汽车电工电子技术课件 任务1整流电路

8.1整流电路演讲人图8.1二极管正反特性等效电路电路图

将交变电流变换成单向脉动电流的过程叫做整流。我们知道二极管具有单向导电的特性：当二极管加正向电压时，二极管导通，其正向电阻很小；当加反向电压时，二极管截止，呈现很大的电阻（在不引起反向击穿的情况下）。如图8.1所示二极管就相当于一个开关。整流电路就是利用二极管的这种开关特性构成的。为简化分析，当整流电压远大于二极管导通电压时，我们可忽略二极管正向导通时的电阻，即将二极管看成理想开关。

8.1.1单相整流电路

如图8.2(a)所示，单相半波整流电路由电源变压器T、整流二极管VD和负载电阻组成。

T：电源变压器，把交流电压变成交流电压V2；

VD：整流二极管，把交流电变成脉动直流电。图8.2单相半波整流电路波形图

8.1.1单相整流电路

8.1.1.1单相半波整流电路1.工作原理电源变压器T的初级接交流电压，则在变压器T的次级就会产生感应电压。当为正半周时，整流二极管VD上加的是正向电压，处于导通状态，其电流流过负载，于是在上产生正半周电压，如图8.2(b)所示；当变压器T的次级感应电压为负半周时，整流二极管VD上加的是反向电压，因而截止，负载上无电流流过，如图8.2(c)所示；当输入电压进入下一个周期时，整流电路将重复上述过程。各波形之间的对应关系，如图8.2(d)所示。由波形图可看出，它的大小是波动的，但方向不变。这种大小波动，方向不变的电流(或电压)称为脉动直流电。由的波形可见，这种电路仅获得电源电压的半个波，故称半波整流。不难看出，半波整流电路的缺点是电源利用率低，且输出脉动大。

8.1.1单相整流电路

2.负载电压和电流由于二极管具有单向导电特性，在交流电压处于正半周时，二极管导通；在交流电压负半周时，二极管截止，因而交流电经二极管VD整流后，原来的交流波形变成了缺少半个周期的波形，即半波整流。在半波整流电路中，负载上得到的脉动电压是含有直流成分的，这个直流电压等于半波电压在一个周期内的电压平均值，它等于变压器次级电压有效值的0.45倍。

8.1.1单相整流电路

8.1.1单相整流电路

图8.3单相全波整流电路图及波形

8.1.1单相全波整流电路

2.负载和整流二极管上的电压和电流(1)负载电压：VL=0.9V2

(2)负载电流：IL=VL/RL=0.9V2/RL

(3)二极管的平均电流：IV=IL/2

(4)二极管承受反向峰值电压：

缺点：单管承受的反向峰值电压比半波整流高一倍，变压器T需中心抽头。

8.1.1单相全波整流电路8.1.1.3单相桥式整流电路1.工作原理图8.4(a)是一个具有电阻负载的桥式整流电路，由四只二极管、变压器T和负载电阻组成。当输入电压为正半周时，整流二极管和因加正向电压而导通，和因加反向电压而截止。

8.1.1单相全波整流电路图8.4单相桥式整流电路8.1.1单相全波整流电路2．负载与二极管的电压和电流

桥式整流为全波整流，故负载上的平均电压和电流均比半波整流大一倍：

桥式整流电路的结构决定了每只二极管只在半个周期内导通，所以在一个周期内流过每个管子的平均电流只有负载电流的一半，即

每只二极管所承受的反向电压亦为变压器副边电压的峰值。8.1.1单相全波整流电路8.1.1.4单相桥式整流滤波电路整流电路输出的电压虽然是单向的直流电压，但其中还包含有交流成分，要想得到更为平滑的直流电，需要对整流后的波形进一步处理，能实现这种功能的电路称为滤波电路。滤波电路常利用电容或电感元件的储能特性来实现，这里只讨论最简单的电容滤波电路，如图8.5所示。图8.5单相桥式整流滤波电路图8.6RC滤波电路波形

