电力电子电路第三章20160101

第3章交流-直流变换电路（含有源逆变电路）电力电子技术

将交流电能变为直流电能称为整流，将功率从电源传向负载。凡能将交流电能转换为直流电能的电路统称为整流电路（Rectifier），简称为AC-DC电路。第3章交流-直流变换电路

整流电路有多种分类方法按电路的控制特点可分为： 由二极管组成的不可控整流电路 由半控型器件晶闸管组成的相控整流电路 由全控型器件组成的PWM整流电路等。按交流电源输入相数可分为： 单相整流电路 三相整流电路 多相整流电路按电路结构分类，可分为： 半波整流电路（零式整流电路） 全波整流电路（桥式整流电路）按电路的工作象限可分为： 一象限工作电路 二象限工作电路 四象限工作电路第3章交流-直流变换电路

3.1.1单相不可控整流电路-电阻负载3.1不可控整流电路图3-1单相半波不可控整流电路带电阻性负载的电路和波形b)3.1.1单相不可控整流电路-电阻负载3.1不可控整流电路表3-1单相半波不可控整流电路带电阻性负载时各区间工作情况ωt0～ππ～2π2π～3π二极管导通情况VD1导通VD1截止VD1导通负载电压udu20u2负载电流idu2/R0u2/R二极管端电压uVD10u20负载电压平均值Ud

U2为电源变压器副边电压有效值3.1不可控整流电路图3-2不带续流二极管的单相半波不可控整流电路带阻感性负载的电路和波形3.1.1单相不可控整流电路-阻感负载(无续流二极管)3.1.1单相不可控整流电路-阻感负载(无续流二极管)3.1不可控整流电路表3-2单相半波不可控整流电路带阻感性负载（无续流二极管）时各区间工作情况

ωt0～ππ～ωt1ωt1～2π二极管导通情况VD1导通VD1导通VD1截止负载电压udu2u20负载电流id有有0二极管端电压uVD100u23.1不可控整流电路图3-3带续流二极管的单相半波不可控整流电路带大电感负载的电路和波形3.1.1单相不可控整流电路-阻感负载(带续流二极管)3.1不可控整流电路表3-3单相半波不可控整流电路带阻感性负载（有续流二极管）时各区间工作情况

ωt0～ππ～2π二极管导通情况VD1导通、VD2截止VD1截止、VD2导通负载电压udu20负载电流id水平直线整流二极管电流iVD1矩形波0续流二极管电流iVD20矩形波整流二极管端电压uVD10u2续流二极管端电压uVD2-|u2|03.1.1单相不可控整流电路-阻感负载(带续流二极管)3.1不可控整流电路图3-4单相全波整流电路带电阻性负载的电路和波形

a-单相全波整流电路负载电压波形b-单相全波整流电路c-交流输入正半波整流电路工作图d-交流输入负半波整流电路工作图3.1.1单相不可控整流电路-全波整流3.1不可控整流电路表3-4单相全波整流电路带电阻性负载时各区间工作情况

UduVD1=-2|u2|，uVD2=0uVD1=0，uVD2=-2|u2|uVD1和uVD2|u2||u2|udVD2导通、VD1截止VD1导通、VD2截止二极管导通情况π～2π0～πωt3.1.1单相不可控整流电路-全波整流3.1.1单相不可控整流电路-桥式整流3.1不可控整流电路图3-5单相桥式整流电路

a-单相桥式整流电路b-交流输入正半波整流电路工作图c-交流输入负半波整流电路工作图3.1不可控整流电路表3-5单相桥式整流电路带电阻性负载时各区间工作情况

ωt0～ππ～2π二极管导通情况VD1和VD4导通VD2和VD3截止VD2和VD3导通VD1和VD4截止ud|u2||u2|uVDuVD1,4=0，uVD2,3=-|u2|uVD2,,3=0，uVD1,4=-|u2|Ud3.1.1单相不可控整流电路-桥式整流3.1.2三相不可控整流电路3.1不可控整流电路c)电压波形u2u2luduabuacubcubaucaucbuabuacⅠⅡⅢⅣⅤⅥuaucubwtwtOOwtwt123.1.2三相不可控整流电路3.1不可控整流电路

三相桥式整流电路工作时，共阴极组的3只二极管中，阳极交流电压最高的那只二极管优先导通，使另外两只二极管承受反压而处于关断状态；同理，共阳极组的3只二极管中阴极交流电压最低的那只二极管优先导通，使另外两只二极管承受反压而处于关断状态。即任意时刻，共阳极组和共阴极组中各有一只二极管处于导通状态，其工作波形如图3-6c)所示。3.1.2三相不可控整流电路3.1不可控整流电路

