电力电子第3章 整流电路zy

1、第第3章章 整流电路整流电路 3.1 单相可控整流电路单相可控整流电路 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路的影响变压器漏感对整流电路的影响 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 3.5 整流电路的谐波和功率因数整流电路的谐波和功率因数 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工作状态整流电路的有源逆变工作状态 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 2/131 内容和要求内容和要求内容：单相桥式、三相半波、三相桥式等整 流电路结构、工 作原理、主要电量波 形分析和参数计算要求：理解和

2、掌握电路波形分析和基本电量 计算的方法重点：波形分析和不同负载对工况的影响形式：课堂讲授和实验结合3/1313. 1 概概 述述整流电路的分类整流电路的分类 不可控整流电路不可控整流电路-由不可控器件组成由不可控器件组成 直流整流电压和交流电源电压的比值固定直流整流电压和交流电源电压的比值固定 全控整流电路全控整流电路-由可控器件组成由可控器件组成 直流整流电压的平均值和极性可调直流整流电压的平均值和极性可调 半控整流电路半控整流电路-由不可控器件和可控器件组成由不可控器件和可控器件组成 负载电压平均值可调、极性不能改变负载电压平均值可调、极性不能改变4/131 按电路结构按电路结构 桥式电路

3、（又称全波电路或双拍电路）桥式电路（又称全波电路或双拍电路） 零式电路（又称半波电路或单拍电路）零式电路（又称半波电路或单拍电路） 按输出电压脉波数按输出电压脉波数 单脉波电路单脉波电路 双脉波电路双脉波电路 三脉波电路三脉波电路 多脉波电路多脉波电路5/131 按控制方式按控制方式相控式电路、斩控式电路相控式电路、斩控式电路 按组成器件按组成器件全控型电路、半控型电路全控型电路、半控型电路 按工作范围按工作范围单象限电路、多象限电路单象限电路、多象限电路 按电网相数按电网相数单相电路、三相电路、多相电路单相电路、三相电路、多相电路6/1313.1.2 可控整流电路的一般结构可控整流电路的一般

4、结构主电路主电路交流电源：工频电网或整流变压器交流电源：工频电网或整流变压器滤波器：为保证电流连续滤波器：为保证电流连续负载：阻性负载、阻感负载、反电势负载等负载：阻性负载、阻感负载、反电势负载等控制电路：模拟控制、数字控制控制电路：模拟控制、数字控制7/131整流电路基本要求：整流电路基本要求： 直流电压调节范围宽、输出直流电流脉动小直流电压调节范围宽、输出直流电流脉动小 晶闸管元件导电时间尽量长、且正反向电压较低晶闸管元件导电时间尽量长、且正反向电压较低 变压器利用率高、避免直流磁化变压器利用率高、避免直流磁化 交流侧功率因数高、谐波电流小交流侧功率因数高、谐波电流小 整流电路理想条件：整

5、流电路理想条件： 理想器件理想器件：晶闸管正向阻抗为零、反向阻抗为无：晶闸管正向阻抗为零、反向阻抗为无穷大、整流变压器无漏感、无内阻和铁损穷大、整流变压器无漏感、无内阻和铁损 理想电源理想电源：恒频恒压、对称无畸变的三相正弦波：恒频恒压、对称无畸变的三相正弦波电源电源8/131本章分析方法要点及数学基础本章分析方法要点及数学基础1、分析方法要点、分析方法要点 根据根据SCR的导通的导通/关断条件，确定其导通时刻、关断条件，确定其导通时刻、关断时刻，绘出整流输出电压和电流波形，由此关断时刻，绘出整流输出电压和电流波形，由此可进一步绘出有关器件上的电压和电流波形可进一步绘出有关器件上的电压和电流波

