电力电子课件三章

1、第章第章 相控整流电路相控整流电路 3.1 3.1 引引 言言 3.2 3.2 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路 T VT R 0 a) u 1 u 2 u VT u d id t1 2 t t t t u 2 u g u d u VT 0 b) c) d) e) 0 0 图图3-1 单相半波可控整流电路及波形单相半波可控整流电路及波形 。 为分析电路方便，首先假设以下几点：为分析电路方便，首先假设以下几点： (1) (1) 开关元件是理想的开关元件是理想的，即开关元件，即开关元件( (晶闸管晶闸管) )导导 通时，通态压降为零，关断时电阻为无穷大；并通时，通态压降为零，关断时电阻为无

2、穷大；并 且开关瞬间完成且开关瞬间完成; ; (2) (2) 变压器是理想的变压器是理想的，即变压器漏抗为零，绕组，即变压器漏抗为零，绕组 的电阻为零、励磁电流为零。的电阻为零、励磁电流为零。 （1 1）在）在U U2 2的正半周，的正半周，VTVT承受正向电压，承受正向电压，0 0t1t1期间期间 ，无触发脉冲，无触发脉冲，VTVT处于正向阻断状态，处于正向阻断状态，U UVT VT U U2 2，U Ud d=0;=0; （2 2） t1t1以后，以后，VTVT由于触发脉冲由于触发脉冲U UG G的作用而导通，的作用而导通， 则则U Ud d=U=U2 2, U, UVT VT=0,Id=

3、U =0,Id=U2 2/R/R，一直到，一直到时刻；时刻； （3 3） 22期间，期间，U U2 2反向，反向，VTVT由于承受反向电压而由于承受反向电压而 关断关断,U,UVT VT=U =U2 2,U,Ud d=0=0。 以后不断重复以上过程。以后不断重复以上过程。 特点：特点：为单拍电路，易出现变压器直流磁化，应用较为单拍电路，易出现变压器直流磁化，应用较 少。少。 工作过程和特点：工作过程和特点： 若干概念：若干概念： 单拍电路：单拍电路：指变压器副边在工作过程中只流过一个指变压器副边在工作过程中只流过一个 方向的电流，此时变压器有直流磁化现象；方向的电流，此时变压器有直流磁化现象；

4、 双拍电路：双拍电路：指变压器副边在工作过程中流过正反双指变压器副边在工作过程中流过正反双 向电流；向电流； “半波半波”整流：整流：u ud d为脉动直流，波形只在为脉动直流，波形只在u u2 2正半周正半周 内出现，故称之。内出现，故称之。 触发延迟角触发延迟角 ：从晶闸管开始承受正向阳极电压从晶闸管开始承受正向阳极电压 起到施加触发脉冲止的电角度起到施加触发脉冲止的电角度, ,用用表示表示, ,也称触发角也称触发角 或控制角。或控制角。 导通角导通角 ：晶闸管在一个电源周期中处于通态的晶闸管在一个电源周期中处于通态的 电角度称为，用电角度称为，用表示。在半波电路中表示。在半波电路中， 。

5、 的的移相范围：移相范围：指触发角指触发角可以变化的角度范围。可以变化的角度范围。 在不同的电路中，在不同的电路中， 有不同的角度范围。如在单有不同的角度范围。如在单 相半波电路中，相半波电路中， 的移相角度范围是的移相角度范围是0。 相控方式：相控方式：这种通过控制触发脉冲的相位来控这种通过控制触发脉冲的相位来控 制直流输出电压大小的方式称为相位控制方式，制直流输出电压大小的方式称为相位控制方式， 简称相控方式。简称相控方式。 直流输出电压平均值Ud （3-1） 说明：U2为电源电压有效值（如AC 220V）； 时，Ud=0，可见可以通过调整调整Ud。 直流输出电压有效值U （3-2） 2

6、cos1 45. 0)cos1 ( 2 2 )(sin2 2 1 2 2 2 U U ttdUUd 基本数量关系：基本数量关系： 2 2sin 4 1 sin2 2 1 2 2 2 UtdtUU SCRSCR的若干参数关系：的若干参数关系： (1) IdT（流过SCR电流的平均值） （3-3） (2) IT（流过SCR电流的有效值） （3-4） (3) U VT （SCR承受的正反向峰值电压）为 2 cos1 45. 0 2 R U R U I d dT 2 2sin 4 1 )sin 2 ( 2 1 2 2 2 R U tdt R U IT 2 2U 整流电路的功率因数整流电路的功率因数co

7、scos： cos（有功功率有功功率P P）/ /（电源视在功率（电源视在功率S S） 因为对于交流电源来说，因为对于交流电源来说，i2总是滞后于总是滞后于U2,这相当于这相当于 电源有一个感性负载，电源有一个感性负载，越大，越大，i2滞后滞后U2的角度也越大，的角度也越大， cos也就越小。也就越小。 P=P=负载的电压有效值负载的电压有效值负载的电流有效值负载的电流有效值 S S电源的电压有效值电源的电压有效值电源的电流有效电源的电流有效 值值 所以：所以： （3 35 5） 2 2sin 4 1 cos 2222 U U IU UI IU UI S P T TT 电感的特点电感的特点:

8、: (1)电感对电流变化有抗拒作用，使得电感对电流变化有抗拒作用，使得 流过电感的电流不能发生突变。流过电感的电流不能发生突变。(2)在电感两端产在电感两端产 生的感应电动势生的感应电动势Ldi/dt。它的极性是阻止电流的变。它的极性是阻止电流的变 化。化。(3)电感在电路的工作过程中，不消耗能量。电感在电路的工作过程中，不消耗能量。 即产生多少能量，就释放多少。即产生多少能量，就释放多少。 负载阻抗角负载阻抗角arctg(L/R)arctg(L/R) ，反映出负载中电，反映出负载中电 感所占的比重，该角度越大（感所占的比重，该角度越大（0900900 0之间），则电之间），则电 感量越大。当

