ACDC变换器整流和有源逆变电路学习教案

1、会计学1ACDC变换器整流和有源逆变电路变换器整流和有源逆变电路第一页，编辑于星期五：十七点 五十四分。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。第1页/共113页第二页，编辑于星期五：十七点 五十四分。注：加注：加*表示了解，大家自己看，课上不讲。表示了解，大家自己看，课上不讲。第2页/共113页第三页，编辑于星期五：十七点 五十四分。第3页/共113页第四页，编辑于星期五：十七点 五十四分。t0223二极管导通情况VD1导通VD1截止VD1导通负载电压udu20u2负载电流idu2/R0u2/R二极管端电压uVD10u20负载电压平均值Ud 电源变压器副边电压有效值为U

2、202245. 0)(dsin221UttU图5-1 单相半波整流电路带电阻性负载电路及波形 表5-1 单相半波不控整流电路电阻负载时各区间工作情况第4页/共113页第五页，编辑于星期五：十七点 五十四分。图5-1不带续流二极管的单相半波整流电路带阻感负载电路及波形 t0t1t12二极管导通情况VD1导通VD1导通 VD1截止负载电压udu2u20负载电流id有有0二极管端电压uVD100u2表5-2 单相半波不控整流电路阻感负载时各区间各区间工作情况第5页/共113页第六页，编辑于星期五：十七点 五十四分。图5-1带续流二极管的单相半波整流电路带阻感负载电路及带大电感负载电流波形波形 t02

3、二极管导通情况VD1导通、VD2截止VD1截止、VD2导通负载电压udu20负载电流id稳定直流整流二极管电流iVD1方波电流0续流二极管电流iVD20方波电流整流二极管端电压uVD10u2续流二极管端电压uVD2-|u2|0表5-3 单相半波不控整流电路大电感负载带续流二极管时各区间工作情况第6页/共113页第七页，编辑于星期五：十七点 五十四分。若能经过变换将交流电源的负半周电压也得到利用，即获得图5-2a中的负载电压波形，则负载电压平均值Ud可提高1倍，从而使交流电源利用率成倍提高。采用单相全波整流电路单相全波整流电路 图5-1（e）单相半波整流电路带电阻性负载电路及波形 图5-2a 单

4、相全波整流电路负载电压波形第7页/共113页第八页，编辑于星期五：十七点 五十四分。图5-2 单相全波整流电路及工作波形a)单相全波整流电路负载电压波形 b)单相全波整流电路 c)交流输入正半周整流电路工作图 d)交流输入负半周整流电路工作图 第8页/共113页第九页，编辑于星期五：十七点 五十四分。t02二极管导通情况VD1导通、VD2截止VD2导通、VD1截止ud|u2|u2|uVD1和uVD2uVD1=0，uVD2= -2|u2|uVD1= -2|u2|，uVD2=0负载电压平均值Ud0229 . 0)(dsin21UttU表5-4 单相全波整流电路各区间工作情况图5-2（b） 单相全波

5、整流电路第9页/共113页第十页，编辑于星期五：十七点 五十四分。图5-3(a) 单相桥式整流电路图5-2 (b)单相全波整流电路 222U单相全波整流电路必须要有一个带中心抽头的变压器，且二极管承受的最高电压为 。为获得全波整流电路的负载电压波形，并克服全波整流电路的缺点，可采用桥式整流电路第10页/共113页第十一页，编辑于星期五：十七点 五十四分。图5-3 a)单相桥式整流电路 b)交流输入正半周单相桥式整流电路工作图 c)交流输入负半周单相桥式整流电路工作图 第11页/共113页第十二页，编辑于星期五：十七点 五十四分。t02二极管导通情况VD1和VD4导通、VD2和VD3截止VD2和

