第3章 整流电路2011

1、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 本章小结本章小结第第3章章 整流电路整流电路2引言整流电路（整流电路（Rectifier）是电力电子电路中出现）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流最早的一种，它的作用是将交

2、流电能变为直流电能供给直流用电设备。电能供给直流用电设备。 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、全控全控三三种。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，按变压器二次侧电流的方向是单向或双向，分为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

3、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变压器变压器T作用作用 变换电压和隔离的作用，变换电压和隔离的作用，其一次侧和二次侧电压瞬时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，有效表示，有效值分别用值分别用U1和和U2表示，其中表示，其中U2的大小根据需要的直流输的大小根据需要的直流输出电压出电压ud的平均值的平均值Ud确定。确定。 带

4、电阻负载的工作情况带电阻负载的工作情况53.1.1 单相半波可控整流电路假设条件假设条件晶闸管晶闸管-理想器件。理想器件。导通导通-管压降管压降=0阻断阻断-漏电流漏电流=0开通与关断过程瞬时完成。开通与关断过程瞬时完成。wwwwtTVTR0a)u1u2uVTudidwt1p2 ptttu2uguduVTaq0b)c)d)e)00电阻负载的特点：电阻负载的特点：电电压与电流成正比，两者压与电流成正比，两者波形相同波形相同。 63.1.1 单相半波可控整流电路改变触发时刻，改变触发时刻，ud和和id波形随之改变，波形随之改变，直流输出电压直流输出电压ud为极为极性不变性不变wwwwtTVTR0a

5、)u1u2uVTudidwt1p2 ptttu2uguduVTaq0b)c)d)e)00“半波半波”整流。整流。单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路单脉波整流电路单脉波整流电路73.1.1 单相半波可控整流电路paaapwwp2cos145. 0)cos1 (22)(sin221222UUttdUUd基本数量关系基本数量关系 a a：触发延迟角，也称触发角或控制角。：触发延迟角，也称触发角或控制角。 q q：处于通态的电角度称为导通角。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相控方式相控方式-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来控制直流输出电压大

6、小的方式称为相位控制方式。流输出电压大小的方式称为相位控制方式。 a a移相范围移相范围为为180 。83.1.1 单相半波可控整流电路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阻感负载的特点-电感对电流变化有抗拒作用，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。使得流过电感的电流不能发生突变。93.1.1 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波带阻感负载的单相半波可控整流电路及其波形可控整流电路及其波形电路分析电路分析 晶闸管晶闸管VT处于断态处于断态,i

7、d=0,ud=0,uVT=u2。 在在w wt1时刻，即触发角时刻，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开始增加。开始增加。 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

8、平均值比其平均值Ud下降。下降。 103.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路电路分析电路分析 u2正半周时。正半周时。 u2过零变负时过零变负时-VDR导通导通； ud =0；电流电流id在在L-R-VDR回路回路中流通中流通(续流续流)。 若若L足够大，足够大，id连续连续，且，且id波形接近一条水平线波形接近一条水平线 。u2udiduVTiVTIdIdwt1wtwtwtwtwtwtOOOOOOp -ap +ab)c)d)e)f)g)iVDRa)图图3-4 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形有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

9、路113.1.2 单相桥式全控整流电路u (i )pwtwtwt000i2udidb)c)d)ddaauVT1,4图图3-5 单相全控桥式带电阻单相全控桥式带电阻负载时的电路及波形负载时的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正半周正半周触发触发VT1和和VT4(a a角角)当当u2过零时过零时在在u2负半周触发负半周触发VT2和和VT3(a a角角)123.1.2 单相桥式全控整流电路paaapwwp2cos19 . 02cos122)( dsin21222U

10、UttUUd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：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：2cos19 . 02cos12222aapRURURUIdd角的移相范围为角的移相范围为0-180 。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？思考思考133.1.2 单相桥式全控整流电路2cos145. 0212aRUIIddTpapapwwppa2sin212)(d)sin2(21222RUttRUITpapapwwppa2sin21)()sin2(12222RUtdtRUII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

