电力电子(模板)第2章课件

1、第第2 2章可控整流电路章可控整流电路第第2 2章可控整流电路章可控整流电路第第2 2章可控整流电路章可控整流电路 2.1单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路 单相可控整流电路因其具有电路简单、投资少和制造、调试、维修方便等优点，一般4KW以下容量的可控整流装置采用较多。2.1.1电阻性负载电阻性负载222sinuUt电路图电路图2.1.1电阻性负载电阻性负载几个重要的基本概念：几个重要的基本概念： 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称为，用表示。2.1.1电阻

2、性负载电阻性负载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2.1.1电阻性负载电阻性负载工作原理工作原理 0- 期间，没有触发脉冲，T正向阻断。 时刻加触发脉冲，T导通，R上有电流流 过。负载电压ud=u2 。 u2负半周，晶闸管承受反向电压，处于反 向截止状态，u2全部加在晶闸管两端，负 载上的电压为零。a2.1.1电阻性负载电阻性负载 直流输出电压平均值直流输出电压平均值为为aaa2cos145. 0)cos1 (22)(sin221222dUUttdUU VT的 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，简称相控方式。 a带阻感负载的

3、单相半波电路及其波形（不带续流二极管）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2.1.2 电感性负载及续流二极管电感性负载及续流二极管2.1.2 电感性负载及续流二极管电感性负载及续流二极管 工作原理工作原理 电源电压的正半周，晶闸管处于正向阻断状态。 时触发晶闸管，晶闸管由正向阻断状态转为导通状态，电流 从0开始上升，至 时上升至最大值，随后开始下降。在电源电压由正变负的过零点处，由于电感储能作用，使 尚未降至零，晶闸管仍处于导通状态。tadid2i Ru带续流二极管的单相半波 相控整流电路及其波形2.1.2 电感性负载及续流二极管电感性负载及续流

4、二极管2.1.2 电感性负载及续流二极管电感性负载及续流二极管 带续流二极管带续流二极管 当过零变负时，续流二极管因承受正向电压而导通，负载电流经续流二极管构成通路，电感释放储能。2.1.2 电感性负载及续流二极管电感性负载及续流二极管 流过晶闸管的电流平均值为 流过续流二极管的电流平均值为 流过晶闸管和续流二极管的电流有效值分别为dDd2IIa2Tdd1d()22IItIaa22Ddd1d()22IItIaadTd2IIa2.1.2 电感性负载及续流二极管电感性负载及续流二极管 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

5、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2.2 单相全控桥式和单相全波可控整流电路单相全控桥式和单相全波可控整流电路 为了使交流电源u2的另一半周期也能向负载输出同方向的直流电压，即能减少输出电压ud波形的脉动，又能提高输出直流电压平均值，则需采用单相全控桥式和单相全波可控整流电路。2.2.1电阻性负载电阻性负载 带电阻性负载的单相全控桥式整流电路及其波形带电阻性负载的单相全控桥式整流电路及其波形2.2.1电阻性负载电阻性负载 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u u2 2正半周承受电

6、压u u2 2，得到触发脉冲即导通，当u u2 2过零时关断。VT2和VT3组成另一对桥臂，在u u2 2正半周承受电压- -u u2 2，得到触发脉冲即导通，当u u2 2过零时关断。2.2.1电阻性负载电阻性负载 整流输出电压平均值为整流输出电压平均值为 输出电流的平均值和有效值分别为输出电流的平均值和有效值分别为 晶闸管电流平均值为晶闸管电流平均值为 晶闸管电流有效值为晶闸管电流有效值为d21cos0.92UUad2d1cos0.92UUIRRa2sin22UUIRRaa2dTd11cos0.4522UIIRa222Td21sin2sind()2222UUIIttRRaaa2.2.2 电

7、感性负载电感性负载2OtOtOtudidi2b)OtOtuVT1,4OtOtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4单相全控桥带阻感负单相全控桥带阻感负载时的电路及波形载时的电路及波形 2.2.2 电感性负载电感性负载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，晶闸管过零变负时，晶闸管VT1和和VT4并不关断。并不关断。 至至t=+a a 时刻，晶闸管时刻，晶闸管VT1和和VT4关断，关断，VT2和和VT3两管导通两管导通。 VT2和和VT3导通后，导通后，VT1和和VT4承受反压关断，承受反压关断，流过流过VT1和和V

8、T4的电流迅速转移到的电流迅速转移到VT2和和VT3上，上，此过程称换相，亦称换流。此过程称换相，亦称换流。2.2.2 电感性负载电感性负载 整流输出电压平均值整流输出电压平均值 整流输出电压有效值整流输出电压有效值 流过晶闸管的电流平均值和有效值流过晶闸管的电流平均值和有效值d22212sind()2 2cos0.9cosUUttUUaaaa2221( 2sin) d UUttUaaTdd122IIIdTdd122III2.2.3反电动势负载反电动势负载b)idOEudtIdOtaqd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 2.2.3反电动势负载反电动势负载 在| |u u2|

