电力电子技术第3章_整流电路

1、1第第3章章 整流电路整流电路 3.1 单相可控整流电路单相可控整流电路 3.2 三相可控整流电路三相可控整流电路 3.3 变压器漏感对整流电路的影响变压器漏感对整流电路的影响 3.4 电容滤波的不可控整流电路电容滤波的不可控整流电路 3.5 整流电路的谐波和功率因数整流电路的谐波和功率因数 3.6 大功率可控整流电路大功率可控整流电路 3.7 整流电路的有源逆变工作状态整流电路的有源逆变工作状态 3.8 相控电路的驱动控制相控电路的驱动控制 本章小结本章小结 2引言引言整流电路（整流电路（Rectifier）是电力电子电路中出现最）是电力电子电路中出现最早的一种，它的作用是将交流电能变为直流

2、电能早的一种，它的作用是将交流电能变为直流电能供给直流用电设备。供给直流用电设备。 整流电路的分类整流电路的分类 按组成的器件可分为按组成的器件可分为不可控不可控、半控半控、全控全控三种。三种。 按电路结构可分为按电路结构可分为桥式桥式电路和电路和零式零式电路。电路。 按交流输入相数分为按交流输入相数分为单相单相电路和电路和多相多相电路电路。 按变压器二次侧电流的方向是单向或双向，分按变压器二次侧电流的方向是单向或双向，分为为单拍单拍电路和电路和双拍双拍电路。电路。 按控制原理可分为相控整流和高频按控制原理可分为相控整流和高频PWM整流整流（也叫斩控整流）。（也叫斩控整流）。3 本章首先讨论最

3、基本最常用的几种可控整流电路，分析和本章首先讨论最基本最常用的几种可控整流电路，分析和研究其工作原理、基本数量关系以及负载性质对整流电路研究其工作原理、基本数量关系以及负载性质对整流电路的影响。然后集中分析变压器漏抗对整流电路的影响。的影响。然后集中分析变压器漏抗对整流电路的影响。对目前应用极其广泛的电容滤波的二极管不控整流电路，对目前应用极其广泛的电容滤波的二极管不控整流电路，本章也详细讨论。本章也详细讨论。在上述分析讨论的基础上，对整流电路的谐波和功率因数在上述分析讨论的基础上，对整流电路的谐波和功率因数进行分析。进行分析。应用于大功率场合的整流电路有其特点，本章也进行介绍。应用于大功率场

4、合的整流电路有其特点，本章也进行介绍。最后介绍整流电路相位控制的实现。最后介绍整流电路相位控制的实现。4学习整流电路的工作原理时，要根据电路中学习整流电路的工作原理时，要根据电路中的开关器件通、断状态及交流电源电压波形的开关器件通、断状态及交流电源电压波形和负载的性质，分析其输出直流电压、电路和负载的性质，分析其输出直流电压、电路中各元器件的电压和电流波形。在重点掌握中各元器件的电压和电流波形。在重点掌握各种整流电路中波形分析方法的基础上，得各种整流电路中波形分析方法的基础上，得到整流输出电压与移相控制角之间的关系。到整流输出电压与移相控制角之间的关系。53.1 单相可控整流电路单相可控整流电

5、路 3.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路 3.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路 3.1.3 单相全波可控整流电路单相全波可控整流电路 3.1.4 单相桥式半控整流电路单相桥式半控整流电路63.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路wwwwtTVTR0a)u1u2uVTudidwt1p2 ptttu2uguduVTaq0b)c)d)e)00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带电阻负载的工作情况（在工业生带电阻负载的工作情况（在工业生产中，很多负载呈现电阻特性，如电产中，很多负载呈现电阻特性，如电阻加热炉，电解、电镀装置等）阻

6、加热炉，电解、电镀装置等） 变压器变压器T起变换电压和隔离的作用，起变换电压和隔离的作用，其一次侧和二次侧电压瞬时值分别用其一次侧和二次侧电压瞬时值分别用u1和和u2表示，有效值分别用表示，有效值分别用U1和和U2表表示，其中示，其中U2的大小根据需要的直流输的大小根据需要的直流输出电压出电压ud的平均值的平均值Ud确定。确定。 电阻负载的特点是电阻负载的特点是电压与电流成正电压与电流成正比，两者波形相同比，两者波形相同。 在分析整流电路工作时，认为晶闸在分析整流电路工作时，认为晶闸管（开关器件）为管（开关器件）为理想器件理想器件，即晶闸，即晶闸管导通时其管压降等于零，晶闸管阻管导通时其管压降

7、等于零，晶闸管阻断时其漏电流等于零，除非特意研究断时其漏电流等于零，除非特意研究晶闸管的开通、关断过程，一般认为晶闸管的开通、关断过程，一般认为晶闸管的开通与关断过程瞬时完成。晶闸管的开通与关断过程瞬时完成。 7改变触发时刻，改变触发时刻，ud和和id波形随之改变，直流输出电压波形随之改变，直流输出电压ud为极性不变为极性不变 但瞬时值变化的但瞬时值变化的脉动直流脉动直流，其波形只在，其波形只在u2正半周内出现，故称正半周内出现，故称“半半波波”整流。加之电路中采用了可控器件晶闸管，且交流输入为整流。加之电路中采用了可控器件晶闸管，且交流输入为单相单相，故该电路称为故该电路称为单相半波可控整流

