项目九整流器及其应用

1、项目十项目十 整流器及其应用整流器及其应用 机械工业出版社机械工业出版社知识要点知识要点任务一任务一 晶体二极管整流电路晶体二极管整流电路任务二任务二 可控硅整流电路可控硅整流电路任务三任务三 整流变压器的原理整流变压器的原理任务四任务四 典型滤波电路典型滤波电路 任务五任务五 典型直流稳压电路典型直流稳压电路 任务六任务六 逆变器的功能和分类逆变器的功能和分类任务一任务一 晶体二极管整流电路晶体二极管整流电路1.2 单相半波整流电路单相半波整流电路1.3 单相全波整流电路单相全波整流电路1.1 基本概念基本概念 1.4 单相桥式全波整流电路单相桥式全波整流电路整流：整流：把交流电变成直流电的

2、过程。把交流电变成直流电的过程。倍压整流桥式变压器中心抽头式全波整流半波整流单相整流电路种类1.1 1.1 基本概念基本概念 整流原理：整流原理：二极管的单向导电特性二极管的单向导电特性二极管单相整流电路：二极管单相整流电路：把单相交流电变成直流电的电路。把单相交流电变成直流电的电路。 V：整流二极管，把交流整流二极管，把交流电变成脉动直流电；电变成脉动直流电； T：电源变压器，把电源变压器，把v1变成变成整流电路所需的电压值整流电路所需的电压值v2。 1.2 1.2 单相半波整流电路单相半波整流电路1 1电路电路 如图（如图（a a）2 2工作原理工作原理 由波形可见，由波形可见，v2一周期

3、内，负载只用单方向的半个波形，一周期内，负载只用单方向的半个波形，这种大小波动、方向不变的电压或电流称为脉动直流电。上述这种大小波动、方向不变的电压或电流称为脉动直流电。上述过程说明，利用二极管单向导电性可把交流电过程说明，利用二极管单向导电性可把交流电v2变成脉动直流变成脉动直流电电vL。由于电路仅利用。由于电路仅利用v2的半个波形，故称为半波整流电路。的半个波形，故称为半波整流电路。 （2）v2负半周时，负半周时，A点电位低于点电位低于B点电位，二极管点电位，二极管V反偏截反偏截止，则止，则vL0。 （1）v2正半周时，正半周时，A点电位高于点电位高于B点电位，二极管点电位，二极管V正偏正

4、偏导通，则导通，则vLv2；设设v2为正弦波，波形如图为正弦波，波形如图1.2.1（b）所示。）所示。3 3负载和整流二极管上的电压和电流负载和整流二极管上的电压和电流（4）二极管反向峰值电压）二极管反向峰值电压VRM （1.2.4）22RM41. 12VVV（1）负载电压）负载电压VL VL = 0.45 V2 （1.2.1）（ .2.2 1 45. 0L2LLLRVRVI（2）负载电流）负载电流IL（3）二极管正向电流）二极管正向电流IV和负载电流和负载电流IZ （1.2.3）L2LV45. 0RVII （1）二极管允许的最大反向电压应大于承受的反向峰值）二极管允许的最大反向电压应大于承受

5、的反向峰值电压；电压； （2）二极管允许的最大整流电流应大于流过二极管的实）二极管允许的最大整流电流应大于流过二极管的实际工作电流。际工作电流。解决办法：解决办法：全波整流全波整流电路缺点：电路缺点：电源利用率低，纹波成分大。电源利用率低，纹波成分大。选管条件：选管条件： V1、V2为性能相同的整流二为性能相同的整流二极管；极管；T为电源变压器，作用是为电源变压器，作用是产生大小相等而相位相反的产生大小相等而相位相反的v2a和和v2b。 桥式变压器中心抽头式全波整流1.3 1.3 单相全波整流电路单相全波整流电路 （一）变压器中心抽头式单相全（一）变压器中心抽头式单相全波整流电路波整流电路1.

6、 1. 电路电路如图如图 1.2.2：2. 2. 工作原理：工作原理： （1）v1正半周时，正半周时，T次级次级A点电位高于点电位高于B点电位，在点电位，在v2a作作用下，用下，V1导通（导通（V2截止），截止），iV1自上而下流过自上而下流过RL； （2）v1负半周时，负半周时，T次级次级A点电位低于点电位低于B点电位，在点电位，在v2b的的作用下，作用下，V2导通（导通（V1截止），截止），iV2自上而下流过自上而下流过RL； 可见，在可见，在v1一周期内，流过二极管的电流一周期内，流过二极管的电流iV1 、iV2叠加形叠加形成全波脉动直流电流成全波脉动直流电流iL，于是，于是RL两端产生

7、全波脉动直流电压两端产生全波脉动直流电压vL。故电路称为。故电路称为全波整流电路全波整流电路。 缺点：缺点：单管承受的单管承受的反峰压反峰压比比半波整流半波整流高高一倍，变压器一倍，变压器T需中心抽头。需中心抽头。3 3负载和整流二极管上的电压和电流负载和整流二极管上的电压和电流2L9 . 0 VV（1）负载电压）负载电压VL （1.2.5）L2LLL9 . 0RVRVI（2）负载电流）负载电流IL （1.2.6）LV21II（3）二极管的平均电流）二极管的平均电流IV （1.2.7）（4）二极管承受反向峰值电压）二极管承受反向峰值电压 （1.2.8）RMV2RM22VV1.4 1.4 单相桥