9、负载中的感抗感量越大。当负载中的感抗L和和R相比不可忽略相比不可忽略 时，称为电感性负载。时，称为电感性负载。 2. 2. 单相半波电路带电感性负载的工作情况单相半波电路带电感性负载的工作情况 a)u 1 T VT R L u 2 u VT u d id u 2 0t12 t t t t t u g 0 u d 0 id 0 u VT 0 b) c) d) e) f) + + + 图3-2 带电感性负载的单相半波电路及其波形 （1）在U2的正半周，VT承受正向电压，0t1期间 ，无触发脉冲，VT处于正向阻断状态，UVTU2， Ud=0; （2） t1以后，VT由于触发脉冲UG的作用而导通， 则

10、Ud=U2, UVT=0，一直到时刻。但由于L的作用，在 时刻，Ud=0，而L中仍蓄有磁场能， id 0； （3） t2期间，L释放磁场能，使id逐渐减为0， 此时负载反给电源充电，电感L感应电势极性是上负下 正，使电流方向不变，只要该感应电动势比U2大，VT 仍承受正向电压而继续维持导通，直至L中磁场能量释 放完毕， VT承受反向电压而关断； （4） t2 2期间，VT承受反向电压而处于关 断状态，UVTU2，Ud=0。 请同学们思考：请同学们思考： （a） L两端的电压何时变为上负下正，如何简两端的电压何时变为上负下正，如何简 单判断？单判断？ （b） id能否连续能否连续？为什么？为什么

11、？ （c)c)一个周期中一个周期中L L两端的电压波形如何？两端的电压波形如何？ 直流输出电压平均值直流输出电压平均值Ud （3-6） 由于从由于从ud的波形可以看出，此时输出的平均电压的波形可以看出，此时输出的平均电压Ud和和 电阻负载相比，有所下降。电阻负载相比，有所下降。 考虑一种极端情况：考虑一种极端情况： 如果为大电感负载，则如果为大电感负载，则ud中的中的 负面积接近正面积，输出负面积接近正面积，输出的直流平均电压的直流平均电压Ud0，则，则id也很也很 小，这样的电路无实际用途。所以，实际的大电感电路中，小，这样的电路无实际用途。所以，实际的大电感电路中， 常常在负载两端并联一个

12、续流二极管。常常在负载两端并联一个续流二极管。 2 1 2 )(sin2 2 1 ttdUUd 基本数量关系：基本数量关系： 3. 3. 带电感性负载加续流二极管工作情况带电感性负载加续流二极管工作情况 基本数量关系基本数量关系 (1) (1) 输出电压平均值输出电压平均值U Ud d与输出电流平均值与输出电流平均值I Id d 输出电压平均值输出电压平均值U Ud d 输出电流平均值输出电流平均值I Id d 2 cos1 45. 0 2 cos1 2 2 dsin 2 2 2 1 2d U U ttUU 2 cos1 0.45 dd d R U R U I (2) (2) 晶闸管的电流平均

13、值晶闸管的电流平均值I IdTdT与晶闸管的电流有效值与晶闸管的电流有效值I IT T 晶闸管的电流平均值晶闸管的电流平均值I IdTdT 晶闸管的电流有效值晶闸管的电流有效值I IT T d 2 - dT II d 2 )( 2 d 2 1 T ItdII (3) (3) 续流二极管的电流平均值续流二极管的电流平均值I IdDRdDR与续流二极管与续流二极管 的电流有效值的电流有效值I IDRDR (4) (4) 晶闸管和续流二极管承受的晶闸管和续流二极管承受的最大正反向电压最大正反向电压 均为电源电压的峰值。均为电源电压的峰值。 ddDR 2 II d 0 2 dDR 2 )( 2 1 I

14、tdII 2m 2UU v线路简单、易调整，但输出电流脉动大，变线路简单、易调整，但输出电流脉动大，变 压器二次侧电流中含直流分量，造成变压器铁压器二次侧电流中含直流分量，造成变压器铁 芯直流磁化；芯直流磁化； v实际上很少应用此种电路；实际上很少应用此种电路； R T u1u2 a) i2 a b VT1 VT3 VT2 VT4 ud id t t t0 0 0 i2 ud id b) c) d) ud(id) uVT 1,4 晶闸管晶闸管VT1和和VT4组成一对组成一对 桥臂，桥臂，VT2和和VT3组成另外一对组成另外一对 桥臂。在实际的电路中，一般都桥臂。在实际的电路中，一般都 采用这种

15、标注方法，即上面为采用这种标注方法，即上面为1、 3，下面为，下面为2、4。请同学们注意。请同学们注意。 两组晶闸管的触发信号相差两组晶闸管的触发信号相差180 度。度。 1 1、电阻负载的工作情况、电阻负载的工作情况 图3-3 单相全控桥 带电阻负载时的电路及波形 （1） 0 0 t1: U2为正，为正，VT1和和VT4无触发脉冲截止，无触发脉冲截止，VT1和和 VT4分担分担U2/2的正向电压，的正向电压，VT2和和VT3分担分担U2/2 的反向电压的反向电压, Ud=0; （2） t1 : : U2为正，为正， VT1和和VT4 由于触发脉冲由于触发脉冲UG的作的作 用而导通，用而导通，