11、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 相等相等变压器的容量为变压器的容量为S=U2I2IIT21143.1.2 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w wt=p p+a a时刻时刻触发触发VT1和和VT4u2过零变负时过

12、零变负时a a时刻，触发时刻，触发VT2和和VT3，换相换相；换流换流153.1.2 单相桥式全控整流电路apaaapwwpcos9 . 0cos22)(dsin21222dUUttUUddT21IIddT707. 021III基本数量关系基本数量关系整流电压平均值整流电压平均值移相范围移相范围0-90 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22U晶闸管电流平均值晶闸管电流平均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。晶闸管电流有效值分别晶闸管电流有效值分别晶闸管导通

13、角晶闸管导通角q q与与a a无关，均为无关，均为180 163.1.2 单相桥式全控整流电路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b)idOEudwtIdOwtaqd图图3-7 单相桥式全控整流电路接反电动势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电阻负载时的电路及波形当负载为蓄电池、直流电动机的电枢（忽略其中的当负载为蓄电池、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。电路，它们就是反电动势负载。173.1.2 单相桥式全控整流电路电路分析电路分析|u2|E 时

14、时晶闸管有导通的可能晶闸管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使得晶闸管关断，此后使得晶闸管关断，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d d 停止导电，停止导电，d d称为称为停止导电角停止导电角。212sinUEd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。管因未触发而不导通，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

15、角小于小于120 。 293.2.1 三相半波可控整流电路aapwwpapapcos17.1cos263)(sin2321226562UUttdUUd)6cos(1675.0)6cos(1223)(sin2321262apappwwppapUttdUUd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 。Ud0=1.17U2整流电压平均值整流电压平均值a a30 时时 (连续连续)a a30 时时(断续断续)，晶闸管导通角减小，晶闸管导通角减小303.2.1 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 03060901201500.40.8

16、1.21.17321a/( )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313.2.1 三相半波可控整流电路RUIdd2262.45UU22UUFM负载电流平均值负载电流平均值晶闸管承受的最大正向电压晶闸管承受的最大正向电压晶闸管承受最大反向电压晶闸管承受最大反向电压原因？323.2.1 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值很大值很大整流电流整流电流id的波形基的波形基本是平直的，流过晶本是平直的，流过晶闸管的电流接近闸管的电流接近矩形矩形波波。a a30 时，

17、整流电压波时，整流电压波形与电阻负载时相同。形与电阻负载时相同。33a a30 时，当时，当u2过过零时，由于电感的存在，零时，由于电感的存在，阻止电流下降，因而阻止电流下降，因而VT1继续导通，直到下继续导通，直到下一相晶闸管一相晶闸管VT2的触发的触发脉冲到来，才发生换流，脉冲到来，才发生换流，由由VT2导通向负载供电，导通向负载供电，同时向同时向VT1施加反压使施加反压使其关断。其关断。 udiaabcibiciduacOwtOwtOOwtOOwtawtwt图图3-17 三相半波可控整流电路，阻感负三相半波可控整流电路，阻感负载时的电路及载时的电路及a a=60 时的波形时的波形3.2.

18、1 三相半波可控整流电路343.2.1 三相半波可控整流电路整流电压平均值整流电压平均值ddTIIII577. 0312acos17.12dUU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 。变压器二次电流即晶闸管电流的有效值变压器二次电流即晶闸管电流的有效值晶闸管的额定电流晶闸管的额定电流ddAVTIII368. 057. 1)(353.2.1 三相半波可控整流电路主要缺点在于其变压器二次电流中含有主要缺点在于其变压器二次电流中含有直流分量直流分量，为，为此其应用较少。此其应用较少。245. 2UUURMFM晶闸管最大正反向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