输出负载电压ud为线电压中最大的一个，其波形为线电压u2l的包络线。输出负载电压ud一个周期脉动6次，每次脉动的波形相同，故三相桥式整流电路也被称为6脉波整流电路。这种电路的输出负载电压波形比单相桥式整流电路的输出负载电压波形更平滑，因而更容易滤波。将负载电压ud波形中的一个周期分成6段，每段各60°，在每段中导通的二极管及输出整流电压的情况如表3-6所示。3.1.2三相不可控整流电路3.1不可控整流电路表3-6三相桥式整流电路各区间工作情况整流电压平均值Uducbucaubaubcuacuab整流输出电压udVD6VD4VD4VD2VD2VD6共阳极组中导通的二极管VD5VD5VD3VD3VD1VD1共阴极组中导通的二极管VIVIVIIIIII时段3.1.2三相不可控整流电路3.1不可控整流电路

由表3-6可知，6只二极管的导通顺序为VD1-VD2-VD3-VD4-VD5-VD6-VD1，相位依次相差60°，这也正是VD1~VD6命名的原因。共阴极组VD1，VD3，VD5依次导通120°，共阳极组VD4，VD6，VD2也依次导通120°。而同一相上、下两个桥臂的两只二极管VD1与VD4，VD3与VD6，VD5与VD2，导通相位则互差180°。对于变压器二次绕组，每相绕组的电流均为双向电流，且正、反向电流的有效值和平均值相等。单相半波可控整流电路-电阻负载wwwwtTVTR0a)u1u2uVTudidwt1p2ptttu2uGuduVTaq0b)c)d)e)00☞

调节α角可控制Ud的大小。这种通过控制触发脉冲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。

☞：晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度称为导通角。单相半波可控整流电路-电阻负载wwwwtTVTR0a)u1u2uVTudidwt1p2ptttu2uGuduVTaq0b)c)d)e)00基本数量关系为：1）直流输出电压平均值2）直流输出电流平均值3）负载电压有效值单相半波可控整流电路-电阻负载wwwwtTVTR0a)u1u2uVTudidwt1p2ptttu2uGuduVTaq0b)c)d)e)00基本数量关系为：4）负载电流有效值5）晶闸管电流平均值6）晶闸管及变压器二次侧电流有效值单相半波可控整流电路-电阻负载wwwwtTVTR0a)u1u2uVTudidwt1p2ptttu2uGuduVTaq0b)c)d)e)00基本数量关系为：7）整流电路功率因数8）晶闸管承受的最大正、反向电压

晶闸管承受的最大正、反向电压是变压器二次侧电压的峰值。

整流电路功率因数是变压器二次侧有功功率与视在功率的比值。单相半波可控整流电路-电阻负载图3-2带阻感负载的单相半波可控整流电路及其波形单相半波可控整流电路-阻感负载■带阻感负载的工作情况

◆阻感负载的特点是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。

◆电路分析☞晶闸管断态时,id=0,ud=0,uVT=u2。

☞在t1时刻，即触发角处

√ud=u2。√L使id不能突变，id从0增加。☞u2由正变负的过零点处，id已经处于减小过程中，但未降到零，因此VT仍处通态。

☞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。

☞由于电感的存在延迟了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。

单相半波可控整流电路-阻感负载TVTRa)u1u2uVTudidL

以晶闸管单相半波可控整流电路，带阻感性负载为例。此电路中只有一只晶闸管VT。当VT处于通态时，如下方程成立：

当α、

均已知时，即可求出晶闸管的导通角θ。单相半波可控整流电路-阻感负载图3-4单相半波带阻感负载有续流二极管的电路及波形

单相半波可控整流电路-阻感负载（带续流二级管）负载电压为负使得平均值Ud变小。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。◆有续流二极管的电路

☞电路分析

√u2正半周时，与没有续流二极管时的情况是一样的。

√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。图3-4单相半波带阻感负载有续流二极管的电路及波形

单相半波可控整流电路-阻感负载（带续流二级管）基本数量关系：

触发角α=0°时，输出电压平均值最大，Ud=0.45U2，触发角α=180°时，输出电压为零，因此移相范围是0°~180°。2）直流输出电流平均值1）直流输出电压平均值单相半波可控整流电路-阻感负载（带续流二级管）单相半波可控整流电路-阻感负载（带续流二级管）基本数量关系：3）晶闸管电流平均值4）晶闸管电流有效值5）续流二极管电流平均值单相半波可控整流电路-阻感负载（带续流二级管）基本数量关系：6）续流二极管电流有效值