6、VD3导通、VD1和VD4截止ud|u2|u2|uVDuVD1,4=0， uVD2,3= -|u2|uVD3=0， uVD1,4= -|u2|Ud0229 . 0)(dsin21UttU表5-5 单相桥式整流电路各区间工作情况 图5-3(a) 单相桥式整流电路第12页/共113页第十三页，编辑于星期五：十七点 五十四分。第13页/共113页第十四页，编辑于星期五：十七点 五十四分。图5-4 三相桥式整流电路和整流模块单相不控整流电路第14页/共113页第十五页，编辑于星期五：十七点 五十四分。图5-4 三相桥式整流电路和负载电压波形第15页/共113页第十六页，编辑于星期五：十七点 五十四分。

7、时时 段段IIIIIIIVVVI共阴极组中导通的二极管VD1VD1VD3VD3VD5VD5共阳极组中导通的二极管VD6VD2VD2VD4VD4VD6整流输出电压uduabuacubcubaucaucb整流电压平均值Ud2323234. 2)(dsin2331UttU表5-6 三相桥式整流电路各区间工作情况将负载电压ud波形中的一个周期分成6段，每段60，每段导通的二极管及输出整流电压的情况如表5-6所示。第16页/共113页第十七页，编辑于星期五：十七点 五十四分。 三相不控整流电路 第17页/共113页第十八页，编辑于星期五：十七点 五十四分。图5-5（a） 电容滤波的单相桥式不可控整流电路

8、第18页/共113页第十九页，编辑于星期五：十七点 五十四分。图5-6 电感滤波的单相桥式不可控整流电路及工作波形注：加注：加*表示了解，大家自己看，课上不讲。表示了解，大家自己看，课上不讲。第19页/共113页第二十页，编辑于星期五：十七点 五十四分。注：加注：加*表示了解，大家自己看，课上不讲。表示了解，大家自己看，课上不讲。第20页/共113页第二十一页，编辑于星期五：十七点 五十四分。图5-7 电感和电容组成的复式滤波的单相桥式不可控整流电路及工作波形注：加注：加*表示了解，大家自己看，课上不讲。表示了解，大家自己看，课上不讲。第21页/共113页第二十二页，编辑于星期五：十七点 五十

9、四分。图5-8 单相桥式不可控整流电路的抗浪涌电路注：加注：加*表示了解，大家自己看，课上不讲。表示了解，大家自己看，课上不讲。第22页/共113页第二十三页，编辑于星期五：十七点 五十四分。图5-9 倍压不可控整流电路 倍压、倍流不控整流电路* 注：加注：加*表示了解，大家自己看，课上不讲。表示了解，大家自己看，课上不讲。第23页/共113页第二十四页，编辑于星期五：十七点 五十四分。2V2202V110 倍压、倍流不控整流电路* 注：加注：加*表示了解，大家自己看，课上不讲。表示了解，大家自己看，课上不讲。第24页/共113页第二十五页，编辑于星期五：十七点 五十四分。2V1102V220

10、 倍压、倍流不控整流电路* 注：加注：加*表示了解，大家自己看，课上不讲。表示了解，大家自己看，课上不讲。第25页/共113页第二十六页，编辑于星期五：十七点 五十四分。 倍压、倍流不控整流电路* 注：加注：加*表示了解，大家自己看，课上不讲。表示了解，大家自己看，课上不讲。第26页/共113页第二十七页，编辑于星期五：十七点 五十四分。图5-10 倍流整流电路 倍压、倍流不控整流电路* 注：加注：加*表示了解，大家自己看，课上不讲。表示了解，大家自己看，课上不讲。第27页/共113页第二十八页，编辑于星期五：十七点 五十四分。图5-10 倍流整流电路 倍压、倍流不控整流电路* 注：加注：加*

11、表示了解，大家自己看，课上不讲。表示了解，大家自己看，课上不讲。第28页/共113页第二十九页，编辑于星期五：十七点 五十四分。c） 倍压、倍流不控整流电路* 注：加注：加*表示了解，大家自己看，表示了解，大家自己看，课上不讲。课上不讲。第29页/共113页第三十页，编辑于星期五：十七点 五十四分。d）图5-10 倍流整流电路 倍压、倍流不控整流电路* 注：加注：加*表示了解，大家自己看，表示了解，大家自己看，课上不讲。课上不讲。第30页/共113页第三十一页，编辑于星期五：十七点 五十四分。e）图5-10 倍流整流电路 倍压、倍流不控整流电路* 注：加注：加*表示了解，大家自己看，表示了解，

