电力电子技术二章 相控整流

第二章相控整流电路March3,20001北方交通大学电气工程系要求及重点理解和掌握单相桥式、三相半波、三相桥式等整流电路的电路结构、工作原理、波形分析、电气性能、分析方法和参数计算。重点：波形分析和基本电量计算的方法。难点：不同负载对工况的影响和整流器交流侧电抗对整流电路的影响March3,20002北方交通大学电气工程系第一节概述

一、整流电路的分类不可控整流电路直流整流电压和交流电源电压的比固定全控整流电路直流整流电压的平均值和极性可调半控整流电路负载电压平均值可调、极性不能改变March3,20003北方交通大学电气工程系可控整流电路的分类按电路结构分类桥式电路（又称全波电路或双拍电路）零式电路（又称半波电路或单拍电路）按输出电压脉波数分类单脉波电路双脉波电路三脉波电路多脉波电路March3,20004北方交通大学电气工程系可控整流电路的分类（续）按控制方式分类相控式电路斩控式电路按组成器件分类全控型电路半控型电路按工作范围分类单象限电路多象限电路按电网相数分类单相电路三相电路多相电路March3,20005北方交通大学电气工程系可控整流电路的一般结构整流电路在应用中，应满足的基本技术要求整流电路的理想条件：理想器件理想电源March3,20006北方交通大学电气工程系第二节单相整流电路

一、单相半波可控整流电路工作原理波形分析March3,20007北方交通大学电气工程系整流电路的基本概念控制角从晶闸管开始承受正向电压到被触发导通这一角度。导通角晶闸管在一个周期内导通的电角度。移相改变控制角的大小，即改变触发脉冲出现的相位。移相控制March3,20008北方交通大学电气工程系整流电路的基本概念（续）移相范围控制角的允许调节范围。同步触发脉冲信号和晶闸管电压（即电源电压）在频率和相位上的协调配合关系。自然换相点当电路中的可控元件全部由不可控元件代替时，各元件的导电转换点。March3,20009北方交通大学电气工程系二、单相全控桥式整流电路（R负载）工作原理波形分析March3,200010北方交通大学电气工程系单相全控桥式电路（R负载）电量计算输出平均电压Ud移相范围0º～180º输出平均电流IdSCR平均电流IdT=

Id/2March3,200011北方交通大学电气工程系负载电压有效值U变压器副边绕组电流有效值I2流过晶闸管的电流有效值功率因数cos

March3,200012北方交通大学电气工程系三、单相全控桥式整流电路（L负载）工作原理波形分析March3,200013北方交通大学电气工程系单相全控桥式电路（L）电量计算输出平均电压Ud移相范围0º～90º输出平均电流IdMarch3,200014北方交通大学电气工程系单相全控桥式电路（L）电量计算（续）SCR平均电流IdT=

Id/2流过晶闸管的电流有效值IT

变压器副边绕组电流有效值I2March3,200015北方交通大学电气工程系电流断续时特性分析负载电流断续时整流电压、电流波形电流断续时、、的关系：越大，越小越大，越大March3,200016北方交通大学电气工程系四、单相全控桥式整流电路

（反电势负载）工作原理波形分析March3,200017北方交通大学电气工程系单相全控桥式电路（E）电量计算最小起始导电角>时<时March3,200018北方交通大学电气工程系单相全控桥式整流电路（R、L、E）工作原理波形分析电量计算和电感型负载相同March3,200019北方交通大学电气工程系五、整流电路的分析方法波形分析法：根据电源电压u2

和控制角以及负载性质，作出负载电压ud、负载电流id、和整流元件的电压、电流波形图，从而导出基本电量的计算公式及数量关系。具体步骤：1、绘出主电路原理图，标出各电量和元件序号；2、画出相（线）电压波形图，确定自然换相点；March3,200020北方交通大学电气工程系整流电路的分析方法（续）3、根据控制角在相应位置上绘出触发脉冲，并

标明相应序号；4、根据可控整流电路的工作原理，绘出负载电压

ud、负载电流id、SCR电流iT

等波形；5、根据波形图，导出基本电量的计算式；6、对整流电路进行综合评价。例如：电路的优、

缺点；电路的可控移相范围；负载电流是否连

续；整流元件承受的最大正、反向电压值；整

流电压ud

的纹波系数w

和脉动系数m

等。March3,200021北方交通大学电气工程系第三节单相桥式半控整流电路（L）一、工作原理

及波形分析March3,200022北方交通大学电气工程系二、单相桥式半控整流（L）电量计算Ud

、Id、

U计算公式与全控桥（R）一样流过变压器副边绕组的电流有效值I2流过SCR和整流管的电流平均值和有效值March3,200023北方交通大学电气工程系三、失控现象分析产生原因突然将触发脉冲切断将角增大到180º实质：对晶闸管的工作失去控制作用避免方法：加续流二极管March3,200024北方交通大学电气工程系失控现象分析（续）工作原理波形分析March3,200025北方交通大学电气工程系失控现象分析（续）其它形式的单相桥式半控电路March3,200026北方交通大学电气工程系四、反电势负载单相半控桥式整流电路波形分析（b）电流连续时的电压电流波形（c）电流断续时的电压电流波形March3,200027北方交通大学电气工程系五、单相整流电路的优、缺点优点：结构简单对触发电路的要求较低缺点：输出直流电压脉动大易造成电网负载不平衡March3,200028北方交通大学电气工程系第四节三相半波可控整流电路