晶闸管两端电压波形uVT如图3-10g)所示，晶闸管承受的最大正、反向电压均为电源电压u2的峰值，即。续流二极管承受的电压为-ud，其最大反向电压也是电源电压u2的峰值。例题:具有续流二极管的单相半波可控整流电路,带阻感负载,电阻为5Ω,电感无穷大,电源电压的有效值为220V,直流平均电流为10A,试计算晶闸管和续流二极管的电流平均值和有效值，并根据晶闸管承受电压来选择晶闸管（考虑2倍安全裕量）晶闸管电流平均值晶闸管电流有效值例题:具有续流二极管的单相半波可控整流电路,带阻感负载,电阻为5Ω,电感无穷大,电源电压的有效值为220V,直流平均电流为10A,试计算晶闸管和续流二极管的电流平均值和有效值，并根据晶闸管承受电压来选择晶闸管（考虑2倍安全裕量）续流二极管电流平均值续流二极管电流有效值例题:具有续流二极管的单相半波可控整流电路,带阻感负载,电阻为5Ω,电感无穷大,电源电压的有效值为220V,直流平均电流为10A,试计算晶闸管和续流二极管的电流平均值和有效值，并根据晶闸管承受电压来选择晶闸管（考虑2倍安全裕量）晶闸管承受的最大电压为（5，10，20，30，50，80，100，200，300，400，500，600，800，1000）单相桥式全控整流电路-电阻负载表3-7单相桥式相控整流电路带电阻性负载时各区间工作情况ωt0～αα～ππ～π+απ+α～2π晶闸管导通情况VT1,4截止VT2,3截止VT1,4导通VT2,3截止VT1,4截止VT2,3截止VT1,4截止VT2,3导通ud0|u2|0|u2|id0|u2|/R0|u2|/Ri20u2/R0u2/RuVTuVT1,4=|u2|/2uVT2,3=-|u2|/2uVT1,4=0uVT2,3=-|u2|uVT1,4=-|u2|/2uVT2,3=|u2|/2uVT1,4=-|u2|uVT2,3=0单相桥式全控整流电路-电阻负载(1)触发角α

：触发角也称作移相触发角或控制角，指从晶闸管开始承受正向电压起，到施加触发信号止的电角度。晶闸管整流电路是通过控制触发角α的大小，即控制触发信号的相位，来控制输出电压的大小，故称为相控电路。(2)导通角θ：指晶闸管在一个周期中处于通态的电角度。(3)移相：改变触发信号出现的时刻，即改变触发角α的大小，称为移相。单相桥式相控整流电路带电阻性负载时的移相范围为180°。(4)同步：使触发脉冲与相控整流电路的电源电压之间，保持频率和相位的协调关系称为同步。(5)换流：在相控整流电路中，由一路晶闸管导通变换为另一路晶闸管导通的过程称为换流，也称换相。单相桥式全控整流电路-电阻负载基本数量关系：1）直流输出电压平均值触发角α=0°时，输出电压平均值最大，Ud=0.9U2，触发角α=180°时，输出电压为零，因此移相范围是0°~180°。2）直流输出电流平均值单相桥式全控整流电路-电阻负载基本数量关系：3）负载电压有效值4）负载电流有效值及变压器二次侧电流有效值5）晶闸管电流平均值单相桥式全控整流电路-电阻负载基本数量关系：6）晶闸管电流有效值7）整流电路功率因数8）晶闸管承受的最大正反向电压单相桥式全控整流电路-电阻负载最大反向电压最大正向电压RudidabVT1VT2VT3VT4u2i2L单相桥式全控整流电路-阻感负载单相桥式全控整流电路-阻感负载表3-8单相桥式全控整流电路带大电感负载时各区间工作情况ωt0～αα～ππ～π+απ+α～2π晶闸管导通情况VT1,4截止VT2,3导通VT1,4导通VT2,3截止VT1,4导通VT2,3截止VT1,4截止VT2,3导通ud-u2u2u2-u2idIdi2-Id+Id+Id-IduVTuVT1,4=u2uVT2,3=0uVT1,4=0uVT2,3=-u2uVT1,4=0uVT2,3=u2uVT1,4=-u2uVT2,3=0iVTiVT1,4=0iVT2,3=IdiVT1,4=IdiVT2,3=0iVT1,4=IdiVT2,3=0iVT1,4=0iVT2,3=Id单相桥式全控整流电路-阻感负载基本数量关系：1）输出电压平均值

触发角α=0°时，输出电压平均值最大，Ud=0.9U2；触发角α=90°时，输出电压波形正负面积相等，平均值为零；因此移相范围是0°~90°。2）输出电流平均值单相桥式全控整流电路-阻感负载基本数量关系：3）晶闸管电流平均值4）晶闸管电流有效值5）晶闸管的通态平均电流单相桥式全控整流电路-阻感负载基本数量关系：6）变压器二次侧电流I2的波形是对称的正负矩形波，其有效值为7）晶闸管承受的最大正、反向电压单相桥式全控整流电路-阻感负载例题单相全控桥式整流电路，接大电感负载，U2=220V，负载电阻R=4Ω。（1）=60o时，画出晶闸管中的电流波形，求其平均值和有效值。（2）当负载两端接有续流二极管时，试求输出电压、电流的平均值，流过晶闸管和续流二极管中电流的平均值、有效值，画出波形。解：（1）输出电压平均值输出负载电流平均值晶闸管中电流平均值晶闸管中电流有效值单相桥式全控整流电路-阻感负载RudidabVT1VT2VT3VT4u2i2L例题单相全控桥式整流电路，接大电感负载，U2=220V，负载电阻R=4Ω。（2）当负载两端接有续流二极管时，试求输出电压、电流的平均值，流过晶闸管和续流二极管中电流的平均值、有效值，画出波形。单相桥式全控整流电路-阻感负载例题单相全控桥式整流电路，接大电感负载，U2=220V，负载电阻R=4Ω。（2）当负载两端接有续流二极管时，试求输出电压、电流的平均值，流过晶闸管和续流二极管中电流的平均值、有效值，画出波形。(2)接续流二级管的输出电压平均值输出负载电流平均值单相桥式全控整流电路-阻感负载例题单相全控桥式整流电路，接大电感负载，U2=220V，负载电阻R=4Ω。（2）当负载两端接有续流二极管时，试求输出电压、电流的平均值，流过晶闸管和续流二极管中电流的平均值、有效值，画出波形。晶闸管中电流平均值和有效值续流二极管中电流平均值和有效值单相桥式全控整流电路-阻感负载■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☞|u2|>E时，才有晶闸管承受正电压，有导通的可能。3.2.2单相桥式全控整流电路-反电动势负载