16、 VT2和和VT3承受承受U2 的反向电压，的反向电压， i id =U=U2 2/R/R ； （3） t2( + t1) ： U2为负，为负，VT2和和VT3无触发脉冲无触发脉冲 截止，截止，VT2和和VT3分担分担U2/2的正向电压，的正向电压，VT1和和VT4分担分担U2/2 的反向电压的反向电压, Ud=0; （4） t2( + t1) 2: : U2为负，为负， VT2和和VT3 由于触发由于触发 脉冲脉冲UG的作用而导通，的作用而导通， VT1和和VT4承受承受U2 的反向电压，的反向电压， i id =U=U2 2/R/R，且方向保持不变，且方向保持不变 。 2 2） 基本数量关

17、系基本数量关系 直流输出电压平均值直流输出电压平均值U Ud d （3-73-7） 可见：在同样的控制角可见：在同样的控制角情况下，输出的平均电压情况下，输出的平均电压U Ud d是是 单相半波的两倍；单相半波的两倍； SCRSCR可控移相范围为可控移相范围为0 01801800 0； SCRSCR导通的电角度为导通的电角度为- 属于双拍电路。 属于双拍电路。 2 cos1 9 . 0)cos1 ( 2 )(sin2 1 2 2 2 U U ttdUUd 直流输出电流平均值直流输出电流平均值Id 和和SCR的平均电流的平均电流idT （3-8） 由于SCR轮流导电，所以流过每个SCR的平均电流

18、 idT只有负载上平均电流的一半。 （3-9） 2 cos1 9 . 0 2 cos122 22d d R U R U R U I 2 cos1 45.0 2 1 2 R U II ddT 直流输出电流有效值直流输出电流有效值I，即为变压器二次侧绕组，即为变压器二次侧绕组 电流有效值电流有效值I2 （3-10） SCR的有效电流的有效电流IT，由于，由于SCR轮流导电，所以轮流导电，所以 IT 为：为： （3-11） 2sin 2 1 )(d)sin 2 ( 1 2 2 2 2 R U tt R U II 2sin 2 1 2 )()sin 2 ( 2 1 2 2 2 R U tdt R U

19、IT 功率因数功率因数: 2sin 2 1 cos 22 2 IU UI S P T a b R L a) u 1 u 2 i2 VT1 VT3 VT2 VT4 u d id u 2 O t O t O t u d id i2 b) Ot O t u VT 1,4 Ot Ot Id Id Id Id Id iVT 2,3 iVT 1,4 图图3-4 单相全控桥带单相全控桥带 电感性负载时的电路及波形电感性负载时的电路及波形 为便于讨论，假设电路已工作为便于讨论，假设电路已工作 于稳态，于稳态，id的平均值不变的平均值不变。 假设负载电感很大，负载电流假设负载电感很大，负载电流id 连续且波形近

20、似为一水平线：连续且波形近似为一水平线： u2过零变负时，由于电感的作用晶闸管过零变负时，由于电感的作用晶闸管VT1和和VT4 中仍流过电流中仍流过电流id，并不关断；，并不关断； 至至t=+ 时刻，给时刻，给VT2和和VT3加触发脉冲，因加触发脉冲，因 VT2和和VT3本已承受正电压，故两管导通，本已承受正电压，故两管导通，而而VT1和和 VT4立刻承受负电压，故两管关断立刻承受负电压，故两管关断。 VT2和和VT3导通后，导通后，u2通过通过VT2和和VT3分别向分别向VT1和和 VT4施加反压使施加反压使VT1和和VT4关断，流过关断，流过VT1和和VT4的的 电流迅速转移到电流迅速转移

21、到VT2和和VT3上，此过程称上，此过程称换相换相，亦，亦 称称换流换流。 1 1）电路工作特点）电路工作特点 整流电路输出平均电压整流电路输出平均电压 （3-12） 晶闸管移相范围为晶闸管移相范围为90 ，因为当，因为当 90 时，时，Ud0。 整流电路输出平均电流整流电路输出平均电流Id和和SCR的电流平均值的电流平均值IdT 变压器二次侧电流i2的波形为正负各180的矩形波，其 相位由角决定，有效值I2=Id。 cos9 . 0cos 22 )( dsin2 1 222d UUttUU R U I d dddT 2 1 II 2 2） 基本数量关系基本数量关系 功率因数功率因数: cos

22、9 . 0cos 22 IU IU S P dd 为提高整流输出电压平均值，负载侧并联续流二极管请分析为提高整流输出电压平均值，负载侧并联续流二极管请分析P59-图图3.19 3. 3. 反电势负载反电势负载 (1) (1) 反电势电阻负载的情况反电势电阻负载的情况 3. 3. 反电势负载反电势负载 (1) (1) 反电势电阻负载的情况反电势电阻负载的情况 反电势电阻负载的特点是：当整流电压的反电势电阻负载的特点是：当整流电压的 瞬时值瞬时值u ud d小于反电势小于反电势E E 时，晶闸管承受反压而时，晶闸管承受反压而 关断，这使得晶闸管导通角减小。晶闸管导通关断，这使得晶闸管导通角减小。晶

23、闸管导通 时，时，u ud=d=u u2 2， 晶闸管关断时，晶闸管关断时，u ud=d=E E。与电阻负载相比晶。与电阻负载相比晶 闸管提前了电角度闸管提前了电角度 停止导电，停止导电， 称作停止导电称作停止导电 角。角。 2 2 arcsin U E R Eu i d d (2) (2) 反电势电感性负载的情况反电势电感性负载的情况 若负载为直流电动机时，此时负载性质为反若负载为直流电动机时，此时负载性质为反 电动势电感性负载，电感不足够大，输出电流波电动势电感性负载，电感不足够大，输出电流波 形仍然断续。在负载回路串接平波电抗器可以减形仍然断续。在负载回路串接平波电抗器可以减 小电流脉动