一、R负载工作原理波形分析（＝0º）March3,200029北方交通大学电气工程系三相半波可控整流（R）（续）＝30º的工作情况此时负载电流

处于连续和断

续的临界状态。March3,200030北方交通大学电气工程系三相半波可控整流（R）（续）>30º的工作情况移相范围为150º触发失败的原因触发脉冲在自然换

相点之前且很窄角过小解决措施限制

minMarch3,200031北方交通大学电气工程系三相半波可控整流（R）电量计算0º

30º30º

150ºMarch3,200032北方交通大学电气工程系二、三相半波可控整流电路（L负载）工作原理波形分析（30º）March3,200033北方交通大学电气工程系三相半波可控整流（L）电量计算整流电压Ud整流电流Id变压器的相电流I2，SCR的电流有效值ITMarch3,200034北方交通大学电气工程系三相半波可控整流（L）电量计算变压器副边容量S2=3U2I2=1.48Pd变压器原边容量S2=3U1I1=3U2I1=1.21Pd(假设W1=W2）变压器容量

March3,200035北方交通大学电气工程系三、三相半波可控整流电路的优、缺点优点：输出电压脉动小输出功率大三相负载平衡缺点变压器利用率低容易出现直流磁化现象零线上通过较大的负载电流March3,200036北方交通大学电气工程系第五节三相桥式全控整流电路March3,200037北方交通大学电气工程系一、三相桥式全控整流电路（L）工作原理波形分析（=0º）March3,200038北方交通大学电气工程系结构：由两个（一个为共阴极，一个为共阳极）

三相半波整流电路组成。优点：六脉波电路，输出电压脉动更小；变压器绕组无直流磁势；变压器绕组正负半周都工作，效率高。March3,200039北方交通大学电气工程系三相桥式全控整流电路的触发要求本组内SCR每隔120换流一次；

共阴极与共阳极组的换流点相隔60。SCR的导通顺序：(6-1)(1-2)(2-3)(3-4)(4-5)(5-6)自然换相点为相电压（或线电压）的交点。必须使用双窄脉冲或宽脉冲（见下页）。March3,200040北方交通大学电气工程系三相桥式全控整流的触发要求（续）（a）变压器副边

三相电压波形（b）宽脉冲触发（c）双窄脉冲触发March3,200041北方交通大学电气工程系三相桥式全控整流电路（L）（续）=30º=60ºMarch3,200042北方交通大学电气工程系三相桥式全控整流电路（L）（续）=90º=120ºMarch3,200043北方交通大学电气工程系三相桥式全控整流（L）电量计算整流电压Ud变压器的相电流I2March3,200044北方交通大学电气工程系二、三相桥式全控整流电路（R）工作原理波形分析（a）=60º（b）60º

120ºMarch3,200045北方交通大学电气工程系三相桥式全控整流（R）电量计算整流电压Ud0º

60º60º

120ºMarch3,200046北方交通大学电气工程系第六节三相桥式半控整流电路工作原理

由一个三相半

波不控整流电

路与一个三相

半波可控整流

电路串联而成March3,200047北方交通大学电气工程系一、三相桥式半控整流电路（R负载）=30º=120ºMarch3,200048北方交通大学电气工程系三相桥式半控整流（R）电量计算整流电压Ud输出电压为不可控半波电路输出电压

与可控的三相半波电路输出电压之和March3,200049北方交通大学电气工程系二、三相桥式半控整流电路（L负载）60º60º

180ºMarch3,200050北方交通大学电气工程系三相桥式半控整流（L）电量计算整流电压Ud同电阻性负载输出电压为不可控半波电路输出电压

与可控的三相半波电路输出电压之和March3,200051北方交通大学电气工程系三相桥式半控（L）电量计算（续）SCR电流的有效值IT、整流管电流有效值IDSCR电流的平均值IdD、整流管电流平均值IdTMarch3,200052北方交通大学电气工程系三相桥式半控（L）电量计算（续）变压器副边绕组电流有效值I260º

60º

180ºMarch3,200053北方交通大学电气工程系三、三相桥式半控整流的失控现象产生原因突然将触发脉冲切断将角增大到180º实质：对晶闸管的工作

失去控制作用避免方法：加续流二极管March3,200054北方交通大学电气工程系第七节整流器交流侧电抗的影响原因变压器存在一定的漏电感交流回路存在一定的电感结果出现重迭导通现象（两条支路同时导电）简化考虑把所有交流侧的电感都折算到变压器副边，用集中电感LB

表示。March3,200055北方交通大学电气工程系一、换流期间电压电流波形分析以电感负载，三相半波可控整流电路为例March3,200056北方交通大学电气工程系换相过程：Id0

或0

Id换相重叠角

：换相过程所对应的相角换相电压：换相过程中两相间电位差瞬时值

uba=ub-ua换相电压的作用：强制导通元件中的电流下降为零；保证退出导通的元件恢复阻断能力。March3,200057北方交通大学电气工程系重迭对输出波形的影响换相过程中，整流电压的瞬时值与=0时相比，产