第三章 整流电路

1、整流电路整流电路整流：交流电变为直流电。整流：交流电变为直流电。整流电路的分类：整流电路的分类： 按器件的组成可分为不可控、半控、全控三种按器件的组成可分为不可控、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，又分为单拍和双拍电路。为单拍和双拍电路。第第3章章 3.1 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路单相桥式全控整流

2、电路 3.1.3 单相桥式半控整流电路单相桥式半控整流电路 3.1.4 半控桥电路中的失控半控桥电路中的失控 现象及预防现象及预防整流电路整流电路第第3章章单相可控整流电路单相可控整流电路3.13.1单相可控整流电路单相可控整流电路晶闸管可控整流电路是将交流电能转换为大小晶闸管可控整流电路是将交流电能转换为大小可以控制的直流电能。可以控制的直流电能。它主要依藉晶闸管的两种特性：它主要依藉晶闸管的两种特性：a.a. 单向导电性：使输出不再具有交变性质。单向导电性：使输出不再具有交变性质。b.b. 可控性：使电路输出功率可依从给定信号可控性：使电路输出功率可依从给定信号变化；当给定信号保持一定时，

3、能在外扰的作变化；当给定信号保持一定时，能在外扰的作用下，维持输出量不变。用下，维持输出量不变。3.1 整流电路从工频交流电源吸取电能，并把它转换在直流电整流电路从工频交流电源吸取电能，并把它转换在直流电能输送到负载端。由于整流电路的输出有较大脉动，为使电能能输送到负载端。由于整流电路的输出有较大脉动，为使电能的传递保持连续，需要在电路中加入滤波器的传递保持连续，需要在电路中加入滤波器。 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路Single Phase Half Wave Single Phase Half Wave Controlled RectifierControlled Rectifi

4、er1.1. 带带线性电阻线性电阻负载负载 变压器变压器T的作用：的作用：（1）变换电压；）变换电压；（2）隔离电阻负载。）隔离电阻负载。电压与电流成正比，电压与电流成正比，两者波形相同两者波形相同 图3-1 单相半波可控整流电路及波形3.1.1TVTR0a)u1u2uVTudidwt1p2pwtwtwtwtu2uguduVTaq0b)c)d)e)00理想晶闸管：导通时管压降为理想晶闸管：导通时管压降为0V0V，截止时电流为，截止时电流为0A0A。 工作原理：（1）当U2在0-期间，晶闸管承受正电压，满足导通条件之一。在此期间内只要在门极加一个触发脉冲，晶闸管就一直导通，直至晶闸管承受负电压而

5、截止，即在t=/时刻截止。（2）在-2期间，晶闸管承受反向电压而载止。（3）在电源U2的下一周期2+t时刻，门极触发脉冲又一次到来时，VT又一次正向导通，如此周期性重复 定义：晶闸管承受正电压起到触发脉冲出现的电压变化的角度称为控制角控制角，用表示，=t。单相半波可控整流电路工作原理单相半波可控整流电路工作原理 基本数量关系基本数量关系 （2）整流输出直流电流平均值Id Id=Ud/R=0.45U2(1+Cos)/2R（3）流过晶闸管的电流有效值IT和变压器副边电流有效值I2 i2=1.414U2Sint/R故有效值： 2papap wwppa-+=2sin41) (/R)sin2(212 2

6、2U t dtUI2 当控制角当控制角=0=0时，时，I I2 2=1.57I=1.57Id d, ,波形系数波形系数K Kf f随随增大而迅速增大。增大而迅速增大。当当增大时，晶闸管导通角增大时，晶闸管导通角下降，导致负载上脉动直流电流下降，导致负载上脉动直流电流 波形变差，从而使电流有效值比平均值大得多。波形变差，从而使电流有效值比平均值大得多。 （4）有功功率、视在功率和功率因数有功功率、视在功率和功率因数CosCos 电源供给的有功功率电源供给的有功功率P P：由上式可见：当由上式可见：当=0=0时，时，CosCos=0.707; =0.707; 当当=时，时，CosCos=0=0思考

7、题：为什么负载是电阻性的，而思考题：为什么负载是电阻性的，而=0=0时，时，CosCos11？2papapwwppa-+=2sin41)()sin2(21222UtdtUU式中U为负载R上的电压有效值电源视在功率电源视在功率S=U2I2 222UIRIP=papapf22sin41cos222-+=IUUISP（5）最大正反向电压：）最大正反向电压：22U（6）移相范围）移相范围 0 2. 带带阻感负载阻感负载的工作情况的工作情况 阻感负载的特点阻感负载的特点： 焦耳楞次定律：感应电动势与磁焦耳楞次定律：感应电动势与磁通的变化率成正比，总是反抗磁通的变化率成正比，总是反抗磁通的变化。通的变化。