8、式全波整流电路单相桥式全波整流电路1电路如图电路如图V1V4为整流二为整流二极管，电路为桥极管，电路为桥式结构。式结构。 （2）v2负半周时，如图负半周时，如图1.2.4（b）所示，）所示，A点电位低于点电位低于B点电点电位，则位，则V2、V4导通（导通（V1、V3截止），截止），i2自上而下流过负载自上而下流过负载RL；2. 2. 工作原理工作原理 （1）v2正半周时，如图正半周时，如图1.2.4（a）所示，）所示，A点电位高于点电位高于B点点电位，则电位，则V1、V3导通（导通（V2、V4截止），截止），i1自上而下流过负载自上而下流过负载RL； 由波形图可见，由波形图可见，v2一周期内，

9、两组整流二极管轮流导通产一周期内，两组整流二极管轮流导通产生的单方向电流生的单方向电流i1 和和i2叠加形成了叠加形成了iL。于是负载得到全波脉动。于是负载得到全波脉动直流电压直流电压vL。优点：优点：输出电压高，纹波小，输出电压高，纹波小， 较低。应用广泛。较低。应用广泛。RMV3 3负载和整流二极管上的电压和电流负载和整流二极管上的电压和电流2L9 . 0 VV（1）负载电压）负载电压VL （1.2.91.2.9）L2LLL9 . 0RVRVI（2 2）负载电流）负载电流IL （1.2.101.2.10）LV21II（3 3）二极管的平均电流）二极管的平均电流IV （1.2.111.2.1

10、1）（4 4）二极管承受反向峰值电压）二极管承受反向峰值电压 （1.2.121.2.12）RMV2RM2VV任务二任务二 可控硅整流电路可控硅整流电路2.1 2.1 单相半波可控整流电路（单相半波）单相半波可控整流电路（单相半波） 。TVTR0a)u1u2uVTudidt12ttttu2uguduVT0b)c)d)e)00TVTR0a)u1u2uVTudidt12ttttu2uguduVT0b)c)d)e)00工作过程和特点：（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Ud=U

11、2, UVT=0,Id=U2/R，一直到时刻；（3） 2期间，U2反向，VT由于承受反向电压而关断,UVT=U2,Ud=0。以后不断重复以上过程。特点：为单拍电路，易出现变压器直流磁化，应用较少。2.1 2.1 单相半波可控整流电路（单相半波）单相半波可控整流电路（单相半波） 2.1 2.1 单相半波可控整流电路（单相半波）单相半波可控整流电路（单相半波）若干概念若干概念单拍电路：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；双拍电路：指变压器副边在工作过程中流过正反双向电流；“半波”整流：ud为脉动直流，波形只在u2正半周内出现，故称之。 触发延迟角 ：从晶闸管开始

12、承受正向阳极电压起到施加触发脉冲止的电角度,用表示,也称触发角或控制角。导通角 ：晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度称为，用表示。在半波电路中，。的移相范围：指触发角可以变化的角度范围。在不同的电路中， 有不同的角度范围。如在单相半波电路中， 的移相角度范围是0。 相控方式：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，简称相控方式。基本数量关系基本数量关系 直流输出电压平均值直流输出电压平均值Ud （2-1） 说明：使用万用表直流档测量说明：使用万用表直流档测量Ud即为该数值；即为该数值； U2为电源电压有效值（为电源电压有效值（220V）；）；时，时，U Ud

13、 d=0=0，可见可以通过调整可见可以通过调整调整调整Ud。 直流输出电压有效值直流输出电压有效值U （2-2）2cos145. 0)cos1 (22)(sin221222UUttdUUd22sin41sin221222UtdtUU SCR的若干参数关系：的若干参数关系：(1) I IdTdT （流过流过SCR电流的平均值）电流的平均值） （2-3）(2) I IT T （流过流过SCR电流的有效值）电流的有效值） （2-4）(3) U VT T （SCR承受的正反向峰值电压）为承受的正反向峰值电压）为注同学们对于这些符号定义，可以参看教材前面的符号说明。注同学们对于这些符号定义，可以参看教材

14、前面的符号说明。2cos145. 02RURUIddT22sin41)sin2(21222RUtdtRUIT22U整流电路的功率因数整流电路的功率因数cos： 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,这相当于电源有一个感性负这相当于电源有一个感性负载，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流有效值负载的电压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流有效值电源的电压有效值电源的电流有效值所以：所

15、以： （2-5）22sin41cos2222UUIUUIIUUISPTTT2. 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 电感的特点电感的特点: (1)电感对电流变化有抗拒作用，使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。得流过电感的电流不能发生突变。(2)在电感两在电感两端产生的感应电动势端产生的感应电动势Ldi/dt。它的极性是阻止电它的极性是阻止电流的变化。流的变化。(3)电感在电路的工作过程中，不消电感在电路的工作过程中，不消耗能量。即产生多少能量，就消耗多少。耗能量。即产生多少能量，就消耗多少。 负载阻抗角负载阻抗角arctg(L/R) ，

