整流电路电力电子.

1、电力电子技术电子教案电力电子技术电子教案第第2章章 整流电路整流电路(Rectifier)Power Electronics Technology电力电子学电力电子变换和控电力电子学电力电子变换和控制技术，陈坚，高等教育出版制技术，陈坚，高等教育出版社，社，2002.1Jai P. AgrawalPower Electronics Systems - Theory and Design，方承方承远编，机械工业出版社，远编，机械工业出版社，2001.8 引引 言言整流电路整流电路：出现最早的电力电子电路，：出现最早的电力电子电路， 将交流电变为直流电将交流电变为直流电按组成的器件可分为不可控、半

2、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，又分按变压器二次侧电流的方向是单向或双向，又分为单拍电路和双拍电路为单拍电路和双拍电路本章内容：本章内容： 可控整流电路：工作原理（波形分析）、可控整流电路：工作原理（波形分析）、 基本数量关系、负载性质的影响基本数量关系、负载性质的影响 变压器漏抗对整流电路的影响变压器漏抗对整流电路的影响 电容滤波的二极管整流电路电容滤波的二极管整流电路 (X) 整流电路的谐波和功

3、率因数分析整流电路的谐波和功率因数分析 大功率场合的整流电路大功率场合的整流电路(X) 相位控制电路的驱动控制相位控制电路的驱动控制知识点回顾：知识点回顾：nL、C是储能元件，是储能元件，L上电流不能突变，上电流不能突变，C上电压不能突变。上电压不能突变。n分析方法：将电力电子器件理想化，当器分析方法：将电力电子器件理想化，当器件导通时，阻抗为件导通时，阻抗为0；当器件断开时，阻；当器件断开时，阻抗为无穷大。抗为无穷大。通过器件的理想化，将电路简化为分段线性电路，分段进通过器件的理想化，将电路简化为分段线性电路，分段进行分析计算。对单相半波电路的分析可基于上述方法进行分析计算。对单相半波电路的

4、分析可基于上述方法进行：当行：当VT处于断态时，相当于电路在处于断态时，相当于电路在VT处断开，处断开，id=0。当当VT处于通态时，相当于处于通态时，相当于VT短路短路n计算公式：计算公式：1、平均电流计算公式、平均电流计算公式2、电流有效值计算公式电流有效值计算公式TdttiTI0)(1TMdttiTI02)(13.1 3.1 单相可控整流电路单相可控整流电路v 交流侧接单相电源交流侧接单相电源v重点注意：工作原理（波形重点注意：工作原理（波形分析）、定量计算、不同分析）、定量计算、不同负载的影响。负载的影响。3.1.1 单相半波可控整流电单相半波可控整流电路路 Single Phase

5、Half Wave Controlled Rectifier1. 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起起变换电压变换电压和和隔离隔离的作用的作用电阻负载的特点：电压电阻负载的特点：电压与电流成正比，两者波与电流成正比，两者波形相同形相同 TVTR0a)u1u2uVTudidt12ttttu2uguduVT0b)c)d)e)003.1.1 3.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路几个概念的解释：几个概念的解释：ud为脉动直流，波形只在为脉动直流，波形只在u2正正半周内出现，故称半周内出现，故称“半波半波”整整流流采用了可控器件晶闸管，且采用了可控器件晶闸管，且交

6、流输入为单相，故该电路为交流输入为单相，故该电路为单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路ud波形在一个电源周期中只波形在一个电源周期中只脉动脉动1次，故该电路为单脉波次，故该电路为单脉波整流电路整流电路几个重要的基本概念：几个重要的基本概念：触发延迟角：从晶闸管开始触发延迟角：从晶闸管开始承受正向阳极电压起到施加触承受正向阳极电压起到施加触发脉冲止的电角度发脉冲止的电角度,用用 表示表示,也称也称触发角或控制角触发角或控制角导通角：晶闸管在一个电源周导通角：晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度称为期中处于通态的电角度称为导导通角通角，用，用表示表示: = - TVTR0a)u1u2uVTu

7、didt12ttttu2uguduVT0b)c)d)e)002cos145.0)cos1(22)(sin221222UUttdUUd直流输出电压平均值直流输出电压平均值 VT的的 移相范围为移相范围为0-180 这种通过控制触发脉冲的相这种通过控制触发脉冲的相位来控制直流输出电压大小的位来控制直流输出电压大小的方式称为方式称为相位控制方式相位控制方式，简称，简称相控方式相控方式TVTR0a)u1u2uVTudidt12ttttu2uguduVT0b)c)d)e)00基本数量关系基本数量关系阻感负载的特点：电感对电阻感负载的特点：电感对电流变化有抗拒作用，使得流过流变化有抗拒作用，使得流过电感的