8、 电感对电流变化有抗拒作用，使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。得流过电感的电流不发生突变。 图3-2 带阻感负载的 单相半波电路及其波形单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路3.1.1a)u1TVTRLu2uVTudidu20wt1p2pwtwtwtwtwtug0ud0id0uVT0qab)c)d)e)f)+ + + 工作原理工作原理 在在 t1时刻加上触发脉冲，晶闸管立刻导通由于电感的抗拒作时刻加上触发脉冲，晶闸管立刻导通由于电感的抗拒作用，用，Id逐渐上升并在电感上感应出电压：逐渐上升并在电感上感应出电压：UL=Ldid/dt. a.在在0 t1内，晶闸管承受正向

9、电压，但无触发脉冲，故输出为内，晶闸管承受正向电压，但无触发脉冲，故输出为0。 b.在在 t1时刻加上触发脉冲，晶闸管立刻导通。由于电感的抗拒时刻加上触发脉冲，晶闸管立刻导通。由于电感的抗拒作用，作用，id慢慢上升，并在电感上感应出电压：慢慢上升，并在电感上感应出电压：UL=Ldid/dt.在在 t1= 后，由于后，由于UL+U20,故晶闸管仍继续导通，直至故晶闸管仍继续导通，直至t2时刻。时刻。 c. c. 在在tt2 2至至22期间，晶闸管承受反压关断，输出为期间，晶闸管承受反压关断，输出为0 0。如图中。如图中电阻电阻R R很小、电感很小、电感L L很大，而导通角很大，而导通角=2-2=

10、2-2，这样输出电压正，这样输出电压正负面积接近相等，使得整流输出的直流平均电压负面积接近相等，使得整流输出的直流平均电压U Ud d接近于零接近于零 结论：（结论：（1 1）感性负载与阻性负载相比，平均值）感性负载与阻性负载相比，平均值减小减小，有效值，有效值增加增加 （2 2）为解决大电感时，整流输出的直流电压和电流小的矛盾。）为解决大电感时，整流输出的直流电压和电流小的矛盾。可在负载两端并联一个二极管作为续流二极管。可在负载两端并联一个二极管作为续流二极管。 3.1.1 3.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路对单相半波电路的分析可基于上述方法进行：当VT处于断态时，相当于电

11、路在VT处断开，id=0。当VT处于通态时，相当于VT短路。图3-3 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。3.1.1 3.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路当VT处于通态时，如下方程成立：VTb)RLu2b) VT处于导通状态tURitiLwsin2dd2dd=+（3-2）)sin()sin(tanaqaq-+=-e（3-4）初始条件：t= a ，id=0。求解式（3-2）并将初始条件代入可得

12、当t=+a 时，id=0，代入式（2-3）并整理得 )sin(2)sin(22)(2dwaaww-+-=-tZUeZUitLR（3-3）22)( LRZw+=RLwarctan=其中 ，为避免为避免Ud太小，在整流电路的太小，在整流电路的负载两端并联续流二极管负载两端并联续流二极管 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储存的储存的能量保证了电流能量保证了电流id在在L-R-VDR回路回路中流通，此过程通常称为续流。中流通，此过程通常称为续流。续流期间续流期间ud为零，为零，ud中不

13、再出现中不再出现负的部分。负的部分。a)LTVTRu1u2uVTudVDRidu2udiduVTiVTIdIdwt1wtwtwtwtwtwtOOOOOOp-ap+ab)c)d)e)f)g)iVDRiVDR基本数量关系：基本数量关系： 加续流二极管后，电路导通角加续流二极管后，电路导通角= - ，而续流二极管的导而续流二极管的导通角为通角为+。 因流过负载的电流平均值为因流过负载的电流平均值为Id，故流过晶闸管的电流平均，故流过晶闸管的电流平均值为：值为：IdVT=(- )Id/2 续流管电流平均值为：续流管电流平均值为：IdVDR= (+ )Id/ 2 流过晶闸管的电流有效值流过晶闸管的电流有