19、峰值均为变压器二次线电压峰值363.2.2 三相桥式全控整流电路排列顺序排列顺序图图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原理图原理图 共阴极组共阴极组；共阳极组共阳极组晶闸管的导通顺序晶闸管的导通顺序 为为VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6373.2.2 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，的交点，同时也是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，也波形

20、的形状是一样的，也连续连续。38a a=0 时，时，ud为线电压在正半周的包络线。为线电压在正半周的包络线。wwwwu2ud1ud2u2Luduabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuaucubwt1OtOtOtOta = 0iVT1uVT1图图3-19 三相桥式全控整流电路带电阻负载三相桥式全控整流电路带电阻负载a a=0 时的波形时的波形39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

21、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40a 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 ,ud平均值降低平均值降低wwwwud1ud2a = 30iaOtOtOtOtuduabuacuaubucwt1uabuacubcubaucaucbuabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuVT1图图3-20 三相桥式全控整流电路带电阻负载三相桥式全控整流电路带电阻负

22、载a a=30 时的波形时的波形41a a=60 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60 ,ud平均值进一步降低平均值进一步降低图图3-21 三相桥式全控整流电路带电阻负载三相桥式全控整流电路带电阻负载a a=60 时的波形时的波形wwwa = 60ud1ud2uduacuacuabuabuacubcubaucaucbuabuacuaubucOtwt1OtOtuVT142a a=90 时的波形时的波形ud1ud2uduaubucuaubwtOwtOwtOwtOwtOiaiduabuacubcubaucaucbuabuacubcubaiVT1图图3-22 三相桥式全控整流电

23、路带电阻负载三相桥式全控整流电路带电阻负载a a=90 时的波形时的波形 带电阻负载移相范围是带电阻负载移相范围是120 ，433.2.2 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2个个晶闸管同时导通，共阴极组的和共阳极组晶闸管同时导通，共阴极组的和共阳极组各各1个个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，的顺序， 位依次差位依次差60 。共阴极组脉冲依次差共阴极组脉冲依次差120 ，共阳极，共阳极 组也依次差组也依次差120 。上下两个桥臂，脉冲相差上下两个桥臂，脉冲相差180 443.2.2 三相桥式

24、全控整流电路输出电压输出电压ud一周期一周期脉动脉动6次次-6脉波整流电路脉波整流电路为确保电路的正常工作，需保证同时导通的为确保电路的正常工作，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：用两个窄脉冲代替宽脉冲，两个窄脉冲的前沿相差冲，两个窄脉冲的前沿相差60 ，脉宽，脉宽一般为一般为20 30 。常用453.2.2 三相桥式全控整流电路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的波形在导通段都可近似为一条水

25、平线。的波形在导通段都可近似为一条水平线。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，电路的工作情况与带电阻负载时波形连续，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等都一样。波形、晶闸管承受的电压波形等都一样。46a a=0 时的波形（阻感负载）时的波形（阻感负载）ud1u2ud2u2LudidwtOwtOwtOwtOuaa = 0ubucwt1uabuacubcubaucaucbuabuaciVT1图图3-23 三相桥式全控整流电路带阻感负载

26、三相桥式全控整流电路带阻感负载a a=0 时的波形时的波形47a a=30 时的波形（阻感负载）时的波形（阻感负载）ud1a = 30ud2uduabuacubcubaucaucbuabuacwtOwtOwtOwtOidiawt1uaubuc图图3-24 三相桥式全控整流电路带阻感负载三相桥式全控整流电路带阻感负载a a=30 时的波形时的波形48a a=90 时的波形时的波形（阻感负载）（阻感负载）a = 90ud1ud2uacubcubaucaucbuabuacuabuduacuabuacwtOwtOwtOubucuawt1uVT1图图3-25 三相桥式整流电路带阻感负载，三相桥式整流电路

