第三章 AC-DC变换电路 Part-A(1)

1、1第三章第三章 整流电路整流电路3.1 3.1 概述概述一、整流的概念一、整流的概念ACDC负载负载注意下标：注意下标：d平均值、平均值、VTSCR参数、参数、无无d有效值、有效值、m最大值最大值平均值：表示直流输出电压电流平均值：表示直流输出电压电流有效值：衡量发热，选择元器件等有效值：衡量发热，选择元器件等瞬时值：用于波形分析瞬时值：用于波形分析最大值：用于表示管子承受的正反向电压最大值：用于表示管子承受的正反向电压2二、整流电路的研究内容二、整流电路的研究内容1、分析电路整流的、分析电路整流的原理原理（负载上如何得到单方（负载上如何得到单方向的电压电流）向的电压电流）2、画出电压电流、画

2、出电压电流波形波形（ud、id、uVT、iVT、i2）3、根据波形、根据波形计算计算（Ud、Id、IVT、IdVT、I2、UTm）4、根据上述计算值、根据上述计算值选择选择晶闸管的额定电压和额晶闸管的额定电压和额定电流，以及变压器二次侧容量等定电流，以及变压器二次侧容量等5、根据、根据Ud的计算式确定的计算式确定移相范围移相范围6、注意负载的性质对整流电路的影响、注意负载的性质对整流电路的影响3三、整流电路的分类三、整流电路的分类：自自20世纪世纪20年代迄今已经历了以下几个发展阶段：年代迄今已经历了以下几个发展阶段：第一阶段：旋转式变流机组（电动机发电机组）；第一阶段：旋转式变流机组（电动机

3、发电机组）；第二阶段：静止式离子整流器；第二阶段：静止式离子整流器；第三阶段：静止式半导体整流器；第三阶段：静止式半导体整流器； 按组成的器件可分为不可控、半控、全控不可控、半控、全控三种按电路结构可分为桥式电路桥式电路和零式电路零式电路按交流输入相数分为单相电路、三相电路单相电路、三相电路和多相电路多相电路4GTRGTO半桥电路桥式电路按主电路结构全桥电路零式电路单相电路按电网相数三相电路多相电路电压型电路按输出端滤波方式电流型电路不可控电路普通晶闸管电路整流电路按组成器件或电路混合式电路低频电路按器件开关频率按输出电压高频电路可控电路的可控性相控式电路按控制方式斩控式电路混合式电路单象限电

4、路按工作范围多象限电路 53.2 单相可控整流电路单相可控整流电路 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路 单相桥式半控整流电路单相桥式半控整流电路 单相全波可控整流电路单相全波可控整流电路63.2.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路Single Phase Half Wave Controlled Rectifier 一、电阻性负载一、电阻性负载1 1、电路及工作原理、电路及工作原理 VT导通导通 VT截止截止 u2正半周且有触发脉冲以后正半周且有触发脉冲以后u2正半周且有触发脉冲之前正半周且有触发脉冲之前u2 负半周负半周ud=u2ud

5、=0+-uguVT=0uVT=u273.2.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路2、名词术语和概念名词术语和概念 控制角（触发角、移相角）控制角（触发角、移相角） 从晶闸管开始承受正向阳极电压起到施加触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发脉冲止的电角度导通角导通角 晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度移相移相改变触发脉冲出现的时刻改变触发脉冲出现的时刻, , 即改变控制即改变控制角角“的大小，称为移相。的大小，称为移相。相位控制方式（相控方式）相位控制方式（相控方式）这种通过控制这种通过控制触发脉冲的相位来控制直流输出电压大小

6、的方式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。称为相位控制方式，简称相控方式。83.2.1 单相半波可控整流电单相半波可控整流电路路移相范围移相范围改变控制角改变控制角使输出整流电压的使输出整流电压的平均值从最大值降到最小值（平均值从最大值降到最小值（0或负最大值），或负最大值），控制角控制角 的变化范围。的变化范围。同步同步使触发脉冲与可控整流电路的电源电使触发脉冲与可控整流电路的电源电压之间保持频率和相位的协调关系称为同步。压之间保持频率和相位的协调关系称为同步。使触发脉冲与电源电压保持同步是电路正常工使触发脉冲与电源电压保持同步是电路正常工作必不可少的条