6、形 应用电工基础中的平均值、有效值概念，推应用电工基础中的平均值、有效值概念，推导出上述波形随控制角导出上述波形随控制角 变化的数学表达式变化的数学表达式9/1312、数学基础、数学基础（1）平均值和有效值计算）平均值和有效值计算设设f(t)为电压或电流实时表达式，则为电压或电流实时表达式，则f(t)在在、期间的平均值和有效值分别为：期间的平均值和有效值分别为：tdtftdtf)(1)(12有效值平均值（2）功率因数计算）功率因数计算其中：其中：P负载功率负载功率 （电源输出的有功功率）（电源输出的有功功率） S电源（变压器）的视在功率电源（变压器）的视在功率SP10/1313.1 单相可控整

7、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11/131可控整流电路的基本概念可控整流电路的基本概念单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路控制角控制角 ：从晶闸管开始承受从晶闸管开始承受正向电压到被触发导通这一角正向电压到被触发导通这一角度度导通角导通角 ：晶闸管在一个周期晶闸管在一个周期内导通的电角度内导通的电角度移相：移相：改变控制角改变控制角 的大小，的大小，即改变触发脉冲的出现时刻即改变触发脉

8、冲的出现时刻（相位）（相位）移相控制：移相控制：通过控制触发脉冲通过控制触发脉冲的相位来控制直流输出电压大的相位来控制直流输出电压大小的控制方式小的控制方式移相范围：移相范围：控制角控制角 的允许调的允许调节范围节范围同步：同步：触发脉冲信号和晶闸管触发脉冲信号和晶闸管电压（即电源电压）在频率和电压（即电源电压）在频率和相位上的协调配合关系相位上的协调配合关系换相（换流换相（换流 ）：）：电流从含有变电流从含有变流元件的一个支路转移到另一流元件的一个支路转移到另一个支路的过程个支路的过程 自然换相点：自然换相点：当电路中的可控当电路中的可控元件全部由不可控元件代替时，元件全部由不可控元件代替时

9、，各元件的导电转换点各元件的导电转换点仅在交流正半周输出电压，仅在交流正半周输出电压，所以叫所以叫半波整流半波整流单相输入，所以叫单相输入，所以叫单相整流单相整流输出电压可通过调节输出电压可通过调节 进行进行控控制，所以叫制，所以叫可控整流可控整流单相单相半波半波可控可控整流整流12/131整流电路的基本概念整流电路的基本概念 控制角控制角 从晶闸管开始承受正压到被触发导通这一角度从晶闸管开始承受正压到被触发导通这一角度 导通角导通角 晶闸管在一个周期内导通的电角度晶闸管在一个周期内导通的电角度 移相（移相（ phase-shift ） 改变控制角改变控制角 ，即改变触发脉冲出现的相位，即改变

10、触发脉冲出现的相位 移相控制（移相控制（phase-shift control） 通过移相可控制输出整流电压大小，这种改变通过移相可控制输出整流电压大小，这种改变控制角调节输出电压的控制方式，称为移相控制控制角调节输出电压的控制方式，称为移相控制13/131 移相范围：移相范围：控制角控制角 的允许调节范围的允许调节范围 同步：同步：触发脉冲信号和晶闸管电压（即电触发脉冲信号和晶闸管电压（即电 源电压）在频率和相位上保持一定的源电压）在频率和相位上保持一定的 协调配合关系，以使整流输出电压稳协调配合关系，以使整流输出电压稳 定，称为同步定，称为同步 换相（换流换相（换流 ）：）：电流从含有变流

11、元件的一电流从含有变流元件的一 个支路转移到另一个支路的过程个支路转移到另一个支路的过程 自然换相点：自然换相点：当电路中的可控元件全部由当电路中的可控元件全部由 不可控元件代替时，不可控元件代替时， 各元件的导电各元件的导电 转换点转换点14/131输出直流电压平均值输出直流电压平均值Ud为为 2cos145. 0)cos1 (22)(sin221222aUaUwtwtdUUad a=0时，晶闸管全导通，相当于二极管整流，时，晶闸管全导通，相当于二极管整流， 输出电压输出电压 最大，即最大，即 a= 时，整流输出为零时，整流输出为零 移相范围为移相范围为 245. 0UUd单相半波可控整流电