27、带阻感负载，a a=90 时的波形时的波形493.2.2 三相桥式全控整流电路awwpapapcos34.2)(sin63123232UttdUUd)3cos(134. 2)(sin63232apwwppapUttdUUd基本数量关系基本数量关系RL-a a角移相范围为角移相范围为90 R-a a角的移相范围是角的移相范围是120 整流输出电压平均值整流输出电压平均值RL负载时负载时,R负载负载a a60 带电阻负载且带电阻负载且a a60 时时503.2.2 三相桥式全控整流电路2221222()0.8162333ddddIIIIIppp 输出电流平均值输出电流平均值-Id=Ud/R。带阻感

28、负载时，变压器二次侧电流波形为正负带阻感负载时，变压器二次侧电流波形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，其有的矩形波，其有效值为：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反电势阻感负载势阻感负载时的时的Id为：为：REUIdd513.3 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，该漏感可用一个集中的，该漏感可用一个集中的电感电感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

29、感对电流的变化起阻碍作用，电感电流不能突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段时间。 以三相半波为例来分析，然后将其结论推广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。 52udidwtOwtOgiciaibiciaIduaubuca图图3-26 考虑变压器漏感时的三相半波可控整流电路及波形考虑变压器漏感时的三相半波可控整流电路及波形 w wt1时刻时刻533.3 变压器漏感对整流电路的影响换相过程持续的时间用电角度换相过程持

30、续的时间用电角度g g表示表示-换相重叠角换相重叠角。 分析从分析从VTVT1 1换相至换相至VT2VT2的过程的过程w wt1时刻触发时刻触发VT2，因，因a、b两相均有漏感两相均有漏感-ia、ib均均不能突变不能突变-VT1和和VT2同时导通同时导通-a、b两相短路两相短路(两相两相间电压差为间电压差为ub-ua)，-产生产生环流环流ik。ik=ib ，而，而 ia=Id-ik 。 ik=Id时，时，ia=0，VT1关断，换流过程结束。关断，换流过程结束。 543.3 变压器漏感对整流电路的影响2ddddbabaduutiLutiLuukBkB556655dbdbbB66565BBB d0

31、6d13()d()()d()2 /32dd333d()d2d22dkIkkiUuutuuLttiLtL iX Itppa ga gppaapa gpawwppwwppp 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平平均值降低的多少，即均值降低的多少，即553.3 变压器漏感对整流电路的影响B2Bab2)65(sin62)(ddLtULuutikpw2ddddbabaduutiLutiLuukBkB2Bd65sin()d26kiUttXpww换相重叠角换相重叠角g g2256

32、BB6655sin()d()coscos()2626tkUUitttXXwpappwwawgawtdIik)cos(cos26B2dgaaXUI2dB62)cos(cosUIXgaaBXLw563.3 变压器漏感对整流电路的影响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，单相全控桥

33、电路中，XB在一在一 周期的两次换相中都起作用，等效为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。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 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a a90 时，时，a a越小越小g g越大。越大。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影响的一些结论变压器漏感对整流电路影响的

34、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，为此必须加能使晶闸管误导通，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。583.3 变压器漏感对整流电路的影响

35、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。dB d3UX Ip解：三相桥式不可控整流电路相当于三相桥式可控整流电解：三相桥式不可控整流电路相当于三相桥式可控整流电路路a a0时的情况。时的情况。dd/IURd2d2.34cosUUUad487VU d97.4AI 59vdd/333.46AIIcos0.892g2d279.51A3aIIB d22coscos()6X IUaag换流重叠角换流重叠角g g26.93二极管电

36、流的有效值二极管电流的有效值变压器二次测电流的有效值变压器二次测电流的有效值60ud、iVD1和和i2a的波形的波形u2udiVD1wtOwtOwtOwtOuaubucwt1uabuacubcubaucaucbuabuaci2aIdId613.4 电容滤波的不可控整流电路3.4.1 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 623.4 电容滤波的不可控整流电路引言交交直直交变频器、不间断电源、开关电源等交变频器、不间断电源、开关电源等应用场合大都采用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

