电力电子技术 第三章第1讲

作业讲评第4题b)解答：电流的平均值Id2：电流的有效值(均方根)I2:第3章整流电路第1讲3.1单相可控整流电路P433.1单相可控整流电路序P43一.本课程包括“电力电子器件的应用”和“变流应用技术”(又叫“变流技术”、“电力变换技术”)，是对电力能量进行处理的工程技术。二.电力变换的四种基本类型：交流变直流：整流，AC-DC。供直流负载使用电能。直流变交流：逆变，DC-AC。供交流负载使用电能。直流变直流：DC-DC。改变直流电源的电压。交流变交流：AC-AC。改变交流电源的电压、频率、波形。三.本章内容：整流电路(AC-DC)。3.1单相可控整流电路序P43整流:将交流电能变为直流电能(AC-DC)，供给直流用电设备。整流电路按交流输入相数分为“单相整流电路”和“多相整流电路”两大类。单相整流电路的类型：①不控整流：用二极管器件的半波或全波整流电路。②可控整流：用可控硅或全控器件的半波或全波整流电路。可控整流是本章的主要学习内容。可控整流电路不但实现交流变直流的处理，还可以调整改变输出的直流电电压值。3.1.1单相半波可控整流电路P441.带电阻负载的工作情况:变压器T：作变换电压和隔离用途。其一次侧和二次侧电压瞬时值(是变量)分别用u1和u2表示，有效值(是常量)分别用U1和U2表示，其中U2的大小根据需要的直流输出电压ud的平均值Ud确定。电阻负载的特点：电压与电流成正比，两者波形相同。在分析整流电路工作时，认为晶闸管(开关器件)为理想器件，即晶闸管导通时其管压降等于零，晶闸管阻断时其漏电流等于零，除非特意研究晶闸管的开通、关断过程，一般认为晶闸管的开通与关断过程瞬时完成。3.1.1单相半波可控整流电路(续)P44改变触发时刻：负载上ud和id波形随之改变，直流输出电压ud的极性不变，但其瞬时值是变化的脉动直流，其波形只在u2正半周内出现在负载上，故称“半波”整流。加之电路中采用了可控器件晶闸管，且交流输入为单相，故该电路称为单相半波可控整流电路。基本数量关系：

1.(阿尔法)：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。

2.(西塔)：晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度称为导通角。3.直流输出电压平均值：

随着增大，输出平均值Ud减小，该电路中晶闸管的移相范围为180。4.通过控制触发脉冲的相位来控制直流输出电压大小的方式称为相位控制方式，简称“相控方式”。3.1.1单相半波可控整流电路(续)P442.带阻感负载的工作情况阻感负载的特点：电感对电流变化有抗拒作用，使得电感电流不能突变。电路分析：1.在0～ωt1：晶闸管VT处于断态。

id=0，ud=0，uTV=u2。2.在t1时刻：即触发角处

ud=u2。

L的存在使id不能突变，id从0开始增加。3.在π～t2期间：u2过零由正变负，由于电感L的作用,继续维持id流动，因此VT仍处于导通状态(见左下图的分析)。

4.t2时刻：电感能量释放完毕，id降至零，VT关断并立即承受反压。5.由于电感的存在延迟了晶闸管VT的关断时刻，使ud波形出现负的部分，与带电阻负载时相比其平均值Ud下降3.1.1单相半波可控整流电路(续)P46有续流二极管的阻感负载电路：在整流电路的负载两端并联一个二极管，称为续流二极管，用VDR表示。电路分析：u2正半周时，与没有续流二极管时的情况一样。

u2过零变负时，VDR导通，ud为零(设二极管管压降=0)，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。若L足够大，id连续，且id波形接近一条水平线。3.1.1单相半波可控整流电路(续)P47带阻感负载且有续流二极管电路的基本数量关系：1.流过晶闸管的电流平均值IdT和有效值IT分别为:(式3-5，3-6)

