第3章 整流电路(修订)

1、第第3 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引言引言整流电路（整流电路（Rectifier）是电力电子电路中出现最）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直

2、流电能早的一种，它的作用是将交流电能变为直流电能供给直流用电设备。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。三种。 按电路结构可分为按电路结构可分为桥式桥式电路和电路和零式零式电路。电路。 按交流输入相数分为按交流输入相数分为单相单相电路和电路和多相多相电路电路。 按变压器二次侧电流的方向是单向或双向，分为按变压器二次侧电流的方向是单向或双向，分为单拍单拍电路和电路和双拍双拍电路。电路。33.1 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 单相桥式全控整流电

3、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43.1.1 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电阻负载的特点是电阻负载的特点是电压与电电压与电流成正比，两者波形相同流成正比，两者波形相同。 变压器变压器T 起变换电压和隔离起变换电压和隔离的作用。电压瞬时值分别用的作用。电压瞬时值分别用u1和和u

4、2表示，有效值分别用表示，有效值分别用U1和和U2表示，其中表示，其中U2的大小根据需的大小根据需要的直流输出电压要的直流输出电压ud的平均值的平均值Ud确定。确定。 理想化假设理想化假设电路分析电路分析5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为为极性不变但瞬时值变化的极性不变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正半正半周内出现，故称周内出现，故称“半波半波”整流。整流。3.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路paaapwwp2cos145. 0)cos1 (22)(sin221222UUttdUUd（

5、3-1）基本数量关系基本数量关系 a a：从晶闸管开始承受正向阳极电压起到施加触发脉冲：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。止的电角度称为触发延迟角，也称触发角或控制角。 q q：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a a增大，增大，Ud减小，该电路中减小，该电路中VT的的a a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

6、方式。式称为相位控制方式，简称相控方式。 63.1.1 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处于断态处于断态,id=0,ud=0,uVT=u2。 在在w wt1时刻，即触发角时刻，

7、即触发角a a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。 w wt2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。 73.1.1 单相半波可控整流电路

8、单相半波可控整流电路电力电子电路的一种基本分析方法电力电子电路的一种基本分析方法 把器件理想化，将电路简化为把器件理想化，将电路简化为分段线性电路分段线性电路。 器件的每种状态组合对应一种器件的每种状态组合对应一种线性电路拓扑线性电路拓扑，器件通断，器件通断状态变化时，电路拓扑发生改变。状态变化时，电路拓扑发生改变。 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以单相半波电路为例以单相半波电路为例当当VT处于处于断态断态时，相当于时，相当于电路在电

9、路在VT处断开，处断开，id=0。当当VT处于处于通态通态时，相当于时，相当于VT短路。短路。83.1.1 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w wt=a a，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tURitiLwsin2dd2dd)sin(2)sin(22)(2waawwtZUeZUitLRd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w wt=q

10、 q+a a时，时，id=0，代入式（，代入式（3-3）并整理得）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)93.1.1 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，a a角大，角大，q q越小。越小。 若若a a为定值，为定值， 越大，越大，q q越大越大 ，且，且 平均值平均值Ud越接近零。越接近零。 为解决上述矛盾，在负载两端并为解决上述矛盾，在负载两端并联联续流二极管续流二极管，用，用VDR表示。表示。u2udiduVTiVTIdIdwt1wtwtwtwtw

11、twtOOOOOOp -ap +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 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，与没有续流二极正半周时，与没有续流二极管时的情况是一样的。管时的情况是一样的。 当当u2过零变负时，过零变负时，VDR导通，导通，ud为零，为零，VT承受反压关断。承受反压关断。L储存储存的能量保证了电流的能量保证了电流id在在L-R-VDR回回路路中流通，此过程通常称为中流通，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波形波形接

12、近一条水平线接近一条水平线 。10 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IdVT和有效值和有效值IVT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IdVDR和有效值和有效值IVDR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，变压器二次侧电流中含单相半波可控整流电路的特点是简单，但输出脉动大