16、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），则之间），则电感量越大。当负载中的感抗电感量越大。当负载中的感抗L和和R相比不可相比不可忽略时，称为电感性负载。忽略时，称为电感性负载。 在生产实践中，常见的电感性负载如电机的励磁在生产实践中，常见的电感性负载如电机的励磁绕组。绕组。 电感在电力电子线路中大量使用，大容量、大功电感在电力电子线路中大量使用，大容量、大功率电感常常又称为率电感常常又称为电抗器。电抗器。a)u1TVTRLu2uVTudidu20t12tttttug0ud0id0uVT0b)c)d)e)f)+ + + 图2-2

17、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；a)u1TVTRLu2uVTudidu20t12 tttttug0u

18、d0id0uVT0b)c)d)e)f)+ + +2.1 2.1 单相半波可控整流电路（单相半波）单相半波可控整流电路（单相半波） 请同学们思考：（a） L两端的电压何时变为上负下正，如何简单判断？（b） id能否抵达2点？为什么？（c)一个周期中L两端的电压波形如何？（4） t2 2期间，VT承受反向电压而处于关断状态，UVTU2，Ud=0。以后不断重复以上过程。a)u1TVTRLu2uVTudidu20t12 tttttug0ud0id0uVT0b)c)d)e)f)+ + +2.1 2.1 单相半波可控整流电路（单相半波）单相半波可控整流电路（单相半波） 基本数量关系基本数量关系直流输出电压

19、平均值直流输出电压平均值Ud （2-6） 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和电阻负载相比，有所和电阻负载相比，有所下降。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中的负面积接近正面积，输出中的负面积接近正面积，输出的直流平均电压的直流平均电压Ud0，则则id也很小，这样的电路无实际用途。所以，实际的也很小，这样的电路无实际用途。所以，实际的大感电路中，常常在负载两端并联一个续流二极管。大感电路中，常常在负载两端并联一个续流二极管。 212)(sin221ttdUUd2. 单相半波电路带电感性负

20、载（1）在U2的正半周，VDR承受反向电压，不导通，不影响电路的正常工作;（2） 2 期间，电感L的感应电势（下正上负）使VDR导通，此时，L释放能量，维持负载电流通过VDR构成回路，而不通过变压器。称为续流。在续流期间，VT承受u2的负压而关断，此时Ud=0。 （3) 3) 当当LLR R时，时，idid不但连续而不但连续而且基本上维持不变，电流波形接且基本上维持不变，电流波形接近一条直线。近一条直线。注意：在考试中，可以直接注意：在考试中，可以直接用用直线直线表示表示idid。a)LTVTRu1u2uVTudVDRidu2udiduVTiVTIdIdt1ttttttOOOOOO - +b)

21、c)d)e)f)g)iVDRiVDR图2-4 单相半波带电感性负载有续流二极管的电路及波形 带续流二极管的单相半波电路基本数量关系：带续流二极管的单相半波电路基本数量关系：输出直流电压的平均值输出直流电压的平均值 Ud（和纯阻性负载相和纯阻性负载相同同） 输出直流电流的平均值输出直流电流的平均值IdId. （和纯阻性负载相和纯阻性负载相同同） ddTII2ddTItdII2)(2122cos145. 02UUd2cos145. 02RURUIddv 线路简单、易调整，但输出电流脉动线路简单、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，大，变压器二次侧电流中含直流分量，造成变压器铁芯

22、直流磁化；造成变压器铁芯直流磁化；v 实际上很少应用此种电路；实际上很少应用此种电路；v 电阻负载的工作情况电阻负载的工作情况晶闸管晶闸管VT1和和VT4组成一对桥臂，组成一对桥臂，VT2和和VT3组成。在实际的电路中，一组成。在实际的电路中，一般都采用这种标注方法，即上面为般都采用这种标注方法，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。RTu1u2a)i2abVT1VT3VT2VT4udidttt000i2udidb)c)d)ud(id)uVT1,4图2-5 单相全控桥带电阻负载时的电路及波形（1） 0 t1: U2为正，VT1和VT4无触发脉冲截止，VT1和VT4分

23、担U2/2的正向电压，VT2和VT3分担U2/2 的反向电压, Ud=0;（2） t1 : U2为正， VT1和VT4 由于触发脉冲UG的作用而导通， VT2和VT3承受U2 的反向电压， id =U2/R ；（3） t2( + t1) ： U2为负，VT2和VT3无触发脉冲截止，VT2和VT3分担U2/2的正向电压，VT1和VT4分担U2/2 的反向电压, Ud=0;（4） t2( + t1) 2: U2为负， VT2和VT3 由于触发脉冲UG的作用而导通， VT1和VT4承受U2 的反向电压， id =U2/R，且方向保持不变 。RTu1u2a)i2abVT1VT3VT2VT4udidtt

24、t000i2udidb)c)d)ud(id)uVT1,4基本数量关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Ud （2-11） 可见：在同样的控制角可见：在同样的控制角情况下情况下，输出的平均电压输出的平均电压Ud是单相半波的两倍；是单相半波的两倍； SCR可控移相范围为可控移相范围为1800； 属于双拍电路。属于双拍电路。 2） 单相全控桥阻性负载的基本数量关系2cos19 . 0)cos1 (2)(sin21222UUttdUUd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 （2-12）由于由于SCR轮流导电，所以流过每个轮流导电，所以流过每个SC