8、电流不能发生突变电感的电流不能发生突变电力电子电路的一种基本分电力电子电路的一种基本分析方法析方法通过器件的理想化，将电路通过器件的理想化，将电路简化为分段线性电路，分段进简化为分段线性电路，分段进行分析计算行分析计算对单相半波电路的分析可基对单相半波电路的分析可基于上述方法进行：当于上述方法进行：当VT处于处于断态时，相当于电路在断态时，相当于电路在VT处处断开，断开，id=0。当当VT处于通态处于通态时，相当于时，相当于VT短路短路a)u1TVTRLu2uVTudidu20t12tttttug0ud0id0uVT0b)c)d)e)f)+ + +图图2-2带阻感负载的带阻感负载的单相半波电路

9、及其波形单相半波电路及其波形2. 带阻感负载的工作情况带阻感负载的工作情况tURitiLsin2dd2dd)sin(2)sin(22)(2dtZUeZUitLR22)( LRZRLarctan)sin()sin(tanea)b)VTRLVTRLu2u2图图2-3单相半波可控整流单相半波可控整流电路的分段线性等效电路电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（2-3）（2-2）（2-4）VT处于通态时：处于通态时：初始条件：初始条件：t= ，id=0。求解式（求解式（2-2）并将初始条件代入可得）并将初始条件代入可得其中其中当当t=+ 时，时，id=0

10、，代入式（代入式（2-3）并整理得）并整理得负载阻抗角负载阻抗角 、触发角触发角a、晶闸管导晶闸管导通角的关系通角的关系若若 为定值为定值，a 越大，在越大，在u2正半正半周周L储能越少，维持导电的能力储能越少，维持导电的能力就越弱，就越弱，越小越小若若a为定值，为定值， 越大，则越大，则L贮能贮能越多，越多，越大；且越大；且 越大，在越大，在u2负半周负半周L维持晶闸管导通的时间维持晶闸管导通的时间就越接近晶闸管在就越接近晶闸管在u2正半周导通正半周导通的时间，的时间，ud中负的部分越接近正中负的部分越接近正的部分，平均值的部分，平均值Ud越接近零，越接近零，输出的直流电流平均值也越小。输出

11、的直流电流平均值也越小。)sin()sin(tane超越方程，用迭代法求解超越方程，用迭代法求解a)u1TVTRLu2uVTudidu20t12tttttug0ud0id0uVT0b)c)d)e)f)+ + +当当u u2 2过零变负时，过零变负时，VDVDR R导导通，通，u ud d为零。此时为负的为零。此时为负的u u2 2通过通过VDVDR R向向VTVT施加反压使其施加反压使其关断，关断，L L储存的能量保证了储存的能量保证了电流电流i id d在在L-R-VDL-R-VDR R回路中流回路中流通，此过程通常称为续流。通，此过程通常称为续流。续流期间续流期间u ud d为为0 0，u

12、 ud d中不再中不再出现负的部分出现负的部分a)LTVTRu1u2uVTudVDRidu2udiduVTiVTIdIdt1ttttttOOOOOO-+b)c)d)e)f)g)iVDRiVDR图图2-4单相半波带阻感负载单相半波带阻感负载有续流二极管的电路及波有续流二极管的电路及波形形为避免为避免Ud太小，在整流电路太小，在整流电路的负载两端并联的负载两端并联续流二极管续流二极管ddVDRII2ddVDRItdII2)(2122ddVT2IId2dVT2)(21ItdII若近似认为若近似认为id为一条水平线，恒为为一条水平线，恒为Id，则有则有 VTVDR数量关系数量关系a)LTVTRu1u2

13、uVTudVDRidu2udiduVTiVTIdIdt1ttttttOOOOOO-+b)c)d)e)f)g)iVDRiVDR2cos145.0)(sin22122UttdUUd直流输出电压平均值直流输出电压平均值a)LTVTRu1u2uVTudVDRidu2udiduVTiVTIdIdt1ttttttOOOOOO-+b)c)d)e)f)g)iVDRiVDR简单，但输出脉动大，变压器简单，但输出脉动大，变压器二次侧电流中含直流分量，造二次侧电流中含直流分量，造成变压器铁芯直流磁化成变压器铁芯直流磁化实际上很少应用此种电路实际上很少应用此种电路分析该电路的主要目的在于利分析该电路的主要目的在于利用

14、其简单易学的特点，建立起用其简单易学的特点，建立起整流电路的基本概念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3.1.2 3.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路VTVT1 1和和VTVT4 4组成一对桥臂，组成一对桥臂，在在u u2 2正半周承受电压正半周承受电压u u2 2，得到触发脉冲即导通，得到触发脉冲即导通，当当u u2 2过零时关断过零时关断VTVT2 2和和VTVT3 3组成另一对桥臂，组成另一对桥臂，在在u u2 2正半周承受电压正半周承受电压- -u u2 2，得到触发脉冲即导通，得到触发脉冲即导通，当当u u2 2过零时关断过零时关断

15、RTu1u2a)i2abVT1VT3VT2VT4udidttt000i2udidb)c)d)ud(id)uVT1,4图图2-5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1.1.带电阻负载的工作情况带电阻负载的工作情况双脉波整流电路双脉波整流电路变压器无磁化现象变压器无磁化现象2cos19 . 02cos122)(dsin21222UUttUUd2cos19 . 02cos12222ddRURURUI数量关系数量关系a 角的移相范围为角的移相范围为180 。RTu1u2a)i2abVT1VT3VT2VT4udidttt000i2udidb)c)d)ud(id)uVT