13、，变压器二次侧电流中含直流分量，造成变压器铁芯直流分量，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，需增大铁芯截。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。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ddVTIIpap2ddVTItdIIpapwppa2)(212ddVDRIIpap2ddVDRItdIIpapwpapp2)(2122(3-5)(3-6)(3-7)(3-8)22U22U113.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路u (i )pwtwtwt000i2udidb)c)d)ddaauVT1,4图图3-5 单相全控

14、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 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正半周正半周 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串联承受串联承受电压电压u2。 在在a a处给处给VT1和和VT4加触发脉加触发脉冲，冲，VT1和和VT4即导通。即导通。 当当u2过零过零时关断。时关断。 在在u2负半周，仍在触发角负半周，仍在触发角a a处触发处触发VT2和和VT3，VT2和和VT3导导通。到通。到u2过零时

15、关断。过零时关断。 VT2和和VT3的的a a=0处为处为w wt=p p12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222U22Upaaapwwp2cos19 . 02cos122)( dsin21222UUttUUd2cos19 . 02cos

16、12222aapRURURUIdd(3-9)(3-10)13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，为相等，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=U2 I2。3.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路2cos145. 0212aRUIIddVTpapapwwppa2sin212)(d)sin2(21222RUttRUIVT

17、papapwwppa2sin21)()sin2(12222RUtdtRUIIIIVT21(3-11)(3-12)(3-13)(3-14)14补充补充15163.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路带阻感负载带阻感负载 负载中电感量的大小不同，负载中电感量的大小不同，整流电路的工作情况及输出整流电路的工作情况及输出电压、电流的波形具有不同电压、电流的波形具有不同的特点。的特点。负载电感量较小，电流不负载电感量较小，电流不连续。电路的工作情况如连续。电路的工作情况如图图3.6（b）所示。）所示。负载电感量较大，电流波负载电感量较大，电流波形将连续。电路的工作情形将连续。电路的工作情况可

18、分为电流上升和电流况可分为电流上升和电流稳定两个阶段。稳定两个阶段。如图如图3.6（c）所示。）所示。173.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路2OwtOwtOwtudidi2OwtOwtuVT1,4OwtOwtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4u图图3-6 单相桥式全控整流电路带单相桥式全控整流电路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带阻感负载 假设负载电感很大，负载电流假设负载电感很大，负载电流id连续连续且波形近似为一水平线。且波形近似为一水平线。 电路分析电路分析 u2正半周：正半周：w wt=a a时，时，触发触发VT1和和VT4，两管导通

19、，两管导通，ud=u2。 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VT1和和VT4中仍流过电流中仍流过电流id，继续导通，继续导通，ud为负值。为负值。 w wt=p p +a a时，时，VT2和和VT3触发导通，触发导通，VT1和和VT4承受反压关断。流过承受反压关断。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，此上，此过程称为过程称为换相换相。 w wt=2p p +a a时，重复上述过程。时，重复上述过程。183.1.2 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apaaapwwpcos9 . 0cos22)(dsin21

20、222dUUttUU22U(3-15) 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q q与与a a无关，均为无关，均为180 其电流平均值和有效值：其电流平均值和有效值：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 的的矩形波，其相位由矩形波，其相位由a a角决定，有效值角决定，有效值I2=Id。 晶闸管晶闸管移相范围移相范围为为90 。整流电压平均值为：整流电压平均值为：19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

21、（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a a30 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

22、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 。 383.2.1 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a a角的角的移相范围移相范围为为150 。 整流电压平均值整流电压平均值 a a30 时，负载电流时，负载电流连续连续，有，有 当当a a=0时，时，Ud最大，为最大，为Ud=Ud0=1.17U2。 a a30 时，负载电流时，负载电流断续断续，晶闸管导通角减小，此时有，晶闸管导通

23、角减小，此时有 aapwwpapapcos17.1cos263)(sin2321226562UUttdUUd)6cos(1675.0)6cos(1223)(sin23212262apappwwppapUUttdUUd(3-18)(3-19)393.2.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路Ud/U2随随a a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a a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403.2.1 三相半波可控整流电路三相半

