第6章整流电路

1、1第6章 整流电路2第6章 整流电路引言整流电路的分类整流电路的分类：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。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单相电路和多相电路多相电路。按变压器二次侧电流的方向是单向或双向，又分为单拍电路单拍电路和双拍电路双拍电路。整流电路整流电路： 出现最早的电力电子电路，将交流电变为直流电。36.1 单相可控整流电路46.1.1 单相半波可控整流电路图6-1 单相半波可控整流电路及波形1 1）带电阻负载的工作情况）带电阻负载的工作情况变压器T起变换电压和电气隔离的作用。电阻负载的特点电阻负载的特点：电压与电流成

2、正比，两者波形相同。wwwwtTVTR0a)u1u2uVTudidwt1p2 ptttu2uguduVTaq0b)c)d)e)00 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)5 VT的a 移相范围为180 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相位控制方式，简称相控方式相控方式。 首先，引入两个重要的基本概念： 触发延迟角触发延迟角：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,用a表示,也称触发角或控制角。导通角导通角：晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度，用表示

3、。基本数量关系基本数量关系直流输出电压平均值为paaapwwp2cos145. 0)cos1 (22)(sin221222dUUttdUU(6-1)66.1.1 单相半波可控整流电路2) 带阻感负载的工作情况带阻感负载的工作情况 图6-2 带阻感负载的 单相半波电路及其波形阻感负载的特点阻感负载的特点：电感对电流变化有抗拒作用，使得流过电感的电流不发生突变。讨论负载阻抗角j、触发角a、晶闸管导通角的关系。wttwwtwtwu20wt1p2 ptug0ud0id0uVT0qab)c)d)e)f)+ + +7对单相半波电路的分析可基于上述方法进行：v当VT处于断态时，相当于电路在VT处断开，id=

4、0。v当VT处于通态时，相当于VT短路。图6-3 单相半波可控整流电路的分段线性等效电路a)VT处于关断状态 b)VT处于导通状态 a)b)VTRLVTRLu2u2电力电子电路的一种基本分析方法v通过器件的理想化，将电路简化为分段线性电路。v器件的每种状态对应于一种线性电路拓扑。8当VT处于通态时，如下方程成立：VTb)RLu2b) VT处于导通状态tURitiLwsin2dd2dd（6-2）)sin()sin(tanjaqjajqe（6-4）v 初始条件：t= a ，id=0。求解式（6-2）并将初始条件代入可得v 当t=+a 时，id=0，代入式（6-3）并整理得 )sin(2)sin(2

5、2)(2djwjaawwtZUeZUitLR（6-3）22)( LRZwRLwjarctan其中 ，9续流二极管续流二极管u2udiduVTiVTIdIdwt1wtwtwtwtwtwtOOOOOOp-ap+ab)c)d)e)f)g)iVDRa)图6-4 单相半波带阻感负载有续流二极管的电路及波形 当u2过零变负时，VDR导通，ud为零，VT承受反压关断。 L储存的能量保证了电流id在L-R-VDR回路中流通，此过程通常称为续流续流。 数量关系数量关系(id近似恒为Id）ddVT2IIpap（6-5）d2dVT2)(21ItdIIpapwppa（6-6）ddVDRIIpap2（6-7）d22dV

6、D2)(21RItdIIpapwpapp（6-8）106.1.1 单相半波可控整流电路VT的a 移相范围为180 。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。实际上很少应用此种电路。分析该电路的主要目的建立起整流电路的基本概念。 单相半波可控整流电路的特点单相半波可控整流电路的特点116.1.2 单相桥式全控整流电路1) 带电阻负载的工作情况带电阻负载的工作情况a)u (i )pwtwtwt000i2udidb)c)d)ddaauVT1,4图6-5 单相全控桥式带电阻负载时的电路及波形工作原理及波形分析工作原理及波形分析 VT1和VT4组成一对桥臂，在u2正半周

7、承受电压u2，得到触发脉冲即导通，当u2过零时关断。 VT2和VT3组成另一对桥臂，在u2正半周承受电压-u2，得到触发脉冲即导通，当u2过零时关断。电路结构电路结构单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路(Single Phase Bridge Contrelled Rectifier)12数量关系数量关系paaapwwp2cos19 . 02cos122)( dsin21222dUUttUU（6-9）a 角的移相范围为180。 向负载输出的平均电流值为： 流过晶闸管的电流平均值只有输出直流平均值的一半，即：2cos145.0212ddVTaRUII（6-10）2cos19 . 02cos1