12、路单相半波可控整流电路15/1313.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路tTVTR0a)u1u2uVTudidt12 tttu2uguduVT0b)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，其中表示，其中U2的大小根据的大小根据需要的直流输出电压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

13、点是电阻负载的特点是电压与电流电压与电流成正比，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）为晶闸管（开关器件）为理想器件理想器件，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。 16/131改变触发时刻，改变触发时刻，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

14、值变化的但瞬时值变化的脉动直流脉动直流，其波形只在，其波形只在u2正半周内出现，故称正半周内出现，故称“半半波波”整流。加之电路中采用了可控器件晶闸管，且交流输入为整流。加之电路中采用了可控器件晶闸管，且交流输入为单相单相，故该电路称为故该电路称为单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路。整流电压。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次次，故该电路为，故该电路为单脉波整流电路单脉波整流电路。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脉冲止的电角度：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。称

15、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 移相范围移相范围为为180 。 通过控制触发脉冲的通过控制触发脉冲的相位相位来控制直流输出电压大小的方式称为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2cos145. 0)cos1 (22)(sin221222UUttdUUd（3-1）17/131例题例题

16、3-1 单相半波可控整流电路，电阻性负载。交流电源单相半波可控整流电路，电阻性负载。交流电源220伏，要求输出直流平均电压伏，要求输出直流平均电压50伏，最大输出直流伏，最大输出直流平均电流平均电流20安。计算（安。计算（1）晶闸管的控制角）晶闸管的控制角 ，（，（2）电流有效值，（电流有效值，（3）负载的功率因数，（）负载的功率因数，（4）选择晶闸）选择晶闸管。管。 解：（解：（1）控制角）控制角 2cos145. 0ttdsinU22122UUd0122045. 0502145. 02cos2UUd9018/131（2）电流有效值）电流有效值 )(4 .445 . 2sin220221si

17、n221222222AtdttdRtUI5 . 22050ddIUR（3 3）功率因数）功率因数 505. 02205 . 24 .442222UIRISP（4 4）晶闸管定额）晶闸管定额 安564257. 14 .44)25 . 1 (57. 1)25 . 1 (2IITAVU UT T=(2=(23)3)1.414 220=620930V 可选可选KP50-7KP50-7型元件，电压等级型元件，电压等级7 7，即额定电压，即额定电压700700伏、伏、额定通态平均电流额定通态平均电流5050安的器件安的器件 19/1313.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路utttt20t1

18、2tug0ud0id0uVT0b)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处于断态处于断态,id=0,ud=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

19、零点处，id已经处于减已经处于减小的过程中，但尚未降到零，因此小的过程中，但尚未降到零，因此VT仍处仍处于通态于通态。 t2时刻，电感能量释放完毕，时刻，电感能量释放完毕，id降至降至零，零，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。下降。 20/1313.1.1 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，将电路简化为为分段

20、线性电路分段线性电路。 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种线性电路拓扑线性电路拓扑，器件通断状，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

21、态 b) VT处于导通状态处于导通状态21/1313.1.1 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）的初）的初始条件。求解式（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tURitiLsin2dd2dd)sin(2)sin(22)(2tZUeZUitLRd式中，式中， ， 。由此式可得出图。由此式可得出图3-2e所示的所示的id波形。波形。当当 t= + 时，时，id=0，代入式（，代入式（3-3）并整理得）并整理得 2

22、2)( LRZRLtg1)sin()sin(tge图图3-3 b) VT处于导通状态处于导通状态 (3-2)(3-3)(3-4)22/1313.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路 若若 为定值，为定值， 角大，角大， 越小。越小。 若若 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，称为个二极管，称为续流二极管续流二极管，用，用 VDR表示。表示。有续流二极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，

