电力电子技术 第三章第1讲

1、作业讲评作业讲评第第4 4题题 b)b)解答：电流的平均值电流的平均值I Id2d2：电流的有效值电流的有效值( (均方根均方根) ) I I2 2:2222m0421131)()sin)()0.67412242mmIIftdtItdtI（md2m422md2mm5044120sin()12111202() ()sin()sin()1220sin0in22sIIIt dtIIft dtIt dtItdttt 作周期：作周期： 注意四段分段函数： ； 第第3 3章章 整流电路整流电路 第第1 1讲讲3.1 3.1 单相可控整流电路单相可控整流电路 P43P433.1 3.1 单相可控整流电路单相

2、可控整流电路 序序 P43P43一一. . 本课程包括本课程包括“电力电子器件的应用电力电子器件的应用”和和“变流应用技术变流应用技术”( (又叫又叫“变流变流技术技术”、“电力变换技术电力变换技术”) )，是对电力能量进行处理的工程技术。，是对电力能量进行处理的工程技术。二二. 电力变换的四种基本类型：电力变换的四种基本类型： 交流变直流：整流，交流变直流：整流，AC-DCAC-DC。供直流负载使用电能。供直流负载使用电能。 直流变交流：逆变，直流变交流：逆变，DC-ACDC-AC。供交流负载使用电能。供交流负载使用电能。 直流变直流：直流变直流：DC-DCDC-DC。改变直流电源的电压。改

3、变直流电源的电压。 交流变交流：交流变交流：AC-ACAC-AC。改变交流电源的电压、频率、波形。改变交流电源的电压、频率、波形。三三. .本章内容：整流电路本章内容：整流电路(AC-DC)(AC-DC)。3.1 3.1 单相可控整流电路单相可控整流电路 序序 P43P43整流整流: : 将交流电能变为直流电能将交流电能变为直流电能(AC-DC)(AC-DC)，供给直流用电设备。，供给直流用电设备。整流电路按交流输入相数分为整流电路按交流输入相数分为“单相整流电路单相整流电路”和和“多相整流多相整流电路电路”两大类两大类。单相整流电路的类型单相整流电路的类型：不控整流不控整流：用二极管器件的半

4、波或全波整流电路。：用二极管器件的半波或全波整流电路。可控整流可控整流：用可控硅或全控器件的半波或全波整流电路。：用可控硅或全控器件的半波或全波整流电路。 可控整流是本章的主要学习内容。可控整流是本章的主要学习内容。 可控整流电路不但实现交流变直流的处理，还可以调整改变可控整流电路不但实现交流变直流的处理，还可以调整改变输出的直流电电压值。输出的直流电电压值。3.1.1 3.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路 P44P441.1.带电阻负载的工作情况带电阻负载的工作情况: :变压器变压器T T：作变换电压和隔离用途。其一次：作变换电压和隔离用途。其一次侧和二次侧电压瞬时值侧和二次

5、侧电压瞬时值( (是变量是变量) )分别用分别用u1 1和和u2 2表示，有效值表示，有效值( (是常量是常量) )分别用分别用U1 1和和U2 2表示，其中表示，其中U2 2的大小根据需要的直流的大小根据需要的直流输出电压输出电压ud d的平均值的平均值Ud d确定。确定。 电阻负载的特点：电压与电流成正比，两者电阻负载的特点：电压与电流成正比，两者波形相同。波形相同。 在分析整流电路工作时，认为晶闸管在分析整流电路工作时，认为晶闸管( (开关开关器件器件) )为理想器件，即晶闸管导通时其管为理想器件，即晶闸管导通时其管压降等于零，晶闸管阻断时其漏电流等压降等于零，晶闸管阻断时其漏电流等于零

6、，除非特意研究晶闸管的开通、关于零，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与关断断过程，一般认为晶闸管的开通与关断过程瞬时完成。过程瞬时完成。3.1.1 3.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路( (续续) P44) P44改变触发时刻：负载上改变触发时刻：负载上ud d和和id d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 d的极性不的极性不变，但其瞬时值是变化的脉动直流，其波形只在变，但其瞬时值是变化的脉动直流，其波形只在u2 2正半周内出现在正半周内出现在负载上，故称负载上，故称“半波半波”整流。加之电路中采用了可控器件晶闸管，整流。加之电路中

7、采用了可控器件晶闸管，且交流输入为单相，故该电路称为且交流输入为单相，故该电路称为单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路。基本数量关系：基本数量关系： 1.1. (阿尔法)：从晶闸管开始承受正向阳极电压起到施加触发脉冲止：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，也称的电角度称为触发延迟角，也称触发角触发角或或控制角控制角。 2.2. (西塔)：晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度称为晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度称为导通角导通角。 3.3.直流输出电压平均值：直流输出电压平均值： 随着随着 增大，输出平均值增大，输出平均值Ud d减小，该电路中晶闸管的