24、，小电流脉动，如果电感足够大，电流就能连续，如果电感足够大，电流就能连续， 在这种条件下其工作情况与电感性负载相同在这种条件下其工作情况与电感性负载相同，区，区 别在于别在于IdId的计算不同的计算不同： R EU I d d 单相全控桥式整流器主要适用于单相全控桥式整流器主要适用于4kW4kW左右的左右的 应用场合，与单相半波可控整流器相比，整流电应用场合，与单相半波可控整流器相比，整流电 压脉动减小，每周期脉动两次。变压器二次侧流压脉动减小，每周期脉动两次。变压器二次侧流 过正反两个方向的电流，不存在直流磁化，利用过正反两个方向的电流，不存在直流磁化，利用 率高。率高。 单相全控桥中，每个

25、导电回路中有单相全控桥中，每个导电回路中有2个晶闸管，个晶闸管， 为了对每个导电回路进行控制，其实只需为了对每个导电回路进行控制，其实只需1个晶闸个晶闸 管就可以了，另管就可以了，另1个晶闸管可以用二极管代替，从个晶闸管可以用二极管代替，从 而简化整个电路。如此即成为而简化整个电路。如此即成为单相桥式半控整流单相桥式半控整流 电路电路 （单相半控桥）。（单相半控桥）。 1 1、电阻负载的工作情况、电阻负载的工作情况 当负载为阻性负载时，当负载为阻性负载时， 单相半控桥与单相全控单相半控桥与单相全控 桥工作过程和波形完全桥工作过程和波形完全 一致。一致。 区别区别:在于在一个周期在于在一个周期

26、内的（内的（ ）、）、 （ ）期间，晶闸）期间，晶闸 管未导通，处于正向阻管未导通，处于正向阻 断状态时，晶闸管上承断状态时，晶闸管上承 受的正向电压是受的正向电压是 0 2 u 为便于讨论，假设电路已工作为便于讨论，假设电路已工作 于稳态，于稳态，id的平均值不变的平均值不变。 假设负载电感很大，负载电流假设负载电感很大，负载电流id 连续且波形近似为一水平线：连续且波形近似为一水平线： v在在U2正半周，触发角正半周，触发角处给晶闸管处给晶闸管T1加触发脉冲，加触发脉冲，U2经经 T1和和D4向负载供电；向负载供电； v U2过零变负时，因电感作用使电流过零变负时，因电感作用使电流id连续

27、，连续，D4关断、关断、 D2导通，导通，T1和和D2为负载电流提供续流回路。此时输出为负载电流提供续流回路。此时输出 电压电压ud和变压器二次电流为零；和变压器二次电流为零； v在在U2负半周触发角负半周触发角时刻触发时刻触发T3，U2经经T3和和D2向负载供向负载供 电；电； vU2过零变正时，过零变正时， D2关断、关断、D4导通，导通，T3和和D4为负载电为负载电 流提供续流回路。此时输出电压流提供续流回路。此时输出电压ud和变压器二次电流为和变压器二次电流为 零；零； 1）工程过程分析）工程过程分析 2 2）半控桥的失控情况和续流二极管）半控桥的失控情况和续流二极管VzVz的作用的作

28、用 v当当 突然增大至突然增大至180 或触发脉冲丢失时，会发生一或触发脉冲丢失时，会发生一 个晶闸管持续导通而两个二极管轮流导通的情况，个晶闸管持续导通而两个二极管轮流导通的情况， 这使这使Ud成为正弦半波，即半周期成为正弦半波，即半周期ud为正弦，另外半为正弦，另外半 周期周期Ud为零，其平均值保持恒定，即为零，其平均值保持恒定，即 失去控制作失去控制作 用，称为失控。用，称为失控。 v有续流二极管有续流二极管Vz时，续流过程由时，续流过程由Vz完成，晶闸管关完成，晶闸管关 断，避免了某一个晶闸管持续导通从而导致失控的断，避免了某一个晶闸管持续导通从而导致失控的 现象。同时，续流期间导电回

29、路中只有一个管压降，现象。同时，续流期间导电回路中只有一个管压降， 有利于降低损耗。有利于降低损耗。 有续流二极管的单相桥式半控整流电路及其工作波形 2 2）半控桥的失控情况和续流二极管）半控桥的失控情况和续流二极管VzVz的作用的作用 v在在U2正半周，触发角正半周，触发角处给晶闸管处给晶闸管T1加触发脉冲，加触发脉冲， U2经经T1和和D4向负载供电；向负载供电； v U2过零变负时，因电感作用使电流过零变负时，因电感作用使电流id连续，电流通连续，电流通 过续流二极管过续流二极管Dz进行续流，进行续流，Ud为零。此时，为零。此时，T1承承 受负压关断，受负压关断，T3承受正压，由于无触发

30、脉冲而关断。承受正压，由于无触发脉冲而关断。 变压器二次绕组无电流；变压器二次绕组无电流； v在在U2负半周触发角负半周触发角时刻触发时刻触发T3，T3导通，导通，Dz承受承受 负压而关断，负压而关断，U2经经T3和和D2向负载供电。向负载供电。U2过零变正过零变正 时，电流再次通过续流二极管时，电流再次通过续流二极管Dz进行续流，进行续流，Ud又为又为 零。零。 带续流二极管带续流二极管VzVz的工作过程分析：的工作过程分析： 3 3、单相半控桥阻性和感性负载的基本数量关系、单相半控桥阻性和感性负载的基本数量关系 直流输出电压平均值直流输出电压平均值Ud、 、电流平均值 电流平均值Id（和全