23、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回路回路中流通，中流通， 此过程通常称为此过程通常称为续流续流。 若若L足够大，足够大，id连续连续，且，且id波形接波形接 近一条水平线近一条水平线 。u2udiduVTiVTIdIdt1ttttttOOOOOO - +b)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

24、及波形续流二极管的电路及波形 23/131 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

25、二次侧电流中含直流分量，造成变压器铁芯中含直流分量，造成变压器铁芯直流磁化直流磁化。为使变压器铁芯不饱和，需增。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ddTII2ddTItdII2)(212ddDRII2ddDRItdII2)(2122(3-5)(3-6)(3-7)(3-8)22U22U24/131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： 简单、易调整，但输出脉动大，变压简单、易调整，但输出脉动大，变压器二次侧电流中含直流分量，造成变压器器二次侧电流中含直流分量，造成变压器

26、铁芯直流磁化铁芯直流磁化 实际上很少应用此种电路，分析该电实际上很少应用此种电路，分析该电路的主要目的在于利用其简单易学的特点，路的主要目的在于利用其简单易学的特点，建立起整流电路的基本概念建立起整流电路的基本概念25/1313.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路u (i )ttt000i2udidb)c)d)dduVT1,4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u

27、2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 脉脉冲，冲，VT1和和VT4即导通，电流从电源即导通，电流从电源a端经端经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降过零时，流经晶闸管的电流也降到零，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

28、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= 26/131基本数量关系基本数量关系 晶闸管承受的最大晶闸管承受的最大正向电压正向电压和和反向电压反向电压分别为分别为 和和 。 整流电压平均值为：整流电压平均值为： =0时，时，Ud= Ud0=0.9U2。=180 时，时，Ud=0。可见，。可见，角角的的移相范围移相范围为为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222U22U2cos19

29、 . 02cos122)( dsin21222UUttUUd2cos19 . 02cos12222RURURUIdd(3-9)(3-10)27/131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. 0212RUIId

30、dT2sin212)(d)sin2(21222RUttRUIT2sin21)()sin2(12222RUtdtRUIIIIT21(3-11)(3-12)(3-13)(3-14)28/1313.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路2OtOtOtudidi2OtOtuVT1,4OtOtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4u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加加触发脉冲使其开通，触

31、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，并不，并不关断。关断。 t= + 时刻，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分别分别向向VT1和和VT4施加反压使施加反压使VT1和和VT4关断，关断，流过流过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，此过程称为上，此过程称为换相换相，亦称，亦称换流换流。 29/1313.1.2

32、 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。晶闸管移相范围移相范围为为90 。 晶闸管承受的最大晶闸管承受的最大正反向电压正反向电压均为均为 。 晶闸管导通角晶闸管导通角 与与 无关，均为无关，均为180 ，其电流平均值和，其电流平均值和有效值分别为：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，其的矩形波，其相位由相位由 角决定，有效值角决定，有效值I2=Id。 cos9 . 0cos22)( d

33、sin21222dUUttUU22UddT21IIddT707. 021III(3-15)30/131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

34、闸管使得晶闸管关断，此后关断，此后ud=E。 与电阻负载时相比，晶闸管提前了与电阻负载时相比，晶闸管提前了电角度电角度 停止导电，停止导电， 称为称为停止导电角停止导电角。 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。 负载电流负载电流断续断续，各晶闸管导通角，各晶闸管导通角小于小于120 。 45/1313.2.1 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 角的角的移相范围移相范围为

35、为150 。 整流电压平均值整流电压平均值 30 时，负载电流时，负载电流连续连续，有，有 当当 =0时，时，Ud最大，为最大，为Ud=Ud0=1.17U2。 30 时，负载电流时，负载电流断续断续，晶闸管导通角减小，此时，晶闸管导通角减小，此时有有 cos17.1cos263)(sin2321226562UUttdUUd)6cos(1675.0)6cos(1223)(sin2321262UttdUUd(3-18)(3-19)46/1313.2.1 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 03060901201500.40.81.21.17321/( )U