9、2|E E时，才有晶闸管承受正电压，有导通的可能。 导通之ud=u2， ，直至| |u u2|=2|=E E，i id d即降至0使得晶闸管关断，此后ud=E 。REuidd2.2.3反电动势负载反电动势负载212sinUEd2.2.3反电动势负载反电动势负载2.2.4单相全波可控整流电路单相全波可控整流电路a)tab)udi1OOt2.2.4单相全波可控整流电路单相全波可控整流电路2.2.4单相全波可控整流电路单相全波可控整流电路 单相全波与单相全控桥的区别单相全波与单相全控桥的区别 2.3单相半控桥式整流电路单相半控桥式整流电路 在单相全控桥电路中，要求桥臂上晶闸管同时被导通，因此选择晶闸

10、管时要求具有相同的导通时间，且脉冲变压器二次侧绕组之间要承受u u2 2电压，所以绝缘要求高。从经济角度出发，可用两只整流二极管代替两只晶闸管，组成单相半控桥式整流电路。2.3.1电阻性负载电阻性负载a)TabROb)u2i2udidVT1VT2VD3VD4u2OudIdtta单相半控桥式整流单相半控桥式整流电路，电阻负载时电路，电阻负载时的电路及波形。的电路及波形。2.3.1电阻性负载电阻性负载 电路结构电路结构 单相全控桥中，每个导电回路中有2个晶闸管，1个晶闸管可以用二极管代替，从而简化整个电路。如此即成为单相半控桥式整流电路。 电阻负载电阻负载 半控电路与全控电路在电阻负载时的工作情况

11、相同。2.3.2电感性负载电感性负载单相半控桥式整流电路及其波形单相半控桥式整流电路及其波形2.3.2电感性负载电感性负载 单相桥式半控整流电路虽然自身有自然续流能力，但在实际运行中，当突然增大至或触发脉冲突然丢失时，会发生一个晶闸管持续导通而两个二极管轮流导通的现象，此时触发脉冲对输出电压失去了控制作用，称为失控。2.3.2电感性负载电感性负载O)2OudidIdOOOOOi2IdIdIdIIdattttttta a aiVT1iVD4iVT2iVD3iVDR并联续流二极管的单相半并联续流二极管的单相半控桥式整流电路及其波形控桥式整流电路及其波形2.3.2电感性负载电感性负载在u u2 2正

12、半周，u u2 2经VT1和VD4向负载供电。 u u2 2过零变负时，因电感作用电流不再流经变压器二次绕组，而是由VT1和VD2续流。在u u2 2负半周触发角a a时刻触发VT3，VT3导通，u u2 2经VT3和VD2向负载供电。u u2 2过零变正时，VD4导通，VD2关断。VT3和VD4续流，u ud d又为零。2.3.2电感性负载电感性负载 有续流二极管VDR时，续流过程由VDR完成，避免了失控的现象。 续流期间导电回路中只有一个管压降，有利于降低损耗。2.3.2电感性负载电感性负载 并联续流二极管的输出电压平均值 输出电压有效值 晶闸管电流平均值和有效值分别为 续流二极管的电流平

13、均值和有效值分别为d222121cos2sind()(1cos )0.92UUttUUaaa2221sin2( 2sin) d2UUttUaaadTd2IIaTd2IIadDdd22IIIaaDdd22IIIaa2.4三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路v交流测由三相电源供电。v负载容量较大，或要求直流电压脉动较小、容易滤波。v基本的是三相半波可控整流电路，三相桥式全控整流电路应用最广 。2.4.1电阻性负载电阻性负载TudidVT2VT1VT3Rbca)a 三相半波可控整流电路共阴极接法电三相半波可控整流电路共阴极接法电阻负载时的电路及阻负载时的电路及a a =0 =0 时的波形时的波形

14、b)c)d)e)f)u2Riduaubuca =0Ot1t2t3uGOudOOuabuacOiVT1uVT1ttttt2.4.1电阻性负载电阻性负载电路的特点： 变压器二次侧接成星形得到零线，而一次侧接成三角形避免3次谐波流入电网。 三个晶闸管分别接入a、b、c三相电源，其阴极连接在一起共阴极接法 。2.4.1电阻性负载电阻性负载 电阻性负载电阻性负载 在不可控整流情况下，二极管换相发生在相电压的交点 、 、 处，这些交点称为自然换相点。 对三相半波可控整流电路而言，自然换相点是各相晶闸管能触发导通的最早时刻，将其作为计算各晶闸管触发角的起点。 1t2t3t2.4.1电阻性负载电阻性负载三相半