31、控桥阻性 负载是相同） （3-13） (3-14) 可控移相范围为1800； 属于双拍电路。 具体的各个电流有效值以及电流的平均值根据电流 的波形可以方便得出。 2 cos1 9 . 0)cos1 ( 2 )(sin2 1 2 2 2 U U ttdUUd R U I d d 单相桥式半控整流电路的另一种接法：单相桥式半控整流电路的另一种接法： 相当于把图3-5a中的T3和T4换为二极管VD3和 VD4，这样可以省去续流二极管，续流由VD3和VD4 来实现。 负 载 T u 2 VD3VD4 VT1VT2 图图3-6 3-6 单相桥式半控整流电路的另一接法单相桥式半控整流电路的另一接法 a)

32、b) u1 T R u2 u2 i1 VT1 VT2ud ud i1 O O t t 图3-7 单相全波可控整流电路及波形 单相全波可控整流电路又称单相双半波可控整流单相全波可控整流电路又称单相双半波可控整流 电路。电路。T T的副边带有中心抽头。当的副边带有中心抽头。当2U2U2 2为上正下负时，为上正下负时， VT1VT1工作，当工作，当2U2U2 2为下正上负，为下正上负，VT2VT2工作。注意此时副工作。注意此时副 边的电压有效值为边的电压有效值为2U2U2 2； 单相双半波与单相全控桥从直流输出端或从交流单相双半波与单相全控桥从直流输出端或从交流 输入端看波形均是基本一致的。输入端看

33、波形均是基本一致的。 1 1）工作特点）工作特点 （1）单相双半波中变压器结构较复杂，绕组及铁芯 对铜、铁等材料的消耗多； （2）单相双半波只用2个晶闸管，比单相全控桥 少2个，相应地，门极驱动电路也少2个；但是晶 闸管承受的最大电压为 ，是单相全控桥的2 倍； （3）单相双半波导电回路只含1个晶闸管，比单 相桥少1个，因而管压降也少1个； 从上述（2）、（3）考虑，单相全波电路有利于 在低输出电压的场合应用。 2 2）与单相桥式整流电路的区别）与单相桥式整流电路的区别 2 22U 3.5 3.5 三相半波可控整流电路相半波可控整流电路 负载容量较大，或要求直流电压脉动较小、易滤波负载容量较大

34、，或要求直流电压脉动较小、易滤波 时使用三相整流电路时使用三相整流电路; 基本的是三相半波可控整流电路，三相桥式全控整基本的是三相半波可控整流电路，三相桥式全控整 流电路应用最广。流电路应用最广。 a) b) c) d) e) f) u2 a b c T R ud id VT2 VT1 VT3 uaubuc =0 Ot1 t2t3 uG O ud O O uabuac O iVT 1 uVT 1 t t t t t 1) 电路的特点：电路的特点： 变压器二次侧接成星形得到变压器二次侧接成星形得到 零线，而一次侧接成三角形零线，而一次侧接成三角形 避免避免3次谐波流入电网。次谐波流入电网。 三个

35、晶闸管分别接入三个晶闸管分别接入a、b、c 三相电源，其阴极连接在一三相电源，其阴极连接在一 起起共阴极接法共阴极接法 。与之相。与之相 对应的是将阳极连接在一对应的是将阳极连接在一 起起共阳极接法共阳极接法 。 1. 1. 电阻负载电阻负载 图图3-8 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路 共阴极接法电阻负载时的电路共阴极接法电阻负载时的电路 及及 =0 时的波形时的波形 2) 电路中的晶闸管换作二极管，成为三相半波不可控整流电路电路中的晶闸管换作二极管，成为三相半波不可控整流电路 此时，相电压最大的一相所对应的二极管导通，并使另两此时，相电压最大的一相所对应的二极管导通，并使另两 相的

36、二极管承受反压关断，输出整流电压即为该相的相电压：相的二极管承受反压关断，输出整流电压即为该相的相电压： 一周期中，一周期中， 在在t1 t2期间，期间，VD1导通，导通，ud=ua 在在 t2 t3期间，期间， VD2导通，导通，ud=ub 在在 t3 t4期间，期间，VD3导通，导通，ud=uc 二极管换相时刻为自然换相点，是各相晶闸管能触发导通二极管换相时刻为自然换相点，是各相晶闸管能触发导通 的最早时刻，将其作为计算各晶闸管触发角的最早时刻，将其作为计算各晶闸管触发角的起点，即的起点，即 =0 注意注意：这是三相电路和单相电路的一个区别，即：这是三相电路和单相电路的一个区别，即三相三相

37、 电路触发角的起点电路触发角的起点，是以自然换相点来计算的，而不是以过零，是以自然换相点来计算的，而不是以过零 点。点。 自然换相点自然换相点：是三个相电压的交点。：是三个相电压的交点。 3) 使用使用SCR时，时， =0 时的工作原理分析时的工作原理分析(图图3-8） 由变压器二次侧由变压器二次侧a相绕组和晶闸管相绕组和晶闸管VT1的电流波的电流波 形，变压器二次绕组电流有直流分量；形，变压器二次绕组电流有直流分量； 晶闸管的电压波形，由晶闸管的电压波形，由3段组成：段组成： 第第1段，段，VT1导通期间，导通期间，uT1=0; 第第2段，在段，在VT1关断后，关断后，VT2导通期间，导通期