8、减小，该电路中晶闸管的 移相范围移相范围为为180180 。 4.4.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，简称控制方式，简称“相控方式相控方式”。222211cos2sin()(1cos)0.45222dUUUtdtU 3.1.1 3.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路( (续续) P44) P442.2.带阻感负载的工作情况带阻感负载的工作情况阻感负载的特点：电感对电流变化有抗拒作阻感负载的特点：电感对电流变化有抗拒作 用，使得电感电流不能突变。用，使得电感电流不能突变。电路分析：电路分析

9、：1.1.在在0 0t1t1：晶闸管：晶闸管VTVT处于断态。处于断态。 id=0=0，ud=0=0，uTV= =u2。2.2.在在 t t1 1时刻：即触发角时刻：即触发角 处处 ud= =u2。 L L的存在使的存在使id不能突变，不能突变，id从从0 0开始增加。开始增加。3.3.在在 t2t2期间：期间：u2过零由正变负，由于过零由正变负，由于电感电感L L的作用的作用, ,继续维持继续维持id d流动，因此流动，因此VTVT仍仍处于导通状态处于导通状态( (见左下图的分析见左下图的分析) )。 4.4. t2t2时刻：电感能量释放完毕，时刻：电感能量释放完毕，id降至零，降至零，VT

10、VT关断并立即承受反压。关断并立即承受反压。5.5.由于电感的存在延迟了晶闸管由于电感的存在延迟了晶闸管VTVT的关断时的关断时刻，使刻，使ud波形出现负的部分，与带电阻负波形出现负的部分，与带电阻负载时相比其平均值载时相比其平均值U Ud下降下降3.1.1 3.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路( (续续) P46) P46有续流二极管的阻感负载电路有续流二极管的阻感负载电路： 在整流电路的负载两端并联一个二极管，称为在整流电路的负载两端并联一个二极管，称为续流二极管续流二极管，用，用VDR R表示。表示。电路分析：电路分析：u2 2正半周时，与没有续流二极管时的情况一样。正半

11、周时，与没有续流二极管时的情况一样。 u2 2过零变负时，过零变负时，VDR R导通，导通，ud d为零为零( (设二极管管压设二极管管压降降=0)=0)，此时为负的，此时为负的u2 2通过通过VDVDR R向向VTVT施加反压使施加反压使其关断，其关断， L L储存的能量保证了电流储存的能量保证了电流id d在在 L-R-VDL-R-VDR R回路中流通。回路中流通。 此过程通常称为此过程通常称为续流续流。 若若L L足够大，足够大，id d连续，且连续，且id d波形接近一条水平线波形接近一条水平线 。3.1.1 3.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路( (续续) P47)

12、P47带阻感负载且有续流二极管电路的基本数量关系带阻感负载且有续流二极管电路的基本数量关系：1. 流过晶闸管的电流流过晶闸管的电流平均值平均值IdT和和有效值有效值IT分别为分别为:(式式3-5，3-6) 2. 续流二极管的电流续流二极管的电流平均值平均值IdDR和和有效值有效值IDR分别为分别为:(式式3-7，3-8) 3. 晶闸管晶闸管移相范围移相范围为为180 ，其承受的最大正、反向电压均为，其承受的最大正、反向电压均为u2的峰值的峰值即即 。4. 续流二极管承受的反向电压续流二极管承受的反向电压-ud，其最大反向电压为，其最大反向电压为 ，即，即u2的峰值。的峰值。单相半波可控整流电路

13、的特点是简单，但输出脉动大，变压器二次侧电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量，造成变压器铁芯直流磁化。为使变压器铁芯不饱流中含直流分量，造成变压器铁芯直流磁化。为使变压器铁芯不饱和，需增大铁芯截面积，增大了设备的容量。和，需增大铁芯截面积，增大了设备的容量。21 ()222dTdTddIIII dtI 22U22dDRdDRdd1()222IIII dtI 22U3.1.2 3.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路 P47P471.1.带电阻负载的工作情况带电阻负载的工作情况 电路分析电路分析晶闸管晶闸管VTVT1 1和和VTVT4 4组成

14、一对桥臂，组成一对桥臂，VTVT2 2和和VTVT3 3组成组成另一对桥臂另一对桥臂( (同时开通的两管为一个同时开通的两管为一个“臂臂”) )。在在u2 2正半周期间：正半周期间： 若若4 4个晶闸管均不导通，个晶闸管均不导通，id d=0=0，ud d=0,=0, VT VT1 1、VTVT4 4串联共同承受正向电压串联共同承受正向电压u2 2。 VTVT2 2、VTVT3 3串联共同承受反向电压串联共同承受反向电压u2 2 在触发角在触发角 处给处给VTVT1 1和和VTVT4 4加触发脉冲，加触发脉冲，VTVT1 1和和VTVT4 4即导通，电流从电源即导通，电流从电源a a端经端经V