12、大家自己看，课上不讲。课上不讲。第31页/共113页第三十二页，编辑于星期五：十七点 五十四分。第32页/共113页第三十三页，编辑于星期五：十七点 五十四分。5.2 单相可控整流电路引言第33页/共113页第三十四页，编辑于星期五：十七点 五十四分。图5-11 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：电压与电流成正比，两者波形相同。tTVTR0a)u1u2uVTudidt12 tttu2uguduVTaq0b)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 Phas

13、e Half Wave Controlled Rectifier)第34页/共113页第三十五页，编辑于星期五：十七点 五十四分。 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 。基本数量关系基本数量关系直流输出电压平均值为aaa2cos145. 0)cos1 (22)(sin221222dUUttdUU(5-1)第35页/共113页第三十六页，编辑于星期五：十七点 五十四分。 图5-12 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

14、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。ttttu20t12 tug0ud0id0uVT0qab)c)d)e)f)+ + +第36页/共113页第三十七页，编辑于星期五：十七点 五十四分。图5-13 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通过器件的理想化，将电路简化为分段线性电路。器件的每种状态对应于一种线性电路拓扑。第37页/共113页第三十八页，编辑于星期五：十七点 五十四分。VTb)RLu2b) VT处于导通

15、状态tURitiLsin2dd2dd（5-2）)sin()sin(tanjaqjajqe（5-4）初始条件：t= a ，id=0。求解式（5-2）并将初始条件代入可得当t=+a 时，id=0，代入式（5-3）并整理得 )sin(2)sin(22)(2djjaatZUeZUitLR（5-3）22)( LRZRLjarctan其中 ，第38页/共113页第三十九页，编辑于星期五：十七点 五十四分。u2udiduVTiVTIdIdt1ttttttOOOOOO-a+ab)c)d)e)f)g)iVDRa)图5-14 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

16、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）ddVT2IIa（5-5）d2dVT2)(21ItdIIaa（5-6）ddVDRIIa2（5-7）d22dVD2)(21RItdIIaa（5-8）第39页/共113页第四十页，编辑于星期五：十七点 五十四分。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第40页/共113页第四十一页，编辑于星期五：十七点 五十四分。a)u (i )ttt000i2udidb)c)d)ddaauVT1,4图5-15 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

17、及波形分析VT1和VT4组成一对桥臂，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。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)第41页/共113页第四十二页，编辑于星期五：十七点 五十四分。aaa2cos19 . 02cos122)( dsin21222dUUttUU（5-9）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：2co

18、s145.0212ddVTaRUII（5-11）2cos19 . 02cos12222ddaaRURURUI(5-10)ttt000i2udidb)c)d)ddaauVT1,4第42页/共113页第四十三页，编辑于星期五：十七点 五十四分。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（2-12）和式（2-13）得：不考虑变压器的损耗时，要求变压器的容量 S=U2I2。aaa2sin212)(d)sin2(21222VTRUttRUI（5-12）aaa2sin21)()sin2(12222RUtdtRUII（5-13）II21VT（5-14）ttt000i2

19、udidb)c)d)ddaauVT1,4第43页/共113页第四十四页，编辑于星期五：十七点 五十四分。u2OtOtOtudidi2b)OtOtuVT1,4OtOtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4图5-16 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。

20、第44页/共113页第四十五页，编辑于星期五：十七点 五十四分。aaaacos9 . 0cos22)(dsin21222dUUttUU（5-15）晶闸管移相范围为90。晶闸管导通角与a无关，均为180。电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 。22U2OtOtOtudidi2b)OtOtuVT1,4OtOtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4第45页/共113页第四十六页，编辑于星期五：十七点 五十四分。图5-17 单相桥式全控整流电路接反电动势