8、2222ddaapRURURUI(6-11)13 流过晶闸管的电流有效值： 变压器二次测电流有效值I2与输出直流电流I有效值相等： 由式（6-12）和式（6-13）得：不考虑变压器的损耗时，要求变压器的容量 S=U2I2。papapwwppa2sin212)(d)sin2(21222VTRUttRUI（6-12）papapwwppa2sin21)()sin2(12222RUtdtRUII（6-13）II21VT（6-14）146.1.2 单相桥式全控整流电路2）带阻感负载的工作情况）带阻感负载的工作情况 u2OwtOwtOwtudidi2b)OwtOwtuVT1,4OwtOwtIdIdIdId

9、IdiVT2,3iVT1,4图6-6 单相全控桥带阻感负载时的电路及波形 假设电路已工作于稳态，id的平均值不变。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。 u2过零变负时，晶闸管VT1和VT4并不关断。 至t=+a 时刻，晶闸管VT1和VT4关断，VT2和VT3两管导通。 VT2和VT3导通后，VT1和VT4承受反压关断，流过VT1和VT4的电流迅速转移到VT2和VT3上，此过程称换相换相，亦称换流换流。15 数量关系数量关系apaaapwwpcos9 . 0cos22)(dsin21222dUUttUU（6-15） 晶闸管移相范围为90。 晶闸管导通角与a无关，均为180。电

10、流的平均值和有效值： 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a角决定，有效值I2=Id。ddT21IIddT707. 021III 晶闸管承受的最大正反向电压均为 。22U166.1.2 单相桥式全控整流电路3） 带反电动势负载时的工作情况图6-7 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 在|u2|E时，才有晶闸管承 受正电压，有导通的可能。在a 角相同时，整流输出电压比电阻负载时大。导通之后， ud=u2， ， 直至|u2|=E，id即降至0使得 晶闸管关断，此后ud=E 。REuidd与电阻负载时相比，晶闸管提前了电角度停止导电，称为停止导电角，212si

11、nUE（6-16）b)idOEudwtIdOwtaq17当 30 的情况（的情况（图6-14 ） 特点：负载电流断续，晶闸管导通角小于120 。29aapwwpapapcos17.1cos263)(sin2321226562dUUttdUU（6-18）当a=0时，Ud最大，为 。2d0d17.1UUU)6cos(1675. 0)6cos(1223)(sin2321262dapappwwppapUttdUU(6-19)整流电压平均值的计算整流电压平均值的计算a30时，负载电流连续，有：a30时，负载电流断续，晶闸管导通角减小，此时有：306.2.1 三相半波可控整流电路Ud/U2随a变化的规律如

12、图6-15中的曲线1所示。03060901201501.17321a/( )Ud/U2图6-15 三相半波可控整流电路Ud/U2随a变化的关系1电阻负载 2电感负载 3电阻电感负载316.2.1 三相半波可控整流电路 负载电流平均值为 晶闸管承受的最大反向电压，为变压器二次线电压峰值，即晶闸管阳极与阴极间的最大正向电压等于变压器二次相电压的峰值，即RUIdd（6-20）222RM45.2632UUUU（6-21）22UUFM（6-22）326.2.1 三相半波可控整流电路2）阻感负载）阻感负载图6-16 三相半波可控整流电路，阻感负载时的电路及a =60时的波形 特点：阻感负

13、载，L值很大，id波形基本平直。 a30时：整流电压波形与电阻负载时相同。 a30时（如a=60时的波形如图6-16所示）。u2过零时，VT1不关断，直到VT2的脉冲到来，才换流，ud波形中出现负的部分。id波形有一定的脉动，但为简化分析及定量计算，可将id近似为一条水平线。 阻感负载时的移相范围为90。udiauaubucibiciduacOwtOwtOOwtOOwtawtwt33数量关系数量关系 由于负载电流连续， Ud可由式（6-18）求出，即 Ud/U2与a成余弦关系，如图6-15中的曲线2所示。如果负载中的电感量不是很大，Ud/U2与a的关系将介于曲线1和2之间，曲线3给出了这种情况