◆电路分析☞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。

☞与电阻负载时相比，晶闸管提前了度停止导电，称为停止导电角。

☞当<时，触发脉冲到来时，晶闸管承受负电压，不可能导通。3.2.2单相桥式全控整流电路-反电动势负载(3-16)3.2.3单相全波可控整流电路图3-10单相全波可控整流电路及波形■带电阻负载时

◆电路分析

☞变压器T带中心抽头。

☞在u2正半周VT1工作，变压器二次绕组上半部分流过电流。☞u2负半周VT2工作，二次绕组下半部分流过反方向电流。☞变压器也不存在直流磁化的问题。

图3-10单相全波可控整流电路及波形■带电阻负载时

◆电路分析

☞变压器T带中心抽头。

☞在u2正半周VT1工作，变压器二次绕组上半部分流过电流。☞u2负半周VT2工作，二次绕组下半部分流过反方向电流。☞变压器也不存在直流磁化的问题。

3.2.3单相全波可控整流电路

单相全波可控整流电路的ud波形与单相桥式全控整流电路一样，变压器一次绕组的电流波形一样，变压器不存在直流磁化问题。

单相全波可控整流电路中变压器的结构较复杂，绕组及铁心对铜、铁等材料的消耗比单相桥式全控整流电路多；二次绕组只有半个周期导电，利用率比单相桥式全控整流电路低一倍。单相全波可控整流电路中只用2只晶闸管；晶闸管承受的最大电压为，是单相桥式全控整流电路的两倍。单相全波可控整流电路中，导电回路只含1只晶闸管。3.2.3单相全波可控整流电路3.2.3单相全波可控整流电路例题单相全波整流电路如图所示，U2=220V，=60o。求（1）输出直流电压平均值Ud。（2）画出ud、id的波形。解：（1）当电压为正半周时，即a为正，b为负时，VT1承受正向电压。有触发脉冲即可导通，VD2处于关断状态，当电源电压过零时VT1关断。当电源电压过零变负时，a为负，b为正，VT1关断，VD1导通。当电源电压再次过零变正时，VD1关断。。（2）输出平均值Ud。RudidabVT1VT2VD3VD4u2i23.2.4单相桥式半控整流电路-电阻负载3.2.4单相桥式半控整流电路-电阻负载3.2.4单相桥式半控整流电路-电阻负载3.2.4单相桥式半控整流电路-电阻负载例题带整流变压器的单相半控桥式整流电路，U1=220V，电阻负载，R=4Ω。要求负载电流Id在0~25A之间变化，试求(1)变压器的变比;(2)波形系数;(3)变压器容量;(4)负载电阻R的最大功率。设=0时Ud最大(1)(2)3.2.4单相桥式半控整流电路-电阻负载例题带整流变压器的单相半控桥式整流电路，U1=220V，电阻负载，R=4Ω。要求负载电流Id在0~25A之间变化，试求(1)变压器的变比;(2)波形系数;(3)变压器容量;(4)负载电阻R的最大功率。(2)3.2.4单相桥式半控整流电路-电阻负载负载电阻R的最大功率PR（3）（4）例题带整流变压器的单相半控桥式整流电路，U1=220V，电阻负载，R=4Ω。要求负载电流Id在0~25A之间变化，试求(1)变压器的变比;(2)波形系数;(3)变压器容量;(4)负载电阻R的最大功率。3.2.4单相桥式半控整流电路-电阻负载例题单相半控桥式整流电路，电阻负载，R=25Ω，要求Ud=0~250V，计算晶闸管实际承受的最大电压与最大电流（角留有20o裕量）。3.2.4单相桥式半控整流电路-电阻负载例题：具有中点二极管的单相半控桥式整流电路如图所示(1)给出=45o时Ud波形。(2)设U2=100V，求输出整流电压平均值Ud。3.2.4单相桥式半控整流电路-电阻负载例题：具有中点二极管的单相半控桥式整流电路如图所示(1)给出=45o时Ud波形。3.2.4单相桥式半控整流电路-电阻负载例题：具有中点二极管的单相半控桥式整流电路如图所示(1)给出=45o时Ud波形。3.2.4单相桥式半控整流电路-电阻负载例题：具有中点二极管的单相半控桥式整流电路如图所示(1)给出=45o时Ud波形。3.2.4单相桥式半控整流电路-电阻负载例题：具有中点二极管的单相半控桥式整流电路如图所示（1）给出=45o时Ud的波形。（2）设U2=100V，求输出整流电压平均值Ud。3.2.4单相桥式半控整流电路-电阻负载例题：具有中点二极管的单相半控桥式整流电路如图所示（2）设U2=100V，求输出整流电压平均值Ud。RudidabVT1VT3VD2VD4u2i2L一般设ωL》R。电流连续且为直流电流。若控制角突然增大到180°,或某个触发脉冲突然丢失，则会使原导通的晶闸管一直导通，称为失控。单相桥式半控整流电路-阻感负载基本数量关系：1）直流输出电压平均值2）直流输出电流平均值3）晶闸管和整流二极管电流平均值单相桥式半控整流电路-阻感负载基本数量关系：4）晶闸管电流有效值5）变压器二次侧电流有效值单相桥式半控整流电路-阻感负载表3-10单相桥式半控整流电路带大电感负载时各区间工作情况ωtα～ππ～π+απ+α～2π2π～2π+α晶闸管导通情况VT1导通，VT3截止VT1截止，VT3导通二极管导通情况VD2截止，VD4导通VD2导通，VD4截止VD2导通，VD4截止VD2截止，VD4导通udu20-u20idIdi2+Id0-Id0uVTuVT1=0uVT3=-u2uVT1=0uVT3=-u2uVT1=u2uVT3=0uVT1=u2uVT3=0iVTiVT1=IdiVT3=0iVT1=IdiVT3=0iVT1=0iVT3=IdiVT1=