15、TVT1 1、R R、VTVT4 4流回电流回电源源b b端。端。 当当u2 2过零时，流经晶闸管的电流也降到零，过零时，流经晶闸管的电流也降到零，VTVT1 1和和VTVT4 4自然关断。自然关断。 在在u2 2负半周，仍在触发角负半周，仍在触发角 处触发处触发VTVT2 2和和VTVT3 3，VTVT2 2和和VTVT3 3导通，电流从电源导通，电流从电源b b端流出，经端流出，经VTVT3 3、R R、VTVT2 2流回电源流回电源a a端。端。 到到u2 2过零时，电流又降为零，过零时，电流又降为零，VTVT2 2和和VTVT3 3自然关自然关断。断。3.1.2 3.1.2 单相桥式全

16、控整流电路单相桥式全控整流电路( (续续) P48) P48带电阻负载的基本数量关系带电阻负载的基本数量关系：晶闸管承受的最大正向电压为晶闸管承受的最大正向电压为 ，反向电压为，反向电压为 。U2 2为副边电压有效值。为副边电压有效值。整流电压平均值为整流电压平均值为( (式式3-9)3-9)： =0=0时时，Ud= Ud0=0.9U2。=180=180 时，时，Ud=0 0。可见，。可见，角的角的移相范围移相范围为为180180 。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( (式式3-103-10) )：222U22U2222 211 cos1 cos2sind()0.922

17、dUUUttU2cos19 . 02cos12222RURURUIdd3.1.2 3.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路( (续续) P48) P48带电阻负载的基本数量关系带电阻负载的基本数量关系( (续续) )：流过晶闸管的电流平均值是输出直流平均值的一半流过晶闸管的电流平均值是输出直流平均值的一半(式式3-11): 流过晶闸管的电流有效值为流过晶闸管的电流有效值为(式式3-12): 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值与输出直流电流有效值I相等，为相等，为(式式3-13):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

18、器的容量为S=U2I2(伏安伏安)。 U2：二次侧电压有效值，：二次侧电压有效值，I2：二次侧电流有效值：二次侧电流有效值2dVT11 cos0.4522dUIIR222VT211(sin) d()sin2222UUIttRR2sin21)()sin2(12222RUtdtRUII3.1.2 3.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路( (续续) P48) P482.带阻感负载的工作情况带阻感负载的工作情况电路分析：电路分析：在在u u2 2正半周期：正半周期： 触发角触发角 处给晶闸管处给晶闸管VTVT1 1和和VTVT4 4加触发加触发脉冲使其开通，脉冲使其开通，u ud d=

19、=u u2 2。 负载电感很大，负载电感很大，i id d不能突变且波形近似不能突变且波形近似为一条水平线。为一条水平线。u u2 2过零变负时，由于电感的作用晶闸过零变负时，由于电感的作用晶闸管管VTVT1 1和和VTVT4 4中仍流过电流中仍流过电流i id d，并不关，并不关断。断。 t t= = + + 时刻，触发时刻，触发VTVT2 2和和VTVT3 3，VTVT2 2和和VTVT3 3导通，导通，u u2 2通过通过VTVT2 2和和VTVT3 3分别向分别向VTVT1 1和和VTVT4 4施加反压使施加反压使VTVT1 1和和VTVT4 4关断，关断，流过流过VTVT1 1和和V

20、TVT4 4的电流迅速转移到的电流迅速转移到VTVT2 2和和VTVT3 3上，此过程称为上，此过程称为换相换相，亦称，亦称换流换流。 3.1.2 3.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路(续) P48 P484949带阻感负载的基本数量关系带阻感负载的基本数量关系：整流电压平均值为整流电压平均值为(式式3-15)： 当当 =0时，时，Ud=0.9U2。 =90 时，时，Ud=0。晶闸管。晶闸管移相范围移相范围为为090 。 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 与与 无关，均为无关，均为180 ，其电流平均值和有效值分别为：，

21、其电流平均值和有效值分别为： 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，其相位由的矩形波，其相位由 角决定，角决定，有效值有效值I2=Id。 cos9 . 0cos22)(dsin21222dUUttUUVTdd10.7072IIIdVTd12II22U3.1.2 3.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路( (续续) P49) P493.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当负载为蓄电池、直流电动机的电枢当负载为蓄电池、直流电动机的电枢(忽略其中的电感忽略其中的电感)等时，等时，负载可看成一个直流电压源，对于整流电路

22、，它们就是反电动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。势负载。电路分析：电路分析：|u2|E时，晶闸管才承受正电压，才有导通的可能。时，晶闸管才承受正电压，才有导通的可能。 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使得晶闸管关断，此后使得晶闸管关断，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 (德尔塔德尔塔)停止导停止导电，电， 称为称为停止导电角停止导电角。当当 时，触发脉冲到来时，晶闸管承受负电压，时，触发脉冲到来时，晶闸管承受负电压，不可能导不可能导通通。REuidd12sin3 16)2EU (式3.1.2 单相桥式全控