14、效值IVT为：为： 流过续流二极管的电流有效值为流过续流二极管的电流有效值为： 3.1.1 3.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路VT的a 移相范围为0180 。简单，但输出脉动大，变压器二次侧电流中含直流分量，造成变压器铁芯直流磁化。实际上很少应用此种电路。分析该电路的主要目的建立起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单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路1. 带电阻负载的工作情况带电阻负载的工作情况工作原理及波形分析工作原理及波形分析VT1和和VT4组成一对桥臂，在组成一对桥臂，在u2正半正半周承受电压周承受电压u2，得到触发脉冲即导，

15、得到触发脉冲即导通，当通，当u2过零时关断。过零时关断。VT2和和VT3组成另一对桥臂，在组成另一对桥臂，在u2正正半周承受电压半周承受电压-u2，得到触发脉冲即，得到触发脉冲即导通，当导通，当u2过零时关断。过零时关断。一个周期内整流电压波形脉动两次，双一个周期内整流电压波形脉动两次，双脉波电路。变压器二次绕组电流直流分脉波电路。变压器二次绕组电流直流分量为零。量为零。图3-5 单相桥式全控带电阻负载时的电路及波形3.1.2RTpu1u2a)i2abVT1VT3VT2VT4udidwtwtwt000i2udidb)c)d)ud(id)aauVT1,4 数量关系数量关系 （3-9）a 角的移相

16、范围为角的移相范围为0180 。(1)向负载输出的平均电流值为：向负载输出的平均电流值为： (2)流过晶闸管的电流平均值只有输出直流平均值的一半，即流过晶闸管的电流平均值只有输出直流平均值的一半，即：单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路2.2（3-10）（3-11）+=+=paaapwwp2cos19 . 02cos122)( dsin21222UUttUUd2cos19 . 02cos12222aap+=+=RURURUIdd2cos145.0212a+=RUIIddVT 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路3.1.2(3)流过晶闸管的电流有效值：流过晶闸管的电流有效值：(4)变压器

17、二次测电流有效值变压器二次测电流有效值I2与输出直流电流与输出直流电流I有效值相等：有效值相等：(5)由式（由式（3-12）和式（）和式（3-13）不考虑变压器的损耗时，要求变压器的容量 S=U2I2。 （3-12）（3-13）（3-14）papapwwppa-+=2sin212)(d)sin2(21222VTRUttRUIpapapwwppa-+=2sin21)()sin2(12222RUtdtRUIIII21VT=(6)整流输出负载上电压有效值整流输出负载上电压有效值（7）功率因数功率因数COSCOS同半波电路相比，桥式整流电路的功率因数增加了（8）可控硅所承受的最大正反向电压可控硅所承受

18、的最大正反向电压: 晶闸管所承受的最大反向电压 晶闸管所承受的最大正向电压papapf-+=2sin21cos22IUUISPpapapwwppa-+=2sin21)()sin2(1222UtdtUU22U222U2（9）移相范围 02. 带阻感负载的工作情况带阻感负载的工作情况 为便于讨论，假设电路已工作于为便于讨论，假设电路已工作于稳态，稳态，id的平均值不变。的平均值不变。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连续且波形近似为一水平线连续且波形近似为一水平线。u2过零变负时，由于电感的作用晶过零变负时，由于电感的作用晶闸管闸管VT1和和VT4中仍流过电流中仍流过电流id

19、，并，并不关断。不关断。至至t=+a a 时刻，给时刻，给VT2和和VT3加触加触发脉冲，因发脉冲，因VT2和和VT3本已承受正电本已承受正电压，故两管导通。压，故两管导通。VT2和和VT3导通后，导通后，u2通过通过VT2和和VT3分别向分别向VT1和和VT4施加反压使施加反压使VT1和和VT4关断，流过关断，流过VT1和和VT4的的电流迅速转移到电流迅速转移到VT2和和VT3上，此过上，此过程称程称换相，亦称换流换相，亦称换流。图3-6 单相全控桥带阻感负载时的电路及波形 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路3.1.2TabRLa)u1u2i2VT1VT3VT2VT4udidu2Owt

20、OwtOwtudidi2b)OwtOwtuVT1,4OwtOwtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4 数量关系数量关系 （3-15） 晶闸管移相范围为晶闸管移相范围为090 。 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 U2 /2。 晶闸管导通角晶闸管导通角与与a a无关，均为无关，均为180 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，其相位由的矩形波，其相位由a a角决定，角决定， 有效值有效值I2=Id。 2单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路3.1.2 ddT707. 021III=ddT21II=+=apaa