16、1,42sin21)()sin2(12222RUtdtRUIIII21VT2sin212)(d)sin2(21222RUttRUIVT不考虑变压器的损耗时，不考虑变压器的损耗时，要求变压器的容量为要求变压器的容量为S=U2I2。RTu1u2a)i2abVT1VT3VT2VT4udidttt000i2udidb)c)d)ud(id)uVT1,42cos145.0212ddVTRUII为便于讨论，假设电路为便于讨论，假设电路已工作于稳态，已工作于稳态，id的平均的平均值不变。值不变。假设负载电感很大，负假设负载电感很大，负载电流载电流id连续且波形近似连续且波形近似为一水平线为一水平线u2过零变负

17、时，由于过零变负时，由于电感的作用晶闸管电感的作用晶闸管VT1和和VT4中仍流过中仍流过电流电流id，并不关断并不关断至至t=+ 时刻，给时刻，给VT2和和VT3加触发脉加触发脉冲，因冲，因VT2和和VT3本本已承受正电压，故两已承受正电压，故两管导通管导通TabRLa)u1u2i2VT1VT3VT2VT4udidu2OtOtOtudidi2b)OtOtuVT1,4OtOtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4图图2-6单相全控桥带单相全控桥带阻感负载时的电路及波阻感负载时的电路及波形形2.带阻感负载的工作情况带阻感负载的工作情况cos9 . 0cos22)( dsin21222dUUt

18、tUUVTVT2 2和和VTVT3 3导通后导通后, , u u2 2通过通过VTVT2 2和和VTVT3 3分别向分别向VTVT1 1和和VTVT4 4施加反压使施加反压使VTVT1 1和和VTVT4 4关断，流过关断，流过VTVT1 1和和VTVT4 4的的电流迅速转移到电流迅速转移到VTVT2 2和和VTVT3 3上，此上，此过程称过程称换相，亦称换流换相，亦称换流晶闸管移相范围为晶闸管移相范围为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导通角与与a无关，均为无关，均为180 22uTabRLa)u1u2i2VT1VT3VT2VT4udidu2

19、OtOtOtudidi2b)OtOtuVT1,4OtOtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4ddT21IIddT707. 021III变压器二次侧电流变压器二次侧电流i2的波的波形为正负各形为正负各180 的矩形波，的矩形波，其相位由其相位由a角决定，角决定，有效值有效值I2=Id。TabRLa)u1u2i2VT1VT3VT2VT4udidu2OtOtOtudidi2b)OtOtuVT1,4OtOtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4RUIdd3.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在在|u2|E时，才有时，才有晶闸管承受正电压，晶闸管承受正电压，有导通的可能有

20、导通的可能导通之后，导通之后，ud=u2，直至直至|u2|=E，id即降至即降至0使使得晶闸管关断，此后得晶闸管关断，此后ud=E与电阻负载时相比，晶闸管提与电阻负载时相比，晶闸管提前了电角度前了电角度停止导电，停止导电，称为称为停止导电角停止导电角。（2-16）在在a 角相同时，整流输出电压角相同时，整流输出电压比电阻负载时大。比电阻负载时大。a)b)REidudidOEudtIdOt图图2-7单相桥式全控整流单相桥式全控整流电路接反电动势电路接反电动势电阻负载时电阻负载时的电路及波形的电路及波形REuidd212sinUE如如图图2-7b所示所示id波形在一周期内波形在一周期内有部分时间为

21、有部分时间为0的情况，称为的情况，称为电电流断续流断续。与此对应，若。与此对应，若id波形不波形不出现为出现为0的点的情况，称为电流的点的情况，称为电流连续。当连续。当时，触发脉冲到来时，触发脉冲到来时，晶闸管承受负电压，不可能时，晶闸管承受负电压，不可能导通。为了使晶闸管可靠导通，导通。为了使晶闸管可靠导通，要求触发脉冲有要求触发脉冲有足够的宽度足够的宽度，保，保证当证当 t= 时刻晶闸管开始承受时刻晶闸管开始承受正电压时，触发脉冲仍然存在。正电压时，触发脉冲仍然存在。这样，相当于触发角被推迟为这样，相当于触发角被推迟为 。 a)b)REidudidOEudtIdOtOud0Eidtt =负

22、载为直流电动机时，如果出现负载为直流电动机时，如果出现电流断续则电动机的电流断续则电动机的机械特性将机械特性将很软很软a)b)REidudidOEudtIdOt为了克服此缺点，一般在主电为了克服此缺点，一般在主电路中直流输出侧串联一个平波路中直流输出侧串联一个平波电抗器，用来减少电流的脉动电抗器，用来减少电流的脉动和延长晶闸管导通的时间和延长晶闸管导通的时间这时整流电压这时整流电压ud的波形和负载电流的波形和负载电流id的波形与电感负的波形与电感负载电流连续时的波形相同，载电流连续时的波形相同，ud的计算公式亦一样的计算公式亦一样为保证电流连续所需的电感量为保证电流连续所需的电感量L可由下式求