0iVT3=IdiVDiVD2=

0iVD4=IdiVD2=Id

iVD4=0iVD2=IdiVD4=

0

iVD2=0iVD4=Id

单相桥式半控整流电路-阻感负载RudidabVT1VT3VD2VD4u2i2LVDR整流电压平均值与电阻负载时相同。单相桥式半控整流电路-阻感负载(带续流二极管)1）直流输出电压平均值2）直流输出电流平均值3）晶闸管和整流二极管电流平均值单相桥式半控整流电路-阻感负载(带续流二极管)4）晶闸管和整流二极管电流有效值

5）续流二极管电流平均值

6）续流二极管电流有效值7）变压器二次侧电流有效值单相桥式半控整流电路-阻感负载(带续流二极管)

例单相半控桥式整流电路（带续流二极管），阻感负载，R=5Ω，U2=220V，α=60°。求流过晶闸管、整流二极管和续流二极管的电流平均值与有效值。解(1)整流电压平均值(2)负载电流平均值(3)晶闸管和整流二极管每周期的导电角单相桥式半控整流电路-阻感负载(带续流二极管)单相桥式半控整流电路-阻感负载(带续流二极管)3.3三相半波可控整流电路

单相可控整流电路元件少，线路简单，但其输出电压的脉动较大，同时由于单相供电，引起三相电网不平衡，故仅适用于小容量设备。当设备容量较大，要求输出电压脉动较小时，则多采用三相可控整流电路。三相可控整流电路有三相半波可控整流电路、三相桥式可控整流电路等多种形式。其中三相半波可控电路是多相整流电路的基础，而三相桥式整流电路可以看作三相半波可控电路不同形式的组合。根据晶闸管的接法不同，三相半波可控整流电路又可分为三相半波共阴极组电路和三相半波共阳极组电路。3.3.1三相半波共阴极组可控整流电路带电阻性负载3.3三相半波可控整流电路

三相半波共阴极组可控整流电路为得到零线，变压器二次侧要接成星形，而一次侧接成三角形，为3次谐波电流提供通路，减少3次谐波对电网的影响。三只晶闸管阴极连接在一起，阳极分别接a、b、c三相电源，这种接法称为共阴极接法。

以晶闸管共阴极端作为输出电压的正端，变压器二次侧的零线作为输出电压的负端，规定负载电压的正方向为从三只晶闸管的共阴极端指向变压器二次侧的零线，负载电流的正方向与负载电压的正方向相同。3.3.1三相半波可控整流电路-电阻负载

图3-17三相半波可控整流电路共阴极接法电阻负载时的电路及=0时的波形

■电阻负载

☞自然换相点√在相电压的交点t1、t2、t3处，均出现二极管换相，称这些交点为自然换相点。√将其作的起点，即=0。√三个晶闸管轮流导通120

，ud波形为三个相电压在正半周期包络线3.3.1三相半波可控整流电路-电阻负载

图3-17三相半波可控整流电路共阴极接法电阻负载时的电路及=0时的波形

■电阻负载

☞自然换相点√变压器二次绕组电流有直流分量。√晶闸管电压由一段管压降和两段线电压组成，随着增大，晶闸管承受的电压中正的部分逐渐增多。3.3.1三相半波可控整流电路-电阻负载