21、apwwpcos9 . 0cos22)(dsin21222dUUttUU移相范围移相范围 0/23. 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，才有晶闸管承时，才有晶闸管承 受正电压，有导通的可能。受正电压，有导通的可能。导通之后，导通之后， ud=u2， 直至直至|u2|=E，id即降至即降至0使得使得 晶闸管关断，此后晶闸管关断，此后ud=E 。与电阻负载时相比，晶闸管提前了电角度与电阻负载时相比，晶闸管提前了电角度停止导电，停止导电，称为停止导电角。称为停止导电角。 （3-16） 在在a 角相同时，整流输出电压比电阻负载时大。角相同时，整流输出电压比电阻负载

22、时大。图3-7 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 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路3.1.2a)b)REidudidOEudwtIdOwta q d212sinUE-=dREui-=dd当0,Uak0，凡不满足这，凡不满足这些条件的元件便不能由阻断些条件的元件便不能由阻断转为导通。因此若转为导通。因此若Ugk10，Uak10，则，则T1满足导通条件，满足导通条件，构成如图构成如图31的等效电路，的等效电路，其它元件阻断。其它元件阻断。 负载电流负载电流id沿沿aVT1LdR0构成通路。构成通路。 VT1aoUaoUd3-1Ldb.等效电路的时间性：等效电路的时间性：

23、 上图等效电路只在工作循上图等效电路只在工作循环的某一区间是正确的，超环的某一区间是正确的，超越这一区间，越这一区间，VT1导通的条导通的条件便不成立，等效电路相应件便不成立，等效电路相应改变。改变。 尽管导电元件更迭，但负尽管导电元件更迭，但负载电流载电流id的方向不变，的方向不变，Rd的端电压的端电压Ud仍为正向。仍为正向。c.等效电路的直线性：等效电路的直线性： 假定开关元件具有理想的假定开关元件具有理想的输出特性如图，则电路为线输出特性如图，则电路为线性，因此各种线性电路的分性，因此各种线性电路的分析方法适用析方法适用。IAUAK在整流电路中与开关元件导通条件有关的因素： 电网状态电网

24、状态 (对某一开关元件来说对某一开关元件来说,指瞬间的指瞬间的所所 受电压的大小和方向受电压的大小和方向) 门极脉冲状态门极脉冲状态(分布情况分布情况) 电路结构电路结构 负载性质负载性质三相可控整流电路三相可控整流电路3.21. 交流侧由三相电源供电交流侧由三相电源供电2. 负载容量较大，或要求直流电压脉动较小、负载容量较大，或要求直流电压脉动较小、 易滤波时用。易滤波时用。3. 基本的三相半波可控整流电路，基本的三相半波可控整流电路， 三相桥式三相桥式 全控整流电路应用最广全控整流电路应用最广 。三相零式半波可控整流电路三相零式半波可控整流电路1. 电阻负载电阻负载 电路的特点：电路的特点

25、： 变压器二次侧接成星变压器二次侧接成星形得到零线，而一次形得到零线，而一次侧接成三角形避免侧接成三角形避免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，三相电源，其阴极连接在一起其阴极连接在一起共阴极接法共阴极接法 。图3-13 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 3.2.1a)b)c)d)e)f)u2abcTRudidVT2VT1VT3uaubuca =0Owt1wt2wt3uGOudOOuabuacOiVT1uVT1wtwtwtwtwt 自然换相点自然换相点：假设将电路中的晶闸管换作二极极假设将电路中的晶闸管换作二极

26、极管，成为三相半波不可控整流电路管，成为三相半波不可控整流电路 一周期中，在一周期中，在w wt1w wt2期间，期间， VD1导通导通ud=ua 在在w wt2w wt3期间，期间， VD2导通，导通，ud=ub 在在w wt3 w wt4期间，期间， VD3导通，导通，ud=uc二极管换相时刻为自然换相点，是二极管换相时刻为自然换相点，是各相晶闸管能触发导通的最早时刻，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发角将其作为计算各晶闸管触发角a的的起点，即起点，即a =0 。图3-13 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 三相半波可控整流电路三相半波

27、可控整流电路2.4.1a)b)c)d)e)f)u2abcTRudidVT2VT1VT3uaubuca =0Owt1wt2wt3uGOudOOuabuacOiVT1uVT1wtwtwtwtwt =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，变压器二次绕组电的电流波形，变压器二次绕组电流有直流分量。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，为一管压降，可近似为导通期间，为一管压降，可近似为uT1=0。 第第2段，在段，在VT1关断后，关断后，VT2导通期间，导通期间，u