8、电路单相半波可控整流电路。整流电压。整流电压ud波形在一个电源波形在一个电源周期中只脉动周期中只脉动1次次，故该电路为，故该电路为单脉波整流电路单脉波整流电路。基本数量关系基本数量关系 a a：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：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称为触发延迟角，也称触发角或控制角。称为触发延迟角，也称触发角或控制角。 q q：晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度称为导通角。晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度称为导通角。 直流输出电压平均值直流输出电压平均值 随着随着a a增大，增大，Ud减小，该电路中减小，该电路中VT的的a a移

9、相范围移相范围为为180 。 通过控制触发脉冲的通过控制触发脉冲的相位相位来控制直流输出电压大小的方式称为相位来控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。控制方式，简称相控方式。 3.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路paaapwwp2cos145. 0)cos1 (22)(sin221222UUttdUUd（3-1）8带阻感负载的工作情况（实际生产中，更常见的带阻感负载的工作情况（实际生产中，更常见的负载是既有电阻也有电感，当负载中感抗负载是既有电阻也有电感，当负载中感抗wLR，则负载主要呈现为电感，称为电感负则负载主要呈现为电感，称为电感负载，例如电机的励磁绕

10、组）载，例如电机的励磁绕组） 电感对电流的变化有抗拒作用。流过电感器件电感对电流的变化有抗拒作用。流过电感器件的电流变化时，在其两端产生感应电动势，其极的电流变化时，在其两端产生感应电动势，其极性是阻止电流变化的，当电流增加时，它的极性性是阻止电流变化的，当电流增加时，它的极性阻止电流增加，当电流减小时，它的极性反过来阻止电流增加，当电流减小时，它的极性反过来阻止电流减小。这使得流过电感的电流不能发生阻止电流减小。这使得流过电感的电流不能发生突变，这是阻感负载的特点，也是理解整流电路突变，这是阻感负载的特点，也是理解整流电路带阻感负载工作情况的关键之一。带阻感负载工作情况的关键之一。91011

11、3.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路uwttwwtwtw20wt1p2ptug0ud0id0uVT0qab)c)d)e)f)+ + +图图3-2 带阻感负载的单相半带阻感负载的单相半波可控整流电路及其波形波可控整流电路及其波形 电路分析电路分析 晶闸管晶闸管VT处于断态处于断态,id=0,ud=0,uVT=u2。 在在w wt1时刻，即触发角时刻，即触发角a a处处 ud=u2。 L的存在使的存在使id不能突变不能突变，id从从0开始增开始增加加,这时交流电源一方面供给电阻消耗的能量，这时交流电源一方面供给电阻消耗的能量，另一方面供给电感吸收的磁场能量。另一方面供给电感吸收的磁

12、场能量。 u2由正变负的过零点处，由正变负的过零点处，id已经处于减已经处于减小的过程中，但尚未降到零，因此小的过程中，但尚未降到零，因此VT仍处仍处于通态于通态。此后，电感中储存的能量逐渐释放，。此后，电感中储存的能量逐渐释放，一方面供给电阻消耗的能量，另一方面供给一方面供给电阻消耗的能量，另一方面供给变压器二次绕组吸收的能量。变压器二次绕组吸收的能量。 w wt2时刻，电感能量释放完毕，时刻，电感能量释放完毕，id降至降至零，零，VT关断并立即承受反压关断并立即承受反压。 由于电感的存在延迟了由于电感的存在延迟了VT的关断时刻，的关断时刻，使使ud波形出现负的部分，与带电阻负载时相波形出现

13、负的部分，与带电阻负载时相比其平均值比其平均值Ud下降。下降。 wt2123.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路电力电子电路的一种基本分析电力电子电路的一种基本分析方法方法 把器件理想化，将电路简化把器件理想化，将电路简化为为分段线性电路分段线性电路。 器件的每种状态组合对应一器件的每种状态组合对应一种种线性电路拓扑线性电路拓扑，器件通断状，器件通断状态变化时，电路拓扑发生改变。态变化时，电路拓扑发生改变。 以前述单相半波电路为例以前述单相半波电路为例 当当VT处于断态时，相当处于断态时，相当 于电路在于电路在VT处断开，处断开， id=0。当。当VT处于通态时，处于通态时， 相

14、当于相当于VT短路。两种情短路。两种情 况的等效电路如图况的等效电路如图3-3所所 示。示。 a)b)VTRLVTRLu2u2图图3-3 单相半波可控整流电单相半波可控整流电路的分段线性等效电路路的分段线性等效电路 a) VT处于关断状态处于关断状态 b) VT处于导通状态处于导通状态133.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路VTb)RLu2VT处于通态时，如下方程成立：处于通态时，如下方程成立： 在在VT导通时刻，有导通时刻，有w wt=a a，id=0，这是式（，这是式（3-2）的初）的初始条件。求解式（始条件。求解式（3-2）并将初始条件代入可得）并将初始条件代入可得tUR

15、itiLwsin2dd2dd)sin(2)sin(22)(2waawwtZUeZUitLRd式中，式中， ， 。由此式可得出图。由此式可得出图3-2e所示的所示的id波形。波形。当当w wt=q q+a a时，时，id=0，代入式（，代入式（3-3）并整理得）并整理得 22)( LRZwRLtgw1)sin()sin(aqaqtge图图3-3 b) VT处于导通状态处于导通状态 (3-2)(3-3)(3-4)式（式（3-4）为超越方程，可采用迭代法借助计算机求解）为超越方程，可采用迭代法借助计算机求解143.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路 若若 为定值，为定值，a a角大，角