☞=30

√负载电流处于连续和断续的临界状态，各相仍导电120。图3-18三相半波可控整流电路，电阻负载，=30时的波形3.3.1三相半波可控整流电路-电阻负载

图3-18三相半波可控整流电路，电阻负载，=60时的波形☞>30

√当导通一相的相电压过零变负时，该相晶闸管关断，但下一相晶闸管因未触发而不导通，此时输出电压电流为零。

√负载电流断续，各晶闸管导通角小于120。

3.3.1三相半波可控整流电路-电阻负载

☞电阻负载时角的移相范围为150。

☞整流电压平均值

√≤30时，负载电流连续，有

当=0时，Ud最大，为Ud=Ud0=1.17U2。

(3-52)3.3.1三相半波可控整流电路-电阻负载

☞整流电压平均值

√>30时，负载电流断续，晶闸管导通角减小，此时有(3-53)2）直流输出电流平均值3）晶闸管电流平均值4）晶闸管电流有效值α>30°时α≤30°时3.3.1三相半波可控整流电路-电阻负载

基本数量关系：5）晶闸管承受的最大正、反向电压UTM

晶闸管承受的最大正向电压是变压器二次相电压的峰值，

晶闸管承受的最大反向电压是变压器二次线电压的峰值

在选择晶闸管的额定电压时，应根据晶闸管实际承受的最大反向电压进行计算， 。 3.3.1三相半波可控整流电路-电阻负载

3.3.2三相半波可控整流电路-阻感负载☞≤30时整流电压波形与电阻负载相同。图3-18三相半波可控整流电路，阻感负载，=30时的波形3.3.2三相半波可控整流电路-阻感负载

■阻感负载☞L值很大，整流电流id的波形基本是平直的，流过晶闸管的电流接近矩形波。

图3-19阻感负载时的电路及=60时的波形α=60°表3-14三相半波共阴极组可控整流电路，带阻感性负载时各区间工作情况ωtπ/6+α～5π/6+α5π/6+α～3π/2+α3π/2+α～13π/6+α晶闸管导通情况VT1导通，VT2、3截止VT2导通，VT1、3截止VT3导通，VT1、2截止uduaubucuVT10uabuacUdid近似为水平直线，Id=Ud/R晶闸管电流的有效值IVT3.3.2三相半波可控整流电路-阻感负载

1）直流输出电压平均值

输出电压ud波形连续，当α=90°时，输出电压为零。因此，三相半波可控整流电路，带阻感性负载时，触发角α的移相范围是90°。2）直流输出电流平均值3.3.2三相半波可控整流电路-阻感负载

3）晶闸管电流平均值4）晶闸管及变压器二次电流有效值

选择晶闸管的额定电流应按有效值相等的原则选取，不考虑安全裕量时考虑安全裕量时3.3.2三相半波可控整流电路-阻感负载

5）晶闸管承受的最大正、反向电压UTM变压器二次线电压的峰值， 选择晶闸管的额定电压时，还要考虑2~3倍的安全裕量。3.3.3三相半波共阴极组可控整流电路-反电动势负载

当负载为蓄电池或直流电动机的电枢时，负载可看成是一个直流电压源，对于整流电路而言，它们就是反电动势负载。

设反电动势为E，在交流电源与反电动势负载的串联电路中，只有在u2>E时，晶闸管才开始真正承受正电压，才有触发导通的可能。晶闸管触发导通之后，ud=u2，。abcRudidVT1VT2VT3udiduaubucOwtOwtaEEdwt1dO3.3.3三相半波共阴极组可控整流电路-反电动势负载

与电阻负载时相比，晶闸管提前电角度停止导电，称为停止导电角。不难看出，在α角相同时，带反电动势电阻负载的电路，整流输出电压平均值比带电阻性负载时大。

在α＜时触发晶闸管VT1，由于此时ua＜E，VT1承受反压不能导通。为了使晶闸管能可靠导通，触发脉冲要有足够的宽度，保证当t=时刻晶闸管开始承受正电压时，触发脉冲仍然存在。这样，相当于触发角被推迟到角。例题三相半波整流电路向大电感性负载供电，已知U2=220V，R=11.7。计算=60o时负载电流Id、晶闸管电流IT、变压器副边电流i2的平均值和有效值。改为电阻负载，重复上述计算。1、对于大电感负载例题三相半波整流电路向大电感性负载供电，已知U2=220V，R=11.7。计算=60o时负载电流Id、晶闸管电流IT、变压器副边电流i2的平均值和有效值。改为电阻负载，重复上述计算。

2、对于电阻负载例题在三相半波整流电路中，如果u相的触发脉冲消失，试绘出在电阻性负载和电感性负载下的整流电压波形。设=30°。

例题图a是两相零式可控整流电路，电阻负载，由三相交流电源中的u、v两相供电。设ωt=0°时，α=0°。1)画出晶闸管控制角

=0°和

=60°时输出电压ud的波形；2)求晶闸管的移相范围；3)Ud的最大值Udmax是多少？4)推导出输出电压平均值Ud的计算公式。(2)晶闸管的移相范围0300o；0150o时150o