14、的一个例子。03060901201501.17321a/( )Ud/U2图6-15 三相半波可控整流电路Ud/U2随a变化的关系1电阻负载 2电感负载 3电阻电感负载34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 晶闸管最大正、反向电压峰值均为变压器二次线电压峰值 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。ddVT2577. 031IIII（6-23）dVTVT(AV)368. 057. 1III（6-24）2RMFM45. 2UUU（6-25）356.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥是应用最为广泛的整流电路共阴极组共阴极组阴极连接

15、在一起的3个晶闸管（VT1，VT3，VT5）共阳极组共阳极组阳极连接在一起的3个晶闸管（VT4，VT6，VT2）图6-17 三相桥式全控整流电路原理图导通顺序： VT1VT2 VT3 VT4 VT5VT6366.2.2 三相桥式全控整流电路1）带电阻负载时的工作情况）带电阻负载时的工作情况当a60 时，ud波形均连续，对于电阻负载，id波形与ud波形形状一样，也连续 波形图： a =0 （图618 ） a =30 （图619） a =60 （图620）当a60 时，ud波形每60中有一段为零，ud波形不能出现负值 波形图： a =90 （ 图621）带电阻负载时三相桥式全控整流电路a角的移相范

16、围是120376.2.2 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61所示时 段IIIIIIIVVVI共阴极组中导通的晶闸管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共阳极组中导通的晶闸管VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流输出电压udua-ub=uabua-uc=uacub-uc=ubcub-ua=ubauc-ua=ucauc-ub=ucb 请参照图618386.2.2 三相桥式全控整流电路（2）对触发脉冲的要求：按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，相位依次差60。共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差120，共阳极组VT4、VT6、VT2也依次差120。同一

17、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180。 三相桥式全控整流电路的特点特点（1）2管同时通形成供电回路，其中共阴极组和共阳极组各1，且不能为同1相器件。39（3）ud一周期脉动6次，每次脉动的波形都一样，故该电路为6脉波整流电路。（4）需保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲可采用两种方法：一种是宽脉冲触发 一种是双脉冲触发（常用） (5）晶闸管承受的电压波形与三相半波时相同，晶闸管承受最大正、反向电压的关系也相同。 三相桥式全控整流电路的特点特点40a60 时时（a =0 图622；a =30 图623） ud波形连续，工作情况与带电阻负载时十分相似

18、。 各晶闸管的通断情况 输出整流电压ud波形 晶闸管承受的电压波形6.2.2 三相桥式全控整流电路2) 阻感负载时的工作情况阻感负载时的工作情况主要包括a 60 时（时（ a =90图624） 阻感负载时的工作情况与电阻负载时不同。 电阻负载时，ud波形不会出现负的部分。 阻感负载时，ud波形会出现负的部分。带阻感负载时，三相桥式全控整流电路的a角移相范围为90 。 区别在于：得到的负载电流id波形不同。 当电感足够大的时候， id的波形可近似为一条水平线。416.2.2 三相桥式全控整流电路3) 定量分析定量分析当整流输出电压连续时（即带阻感负载时，或带电阻负载a60 时）的平均值为： 带电

19、阻负载且a 60时，整流电压平均值为：输出电流平均值为 ：Id=Ud /Rawwpapapcos34.2)(sin63123232dUttdUU（6-26）)3cos(134.2)(sin63232dapwwppapUttdUU（6-27）42当整流变压器为图6-17中所示采用星形接法，带阻感负载时，变压器二次侧电流波形如图6-23中所示，其有效值为：ddddIIIII816. 03232)(3221222ppp（6-28）晶闸管电压、电流等的定量分析与三相半波时一致。接反电势阻感负载时，在负载电流连续的情况下，电路工作情况与电感性负载时相似，电路中各处电压、电流波形均相同。仅在计算Id时有所不同，接反电势阻感负载时的Id为：REUIdd（6-29）式中R和E分别为负载中的电阻值和反电动势的值。43图6-13 三相半波可控整流电路，电阻负载，a=30时的波形a =30u2uaubucOwtOwtOwtOwtOwtuGuduabuacwt1iVT1uVT1uac44图6-14 三相半波可控整流电路，电阻负三相半波可控整流电路，电阻负载，载， a=60=60 时的波形时的波形45图6-18 三相桥式全控整流电路带电阻负载a=0时的波形wwwwu2ud1ud2u2Luduabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuabuacubcubaucaucbuabu