电力电子演示文稿总结

第二章

整流电路

本章研究最常用的如下问题：

单相整流电路三相整流电路整流电路的逆变工作状态整流电路变压器漏抗对电路的影响谐波和功率因数大功率可控整流电路晶闸管直流电动机系统晶闸管的触发电路2.1单相可控整流电路本节主要分析单相半波、单相全控桥式及单相半控桥式电路。每种电路又分为电阻性负载、电感性负载和反电势负载分别进行分析；通过学习应掌握各种电路的工作原理，各种不同负载的特点。熟悉电路各点的输出波形，熟练掌握有关量的计算。

2.1.1单相半波电路一、电阻性负载1、工作原理分析时常用如下符号：平均值为：Ud、Id有效值为：I、U、I2、U2晶闸管中电流为：IdVT、IVT瞬时值为小写字母：u2、i2、ud、id、uVT、iVT

介绍几个常用概念（1）控制角α：从元件承受正向电压起到门极加触发信号止，这个区间的电角度称为控制角。（2）导通角θ：元件每周期所导通的电角度称为导通角。（3）移相范围：门极脉冲的有效移动范围称为移相范围。有效移动范围是指：移动脉冲可以调节输出电压大小。

单相半波电路移相范围为180°。

2、

计算

1）负载电压平均值Ud由ud波形知，负载不是平稳的直流，而是脉动直流，其平均电压应由ud波形计算得到：

由上述公式可知，Ud、α、U2三个变量中已知任意两个，都可求出另一个。α和Ud成反比，移相范围为π。

（2）负载电流平均值Id

KP的通断使输出电压波形不是正弦波，使电路功率因数减小，且产生高次谐波。

二、大电感负载加续流二极管大电感负载是指WL＞＞R，如电机励磁绕组等复习：电感元件特性

电感元件对电流的变化有阻碍作用。对平直的电流，其感抗为0；对交变电流，感抗为WL，所以在流过变化电流时，在L中产生感应电势：eL＝－L（di/dt）1、不加DR时电路工作原理：u2为正：触发前VT截止，ud＝0，触发后VT导通，ud＝u2u2为零：ud↓，Id↓，在L中产生eL如图，给VT加正向偏压，使VT不关断u2为负：u2↓使i↓，i↓产生eL，当I＞0时绐终有eL＞u2，VT导通；当I＝0以后，VT关断。

工作原理说明：u2为正时，电网输出能量，这时电源能量一部分供给R，一部分给L作为磁能储存；而在u2为负时，id由L上的eL产生，这时是L输出能量，一部分给R另一部分被电网吸收回馈电网。id波形只有正半波，VT只能流过单方向电流，若电路中R＝0，id应滞后ud90°，id极大值在ud过零点，ud正负面积相等。若电路中R不等于0，id滞后ud的角度＜90°，ud正面积略大。显见，当ωL>>R时，ud正负面积接近相等，故Ud＝0，电路无实用意义。为此，电路一般都应接有续流二极管VDR。2、加续流二极管后电路如图：

u2为正：触发后，VT导通，ud＝u2，iVT＝id，VDR受反压截止，iVDR＝0。u2为零：L中感应电势eL使VDR导通，VDR导通后，VT关断。u2为负：VDR继续导通，L中能量不回馈电网，只消耗在小R上，i减小的速度缓慢。u2为正：触发前，VDR导通，触发后，VT导通，u2加在VDR上，使VDR关断。电路中各点波形如图3、计算1)

Ud计算

ud波形同电阻性负载，因此计算公式也和电阻负载相同

2)Id和I计算

在电感负载时ωL＞＞R，但R＜＞0，且id为平直直线。Id＝Ud/R，Id＝I3）VT及VDR中电流通式：

当大电感负载id为直线时，均可用此公式计算VT、VDR及电源电流I2。应熟练掌握。

例：具有续流二极管的单相半波整流电路，电感性负载，R＝7.5，电源电压为220V，试计算当α为30°时VT和VDR中电流平均值和有效值，并选择晶闸管元件。解：先求Ud，再求Id，然后再选择晶闸管元件Ud1＝0.45U2（1＋COSα）/2＝0.45＊220（1＋COS30°）/2＝93.6VId=93.6/7.5=12.48AθVT=π-α=150°θVDR=π+α=210°

选择晶闸管元件参数：额定电流选择：额定电压选择：UVT=（2-3）U峰=(2-3)311=622—933选8A、700V的晶闸管

2．1．2单相全控桥可控整流电路1、电阻性负载

u2为正：触发后VT1、VT4导通u2为负：触发后VT2、VT3导通，VT1、VT4关断，负载电压ud仍为正。uVT1波形：VT1、VT4导通时，uT1＝0；VT2、VT3导通时，uVT1＝u2；四管都截止时，uVT1＝(1/2)u2

计算1）Ud、Id计算：

Udmax＝0.9U2，α＝0Udmin＝0，α＝π移相范围为180度

2）VT中电流有效值

3)电源有效值U2I2及容量S计算：U2已知，计算I2需首先计算负载电压有效值U:

变压器容量：S=U2*I2

2、

电感性负载1）

工作原理u2为正：触发后VT1、VT4导通u2为零：eL使原VT继续导通；u2为负：触发后VT2、VT3导通，VT1、VT4关断，负载电压ud仍为正。

2）计算移项范围为90度以上为I连续时的连续情况;当L较小，或id较小时电流会断续，系统性能变差，断续时Ud求法较复杂，不作研究。

3、反电势负载一）反电势＋电阻对id来说，E和Ud极性相反，故称为反电势负载1、工作原理u2对VT加正压，而E对VT加反压，所以只有当u2＞E时VT才能导通，能否导通的临界点为：u2＝E，定义停止导电角δ。即只有α＞δ后VT才能触发导通。