16、大，q q越小。越小。 若若a a为定值，为定值， 越大，越大，q q越大越大 ，且，且 平均值平均值Ud越接近零。为解决上述矛越接近零。为解决上述矛 盾，在整流电路的负载两端并联一盾，在整流电路的负载两端并联一 个二极管，称为个二极管，称为续流二极管续流二极管，用，用 VDR表示。表示。有续流二极管的电路有续流二极管的电路 电路分析电路分析 u2正半周时，与没有续流二极管正半周时，与没有续流二极管 时的情况是一样的。时的情况是一样的。 当当u2过零变负时，过零变负时，VDR导通，导通，ud 为零，此时为负的为零，此时为负的u2通过通过VDR向向VT 施加反压使其关断，施加反压使其关断，L储存

17、的能量保储存的能量保 证了电流证了电流id在在L-R-VDR回路回路中流通，中流通， 此过程通常称为此过程通常称为续流续流。 若若L足够大，足够大，id连续连续，且，且id波形接波形接 近一条水平线近一条水平线 。u2udiduVTiVTIdIdwt1wtwtwtwtwtwtOOOOOOp -ap +ab)c)d)e)f)g)iVDRa)图图3-4 单相半波带阻感负载有单相半波带阻感负载有续流二极管的电路及波形续流二极管的电路及波形 15ddVTIIpap2ddVTItdIIpapwppa2)(212ddVDIIRpap2(3-5)(3-6)ddVDItdIIRpapwpapp2)(2122(

18、3-7)(3-8)16 晶闸管触发信号的移相范围为晶闸管触发信号的移相范围为180 ，其承受，其承受的最大正反向电压均为的最大正反向电压均为u2的峰值即的峰值即 。续。续流二极管承受的电压为流二极管承受的电压为-ud，其最大反向电压，其最大反向电压为为 ，亦为，亦为u2的峰值。的峰值。 单相半波可控整流电路的特点是简单，但单相半波可控整流电路的特点是简单，但输出脉动大，变压器二次侧电流中含直流分输出脉动大，变压器二次侧电流中含直流分量，造成变压器铁芯量，造成变压器铁芯直流磁化直流磁化。为使变压器。为使变压器铁芯不饱和，需增大铁芯截面积，增大了设铁芯不饱和，需增大铁芯截面积，增大了设备的容量。实

19、际上很少用这种电路。备的容量。实际上很少用这种电路。 22U22U173.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路u (i )pwtwtwt000i2udidb)c)d)ddaauVT1,4图图3-5 单相全控桥式单相全控桥式带电阻负载时的电路及波形带电阻负载时的电路及波形a)带电阻负载的工作情况带电阻负载的工作情况 电路分析电路分析 闸管闸管VT1和和VT4组成一对桥臂，组成一对桥臂，VT2 和和VT3组成另一对桥臂。组成另一对桥臂。 在在u2正半周（即正半周（即a点电位高于点电位高于b点电位）点电位） 若若4个晶闸管均不导通，个晶闸管均不导通，id=0,ud=0,VT1、VT4串联

20、承受电压串联承受电压u2。 在触发角在触发角a a处给处给VT1和和VT4加触发加触发 脉脉冲，冲，VT1和和VT4即导通，电流从电源即导通，电流从电源a端经端经VT1、R、VT4流回电源流回电源b端。端。 当当u2过零时，流经晶闸管的电流也降过零时，流经晶闸管的电流也降到零，到零，VT1和和VT4关断。关断。 在在u2负半周，仍在触发角负半周，仍在触发角a a处触发处触发VT2和和VT3，VT2和和VT3导通，电流从电源导通，电流从电源b端流端流出，经出，经VT3、R、VT2流回电源流回电源a端。端。 到到u2过零时，电流又降为零，过零时，电流又降为零，VT2和和VT3关断。关断。 VT2和

21、和VT3的的a a=0处为处为w wt=p p18 交流电源的正负半波都有整流输出电流流过交流电源的正负半波都有整流输出电流流过负载，故该电路为全波整流。负载，故该电路为全波整流。 一周期内，整流电压波形脉动一周期内，整流电压波形脉动2次，属于双次，属于双脉波整流电路。脉波整流电路。 变压器二次绕组中，正负两个半周电流方变压器二次绕组中，正负两个半周电流方向相反且波形对称，平均值为零，即直流分量向相反且波形对称，平均值为零，即直流分量为零，不存在直流磁化问题，变压器绕组的利为零，不存在直流磁化问题，变压器绕组的利用率也高。用率也高。19基本数量关系基本数量关系 晶闸管承受的最大晶闸管承受的最大

22、正向电压正向电压和和反向电压反向电压分别为分别为 和和 。 整流电压平均值为：整流电压平均值为： =0时，时，Ud= Ud0=0.9U2。=180 时，时，Ud=0。可见，。可见，角角的的移相范围移相范围为为180 。 向负载输出的直流电流平均值为：向负载输出的直流电流平均值为： 3.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路222U22Upaaapwwp2cos19 . 02cos122)( dsin21222UUttUUd2cos19 . 02cos12222aapRURURUIdd(3-9)(3-10)20晶闸管轮流导电，流过晶闸管的电流平均值晶闸管轮流导电，流过晶闸管的电流平均值