7、件。作必不可少的条件。换流换流在可控整流电路中，从一路晶闸管导在可控整流电路中，从一路晶闸管导通变换为另一路品闸管导通的过程或电流从一通变换为另一路品闸管导通的过程或电流从一条支路转移到另一条支路的过程称为换流，也条支路转移到另一条支路的过程称为换流，也称换相。称换相。93.2.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路2cos145. 0)cos1 (22)(sin222221UUttdUUd3、参数计算、参数计算018045.0002ddoUUU时，时，本电路中，本电路中， 的移相范围的移相范围0180ddVTddIIRURUI2cos145. 02103.2.1 单相半波可控整流电路单

8、相半波可控整流电路22sin41sin221222UtdtUU22sin41)sin2(21222RUtdtRUIT22sin41cos2222UUIUUIIUUISPTTTU U VTm VTm （SCRSCR承受的正反向峰值电压）为承受的正反向峰值电压）为22U晶闸管导通角与控制角间有固定的关系，可表示为：晶闸管导通角与控制角间有固定的关系，可表示为：113.2.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路二、阻感性负载二、阻感性负载1、电感的性能、电感的性能电感对电流的变化有抗拒作用，即其中的电感对电流的变化有抗拒作用，即其中的电流是不能突变的。当电感中的电流变化时，电流是不能突变的。当

9、电感中的电流变化时，会产生自感电势，其极性阻止电流变化。会产生自感电势，其极性阻止电流变化。VT导通导通 VT截止截止 ud=u2ud=0uVT=0uVT=u2123.2.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路2、整流原理及波形、整流原理及波形 3、出现负半波的后果、出现负半波的后果（1） 电压平均值减小（与阻性负载比）电压平均值减小（与阻性负载比）（2） 若若LR，则，则Ud0（正半波面积（正半波面积负半波负半波面积）失去整流的意义面积）失去整流的意义解决方法：设法消除负半波，可加一续流二极管解决方法：设法消除负半波，可加一续流二极管133.2.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流

10、电路三、带续流二极管的电路三、带续流二极管的电路1、特点及波形、特点及波形 电压波形没有负半波，与阻性负载时相同电压波形没有负半波，与阻性负载时相同LR（L或或L足够大足够大）负载电流波形近）负载电流波形近似平直连续似平直连续2cos145. 02UUd2cos145. 02RURUIdd143.2.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路2、IdVT、IVT的计算的计算3、其他说明、其他说明晶闸管和二极管的最大正反向电压为晶闸管和二极管的最大正反向电压为2*U2最大移相范围最大移相范围180触发脉冲应采用宽脉冲触发脉冲应采用宽脉冲单相半波可控整流电路的优点：简单，易调单相半波可控整流电路

11、的优点：简单，易调整整缺点：输出脉动大，变压器存在直流分量，缺点：输出脉动大，变压器存在直流分量，铁心直流磁化铁心直流磁化适用场合：小容量，要求不高的场合适用场合：小容量，要求不高的场合153.2.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路一、电阻性负载一、电阻性负载1、整流原理及波形、整流原理及波形 VT1、VT4成对触发成对触发VT2、VT3成对触发成对触发（1） ud、id波形波形（2） uVT波形（以波形（以uVT1、uVT4波形为例）波形为例）Single-phase bridge fully-controlled rectifierd1d216d1d2+-d1d2d1d2-+VT

12、1VT4导通导通ud=uab=u2uVT1,4=0VT2VT3导通导通ud=uba=-u2uVT1,4=uab=u2VT1VT4都不导通时都不导通时ud=0uVT1,4=u2/2173.2.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路2cos19 . 0)(sin2221UttdUUd2、参数计算、参数计算001800移相范围：ddVTddIIRUI212sin21)()sin22221UtdtUU（222222IUSIIIIIRUIVTVT221cossin22UIU I183.2.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路二、阻感性负载（二、阻感性负载（LR）1、整流原理及波形、整流原理

13、及波形2、参数计算（无续流二极管）、参数计算（无续流二极管）COSUttdUUd2219 . 0)(sin200900移相范围：2221221UUIIRUIIIIIIITmdddVTddTdTmTNVTAVTUUII)32(57. 125 . 1）（选择时）（19d1d2d1d2+-+VT1VT4导通导通ud=uab=u2uVT1,4=0VT2VT3导通导通ud=uba=-u2uVT1,4=uab=u2d1d2203.2.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路3、特点、特点大大L（不加续流二极管）（不加续流二极管）ud波形连续，有负半波形连续，有负半波，波，Ud=0.9U2cos大大L（

