第3章 整流电路ppt课件

1、第第3章章 整流电路整流电路 3.1 单相可控整流电单相可控整流电路路 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变压器漏感对整流电路的影响路的影响 3.4 电容滤波的不可控整电容滤波的不可控整流电路流电路 3.5 整流电路的谐波和功整流电路的谐波和功率因数率因数 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整流电路的有源逆变工作状态工作状态 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 引言引言整流电路整流电路RectifierRectifier是电力电子电路中出现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

2、直流电最早的一种，它的作用是将交流电能变为直流电能供给直流用电设备。能供给直流用电设备。 整流电路的分类整流电路的分类 按组成的器件可分为不可控、半控、全控三种。按组成的器件可分为不可控、半控、全控三种。 按电路结构可分为桥式电路和零式电路。按电路结构可分为桥式电路和零式电路。 按交流输入相数分为单相电路和多相电路。按交流输入相数分为单相电路和多相电路。 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，分为单拍电路和双拍电路。为单拍电路和双拍电路。3.1 单相可控整流电路单相可控整流电路 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

3、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3.1.1 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带电阻负载的工作情况 变压器变压器T起变换电压和隔离的起变换电压和隔离的作用，其一次侧和二次侧电压瞬时作用，其一次侧和二次侧电压瞬时值分别用值分别用u1和和u2表示，有效值分别表示，有效值分别用用U1和和U2表示，其

4、中表示，其中U2的大小根的大小根据需要的直流输出电压据需要的直流输出电压ud的平均值的平均值Ud确定。确定。 电阻负载的特点是电压与电流电阻负载的特点是电压与电流成正比，两者波形相同。成正比，两者波形相同。 在分析整流电路工作时，认为在分析整流电路工作时，认为晶闸管开关器件为理想器件，晶闸管开关器件为理想器件，即晶闸管导通时其管压降等于零，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于零，除晶闸管阻断时其漏电流等于零，除非特意研究晶闸管的开通、关断过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。 改变触发时刻，改变

5、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 但瞬时值变化的脉动直流，其波形只在但瞬时值变化的脉动直流，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，波整流。加之电路中采用了可控器件晶闸管，且交流输入为单相，故该电路称为单相半波可控整流电路。整流电压故该电路称为单相半波可控整流电路。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，故该电路为单脉波整流电路。次，故该电路为单脉波整流电路。基本数量关系基本数量关系 ：从晶闸管开始承受正向阳极电压起到施加触发

6、脉冲止的电角：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称为触发延迟角，也称触发角或控制角。度称为触发延迟角，也称触发角或控制角。 ：晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度称为导通角。：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 随着随着增大，增大，Ud减小，该电路中减小，该电路中VT的的移相范围为移相范围为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。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pa

7、aapwwp2cos145. 0)cos1 (22)(sin221222UUttdUUd（3-1）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 阻感负载的特点是电感对电流变化有抗阻感负载的特点是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。拒作用，使得流过电感的电流不能发生突变。 电路分析电路分析 晶闸管晶闸管VT处于断处于断态态,id=0,ud=

8、0,uVT=u2。 在在t1时刻，即触发角时刻，即触发角处处 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。 u2由正变负的过零点处，由正变负的过零点处，id已经处于已经处于减小的过程中，但尚未降到零，因此减小的过程中，但尚未降到零，因此VT仍仍处于通态。处于通态。 t2时刻，电感能量释放完毕，时刻，电感能量释放完毕，id降降至零，至零，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。

9、下降。 3.1.1 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，将电路简化为分段线性电路。为分段线性电路。 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线性电路拓扑，器件通断状种线性电路拓扑，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处于通时，处于通时， 相当于相当于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

10、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3.1.1 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t=，id=0，这是式，这是式3-2的的初始条件。求解式初始条件。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tURitiLwsin2dd2dd)sin(2)sin(22)(2waawwtZUeZUitLRd式中，