1.工作原理及波形分析如图8.6所示，若U2处于正半周，二极管VD1、VD4导通，变压器次端电压U2给电容器C充电同时给负载R供电，此时电容C上的电压按指数规律增大至最大值。

在正半周

以后，因

，故二极管均不导通，此阶段电容C向R放电，提供负载所需电流，同时Ud下降。

至

之后的某个瞬间，U2慢慢增大将要超过Ud，使得VD3和VD2开通，Ud=U2，负半周的U2交流电源向电容充电，同时向负载R供电。

电容被充电到

后，Ud>U2，VD3和VD2关断。电容开始以时间常数RC按指数函数放电。

重复以上过程，负载R上得到的直流电压是一个近似锯齿波的波形。8.1.1单相全波整流电路8.1.1单相全波整流电路2.输出电压表达式桥式整流电容滤波电路不但改善了输出直流电压的波形，还提高了输出电压的平均值。为了使滤波的效果更好，输出直流电压更加稳定，电容的容量应选择大一些。3.检测方法整流滤波电路常见故障的检测方法主要有电阻检测法和电压检测法两种。(1)电阻检测法（断电）①用万用表电阻档测量变压器输入与输出电阻，判断是否符合要求；②用万用表二极管档检测二极管正反向电阻判断是否符合要求；③先对电容进行放电，测量电容两端的电阻是否无穷大，若不是就将电容从电路中拆除再测量更换；8.1.1单相全波整流电路(2)电压检测法①将万用表功能旋钮旋转到直流电压挡，万用表的红表笔接滤波电容器的正极、黑表笔接电容器的负极，给整流滤波电路通电，读取所测数据。②将万用表功能旋钮旋转到交流电压挡，表笔不分极性，分别接在变压器次级两端，读取数据。③比较两次的测量值，半波整流滤波电路输出直流电压约等于交流电压，桥式整流滤波电路输出电压约等于交流电压的2倍。总结：对比结果符合上述规律，说明整流滤波电路正常;如果测量值为0,且有交流电压,则有两只整流管开路;如果测量值约等于交流值的1/2，说明电容开路。8.1.2三相整流电路8.1.2.1

三相半波整流电路1.电路的组成三相半波整流电路，电路形式有两种。图8.7中

的负极接在一起，称为共阴极接法，图8.8中

的正极接在一起，称为共阳极接法。

接在公共端K和中性点N之间。通常变压器的初级绕组接成三角形,次级绕组接成星形。有时也可直接由三相四线制的交流电网供电。图8.7共阴极接法

图8.8共阳极接法2.工作原理及波形分析以共阴极电路为例，如图8.9a图所示在一个周期T内，相电压U2U、U2V、U2W中总有一个最高的。哪只二极管正极电位最高，则哪只二极管优先导通。三相半波整流电路的工作情况如下:（1）在t1~t2时间内，U、V、W三相中U相电压最高，所以VD1优先导通，K点电位等于U点电位，而VD2、VD3因承受反向电压而截止。电流通路为,负载输出电压UL=UU。图8.9三相半波整流电路波形图8.1.2三相整流电路（2）在t2~t3时间内，U、V、W三相中V相电压最高，所以VD2优先导通，而VD1、VD2因承受反向电压而截止。电流通路为