37、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。633.4.1 电容滤波的单相不可控整流电路图图3-28 电容滤波的单相桥式不可控整流电路及其工作波形电容滤波的单相桥式不可控整流电路及其工作波形a) 电路电路 b) 波形波形64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 u2正半周（零点正半周（零点-w wt=0），），u2ua，VT6导通，导通，此电流在流经此电流在流经LP时，时，LP上要上要感应一电动势感应一电动势up

38、，其方向是要，其方向是要阻止电流增大阻止电流增大。可导出。可导出Lp两端两端电压、整流输出电压的数学电压、整流输出电压的数学表达式如下：表达式如下：12ddpuuu2112111()222ddpdpdduuuuuuu(3-97)(3-98)w wt1时刻时刻平衡电抗器的工作原理分析平衡电抗器的工作原理分析1013.6.1 带平衡电抗器的双反星形可控整流电路图图3-39 平衡电抗器作用下输出电压的平衡电抗器作用下输出电压的波形和平衡电抗器上电压的波形波形和平衡电抗器上电压的波形图图3-40 平衡电抗器作用下两平衡电抗器作用下两个晶闸管同时导电的情况个晶闸管同时导电的情况虽然虽然ud1ud2，但由

39、于，但由于Lp的平衡作用，的平衡作用，使得晶闸管使得晶闸管VT6和和VT1同时导通。同时导通。时间推迟至时间推迟至ub与与ua的交点时，的交点时，ub =ua，up=0。之后之后ub ub，电流才从，电流才从VT6换至换至VT2，此时此时VT1、VT2同时导电。同时导电。每一组中的每一个晶闸管仍按每一组中的每一个晶闸管仍按三相三相半波的导电规律半波的导电规律而各轮流导电。而各轮流导电。平衡电抗器中点作为整流电压输出平衡电抗器中点作为整流电压输出的负端，其输出的整流电压瞬时值为的负端，其输出的整流电压瞬时值为两组三相半波整流电压瞬时值的平均两组三相半波整流电压瞬时值的平均值。值。w wtupud

40、1,ud2OO60360w wt1 w wtb)a)uaubucucuaubub102将将ud1和和ud2的波形用傅氏级数展开，可得当的波形用傅氏级数展开，可得当a a=0 时的时的ud1、ud2，即，即9cos4016cos3523cos411 26321 tttUudwwwp9cos4016cos3523cos411 263)60(9cos401)60(6cos352)60( 3cos411 263222 tttUtttUudwwwpwwwp由式（由式（3-97）和（）和（3-98）可得）可得 9cos2013cos212632 ttUupwwp6cos3521 2632 tUudwp 负

41、载电压负载电压ud中的中的谐波分量谐波分量比比直流分量直流分量要小得多，而且要小得多，而且最低次谐波最低次谐波为为六次六次谐谐波。波。 直流平均电压为直流平均电压为 22017. 1)2(63UUUdp(3-99)(3-100)(3-101)(3-102)谐波分析谐波分析1033.6.1 带平衡电抗器的双反星形可控整流电路。90a。60a。30audududwtOwtOwtOuaubucucuaububucucuaububucucuauba a=30 、a a=60 和和a a=90 时输出时输出电压的波形分析电压的波形分析 当需要分析各种控制角时的当需要分析各种控制角时的输出波形时，可根据式

42、（输出波形时，可根据式（3-98）先求出两组三相半波电路的先求出两组三相半波电路的ud1和和ud2波形，然后做出波形波形，然后做出波形(ud1+ud2)/2。 输出电压波形与三相半波电输出电压波形与三相半波电路比较，路比较，脉动程度减小了脉动程度减小了，脉动脉动频率加大一倍频率加大一倍，f=300Hz。 在电感负载情况下，移相范在电感负载情况下，移相范围是围是90 。 在电阻负载情况下，移相范在电阻负载情况下，移相范围为围为120 。 整流电压平均值为整流电压平均值为Ud=1.17图图3-41 当当a a =30 、60 、90 时，双时，双反星形电路的输出电压波形反星形电路的输出电压波形U2