21、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，212sinUE（5-16）b)idOEudtIdOtaq第46页/共113页第四十七页，编辑于星期五：十七点 五十四分。图5-17b 单相桥式全控整流电路接反电动势电阻电阻负载时的波形 电流断续电流断续触发脉冲有足够的宽度，保证当 t= 时刻有晶闸管开始承受正电压时，触发脉冲仍然存在。这样，相当于触发角被推

22、迟为 。 如图5-17b所示id波形所示：电流连电流连续续ub)idOEdtIdOtq第47页/共113页第四十八页，编辑于星期五：十七点 五十四分。为了克服此缺点，一般在主电路中直流输出侧串联一个平波电抗器。这时整流电压ud的波形和负载电流id的波形与阻感负载电流连续时的波形相同，ud的计算公式也一样。图5-18 单相桥式全控整流电路带反电动势负载串平波电抗器，电流连续的临界情况tOud0Eidtaq = 第48页/共113页第四十九页，编辑于星期五：十七点 五十四分。单相全波与单相全控桥从直流输出端或从交流输入端看均是基本一致的。变压器不存在直流磁化的问题。图5-19 单相全波可控整流电路

23、及波形a)tab)udi1OOt第49页/共113页第五十页，编辑于星期五：十七点 五十四分。单相全波中变压器结构较复杂，材料的消耗多。单相全波只用2个晶闸管，比单相全控桥少2个，相应的，门极驱动电路也少2个；但是晶闸管承受的最大电压是单相全控桥的2倍。单相全波导电回路只含1个晶闸管，比单相桥少1个，因而管压降也少1个。从上述后两点考虑，单相全波电路有利于在低输出电压的场合应用。第50页/共113页第五十一页，编辑于星期五：十七点 五十四分。udOb)2OudidIdOOOOOi2IdIdIdIIdatttttttaaaiVT1iVD4iVT2iVD3iVDR 图5-20 单相桥式半控整流电路

24、，有续流二极管，阻感负载时的电路及波形电阻负载电阻负载 半控电路与全控电路在电阻负载时的工作情况相同。第51页/共113页第五十二页，编辑于星期五：十七点 五十四分。 图5-20 单相桥式半控整流电路，有续流二极管，阻感负载时的电路及波形在u2正半周，u2经VT1和VD4向负载供电。 u2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u2负半周触发角a时刻触发VT3，VT3导通，u2经VT3和VD2向负载供电。u2过零变正时，VD4导通，VD2关断。VT3和VD4续流，ud又为零。Ob)2OudidIdOOOOOi2IdIdIdIIdatttttttaaaiVT

25、1iVD4iVT2iVD3iVDR第52页/共113页第五十三页，编辑于星期五：十七点 五十四分。避免可能发生的失控现象。 若无续流二极管，则当a 突然增大至180或触发脉冲丢失时，会发生一个晶闸管持续导通而两个二极管轮流导通的情况，这使ud成为正弦半波，其平均值保持恒定，称为失控失控。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。第53页/共113页第五十四页，编辑于星期五：十七点 五十四分。相当于把图5-15a中的VT3和VT4换为二极管VD3和VD4，这样可以省去续流二极管VDR，续流由VD3和VD4来实现。图5-15 单

26、相全控桥式带电阻负载时的电路及波形图5-21 单相桥式半控整流电路的另一接法第54页/共113页第五十五页，编辑于星期五：十七点 五十四分。第55页/共113页第五十六页，编辑于星期五：十七点 五十四分。几个重要概念第56页/共113页第五十七页，编辑于星期五：十七点 五十四分。第57页/共113页第五十八页，编辑于星期五：十七点 五十四分。第58页/共113页第五十九页，编辑于星期五：十七点 五十四分。图5-22 三相半波可控整流电路共阴极接法电阻负载时的电路及a =0时的波形 1)电阻负载电阻负载自然换相点：二极管换相时刻为自然换相点自然换相点，是各相晶闸管能触发导通的最早时刻，将其作为计