14、加续流二极管）（加续流二极管）ud无负半波，波形断续，无负半波，波形断续，Ud=0.9U2（1+cos）/2，波形同电阻性负载。，波形同电阻性负载。大大L，id平直平直=Id，VT的电流是方波的电流是方波小小L，ud有负半波且不连续有负半波且不连续213.2.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路三、反电势负载三、反电势负载1、整流特点、整流特点（1） 只有只有u2的瞬时值大于负载反的瞬时值大于负载反电势时，电势时，SCR才能被触发导通才能被触发导通（2） SCR导通后，导通后，ud=u2=E+Id*R2、波形、波形=arcsin（E/2*U2）停止导通停止导通角角a)b)REidudi

15、dOEudtIdOt 223.2.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路REUIdd3、存在问题存在问题（1 1） SCR SCR导通角导通角 V VT T=-=-（2 2） i id d不连续，机械特性变软不连续，机械特性变软为了解决这一问题，一般要为了解决这一问题，一般要串入平波电抗器串入平波电抗器，使电流连续，此时电路工作情况与使电流连续，此时电路工作情况与大电感大电感时相时相同同，ud的波形、的波形、Ud的计算亦同。的计算亦同。Id的计算不同的计算不同。23作业：作业：1、单相桥式全控整流电路，、单相桥式全控整流电路，U2100V，负载中，负载中R2，L值极大，当值极大，当30时

16、，要求：时，要求：作出作出ud、id、和、和i2的波形；的波形；求整流输出平均电压求整流输出平均电压Ud、电、电流流Id，变压器二次电流有效值，变压器二次电流有效值I2；考虑安全裕考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。2、单相桥式全控整流电路，、单相桥式全控整流电路，U2=100V，负载中，负载中R=2，L值极大，反电势值极大，反电势E=60V，当，当a=30 时，时，要求：要求： 作出作出ud、id和和i2的波形；的波形； 求整流输出求整流输出平均电压平均电压Ud、电流、电流Id，变压器二次侧电流有效值，变压器二次侧电流有效值I2； 考虑安全裕量，

17、确定晶闸管的额定电压考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。和额定电流。243.2.3 单相桥式半控整流电路单相桥式半控整流电路一、不加续流二极管一、不加续流二极管特点特点：（1）整流电压波形和电阻整流电压波形和电阻负载时相同，无负半波，整负载时相同，无负半波，整流电压计算也相同。流电压计算也相同。（2）电流波形近似平直连电流波形近似平直连续（大电感）续（大电感）（3）晶闸管和二极管的波晶闸管和二极管的波形是形是1/21/2周期的方波周期的方波Single-phase bridge half-controlled rectifier253.2.3 单相桥式半控整流电路单相桥式半控整流电路

18、注意：半控桥大电感负载不加注意：半控桥大电感负载不加VDVDR R时也没有负半时也没有负半波，但脉冲故障时会失控。波，但脉冲故障时会失控。所谓所谓失控现象失控现象指晶闸管失去控制作用而不能关断，指晶闸管失去控制作用而不能关断，总处于导通状态，而另两只整流管却在电压总处于导通状态，而另两只整流管却在电压u u2 2=0=0时自然换相而导通。这种现象会使晶闸时自然换相而导通。这种现象会使晶闸管很容易因过载而损坏。管很容易因过载而损坏。26二、二、加续流二极管（续流二极管为了防止失控）加续流二极管（续流二极管为了防止失控）（1）工作波形工作波形 （2）参数计算参数计算3.2.3 单相桥式半控整流电路

19、单相桥式半控整流电路RUICOSUUddd219 . 0222RRdVTdVTddVDdVDdIIIIIIIIa)TabRLOb)u2i2udidVT1VT2VD3VD4VDRu2OudidIdOOOOOi2IdIdIdIdIdttttttt iVT1iVD4iVT2iVD3iVDR27a)TabRLOb)u2i2udidVT1VT2VD3VD4VDRu2OudidIdOOOOOi2IdIdIdIdIdtttttttiVT1iVD4iVT2iVD3iVDRa)TabRLOb)u2i2udidVT1VT2VD3VD4VDRu2OudidIdOOOOOi2IdIdIdIdIdttttttt iVT

20、1iVD4iVT2iVD3iVDRVT1、VD4导通导通VT2、VD3导通导通VDR导通导通283.2.4 单相全波可控整流电路单相全波可控整流电路（单相双半波可控整流电路）（单相双半波可控整流电路）单相全波和单相全控桥区别：单相全波和单相全控桥区别：（1） 单相全波的变压器单相全波的变压器二次侧绕组带心抽头，结二次侧绕组带心抽头，结构复杂构复杂（2） 单相全波电路只用单相全波电路只用了两个晶闸管，但每个晶了两个晶闸管，但每个晶闸管承受的最大电压是单闸管承受的最大电压是单相全控桥的两倍相全控桥的两倍（3） 导电回路只含一个导电回路只含一个晶闸管，少一个管压降晶闸管，少一个管压降（4）门极驱动电