28、T1=ua-ub=uab，为一段，为一段线电压。线电压。 第第3段，在段，在VT3导通期间，导通期间，uT1=ua-uc=uac为另一段线电压为另一段线电压。三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路2.4.1分段表达式分段表达式: uc uac 0300 VT3通通 ua 0 301500 VT1通通 ud= uVT1= ub uab 1502700 VT2通通 uc uac 2703600 VT3通通=30 时的波形（时的波形（图2-13 ） 负载电流处于连续和断续之间的临界状态。负载电流处于连续和断续之间的临界状态。=60 的情况（的情况（图2-14 ） 特点：负载电流断续，晶闸管导通角小

29、于负载电流断续，晶闸管导通角小于120 。 uc uac 0-60 0 ua 60-90 ua 0 90-180 ud= 0 uVT1= ua 180-210 ub uab 210-300 0 ua 300-330 uc uac 330-360三相半波可控整流电路共阴极接法三相半波可控整流电路共阴极接法电阻负载时的电路及电阻负载时的电路及 =0 时的波形时的波形a)b)c)d)e)f)u2abcTRudidVT2VT1VT3uaubuca =0Owt1wt2wt3uGOudOOuabuacOiVT1uVT1wtwtwtwtwt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，a=

30、30=30 时的波形时的波形a =30u2uaubucOwtOwtOwtOwtOwtuGuduabuacwt1iVT1uVT1uac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，a=60=60 时的波形时的波形wtwtwtwta =60u2uaubucOOOOuGudiVT1 综上所述:三相零式电路在电阻性负载时,在每个电源周期,负载上的电压和电流由三相轮流供给,三相晶闸管轮流导通.当300 时,负载电流断续,晶闸管导通角30 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： （3-18）(3-19)三相半波可控整流电路三相半波可控整流

31、电路3.2.1aapwwpapapcos17.1cos263)(sin2321226562UUttdUU=+d+=+=+)6cos(1675. 0)6cos(1223)(sin2321262dapappwwppapUttdUU2d0d17.1UUU= Ud/U2随a变化的规律如图2-15中的曲线1所示。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随随a变化的关系变化的关系1电阻负载电阻负载 2电感负载电感负载 3电阻电感负载电阻电感负载三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路3.2.103060901201501.17321a/( )Ud/U2 负载电流平均

32、值负载电流平均值 流过每个晶闸管的平均电流流过每个晶闸管的平均电流 IdVT=Id/3 流过晶闸管的电流有效值流过晶闸管的电流有效值IVT和变压器副边绕组中的电流和变压器副边绕组中的电流有效值有效值I2: 3 RUIdd=三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路3.2.1appwwpaa2cos433(212)()sin2(2221503022+=+RUtdtRUIIVT2. 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波形波形基本平直。基本平直。 a30 时：整流电压波形与电阻负载时：整流电压波形与电阻负载时相同。时相同。 a 30 时（如时（如a=60 时的波形

33、如图时的波形如图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的的脉冲到来，才换流，由脉冲到来，才换流，由VT2导通向负导通向负载供电，同时向载供电，同时向VT1施加反压使其关施加反压使其关断断ud波形中出现负的部分。波形中出现负的部分。 id波形有一定的脉动，但为简化分析波形有一定的脉动，但为简化分析及定量计算，可将及定量计算，可将id近似为一条水平近似为一条水平线。线。 阻感负载时的移相范围为阻感负载时的移相范围为90 。图3-17 三相半波可控整流电路，阻感负载时的电路及a =60时的波形三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路3.2.1abcTRLu2

34、udeLidVT1VT2VT3udiauaubucibiciduacuabuacOwtOwtOwtOwtOwtOwtauVT1 数量关系数量关系 A.输出电压平均值输出电压平均值:B.负载电流平均值负载电流平均值: Id=Ud/R=1.17U2COS/ R/ R图3-16 三相半波可控整流三相半波可控整流电路电路Ud/U2随随a变化的关系变化的关系1电阻负载电阻负载 2电感负载电感负载 3电阻电感负载电阻电感负载三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路3.2.103060901201501.17321a/( )Ud/U2aapwwpapapcos17.1cos263)(sin