27、算各晶闸管触发角a的起点，即a =0 。b)c)d)e)f)u2Riduaubuca =0Ot1t2t3uGOudOOuabuacOiVT1uVT1ttttta)动画演示第59页/共113页第六十页，编辑于星期五：十七点 五十四分。aa0 时的工作原理分析时的工作原理分析变压器二次侧a相绕组和晶闸管VT1的电流波形，变压器二次绕组电流有直流分量。晶闸管的电压波形，由3段组成。图5-22 三相半波可控整流电路共阴极接法电阻负载时的电路及a =0时的波形 a a=30 的波形（的波形（图5-23） 特点：负载电流处于连续和断续之间的临界状态。a a30 的情况（的情况（图5-24 ） 特点：负载电

28、流断续，晶闸管导通角小于120 。b)c)d)e)f)u2uaubuca =0Ot1t2t3uGOudOOuabuacOiVT1uVT1ttttta)R动画演示第60页/共113页第六十一页，编辑于星期五：十七点 五十四分。aaaacos17.1cos263)(sin2321226562dUUttdUU（5-18）当a=0时，Ud最大，为 。2d0d17.1UUU222613 22sin()1cos()0.6751cos()22663UUtdtUUaaad(5-19)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：第61页/

29、共113页第六十二页，编辑于星期五：十七点 五十四分。03060901201500.40.81.21.17321a/( )Ud/U2图5-25 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电阻电感负载第62页/共113页第六十三页，编辑于星期五：十七点 五十四分。 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（5-20）222RM45. 2632UUUU（5-21）22UUFM（5-22）第63页/共113页第六十四页，编辑于星期五：十七点 五十四分。图5-26 三相半波可控整流电路，阻感

30、负载时的电路及a =60时的波形特点：阻感负载，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2-16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。udiauaubucibiciduacOtOtOOtOOtatt动画演示第64页/共113页第六十五页，编辑于星期五：十七点 五十四分。由于负载电流连续， Ud可由式（5-18）求出，即 当a a00时，21.17cosUUadUd/U2与a a成余弦关系

31、，如图5-25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给出了这种情况的一个例子。03060901201500.40.81.21.17321a/( )Ud/U2图5-25 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电阻电感负载第65页/共113页第六十六页，编辑于星期五：十七点 五十四分。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（5-23）dVTVT(AV)368. 057. 1III（

32、5-24）2RMFM45. 2UUU（5-25）第66页/共113页第六十七页，编辑于星期五：十七点 五十四分。共阴极组共阴极组阴极连接在一起的3个晶 闸 管 （V T1，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5-27 三相桥式全控整流电路原理图导通顺序： VT1VT2 VT3 VT4 VT5VT6第67页/共113页第六十八页，编辑于星期五：十七点 五十四分。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528 ） a =30 （图529） a =60 （图530）当a60 时，u

33、d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531）带电阻负载时三相桥式全控整流电路a角的移相范围是120第68页/共113页第六十九页，编辑于星期五：十七点 五十四分。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第69页/共113页第七十页，编辑于星期五：十七点 五十四分。 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

34、阴极组和共阳极组各1，且不能为同1相器件。第70页/共113页第七十一页，编辑于星期五：十七点 五十四分。 三相桥式全控整流电路的特点特点第71页/共113页第七十二页，编辑于星期五：十七点 五十四分。a a60 时时（a a =0 图532；a a =30 图533）ud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ud波形 晶闸管承受的电压波形主要包括a a 60 时（时（ a =90图534）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 a角移相范围

35、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。第72页/共113页第七十三页，编辑于星期五：十七点 五十四分。当整流输出电压连续时（即带阻感负载时，或带电阻负载a a60 时）的平均值为： 带电阻负载且a a 60时，整流电压平均值为：输出电流平均值为 ：Id=Ud /Raaacos34.2)(sin63123232dUttdUU（5-26）)3cos(134.2)(sin63232daaUttdUU（5-27）第73页/共113页第七十四页，编辑于星期五：十七点 五十四分。ddddIIIII816. 03232)(3221222（5-2