，负载输出电压UL=UV。（3）在t3~t4时间内，U、V、W三相中W相电压最高，所以VD3优先导通，而VD1、VD2因承受反向电压而截止。电流通路为

，负载输出电压UL=UW。以此类推，VD1、VD2、VD3三只二极管在一个周期内轮流导通，每只二极管各导通120°，负载RL上的电流方向保持不变。8.1.2三相整流电路（4）主要参数计算：输出电压的平均值:输出电流的平均值:通过二极管的平均电流:（5）整流二极管的选择:实际选择二极管时，要求对应参数大于或等于对应值，并留有一定余量。（6）电路特点:三相半波整流电路具有电路结构简单、元件数量少、价格低廉等优点，但其输出电压纹波分量多且变压器的利用率低。8.1.2三相整流电路图8.10三相桥式整流电路图8.1.2.2三相桥式整流电路1.电路的组成电路如图8.10所示，三相变压器原绕组接成三角形，副绕组接成星形，它是由两个三相半波整流电路串联组合而成。VD1、VD2、VD3组成共阴极接于E点；VD4、VD5、VD6组成共阳极接于F点，负载RL接在E、F两点之间。8.1.2三相整流电路图8.11三相桥式整流电路波形图2.工作原理及波形分析将输入电压波形的一个周期从t1~t7分成6等分，如图8.11所示。在每1/6周期内，相电压U2U、U2V、U2W中总有一个最高的，一个最低的，对于共阴极组连接的三只二极管，哪只正极电位最高，哪只二极管优先导通。对于共阳极组连接的三只二极管，哪只负极电位最低，哪只二极管优先导通。

在任意瞬间，共阴极组和共阳极组中各有一只二极管导通，每只二极管在一个周期内导通120°，负载上获得的脉动直流电压是线电压UUV、UUW、UVW

、UVU

、UWU、UWV波顶连线。8.1.2三相整流电路

8.1.2三相整流电路3.主要参数计算1）输出电压的平均值:（2）输出电流的平均值:（3）通过二极管的平均电流:（4）二极管承受的最大反向电压:（5）整流二极管的选择实际选择二极管时，要求对应参数大于或等于对应值，并留有一定余量。

8.1.2三相整流电路（1）变压器使用率高（2）输出电压高（3）动态响应快4.电路特点

8.1.2三相整流电路

8.1.2.3三相整流电路在新能源汽车上的应用

如图8.12所示，在新能源汽车上，发电机和电动机的结构是相同的，主要由定子、转子、外壳等组成。电动机是定子接通三相交流电后驱动转子转动，将电能转化为机械能。而发电机则是外力带动转子旋转，使定子切割磁感线产生电流，从而将机械能转化为电能。

新能源汽车减速或制动过程中，由于惯性的作用，车轮通过传动机构使电动机的转子受力转动，切割磁感线，从而产生三相交流电，此时驱动电机变成了发电机。由于动力电池的充电电流是直流电，所以需要三相整流电路进行整流后才能完成能量回收。图8.12制动能量回收示意图

8.1.3可控整流电路可控整流电路的功能就是将交流电能变换成电压大小可调的直流电能。可控整流电路的主电路结构形式很多,有单相半波、单相桥式、二相半波、三相桥式等。这里仅介绍单相桥式可控整流电路。在单相桥式整流电路中,如把四只整流二极管全部换成某一种可控功率器件,就构成了单相桥式可控整流电路。由于整流电路比较简单,对器件的要求较低,所以可控整流电路常由晶闸管构成。图8.13是单相桥式全控整流电路带电阻负载时的原理图。图中VT1,VT2,VT3,VT4.均为晶闸管,所以称为全控式电路;若VT1,VT2采用晶闸管,而VT3,VT4采用功率二极管,则叫半控式整流电路。

在图8.13所示电路中,当U2为正半周时,在

(

称为控制角)的瞬间给VT1和VT4的门极加触发脉冲,由于此时a点电位高于b点电位,VT1和VT4立即导通,电流从a端经

流回b端。这期间VT2和VT3均承受反压而截止。当电源电压U2过零时,电流也降到零,VT1

,VT3阻断。当U2为负半周时,在

瞬间给VT2,VT3门极加触发脉冲,由于此时b点电位高于a点电位,VT2,VT3立即导通,VT1,VT4因承受反压而截止,电流从b端经

流回a端。当电源电压U2过零时,VT2,VT3阻断，此后循环工作。电压、电流的波形图如图8.14所示。Ud=0.9U2cosa

8.1.3可控整流电路8.1.3可控整流电路图8.13可