38、间， uT1=ua-ub=uab，为一段线电压，为一段线电压; 第第3段，在段，在VT3导通期间，导通期间，uT1=ua-ub=uab为另为另 一段线电压；一段线电压； 增大增大值值,将脉冲后移将脉冲后移,整流电路的工作波形相应地发整流电路的工作波形相应地发 生变化。生变化。 4) =30 时的波形时的波形 负载电流处于连续和断续之间的临界状态。负载电流处于连续和断续之间的临界状态。 =30 u 2 u a u b u c Ot O t Ot O t Ot u G u d u ab u ac t1 iVT 1 u VT 1 u ac 图图3-9 三相半波可控整流电路，电三相半波可控整流电路，电

39、 阻负载，阻负载， =30 时的波形时的波形 特点：在特点：在t1 120 时刻，时刻， Ub开始开始Ua，此时，此时VT2承受正承受正 压，但由于没有触发脉冲，所压，但由于没有触发脉冲，所 以仍旧处于关断状态，隔断以仍旧处于关断状态，隔断b 相电压，从而使相电压，从而使a相的相的VT1继继 续导通，直至续导通，直至VT2触发脉冲的触发脉冲的 到来。到来。晶闸管导通角等于晶闸管导通角等于120 5) 30 的情况的情况 t t t t =60 u2 uaubuc O O O O uG ud iVT 1 图3-10 三相半波可控整流电路， 电阻负载， =60时的波形 特点：负载电流断续，晶闸管导

40、特点：负载电流断续，晶闸管导 通角小于通角小于120 。 请同学们分析请同学们分析电阻负载时电阻负载时角的角的 移相范围？移相范围？ 可以这样分析：其实三相半波电可以这样分析：其实三相半波电 路，相当于三个单相半波电路的路，相当于三个单相半波电路的 并联。对于单相电路，移相范围并联。对于单相电路，移相范围 为为1800。由于三相电路移相范围。由于三相电路移相范围 的起点从换相点开始计算，所以的起点从换相点开始计算，所以 为为150 。 6) 整流输出电压平均值的计算整流输出电压平均值的计算 （1） 30 时，负载电流连续，有时，负载电流连续，有: cos17. 1cos 2 63 )(sin2

41、 3 2 1 22 6 5 6 2d UUttdUU 2d0d 17. 1 UUU当当 =0时，时，Ud最大，为最大，为 （2） 30 时，负载电流断续，晶闸管导通角减小，此时有：时，负载电流断续，晶闸管导通角减小，此时有： ) 6 cos(1675. 0) 6 cos(1 2 23 )(sin2 3 2 1 2 6 2d UttdUU （3-15） （3-16） 负载电流平均值为负载电流平均值为: R U I d d 222 45. 2632UUUU RM 2FM 2UU 晶闸管承受的最大反向电压，为变压器二次晶闸管承受的最大反向电压，为变压器二次线电压峰值线电压峰值，即，即: 由于晶闸管阴

42、极与零点间的电压即为整流输出电压由于晶闸管阴极与零点间的电压即为整流输出电压ud，其，其 最小值为零，而晶闸管阳极与零点间的最高电压等于变压最小值为零，而晶闸管阳极与零点间的最高电压等于变压 器二次相电压的峰值，因此晶闸管阳极与阴极间的最大正器二次相电压的峰值，因此晶闸管阳极与阴极间的最大正 向电压等于变压器二次向电压等于变压器二次相电压的峰值相电压的峰值，即，即: 综合以上两点，选择综合以上两点，选择SCR时，以时，以 为标准。为标准。 2 6U （3-17） （3-18） （3-19） 2. 三相半波可控整流电路电感性负载三相半波可控整流电路电感性负载 1) 特点：电感性负载，特点：电感性

43、负载，L值很大，值很大，id波形基本平直波形基本平直 30 时：整流电压波形与电阻负载时相同时：整流电压波形与电阻负载时相同 30 时（如时（如 =60 时的波形如图时的波形如图3-11所示）所示） ua过零时，过零时，VT1不关断，直到不关断，直到VT2的脉冲到来，才换的脉冲到来，才换 流，由流，由VT2导通向负载供电，同时向导通向负载供电，同时向VT1施加反压使施加反压使 其关断其关断ud波形中出现负的部分。波形中出现负的部分。 2) 电感性负载时，电感性负载时， 的移相范围为的移相范围为90 （请同学分析原请同学分析原 因因） 原因是由于当原因是由于当90 时，时，Ud的波形正负对称，平

44、均的波形正负对称，平均 值为值为0，失去意义。所以，失去意义。所以的移相范围为的移相范围为90 。 请同学们自己完成请同学们自己完成90 时的工作波形。时的工作波形。 a b c T R L u 2 u d e L i d VT 1 VT 2 VT 3 u d i a u a u b u c i b i c i d u ac u ab u ac Ot Ot Ot Ot Ot Ot u VT 1 图图3-11 三相半波可控整流电路，电感性负载时的电路及三相半波可控整流电路，电感性负载时的电路及 =60 时的波形时的波形 3) 基本参数计算基本参数计算 (1)直流输出电压平均值直流输出电压平均值U

45、d： (2)变压器二次电流即晶闸管电流的有效值为变压器二次电流即晶闸管电流的有效值为: (3)晶闸管最大正反向电压峰值均为变压器二次线电压峰值晶闸管最大正反向电压峰值均为变压器二次线电压峰值: cos17. 1cos 2 63 )(sin2 3 2 1 22 6 5 6 2d UUttdUU ddVT2 577. 0 3 1 IIII 22 45. 26UUUU RMFM （3-20） （3-21） （3-22） 3. 3. 反电动势感性负载反电动势感性负载 如果电感足够大，电流就能连续，在这种条件下如果电感足够大，电流就能连续，在这种条件下 其工作情况与电感性负载相同其工作情况与电感性负载相