24、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的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，即峰值，即 RUIdd22245. 2632UUUURM22UUFM(3-20)(3-21)(3-22)413.2.1 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的波形的波形基本是平直的，流过晶闸管的基本是平直的，流过晶闸管的电流接近电流接近矩形波矩形波。a a30 时，整流

25、电压波形与电时，整流电压波形与电阻负载时相同。因两种负载情阻负载时相同。因两种负载情况下，况下，id均连续。均连续。a a30 时，当时，当u2过零时，由过零时，由于电感的存在，阻止电流下降，于电感的存在，阻止电流下降，因而因而VT1继续导通，直到下一相继续导通，直到下一相晶闸管晶闸管VT2的触发脉冲到来，才的触发脉冲到来，才发生换流，由发生换流，由VT2导通向负载供导通向负载供电，同时向电，同时向VT1施加反压使其关施加反压使其关断。断。 阻感负载阻感负载时移相范围为时移相范围为90 uuuudiaabcibiciduacOwtOwtOOwtOOwtawtwtu图图3-17 三相半波可控整流

26、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a a=60 时的波形时的波形423.2.1 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 a a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a a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a a30 后，后，ud中负的部分可能减中负的部分可能减少，整流电压平均值少，整流电压平均值Ud略略为增加，如曲线为增加，如曲线3 所示。所示。acos17.12dUU03060901201501.17321a/( )Ud/U2图

27、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a a的关系的关系433.2.1 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值，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流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。ddVTIIII577. 0312dVTAVVTIII368. 057. 1

28、)(245. 2UUURMFM(3-23)(3-24)(3-25)443.2.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路共阳极接法共阳极接法晶闸管的阴极分别与晶闸管的阴极分别与变压器副边绕组连接。变压器副边绕组连接。晶闸管晶闸管在副边电压在副边电压u2的负半周工作，且的负半周工作，且阴阴极所接的相电压最低极所接的相电压最低的晶闸管导通。的晶闸管导通。相应的相应的自然换相点在自然换相点在三相电压负半周的交三相电压负半周的交点位置上。点位置上。电压、电流大小均与电压、电流大小均与共阴极接法相等，但共阴极接法相等，但极性相反。极性相反。三相半波可控整流电路共阳极连接，三相半波可控整流电路共阳极连接

29、，a a=30 时的波形时的波形45共阴极组共阴极组阴阴极连接在一起的极连接在一起的3个晶闸管个晶闸管（VT1，VT3，VT5）共阳极组共阳极组阳阳极连接在一起极连接在一起的的3个晶闸管个晶闸管（VT4，VT6，VT2）导通顺序：导通顺序： VT1VT2 VT3 VT4 VT5VT6原理图原理图 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46 将共阴极组和共阳极组电路输出串联（即将共阴极组和共阳极组电路输出串联（即“0”0”点连点连起来），并接到变压器次级绕组上。起来），并接到变压器次级绕组上。三相桥式全控整流电路的形

30、成三相桥式全控整流电路的形成3.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路47 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）三相桥式全控整流电路的特点三相桥式全控整流电路的特点483.2.2 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，形成向负载供电的回晶闸管同时导通，形成向负载供电的回路，共阴极组的和共阳极组的路，共阴极组的和共阳极组的各各1个个，且不能为同一相的晶，且不能为同一相的晶闸管。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

31、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 ，共阳极组，共阳极组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 。493.2.2 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

32、续时，为确保电路的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，两个窄脉冲的前：用两个窄脉冲代替宽脉冲，两个窄脉冲的前沿相差沿相差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，晶闸管承受最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。大正、反向电压的关系

33、也一样。503.2.2 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a a60 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波形的形状是一样的，波形的形状是一样的，也也连续连续。 a a=0 时，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

34、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a a=0 时晶闸管工作情况时晶闸管工作情况513.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路 a a=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的每一的每一段线电压因此推迟段线电压因此推迟30 ，ud平均值降低，波形见平均值降低，波形见图图3-20。 a a=60 时，时，ud波形中每段线电

35、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。a a=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a a60 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，晶闸管关也降至零，晶闸管关断，输出整流电压断，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。 a a=90 时的波形见时的波形见图图3-22。 523.2.2 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a a60 时时 ud波形连续，电路的工作情况