2.续流二极管的电流平均值IdDR和有效值IDR分别为:(式3-7，3-8)

3.晶闸管移相范围为180，其承受的最大正、反向电压均为u2的峰值即。4.续流二极管承受的反向电压-ud，其最大反向电压为，即u2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直流分量，造成变压器铁芯直流磁化。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。3.1.2单相桥式全控整流电路P471.带电阻负载的工作情况

电路分析①晶闸管VT1和VT4组成一对桥臂，VT2和VT3组成另一对桥臂(同时开通的两管为一个“臂”)。②在u2正半周期间：若4个晶闸管均不导通，id=0，ud=0,VT1、VT4串联共同承受正向电压u2。VT2、VT3串联共同承受反向电压u2在触发角处给VT1和VT4加触发脉冲，VT1和VT4即导通，电流从电源a端经VT1、R、VT4流回电源b端。③当u2过零时，流经晶闸管的电流也降到零，VT1和VT4自然关断。④在u2负半周，仍在触发角处触发VT2和VT3，VT2和VT3导通，电流从电源b端流出，经VT3、R、VT2流回电源a端。⑤到u2过零时，电流又降为零，VT2和VT3自然关断。3.1.2单相桥式全控整流电路(续)P48带电阻负载的基本数量关系：①晶闸管承受的最大正向电压为

，反向电压为。U2为副边电压有效值。②整流电压平均值为(式3-9)：

③α=0时，Ud=Ud0=0.9U2。α=180时，Ud=0。可见，α角的移相范围为180。④向负载输出的直流电流平均值为(式3-10)：3.1.2单相桥式全控整流电路(续)P48带电阻负载的基本数量关系(续)：⑤流过晶闸管的电流平均值是输出直流平均值的一半(式3-11):

⑥流过晶闸管的电流有效值为(式3-12):⑦变压器二次侧电流有效值I2与输出直流电流有效值I相等，为(式3-13):⑧不考虑变压器的损耗时，要求变压器的容量为S=U2I2(伏安)。

U2：二次侧电压有效值，I2：二次侧电流有效值3.1.2单相桥式全控整流电路(续)P482.带阻感负载的工作情况电路分析：①在u2正半周期：触发角处给晶闸管VT1和VT4加触发脉冲使其开通，ud=u2。

负载电感很大，id不能突变且波形近似为一条水平线。②u2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。③t=+时刻，触发VT2和VT3，VT2和VT3导通，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，此过程称为换相，亦称换流。

3.1.2单相桥式全控整流电路(续)P48～49带阻感负载的基本数量关系：①整流电压平均值为(式3-15)：

当=0时，Ud=0.9U2。=90时，Ud=0。晶闸管移相范围为0°～90。

②晶闸管承受的最大正反向电压均为。

③晶闸管导通角与无关，均为180，其电流平均值和有效值分别为：

和。

④变压器二次侧电流i2的波形为正负各180的矩形波，其相位由角决定，有效值I2=Id。3.1.2单相桥式全控整流电路(续)P493.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：①|u2|>E时，晶闸管才承受正电压，才有导通的可能。②晶闸管导通之后，ud=u2，，直至|u2|=E，id即降至0使得晶闸管关断，此后ud=E。③与电阻负载时相比，晶闸管提前了电角度(德尔塔)停止导电，称为停止导电角。④当<时，触发脉冲到来时，晶闸管承受负电压，不可能导通。3.1.2单相桥式全控整流电路(续)P493.带反电动势负载时的工作情况(续)⑤电流断续问题

负载电流id波形在一周期内有部分时间为零的情况(见波形图)，称为电流断续。

负载为直流电动机时，如果出现电流断续，则电动机的机械特性将很软。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电抗器。

平波电抗器电感量足够大使电流连续，晶闸管每次导通180，这时整流电压ud的波形和负载电流id的波形与电感负载电流连续时的波形相同，ud的计算公式亦一样。为保证电流