23、只有输出直流电流的一半只有输出直流电流的一半 ： 3.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路2cos145. 0212aRUIIddVT(3-11)21流过晶闸管的电流有效值为：流过晶闸管的电流有效值为： 变压器二次侧电流有效值变压器二次侧电流有效值I2与输出直流电流有效与输出直流电流有效值值I相等，为相等，为 由式（由式（3-12）和（）和（3-13）可见：）可见：不考虑变压器的损耗时，要求变压器的容量为不考虑变压器的损耗时，要求变压器的容量为S=U2I2。3.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路papapwwppa2sin212)(d)sin2(21222RUttRU

24、IVTpapapwwppa2sin21)()sin2(12222RUtdtRUIIIIVT21(3-12)(3-13)(3-14)为选择晶闸管、变压器容量、导线截面积等定额，需考虑发热问题，为选择晶闸管、变压器容量、导线截面积等定额，需考虑发热问题，为此要计算电流有效值为此要计算电流有效值223.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路2OwtOwtOwtudidi2OwtOwtuVT1,4OwtOwtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4u图图3-6 单相桥式全控整流电流带单相桥式全控整流电流带阻感负载时的电路及波形阻感负载时的电路及波形带阻感负载的工作情况带阻感负载的工作情况

25、 电路分析电路分析 在在u2正半周期正半周期 （假设电路已工作（假设电路已工作于稳态）于稳态） 触发角触发角a a处给晶闸管处给晶闸管VT1和和VT4加加触发脉冲使其开通，触发脉冲使其开通，ud=u2。 负载中有电感存在使负载电流不负载中有电感存在使负载电流不能突变，电感对负载电流起平波作用。能突变，电感对负载电流起平波作用。假设负载电感很大，假设负载电感很大，id连续且波形近似连续且波形近似为一条水平线，如图为一条水平线，如图3-6d所示。所示。 u2过零变负时，由于电感的作用过零变负时，由于电感的作用晶闸管晶闸管VT1和和VT4中仍流过电流中仍流过电流id，并不，并不关断。关断。 w wt

26、=p p+a a时刻，触发时刻，触发VT2和和VT3，VT2和和VT3导通，导通，u2通过通过VT2和和VT3分别分别向向VT1和和VT4施加反压使施加反压使VT1和和VT4关断，关断，流过流过VT1和和VT4的电流迅速转移到的电流迅速转移到VT2和和VT3上，此过程称为上，此过程称为换相换相，亦称，亦称换流换流。 a)b)c)d)e)f)g)h)主意主意3-6h此处此处与与3-5c的区别的区别233.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路基本数量关系基本数量关系 整流电压平均值为：整流电压平均值为： 当当a a=0时，时，Ud0=0.9U2。a a=90 时，时，Ud=0。晶闸管。

27、晶闸管移相范围移相范围为为90 。 晶闸管承受的最大晶闸管承受的最大正反向电压正反向电压均为均为 。 晶闸管导通角晶闸管导通角q q与与a a无关，均为无关，均为180 ，其电流平均值和，其电流平均值和有效值分别为：有效值分别为： 和和 。 变压器二次侧电流变压器二次侧电流i2的波形为正负各的波形为正负各180 的矩形波，其的矩形波，其相位由相位由a a角决定，有效值角决定，有效值I2=Id。 apaaapwwpcos9 . 0cos22)( dsin21222dUUttUU22UddVT21IIddVT707. 021III(3-15)24带反电动势负载时的工作情况带反电动势负载时的工作情况

28、 当负载为蓄电池、直流电动机的电枢（忽略其中的电感）等时，负载可看当负载为蓄电池、直流电动机的电枢（忽略其中的电感）等时，负载可看成一个直流电压源，对于整流电路，它们就是反电动势负载。成一个直流电压源，对于整流电路，它们就是反电动势负载。 电路分析电路分析 |u2|E时，才有晶闸管承受正电压，有导通的可能。时，才有晶闸管承受正电压，有导通的可能。 晶闸管导通之后，晶闸管导通之后，ud=u2， ，直至，直至|u2|=E，id即降至即降至0使得晶闸管使得晶闸管关断，此后关断，此后ud=E。 与电阻负载时相比，晶闸管提前了与电阻负载时相比，晶闸管提前了电角度电角度 停止导电，停止导电， 称为称为停止

29、导电角停止导电角。 当当a a30 当导通一相的相电压过零变负时，该相晶闸管关断，但下一相晶闸管因未当导通一相的相电压过零变负时，该相晶闸管关断，但下一相晶闸管因未触发而不导通，此时输出电压和电流均为零。触发而不导通，此时输出电压和电流均为零。 负载电流负载电流断续断续，各晶闸管导通角，各晶闸管导通角小于小于120 。 483.2.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路基本数量关系基本数量关系当当a a继续增大，整流电压将越来越小，继续增大，整流电压将越来越小， a a= 150 时，整流输时，整流输出电压为零。故出电压为零。故电阻负载时电阻负载时a a角的移相范围为角的移相范围为0 -

30、150 。 整流电压平均值整流电压平均值 a a30 时，负载电流时，负载电流连续连续，有，有 当当a a=0时，时，Ud最大，为最大，为Ud=Ud0=1.17U2。 a a30 时，负载电流时，负载电流断续断续，晶闸管导通角减小，此时有，晶闸管导通角减小，此时有 aapwwpapapcos17.1cos263)(sin2321226562UUttdUUd)6cos(1675.0)6cos(1223)(sin23212262apappwwppapUUttdUUd(3-18)(3-19)此处书中有错此处书中有错493.2.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路Ud/U2随随a a变化的规律