23、出可由下式求出（2-17）1087.222dmin23dmin2HIUIUL3.1.3 3.1.3 单相全波可控整流电路单相全波可控整流电路 a)b)u1TRu2u2i1VT1VT2ududi1OOtt单相全波与单相单相全波与单相全控桥从直流输全控桥从直流输出端或从交流输出端或从交流输入端看均是基本入端看均是基本一致的一致的两者的区别两者的区别 （1）单相全波中变压器结构较复杂，绕组及铁芯对铜、铁等材料的消耗多）单相全波中变压器结构较复杂，绕组及铁芯对铜、铁等材料的消耗多 （2）单相全波只用）单相全波只用2个晶闸管，比单相全控桥少个晶闸管，比单相全控桥少2个，相应地，门极驱动电路个，相应地，门

24、极驱动电路也少也少2个；但是晶闸管承受的最大电压为个；但是晶闸管承受的最大电压为 U2，是单相全控桥的是单相全控桥的2倍倍 （3）单相全波导电回路只含）单相全波导电回路只含1个晶闸管，比单相桥少个晶闸管，比单相桥少1个，因而管压降也少个，因而管压降也少1个个22图图2-9单相全波可控单相全波可控整流电路及波整流电路及波形形a)b)u1TRu2u2i1VT1VT2ududi1OOttRTu1u2a)i2abVT1VT3VT2VT4udidttt000i2udidb)c)d)ud(id)uVT1,4a)b)u1TRu2u2i1VT1VT2ududi1OOtt =900-110-2-101202 3

25、 /2 /2UVT1ud3.1.4 3.1.4 单相桥式半控整流电路单相桥式半控整流电路单相全控桥中，每个单相全控桥中，每个导电回路中有导电回路中有2个晶闸个晶闸管，为了对每个导电管，为了对每个导电回路进行控制，只需回路进行控制，只需1个晶闸管就可以了，个晶闸管就可以了，另另1个晶闸管可以用二个晶闸管可以用二极管代替，从而简化极管代替，从而简化整个电路。如此即成整个电路。如此即成为单相桥式半控整流为单相桥式半控整流电路（先不考虑电路（先不考虑VDR）。）。TabRLa)u1u2i2VT1VT3VT2VT4udidu2OtOtOtudidi2b)OtOtuVT1,4OtOtIdIdIdIdIdi

26、VT2,3iVT1,4a)TabRLOb)u2i2udidVT1VT2VD3VD4VDRu2OudidIdOOOOOi2IdIdIdIdIdtttttttiVT1iVD4iVT2iVD3iVDRa)TabRLOb)u2i2udidVT1VT2VD3VD4VDRu2OudidIdOOOOOi2IdIdIdIdIdtttttttiVT1iVD4iVT2iVD3iVDR单相半控桥带单相半控桥带阻感负载的情况阻感负载的情况a)TabRLOb)u2i2udidVT1VT2VD3VD4VDRu2OudidIdOOOOOi2IdIdIdIdIdtttttttiVT1iVD4iVT2iVD3iVDR工作原理工

27、作原理:续流二极管的作用续流二极管的作用若无续流二极管，则当若无续流二极管，则当a 突然增大至突然增大至180 或触发脉冲丢失时，会发生一个或触发脉冲丢失时，会发生一个晶闸管持续导通而两个二极管轮流导晶闸管持续导通而两个二极管轮流导通的情况，这使通的情况，这使ud成为正弦半波，即成为正弦半波，即半周期半周期ud为正弦，另外半周期为正弦，另外半周期ud为零，为零，其平均值保持恒定，称为其平均值保持恒定，称为失控失控有续流二极管有续流二极管VDR时，续流过程由时，续流过程由VDR完成，晶闸管关断，避免了某一完成，晶闸管关断，避免了某一个晶闸管持续导通从而导致失控的现个晶闸管持续导通从而导致失控的现

28、象。同时，续流期间导电回路中只有象。同时，续流期间导电回路中只有一个管压降，有利于降低损耗一个管压降，有利于降低损耗a)TabRLOb)u2i2udidVT1VT2VD3VD4VDRu2OudidIdOOOOOi2IdIdIdIdIdtttttttiVT1iVD4iVT2iVD3iVDR单相桥式半控整流电路的另一种接法单相桥式半控整流电路的另一种接法相当于把相当于把图图2-4a中的中的VT3和和VT4换为二极管换为二极管VD3和和VD4，这样可以省去续流二极管这样可以省去续流二极管VDR，续流由续流由VD3和和VD4来实现来实现负载Tu2VD3VD4VT1VT2失控失控?3.2 3.2 三相可

29、控整流电路三相可控整流电路 1. 电阻负载电阻负载电路的特点：电路的特点：变压器二次侧接成星形得到零线，而一次侧接变压器二次侧接成星形得到零线，而一次侧接成成三角形避免三角形避免3次谐波流入电网次谐波流入电网三个晶闸管分别接入三个晶闸管分别接入a、b、c三相电源，其阴极三相电源，其阴极连接在一起连接在一起共阴极接法共阴极接法a)b)c)d)e)f)u2abcTRudidVT2VT1VT3uaubuc =0Ot1t2t3uGOudOOuabuacOiVT1uVT1ttttt负载容量较大，或要求直流电负载容量较大，或要求直流电压脉动较小、易滤波时用压脉动较小、易滤波时用基本的是三相半波可控整流电路