36、8）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（5-29）式中R和E分别为负载中的电阻值和反电动势的值。第74页/共113页第七十五页，编辑于星期五：十七点 五十四分。ik=ib是逐渐增大的， 而ia=Id-ik是逐渐减小的。当ik增大到等于Id时，ia=0，VT1关断,换流过程结束。VT1换相至VT2的过程：因a、b两相均有漏感，故ia、ib均不能突变。于是VT1和VT2同时导通，相当于将a、b两相短路，在两相组成的回

37、路中产生环流ik。图5-35 考虑变压器漏感时的三相半波可控整流电路及波形udidtOtOgiciaibiciaIduaubuca第75页/共113页第七十六页，编辑于星期五：十七点 五十四分。换相压降与不考虑变压器漏感时相比，ud平均值降低的多少。2ddddbakBbkBaduutiLutiLuu（5-30）dB0B6565B6565Bbb6565dbd23d23)(ddd23)(d)dd(23)(d)(3/21IXiLttiLttiLuutuuUIgaagaagaadkkk（5-31）第76页/共113页第七十七页，编辑于星期五：十七点 五十四分。B2Bab2)65sin(62)(ddLt

38、ULuutik由上式得：)65sin(26ddB2tXUtik进而得出：)65cos(cos26)(d)65sin(26B265B2aatXUttXUitk（5-32）（5-33）（5-34）第77页/共113页第七十八页，编辑于星期五：十七点 五十四分。)65cos(cos26)(d )65sin(26B265B2aatXUttXUitk 当 时， ，于是65gatdkIig g 随其它参数变化的规律： （1） Id越大则g g 越大； （2） XB越大g g 越大； （3） 当a a90 时，a a 越小g g 越大。)cos(cos26B2dgaaXUI（5-35）2dB62)cos(c

39、osUIXgaa（5-36）第78页/共113页第七十九页，编辑于星期五：十七点 五十四分。 dUdBIXdB2IXdB23IXdB3IXdB2ImX)cos(cosgaa2Bd2UXI2Bd22UXI2dB62UIX2dB62UIXmUXIsin22Bd电路形式单相全波单相全控桥三相半波三相全控桥m脉波整流电路 表5-8 各种整流电路换相压降和换相重叠角的计算23U23U注：单相全控桥电路中，环流ik是从-Id变为Id。本表所列通用公式不适用； 三相桥等效为相电压等于 的6脉波整流电路，故其m=6，相电压按 代入。23U23U第79页/共113页第八十页，编辑于星期五：十七点 五十四分。出现

40、换相重叠角g g ，整流输出电压平均值Ud降低。整流电路的工作状态增多。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du/dt，可能使晶闸管误导通，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。第80页/共113页第八十一页，编辑于星期五：十七点 五十四分。第81页/共113页第八十二页，编辑于星期五：十七点 五十四分。最常用的是单相桥和三相桥两种接法。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。第82页/共113页第八十三页，编辑于星期五：十七点 五十四分。1）

41、工作原理及波形分析工作原理及波形分析图5-36 电容滤波的单相桥式不可控整流电路及其工作波形a) 电路 b) 波形基本工作过程基本工作过程：在u2正半周过零点至 t=0期间，因u2ud，故二极管均不导通，电容C向R放电，提供负载所需电流。至 t=0之后，u2将要超过ud，使得VD1和VD4开通，ud=u2，交流电源向电容充电，同时向负载R供电。b)0iudq2ti,uda)+RCu1u2i2VD1VD3VD2VD4idiCiRud至 之后，VD1和VD4关断，电容开始以指数规律放电。tq第83页/共113页第八十四页，编辑于星期五：十七点 五十四分。 输出电压平均值输出电压平均值 电流平均值电