31、变化的规律 03060901201501.17321a/( )Ud/U2图图3-16 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路Ud/U2与与a a的关系的关系电阻电阻负载负载电感电感负载负载阻感阻感负载负载503.2.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路负载电流平均值为负载电流平均值为晶闸管承受的最大反向电压为晶闸管承受的最大反向电压为变压器二次线电压峰值变压器二次线电压峰值,即即 RUIdd22245. 2632UUUURM(3-20)(3-21)513.2.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路 所以，晶闸管阳极与阴极间的最大电压等于变压器二次相电压的所以，

32、晶闸管阳极与阴极间的最大电压等于变压器二次相电压的峰值即峰值即 2222866. 022330sin23UUU22UUFM(3-22)连续时阳极与阴极间最大正向电压：连续时阳极与阴极间最大正向电压：断续时阳极与阴极间最大正向电压：断续时阳极与阴极间最大正向电压：22U220.866 22UU因为：因为：523.2.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路阻感负载阻感负载 电路分析电路分析 L值很大，整流电流值很大，整流电流id的的波形基本是平直的，流过晶波形基本是平直的，流过晶闸管的电流接近闸管的电流接近矩形波，各矩形波，各管导电管导电120 。 a a30 时，整流电压波形时，整流电压波

33、形与电阻负载时相同。与电阻负载时相同。 a a30 时，当时，当u2过零时，过零时，由于电感的存在，阻止电流由于电感的存在，阻止电流下降，因而下降，因而VT1继续导通，继续导通，直到下一相晶闸管直到下一相晶闸管VT2的触的触发脉冲到来，才发生换流，发脉冲到来，才发生换流，由由VT2导通向负载供电，同导通向负载供电，同时向时向VT1施加反压使其关断。施加反压使其关断。 uuuudiaabcibiciduacOwtOwtOOwtOOwtawtwtu图图3-17 三相半波可控整流电路，阻三相半波可控整流电路，阻感负载时的电路及感负载时的电路及a a=60 时的波形时的波形533.2.1 三相半波可控

34、整流电路三相半波可控整流电路基本数量关系基本数量关系 a a的的移相范围移相范围为为90 。 整流电压平均值整流电压平均值 Ud/U2与与a a的关系的关系 L很大，如曲线很大，如曲线2所示。所示。 L不是很大，则当不是很大，则当a a30 后，后，ud中负的部分中负的部分可能减少，整流电压平可能减少，整流电压平均值均值Ud略为增加，如曲略为增加，如曲线线3 所示。所示。acos17.12dUU03060901201501.17321a/( )Ud/U2图图3-16 三相半波可控整三相半波可控整流电路流电路Ud/U2与与a a的关系的关系543.2.1 三相半波可控整流电路三

35、相半波可控整流电路 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 晶闸管的额定电流为晶闸管的额定电流为 晶闸管最大正反向电压峰值均为变压器二次线电压峰晶闸管最大正反向电压峰值均为变压器二次线电压峰值，即值，即 三相半波可控整流电路的主要缺点在于其变压器二次电三相半波可控整流电路的主要缺点在于其变压器二次电流中含有流中含有直流分量直流分量，为此其应用较少。，为此其应用较少。ddVTIIII577. 0312ddAVVTIII368. 057. 1577. 0)(245. 2UUURMFM(3-23)(3-24)(3-25)553.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全

36、控整流电路原理图原理图 阴极连接在一起的阴极连接在一起的3个个晶闸管（晶闸管（VT1，VT3，VT5）称为称为共阴极组共阴极组；阳极连接在；阳极连接在一起的一起的3个晶闸管（个晶闸管（VT4，VT6，VT2）称为）称为共阳极组共阳极组。 共阴极组中与共阴极组中与a，b，c三相电源相接的三相电源相接的3个晶闸管个晶闸管分别为分别为VT1，VT3，VT5，共，共阳极组中与阳极组中与a，b，c三相电三相电源相接的源相接的3个晶闸管分别为个晶闸管分别为VT4，VT6，VT2。 晶闸管的导通顺序为晶闸管的导通顺序为VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6。 图图3-18 三相桥式全控整流电路原理图

37、三相桥式全控整流电路原理图56带电阻负载时的工作情况带电阻负载时的工作情况 电路分析电路分析可以采用与分析三相半波可控整流电路时类似的方法，假设将电路中的可以采用与分析三相半波可控整流电路时类似的方法，假设将电路中的晶闸管换作二极管，这种情况也就对应于晶闸管晶闸管换作二极管，这种情况也就对应于晶闸管a a=0 时的情况。此时，时的情况。此时，对于共阴极组的三个晶闸管，阳极所接交流电压值最大的一个导通。而对于共阴极组的三个晶闸管，阳极所接交流电压值最大的一个导通。而对于共阳极组的三个晶闸管，则是阴极所接交流电压值最小（或者说负对于共阳极组的三个晶闸管，则是阴极所接交流电压值最小（或者说负得最多）

38、的一个导通。这样任意时刻共阳极组和共阴极组中各有一个晶得最多）的一个导通。这样任意时刻共阳极组和共阴极组中各有一个晶闸管处于导通状态，施加于负载上的电压为闸管处于导通状态，施加于负载上的电压为。57)270sin(6)210sin(6)150sin(6)90sin(6)30sin(6)30sin(6)240sin(2)120sin(2sin2222222222tUuuutUuuutUuuutUuuutUuuutUuuutUutUutUubccbaccaabbacbbccaacbaabcbawwwwwwwww58a a=0 时，各晶闸管均在自然换相点处换相。由图中变压器时，各晶闸管均在自然换相点