36、d/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47/1313.2.1 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)48/1313.2.1 三相半波可控整流电路三相

37、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闸管的电流接近矩形波矩形波。 30 时，整流电压波形时，整流电压波形与电阻负载时相同。与电阻负载时相同。 30 时，当时，当u2过零时，过零时，由于电感的存在，阻止电流由于电感的存在，阻止电流下降，因而下降，因而VT1继续导通，继续导通，直到下一相晶闸管直到下一相晶闸管VT2的触的触发脉冲到来，才发生换流，发脉冲到来，才发生换流，由由VT2导通向负载供电，同导通向负载供电，同时向时向VT1施加反压使其关断。施加反压使其关断。 uuuudia

38、abcibiciduacOtOtOOtOOtttu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 时的波形时的波形49/1313.2.1 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 的的移相范围移相范围为为90 。 整流电压平均值整流电压平均值 Ud/U2与与 的关系的关系 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中负的部分中负的部分可能减少，整流电压平可能减少，整流电压平均值均值Ud略为增加，如曲略为增加，如曲线线3 所示。所示。cos17.12dUU030609

39、01201500.40.81.21.17321/( )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50/1313.2.1 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流中含有直流分量直流分量，为此其应用较少。，为此其应用较少。ddT

40、IIII577. 0312ddAVTIII368. 057. 1)(245. 2UUURMFM(3-23)(3-24)(3-25)51/1313.2.2 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）称为称为共阴极组共阴极组；阳极连接在；阳极连接在一起的一起的3个晶闸管（个晶闸管（VT4，VT6，VT2）称为）称为共阳极组共阳极组。 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，共阳极组中与阳极组中与a，b，c三相电三相电源相接的源相接

41、的3个晶闸管分别为个晶闸管分别为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52/1313.2.2 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 各自然换相点既是各自然换相点既是相电压相电压的交点，同时也是的交点，同时也是线电压线电压的交点。的交点。 当当 60 时时 ud波形均波形均连续连续，对于电阻负载，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，也的，也连续连续。 =0 时

42、，时，ud为线电压在正半周的为线电压在正半周的包络线包络线。波形见。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3-1 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 时晶闸管工作情况时晶闸管工作情况53/1313.2.2 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

43、了时，晶闸管起始导通时刻推迟了30 ，组成，组成ud的每的每一段线电压因此推迟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平平均值继续降低。均值继续降低。 =60 时时ud出现了出现了为零的点为零的点，波形见，波形见图图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，降为至零，id也降至零，晶闸管也降至零，晶闸管关断，输出整流电压关断，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

44、图3-22。 54/1313.2.2 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个个晶闸管同时导通，形成向负载供电的晶闸管同时导通，形成向负载供电的回路，共阴极组的和共阳极组的回路，共阴极组的和共阳极组的各各1个个，且不能为同一相，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-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，的顺序，相位依次差相位依次差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 ，共阳极，共阳极

45、组组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 。55/1313.2.2 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一周期一周期脉动脉动6次次，每次脉动的波形都一样，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 宽脉冲宽脉冲触发

46、触发 ：使脉冲宽度大于：使脉冲宽度大于60 （一般取（一般取80 100 ） 双脉冲双脉冲触发触发 ：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20 30 。 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。56/1313.2.2 三相桥式全控整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

47、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。 区别在于区别在于电流电流，当电感足够大的时候，当电感足够大的时候，id、iVT、ia的的波形在导通段都可近似为一条水平线。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 由于电感由于电感L的作用，的作用，ud波形会出现波形会出现负的部分负的部分。 =90 时的波形见时的波形见图图3-25

48、。 57/1313.2.2 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 角移相角移相范围为范围为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 cos34.2)(sin63123232UttdUUd)3cos(134. 2)(sin63232UttdUUd(3-26)(3-27)58/1313