300o时当=0o时例题．现有单相半波、单相桥式、三相半波三种电路，负载电流Id都是40A，问串在晶闸管中的熔断器电流分别为多大？答：单相半波时，流过熔断器电流为正弦半波，IdVT=Id=40A，IVT=1.57IdVT

=62.8A，所以熔断器电流按有效值选为62.8A。wwwwtTVTR0a)u1u2uVTudidwt1p2ptttu2uGuduVTaq0b)c)d)e)00例题．现有单相半波、单相桥式、三相半波三种电路，负载电流Id都是40A，问串在晶闸管中的熔断器电流分别为多大？答：单相桥式可控整流时，流过熔断器电流为正弦半波，IdVT=Id/2=20A，IVT=1.57IdVT

=31.4A，所以熔断器电流按有效值选为31.4A。例题．现有单相半波、单相桥式、三相半波三种电路，负载电流Id都是40A，问串在晶闸管中的熔断器电流分别为多大？答：三相半波时，流过熔断器电流如图导通为120度，熔断器电流按有效值选为23.47A。3.4.1三相桥式全控整流电路-电阻负载

■原理图

◆阴极连接在一起的3个晶闸管（VT1，VT3，VT5）称为共阴极组；阳极连接在一起的3个晶闸管（VT4，VT6，VT2）称为共阳极组。

◆共阴极组中与a，b，c三相电源相接的3个晶闸管分别为VT1，VT3，VT5，共阳极组中与a，b，c三相电源相接的3个晶闸管分别为VT4，VT6，VT2。

◆晶闸管的导通顺序为VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6。

图3-23三相桥式全控整流电路原理图3.4.1三相桥式全控整流电路-电阻负载

图3-23三相桥式全控整流电路带电阻负载=0时的波形3.4.1三相桥式全控整流电路-电阻负载

■带电阻负载时的工作情况

◆电路分析☞各自然换相点既是相电压的交点，同时也是线电压的交点。☞当≤60时√ud波形均连续，对于电阻负载，id波形与ud波形的形状是一样的，也连续。

√=0时，ud为线电压在正半周的包络线。

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表3-15三相桥式全控整流电路电阻负载=0时晶闸管工作情况3.4.1三相桥式全控整流电路-电阻负载

图3-24三相桥式全控整流电路带电阻负载=30时的波形=30时，晶闸管起始导通时刻推迟了30，组成ud的每一段线电压因此推迟30，ud平均值降低3.4.1三相桥式全控整流电路-电阻负载

图3-24三相桥式全控整流电路带电阻负载=60时的波形=60时ud波形中每段线电压的波形向后移，ud平均值降低。=60时ud出现了为零的点3.4.1三相桥式全控整流电路-电阻负载

图3-25三相桥式全控整流电路带电阻负载=90时的波形

id与ud一致，ud降为至零id也降至零，晶闸管关断，输出整流电压ud为零，ud波形不出现负值3.4.1三相桥式全控整流电路-电阻负载

图3-25三相桥式全控整流电路带电阻负载=90时的波形

id与ud一致，ud降为至零id也降至零，晶闸管关断，输出整流电压ud为零，ud波形不出现负值☞整流输出电压ud一周期脉动6次，每次脉动的波形都一样，故该电路为6脉波整流电路。☞在整流电路合闸启动过程中或电流断续时，为确保电路的正常工作，需保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲

√宽脉冲触发：使脉冲宽度大于60（一般取80~100）

√双脉冲触发：用两个窄脉冲代替宽脉冲，两个窄脉冲的前沿相差60，脉宽一般为20~30

。√常用的是双脉冲触发。☞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、反向电压的关系也一样。3.4.1三相桥式全控整流电路-电阻负载

3.4.1三相桥式全控整流电路-电阻负载◆带电阻负载时三相桥式全控整流电路角的移相范围是120。

◆整流输出电压平均值☞电阻负载≤60时

(3-65)3.4.1三相桥式全控整流电路-电阻负载◆带电阻负载时三相桥式全控整流电路角的移相范围是120。

☞电阻负载且>60时◆整流输出电压平均值☞电阻负载>

60时

(3-66)3.4.1三相桥式全控整流电路-电阻负载2）直流输出电流平均值3）晶闸管电流平均值4）晶闸管电流有效值不考虑安全裕量时，考虑安全裕量时，3.4.1三相桥式全控整流电路-电阻负载5）变压器二次电流有效值6）晶闸管承受的最大反向电压UTM在选择晶闸管的额定电压时，应根据晶闸管实际承受的最大反向电压进行计算，即 。若再考虑安全裕量，则UTM=(2~3)U2。7）晶闸管承受的最大正向电压UFM