当u2下降到u2<＝E以后VT关断，关断后ud＝E。只有在u2＞E时有电流波形，故id波形底边变窄；若Id大小相同的话，则id峰值就要变大，容易在直流电机中产生换相火花；且I/Id增大，使设备容量变大；同时id断续，使机械特性软。为克服上述缺点，一般都加平波电抗器L，使系统工作在反电势＋大电感状态下。

二）反电势＋大电感ud、id波形如图：在α角时触发，因为u2＞E，VT1、VT4导通，当u2＝E时，由于id↓，eL对VT1、VT4来说相当于加正压，使VT1、VT4继续导通，ud、id波形和大电感负载时的波形相同计算如下：

为保证电流连续L的选择（一般按低速轻载时）：

例：单相桥式全控整流电路，L足够大，反电势E＝60V，R＝2，U2＝100V，当α=30°时要求：

1）作出ud、id和i2的波形

2）求整流输出平均电压Ud、电流Id，变压器二次侧电流有效值I2;

3）选择晶闸管元件。解：根据要求电路为全控桥电路，反电势负载。则：2）求输出平均电压Ud、电流Id，变压器电流有效值I2

3）确定晶闸管的额定电压，额定电流2．1．3单相全波可控整流电路

又称双半波可控整流电路，电阻性负载：u1为正：VT1导通，输出ud

为正；u1为零：VT1关断。u1为负：VT2导通，输出ud

仍为正；由此可见，电路工作情况和单相全控桥电路相似。

两者比较：1、全波电路仅使用两个晶闸管，输出ud脉动小，但变压器带中心抽头，结构复杂，利用率低，晶闸管承受电压高（2倍）；2、从波形可得到各量的计算方法（自行总结）。3、和全波电路比较，全控桥电路使用了四个晶闸管元件，成本高。若降低成本，可使用两个晶闸管的半控桥整流电路。2．1．4单相半控桥可控整流电路

将VT2和VT4换成二极管，就组成了半控桥电路。用VT1进行正半波控制，用VT3进行负半波控制，半控桥电路也可达到控制输出电压的目的。输出波形和全控桥基本相同。半控桥电路加电阻性负载时其工作情况和全控桥电路完全相同，不再讨论。只研究电感性负载和反电势负载。

电感性负载工作原理u2为正：触发后VT1、VD4导通，ud为正，ud＝u2u2为零：VD4关断，VD2导通，

使VT1、VD2导通，ud＝0；u2为负：触发VT3后，使VT1关断，VT3、VD2导通。u2为零：VD2关断VD4导通，VT3、VD4导通；半控桥电路的特点：VT元件是在触发时刻换相，而VD元件是在电源电压过零点换相。

失控现象分析：

当停发脉冲时整个电路应停止工作。但半控桥电路此时却不能停止工作，分析如下：当最后触发VT1后，停止发出脉冲，则停发后VT1、VD4导通，当U2由正变为零时，由于L的续流作用，使VT1、VD2继续导通，所以使本应关断的VT1关不断。当u2重新为正时，换为VT1、VD4导通，L又储存能量，可见VT1始终不能关断。称为失控现象。可见，失控现象是指停发脉冲后出现一个晶闸管，两个整流管轮流导通的现象，使晶闸管不能停止工作。。要克服上述失控现象，必须加续流二极管。

加上续流二极管后，电路工作情况如下：每到u2过零点，总有VDR导通，使原导通VT关断，可防止失控现象。所以，半控桥电路电感性负载时必须加续流二极管。加续流二极管后，电路的工作情况和全控桥电路电阻负载相似，其计算方法也相似。

2．2三相可控整流电路

采用单相整流，输出直流电压的脉动大，功率因数小，对电网影响较大；同时，使用单相电会引起负载不平衡；对容量较大的设备以上矛盾更加突出，使用三相电路可克服上述缺点。三相电路类型：三相半波、三相全控桥式电路、多相整流电路。其中三相半波为基础，其它电路都是由三相半波组合得到的。

1、电阻性负载图示电路为共阴极接法。1）工作原理晶闸管换成二极管时工作情况：当二极管换成整流管时，电压最高的相的二极管优先导通，管子按1、2、3顺序导通，所以在相电压交叉点进行换相，相电压交叉点称为自然换相点，管子从该点开始承受正向电压，

该点定义为α＝0º点。2．2．1三相半波整流电路α＝0º时，ud波形iVT波形如图；uVT1波形：VT1导通时，uVT1＝0；VT2导通时，uVT1＝uab；VT3导通时，uVT1＝uac。α＝30°为连续和断续的分界点。移相范围为150°。

2)

计算α＜＝30°连续时：

30°<α＜＝150°断续区：

晶闸管承受的最大电压（三相电路通用）：2、电感性负载1）工作原理α＝60°时，ud、id波形如图：ud有负半波输出。id为平直直线。α＝90°波形的正负面积相等，α>90°波形的正负面积相等，Ud恒为

0。Ud＝0，移相范围为90°。2）计算

电压计算和电阻性负载连续段的计算相同

3、共阳极电路接法：三个管子的阳极相连，阴极与电源相连。这时，电压最低的相对应的管子导通，自然换相点α=0°在负半波。如图所示。2．2．2三相全控桥整流电路

单独使用三相半波电路存在的问题1）每周期每相只导电120°变压器利用率低。2）电源只流过一个方向电流，容易引起直流磁化，铁心易饱合。所以设计变压器时容量应选大些，使设备体积大、成本高。3）零线电流较大，不符合实际要求。由于上述三个缺点，更为合理的接法是将共阴极和共阳极两种接法共用。此电路优点：