49、.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中所示采用中所示采用星形接法星形接法，带阻感负，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路接三相桥式全控整流电路接反电势阻感负载反电势阻感负载时的时的Id为：为： 式中式中R和和E分别为负载

50、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()0.8162333ddddIIIII REUIdd(3-28)(3-29)59/1313.3 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实际上变压器绕组总有漏感漏感，该漏感可用一个，该漏感可用一个集中的电感集中的电感LB表示，并将其折算到表示，并将其折算到变压器二次侧变压器二次侧。 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，电感电流不能突变，因此不能突变，因此换相换相过程不能瞬间完成，而是会过程不能瞬间完成，而是会持续一段时间持续一

51、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，假设负载中电感很大，负载电流为水平线负载电流为水平线。 60/1313.3 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udidtOtOgiciaibiciaIduaubuc分析从分析从VT1换相至换相至VT2的过程的过程 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两相两相均有漏感，故均有漏感，故ia、ib均不能突变，均不能突变，于是于是VT1和和VT2同时导通，相当同时导通，相当于将于将a、b两相短路两相短路，两相间电，两相间电压

52、差为压差为ub-ua，它在两相组成的，它在两相组成的回路中产生回路中产生环流环流ik如图所示。如图所示。 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g g表示，称为表示，称为换相重叠角换相重叠角。 t1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路及波形 61/1313.3 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

53、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 It g g g (3-30)(3-31)62/1313.3 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换相重叠角换相重叠角g g 由式（由式（3-30）得出：）得出： 由上式得：由上式得

54、： 进而得出：进而得出： 当当 时，时， ，于是，于是 B2Bab2)65(sin62)(ddLtULuutik2Bd65sin ()d26kiUttX2256BB6655sin()d()coscos()2626tkUUitttXXgtdIik)cos(cos26B2dgXUI2dB62)cos(cosUIXg(3-32)(3-33)(3-34)(3-35)(3-36)63/1313.3 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 g g随其它参数变化的规律：随其它参数变化的规律： Id越大则越大则g g越大；越大； XB越大越大g g越大；越大； 当当 90 时，时， 越小越小g

55、g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(cosgdBIXdB2IXdB23IXdB3IXdB2ImX2Bd2UXI2Bd22UXI2dB62UIX2dB62UIXmUXIsin22Bd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。23U2

56、3U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 64/1313.3 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g g，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

57、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，为此必须加通，为此必须加吸收电路吸收电路。 换相使电网电压出现缺口，成为换相使电网电压出现缺口，成为干扰源干扰源。65/1313.3 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g g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。

58、 Ud3.34U2cos Ud Ud3XBId IdUdR 解方程组得：解方程组得： Ud3.34U2cos （13XB/ R）486.9（V） Id97.38（A） 又又 =2 U2 即得出即得出 =0.892 换流重叠角换流重叠角g g26.93 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 IVDId397.38333.46（A） I2a Id79.51（A） ud、iVD1和和i2a的波形如的波形如图图3-27所示。所示。cos)cos(gBdXI6gcos3266/1313.4 电容滤波的不可控整流电路电容滤波的不可控整流电路 3.4.1 电容

59、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 67/1313.4 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源等应用场合大都采用不可控整流电路不可控整流电路。最常用的是最常用的是单相桥式单相桥式和和三相桥式三相桥式两种接法。两种接法。 由于电路中的电力电子器件采用由于电路中的电力电子器件采用整流二极整流二极管管，故也称这类电路为，故也称这类电路为二极管整流电路二极管整流电路。68/1313.4.1 电容滤波的单相不可控整

60、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，它的大小反映了是可变的，它的大小反映了负载的轻重负载的轻重，因此在，因此在轻载轻载时直流侧时直流侧获得的充电电流是获得的充电电流是断续断续的，的，重载重载时是时是连续连续的。的。 32=+t)-32( - tRC1232=+t2t)(d32sin6d)(d)+tsin(6deUtU333a)b)ttttaidaidOOOO图图3-3