30、，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三相桥式全控整流电路应用最广3.2.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路abcabcbcababcacab ac bc ba ca cb ab ac3.2.1 3.2.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路 假设将电路中的晶闸管换作二极假设将电路中的晶闸管换作二极管，成为三相半波不可控整流电管，成为三相半波不可控整流电路路. 此时，相电压最大的一个所此时，相电压最大的一个所对应的二极管导通，并使另两相对应的二极管导通，并使另两相的二极管承受反压关断，输出整的二极管承受反压关断，输出整流电压即为该相的相电压流电压即为该相的

31、相电压 在在 t1 t2期间，期间，VD1导通，导通，ud=ua 在在 t2 t3期间，期间， VD2导通，导通，ud=ub 在在 t3 t4期间，期间，VD3导通，导通，ud=uc二极管换相时刻为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时刻，将其作为计算各晶闸管触发角发角a的起点的起点，即，即a =0 .a)b)c)d)e)f)u2abcTRudidVT2VT1VT3uaubuc =0Ot1t2t3uGOudOOuabuacOiVT1uVT1ttttta)b)c)d)e)f)u2abcTRudidVT2VT1V

32、T3uaubuc =0Ot1t2t3uGOudOOuabuacOiVT1uVT1ttttta =0 时的工作原理分析时的工作原理分析变压器二次侧变压器二次侧a相绕组和晶闸管相绕组和晶闸管VT1的电流波形，变压器二次绕的电流波形，变压器二次绕组电流有直流分量组电流有直流分量晶闸管的电压波形，由晶闸管的电压波形，由3段组成：段组成：第第1段，段，VT1导通期间，为一管导通期间，为一管压降，可近似为压降，可近似为uT1=0第第2段，在段，在VT1关断后，关断后，VT2导通期导通期间，间，uT1=ua-ub=uab，为一段线电压为一段线电压第第3段，在段，在VT3导通期间，导通期间， uT1=ua-u

33、c=uac为另一段线电压为另一段线电压 =30u2uaubucOtOtOtOtOtuGuduabuact1iVT1uVT1uac图图2-13三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路电阻负载，电阻负载， =30 时的波形时的波形 =30 时的波形时的波形负载电流处于连续和负载电流处于连续和断续之间的临界状态断续之间的临界状态 30 的情况的情况特点：负载电流断续，特点：负载电流断续，晶闸管导通角小于晶闸管导通角小于120 tttt =60u2uaubucOOOOuGudiVT1图图2-14三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路，电阻负载，电阻负载， =60 时的波形时的波形电阻负载时电阻负载时

34、 角的移相范围为角的移相范围为150 =60 cos17. 1cos263)(sin2321226562UUttdUUd2d0d17. 1UUU数量关系数量关系整流电压平均值的计算整流电压平均值的计算（1）a30 时，负载电流连续时，负载电流连续当当a=0时，时，Ud最大，为最大，为 =30u2uaubucOtOtOtOtOtuGuduabuact1iVT1uVT1uac（2）a30 时，负载电流断续，晶闸管导通角减小，此时有：时，负载电流断续，晶闸管导通角减小，此时有：)6cos(1675. 0)6cos(1223)(sin2321262dUttdUUtttt =60u2uaubucOOOO

35、uGudiVT1RUIdd2FM2UU222RM45. 2632UUUU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，晶闸管承受的最大反向电压，晶闸管承受的最大正向电压晶闸管承受的最大正向电压2.阻感负载阻感负载特点：阻感负载，特点：阻感负载，L值很大，值很大，id波形基本平直波形基本平直a30 时：时：整流电压波形整流电压波形与电阻负载时相同与电阻负载时相同a 30 时（如时（如a=60 时的波形如时的波形如图图2-16所示）所示）u2过零时，过零时，VT1不关断，直到不关断，直到VT2的脉冲到来，才的脉冲到来，才换流，由换流，由VT2导通向负载供电，同时向导通向负载供电，同时向

36、VT1施加反压施加反压使其关断使其关断ud波形中出现负的部分波形中出现负的部分阻感负载时的移相范围为阻感负载时的移相范围为90 abcTRLu2udeLidVT1VT2VT3udiauaubucibiciduacuabuacOtOtOtOtOtOtuVT1a=60 时的波形时的波形ddVT2577. 031IIII57. 1)0 . 25 . 1 (VTVT(AV)II2RMFM45. 2UUU数量关系数量关系cos17. 1cos263)(sin2321226562UUttdUUd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