21、路只门极驱动电路只需要两个，比单相全需要两个，比单相全控桥也少控桥也少2 2个个Single-phase full-wave controlled rectifier29 3.33.3 三相可控整流电路三相可控整流电路1 1、 本节为整流重点本节为整流重点2 2、 三相半波是基础三相半波是基础3 3、 本节的重点本节的重点（1 1） u ud d、i id d、u uV VT T的波形的波形（2 2）UUd d、I Id d、I IV VT T、I I2 2的计算的计算4 4、 应注意的几个问题应注意的几个问题（1 1）=0=0的位置的位置（2 2）uud d的波形连续和不连续时，的波形连续和

22、不连续时，U Ud d的计算特点的计算特点（3 3）RR和大和大L L负载时电流波形的特点和计算规律负载时电流波形的特点和计算规律303.3.13.3.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路 Three-phase half-wave controlled rectifier电路可分为共阴极接法和共阳极接法电路可分为共阴极接法和共阳极接法一、共阴极接法一、共阴极接法（一）电阻性负载（一）电阻性负载 1 1、整流原理及波形、整流原理及波形u ud d和和i id d波形形状相同波形形状相同（1 1） =0 =0的位置在自然换流点的位置在自然换流点（2 2） 各触发脉冲依次间隔各触发脉冲依次

23、间隔120120（3 3） ud波形：波形：=0时，波形与不可控相同时，波形与不可控相同30（=30为例）电流连续为例）电流连续 =12030（=60为例）电流不连续为例）电流不连续=150-VT1VT2VT3313.3.13.3.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路2、uVT的波形（以的波形（以uVT1的波形为例）的波形为例）VT1导通导通uVT1=0VT2导通导通uVT1=ua-ub=uabVT3导通导通uVT1=ua-uc=uac都不导通都不导通uVT1=ua注意：注意：角以自然换流点向右计，三个脉冲同时向右角以自然换流点向右计，三个脉冲同时向右计计VT1VT2VT3323 3、

24、参数计算、参数计算整流电压平均值的计算整流电压平均值的计算 （1）a30 时，负载电流连续，有：时，负载电流连续，有： 当当a=0时，时，Ud最大，为最大，为 。 （2）a30 时，负载电流断续，晶闸管导通角减时，负载电流断续，晶闸管导通角减小，此时有：小，此时有： cos17.1cos263)(sin2321226562UUttdUUd2d0d17.1UUU)6cos(1675. 0)6cos(1223)(sin23212262UUttdUUd3.3.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路333.3.1 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

25、承受的最大反向电压，为变压器二次线晶闸管承受的最大反向电压，为变压器二次线电压峰值，即电压峰值，即晶闸管阳极与阴极间的最大正向电压等于变压晶闸管阳极与阴极间的最大正向电压等于变压器二次相电压的峰值，即器二次相电压的峰值，即 RUIdd222RM45.2632UUUU22UUFM34（二）阻感性负载（大电感）（二）阻感性负载（大电感）电流波形近似平直连续电流波形近似平直连续1、30（=30为例）为例）ud波形与电阻性负波形与电阻性负载时相同载时相同2、3090（=60为例）由于电感的为例）由于电感的作用，作用，ud波形出现负半波，波形出现负半波，ud波形仍然连续。波形仍然连续。3、大电感加续流二

26、极管，、大电感加续流二极管，ud无负半波，无负半波， 3090时时ud波形不连续。波形不连续。3.3.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路353.3.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路参数计算：参数计算： 由于负载电流连续，因此由于负载电流连续，因此 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、反向电压峰值为晶闸管最大正、反向电压峰值为cos17. 1cos2UUUd0dddVT2577. 031IIII57. 1) 25 . 1 (VTT(AV)II2RMFM45. 2UUU36三相半波可控整

27、流电路小结三相半波可控整流电路小结1. =01. =0的位置在相电压自然换流点的位置在相电压自然换流点共阴极接法共阴极接法相电压正半波交点相电压正半波交点共阳极接法共阳极接法相电压负半波交点相电压负半波交点2. 2. 三相脉冲互差三相脉冲互差120120，同时移相，同时移相3. 3. 电阻性负载和大电感加续流二极管负载电阻性负载和大电感加续流二极管负载 3030电流连续电流连续 =120=120 3030电流不连续电流不连续=150=150-移相范围移相范围1501503.3.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路373.3.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路大电感负载大电感负