35、2321226562UUttdUU=+dC.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 （3-23）D.晶闸管的额定电流为晶闸管的额定电流为 （3-24）E.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 三相半波的主要缺点在于其变压器二次电流中含有直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。流分量，为此其应用较少。（3-25）三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路3.2.1ddVT2577. 031IIII=dVTVT(AV)368. 057. 1III=2245. 26UUUU

36、=RMFM三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路 三相桥是应用最为广泛的整流电路共阴极组共阴极组阴极连接在一起的3个晶闸管（VT1，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3-18 三相桥式全控整流电路原理图导通顺序： VT1VT2 VT3 VT4 VT5VT63.2.2bacTn负载iaidudVT1VT3VT5VT4VT6VT2d2d1三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路带电阻负载带电阻负载a=0 时的波形时的波形u2ud1ud2u2Luduabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuabuacubcubaucaucbua

37、buacuaucubwt1OwtOwtOwtOwta = 0iVT1uVT1bacTn负载iaidudVT1VT3VT5VT4VT6VT2d2d11.带电阻负载时的工作情况带电阻负载时的工作情况当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319 ） a =30 （图320） a =60 （图321）当a60 时，ud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322）带电阻负载时三相桥式全控整流电路a角的移相范围是120三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路3.2.2晶闸管及输出整流电压的情况如表21所

38、示时 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三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路3.2.2 请参照图319图图3-20三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路带电阻负载带电阻负载a=30 时的波形时的波形ud1ud2a = 30iaOwtOwtOwtOwtuduabuacuaubucwt1uabuacubcubaucaucbuabuacuabuacubcubaucau

39、cbuabuacuVT1三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路带电阻负载带电阻负载=60 时的波形时的波形图图3 3-21a = 60ud1ud2uduacuacuabuabuacubcubaucaucbuabuacuaubucOwtwt1OwtOwtuVT1三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路带电阻负载带电阻负载a=90 时的波形时的波形图图3-22ud1ud2uduaubucuaubwtOwtOwtOwtOwtOiaiduabuacubcubaucaucbuabuacubcubaiVT1三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（1）2管同时通形成供电回路，其中共阴极管同时

40、通形成供电回路，其中共阴极组和共阳极组各组和共阳极组各1，且不能为同，且不能为同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，相位依的顺序，相位依次差次差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 。三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路3.2.2 （3）ud一周期脉动一周期脉动6次，每次

41、脉动的波形都一样，次，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。 （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：宽脉冲触发可采用两种方法：宽脉冲触发 双脉冲触发（常用）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路三相桥式全控整流电路3.2.22阻感负载时的工作情况阻感负载时的工作情况 60 时时（ =0 图222； =30 图223） ud波形连续，工作情况与

42、带电阻负载时十分相似。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各晶闸管的通断情况 输出整流电压输出整流电压ud波形波形 晶闸管承受的电压波形晶闸管承受的电压波形 区别在于：得到的负载电流区别在于：得到的负载电流id波形不同。波形不同。 当电感足够大的时候，当电感足够大的时候， id的波形可近似为一条水平线。的波形可近似为一条水平线。 60 时（时（ =90 图图224） 阻感负载时的工作情况与电阻负载时不同。阻感负载时的工作情况与电阻负载时不同。 电阻负载时，电阻负载时，ud波形不会出现负的部分波形不会出现负的部分 阻感负载时，阻感负载时，ud波形会出现负的部分。波形会出

43、现负的部分。 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范角移相范围为围为90 。主要包括三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路3.2.2三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路带阻感负载带阻感负载=0 时的波形时的波形图图3-23ud1u2ud2u2LudidwtOwtOwtOwtOuaa = 0ubucwt1uabuacubcubaucaucbuabuaciVT1三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路带阻感负载带阻感负载a=30 时的波形时的波形图图3-24ud1a = 30ud2uduabuacubcubaucaucbuabuacwtOwtOwtO

44、wtOidiawt1uaubuc三相桥式整流电路三相桥式整流电路带阻感负载，带阻感负载，=90 时的波形时的波形图图3-25a = 90ud1ud2uacubcubaucaucbuabuacuabuduacuabuacwtOwtOwtOubucuawt1uVT13定量分析定量分析 当整流输出电压连续时（即带阻感负载时，或带电阻负载60 时）的平均值为： 带电阻负载且 60时，整流电压平均值为： 输出电流平均值为 ：Id=Ud /R（3-26）（3-27）三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路3.2.2awwpapapcos34.2)(sin63123232dUttdUU=+=+)3cos(1