43、cosa a1043.6.1 带平衡电抗器的双反星形可控整流电路将双反星形电路与三相桥式电路进行比较可得将双反星形电路与三相桥式电路进行比较可得出以下结论出以下结论 三相桥为两组三相半波三相桥为两组三相半波串联串联，而双反星形为，而双反星形为两组三相半波两组三相半波并联并联，且后者需用，且后者需用平衡电抗器平衡电抗器。 当当U2相等时，双反星形的相等时，双反星形的Ud是三相桥的是三相桥的1/2，而而Id是单相桥的是单相桥的2倍。倍。 两种电路中，晶闸管的导通及触发脉冲的分两种电路中，晶闸管的导通及触发脉冲的分配关系一样，配关系一样，ud和和id的波形形状一样。的波形形状一样。1053.6.2

44、多重化整流电路可采用多重化整流电路减轻可采用多重化整流电路减轻整流装置所产生的谐波、无功整流装置所产生的谐波、无功功率等对电网的功率等对电网的干扰干扰，将几个，将几个整流电路多重联结可以减少交整流电路多重联结可以减少交流侧输入流侧输入电流谐波电流谐波，而对晶闸，而对晶闸管多重整流电路采用顺序控制管多重整流电路采用顺序控制的方法可提高的方法可提高功率因数功率因数。 图图3-42 并联多重联结并联多重联结的的12脉波整流电路脉波整流电路1063.6.2 多重化整流电路图图3-42 并联多重联结并联多重联结的的12脉波整流电路脉波整流电路移相多重联结移相多重联结 有有并联多重联结并联多重联结和和串联

45、串联多重联结多重联结。 可减少可减少输入电流谐波输入电流谐波，减小减小输出电压输出电压中的中的谐波谐波并提并提高高纹波频率纹波频率，因而可减小平，因而可减小平波电抗器。波电抗器。 使用使用平衡电抗器平衡电抗器来平衡来平衡2组整流器的电流。组整流器的电流。 图图3-42的电路是的电路是2个三个三相桥并联而成的相桥并联而成的12脉波整脉波整流电路流电路。1073.6.2 多重化整流电路图图3-43 移相移相30 串联串联2重联结电路重联结电路移相移相30 构成的串联构成的串联2重联结电路重联结电路 整流变压器二次绕组分别采用星形和三角形接法构成整流变压器二次绕组分别采用星形和三角形接法构成相位相差

46、相位相差30 、大小相等、大小相等的两组电压，接到相互的两组电压，接到相互串联串联的的2组整流桥。组整流桥。 因绕组接法不同，变压器一次绕组和两组二次绕组的匝比如图因绕组接法不同，变压器一次绕组和两组二次绕组的匝比如图所示，为所示，为1:1: 。 该电路为该电路为12脉波脉波整流电路。整流电路。 3星形星形接法接法三角形三角形接法接法108其他特性如下：其他特性如下： 直流输出电压直流输出电压 3.6.2 多重化整流电路acoscos1对图对图3-44波形波形iA进行傅里叶分析，可得其基波幅值进行傅里叶分析，可得其基波幅值Im1和和n次谐波幅值次谐波幅值Imn分别如下：分别如下：)32(341

47、ddmIIIpp单桥时为, 3 , 2 , 1, 112341kknInIdmnp即输入电流即输入电流谐波次数谐波次数为为12k1，其幅值与次数成反比而降低。，其幅值与次数成反比而降低。apcos662UUd功率因数功率因数(3-103)(3-104)acos9886. 0cos1位移因数位移因数（单桥时相同）（单桥时相同）1093.6.2 多重化整流电路利用变压器二次绕阻接法的不同，互相错开利用变压器二次绕阻接法的不同，互相错开20 ，可将三组桥构成，可将三组桥构成串联串联3重联重联结电路结电路 整流变压器采用星形三角形组合无法移相整流变压器采用星形三角形组合无法移相20 ，需采用，需采用曲