39、处换相。由图中变压器二次绕组相电压与线电压波形的对应关系看出，各自然换二次绕组相电压与线电压波形的对应关系看出，各自然换相点既是相电压的交点，同时也是线电压的交点。在分析相点既是相电压的交点，同时也是线电压的交点。在分析ud波形时，既可以从相电压波形分析，也可以从线电压波波形时，既可以从相电压波形分析，也可以从线电压波形分析。（以变压器二次侧的中点形分析。（以变压器二次侧的中点n为参考点）为参考点）59从相电压波形看，共阴极组晶闸管导通时，整流输出电从相电压波形看，共阴极组晶闸管导通时，整流输出电压压ud1为才三相相电压在正半轴的包络线；共阳极组晶闸为才三相相电压在正半轴的包络线；共阳极组晶闸

40、管导通时，整流输出电压管导通时，整流输出电压ud2为为3个相电压在负半轴的包络个相电压在负半轴的包络线；总的输出电压线；总的输出电压ud=ud1 -ud2，是两条包络线的差值，将是两条包络线的差值，将其对应到线电压波形上即为其对应到线电压波形上即为6个线电压在正半轴的包络线。个线电压在正半轴的包络线。60直接从线电压波形看，由于共阴极组中处于通态的晶闸直接从线电压波形看，由于共阴极组中处于通态的晶闸管对应的是最大（正得最多）的相电压，而共阳极组中管对应的是最大（正得最多）的相电压，而共阳极组中处于通态的晶闸管对应的是最小（负得最多）的相电压，处于通态的晶闸管对应的是最小（负得最多）的相电压，输

41、出整流电压的输出整流电压的ud为这两个相电压相减，是线电压中最为这两个相电压相减，是线电压中最大的一个，因此输出整流电压大的一个，因此输出整流电压ud波形为六个线电压在正波形为六个线电压在正半轴的包络线。半轴的包络线。613.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路为了说明各晶闸管的工作情况，将波形中为了说明各晶闸管的工作情况，将波形中的一个周期等分为六段，每段为的一个周期等分为六段，每段为60 ，如，如图图3-19所示，每一段中导通的晶闸管及所示，每一段中导通的晶闸管及输出整流电压的情况表如表输出整流电压的情况表如表3-1所示。所示。时段时段共阴极组中导通的晶闸管共阴极组中导通的晶闸

42、管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共阳极组中导通的晶闸管共阳极组中导通的晶闸管VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流输出电压整流输出电压udua-ub=uabua-uc=uacub-uc=ubcub-ua=ubauc-ua=ucauc-ub=ucb表表3-1 三相桥式全控整流电路电阻负载三相桥式全控整流电路电阻负载a a=0 时晶闸管工作情况时晶闸管工作情况6263643.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路 当触发角当触发角a a改变时，电路的工作情况将发生变化改变时，电路的工作情况将发生变化 a a=30 时，晶闸管起始导通时刻推迟了时，晶闸管起始导通时刻推迟了30 ，组

43、成，组成ud的每一段的每一段线电压因此推迟线电压因此推迟30 ，ud平均值降低，波形见平均值降低，波形见图图3-20。 a a=60 时，时，ud波形中每段线电压的波形继续向后移，波形中每段线电压的波形继续向后移，ud平均平均值继续降低。值继续降低。a a=60 时时ud出现了出现了为零的点为零的点，波形见，波形见图图3-21。 由此可见，由此可见，a a60 时时ud波形是连续的。对于电阻负载，波形是连续的。对于电阻负载，id波形波形与与ud波形的形状是一样的。波形的形状是一样的。当当a a60 时时 因为因为id与与ud一致，一旦一致，一旦ud降为至零，降为至零，id也降至零，晶闸管关断，

44、也降至零，晶闸管关断，输出整流电压输出整流电压ud为零为零，ud波形不能出现负值。波形不能出现负值。 a a=90 时的波形见时的波形见图图3-22。 如果如果a a继续增大至继续增大至120 ，整流输出电压，整流输出电压ud波形将全为零，可波形将全为零，可见带电阻负载时三相桥式全控整流电路见带电阻负载时三相桥式全控整流电路a a角的移相范围是角的移相范围是0 - 120 656667683.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路的一些特点三相桥式全控整流电路的一些特点 每个时刻均需每个时刻均需2个个晶闸管同时导通，形成向负载供电的晶闸管同时导通，形成向负载供电的

45、回路，共阴极组的和共阳极组的回路，共阴极组的和共阳极组的各各1个个，且不能为同一相，且不能为同一相的晶闸管。的晶闸管。 对触发脉冲的要求对触发脉冲的要求 6个晶闸管的脉冲按个晶闸管的脉冲按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，的顺序，相位依次差相位依次差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，共阳极组组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 。693.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整

46、流电路整流输出电压整流输出电压ud一周期一周期脉动脉动6次次，每次脉动的波形都一样，每次脉动的波形都一样，故该电路为故该电路为6脉波整流电路脉波整流电路。在整流电路合闸启动过程中或电流断续时，为确保电路在整流电路合闸启动过程中或电流断续时，为确保电路的正常工作，需保证同时导通的的正常工作，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 宽脉冲宽脉冲触发触发 ：使脉冲宽度大于：使脉冲宽度大于60 （一般取（一般取80 100 ） 双脉冲双脉冲触发触发 ：用两个窄脉冲代替宽脉冲，两个窄脉冲的：用两个窄脉冲代替宽脉冲，两个窄脉冲的前沿相差前沿相差60 ，脉宽一般为，脉宽一般为20 30 。 双脉