46、同，区别在于，区别在于IdId的计的计 算不同算不同： R EU I d d 4. 4. 并联续流二极管的感性负载并联续流二极管的感性负载 感性负载并联接续流二极管感性负载并联接续流二极管, ,当当a30a300 0以后，输出电压波以后，输出电压波 形中不能出现负值部分，原来输出电压形中不能出现负值部分，原来输出电压出现负值出现负值的地方的地方 由由续流二极管导通提供负载电流通路（一个周期续流续流二极管导通提供负载电流通路（一个周期续流3 3 次），那么所有晶闸管关断，输出电压次），那么所有晶闸管关断，输出电压U Ud d=0=0。 附附：共阳极的三相半波可控整流电路：共阳极的三相半波可控整流

47、电路 共阳极接法时的晶闸管只能在 相电压的负半周工作，其阴极 电位为负且有触发脉冲时导通， 换相总是换到阴极电位更负的 那一相去。相电压负半周的交 点就是共阳极接法的自然换流 点。与共阴极接法的区别在于 输出极性相反。 三相半波可控整流电路虽然只用了三相半波可控整流电路虽然只用了 3 只晶闸管，只晶闸管， 接线和控制简单。但与三相桥式整流电路相比，接线和控制简单。但与三相桥式整流电路相比， 要得到相同的输出电压，晶闸管承受的正、反要得到相同的输出电压，晶闸管承受的正、反 向峰值电压较高。向峰值电压较高。 整流变压器二次侧绕组在一个周期内仅工作整流变压器二次侧绕组在一个周期内仅工作 120 ，变

48、压器利用率较低。，变压器利用率较低。 三相半波的主要缺点在于其变压器二次电流中三相半波的主要缺点在于其变压器二次电流中 含有直流分量，为此其应用较少。含有直流分量，为此其应用较少。 三相全桥的特点三相全桥的特点: 应用最为广泛；应用最为广泛； 共阴极组共阴极组阴极连接在一起的阴极连接在一起的3 个晶闸管（个晶闸管（VT1，VT3，VT5）；）； 共阳极组共阳极组阳极连接在一起的阳极连接在一起的3 个晶闸管（个晶闸管（VT4，VT6，VT2）；）； 请注意编号顺序：请注意编号顺序：1、3、5和和4、6、 2，一般不特别说明，均采用这样，一般不特别说明，均采用这样 的编号顺序。的编号顺序。 由于零

49、线平均电流为零，所以可以由于零线平均电流为零，所以可以 不用零线。不用零线。 对于每相二次电源来说，一个工作对于每相二次电源来说，一个工作 周期中，即有正电流，也有负电流，周期中，即有正电流，也有负电流， 所以不存在直流磁化问题，提高了所以不存在直流磁化问题，提高了 绕组利用率。绕组利用率。 b a c T n 负 载 ia id ud VT 1VT3VT5 VT 4VT6VT2 d2 d1 图图3-12 三相桥式全控整流三相桥式全控整流 电路原理图电路原理图 u2 ud1 ud2 u2L ud uabuac uabuacubcubaucaucbuabuac uabuacubcubaucauc

50、buabuac uaucub t1 Ot Ot Ot Ot = 0 iVT 1 uVT 1 1. 带电阻负载时的工作情况带电阻负载时的工作情况 1) =0 时的情况时的情况 对于共阴极阻的对于共阴极阻的3个晶闸管，阳个晶闸管，阳 极所接交流电压值最大的一个导极所接交流电压值最大的一个导 通；通； 对于共阳极组的对于共阳极组的3个晶闸管，阴个晶闸管，阴 极所接交流电压值最低（或者说极所接交流电压值最低（或者说 负得最多）的导通；负得最多）的导通； 任意时刻共阳极组和共阴极组中任意时刻共阳极组和共阴极组中 各有各有1个个SCR处于导通状态。其处于导通状态。其 余的余的SCR均处于关断状态。均处于关

51、断状态。 触发角触发角的起点，仍然是从自然的起点，仍然是从自然 换相点开始计算，注意正负方向换相点开始计算，注意正负方向 均有自然换相点。均有自然换相点。 图图3-13 三相桥式全控整流三相桥式全控整流 电路带电阻负载电路带电阻负载 =0 时的波形时的波形 从线电压波形看从线电压波形看， ud为线电压中最大的一个，因此 ud波形为线电压的包络线。 时时 段段IIIIIIIVVVI 共阴极组中导共阴极组中导 通的晶闸管通的晶闸管 VT1VT1VT3VT3VT5VT5 共阳极组中导共阳极组中导 通的晶闸管通的晶闸管 VT6VT2VT2VT4VT4VT6 整流输出电压整流输出电压 ud ua-ub

52、=uab ua-uc =uac ub-uc =ubc ub-ua =uba uc-ua =uca uc-ub =ucb 表3-1 三相桥式全控整流电路电阻负载 =0时晶闸管工作情况 2) 三相桥式全控整流电路的特点三相桥式全控整流电路的特点 （1)两个两个SCR同时通形成供电回路，其中共阴极组和同时通形成供电回路，其中共阴极组和 共阳极组各有一个共阳极组各有一个SCR导通，且不能为同相的两导通，且不能为同相的两 个个SCR（否则没有输出），输出为线电压。（否则没有输出），输出为线电压。 （2）对触发脉冲的要求：）对触发脉冲的要求： 按按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，相位