45、34.2)(sin63232dapwwppapUttdUU 当整流变压器为图3-18中所示采用星形接法，带阻感负载时，变压器二次侧电流波形如图图3-24中所示，为正负半周各宽120、前沿相差180的矩形波，其有效值为：（3-28） 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：（3-29）式中R和E分别为负载中的电阻值和反电动势的值。三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路3.2.2ddddII

46、III816. 03232)(3221222=-+=pppREUI-=dd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3.4在交直交变频器、不间断电源、开关电源等应用场合中，大量应用。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。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 常用于小功率单相交流输入的场合，如目前大量普及的微机、电视

47、机等家电产品中。 1. 工作原理及波形分析工作原理及波形分析图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w wt=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w wt=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。3.4.1a)+RCu1u2i2VD1VD3VD2VD4idiCiRudb)0iudqdp2pwti,ud 详细分析将u2代入并求解得：而负载电流为：于是（3-37）（3-38）（3-39）（3-40）（3-41）电

48、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3.4.1)sin(222dw+=tUu=+=20Cd2d1)0(sin2)0(udtiCuUutd)sin(222Rdw+=tRURui)sin(2)cos(222RCddwdww+=+=tRUtCUiii)cos(22Cdww+=tCUi 由上述推导过程，已经求得： 设VD1和VD4的导通角为q，则当w wt= q q 时，VD1和VD4关断。将id (q q ) = 0代入式（2-41），得： 二极管导通后u2开始向C充电时的ud与二极管关断后C放电结束时的ud相等。 注意到d +q 为第2象限的角，由式（3-42）和（3-43）（3

49、-41）（3-42）（3-43）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3.4.1（3-44）（3-45）)sin(2)cos(222RCddwdww+=+=tRUtCUiiidwwwdwwsin1)()arctan(2=+-RCRCRCeeRCRCddqwqpsin2)sin(222UeURC=+-)arctan(RCwdqp+=-RCwdq-=+)(tan 在w wRC已知时，即可由式（3-45）求出d d ，进而由式（2-44）求出q q 。显然d d 和q q 仅由乘积wRC决定。图2-27给出了根据以上两式求得的d 和q 角随wRC变化的曲线图3-29 d、q 与wR

50、C的关系曲线 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3.4.1（3-44）（3-45）0102030405060qdwRC /radp /6p /3p /22 p /35 p /6pd,q /raddwwwdwwsin1)()arctan(2=+-RCRCRCeeRCRC)arctan( RCwdqp+=- 二极管VD1和VD4关断的时刻，即w wt达到q q 的时刻，还可用另一种方法确定： VD1和VD4的关断时刻，从物理意义上讲，就是两个电压下降速度相等的时刻。 一个是电源电压的下降速度|du2 /d(w w t)|， 另一个是假设二极管VD1和VD4关断而电容开始单独向

51、电阻放电时电压的下降速度|dud /d(w w t)| p（下标表示假设）。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3.4.12.主要的数量关系主要的数量关系1）输出电压平均值）输出电压平均值 整流电压平均值Ud可根据前述波形及有关计算公式推导得出，但推导繁琐。 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。 通常在设计时根据负载的情况选择电容C值，使 ，T为交流电源的周期，此时输出电压为： Ud1.2 U22）电流平均值）电流平均值 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=I

52、R/ 23）二极管承受的反向最大电压）二极管承受的反向最大电压 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3.4.1（3-46）（3-47）（3-48）（3-49）2/)53(TRC 22U2d2UU = 感容滤波的二极管整流电路感容滤波的二极管整流电路 实际应为此情况，但分析复杂。 ud波形更平直，电流i2的上升段平缓了许多，这对于电路的工作是有利的。图3-31 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3.4.1a)b)-+RCL+u1u2i2uduLidiCiRVD2VD4VD1VD3u2udi

53、20dqpwti2,u2,ud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1. 基本原理基本原理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3-32 电容滤波的三相桥式不可控整流电路及其波形3.4.2 导通顺序: VD6,VD1-VD1,VD2-VD2,VD3-VD3,VD4-VD4,VD5VD5,VD6a)+abcTiaRCudidiCiRVD4VD6VD1VD3VD5VD2b)Oiaudiduduabuac0dqwtpp3wt由 “电压下降速度相等”的原则，可以确定临