11、， 。由此式可得出图3-2e所示的id波形。当t=+时，id=0，代入式3-3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)3.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路 假设假设为定值，为定值，角大，角大，越小。越小。 假设假设为定值，为定值，越大，越大，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，称为续流二极管，用个二极管，称为续流二极管，用 VDR表示。表示。有续流二极

12、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回路中流通，回路中流通， 此过程通常称为续流。此过程通常称为续流。 若若L足够大，足够大，id连续，且连续，且id波形接波形接 近一条水平线近一条水平线 。u2udiduVTiVTIdIdwt1wtwtwtwtwtwtOOOOOOp -ap

13、 +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 基本数量关系基本数量关系 流过晶闸管的电流平均值流过晶闸管的电流平均值IdT和有效值和有效值IT分别为：分别为： 续流二极管的电流平均值续流二极管的电流平均值IdDR和有效值和有效值IDR分别为分别为 其移相范围为其移相范围为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的峰值即的峰值即 。 续流二极管承受的电压为续流二极管承受的电压为-ud，其最大反向电压为，其最大反向电压为 ，亦为，亦为u2的峰值。的峰值。 单相半波可控整流电路的特

14、点是简单，但输出脉动大，变压器二次侧电流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和，需增中含直流分量，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。大铁芯截面积，增大了设备的容量。 3.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路ddTIIpap2ddTItdIIpapwppa2)(212ddDRIIpap2ddDRItdIIpapwpapp2)(2122(3-5)(3-6)(3-7)(3-8)22U22U3.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路u (i )pwt

15、wtwt000i2udidb)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点电点电位）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串联承受电压串联承受电压u2。 在触发角在触发角处给处给VT1和和VT4加触发加触发 脉冲，脉冲，VT1和和VT4即导通，电流从电源即导通，电流从电

16、源a端端经经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过零时，流经晶闸管的电流也降到零，降到零，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端流出，经端流出，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和和VT3的的=0处为处为t=基本数量关系基本数量关系 晶闸管承受的最大正向电压和反向电压分别为晶闸管承受的最大正向电压和反向电压分别为 和和 。 整流电压平

17、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，角的移相范围为角的移相范围为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)流过晶闸管的电流平均值流过晶闸管的电流平均值 ： 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

18、输出直流电流有效值与输出直流电流有效值I相等，相等，为为 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2cos145. 0212aRUIIddTpapapwwppa2sin212)(d)sin2(21222RUttRUITpapapwwppa2sin21)()sin2(12222RUtdtRUIIIIT21(3-11)(3-12)(3-13)(3-14)3.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路2OwtOwtOwtudidi2OwtOwtuVT

19、1,4OwtOwtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4u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 电路分析电路分析 在在u2正半周期正半周期 触发角触发角处给晶闸管处给晶闸管VT1和和VT4加触发脉冲使其开通，加触发脉冲使其开通，ud=u2。 负载电感很大，负载电感很大，id不能突变且波不能突变且波形近似为一条水平线。形近似为一条水平线。 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，并不关断。不关断。 t=+时刻，

20、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分分别向别向VT1和和VT4施加反压使施加反压使VT1和和VT4关断，流过关断，流过VT1和和VT4的电流迅速转移的电流迅速转移到到VT2和和VT3上，此过程称为换相，亦上，此过程称为换相，亦称换流。称换流。 3.1.2 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=0时，时，Ud0=0.9U2。=90时，时，Ud=0。晶闸管移。晶闸管移相范围为相范围为90。 晶闸管承受的最大正反向电压均为晶闸管承受的最大正反向电压均为 。 晶闸管导通角晶闸管

21、导通角与与无关，均为无关，均为180，其电流平均值，其电流平均值和有效值分别为：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，的矩形波，其相位由其相位由角决定，有效值角决定，有效值I2=Id。 apaaapwwpcos9 . 0cos22)( dsin21222dUUttUU22UddT21IIddT707. 021III(3-15)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

22、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使得晶闸使得晶闸管关断，此后管关断，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电，停止导电，称为停止导电称为停止导电角。角。 当当30 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