15、波相控整流电路，阻性负载 时的波形o30a2.4.1电阻性负载电阻性负载三相半波相控整流电路，阻性负载 时的波形o60a2.4.1电阻性负载电阻性负载 当 时 当 时 030a56d222613 62sind()cos1.17cos223UUttUUaaaa30150a d22613 22sind()1cos()22630.675 1cos()6UUttUaaa2.4.1电阻性负载电阻性负载 负载电流平均值为 电流连续时，整流变压器二次侧各相绕组电流有效值为 电流断续时，整流变压器二次侧各相绕组电流有效值为ddUIR252626221sind()213cos234UIttRURaaa22262

16、21sind()2531cos2sin212288UIttRURaaaa2.4.2电感性负载电感性负载udiaabcibiciduacOtOtOOtOOtatt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2.4.2电感性负载电感性负载2.4.2电感性负载电感性负载 整流输出电压平均值为（移相范围090） 负载电流平均值为 整流变压器二次侧绕组和晶闸管电流有效值为56d222613 62sind()cos1.17cos223UUttUUaaaad2d1.17cosUUIRRa2Tdd1200.577360IIII2.4.2电感性负载电感性负载 为了避免整流输出电压波形出现负值，可在

17、大电感负载两端并接续流二极管D，以提高输出平均电压值，改善负载电流的平稳性，同时扩大移相范围。2.4.2电感性负载电感性负载 时该电路的整流输出电压、电流平均值为 晶闸管电流平均值、有效值和最大正反向峰值电压分别为 续流二极管的电流平均值、有效值和最大反向峰值电压分别为o30ad22612sind()0.6751cos263UUttUaaaodTdo150360IIaoTdo150360IIaTM26UUodDdo30120IIaoDdo30120IIaDM22UU2.4.3含反电动势的大电感负载含反电动势的大电感负载 为了使电枢电流波形连续平直，在电枢回路中串入电感量足够大的平波电抗器，就是

18、含反电动势的大电感负载。2.4.4 共阳极三相半波可控整流电路共阳极三相半波可控整流电路 三相半波整流电路晶闸管的接法有两种形式：一种是三个晶闸管的阴极连在一起，如以上讨论过的线路，称为共阴极组接法。另一种是三个晶闸管的阳极连在一起，而三个阴极分别接到三相交流电源上，称为共阳极组接法。 2.4.5 共阴极、共阳极三相半波可控整流电路共阴极、共阳极三相半波可控整流电路它是由两个三相半波整流电路发展而来的，如图所示，其中一组三相半波整流电路为共阴极连接，一组为共阳极连接。2.5 三相全控桥式整流电路三相全控桥式整流电路 上面介绍的共阴极、共阳极三相半波可控整流电路，当二者的参数完全相同，控制角也相

19、同时，公共线无电流，若将公共线去掉、负载合并，则成为三相全控桥式整流电路。2.5.1 电阻性负载电阻性负载共阴极组共阴极组阴极连接在一起的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）导通顺序： VT1VT2 VT3 VT4 VT5VT6三相桥式全控整流电路原理图2.5.1 电阻性负载电阻性负载时 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=u

20、cauc-ub=ucb晶闸管及输出整流电压的情况如下表所示2.5.1 电阻性负载电阻性负载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。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）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。2.5.1 电阻性负载电阻性负载 三相桥式全控整流电路阻性负载 时的波形 o0a2.5.1 电阻性负载电阻性负载 三相桥式全控整流电路阻性负载 时的波形 o60a2.5.1 电阻性负载电阻性负载 三相桥式全控整流电路阻性负载 时的波形 o90a2.5.1 电阻性负载电

21、阻性负载 电流连续时( )，整流输出电压平均值为 电流断续时( )，整流输出电压平均值为 负载电流平均值为o60a23d222363 66sind()cos2.34cos2UUttUUaaaad22366sind()2.341cos23UUttUaaddUIRo60a2.5.1 电阻性负载电阻性负载 当 时，变压器二次侧绕组电流有效值为 当 时，变压器二次侧绕组电流有效值为 流过晶闸管的电流平均值 流过晶闸管的电流有效值 222332366613sind()cos2232UUIttRRaaa222236364212sind()sin2233UUIttRRaaao60ao60adTd13IIT212II2.5.2 电感性负载电感性负载 三相桥式全控整流电路带电感性负载 时的波形 0ao2.5.2 电感性负载电感性负载 三相桥式全控整流电路带电感性负载 时的波形 30ao2.5.2 电感性负载电感性负载 三相桥式全控整流电路带电感性负载 时的波形 o90a2.5.2 电感性负载电感性负载a a6060 时时（a =0，a =30 ）u ud d波形连续，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u ud d波形晶闸管承受的电压波形 区别在于：得到的负载电流id波形不同