37、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图图2-16中中id波形有波形有一定的脉动，但为一定的脉动，但为简化分析及定量计简化分析及定量计算，可将算，可将id近似为近似为一条水平线一条水平线三相半波的主要缺三相半波的主要缺点在于其变压器二点在于其变压器二次电流中含有直流次电流中含有直流分量，为此其应用分量，为此其应用较少较少abcTRLu2udeLidVT1VT2VT3udiauaubucibiciduacuabuacOtOtOtOtOtOtuVT1图图2-16三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路，阻感负载时的电路及阻感负载时的电路及 =6

38、0 时的波形时的波形3.2.23.2.2三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路应用最为广泛应用最为广泛共阴极组共阴极组阴极连接阴极连接在一起的在一起的3个晶闸管个晶闸管（VT1，VT3，VT5）共阳极组共阳极组阳极连接阳极连接在一起的在一起的3个晶闸管个晶闸管（VT4，VT6，VT2）编号：编号：1、3、54、6、2bacTn负载iaidudVT1VT3VT5VT4VT6VT2d2d1图图2-17三相桥式三相桥式全控整流电路原理图全控整流电路原理图1.带电阻负载时的工作情况带电阻负载时的工作情况a =0 时的情况时的情况假设将电路中的晶闸管换假设将电路中的晶闸管换作二极管进行分析作二极管进行

39、分析对于共阴极阻的对于共阴极阻的3个晶闸个晶闸管，阳极所接交流电压值管，阳极所接交流电压值最大的一个导通最大的一个导通对于共阳极组的对于共阳极组的3个晶闸个晶闸管，阴极所接交流电压值管，阴极所接交流电压值最低（或者说负得最多）最低（或者说负得最多）的导通的导通任意时刻共阳极组和共阴任意时刻共阳极组和共阴极组中各有极组中各有1个晶闸管处个晶闸管处于导通状态于导通状态u2ud1ud2u2Luduabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuaucubt1OtOtOtOt = 0iVT1uVT1图图2-18三相桥式全控整流三相桥式全控整流

40、电路带电阻负载电路带电阻负载 =0 时的波形时的波形直接直接从线电压波形看从线电压波形看， ud为线电压中最大的一个，因此为线电压中最大的一个，因此ud波形为线电压的包络线波形为线电压的包络线从相电压波形看从相电压波形看，共阴极组晶闸管导通时，共阴极组晶闸管导通时，ud1为相电压为相电压的正包络线，共阳极组导通时，的正包络线，共阳极组导通时，ud2为相电压的负包络线，为相电压的负包络线，ud=ud1- ud2是两者的差值，为线电压在正半周的包络线是两者的差值，为线电压在正半周的包络线表表2-1 2-1 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=0 时晶闸管工作情况时晶闸管工

41、作情况时 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=ucub-uc=ubcub-ua=ubauc-ua=ucauc-ub=ucb(1)2管同时通形成供电回路，其中共阴极组和共阳极组各管同时通形成供电回路，其中共阴极组和共阳极组各1，且不能，且不能为同为同1相器件相器件(2)对触发脉冲的要求：对触发脉冲的要求：按按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，相位依次差的顺序，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

42、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，脉冲相差同一相的上下两个桥臂，脉冲相差180 (3)ud一周期脉动一周期脉动6次，故该电路为次，故该电路为6脉波整流电路脉波整流电路(4)需保证同时导通的需保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲个晶闸管均有脉冲可采用两种方法：一种是宽脉冲触发可采用两种方法：一种是宽脉冲触发另一种是双脉冲触发（常用）另一种是双脉冲触发（常用）(5)晶闸管承受的电压波形与三相半波时相同，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晶闸管承受最大正、反向电压的关系也相同三相桥式全控整流电

43、路的特点三相桥式全控整流电路的特点a=30 时的工作情况时的工作情况ud1ud2 = 30iaOtOtOtOtuduabuacuaubuct1uabuacubcubaucaucbuabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuVT1 = 60ud1ud2uduacuacuabuabuacubcubaucaucbuabuacuaubucOtt1OtOtuVT1a=60 时工作情况时工作情况ud1ud2uduaubucuaubtOtOtOtOtOiaiduabuacubcubaucaucbuabuacubcubaiVT1a=90 时时电阻负载情况下的工作波形电阻负载情况下的工作波形小

44、结小结当当a60 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波形形状一样，也连续波形形状一样，也连续当当a60 时时，ud波形每波形每60 中有一段为零，中有一段为零，ud波形不能出现负值波形不能出现负值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 角角的移相范围是的移相范围是120 a60 时时ud波形连续，工作情况与带电阻负载时十分相波形连续，工作情况与带电阻负载时十分相似，各晶闸管的通断情况、输出整流电压似，各晶闸管的通断情况、输出整流电压ud波波形、晶闸管承受的电压波形等都一样形、晶闸管承受的电压波形等都一样区别在于：由于负

45、载不同，同样的整流输出电区别在于：由于负载不同，同样的整流输出电压加到负载上，得到的负载电流压加到负载上，得到的负载电流id波形不同。波形不同。阻感负载时，由于电感的作用，使得负载电流阻感负载时，由于电感的作用，使得负载电流波形变得平直，当电感足够大的时候，负载电波形变得平直，当电感足够大的时候，负载电流的波形可近似为一条水平线。流的波形可近似为一条水平线。2阻感负载时的工作情况阻感负载时的工作情况ud1u2ud2u2LudidtOtOtOtOua = 0ubuct1uabuacubcubaucaucbuabuac iVT1图图2-22三相桥式全控整流三相桥式全控整流电路带阻感负载电路带阻感负