48、折接法曲折接法。 整流电压整流电压ud在每个电源周期内脉动在每个电源周期内脉动18次，故此电路为次，故此电路为18脉波整流电路脉波整流电路。 交流侧输入电流谐波更少，为交流侧输入电流谐波更少，为18k1次次（k=1, 2, 3），），ud的脉动也更小。的脉动也更小。 输入位移因数和功率因数分别为：输入位移因数和功率因数分别为：cos 1=cosa a =0.9949cosa a将整流变压器的二次绕组移相将整流变压器的二次绕组移相15 ，可构成，可构成串联串联4重联结电路重联结电路 为为24脉波整流电路脉波整流电路。 其交流侧输入电流谐波次为其交流侧输入电流谐波次为24k1，k=1，2，3。 输

49、入位移因数功率因数分别为：输入位移因数功率因数分别为：cos 1=cosa a =0.9971cosa a采用多重联结的方法并不能提高采用多重联结的方法并不能提高位移因数位移因数，但可使，但可使输入电流谐波输入电流谐波大幅减小，大幅减小，从而也可以在一定程度上提高从而也可以在一定程度上提高功率因数功率因数。1103.6.2 多重化整流电路db)c)iId2 IduOap +aa)图图3-45 单相串联单相串联3重联结电路重联结电路及顺序控制时的波形及顺序控制时的波形 多重联结电路的顺序控制多重联结电路的顺序控制 只对一个桥的只对一个桥的a a角进行控制角进行控制，其余各桥，其余各桥的工作状态则

50、根据需要输出的整流电压而定，的工作状态则根据需要输出的整流电压而定，或者不工作而使该桥输出直流电压为零，或或者不工作而使该桥输出直流电压为零，或者者a a =0而使该桥输出电压最大。而使该桥输出电压最大。 根据所需总直流输出电压根据所需总直流输出电压从低到高从低到高的变的变化，按顺序依次对各桥进行控制，因而被称化，按顺序依次对各桥进行控制，因而被称为为顺序控制顺序控制。 以用于电气机车的以用于电气机车的3重晶闸管整流桥顺重晶闸管整流桥顺序控制为例序控制为例 当需要输出的直流电压低于三分之一当需要输出的直流电压低于三分之一最高电压时，只对最高电压时，只对第第I组桥的组桥的a a角角进行控制，进行

51、控制，同时同时VT23、VT24、VT33、VT34保持导通，这保持导通，这样第样第II、III组桥的直流输出电压就为零。组桥的直流输出电压就为零。 1113.6.2 多重化整流电路当需要输出的直流电压达到三分之一最高电压时，当需要输出的直流电压达到三分之一最高电压时，第第I组桥的组桥的a a角角为为0 。 需要输出电压为三分之一到三分之二最高电压时，需要输出电压为三分之一到三分之二最高电压时，第第I组桥的组桥的a a角角固定为固定为0 ， VT33和和VT34维持导通，仅对维持导通，仅对第第II组桥的组桥的a a角角进行控制。进行控制。 需要输出电压为三分之二最高电压以上时，需要输出电压为三

52、分之二最高电压以上时，第第I、II组桥的组桥的a a角固角固定为定为0 ，仅对，仅对第第III组桥的组桥的a a角角进行控制。进行控制。db)c)iId2 IduOap +a图图3-45 单相串联单相串联3重联结电路及顺序控制时的波形重联结电路及顺序控制时的波形 a）1123.6.2 多重化整流电路图图3-45 a)单相串联单相串联3重联结电路重联结电路 使直流输出电压波形不含负的部分，可采使直流输出电压波形不含负的部分，可采取如下控制方法取如下控制方法 以第以第I组桥为例，当电压相位为组桥为例，当电压相位为a a时，触时，触发发VT11、VT14使其导通并流过直流电流。使其导通并流过直流电流