23、发而不导通，此时输出电压电流为零。触发而不导通，此时输出电压电流为零。 负载电流断续，各晶闸管导通角小于负载电流断续，各晶闸管导通角小于120。 3.2.1 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电阻负载时电阻负载时角的移相范围为角的移相范围为150。 整流电压平均值整流电压平均值 30时，负载电流连续，有时，负载电流连续，有 当当=0时，时，Ud最大，为最大，为Ud=Ud0=1.17U2。 30时，负载电流断续，晶闸管导通角减小，此时，负载电流断续，晶闸管导通角减小，此时有时有 aapwwpapapcos17.1cos263)(sin2321226562UUttdU

24、Ud)6cos(1675.0)6cos(1223)(sin2321262apappwwppapUttdUUd(3-18)(3-19)3.2.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路Ud/U2随随变化的规律变化的规律 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与与的关系的关系电阻电阻负载负载电感电感负载负载电阻电电阻电感负载感负载3.2.1 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变压器二次线电压峰值晶闸管承受的最大反向电压为变压器二次

25、线电压峰值,即即 晶闸管阳极与阴极间的最大电压等于变压器二次相电压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，即的峰值，即 RUIdd22245. 2632UUUURM22UUFM(3-20)(3-21)(3-22)3.2.1 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矩形波。闸管的电流接近矩形波。 30时，整流电压波时，整流电压波形与电阻负载时相同。形与电阻负载时相同。 30时，当时，当u2过零过零时，由于电感的存在，阻止时，由于电感的存在，阻

26、止电流下降，因而电流下降，因而VT1继续导继续导通，直到下一相晶闸管通，直到下一相晶闸管VT2的触发脉冲到来，才发生换的触发脉冲到来，才发生换流，由流，由VT2导通向负载供电，导通向负载供电，同时向同时向VT1施加反压使其关施加反压使其关断。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=60时的波时的波形形3.2.1 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 的移相范围为的移相范围为90。 整流电压平均值整流电压平均值 Ud/U2与与的关

27、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30后，后，ud中负的部中负的部分可能减少，整流电压分可能减少，整流电压平均值平均值Ud略为增加，如略为增加，如曲线曲线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与与的关系的关系3.2.1 三相半波可控整流电路三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

28、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直流分量，为此其应用较少。流中含有直流分量，为此其应用较少。ddTIIII577. 0312ddAVTIII368. 057. 1)(245. 2UUURMFM(3-23)(3-24)(3-25)3.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全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称为共阴极组；阳极连接在称为共阴极组；阳极连接在一起的一起的3个晶闸管个晶闸管VT4，VT

29、6，VT2称为共阳极组。称为共阳极组。 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，共阳极组中与共阳极组中与a，b，c三相三相电源相接的电源相接的3个晶闸管分别个晶闸管分别为为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三相桥式全控整流电路原理图3.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路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 各自然换相点既是相电压的交点，同时也是线电压的交点。各自然

30、换相点既是相电压的交点，同时也是线电压的交点。 当当60时时 ud波形均连续，对于电阻负载，波形均连续，对于电阻负载，id波形与波形与ud波形的形状是一样波形的形状是一样的，也连续。的，也连续。 =0时，时，ud为线电压在正半周的包络线。波形见为线电压在正半周的包络线。波形见图图3-19 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

31、-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=0时晶闸管工作情时晶闸管工作情况况3.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路 =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，组成，组成ud的每一段线电压因此推迟的每一段线电压因此推迟30，ud平均值降低，波形见平均值降低，波形见图图3-20。 =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平均值继续降低。平均值继续降低。=60时时ud出现了为零的点，波出现了为零的点，波形见形见图图3-21。当当60时时 因为因为id与与ud一致，一旦一致，一旦ud降为至零