46、载 =0 时的波形时的波形 =0 ud1 = 30ud2uduabuacubcubaucaucbuabuactOtOtOtOidiat1uaubuc图2-23 三相桥式全控整流电路带阻感负载 =30时的波形 =30a60 时时阻感负载时的工作情况与电阻负阻感负载时的工作情况与电阻负载时不同，电阻负载时载时不同，电阻负载时ud波形不波形不会出现负的部分，而阻感负载时，会出现负的部分，而阻感负载时，由于电感由于电感L的作用，的作用，ud波形会出波形会出现负的部分现负的部分带阻感负载时，三相桥式全控整带阻感负载时，三相桥式全控整流电路的流电路的a 角移相范围为角移相范围为90 = 90ud1ud2u

47、acubcubaucaucbuabuacuabuduacuabuactOtOtOubucuat1uVT1图2-24 三相桥式整流电路带阻感负载， =90时的波形 =90cos34. 2)(sin63123232dUttdUU)3cos(134. 2)(sin63232dUttdUU3定量分析定量分析当整流输出电压连续时（即带当整流输出电压连续时（即带阻感负载阻感负载时，或时，或带带电阻负载电阻负载a60 时）的平均值为：时）的平均值为：带电阻负载且带电阻负载且a 60 时，整流电压平均值为时，整流电压平均值为输出电流平均值为输出电流平均值为：Id=Ud/Rdd2d2d2816. 03232)(

48、3221IIIII当整流变压器为当整流变压器为图图2-17中所示采中所示采用星形接法，带阻感负载时，变用星形接法，带阻感负载时，变压器二次侧电流波形如压器二次侧电流波形如图图2-23中所中所示，为正负半周各宽示，为正负半周各宽120 、前沿相、前沿相差差180 的矩形波，其有效值为：的矩形波，其有效值为：bacTn负载iaidudVT1VT3VT5VT4VT6VT2d2d1ud1 = 30ud2uduabuacubcubaucaucbuabuactOtOtOtOidiat1uaubuc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

49、路接反电势阻感负载时，在负载电三相桥式全控整流电路接反电势阻感负载时，在负载电感足够大足以使负载电流连续的情况下，电路工作情况感足够大足以使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，仅在计算同，仅在计算Id时有所不同，接反电势阻感负载时的时有所不同，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。REUIdd3.3 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考虑包括变压器漏感在内的考虑包括变压器漏感在内的交交流侧电

50、感流侧电感的影响，该漏感可用的影响，该漏感可用一个集中的一个集中的电感电感LB表示表示以三相半波为例，然后将结论以三相半波为例，然后将结论推广推广VT1换相至换相至VT2的过程：的过程：因因a、b两相均有漏感，故两相均有漏感，故ia、ib均不能突变，于是均不能突变，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，在两两相短路，在两相组成的回路中产生环流相组成的回路中产生环流ik。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。当是逐渐减小的。当ik增大到等于增大到等于Id时，时，ia=0，VT1关断关断,换流过程结束。换流过程结束。RabcTLu

51、dicibiaLBLBLBikVT1VT2VT3udidtOtOiciaibiciaIduaubuc图图2-25 考虑变压器漏感时的考虑变压器漏感时的三相半波可控整流电路及波形三相半波可控整流电路及波形2ddddbakBbkBaduutiLutiLuudB0B6565B6565Bbb6565dbd23d23)( ddd23)( d)dd(23)( d )(3/21IXiLttiLttiLuutuuUIdkkk换相重叠角换相重叠角换相过程持续的时间，用电角度换相过程持续的时间，用电角度 表示表示换相过程中，整流电压换相过程中，整流电压ud为同时导通的两为同时导通的两个晶闸管所对应的个晶闸管所对应

52、的两个相电压的平均值两个相电压的平均值换相压降换相压降与不考虑漏感时相比，与不考虑漏感时相比，ud平均值降低的多少平均值降低的多少RabcTLudicibiaLBLBLBikVT1VT2VT3udidtOtOiciaibiciaIduaubucB2Bab2)65sin(62)(ddLtULuutik)65sin(26ddB2tXUtik)65cos(cos26)(d)65sin(26B265B2tXUttXUitk换相重叠角换相重叠角 的计算的计算由上式得由上式得进而得出：进而得出：65tdkIi)cos(cos26B2dXUI2dB62)cos(cosUIX当当时时, 随其它参数变化的规律：

53、随其它参数变化的规律：（1）Id越大则越大则 越大；越大；（2）XB越大越大 越大；越大；（3）当当 90 时，时， 越小越小 越大。越大。RabcTLudicibiaLBLBLBikVT1VT2VT3udidtOtOiciaibiciaIduaubucdUdBIXdB2IXdB23IXdB3IXdB2ImX)cos(cos2Bd2UXI2Bd22UXI2dB62UIX2dB62UIXmUXIsin22Bd电路形式电路形式单相单相全波全波单相全控单相全控桥桥三相三相半波半波三相全控三相全控桥桥m脉波脉波整流电路整流电路23U23U表表2-2 各种整流电路换相压降和换相重叠角的计各种整流电路换相