25、R的平均电流的平均电流idT只有负只有负载上平均电流的一半。载上平均电流的一半。 （2-13） 2cos19 . 02cos12222ddRURURUI2cos145.0212RUIIddT直流输出电流有效值I，即为变压器二次侧绕组电流有效值I2 （2-14）SCR的有效电流IT，由于SCR轮流导电，所以 IT为： （2-15） 2sin212)()sin2(21222RUtdtRUIT2sin21)(d)sin2(12222RUttRUII 为便于讨论，假设电路已工作于稳态，为便于讨论，假设电路已工作于稳态，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

26、id连续且波连续且波形近似为一水平线：形近似为一水平线：v u2过零变负时，由于电感的作用晶闸管VT1和VT4中仍流过电流id，并不关断；v 至t=+ 时刻，给VT2和VT3加触发脉冲，因VT2和VT3本已承受正电压，故两管导通，而VT1和VT4立刻承受负电压，故两管关断。TabRLa)u1u2i2VT1VT3VT2VT4udidu2OtOtOtudidi2b)OtOtuVT1,4OtOtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4图2-6 单相全控桥带电感性负载时的电路及波形 TabRLa)u1u2i2VT1VT3VT2VT4udidu2OtOtOtudidi2b)OtOtuVT1,4OtO

27、tIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4图2-6 单相全控桥带电感性负载时的电路及波形 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关关断，流过断，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，此过程称上，此过程称换相换相，亦称，亦称换流换流。 整流电路输出平均电压为：整流电路输出平均电压为： （2-16） 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为：为： 变压

28、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，有效值角决定，有效值I2=Id。 cos9 . 0cos22)( dsin21222dUUttUURUIddddT21IIv 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 对于象蓄电池、直流电动机的电枢（转子）对于象蓄电池、直流电动机的电枢（转子）这类负载，本身有反电势，对整流电这类负载，本身有反电势，对整流电路来说，称为反电动势负载。路来说，称为反电动势负载。 在在|u2|E时，晶闸管才承受正电压，时，晶闸管才承受正电压， 有导通的可能；有导通的可能； 导通之后，导通之后，

29、ud=u2， 直至直至|u2|=E，id即降至即降至0使使 得晶闸管关断，此后得晶闸管关断，此后ud=E 与电阻负载时相比，晶闸管提前了电角度与电阻负载时相比，晶闸管提前了电角度停止导通停止导通，称为停止导电称为停止导电角。角。 （2-16） 在在 角相同时，整流输出电压比电阻负载时大。角相同时，整流输出电压比电阻负载时大。 整流输出电流的平均值为：整流输出电流的平均值为：a)b)REidudidOEudtIdOtREUIdd212sinUEa)b)REidudidOEudtIdOt 图2-7 单相桥式全控整流电路接反电动势电阻负载时的电路及波形 如图如图2-7b所示所示id波形在一周期内有波

30、形在一周期内有部分时间为部分时间为0的情况，称为电流的情况，称为电流断断续（续（ ）。与此对应，若。与此对应，若id波形波形不出现为不出现为0的点的情况，称为电流的点的情况，称为电流连续（连续（ ）。）。此时，触发脉冲到来时，晶闸管承受负电压，不可能此时，触发脉冲到来时，晶闸管承受负电压，不可能导通。为了使晶闸管可靠导通，要求导通。为了使晶闸管可靠导通，要求触发脉冲有足够的宽度触发脉冲有足够的宽度，保证当，保证当t=时刻有晶闸管开始承受正电压时，触发脉冲仍然存在。这样，相时刻有晶闸管开始承受正电压时，触发脉冲仍然存在。这样，相当于触发角被推迟当于触发角被推迟。 当负载为直流电动机时，如果出现电

31、流断续则电动机的机械特性将当负载为直流电动机时，如果出现电流断续则电动机的机械特性将变软。变软。机械特性是指电动机的转速机械特性是指电动机的转速n与转矩与转矩M的关系的关系n=f（M）。）。反映反映出电动机的带载能力出电动机的带载能力 ，直流电机的机械特性是略微向下倾斜的直线，直流电机的机械特性是略微向下倾斜的直线，希望该直线越平越好。机械特性差的希望该直线越平越好。机械特性差的典型表现典型表现是：电机一旦加上较大是：电机一旦加上较大负载，则转速有明显的下降。负载，则转速有明显的下降。 为了克服此缺点，一般在主电路中直流输出侧串联一个平波电为了克服此缺点，一般在主电路中直流输出侧串联一个平波电

32、抗器，用来减少电流的脉动和延长晶闸管导通的时间；抗器，用来减少电流的脉动和延长晶闸管导通的时间； 这时整流电路的负载成为这时整流电路的负载成为反电动势感性负载反电动势感性负载，整流电压，整流电压Ud的波的波形和负载电流形和负载电流id的波形与电感负载电流连续时的波形的波形与电感负载电流连续时的波形相同相同，Ud的计算公式亦一样的计算公式亦一样（请同学们具体分析一下工作过程）（请同学们具体分析一下工作过程）； 为保证电流连续所需的电感量为保证电流连续所需的电感量L可由下式求出：可由下式求出： （2-17）本公式的具体推导参看教材本公式的具体推导参看教材P28。dmin23dmin21087.22