32、，降为至零，id也降至零，晶闸也降至零，晶闸管关断，输出整流电压管关断，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。 =90时的波形见时的波形见图图3-22。 3.2.2 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个晶闸管同时导通，形成向负载供电的个晶闸管同时导通，形成向负载供电的回路，共阴极组的和共阳极组的各回路，共阴极组的和共阳极组的各1个，且不能为同一相个，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-VT

33、3-VT4-VT5-VT6的顺的顺序，相位依次差序，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，共阳极组极组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 。3.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路整流输出电压整流输出电压ud一周期脉动一周期脉动6次，每次脉动的波形都一样，次，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

34、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 宽脉冲触发宽脉冲触发 ：使脉冲宽度大于：使脉冲宽度大于60（一般取（一般取80100） 双脉冲触发双脉冲触发 ：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2030 。 常用的是双脉冲触发。常用的是双脉冲触发。 晶闸管承受的电压波形与三相半波时相同，晶闸管承受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、反向电压的关系也一样。最大正、反向电压的关系也一样。3.2.2 三相桥式全控整

35、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60时时 ud波形连续，电路的工作情况与带电阻负载时十分波形连续，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、输出整流电压相似，各晶闸管的通断情况、输出整流电压ud波形、晶波形、晶闸管承受的电压波形等都一样。闸管承受的电压波形等都一样。 区别在于电流，当电感足够大的时候，区别在于电流，当电感足够大的时候，id、iVT、ia的波形在导通段都可近似为一条水平线。的波形在导通段都可近似为一条水平线。 =0时的波形见时的波形见图图3-23，=30时的波形见时的波形见图图3-24。 当当60时时 由于

36、电感由于电感L的作用，的作用，ud波形会出现负的部分。波形会出现负的部分。 =90时的波形见时的波形见图图3-25。 3.2.2 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角的移相范围是角的移相范围是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角移角移相范围为相范围为90。 整流输出电压平均值整流输出电压平均值 带阻感负载时，或带电阻负载带阻感负载时，或带电阻负载60时时 带电阻负载且带电阻负载且60时时 awwpapapcos34.2)(sin63123232Uttd

37、UUd)3cos(134. 2)(sin63232apwwppapUttdUUd(3-26)(3-27)3.2.2 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3-17中所示采用星形接法，带阻感负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载时，变压器二次侧电流波形如图3-23中所示，为正负中所示，为正负半周各宽半周各宽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、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

38、路接反电势阻感负载时的三相桥式全控整流电路接反电势阻感负载时的Id为：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)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变压器漏感变压器漏感 实际上变压器绕组总有漏感，该漏感可用一个实际上变压器绕组总有漏感，该漏感可用一个集中的电感集中的电感LB表示，并将其折算到变压器二次表示，并将其折算到变压器二次侧。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

39、突变，因此换相过程不能瞬间完成，而是会不能突变，因此换相过程不能瞬间完成，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，负载电流为水平线。假设负载中电感很大，负载电流为水平线。 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udidwtOwtOgiciaibiciaIduaubuca分析从分析从VT1换相至换相至VT2的过的过程程 在在t1时刻之前时刻之前VT1导通，导通， t1时刻触发时刻触发VT2，因，因a、b两两相均有漏感，故相均有漏感，故ia、ib均不能突均不能突变，于是变，于是V

40、T1和和VT2同时导通，同时导通，相当于将相当于将a、b两相短路，两相两相短路，两相间电压差为间电压差为ub-ua，它在两相组，它在两相组成的回路中产生环流成的回路中产生环流ik如图所如图所示。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，称为换相重叠角。表示，称为换相重叠角。 w 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

41、路及波形 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平均值降平均值降低的多少，即低的多少，即 2ddddbabaduutiLutiLuukBkB556655dbdbbB66565BBB d06d13()d()()d()2 /32dd333d()d2d22dkIkkiUuutuuLttiLtL iX Itppa ga gppaapa gpawwppwwppp (3-30)(3-31)3.3 变压器漏感对整流电路的