54、压降和换相重叠角的计算算变压器漏抗对各种整流电路的影响变压器漏抗对各种整流电路的影响注：单相全控桥电路中，环流注：单相全控桥电路中，环流ik是从是从-Id变为变为Id。本表所列本表所列通用公式不适用通用公式不适用； 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。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（1）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。（2）整流电路的工作状态增多整流电路的工作状态增多（3）晶闸管的晶闸管的di/dt 减小，有利于晶闸管的

55、安全开通。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有时人为串入进线电抗器以抑制晶闸管的di/dt。（4）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，可可 能使晶闸管误导通，为此必须加吸收电路。能使晶闸管误导通，为此必须加吸收电路。 （5）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。许多电力电子装置要消耗无功功率，会对公用电网许多电力电子装置要消耗无功功率，会对公用电网带来不利影响：带来不利影响：电力电子装置还会产生谐波，对公用电网产生危害，电力电子装置还会产生谐波，对公用电网产生危害，包括：包括：许多国家

56、都发布了限制电网谐波的国家标准，或由许多国家都发布了限制电网谐波的国家标准，或由权 威 机 构 制 定 限 制 谐 波 的 规 定 。 国 家 标 准权 威 机 构 制 定 限 制 谐 波 的 规 定 。 国 家 标 准（GB/T14549-93）电能质量电能质量 公用电网谐波公用电网谐波从从1994年年3月月1日起开始实施。日起开始实施。3.5 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3.5.1 3.5.1 谐波和无功功率分析基础谐波和无功功率分析基础%1001IIHRInn%1001IITHDhi1. 谐波谐波满足狄里赫利条件，可分解为傅里叶级数满足狄里赫利条件，可分解为傅

57、里叶级数基波（基波（fundamental）在傅里叶级数中，频率与工在傅里叶级数中，频率与工频相同的分量频相同的分量谐波谐波频率为基波频率大于频率为基波频率大于1整数倍的分量整数倍的分量谐波次数谐波次数谐波频率和基波频率的整数比谐波频率和基波频率的整数比n次谐波电流含有率以次谐波电流含有率以HRIn（Harmonic Ratio for In）表表示示电流谐波总畸变率电流谐波总畸变率THDi（Total Harmonic distortion）定义为定义为Ih总谐波电流有效值总谐波电流有效值20cos)(21UItuidPSP222QPS2. 功率因数功率因数正弦电路中的情况正弦电路中的情况:

58、电路的有功功率就是其平均功率电路的有功功率就是其平均功率：视在功率为电压、电流有效值的乘积，即视在功率为电压、电流有效值的乘积，即S=UI无功功率定义为：无功功率定义为： Q=U I sin 功率因数功率因数 定义为有功功率定义为有功功率P和视在功率和视在功率S的比值：的比值：此时无功功率此时无功功率Q与有功功率与有功功率P、视在功率视在功率S之间有如下关系：之间有如下关系：功率因数是由电压和电流的相位差功率因数是由电压和电流的相位差 决定的决定的： =cos 11111coscoscosIIUIUISP非正弦电路中的情况非正弦电路中的情况有功功率、视在功率、功率因数的定义均和正弦电路相同有功

59、功率、视在功率、功率因数的定义均和正弦电路相同公用电网中，通常电压的波形畸变很小，而电流波形的畸公用电网中，通常电压的波形畸变很小，而电流波形的畸变可能很大。因此，不考虑电压畸变，研究电压波形为正弦变可能很大。因此，不考虑电压畸变，研究电压波形为正弦波、电流波形为非正弦波的情况有很大的实际意义。波、电流波形为非正弦波的情况有很大的实际意义。设正弦波电压有效值为设正弦波电压有效值为U，畸变电流有效值为畸变电流有效值为I，基波电流基波电流有效值及与电压的相位差分别为有效值及与电压的相位差分别为I1和和 1。这时有功功率为：这时有功功率为： P=U I1 cos 1功率因数为：功率因数为：非正弦电路

60、的无功功率非正弦电路的无功功率定义很多，但尚无被广泛接受的科学而权威的定义定义很多，但尚无被广泛接受的科学而权威的定义一种简单的定义是仿照式（一种简单的定义是仿照式（ ）给出的：）给出的： 这样定义的无功功率这样定义的无功功率Q反映了能量的流动和交换，目前反映了能量的流动和交换，目前被较广泛的接受，但该定义对无功功率的描述很粗糙。被较广泛的接受，但该定义对无功功率的描述很粗糙。 22PSQ11111coscoscosIIUIUISP基波因数基波因数 =I1/ I，即基波电流有效值和总电流有效值之比即基波电流有效值和总电流有效值之比位移因数（基波功率因数）位移因数（基波功率因数）cos 1222