33、2IUIULOud0Eidtt=图2-8 单相桥式全控整流电路带反电动势负载串平波电抗器，电流连续的临界情况图2-9 单相全波可控整流电路及波形a)b)u1TRu2u2i1VT1VT2ududi1OOtt 单相全波可控整流电路又称单相双半波可控整流电路。T的副边带有中心抽头。当2U2为上正下负时，VT1工作，当2U2为下正上负，VT2工作。注意此时副边的电压有效值为2U2； 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。 两者的区别两者的区别 （1）单相双半波单相双半波中变压器结构较复杂，绕组及铁芯对铜、铁等材料的中变压器结构较复杂，绕组及铁芯对铜、铁等材料的消耗多；消

34、耗多； （2）单相双半波单相双半波只用只用2个晶闸管，比单相全控桥少个晶闸管，比单相全控桥少2个，相应地，门极个，相应地，门极驱动电路也少驱动电路也少2个；但是晶闸管承受的最大电压为个；但是晶闸管承受的最大电压为 ，是单相全，是单相全控桥的控桥的2倍；倍； （3）单相双半波单相双半波导电回路只含导电回路只含1个晶闸管，比单相桥少个晶闸管，比单相桥少1个，因而管压个，因而管压降也少降也少1个；个； 从上述（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）考虑，单相全波电路有利于在低输出电压的场合应用。应用。222U2.4 2.4 单相桥式半控整流电路（单相半控桥）单相桥式半

35、控整流电路（单相半控桥） 单相全控桥中，每个导电回路中单相全控桥中，每个导电回路中有有2个晶闸管，为了对每个导电个晶闸管，为了对每个导电回路进行控制，其实只需回路进行控制，其实只需1个晶个晶闸管就可以了，另闸管就可以了，另1个晶闸管可个晶闸管可以用二极管代替，从而简化整个以用二极管代替，从而简化整个电路。如此即成为电路。如此即成为单相桥式半控单相桥式半控整流电路整流电路 （单相半控桥（单相半控桥）。）。 当负载为阻性负载时，单相半控当负载为阻性负载时，单相半控桥与单相全控桥工作过程和波形桥与单相全控桥工作过程和波形完全一致。完全一致。 单相半控桥中一般使用续流二极单相半控桥中一般使用续流二极管

36、管VDR，它的作用是防止在感性它的作用是防止在感性负载时，出现负载时，出现失控失控现象。现象。a)TabRLOb)u2i2udidVT1VT2VD3VD4VDRu2OudidIdOOOOOi2IdIdIdIdIdttttttt iVT1iVD4iVT2iVD3iVDR 图2-10 单相桥式半控整流电路，有续流二极管，电感性负载时的电路及波形 单相半控桥带电感性负载的情况：单相半控桥带电感性负载的情况： 假设负载中电感很大，且电路已工假设负载中电感很大，且电路已工作于稳态：作于稳态：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VT1加触发脉冲，加触发脉冲，U2经经VT1和和VD4

37、向向负载供电；负载供电；v U2过零变负时，因电感作用使电流过零变负时，因电感作用使电流连续，电流通过续流二极管连续，电流通过续流二极管VDR进进行续流，行续流，Ud为零。此时，为零。此时，VT1承受承受负压关断，负压关断，VT3承受正压，由于无承受正压，由于无触发脉冲而关断。变压器二次绕组触发脉冲而关断。变压器二次绕组无电流；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VT3，VT3导通，导通，VDR承受负压而关断，承受负压而关断，U2经经VT3和和VD2向负载供电。向负载供电。U2过零变过零变正时，电流再次通过续流二极管正时，电流再次通过续流二极管VDR进行续流，进行续流，

38、Ud又为零。又为零。TuvRLOv)u2i2udidVT1VT3VD2VD4VDRu2OudidIdOOOOOi2IdIdIdIdIdutttttttuu)uuiVT1iVD4iVT3iVD2iVDR2.4 2.4 单相桥式半控整流电路（单相半控桥）单相桥式半控整流电路（单相半控桥） 半控桥的失控情况和半控桥的失控情况和续流二极管续流二极管VDR的作用：的作用：若无续流二极管若无续流二极管v U2过零变负时，因电感作用使电流连续，VT1继续导通。但因a点电位低于b点电位，使得电流从VD4转移至VD2，VD4关断，电流不再流经变压器二次绕组，而是由VT1和VD2续流；v 在U2负半周触发角时刻触

39、发VT3，VT3导通，则向VT1加反压使之关断， U2经VT3和VD2向负载供电。U2过零变正时，VD4导通，VD2关断。VT3和VD4续流，Ud又为零。TuvRLOv)u2i2udidVT1VT3VD2VD4u2OudidIdOOOOOi2IdIdIdIdIdutttttttuu)uuiVT1iVT3iVDR2.4 2.4 单相桥式半控整流电路（单相半控桥）单相桥式半控整流电路（单相半控桥） 半控桥的失控情况和半控桥的失控情况和续流二极管续流二极管VDR的作用的作用v 当 突然增大至180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，这使Ud成为正弦半波，即半周期ud

40、为正弦，另外半周期Ud为零，其平均值保持恒定，即 失去控制作用，称为失控。v 有续流二极管VDR时，续流过程由VDR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。2.4 2.4 单相桥式半控整流电路（单相半控桥）单相桥式半控整流电路（单相半控桥） 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： 相当于把图相当于把图2-4a中的中的VT3和和VT4换为二极管换为二极管VD3和和VD4，这样可这样可以省去续流二极管以省去续流二极管VDR，续流由续流由VD3和和VD4来实现来实现图图2-11 单相桥式半控

41、整流电路的另一接法单相桥式半控整流电路的另一接法负载Tu2VD3VD4VT1VT22.4 2.4 单相桥式半控整流电路（单相半控桥）单相桥式半控整流电路（单相半控桥）基本数量关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Ud、电流平均值电流平均值Id（和全控桥阻性负载是相同和全控桥阻性负载是相同） （2-18） (2-19) SwR可控移相范围为可控移相范围为1800； 属于双拍电路。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。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） 单相半控桥阻性和感性负载的基本数量关系2cos19 .

42、 0)cos1 (2)(sin21222UUttdUUdRUIdd2.4 2.4 单相桥式半控整流电路（单相半控桥）单相桥式半控整流电路（单相半控桥）3.1 整流变压器工作原理整流变压器工作原理3.2 整流变压器特点整流变压器特点3.3 国内常用整流变压器的型号简介国内常用整流变压器的型号简介3.4 整流变压器在轨道交通中的使用整流变压器在轨道交通中的使用任务三任务三 整流变压器的原理整流变压器的原理 整流变压器用作整流装置的电源变整流变压器用作整流装置的电源变压器，其作用是向整流器提供交流电源，压器，其作用是向整流器提供交流电源，整流器再将交流电变换为直流电，从而整流器再将交流电变换为直流电

43、，从而进行直流供电。整流变压器广泛应用于进行直流供电。整流变压器广泛应用于变频、电化学电解、牵引、传动、直流变频、电化学电解、牵引、传动、直流输电、电镀、充电、励磁、静电除尘及输电、电镀、充电、励磁、静电除尘及一般工业用整流电源等。一般工业用整流电源等。3.1 整流变压器工作原理1.整流器各臂在一个周期内轮流导通，导通时间整流器各臂在一个周期内轮流导通，导通时间只占一个周期一部分只占一个周期一部分2.整流变压器，其原、副绕组的功率有可能相等，整流变压器，其原、副绕组的功率有可能相等，也可能不等也可能不等(当原、副边电流波形不同时当原、副边电流波形不同时3. 整流变压器的耐受短路电动力的能力必须

44、严整流变压器的耐受短路电动力的能力必须严格符合要求。格符合要求。 4.整流变压器广泛用于城市轨道交通牵引用直流整流变压器广泛用于城市轨道交通牵引用直流电源和矿山或城市轨道交通电力机车的直流电电源和矿山或城市轨道交通电力机车的直流电网。网。 3.2 整流变压器特点 整流变压器作为我国城市轨道交通重要的整流变压器作为我国城市轨道交通重要的直流供电设备之一，国内外许多厂家都能够提直流供电设备之一，国内外许多厂家都能够提供设备。目前，国内整流变压器主要系列包括供设备。目前，国内整流变压器主要系列包括SCB10和和ZQSC系列干式整流变压器系列干式整流变压器3.2国内常用整流变压器的型号简介SCB10系

45、列干式整流变压器ZQSC系列干式整流变压器ZQSC系列干式整流变压器ZQSC系列干式整流变压器v我国上海地铁我国上海地铁1号线在线挂网运行的号线在线挂网运行的ZQSC-400033牵引整流干式变压器的使用，介绍牵引整流干式变压器的使用，介绍整流变压器在轨道交通领域的应用状况。整流变压器在轨道交通领域的应用状况。v该变压器是地铁牵引机车电源整流系统的重要该变压器是地铁牵引机车电源整流系统的重要组成部分。它由组成部分。它由2台台6相相12脉波的移相变压器脉波的移相变压器组成，其对应相位的相角互差组成，其对应相位的相角互差15，通过硅整，通过硅整流器整流，形成流器整流，形成24脉波直流输出。也可单独

46、通脉波直流输出。也可单独通过整流器供电，形成过整流器供电，形成12脉波整流直流输出。脉波整流直流输出。 3.4整流变压器在轨道交通中的使用任务四任务四 典型滤波电路典型滤波电路 4.1 基本概念基本概念4.2 电容滤波电路电容滤波电路4.3 电感滤波电路电感滤波电路4.4 其它滤波电路其它滤波电路 整流电路可以将交流电转换为脉动的直流电，在电镀整流电路可以将交流电转换为脉动的直流电，在电镀和蓄电池充电中可直接使用脉动直流电源，但许多电子设和蓄电池充电中可直接使用脉动直流电源，但许多电子设备需要平稳的直流电源，因此在整流电路后还需增加滤波备需要平稳的直流电源，因此在整流电路后还需增加滤波电路，滤

47、波电路由电抗元件组成。电路，滤波电路由电抗元件组成。 从阻抗的角度来看，由于电抗元件对交流信号和直流从阻抗的角度来看，由于电抗元件对交流信号和直流信号的阻抗不同，与负载并联的电容对直流信号相当于开信号的阻抗不同，与负载并联的电容对直流信号相当于开路，而对交流信号阻抗很小，所以脉动直流电流中的绝大路，而对交流信号阻抗很小，所以脉动直流电流中的绝大部分交流分量从电容器上经过，而绝大部分直流分量从负部分交流分量从电容器上经过，而绝大部分直流分量从负载上经过，使负载两端的电压比较平滑；与负载串联的电载上经过，使负载两端的电压比较平滑；与负载串联的电感，对直流信号阻抗小，而对交流信号阻抗大，所以脉动感，

48、对直流信号阻抗小，而对交流信号阻抗大，所以脉动直流电压中的绝大部分交流分量降落在电感器上，而绝大直流电压中的绝大部分交流分量降落在电感器上，而绝大部分直流分量降落在负载电阻上，从而使负载两端的电压部分直流分量降落在负载电阻上，从而使负载两端的电压比较平滑比较平滑 。4.1 4.1 基本概念基本概念从能量角度来看，由于电抗元件有储能从能量角度来看，由于电抗元件有储能作用，与负载并联的电容器，在电源供给的电作用，与负载并联的电容器，在电源供给的电压升高时，它就把能量储存起来，而当电源电压升高时，它就把能量储存起来，而当电源电压降低时，就把能量释放出来，使负载电压较压降低时，就把能量释放出来，使负载

49、电压较为平滑，即电容具有平波作用；与负载串联的为平滑，即电容具有平波作用；与负载串联的电感，当电源供给的电流增加时，电感就把能电感，当电源供给的电流增加时，电感就把能量储存起来，而当电流减少时，又把能量释放量储存起来，而当电流减少时，又把能量释放出来，使负载电流较为平滑，即电感具有平波出来，使负载电流较为平滑，即电感具有平波作用。作用。 4.1 4.1 基本概念基本概念1. 滤波原理滤波原理 导通，导通，工作在正半周，工作在正半周，2uCuu 21VD3VD2u当当时，二极管时，二极管对负载供电，另一方面对负载供电，另一方面电容两端电压沿电容两端电压沿AB段曲线上升。段曲线上升。且且、一方面一

50、方面同时对电容器充电，同时对电容器充电，时，时，2uuC1VD3VD当当电容两端电压沿电容两端电压沿BC曲线段下降。曲线段下降。、截止，电容通过负载电阻放电，截止，电容通过负载电阻放电，4.2 4.2 电容滤波电路电容滤波电路 1. 滤波原理滤波原理 时，二极管时，二极管到到D点后点后2uuC2VD4VD2VD4VD截止，电容沿截止，电容沿DE段曲线放电下降。段曲线放电下降。、电容两端电压沿电容两端电压沿CD曲线上升，曲线上升，导通，再次对电容充电，导通，再次对电容充电，、当电容两端电压下降到当电容两端电压下降到4.2 4.2 电容滤波电路电容滤波电路 2. 电容滤波的特点电容滤波的特点 加了

51、电容滤波后，输出电压的脉动成分降低了，输出加了电容滤波后，输出电压的脉动成分降低了，输出电压的平均值提高了。电压的平均值提高了。 放电时间常数越大，放电愈慢，放电时间常数越大，放电愈慢，成分也愈少。成分也愈少。则输出电压愈高，脉动则输出电压愈高，脉动流过二极管的瞬时电流很大。流过二极管的瞬时电流很大。 接入电容滤波后，整流二极管导通时间缩短了，造成接入电容滤波后，整流二极管导通时间缩短了，造成4.2 4.2 电容滤波电路电容滤波电路 3. 电容滤波电路的输出电压电容滤波电路的输出电压 20UU 半波整流电路输出电压半波整流电路输出电压 202 . 1 UU全波整流电路输出电压全波整流电路输出电

52、压4.2 4.2 电容滤波电路电容滤波电路 4. 电容参数电容参数 222UUCMTCRL)53(半波整流电路半波整流电路， 22UUCM2)53(TCRL，全波整流电路全波整流电路4.2 4.2 电容滤波电路电容滤波电路 5. 变压器参数变压器参数 02UU半波整流半波整流2 . 102UU 全波整流全波整流02)25 . 1 (II 4.2 4.2 电容滤波电路电容滤波电路 6. 外特性外特性 Uo 1.4Uo 0.9Uo 0 Io 不大的场合。不大的场合。电容滤波电路的输出电压在负载变化时波动较大，电容滤波电路的输出电压在负载变化时波动较大，说明它的带负载能力较差，只适用于负载较轻且变化

53、说明它的带负载能力较差，只适用于负载较轻且变化4.2 4.2 电容滤波电路电容滤波电路 VU300mAI4000例例某电子设备需要直流电压某电子设备需要直流电压，的直流电源，若采用桥式整流电容滤波电路，试求电源的直流电源，若采用桥式整流电容滤波电路，试求电源变压器副边电压，选择整流二极管及滤波电容器。变压器副边电压，选择整流二极管及滤波电容器。 解：解： 变压器副边电压变压器副边电压VUU252 . 102 选择二极管参数选择二极管参数mAIIVD200210VUUURM352 . 122024.2 4.2 电容滤波电路电容滤波电路 FIUTRTRTRTCLLL5334 . 03002. 02

54、22242)53(00VUVUCM352 . 12202 选择电容器参数选择电容器参数4.2 4.2 电容滤波电路电容滤波电路 (1) 电路组成电路组成 4.3 4.3 电感滤波电路电感滤波电路 (2) 工作原理工作原理 由于通过电感线圈的电流发生变化时，线圈中要产由于通过电感线圈的电流发生变化时，线圈中要产生自感电动势阻碍电流变化，因而能起到平波作用。当生自感电动势阻碍电流变化，因而能起到平波作用。当电流增加时，反电势会抑制电流的增加，同时将一部分电流增加时，反电势会抑制电流的增加，同时将一部分能量储存起来；反之，当电流减小时，反电势会抑制电能量储存起来；反之，当电流减小时，反电势会抑制电流

55、减小，同时释放一部分能量，所以电感滤波能有效减流减小，同时释放一部分能量，所以电感滤波能有效减小输出电压的脉动程度。小输出电压的脉动程度。4.3 4.3 电感滤波电路电感滤波电路 (3) 负载电压负载电压 (2) 工作原理工作原理 线圈的电流发生变化时，要产生自感电动势阻碍电线圈的电流发生变化时，要产生自感电动势阻碍电流变化，因而能起到平波作用。当电流增加时，反电势流变化，因而能起到平波作用。当电流增加时，反电势会抑制电流的增加，同时将一部分能量储存起来；反之，会抑制电流的增加，同时将一部分能量储存起来；反之，当电流减小时，反电势会抑制电流减小，同时释放一部当电流减小时，反电势会抑制电流减小，

56、同时释放一部分能量。分能量。209 . 0 UU 4.3 4.3 电感滤波电路电感滤波电路 复合滤波电路复合滤波电路 LC滤波电路和电感滤波电路和电感型滤波电路适用于负载电流型滤波电路适用于负载电流较大，要求输出电压脉动较小的场合。较大，要求输出电压脉动较小的场合。4.4 4.4 其他滤波电路其他滤波电路 任务五任务五 典型直流稳压电路典型直流稳压电路 u1 u2 u3 u4 u5t t t t t 变压 整流 滤波 稳压u1 u2 u3 u4 u50 0 0 0 0+Ui+UoRLDZ+UZR+ UR IoIZI工作原理工作原理： 输入电压输入电压Ui波动时会引起输出电压波动时会引起输出电压

57、Uo波动。波动。如如Ui升高将引起升高将引起U0随之升高，随之升高，导致稳压管的电流导致稳压管的电流IZ急剧增加，急剧增加，使得电阻使得电阻R上的电流上的电流I和电压和电压UR迅速增大，迅速增大，从而使从而使Uo基本上基本上保持不变。反之，当保持不变。反之，当Ui减小时，减小时，UR相应减小，仍可保持相应减小，仍可保持Uo基本不变。基本不变。 当负载电流当负载电流Io发生变化引起输出电压发生变化引起输出电压Uo发生变化时，同样发生变化时，同样会引起会引起IZ的相应变化，使得的相应变化，使得Uo保持基本稳定。如当保持基本稳定。如当Io增大时，增大时，I和和UR均会随之增大使得均会随之增大使得Uo

58、下降，这将导致下降，这将导致IZ急剧减小，使急剧减小，使I仍维仍维持原有数值保持持原有数值保持UR不变，使得不变，使得Uo得到稳定。得到稳定。 1. 1. 电路结构的一般形式电路结构的一般形式 因调整元件与负载串联，故称为串联型稳压因调整元件与负载串联，故称为串联型稳压电路。电路。UoRLUIR调整元件调整元件 串联型晶体管稳压电路由基准电压、比较串联型晶体管稳压电路由基准电压、比较放大、取样电路和调整管四部分组成。放大、取样电路和调整管四部分组成。LLUiUoRRR（改变（改变R可以影响可以影响U0）77 串联型稳压电源实际上利用射极跟隨器的输出阻抗低串联型稳压电源实际上利用射极跟隨器的输出

59、阻抗低，帶负载能力强的特点，如图，把图方向调整一下，就，帶负载能力强的特点，如图，把图方向调整一下，就成通用的图形（交流）。成通用的图形（交流）。78T+UI+_+_Uo比较放大比较放大基基 准准取取 样样URFUo+C2RL调整元件调整元件调整元件调整元件T与负载串联，通过全部负载电流。与负载串联，通过全部负载电流。比较放大器比较放大器可以是单管放大电路，差动放大电路，集成运算放大器。可以是单管放大电路，差动放大电路，集成运算放大器。调整调整元件元件可以是单个功率管，复合管或用几个功率管并联。可以是单个功率管，复合管或用几个功率管并联。基准电基准电压压可由稳压管稳压电路组成。可由稳压管稳压电

60、路组成。取样电路取样电路取出输出电压取出输出电压Uo的一部的一部分和基准电压相比较。分和基准电压相比较。79 + Ui Io R3 RL Ra R4 Rb R1 R2 RP UBE2 V1 V2 UBE1 + Uo Uvs + + + + UF （1）取样环节）取样环节。由。由R3、RP、R4组成的分压电路构成，它将输出电组成的分压电路构成，它将输出电压压Uo分出一部分作为取样电压分出一部分作为取样电压UF，送到比较放大环节。送到比较放大环节。（2）基准电压）基准电压。由稳压二极管。由稳压二极管VS和电阻和电阻R2构成的稳压电路组成，构成的稳压电路组成，它为电路提供一个稳定的基准电压它为电路提