42、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)(ddLtULuutikpw2Bd65sin ()d26kiUttXpww2256BB6655sin()d()coscos()2626tkUUitttXXwpappwwawgawtdIik)cos(cos26B2dgaaXUI2dB62)cos(cosUIXgaa(3-32)(3-33)(3-34)(3-35)(3-36)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 随其它参数变化的规律：随其

43、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90时，时，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(cosgaadBIXpdB2IXpdB23IXpdB3IXpdB2ImXp2Bd2UXI2Bd22UXI2dB62UIX2dB62UIXmUXIpsin22Bd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

44、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算 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

45、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，为此必须加吸收电路。通，为此必须加吸收电路。 换相使电网电压出现缺口，成为干扰源。换相使电网电压出现缺口，成为干扰源。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

46、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0时的情况。时的情况。 Ud3.34U2cosUd Ud3XBId IdUdR 解方程组得：解方程组得： Ud3.34U2cos（13XB/R）486.9V） Id97.38A） 又又 =2 U2 即得出即得出 =0.892 换流重叠角换流重叠角26.93 二极管电流和变压器二次测电流的有效值分别为二极管电流和变压器二次测电流的有效值分别为 IVDId397.38333.46A） I2a Id79.51A） ud、iVD1和和i2a的波形如的波形如图图3-27所示。所示。acos)cos(gaBdXI6gcos323.4 电容滤波的不

47、可控整流电路电容滤波的不可控整流电路 3.4.1 电容滤波的单相不可控整流电路电容滤波的单相不可控整流电路 3.4.2 电容滤波的三相不可控整流电路电容滤波的三相不可控整流电路 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引言引言交交直直交变频器、不间断电源、开关电交变频器、不间断电源、开关电源等应用场合大都采用不可控整流电路。源等应用场合大都采用不可控整流电路。最常用的是单相桥式和三相桥式两种接法。最常用的是单相桥式和三相桥式两种接法。 由于电路中的电力电子器件采用整流二极由于电路中的电力电子器件采用整流二极管，故也称这类电路为二极管整流电路。管，故也称这类电路为二极管整流电路。

48、3.4.1 电容滤波的单相不可控整流电路电容滤波的单相不可控整流电路工作原理及波形分析工作原理及波形分析 基本工作过程基本工作过程 在在u2正半周过零点至正半周过零点至t=0期间，因期间，因u2 和和RC 分别是电流分别是电流id断续和连续的条件。断续和连续的条件。 通常只有通常只有R是可变的，它的大小反映了负载的轻重，因此在轻载时直流侧是可变的，它的大小反映了负载的轻重，因此在轻载时直流侧获得的充电电流是断续的，重载时是连续的。获得的充电电流是断续的，重载时是连续的。 32=+t)-32( - tRC1232=+t2t)(d32sin6d)(d)+tsin(6dpdwdpwwpdwwpwqw

49、eUtU333a)b)wtwtwtwtaidaidOOOO图图3-33电容滤波的三相电容滤波的三相桥式整流电路当桥式整流电路当RC等于等于和小于时和小于时 的电流波形的电流波形a）RC= b）RCua，VT6导导通，此电流在流经通，此电流在流经LP时，时，LP上要感应一电动势上要感应一电动势up，其方，其方向是要阻止电流增大。可导向是要阻止电流增大。可导出出Lp两端电压、整流输出电两端电压、整流输出电压的数学表达式如下：压的数学表达式如下：12ddpuuu2112111()222ddpdpdduuuuuuu(3-97)(3-98)w wt1时刻时刻3.6.1 带平衡电抗器的双反星形可控整流电路

50、带平衡电抗器的双反星形可控整流电路图图3-39 平衡电抗器作用下输出电压的平衡电抗器作用下输出电压的波形和平衡电抗器上电压的波形波形和平衡电抗器上电压的波形图图3-40 平衡电抗器作用下两平衡电抗器作用下两个晶闸管同时导电的情况个晶闸管同时导电的情况虽然虽然ud1ud2，但由于，但由于Lp的平衡作的平衡作用，使得晶闸管用，使得晶闸管VT6和和VT1同时导通。同时导通。时间推迟至时间推迟至ub与与ua的交点时，的交点时，ub =ua，up=0。之后之后ub ub，电流才从，电流才从VT6换至换至VT2，此时，此时VT1、VT2同时导电。同时导电。每一组中的每一个晶闸管仍按三相每一组中的每一个晶闸