36、与带电阻负载时十分相波形连续，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、输出整流电压似，各晶闸管的通断情况、输出整流电压ud波形、晶闸管波形、晶闸管承受的电压波形等都一样。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。 a a=0 时的波形见时的波形见图图3-23，a a=30 时的波形见时的波形见图图3-24。 当当a a60 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。 a a=90 时的波形见时的波形

37、见图图3-25。 533.2.2 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a a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a a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a a60 时时 带电阻负载且带电阻负载且a a 60 时时 awwpapapcos34.2)(sin63123232UttdUUd)3cos(134. 2)(sin63232apwwpp

38、apUttdUUd(3-26)(3-27)543.2.2 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3-18中所示采用中所示采用星形接法星形接法，带阻感负载，带阻感负载时，变压器二次侧电流波形如图时，变压器二次侧电流波形如图3-24中所示，为正负半周中所示，为正负半周各宽各宽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

39、载时的时的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)55上节内容回顾 563.3 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，该漏感可用一个集，该漏感可用一个集中的电感中的电感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，电感电流不由于电感对电流的变化起阻碍作用，电感电流不能突变，因此能突变，因此换相换相

40、过程不能瞬间完成，而是会过程不能瞬间完成，而是会持续持续一段时间一段时间。 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，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。 573.3 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的过程的过程 在在w wt1时刻之前时刻之前VT1导通，导通， w wt1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

41、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。 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路及波形 583

42、.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平均值降低平均值降低的多少，即的多少，即 2ddddbabaduutiLutiLuukBkB556655dbdbbB66565BBB d06d13()d()()d()2 /32dd333d()d2d22dkIkkiUuutuuLttiLtL iX Itppa ga gppaapa gpawwppwwppp (3-30)(3-31)593.3 变压器漏感对整流电路的影响变压

43、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： 进而得出：进而得出： 当当 时，时， ，于是，于是 B2Bab2)65(sin62)(ddLtULuutikpw2Bd65sin ()d26kiUttXpww2256BB6655sin()d()coscos()2626tkUUitttXXwpappwwawgapw65tdIik)cos(cos26B2dgaaXUI2dB62)cos(cosUIXgaa(3-32)(3-33)(3-34)(3-35)(3-36)603.3 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

44、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a a90 时，时，a a越小越小g 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(cosgaadBIXpdB2IXpdB23IXpdB3IXpdB2ImXp2Bd2UXI2Bd22UXI2dB62UIX2dB62UIXmUXIpsin22Bd注：注：单相全控桥电路中，换相压降及换相重叠角通式中的单相全控桥电路中，换相压降及换相重叠角通式

45、中的Id应代入应代入2Id； 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。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 613.3 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

46、为串入进线减小，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。623.3 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

47、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a a0时的情况。时的情况。 Ud2.34U2cosa aUd Ud3XBIdp p IdUdR 解方程组得：解方程组得： Ud2.34U2cosa a（13XB/p pR）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

48、i2a的波形如的波形如图图3-27所示。所示。acos)cos(gaBdXI6gcos32633.4 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、开关电源交变频器、不间断电源、开关电源等应用场合大都采用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管整流二极管，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。643.4.1 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

49、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w wt=0期间，因期间，因u2EM b）两电动势同极性）两电动势同极性EMEG c）两电动势反极性，形成短路）两电动势反极性，形成短路直流发电机直流发电机电动机系统电能的流转电动机系统电能的流转 M作作电动运转电动运转，EGEM，电流，电流Id从从G流向流向M，电能由，电能由G流向流向M，转变，转变为为M轴上输出的机械能轴上输出的机械能。 回馈制动回馈制动状态中，状态中，M作发电运转，作发电运转，EMEG，电流反向，从，电流反向，从M流向流向G， M轴上的机械能转变为电能反送给轴上的机械能转变为电能反送给G。