42、流平均值 输出电流平均值IR为： IR = Ud /R Id =IR 二极管电流iD平均值为： ID = Id / 2=IR/ 2 二极管承受的电压二极管承受的电压 （5-47）（5-48）（5-49）22U空载时， 。重载时，Ud逐渐趋近于0.9U2，即趋近于接近电阻负载时的特性。在设计时根据负载的情况选择电容C值，使 , 此时输出电压为： Ud1.2 U2。(T为交流电源的周期)2d2UU 2/)53(TRC （5-46）第84页/共113页第八十五页，编辑于星期五：十七点 五十四分。图5-37 感容滤波的单相桥式不可控整流电路及其工作波形a） 电路图 b）波形a)b)u2udi20qti

43、2,u2,ud第85页/共113页第八十六页，编辑于星期五：十七点 五十四分。某一对二极管导通时，输出电压等于交流侧线电压中最大的一个，该线电压既向电容供电，也向负载供电。当没有二极管导通时，由电容向负载放电，ud按指数规律下降。图5-38 电容滤波的三相桥式不可控整流电路及其波形a)b)Oiaudiduduabuac0qt3t第86页/共113页第八十七页，编辑于星期五：十七点 五十四分。32=+t)-32( - tRC1232=+t2t)(d32sin6d)(d)+tsin(6dqeUtU 电流id 断续和连续的临界条件临界条件33RC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，

44、分界点就是R= / C。3由 “电压下降速度相等”的原则，可以确定临界条件。假设在t 2/3的时刻“速度相等”恰好发生，则有图5-39电容滤波的三相桥式整流电路当 RC等于和小于 时的电流波形 a） RC=b） RCEM b）两电动势同极性EM EG c）两电动势反极性，形成短路电路过程分析。两个电动势同极性相接时，电流总是从电动势高的流向低的，回路电阻小，可在两个电动势间交换很大的功率。第92页/共113页第九十三页，编辑于星期五：十七点 五十四分。图5-42 单相全波电路的整流和逆变交流电网输出电功率电动机输出电功率a)b)u10udu20u10aOOttIdidUdEMu10udu20u

45、10OOttIdidUd /2，使Ud为负值。半控桥或有续流二极管的电路，因其整流电压ud不能出现负值，也不允许直流侧出现负极性的电动势，故不能实现有源逆变。欲实现有源逆变，只能采用全控电路。第94页/共113页第九十五页，编辑于星期五：十七点 五十四分。 0a a /2 时，电路工作在整流状态。 /2 a a /2时的控制角用 a a = b b表示，b b 称为逆变角逆变角。逆变角b b和控制角a a的计量方向相反，其大小自b =0的起始点向左方计量。第95页/共113页第九十六页，编辑于星期五：十七点 五十四分。图5-43 三相桥式整流电路工作于有源逆变状态时的电压波形uabuacubc

46、ubaucaucbuabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbuabuacubcuaubucuaubucuaubucuaubu2udtOtOb =4b =3b =6b =4b =3b =6t1t3t2第96页/共113页第九十七页，编辑于星期五：十七点 五十四分。dMdUEIR输出直流电流的平均值亦可用整流的公式，即bbcos35. 1cos34. 222UUUd（5-105）每个晶闸管导通2 /3，故流过晶闸管的电流有效值为：ddVTIII577. 03（5-106）从交流电源送到直流侧负载的有功功率为：dMddIEIRP2（5-107）当逆变工作时，由于EM为负值，故Pd一般为负值，表示功率由直流电源输送到交流电源。（5-108）在三相桥式电路中，变压器二次侧线电流的有效值为：ddVTIIII816.03222第97页/共113页第九十八页，编辑于星期五：十七点 五十四分。 逆变时，一旦换相失败，外接直流电源就会通过晶闸管电路短路短路，或使变流器的输出平均电压和直流电动势变成顺向串顺向串联联，形成很大短路电流短路电流。触发电路工作不可靠，不能适时、准确地给各晶闸管分配脉冲，如脉冲丢失、脉冲延时等，致使晶闸管不能正常换相。晶闸管发生故障，该断时不