51、管仍按三相半波的导电规律而各轮流导电。半波的导电规律而各轮流导电。平衡电抗器中点作为整流电压输出平衡电抗器中点作为整流电压输出的负端，其输出的整流电压瞬时值为的负端，其输出的整流电压瞬时值为两组三相半波整流电压瞬时值的平均两组三相半波整流电压瞬时值的平均值。值。w wt tupud1,ud2OO60360w wt1 t1 w wt tb)a)uaubucucuaubub3.6.1 带平衡电抗器的双反星形可控整流电路带平衡电抗器的双反星形可控整流电路谐波分析谐波分析 将图将图3-38中中ud1和和ud2的波形用傅氏级数展开，可得当的波形用傅氏级数展开，可得当=0时的时的ud1、ud2，即，即9c

52、os4016cos3523cos411 26321 tttUudwwwp9cos4016cos3523cos411 263)60(9cos401)60(6cos352)60( 3cos411 263222 tttUtttUudwwwpwwwp由式由式3-97和和3-98可得可得 9cos2013cos212632 ttUupwwp6cos3521 2632 tUudwp 负载电压负载电压ud中的谐波分量比直流分量要小得多，而且最低次谐波为六次谐中的谐波分量比直流分量要小得多，而且最低次谐波为六次谐波。波。 直流平均电压为直流平均电压为 22017. 1)2(63UUUdp(3-99)(3-10

53、0)(3-101)(3-102)3.6.1 带平衡电抗器的双反星形可控整流电路带平衡电抗器的双反星形可控整流电路。90a。60a。30audududwtOwtOwtOuaubucucuaububucucuaububucucuaub=30、=60和和=90时输出电压的波形分析时输出电压的波形分析 当需要分析各种控制角时的当需要分析各种控制角时的输出波形时，可根据式输出波形时，可根据式3-98先求出两组三相半波电路的先求出两组三相半波电路的ud1和和ud2波形，然后做出波形波形，然后做出波形(ud1+ud2)/2。 输出电压波形与三相半波电输出电压波形与三相半波电路比较，脉动程度减小了，脉动路比较

54、，脉动程度减小了，脉动频率加大一倍，频率加大一倍，f=300Hz。 在电感负载情况下，移相范在电感负载情况下，移相范围是围是90。 在电阻负载情况下，移相范在电阻负载情况下，移相范围为围为120。 整流电压平均值为整流电压平均值为Ud=1.17图图3-41 当当 =30、60、90时，时，双反星形电路的输出电压波形双反星形电路的输出电压波形U2cos3.6.1 带平衡电抗器的双反星形可控整流电路带平衡电抗器的双反星形可控整流电路将双反星形电路与三相桥式电路进行比较可得出将双反星形电路与三相桥式电路进行比较可得出以下结论以下结论 三相桥为两组三相半波串联，而双反星形为两三相桥为两组三相半波串联，

55、而双反星形为两组三相半波并联，且后者需用平衡电抗器。组三相半波并联，且后者需用平衡电抗器。 当当U2相等时，双反星形的相等时，双反星形的Ud是三相桥的是三相桥的1/2，而而Id是单相桥的是单相桥的2倍。倍。 两种电路中，晶闸管的导通及触发脉冲的分配两种电路中，晶闸管的导通及触发脉冲的分配关系一样，关系一样，ud和和id的波形形状一样。的波形形状一样。3.6.2 多重化整流电路多重化整流电路可采用多重化整流电路减轻整流装可采用多重化整流电路减轻整流装置所产生的谐波、无功功率等对电网置所产生的谐波、无功功率等对电网的干扰，将几个整流电路多重联结可的干扰，将几个整流电路多重联结可以减少交流侧输入电流