47、冲触发电路较复杂，但要求的触发电路输出功率小。双脉冲触发电路较复杂，但要求的触发电路输出功率小。宽脉冲触发电路虽可少输出一半脉冲，但为了不使脉冲宽脉冲触发电路虽可少输出一半脉冲，但为了不使脉冲变压器饱和，需将铁芯体积做得很大，绕组匝数较多，变压器饱和，需将铁芯体积做得很大，绕组匝数较多，导致漏感增大，脉冲前沿不够陡，对于晶闸管串联不利。导致漏感增大，脉冲前沿不够陡，对于晶闸管串联不利。虽可用去磁绕组改善这种情况，但又使触发电路复杂化。虽可用去磁绕组改善这种情况，但又使触发电路复杂化。因此，因此，常用的是双脉冲触发。常用的是双脉冲触发。 7071 a a=0 时时晶闸管承受的电压波形与三相半晶闸

48、管承受的电压波形与三相半波时相同，晶闸管承受最大正、反向电压波时相同，晶闸管承受最大正、反向电压的关系也一样。的关系也一样。723.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路阻感负载时的工作情况阻感负载时的工作情况 电路分析电路分析 当当a a60 时时 ud波形连续，电路的工作情况与带电阻负载时十分相波形连续，电路的工作情况与带电阻负载时十分相似，各晶闸管的通断情况、输出整流电压似，各晶闸管的通断情况、输出整流电压ud波形、晶闸管波形、晶闸管承受的电压波形等都一样。承受的电压波形等都一样。 区别在于区别在于电流电流，当电感足够大的时候，当电感足够大的时候，id、iVT、ia的波的波形在

49、导通段都可近似为一条水平线。形在导通段都可近似为一条水平线。 a a=0 时的波形见时的波形见图图3-23，a a=30 时的波形见时的波形见图图3-24。 当当a a60 时，阻感负载时的工作情况与电阻负载时不时，阻感负载时的工作情况与电阻负载时不同。同。 电阻负载时电阻负载时ud波形波形不会出现负的部分不会出现负的部分，而阻感负载时而阻感负载时由于电感由于电感L的作用，的作用，ud波形会出现波形会出现负的部分。负的部分。 a a=90 时，时，ud波形见波形见图图3-25， 其正负面积基本相等，其正负面积基本相等， ud 平均值近似为零。这表明，带阻感负载时，三相桥式全平均值近似为零。这表

50、明，带阻感负载时，三相桥式全控整流电路控整流电路a a角的移相范围是角的移相范围是0 - 90 。 733.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路基本数量关系基本数量关系 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a a角的移相范围是角的移相范围是0 120 ，带阻感负载时，三相桥式全控整流电路的，带阻感负载时，三相桥式全控整流电路的a a角移相范角移相范围为围为0 90 。 整流输出电压平均值整流输出电压平均值 （以线电压的过零点为坐标的零点）（以线电压的过零点为坐标的零点） 带阻感负载时，或带电阻负载带阻感负载时，或带电阻负载a a60 时时 带电阻负载且带

51、电阻负载且a a60 时时 awwpapapcos34.2)(sin63123232UttdUUd)3cos(134. 2)(sin63232apwwppapUttdUUd(3-26)(3-27)743.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路输出电流平均值为输出电流平均值为Id=Ud/R。当整流变压器为图当整流变压器为图3-18中所示采用中所示采用星形接法星形接法，带阻感负载时，带阻感负载时，变压器二次侧电流波形如图变压器二次侧电流波形如图3-24中所示，为正负半周各宽中所示，为正负半周各宽120 、前沿相差、前沿相差180 的矩形波，其有效值为：的矩形波，其有效值为： 晶闸管电压、

52、电流等的定量分析与三相半波时一致。晶闸管电压、电流等的定量分析与三相半波时一致。三相桥式全控整流电路接三相桥式全控整流电路接反电势阻感负载反电势阻感负载时，在负载电感足时，在负载电感足够大使负载电流连续的情况下，电路工作情况与电感性负载够大使负载电流连续的情况下，电路工作情况与电感性负载时相同，仅在于计算时相同，仅在于计算Id时有所不同，为：时有所不同，为： 式中式中R和和E分别为负载中的电阻值和反电动势的值。分别为负载中的电阻值和反电动势的值。 2221222()0.8162333ddddIIIIIppp REUIdd(3-28)(3-29)75三相桥式半控整流电路三相桥式半控整流电路763

53、.3 变压器漏感对整流电路的影响变压器漏感对整流电路的影响变压器漏感变压器漏感 实际上变压器绕组总有实际上变压器绕组总有漏感漏感，该漏感可用一个，该漏感可用一个集中的电感集中的电感LB表示，并将其折算到表示，并将其折算到变压器二次侧变压器二次侧。 由于电感对电流的变化起阻碍作用，电感电流由于电感对电流的变化起阻碍作用，电感电流不能突变，因此不能突变，因此换相换相过程不能瞬间完成，而是会过程不能瞬间完成，而是会持续一段时间持续一段时间。 现以三相半波为例来分析，然后将其结论推广现以三相半波为例来分析，然后将其结论推广 假设负载中电感很大，假设负载中电感很大，负载电流为水平线负载电流为水平线。 7

