續(xù)流二極管 U2過零變負(fù)時，因電感作用使電流連續(xù)，VT1繼續(xù)導(dǎo)通。但因a點電位低于b點電位，使得電流從VD4轉(zhuǎn)移至VD2，VD4關(guān)斷，電流不再流經(jīng)變壓器二次繞組，而是由VT1和VD2續(xù)流； 在U2負(fù)半周觸發(fā)角時刻觸發(fā)VT3，VT3導(dǎo)通，則向VT1加反壓使之關(guān)斷， U2經(jīng)VT3和VD2向負(fù)載供電。U2過零變正時，VD4導(dǎo)通，VD2關(guān)斷。VT3和VD4續(xù)流，Ud又為

28、零。,3.失控現(xiàn)象及解決辦法,當(dāng)突然增大至180或觸發(fā)脈沖丟失時，會發(fā)生一個晶閘管持續(xù)導(dǎo)通而兩個二極管輪流導(dǎo)通的情況，這使Ud成為正弦半波，即半周期ud為正弦，另外半周期Ud為零，其平均值保持恒定，即 失去控制作用，稱為失控。 有續(xù)流二極管VDR時，續(xù)流過程由VDR完成，晶閘管關(guān)斷，避免了某一個晶閘管持續(xù)導(dǎo)通從而導(dǎo)致失控的現(xiàn)象。同時，續(xù)流期間導(dǎo)電回路中只有一個管壓降，有利于降低損耗。如圖3-17中虛線所示。電源電壓過零時，負(fù)載電流經(jīng)續(xù)流，導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷并恢復(fù)阻斷能力。 應(yīng)當(dāng)指出，實現(xiàn)這一功能的條件是的通態(tài)電壓低丁自然續(xù)流回路開關(guān)元件通態(tài)電壓之和，否則將不能消除自然續(xù)流現(xiàn)象關(guān)斷導(dǎo)通的晶閘管。,

29、單相橋式半控整流電路的另一種接法： 相當(dāng)于把圖3-4a中的VT3和VT4換為二極管VD3和VD4，這樣可以省去續(xù)流二極管VDR，續(xù)流由VD3和VD4來實現(xiàn) 圖3-00 單相橋式半控整流電路的另一接法,單相橋式半控整流電路（單相半控橋）,基本數(shù)量關(guān)系 1.直流輸出電壓平均值Ud、2.電流平均值Id（和全控橋阻性負(fù)載是相同） SwR可控移相范圍為1800； 屬于雙拍電路。 具體的各個電流有效值以及電流的平均值根據(jù)電流的波形可以方便得出。,4.定量計算,3.開關(guān)器件電流的平均值和有效值： (3-21) (3-22) (3-23) (3-24) 4.流過變壓器二次側(cè)電流的有效值： (3-25) 因為I

30、d2=0，所以變壓器不存在直流磁化的問題。,圖3-18單相全波可控整流電路及波形,單相全波可控整流電路又稱單相雙半波可控整流電路。T的副邊帶有中心抽頭。當(dāng)2U2為上正下負(fù)時，VT1工作，當(dāng)2U2為下正上負(fù)，VT2工作。注意此時副邊的電壓有效值為2U2； 單相雙半波與單相全控橋從直流輸出端或從交流輸入端看波形均是基本一致的。,四、單相全波可控整流電路（單相全波）,動畫,兩者的區(qū)別 （1）從輸入側(cè)看：單相全波中變壓器結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，繞組及鐵芯對銅、鐵等材料的消耗多。 （2）從主電路看：單相全波只用2個晶閘管，比單相全控橋少2個，；但是晶閘管承受的最大反向電壓為 ，是單相全控橋的2倍。 （3）從驅(qū)動電路

31、看：門極驅(qū)動電路只需要兩個，比單相全控橋也少2個 （4）從輸出側(cè)看：單相全波導(dǎo)電回路只含1個晶閘管，比單相橋少1個，因而管壓降也少1個 從上述（2）、（3）考慮，單相全波電路有利于在低輸出電壓的場合應(yīng)用。,第三節(jié) 三相可控整流電路,一、共陰極三相半波 可控整流電路,二、共陽極三相半波 可控整流電路,三、三相橋式全控 整流電路,三相可控整流電路,四、三相橋式半控 整流電路,一、共陰極三相半波可控整流電路,（一）電阻負(fù)載 1.電路 圖3-19 三相半波可控整流電路 三相半波可控整流電路如圖3-19所示。為得到零線，變壓器二次側(cè)必須接成星形，而一次側(cè)為避免3次諧波流入電源接成三角形。三個晶閘管分別接

32、入a、b、c三相電源，它們的陰極連接在起，稱為共陰極接法，這種接法觸發(fā)電路有公共端，連線方便。,圖3-19 三相半波可控整流電路,(1) =0時的工作原理分析 電路中的晶閘管換作二極管，成為三相半波不可控整流電路 此時，相電壓最大的一相所對應(yīng)的二極管導(dǎo)通，并使另兩相的二極管承受反壓關(guān)斷，輸出整流電壓即為該相的相電壓，波形如圖3-20d所示 ： 一周期中， 在t1 t2期間，VD1導(dǎo)通，ud=ua 在 t2 t3期間， VD2導(dǎo)通，ud=ub 在 t3 t4期間，VD3導(dǎo)通，ud=uc 一周期中VD1 、 VD2 、 VD3輪流導(dǎo)通，每管各導(dǎo)通。波形為三個相電壓在正半周期的包絡(luò)線。 二極管換相時

33、刻為自然換相點，是各相晶閘管能觸發(fā)導(dǎo)通的最早時刻，將其作為計算各晶閘管觸發(fā)角的起點，即 =0。 注意：這是三相電路和單相電路的一個區(qū)別，即三相電路觸發(fā)角的起點，是以自然換相點來計算的，而不是以過零點。 自然換相點：是三個相電壓的交點。.,2.工作原理,動畫,(2)晶閘管電壓 使用SCR時， =0時的工作原理分析(波形圖） 由變壓器二次側(cè)a相繞組和晶閘管VT1的電流波形，變壓器二次繞組電流有直流分量； 晶閘管的電壓波形，由3段組成： 第1段，VT1導(dǎo)通期間，uT1=0; 第2段，在VT1關(guān)斷后，VT2導(dǎo)通期間，uT1=ua-ub=uab，為一段線電壓; 第3段，在VT3導(dǎo)通期間，uT1=ua-u

34、b=uab為另一段線電壓； 增大值,將脈沖后移,整流電路的工作波形相應(yīng)地發(fā)生變化。 (3)變壓器二次繞組的電流 變壓器二次側(cè)a相繞組和晶閘管VT1的電流波形相同，變壓器二次繞組電流有直流分量。,動畫, =30時的波形 負(fù)載電流處于連續(xù)和斷續(xù)之間的臨界狀態(tài)。,圖3-21 三相半波可控整流電路，電阻負(fù)載， =30時的波形,特點：在t1 120時刻，Ub開始Ua，此時VT2承受正壓，但由于沒有觸發(fā)脈沖，所以仍舊處于關(guān)斷狀態(tài)，隔斷b相電壓，從而使a相的VT1繼續(xù)導(dǎo)通，直至VT2觸發(fā)脈沖的到來。晶閘管導(dǎo)通角等于120,動畫,30的情況 特點：負(fù)載電流斷續(xù)，晶閘管導(dǎo)通角小于120 。 請同學(xué)們分析電阻負(fù)載

35、時角的移相范圍？ 可以這樣分析：其實三相半波電路，相當(dāng)于三個單相半波電路的并聯(lián)。對于單相電路，移相范圍為1800。由于三相電路移相范圍的起點從換相點開始計算，所以為150。,圖3-22 三相半波可控整流電路，電阻負(fù)載， =60時的波形,動畫,（1）整流輸出電壓平均值的計算 1） 30時，負(fù)載電流連續(xù)，有 當(dāng) =0時，Ud最大，為 。 2） 30時，負(fù)載電流斷續(xù)，晶閘管導(dǎo)通角減小，此時有：,（3-26）,(3-27),3.定量計算,(2)輸出電流平均值為 (3)晶閘管承受的電壓 1)晶閘管承受的最大反向電壓，為變壓器二次線電壓峰值，即 2)由于晶閘管陰極與零點間的電壓即為整流輸出電壓ud，其最小

36、值為零，而晶閘管陽極與零點間的最高電壓等于變壓器二次相電壓的峰值，因此晶閘管陽極與陰極間的最大正向電壓等于變壓器二次相電壓的峰值，即 綜合以上兩點，選擇SCR時，以 為標(biāo)準(zhǔn)。,1.電路 2.工作原理 特點：電感性負(fù)載，L值很大，id波形基本平直 (1) 30時：整流電壓波形與電阻負(fù)載時相同 (2) 30時（如 =60時的波形如圖3-22所示） ua過零時，VT1不關(guān)斷，直到VT2的脈沖到來，才換流，由VT2導(dǎo)通向負(fù)載供電，同時向VT1施加反壓使其關(guān)斷ud波形中出現(xiàn)負(fù)的部分。 電感性負(fù)載時， 的移相范圍為90（請同學(xué)分析原因） 原因是由于當(dāng)90時，Ud的波形正負(fù)對稱，平均值為0，失去意義。所以的

37、移相范圍為90。 請同學(xué)們自己完成90時的工作波形。,(二) 阻感負(fù)載,動畫,(1)直流輸出電壓平均值Ud： (2)輸出電流 （3）變壓器二次電流即晶閘管電流的有效值和平均值為 （4）晶閘管最大正反向電壓峰值均為變壓器二次線電壓峰值,3.定量計算,（3-28）,(5)變壓器的容量 變壓器一次和二次繞組的容量分別為 所以變壓器的容量為,二、共陽極三相半波可控整流電路,1.電路 共陽極電路，即將三個晶閘管的陽極連在一起，其陰極分別接變壓器三相繞組，變壓器的零線作為輸出電壓的正端，晶閘管共陽根端作為輸出電壓的負(fù)端，如圖3-26所示。 這種共陽極電路接法，對于螺栓型晶閘管的陽根可以共用散熱器，使裝置結(jié)

38、構(gòu)簡化；但三個觸發(fā)器的輸出必須彼此絕緣。,圖3-26 三相半波可控整流電路,由于三個晶閘管的陰極分別與三相電源相連，陽極經(jīng)過負(fù)載與三相繞組中線連接，故各晶閘管只能在相電壓為負(fù)時觸發(fā)導(dǎo)通，換流總是從電位較高的相換到電位更低的那一相去。自然換相點為三相電壓負(fù)半波的交點，即是控制角=0的起始點。 圖3-27是=30時輸出電壓的波形。由圖可見，ud、id的波形均為負(fù)值，對于大電感負(fù)載，負(fù)載電流連續(xù)，晶閘管導(dǎo)通角仍為120。輸出整流電壓平均值：,圖3-27 三相半波可控整流電路波形,優(yōu)點：三相半波可控整流電路，晶閘管元件少，接線簡單，只需用三套觸發(fā)裝置，控制比較容易。 缺點：但變壓器每相繞組只有13周期

39、流過電流，變壓器利用率低，由于繞組中電流是單方向的，故存在直流磁勢，為避免鐵心飽和，須加大變壓器鐵心的截面積。 這種線路一般用于中小容量的設(shè)備上。,三、三相橋式全控整流電路（三相全橋）,三相全橋的特點： 應(yīng)用最為廣泛. 三相橋式全控整流電路與三相半波電路相比，輸出整流電壓提高一倍，輸出電壓的脈動較小、變壓器利用率高且無直流磁化問題。 由于在整流裝置中，三相橋電路晶閘管的最大失控時間只為三相半波電路的一半，故控制快速性較好，因而在大容量負(fù)載供電、電力拖動控制系統(tǒng)等方面獲得廣泛的應(yīng)用。,從三相半波可控整流電路原理知，共陰極電路工作時，變壓器每相繞組中流過正向電流，共陽極電路工作時，每相繞組流過反向

40、電流，為了提高變壓器利用率，將共陰極組電路和共陽極組電路輸出串聯(lián)，并接到變壓器次級繞組上，如圖3-28(a)所示。,如果兩組電路負(fù)載對稱，控制角相同，則它們輸出電流平均值Id1與Id2相等，零線中流過的電流，去掉零線，不影響電路工作，就成為三相橋式全控整流電路，如圖3-28(b)所示。,在三相橋式電路中的變壓器繞組中，一個周期里既流過正向電流，又流過反向電流，提高了變壓器的利用率，且直流磁勢相互抵消，避免了直流磁化。,由于三相橋式整流電路是兩組三相半波整流電路的串聯(lián)，因此輸出電壓是三相半波的兩倍。當(dāng)輸出電流連續(xù)時： 由于變壓器規(guī)格并末改變，整流電壓卻比三相半波時大一倍，因此輸出功率加大一倍。變

41、壓器利用率提高了，而晶閘管的電流定額不變。在輸出整流電壓相同的情況下，三相橋式晶閘管的電壓定額可以比三相半波電路的晶閘管低一半。,共陰極組陰極連接在一起的3個晶閘管（VT1，VT3，VT5）； 共陽極組陽極連接在一起的3個晶閘管（VT4，VT6，VT2）； 請注意編號順序：1、3、5和4、6、2，一般不特別說明，均采用這樣的編號順序。 由于零線平均電流為零，所以可以不用零線。 對于每相二次電源來說，一個工作周期中，即有正電流，也有負(fù)電流，所以不存在直流磁化問題，提高了繞組利用率。,圖3-28三相橋式 全控整流電路原理圖,(一) 帶電阻負(fù)載時的工作情況,1.工作原理和波形分析： (1) =0時的

42、情況 對于共陰極阻的3個晶閘管，陽極所接交流電壓值最大的一個導(dǎo)通； 對于共陽極組的3個晶閘管，陰極所接交流電壓值最低（或者說負(fù)得最多）的導(dǎo)通； 任意時刻共陽極組和共陰極組中各有1個SCR處于導(dǎo)通狀態(tài)。其余的SCR均處于關(guān)斷狀態(tài)。 觸發(fā)角的起點，仍然是從自然換相點開始計算，注意正負(fù)方向均有自然換相點。,圖3-29三相橋式全控整流 電路帶電阻負(fù)載 =0時的波形,動畫,從線電壓波形看， ud為線電壓中最大的一個，因此ud波形為線電壓的包絡(luò)線。,表3-1 三相橋式全控整流電路電阻負(fù)載 =0時晶閘管工作情況,動畫,三相橋式全控整流電路的特點： （1)兩個SCR同時通形成供電回路，其中共陰極組和共陽極組各

43、有一個SCR導(dǎo)通，且不能為同相的兩個SCR（否則沒有輸出）。 （2）對觸發(fā)脈沖的要求： 按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的順序，相位依次差60； 共陰極組VT1、VT3、VT5的脈沖依次差120，共陽極組VT4、VT6、VT2也依次差120； 同一相的上下兩個橋臂，即VT1與VT4，VT3與VT6，VT5與VT2，脈沖相差180。,動畫,（3）ud一周期脈動6次，每次脈動的波形都一樣，所以三相全橋電路稱為6脈波整流電路； （4）需保證同時導(dǎo)通的2個晶閘管均有脈沖： 可采用兩種方法：一種是寬脈沖觸發(fā)(大于600) 另一種是雙脈沖觸發(fā)（常用）：在Ud的六個時間段，均給應(yīng)該導(dǎo)通的SC

44、R提供觸發(fā)脈沖，而不管其原來是否導(dǎo)通。所以每隔600就需要提供兩個觸發(fā)脈沖。 實際提供脈沖的順序為：1,2 - 2,3 - 3,4 - 4,5 - 5,6 - 6,1 - 1,2，不斷重復(fù)。 （5）晶閘管承受的電壓波形與三相半波時相同， 晶閘管承受最大正、反向電壓的關(guān)系也相同為：,動畫,3) =30時的工作情況(波形圖） 晶閘管起始導(dǎo)通時刻推遲了30，組成ud的每一段線電壓因此推遲30； 從t1開始把一周期等分為6段，ud波形仍由6段線電壓構(gòu)成，每一段導(dǎo)通晶閘管的編號等仍符合表2-1的規(guī)律； 變壓器二次側(cè)電流iu波形的特點：在VT1處于通態(tài)的120期間，iu為正，iu波形的形狀與同時段的ud波