56、谐波，而对晶以减少交流侧输入电流谐波，而对晶闸管多重整流电路采用顺序控制的方闸管多重整流电路采用顺序控制的方法可提高功率因数。法可提高功率因数。 移相多重联结移相多重联结 有并联多重联结和串联多重联结。有并联多重联结和串联多重联结。 可减少输入电流谐波，减小输出可减少输入电流谐波，减小输出电压中的谐波并提高纹波频率，因而电压中的谐波并提高纹波频率，因而可减小平波电抗器。可减小平波电抗器。 使用平衡电抗器来平衡使用平衡电抗器来平衡2组整流组整流器的电流。器的电流。 图图3-42的电路是的电路是2个三相桥并联而个三相桥并联而成的成的12脉波整流电路。脉波整流电路。图图3-42 并联多重联结并联多重

57、联结的的12脉波整流电路脉波整流电路3.6.2 多重化整流电路多重化整流电路图图3-43 移相移相30串联串联2重联结电重联结电路路移相移相30构成的串联构成的串联2重联结电路重联结电路 整流变压器二次绕组分别采用星形和三角形接法构成相位相差整流变压器二次绕组分别采用星形和三角形接法构成相位相差30、大小相等的两组电压，接到相互串联的、大小相等的两组电压，接到相互串联的2组整流桥。组整流桥。 因绕组接法不同，变压器一次绕组和两组二次绕组的匝比如图因绕组接法不同，变压器一次绕组和两组二次绕组的匝比如图所示，为所示，为1:1: 。 该电路为该电路为12脉波整流电路。脉波整流电路。 3星形星形接法接

58、法三角形三角形接法接法其他特性如下：其他特性如下： 直流输出电压直流输出电压 3.6.2 多重化整流电路多重化整流电路acoscos1对图对图3-44波形波形iA进行傅里叶分析，可得其基波幅值进行傅里叶分析，可得其基波幅值Im1和和n次谐波幅次谐波幅值值Imn分别如下：分别如下：)32(341ddmIIIpp单桥时为, 3 , 2 , 1, 112341kknInIdmnp即输入电流谐波次数为即输入电流谐波次数为12k1，其幅值与次数成反比而降低。，其幅值与次数成反比而降低。apcos662UUd功率因数功率因数(3-103)(3-104)acos9886. 0cos1位移因数位移因数（单桥时

59、相同）（单桥时相同）3.6.2 多重化整流电路多重化整流电路利用变压器二次绕阻接法的不同，互相错开利用变压器二次绕阻接法的不同，互相错开20，可将三组桥构成串联，可将三组桥构成串联3重重联结电路联结电路 整流变压器采用星形三角形组合无法移相整流变压器采用星形三角形组合无法移相20，需采用曲折接法。，需采用曲折接法。 整流电压整流电压ud在每个电源周期内脉动在每个电源周期内脉动18次，故此电路为次，故此电路为18脉波整流电路。脉波整流电路。 交流侧输入电流谐波更少，为交流侧输入电流谐波更少，为18k1次次k=1, 2, 3），），ud的脉动也更小。的脉动也更小。 输入位移因数和功率因数分别为：输

60、入位移因数和功率因数分别为：cos1=cos=0.9949cos将整流变压器的二次绕组移相将整流变压器的二次绕组移相15，可构成串联，可构成串联4重联结电路重联结电路 为为24脉波整流电路。脉波整流电路。 其交流侧输入电流谐波次为其交流侧输入电流谐波次为24k1，k=1，2，3。 输入位移因数功率因数分别为：输入位移因数功率因数分别为：cos1=cos=0.9971cos采用多重联结的方法并不能提高位移因数，但可使输入电流谐波大幅减小，采用多重联结的方法并不能提高位移因数，但可使输入电流谐波大幅减小，从而也可以在一定程度上提高功率因数。从而也可以在一定程度上提高功率因数。3.6.2 多重化整流