54、73.3 变压器漏感对整流电路的影响变压器漏感对整流电路的影响分析从分析从VT1换相至换相至VT2的过程的过程 在在w wt1时刻之前时刻之前VT1导通，导通， w wt1时刻触发时刻触发VT2，因，因a、b两相两相均有漏感，故均有漏感，故ia、ib均不能突变，均不能突变，于是于是VT1和和VT2同时导通，相当同时导通，相当于将于将a、b两相短路两相短路，两相间电，两相间电压差为压差为ub-ua，它在两相组成的，它在两相组成的回路中产生回路中产生环流环流ik如图所示。如图所示。 ik=ib是逐渐增大的，而是逐渐增大的，而 ia=Id-ik是逐渐减小的。是逐渐减小的。 当当ik增大到等于增大到等

55、于Id时，时，ia=0，VT1关断，换流过程结束。关断，换流过程结束。 换相过程持续的时间用电换相过程持续的时间用电角度角度 表示，称为表示，称为换相重叠角换相重叠角。 a6pudidwtOwtOiciaibiciaIduaubucaw wt1时刻时刻 图图3-26 考虑变压器漏感时的三考虑变压器漏感时的三相半波可控整流电路及波形相半波可控整流电路及波形 783.3 变压器漏感对整流电路的影响变压器漏感对整流电路的影响基本数量关系基本数量关系 换相过程中，整流输出电压瞬时值为换相过程中，整流输出电压瞬时值为 换相压降：与不考虑变压器漏感时相比，换相压降：与不考虑变压器漏感时相比，ud平均值降平

56、均值降低的多少，即低的多少，即 2ddddbabaduutiLutiLuukBkB(3-30)dBIkBkBkBbbdbdIXdiLtddtdiLtddtdiLuutduuUdpwpwpwpwpapapapapapap2323)(23)()(23)()(3210656565656565(3-31)79ddUUUacos17. 12803.3 变压器漏感对整流电路的影响变压器漏感对整流电路的影响换相重叠角换相重叠角 由式（由式（3-30）得出：）得出： 由上式得：由上式得： 进而得出：进而得出： 当当 时，时， ，于是，于是 B2Bab2)65(sin62)(ddLtULuutikpw2Bd65

57、sin ()d26kiUttXpww2256BB6655sin()d()coscos()2626tkUUitttXXwpappwwaw65pawtdIik)cos(cos26B2daaXUI2dB62)cos(cosUIXaa(3-32)(3-33)(3-34)(3-35)(3-36)813.3 变压器漏感对整流电路的影响变压器漏感对整流电路的影响 随其它参数变化的规律：随其它参数变化的规律： Id越大则越大则 越大；越大； XB越大越大 越大；越大； 当当a a90 时，时，a a越小越小 越大。越大。其它整流电路的分析结果其它整流电路的分析结果 电路形式电路形式单相全波单相全波单相全控桥单

58、相全控桥三相半波三相半波三相全控桥三相全控桥m脉波整流电路脉波整流电路 dU)cos(cosaadBIXpdB2IXpdB23IXpdB3IXpdB2ImXp2Bd2UXI2Bd22UXI2dB62UIX2dB62UIXmUXIpsin22Bd注：注：单相全控桥电路中，单相全控桥电路中，XB在一周期的两次换相中都起作用，等效为在一周期的两次换相中都起作用，等效为m=4； 三相桥等效为相电压等于三相桥等效为相电压等于 的的6脉波整流电路，故其脉波整流电路，故其m=6，相电压按，相电压按 代入。代入。23U23U表表3-2 各种整流电路换相压降和换相重叠角的计算各种整流电路换相压降和换相重叠角的计

59、算 823.3 变压器漏感对整流电路的影响变压器漏感对整流电路的影响变压器漏感对整流电路影响的一些结论变压器漏感对整流电路影响的一些结论: 出现换相重叠角出现换相重叠角 ，整流输出电压平均值，整流输出电压平均值Ud降低。降低。 整流电路的工作状态增多。整流电路的工作状态增多。 晶闸管的晶闸管的di/dt减小，有利于晶闸管的安全开通，有时人为串入进减小，有利于晶闸管的安全开通，有时人为串入进线电抗器以抑制晶闸管的线电抗器以抑制晶闸管的di/dt。 换相时晶闸管电压出现缺口，产生正的换相时晶闸管电压出现缺口，产生正的du/dt，可能使晶闸管误导，可能使晶闸管误导 通，为此必须加通，为此必须加吸收电

60、路吸收电路。 换相使电网电压出现缺口，成为换相使电网电压出现缺口，成为干扰源干扰源。833.3 变压器漏感对整流电路的影响变压器漏感对整流电路的影响例：三相桥式不可控整流电路，阻感负载，例：三相桥式不可控整流电路，阻感负载，R=5，L=，U2=220V，XB=0.3，求求Ud、Id、IVD、I2和和 的值并作出的值并作出ud、iVD和和i2的波形。的波形。解：三相桥式不可控整流电路相当于三相桥式可控整流电路解：三相桥式不可控整流电路相当于三相桥式可控整流电路a a0时的情况。时的情况。 Ud2.34U2cosa aUd Ud3XBIdp p IdUdR 解方程组得：解方程组得： Ud2.34U