53、依的顺序，相位依 次差次差60 ； 共阴极组共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差的脉冲依次差120 ， 共阳极组共阳极组VT4、VT6、VT2也依次差也依次差120 ； 同一相的上下两个桥臂，即同一相的上下两个桥臂，即VT1与与VT4，VT3与与 VT6，VT5与与VT2，脉冲相差，脉冲相差180 。 （3）ud一周期脉动一周期脉动6次，每次脉动的波形都一样，所以次，每次脉动的波形都一样，所以 三相全桥电路称为三相全桥电路称为6脉波整流电路；脉波整流电路； （4）需保证同时导通的）需保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲：个晶闸管均有脉冲： 可采用两种方法：一种是宽脉冲触发可采用两种方法：一种

54、是宽脉冲触发(大于大于600) 另一种是双脉冲触发（常用）：在另一种是双脉冲触发（常用）：在Ud的六个时的六个时 间段，均给应该导通的间段，均给应该导通的SCR提供触发脉冲，而不提供触发脉冲，而不 管其原来是否导通。所以每隔管其原来是否导通。所以每隔600就需要提供两个就需要提供两个 触发脉冲。触发脉冲。 实际提供脉冲的顺序为：实际提供脉冲的顺序为：1,2 - 2,3 - 3,4 - 4,5 - 5,6 - 6,1 - 1,2，不断重复。，不断重复。 （5）晶闸管承受的最大正、反向电压为：）晶闸管承受的最大正、反向电压为： 2 45. 2UU RM 2 6 2 3 UU F M 3) =30

55、时的工作情况时的工作情况 晶闸管起始导通时刻推迟了晶闸管起始导通时刻推迟了30 ，组成，组成ud的每一段线电压的每一段线电压 因此推迟因此推迟30 ； 从从t1开始把一周期等分为开始把一周期等分为6段，段，ud波形仍由波形仍由6段线电段线电 压构成，每一段导通晶闸管的编号等仍符合表压构成，每一段导通晶闸管的编号等仍符合表3-1的规的规 律；律； 变压器二次侧电流变压器二次侧电流ia波形的特点：在波形的特点：在VT1处于通态的处于通态的 120 期间，期间，ia为正，为正，ia波形的形状与同时段的波形的形状与同时段的ud波形波形 相同，在相同，在VT4处于通态的处于通态的120 期间，期间，ia

56、波形的形状也与波形的形状也与 同时段的同时段的ud波形相同，但为负值。波形相同，但为负值。 3) =30 时的工作情况时的工作情况 4) =60 时工作情况时工作情况 = 60 ud1 ud2 ud uacuac uab uabu ac ubcubaucaucbuabuac ua ubuc O t t1 O t O t uVT 1 ud波形中每段线电压的波波形中每段线电压的波 形继续后移，形继续后移，ud平均值继平均值继 续降低。续降低。 =60 时时ud出现出现 为零的点。为零的点。 （因为在该点处，线电压（因为在该点处，线电压 为零）为零） 图图2-14 三相桥式全控整流三相桥式全控整流

57、电路带电阻负载电路带电阻负载 =60 时的波形时的波形 5) 当当 60 时，如时，如 =90 时时电阻负载情况电阻负载情况 u d1 u d2 u d u a u b u c u a u b tO tO tO tO t O i a i d u ab u ac u bc u ba u ca u cb u ab u ac u bc u ba i VT 1 图图2-15 三相桥式全控三相桥式全控 整流电路带电阻负载整流电路带电阻负载 =90 时的波形时的波形 6) 小结小结 当当 60 时，时，ud波形均连续，对于电阻负波形均连续，对于电阻负 载，载，id波形与波形与ud波形一样，也连续；波形一样

58、，也连续； 当当 60 时，时，ud波形每波形每60 中有一段为零，中有一段为零， ud波形不能出现负值；波形不能出现负值； 带电阻负载时三相桥式全控整流电路带电阻负载时三相桥式全控整流电路 角角 的移相范围是的移相范围是120 2电感性负载时的工作情况电感性负载时的工作情况 -ud波形连续，工作情况与带电阻负载时十分相似，各波形连续，工作情况与带电阻负载时十分相似，各 晶闸管的通断情况、输出整流电压晶闸管的通断情况、输出整流电压ud波形、晶闸管承受波形、晶闸管承受 的电压波形等都一样；的电压波形等都一样； -区别在于：由于负载不同，同样的整流输出电压加到区别在于：由于负载不同，同样的整流输出

59、电压加到 负载上，得到的负载电流负载上，得到的负载电流id波形不同。电感性负载时，波形不同。电感性负载时， 由于电感的作用，使得负载电流波形变得平直，当电感由于电感的作用，使得负载电流波形变得平直，当电感 足够大的时候，负载电流的波形可近似为一条水平线。足够大的时候，负载电流的波形可近似为一条水平线。 1) 60 时时 ud1 u2 ud2 u2L ud id tO tO tO tO ua = 0 ubuc t1 uabuacubcubaucaucbuabuac iVT 1 ud1 = 30 ud2 ud uabuacubcubaucaucbuabuac tO tO tO tO id ia t

60、1 uaubuc 图图2-16 三相桥式全控整流三相桥式全控整流 电路带电感性负载电路带电感性负载 =0 时的波形时的波形 图图2-17 三相桥式全控整流三相桥式全控整流 电路带电感性负载电路带电感性负载 =30 时的波形时的波形 2) 60 时时 = 90 ud1 ud2 uacubcubaucaucbuabuacuab ud uac uab uac tO tO tO ubucua t1 uVT 1 电感性负载时的工作情况与电感性负载时的工作情况与 电阻负载时不同，电阻负载电阻负载时不同，电阻负载 时时ud波形不会出现负的部分，波形不会出现负的部分， 而电感性负载时，由于电感而电感性负载时，