53、。 在电压相位为在电压相位为p p时，触发时，触发VT13，则，则VT11关关断，通过断，通过VT13、VT14续流，桥的输出电压为续流，桥的输出电压为零而不出现负的部分。零而不出现负的部分。 电压相位为电压相位为p p+a a时，触发时，触发VT12，则，则VT14关断，由关断，由VT12、VT13导通而输出直流电压。导通而输出直流电压。 电压相位为电压相位为2p p时，触发时，触发VT11，则，则VT13关关断，由断，由VT11和和VT12续流，桥的输出电压为零。续流，桥的输出电压为零。顺序控制的电流波形中，正（或负）半周顺序控制的电流波形中，正（或负）半周期内前后四分之一周期波形不对称，

54、因此含期内前后四分之一周期波形不对称，因此含有一定的有一定的偶次谐波偶次谐波，但其基波分量比电压的，但其基波分量比电压的滞后少，因而滞后少，因而位移因数位移因数高，从而提高了总的高，从而提高了总的功率因数功率因数。 1133.7 整流电路的有源逆变工作状态3.7.1逆变的概念逆变的概念 3.7.2 三相桥整流电路有源逆变工作状态三相桥整流电路有源逆变工作状态3.7.3 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 1143.7.1 逆变的概念对于对于可控整流电路可控整流电路，满足一定条件就可工作于，满足一定条件就可工作于有源逆变有源逆变，其电路形式未变，只是电路工作条件转变。既工作在整

55、其电路形式未变，只是电路工作条件转变。既工作在整流状态又工作在逆变状态，称为流状态又工作在逆变状态，称为变流电路变流电路。什么是逆变？目的？什么是逆变？目的？逆变（逆变（invertion）：把直流电转变成交流电的过程。：把直流电转变成交流电的过程。逆变电路：把直流电逆变成交流电的电路。逆变电路：把直流电逆变成交流电的电路。 当交流侧和电网连结时，为当交流侧和电网连结时，为有源逆变有源逆变电路。电路。 变流电路的交流侧不与电网联接，而直接接到变流电路的交流侧不与电网联接，而直接接到负载，即把直流电逆变为某一频率或可调频率的交流负载，即把直流电逆变为某一频率或可调频率的交流电供给负载，称为电供给

56、负载，称为无源逆变无源逆变。 1153.7.1 逆变的概念图图3-46 直流发电机直流发电机电动机之间电能的流转电动机之间电能的流转a）两电动势同极性）两电动势同极性EGEM 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轴上输

57、入的机械能转变为电能反送给轴上输入的机械能转变为电能反送给G。 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

58、交换很大的功率，这对分析有源逆变电路是十分有用的。 1163.7.1 逆变的概念EM逆变产生的条件逆变产生的条件 单相全波电路供电单相全波电路供电 1. M作作电动机电动机运行；运行；2. 电路工作在电路工作在整流状态整流状态， a a的范围？；的范围？；3.直流侧输出直流侧输出Ud为正值，为正值， 并且并且UdEM；3.交流电网输出电功率，交流电网输出电功率， 电动机则输入电功率。电动机则输入电功率。 uuua)b)u10udu20u10aOOw wtIdidUdEM10ud2010OOIdidUd|Ud|。uuua)b)u10udu20u10aOOw wtIdidUdEM10ud2010O

59、OIdidUdp 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，只能采用现有源逆变，欲实现有源逆变，只能采用全控电路全控电路。1193.7.2 三相桥整流电路的有源逆变工作状态uabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbuabuacubcuaubucuau

60、bucuaubucuaubu2udwtOwtOb =p4b =p3b =p6b =p4b =p3b =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时的电压波形 逆变角逆变角 通常把通常把a ap p/2时的控制角用时的控制角用p p-a a=b b表示，表示，b b称为逆变角称为逆变角。 b b的大小自的大小自b b=0的起始点向的起始点向左方左方计量。计量。 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及晶闸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及晶闸管两端电压波形如图管两端电压波形如图