50、两电动势两电动势顺向串联顺向串联，向电阻，向电阻R供电，供电，G和和M均输出功率，由于均输出功率，由于R一般都很一般都很小，实际上形成短路，在工作中必须严防这类事故发生。小，实际上形成短路，在工作中必须严防这类事故发生。 两个电动势两个电动势同极性相接同极性相接时，电流总是从电动势高的流向电动势低的，由时，电流总是从电动势高的流向电动势低的，由于回路电阻很小，即使很小的电动势差值也能产生大的电流，使两个电动势于回路电阻很小，即使很小的电动势差值也能产生大的电流，使两个电动势之间交换很大的功率，这对分析有源逆变电路是十分有用的。之间交换很大的功率，这对分析有源逆变电路是十分有用的。 86 晶闸管

51、只能单向导电，因晶闸管只能单向导电，因此无论变流器运行在整流工作此无论变流器运行在整流工作状态还是逆变工作状态，其电状态还是逆变工作状态，其电路中的电流方向不可能改变。路中的电流方向不可能改变。 图(a)和(b)为变流器在整流状态和逆变状态电能传递框图，它的电流方向如图示。 在整流时，变流器(即整流器)输出电压Uda a的极性“1”端正、“2”端负，电源通过变流器向负载供电。变流器的电能传递变流器的电能传递3.7.1 逆变的概念逆变的概念87 要使负载侧反过来通过变流器向交流电源供电(即能量反传递)而且电流流向不变，则在负载侧必须存在一个直流电源E(电动势)，这个电源的极性与整流电压极性相反。

52、 前已述及，两个电源之间的能量交换必须使这两电源同极性相连接。这样，欲使负载中直流电源的能量反流回交流电源中去，则要求变流器能产生一个与原整流电压Uda a极性相反的电压(即2端为正、1端为负)，称之为逆变电压Ud ，且Ud EUd 为逆变电压ud 的平均值。由于希望在能量交换中的能量损失尽可能地小，因此回路中的电阻R均较小，这样Ud较接近于E。3.7.1 逆变的概念逆变的概念88通过上述分析，可知有源逆变产生的条件为：(1) 负载侧存在一个直流电源E，由它提供能量，其电势极性与变流器的整流电压相反，对晶闸管为正向偏置电压；(2)变流器在其直流侧输出应有一个与原整流电压极性相反的逆变电压ud

53、，其平均值Ud EM，交流电，交流电网输出电功率，电动机则输入电网输出电功率，电动机则输入电功率。功率。 电动机电动机M作作发电回馈制动发电回馈制动运行，由于晶闸管器件的运行，由于晶闸管器件的单向导单向导电性电性，电路内，电路内Id的方向依然不变，的方向依然不变， 欲改变电能的输送方向，只能改欲改变电能的输送方向，只能改变变EM的极性的极性。为了避免两电动势。为了避免两电动势顺向串联，顺向串联，Ud的极性的极性也必须反过也必须反过来，故来，故a a的范围在的范围在p p/2p p，且，且|EM|Ud|。 图图3-47 单相全波电路的整流和逆变单相全波电路的整流和逆变 903.7.1 逆变的概念

54、逆变的概念产生逆变的条件产生逆变的条件 要有要有直流电动势直流电动势，其极性须和晶闸管的导通方，其极性须和晶闸管的导通方向一致，其值应大于变流器直流侧的平均电压。向一致，其值应大于变流器直流侧的平均电压。 要求晶闸管的控制角要求晶闸管的控制角a ap p/2，使，使Ud为负值。为负值。 两者必须同时具备才能实现有源逆变。两者必须同时具备才能实现有源逆变。半控桥或有续流二极管的电路半控桥或有续流二极管的电路，因其整流电压，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，动势，故不能实现有源逆变，欲实现有

55、源逆变，只能采用只能采用全控电路全控电路。913.7.2全控整流电路的有源逆变状态全控整流电路的有源逆变状态逆变和整流的区别逆变和整流的区别：控制角 a a 不同 0a a p p /2 时，电路工作在整流状态。 p p /2 a a p p/2时的控制角用时的控制角用p p-a a= 表示，表示， 称为逆变角称为逆变角。 的大小自的大小自 =0的起始点向的起始点向左方左方计量。计量。 可沿用整流的办法来处理逆变时有关波形与参数计算可沿用整流的办法来处理逆变时有关波形与参数计算等各项问题。等各项问题。923.7.2 全控整流电路的有源逆变状态全控整流电路的有源逆变状态三相半波整流电路的整流和逆

