电力电子技术基础4—可控整流

1、Fundamentals of Power Electronics Technology 电力电子技术基础South China University of Technology第三部分 电力电子变换电路6整流电路：出现最早的电力电子电路， 将交流电变为直流电按组成的器件可分为不可控、半控、全控三种按交流输入相数分为单相电路和多相电路第二章 可控整流电路2.1 单相半波可控整流电路电力电子技术第二部分 电力电子器件前言电力电子技术基础重点注意：工作原理（波形分析）、定量计算、不同负载的影响。 单相整流电路交流侧接单相电源变压器T起变换电压和隔离的作用电力电子技术第二部分 电力电子器件电阻负载电

2、力电子技术基础一次侧二次侧瞬时值有效值u2u1U1U2晶闸管uVT负载udU平均值UdIdIid电阻负载的特点：电压与电流成正比，两者波形相同 电力电子技术第二部分 电力电子器件移相以及相应的参数电力电子技术基础 自然换流点：由负变正过零的时刻。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：晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度，用表示。移相范围：使输出电压从最大到最小的过程中，控制角的变化范围。 通过控制脉冲相位来控制输出直流电压大小的方法称为相控法。电力电子技术第二部分 电力电子器件参数计算电力电子技术基础直流输出（负载）电压平均

3、值负载电流平均值弧度弧度电力电子技术第二部分 电力电子器件参数计算电力电子技术基础负载电流有效值（变压器二次侧电流有效值、晶闸管电流有效值）负载电压有效值电力电子技术第二部分 电力电子器件参数计算电力电子技术基础有功功率视在功率功率因数弧度尽管是电阻性负载，由于存在谐波电流，整流电流的功率因数小于1，且控制角越大，功率因数越低。晶闸管两端承受的最大正向反向电压都为电力电子技术第二部分 电力电子器件单相半波阻感负载电力电子技术基础阻感负载的特点：电感对电流变化有抗拒作用，使得流过电感的电流不能发生突变电力电子技术第二部分 电力电子器件单相半波阻感负载电力电子技术基础电力电子技术第二部分 电力电子

4、器件分段线性化电力电子技术基础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，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：当VT处于断态时，相当于电路在VT处断开，id=0。当VT处于通态时，相当于VT短路电力电子技术第二部分 电力电子器件状态方程电力电子技术基础 初始条件：t= a ，id=0。并将初始条件代入可得 其中 当t=+a 时，id=0，代入并整理得 电力电子技术第一部分 绪论负载与导通角的关系电力电子技术基础若j为定值，a 越大，在u2正半周L储能越少，维持导电的能力就越弱，越小若a为定值，j 越大，则L贮能越多，越大；且j 越大，在u2负

5、半周L维持晶闸管导通的时间就越接近晶闸管在u2正半周导通的时间，ud中负的部分越接近正的部分，平均值Ud越接近零，输出的直流电流平均值也越小。电力电子技术第二部分 电力电子器件带续流二极管的阻感负载电力电子技术基础为避免Ud太小，在整流电路的负载两端并联续流二极管当u2过零变负时，VDR导通，ud为零。此时为负的u2通过VDR向VT施加反压使其关断，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。续流期间ud为0，ud中不再出现负的部分电力电子技术第二部分 电力电子器件数量关系若近似认为id为一条水平线，恒为Id，则流过VT的电流平均值为流过VT的电流有效值为移相范围

6、180度VT最大正反压电力电子技术第二部分 电力电子器件电力电子技术基础流过VDR的电流有效值为流过VDR的电流平均值为数量关系VDR最大正反压电力电子技术第二部分 电力电子器件单相半波整流的特点电力电子技术基础简单，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在于利用其简单易学的特点，建立起整流电路的基本概念注意：VT触发脉冲要有一定的宽度2.2 单相桥式全控整流电路电力电子技术第三部分 电力电子变换电路单相全桥全控整流电路的特点电力电子技术基础克服了单相半波可控整流电路的缺点：电流脉动小，消除了变压器的直流分量，提高了变压器的

7、利用率。在小容量设备里边得到应用。电力电子技术第三部分 电力电子变换电路电阻性负载电力电子技术基础工作原理及波形分析 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过零时关断电力电子技术第三部分 电力电子变换电路仿真电力电子技术基础电力电子技术第三部分 电力电子变换电路数量关系电力电子技术基础a 角的移相范围为180。输出电压平均值负载电流平均值负载电流有效值、变压器二次侧电流有效值电力电子技术第三部分 电力电子变换电路数量关系电力电子技术基础晶闸管电流有效值晶闸管电

8、流平均值为负载电流平均值的一半功率因数电力电子技术第三部分 电力电子变换电路阻感负载电力电子技术基础为便于讨论，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，由于电感的作用晶闸管VT1和VT4中仍流过电流id，并不关断至t=+a 时刻，给VT2和VT3加触发脉冲，因VT2和VT3本已承受正电压，故两管导通VT2和VT3导通后，u2通过VT2和VT3分别向VT1和VT4施加反压使VT1和VT4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，亦称换流 晶闸管移相范围为90。 晶闸管承受的最大正反向电压均为 。

9、晶闸管导通角与a无关，均为180 和 。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。 电力电子技术第三部分 电力电子变换电路阻感负载电力电子技术基础2.3 单相桥式半控整流电路电力电子技术第三部分 电力电子变换电路电阻负载电力电子技术基础单相全控桥中，每个导电回路中有2个晶闸管，为了对每个导电回路进行控制，只需1个晶闸管就可以了，另1个晶闸管可以用二极管代替，从而简化整个电路。如此即成为单相桥式半控整流电路（先不考VDR）。半控电路与全控电路在电阻负载时的工作情况相同电力电子技术第三部分 电力电子变换电路阻感负载电力电子技术基础 假设负载中电感很大，且

10、电路已工作于稳态在u2正半周，触发角a处给晶闸管VT1加触发脉冲，u2经VT1和VD4向负载供电 u2过零变负时，因电感作用使电流连续，VT1继续导通。但因a点电位低于b点电位，使得电流从VD4转移至VD2，VD4关断，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，则向VT1加反压使之关断，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又为零电力电子技术第三部分 电力电子变换电路阻感负载电力电子技术基础若无续流二极管，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，即半周期ud为正弦，另外半周期ud为零，其平均值保持恒定，称为失控有续流二极管VDR时，续流过程由VDR完成，晶闸管关断，避免了某一个晶闸管持续