最大正向电压为ωt1时刻的uVT1，断流时VT1和VT2共同承担线电压。

三相桥式全控整流电路带阻感负载=0时的波形3.4.2三相桥式全控整流电路-阻感负载

三相桥式全控整流电路带阻感负载=30时的波形3.4.2三相桥式全控整流电路-阻感负载图3-26三相桥式整流电路带阻感负载，=90时的波形3.4.2三相桥式全控整流电路-阻感负载1)直流输出电压平均值α=0°时，Ud=Ud0=2.34U2；α=90°时，Ud=0，输出电压为零。因此，三相桥式全控整流电路，带阻感性负载时，触发角α的移相范围是90°。3.4.2三相桥式全控整流电路-阻感负载6）晶闸管承受的最大正、反向电压UTM其余与带电阻性负载时一样。(3-80)(3-81)(3-74)3.4.2三相桥式全控整流电路-阻感负载2）直流输出电流平均值3）晶闸管电流平均值4）晶闸管电流有效值不考虑安全裕量时，考虑安全裕量时，3.4.2三相桥式全控整流电路-阻感负载三相桥式全控整流电路带阻感性负载具有如下特点：1）任何时候只有共阴组和共阳极组各有一只元件同时导通时，才能形成电流通路。2）同一相的晶闸管相位相差180º。每只晶闸管的导通角是120º。3）输出电压ud由六段线电压组成，依次为uab、uac、ubc、uba、uca、ucb，输出线电压波形每周期脉动六次，脉动频率为6f=300Hz。

4）三相桥式全控整流电路晶闸管两端的电压波形与三相半波整流电路相同，只与晶闸管导通情况有关，它由3段组成：一段为零，一段为本相与后一相的线电压，另一段为本相与前一相的线电压。晶闸管承受最大正、反向电压的关系也相同。5）变压器二次绕组流过正、负两个方向的电流，消除了变压器的直流磁化，提高了变压器的利用率。3.5.1三相桥式半控整流电路-电阻负载=30°3.5.1三相桥式半控整流电路-电阻负载=60°3.5.1三相桥式半控整流电路-电阻负载=90°3.5.1三相桥式半控整流电路-电阻负载

☞共阳极组的三只整流二极管总是在自然换流点换流，使电流换到阴极电位更低的一相中去，共阳极组始终输出最大电压Ud2；

☞共阴极组的三只晶闸管则要在触发后才能换到阳极电位更高的那一相中去。

☞输出整流电压的波形是两组整流电压波形之和。改变共阴极组晶闸管的控制角α，可获得0~2.34U2的直流可调电压Ud

。

☞

α=0°时，共阴极组输出最大电压，输出电压波形与三相桥式全控电路一样，Ud=Ud1-Ud2=2.34U2。3.5.1三相桥式半控整流电路-电阻负载☞

α=60°时，ud波形只剩下3个波头，临界连续。α>60°时，ud波形出现断续。☞三相桥式半控整流电路与单相桥式半控整流电路一样，桥路内部的二极管具有提供电感续流通路的作用，因此在带阻感性负载时，输出电压ud的波形和平均电压值Ud与带电阻性负载时一样，不会出现负半波电压。☞为了避免失控现象现象的发生，在三相桥式半控整流电路带电感性负载时，必须并联续流二极管。

例题：三相桥式全控整流电路，大电感性负载，变压器副边线电压U2l=380V，负载电阻RΣ=11.7Ω，控制角

=60°。计算输出电压平均值Ud，负载电流平均值Id、晶闸管电流IdT、IT，变压器副边电流i2的有效值I2。例题：在三相桥式全控整流电路中，电阻负载，如果有一个晶闸管不能导通，此时的整流电压Ud波形如何？如果有一个晶闸管被击穿而短路，其他晶闸管受什么影响？

假设VT1被击穿而短路，则当晶闸管VT3或VT5导通时，将发生电源相间短路，使得VT3、VT5也可能分别被击穿。

假设VT1被击穿而短路，则当晶闸管VT3或VT5导通时，将发生电源相间短路，使得VT3、VT5也可能分别被击穿。

假设VT1被击穿而短路，则当晶闸管VT3或VT5导通时，将发生电源相间短路，使得VT3、VT5也可能分别被击穿。3.6变压器漏感对整流电路的影响■变压器漏感

◆实际上变压器绕组总有漏感，该漏感可用一个集中的电感LB表示，并将其折算到变压器二次侧。

◆由于电感对电流的变化起阻碍作用，电感电流不能突变，因此换相过程不能瞬间完成，而是会持续一段时间。■现以三相半波为例来分析，然后将其结论推广

◆假设负载中电感很大，负载电流为水平线。

3.6变压器漏感对整流电路的影响◆分析从VT1换相至VT2的过程

☞在t1时刻之前VT1导通，t1时刻触发VT2，因a、b两相均有漏感，故ia、ib均不能突变，于是VT1和VT2同时导通，相当于将a、b两相短路，两相间电压差为ub-ua，它在两相组成的回路中产生环流ik如图所示。

图3-26考虑变压器漏感时的三相半波可控整流电路及波形

3.6变压器漏感对整流电路的影响☞ik=ib是逐渐增大的，而ia=Id-ik是逐渐减小的。

☞当ik增大到等于Id时，ia=0，VT1关断，换流过程结束。

☞换相过程持续的时间用电角度表示，称为换相重叠角。图3-26考虑变