45、形相同，在VT4處于通態(tài)的120期間，iu波形的形狀也與同時段的ud波形相同，但為負(fù)值。,動畫,4) =60時工作情況 ud波形中每段線電壓的波形繼續(xù)后移，ud平均值繼續(xù)降低。 =60時ud出現(xiàn)為零的點。 （因為在該點處，線電壓為零）,圖3-31 三相橋式全控整流 電路帶電阻負(fù)載 =60時的波形,動畫,5) 當(dāng) 60時，如 =90時電阻負(fù)載情況下的工作波形如圖3-32所示：,圖3-32 三相橋式全控 整流電路帶電阻 負(fù)載 =90時的波形,動畫,6) 小結(jié) 當(dāng) 60時，ud波形均連續(xù)，對于電阻負(fù)載，id波形與ud波形一樣，也連續(xù)； 當(dāng) 60時，ud波形每60中有一段為零，ud波形不能出現(xiàn)負(fù)值；

46、帶電阻負(fù)載時三相橋式全控整流電路 角的移相范圍是120,動畫,2.定量計算,由于=60是輸出電壓Ud波形連續(xù)和斷續(xù)的分界點,輸出電壓平均值應(yīng)分兩中情況計算 (1) 60,三相橋式全控整流電路大多用于向阻感負(fù)載和反電動勢阻感負(fù)載供電(即用于直流電機(jī)傳動)，下面主要分析阻感負(fù)載時的情況，對于帶反電動勢阻感負(fù)載的情況，只需在阻感負(fù)載的基礎(chǔ)上掌握其特點，即可把握其工作情況 1.工作原理及波形分析 1) 60時 ud波形連續(xù)，工作情況與帶電阻負(fù)載時十分相似，各晶閘管的通斷情況、輸出整流電壓ud波形、晶閘管承受的電壓波形等都一樣； 區(qū)別在于：由于負(fù)載不同，同樣的整流輸出電壓加到負(fù)載上，得到的負(fù)載電流id波

47、形不同。電感性負(fù)載時，由于電感的作用，使得負(fù)載電流波形變得平直，當(dāng)電感足夠大的時候，負(fù)載電流的波形可近似為一條水平線。,(二)阻感負(fù)載時的工作情況,圖3-33 三相橋式全控整流 電路帶電感性負(fù)載 =0時的波形,圖3-34 三相橋式全控整流 電路帶電感性負(fù)載 =30時的波形,2) 60時 電感性負(fù)載時的工作情況與電阻負(fù)載時不同，電阻負(fù)載時ud波形不會出現(xiàn)負(fù)的部分，而電感性負(fù)載時，由于電感L的作用，ud波形會出現(xiàn)負(fù)的部分； 帶電感性負(fù)載時，三相橋式全控整流電路的角移相范圍為90 。 因為在 90 時，Ud波形上下對稱，平均值為零。,圖3-35 三相橋式整流電路帶電感性負(fù)載， =90時的波形,動畫,

48、(1)當(dāng)整流輸出電壓連續(xù)時（即帶電感性負(fù)載時，或帶電阻負(fù)載60時）的平均值為： 帶電阻負(fù)載且 60時，整流電壓平均值為： （2）輸出電流平均值為 ：Id=Ud /R,2.定量計算,平均值： 有效值： (3)晶閘管承受的最大反壓： （4）當(dāng)整流變壓器采用星形接法，帶電感性負(fù)載時，變壓器二次側(cè)電流波形，為正負(fù)半周各寬120、前沿相差180的矩形波，其有效值為：,(5)功率因數(shù)： 晶閘管電壓、電流等的定量分析與三相半波時一致。 三相橋式全控整流電路接反電勢電感性負(fù)載時，在負(fù)載電感足夠大足以使負(fù)載電流連續(xù)的情況下，電路工作情況與電感性負(fù)載時相似，電路中各處電壓、電流波形均相同，僅在計算Id時有所不同，接反電勢電感性負(fù)載時的Id為： 式中R和E分別為負(fù)載中的電阻值