56、变状态三相半波整流电路的整流和逆变状态三相半波整流电路的有源逆变工作状态三相半波整流电路的有源逆变工作状态不同逆变角时的输出电不同逆变角时的输出电压波形如图所示压波形如图所示933.7.2 全控整流电路的有源逆变工作状态全控整流电路的有源逆变工作状态uabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbuabuacubcuaubucuaubucuaubucuaubu2udwtOwtO =p4 =p3 =p6 =p4 =p3 =p6wt1wt3wt2图图3-48 三相桥式整流电路工作于有源逆变状态时的电压波形三相桥式整流电路工作于有源逆变状态

57、时的电压波形 三相桥整流电路的有源逆变工作状态三相桥整流电路的有源逆变工作状态三相桥式电路工作于有源逆变状态，不同逆三相桥式电路工作于有源逆变状态，不同逆变角时的输出电压波形如图变角时的输出电压波形如图3-48所示。所示。 943.7.2 全控整流电路的有源逆变工作状态全控整流电路的有源逆变工作状态三相桥式整流电路工作于有源逆变状态时的电压波形三相桥式整流电路工作于有源逆变状态时的电压波形 三相桥整流电路的有源逆变工作状态三相桥整流电路的有源逆变工作状态953.7.2 三相桥整流电路的有源逆变工作状态三相桥整流电路的有源逆变工作状态IIIddVT577. 03REUIMdd基本的数量关系基本的

58、数量关系 三相桥式电路的输出电压三相桥式电路的输出电压Ud= -2.34U2cos = -1.35U2Lcos 输出直流电流的平均值输出直流电流的平均值 流过晶闸管的电流有效值流过晶闸管的电流有效值从交流电源送到直流侧负载的有功功率为从交流电源送到直流侧负载的有功功率为变压器二次侧线电流的有效值变压器二次侧线电流的有效值 当逆变工作时，由于当逆变工作时，由于EM为负值，故为负值，故Pd一般为负值一般为负值，表示功率由直流电，表示功率由直流电源输送到交流电源。源输送到交流电源。 (3-105)(3-106)(3-107)(3-108)IEIRPdMdd2IIIIddVT816.03222963.

59、7.3 逆变失败与最小逆变角的限制逆变失败与最小逆变角的限制逆变运行时，一旦发生换相失败，外接的直流电逆变运行时，一旦发生换相失败，外接的直流电源就会通过晶闸管电路形成短路，或者使变流器源就会通过晶闸管电路形成短路，或者使变流器的输出平均电压和直流电动势变成顺向串联，由的输出平均电压和直流电动势变成顺向串联，由于逆变电路的内阻很小，形成很大的短路电流，于逆变电路的内阻很小，形成很大的短路电流，这种情况称为这种情况称为逆变失败逆变失败，或称为，或称为逆变颠覆逆变颠覆。逆变失败的原因逆变失败的原因 触发电路触发电路工作不可靠，不能适时、准确地给各晶工作不可靠，不能适时、准确地给各晶闸管分配脉冲，如

60、脉冲丢失、脉冲延时等，致使闸管分配脉冲，如脉冲丢失、脉冲延时等，致使晶闸管不能正常换相。晶闸管不能正常换相。 晶闸管晶闸管发生故障，该断时不断，或该通时不通。发生故障，该断时不断，或该通时不通。 交流电源交流电源缺相或突然消失。缺相或突然消失。 换相的换相的裕量角裕量角不足，引起换相失败。不足，引起换相失败。97考虑变压器漏抗引起重叠角考虑变压器漏抗引起重叠角 对逆变电路换相的影响对逆变电路换相的影响 当 g 时，换相结束时，晶闸管VT3承受反压而关断。如果 g 时（从图3-49右下角的波形中可清楚地看到），该导通的晶闸管（VT1）会关断，而应关断的晶闸管（VT3)不能关断，最终导致逆变失败。