28、载3030u ud d波形与电阻性负载时相同波形与电阻性负载时相同=120=1203030 9090u ud d波形出现负半波，波形出现负半波，u ud d波形仍然连续。波形仍然连续。移相范围移相范围90904. 4. 半波整流的优缺点半波整流的优缺点优点：三相平衡，线路简单优点：三相平衡，线路简单缺点：（缺点：（1 1）有直流磁化）有直流磁化 （2 2）变压器每周最多工作）变压器每周最多工作120120，利用率底，利用率底 （3 3）零线电压大，导线粗）零线电压大，导线粗38作业：作业：三相半波可控整流电路，三相半波可控整流电路，U2=100V，带电阻，带电阻电感负载，电感负载，R=5，L值

29、极大，当值极大，当a=60 时，要求：时，要求：（1）画出）画出ud、id、uVT2和和iVT3的波形；的波形；（2）计算）计算Ud、Id、IdVT和和IVT。39一、电路特点一、电路特点3.3.23.3.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路 Three-phase bridge fully-controlled rectifierbacTn负载iaidudVT1VT3VT5VT4VT6VT2d2d1共阴极组共阴极组阴阴极连接在一起的极连接在一起的3个晶闸管（个晶闸管（VT1，VT3，VT5）共阳极组共阳极组阳阳极连接在一起的极连接在一起的3个晶闸管（个晶闸管（VT4，VT6，VT2）

30、导通顺序：导通顺序： VT1VT2 VT3 VT4 VT5VT6403.3.23.3.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路二、整流原理二、整流原理1 1、工作时，共阴极和共阳极组成对导通才能形成、工作时，共阴极和共阳极组成对导通才能形成通路通路2 2、六个晶闸管导通的顺序是：、六个晶闸管导通的顺序是： 6 6，1111，2222，3333，4444，5555，6666，1 13 3、线电压整流、线电压整流通常是线电压最高的两只晶闸管触发导通通常是线电压最高的两只晶闸管触发导通413.3.2 三相桥式全控整流电路晶闸管及输出整流电压的情况如表所示晶闸管及输出整流电压的情况如表所示时时 段

31、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udua-ub=uabua-uc=uacub-uc=ubcub-ua=ubauc-ua=ucauc-ub=ucb42bacTn负载iaidudVT1VT3VT5VT4VT6VT2d2d13.3.2 三相桥式全控整流电路6，11，22，33，44，55，66，1433.3.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路三、不同三、不同 角时的波形（大电感不加续流二极管）角时的波形（大电感不加续

32、流二极管）1 1、=0=0每个管子导通每个管子导通120120，i id d平直，平直，i iV VT T为方波为方波2 2、=30=30六脉冲同时右移六脉冲同时右移30301 1）u ud d的波形是触发导通后线电压的部分的波形是触发导通后线电压的部分2 2）u uVTVT的波形（以的波形（以u uV VT1T1、u uV VT2T2的波形为例）的波形为例）3 3、 =60=60、90 90 时波形时波形大电感负载不加续流二极管：大电感负载不加续流二极管： 6060电压波形连续，电压波形连续，但有负半波但有负半波电阻性负载和大电感负载加续流二极管：电阻性负载和大电感负载加续流二极管： 606

33、0电电压波形不连续压波形不连续以上三种情况，以上三种情况，6060电压波形连续，没有负半波电压波形连续，没有负半波443.3.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路四、三相全控桥对脉冲的要求四、三相全控桥对脉冲的要求1 1、每周发六个脉冲，间隔、每周发六个脉冲，间隔6060，顺序，顺序1234561234562 2、=0=0的位置在自然换流点的位置在自然换流点3 3、00时，六脉冲同时右移时，六脉冲同时右移4 4、为了保证成对触发：、为了保证成对触发：（1 1）用宽脉冲，脉宽大于）用宽脉冲，脉宽大于6060（2 2）用双窄脉冲，同时发出两个脉冲，使共阴极）用双窄脉冲，同时发出两个脉冲，使共阴极组和共阳极组应导通的晶闸管都有脉冲。另一组和共阳极组应导通的晶闸管都有脉冲。另一个脉冲个脉冲补发脉冲补发脉冲453.3.2 三相桥式全控整流电路五、参数计算五、参数计算当整流输出电压连续时（即带阻感负载时，当整流输出电压连续时（即带阻感负载时，或带电阻负载或带电阻负载a a6060 时）的平均值为：时）的平均值为： 带电阻负载且带电阻负载且a a 6060 时，整流电压平均值时，整流电压平均值为：为： 输出电流平均值为输出电流平均值为 ：I Id d= =U Ud d / /R Rcos34.2)(sin63123232UttdUUd)3cos(