54、界条件。假设在wt+d =2p/3的时刻“速度相等”恰好发生，则有图3-33电容滤波的三相桥式整流电路当w wRC等于和小于 时的电流波形 a）w wRC=b）w wRC 电流id 断续和连续的临界条件临界条件w wRC=3由上式可得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，分界点就是R= /w wC。（3-50）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3.4.2a)b)wtwtwtwtiaidiaidOOOO32=+t)-32( - tRC1232=+t2t)(d32sin6d)(d)+tsin(6dpdwdpwwpdwwpwqw=-eUtU3333 考虑实际电路

55、中存在的交流侧电感以及为抑制冲击电流而串联的电感时的工作情况： 电流波形的前沿平缓了许多，有利于电路的正常工作。 随着负载的加重，电流波形与电阻负载时的交流侧电流波形逐渐接近。图3-34 考虑电感时电容滤波的三相桥式整流电路及其波形 a）电路原理图 b）轻载时的交流侧电流波形 c）重载时的交流侧电流波形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3.4.2a)b)c)+abcTiaRCudidiCiRVD4VD6VD1VD3VD5VD2iaiaOOwtwt2. 主要数量关系主要数量关系 1）输出电压平均值）输出电压平均值 Ud在（2.34U2 2.45U2）之间变化 2）电流平均值

56、）电流平均值 输出电流平均值IR为： IR = Ud /R （3-51） 与单相电路情况一样，电容电流iC平均值为零， Id =IR （ 3-52） 二极管电流平均值为Id的1/3，即： ID = Id / 3=IR/ 3 （3-53） 3）二极管承受的电压）二极管承受的电压 二极管承受的最大反向电压为线电压的峰值，为 。 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3.4.226U整流电路特性比较一览表整流电路特性比较一览表项目名称单相半控单相桥式全控三相零式可控单相电容滤波三相电容滤波负载性电阻阻感（继流）电阻阻感连续阻感移相范围0000/205/60/2晶闸管导通角-a-a-

57、a150a2/3整流输出电压0.45U2*(1+cosa)/20.45U2*(1+cosa)/20.9U2(1+cosa)/20.9U2cosaa=/61.17U2cosa=2/3/6a1500.675U21+cos(30+a)=5/6 a1.17U2cosa0.9U2 2U22.34U22.45U2电流特性断续连续断续连续a30断续连续开关器件承受电压2U22U2正向2U2/2反向2U22U2正向2U2反向6U26U22U26U23.5 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 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： 电力电子装置还会产生谐波，对公用电网产

58、生危害，包括： 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（GB/T14549-93）电能质量 公用电网谐波从1994年3月1日起开始实施。整流电路的谐波和功率因数整流电路的谐波和功率因数随着电力电子技术的发展，其应用日益广泛，由此带来的谐波(harmonics)和无功(reactive power)问题日益严重，引起了关注。无功的危害：电流和视在功率增加，导致设备容量增加。总电流增加，使设备和线路的损耗增加。线路压降增大，冲击性负载使电压剧烈波动。谐波的危害：降低设备的效率，3次谐波流过中心线使线路过热或火灾。影响用电设

59、备的正常工作，使电机机械震动、噪声、过热。引起电网局部的并联、串联谐振，使谐波放大，加剧危害。导致继电保护和自动装置的误动作，电气测量仪表不准确。对通信系统造成干扰：噪声、降低质量、信息丢失。谐波和无功功率分析基础谐波和无功功率分析基础1） 谐波谐波对于非正弦波电压，满足狄里赫利条件，可分解为傅里叶级数傅里叶级数：n次谐波电流含有率以HRIn（Harmonic Ratio for In）表示 （3-57）电流谐波总畸变率THDi（Total Harmonic distortion）定义为 （3-58）%1001=IIHRInn%1001=IITHDhi正弦波电压可表示为：)sin(2)(utU

60、tuw+=基波（fundamental）频率与工频相同的分量谐波频率为基波频率大于1整数倍的分量谐波次数谐波频率和基波频率的整数比谐波和无功功率分析基础谐波和无功功率分析基础2） 功率因数功率因数正弦电路中的情况电路的有功功率有功功率就是其平均功率平均功率：=pwp20cos)(21UItuidP（3-59）视在功率视在功率为电压、电流有效值的乘积，即S=UI （3-60）无功功率无功功率定义为： Q=U I sin （3-61）功率因数功率因数l 定义为有功功率P和视在功率S的比值：SP=l（3-62） 此时无功功率Q与有功功率P、视在功率S之间有如下关系：222QPS+=（3-63）功率因