最新河南理工大学电力电子课件23-4电容滤波的不可控整流电路和大功率可控整流电路

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电容滤波的三相不可控整流电路说课讲解

电容滤波的三相不可控整流电路2电容滤波的不可控整流电路在交-直-交变频器、不间断电源、开关电源等应用场合中，大都采用不可控整流电路经电容滤波后提供直流电源，供后级的逆变器、斩波器等使用。

目前最长用的是单相桥式和三相桥式两种接法。

由于电路中的电力电子器件采用整流二极管，故也称这类电路为二极管整流电路。

2.1 电容滤波的三相不可控整流电路在该电路中，当某一对二极管导通时，输出直流电压等于交流侧最大的一个，该线电压既向电容供电，也相负载供电。

当没有二极管导通时，由电容向负载放电。

1）直流电压与负载电阻额关系（只考虑稳态情况）0.1550.160.1650.170.1750.184004505005506000.1550.160.1650.170.1750.1840045050055060010Ω0.1550.160.1650.170.1750.184004505005506001Ω0.1550.160.1650.170.1750.180.1Ω分析仿真波形：1）空载时，输出的直流电压波形近似为直线，负载越大电压的纹波越严重；随着电阻的减小，电压的平均值越来越小，且负载为0.1Ω与1Ω时的输出电压波形都成为线电压的包络线。

2）电流波形和负载的关系（只考虑稳态时） -500500负载10Ω时a 相交流电流和直流电流00.010.020.030.040.050.060100200300-10001000负载1.67Ω时a 相交流电流和直流电流0.0050.010.0150.020.0250.030.0350.040.0450.050.0550200400600-20002000负载0.5Ω时a 相交流电流和直流电流00.010.020.030.040.050.06050010001500分析仿真结果：随着负载的增大，直流侧的电流不断增大，且直流侧电流的起伏不断增大，纹波增加，负载为1.67Ω时，直流侧电流为断续和连续的临界状态；同时a 相电流也不断增大，并更接近正弦。

(2024年)电力电子技术完整版全套PPT电子课件

实验报告撰写与答辩
讲解实验报告的撰写要求和答辩技巧，提高学生的综合素质和能力。
36
08
电力电子技术应用案例
2024/3/26
37
新能源发电系统中电力电子技术应用
光伏发电系统
最大功率点跟踪（MPPT ）技术、逆变器并网技术、孤岛检测与保护技术等。
2024/3/26
风力发电系统
变桨距控制技术、变速恒频技术、直驱式永磁风力发电技术等。
2024/3/26
13
可控整流电路分析与应用
可控整流电路原理
可控整流电路通过控制触发角α的大小，实现对输出电压的调节。
2024/3/26
可控整流电路应用
可控整流电路广泛应用于直流调速、电力拖动、电解、电镀等领域。
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滤波电路原理与设计方法
滤波电路原理
滤波电路是利用电容、电感等元件对交流电的频率特性进行滤波，从而得到平滑的直流电的电路。
高性能器件选择
选用高性能的功率器件和驱动电路，提高电路的工作频率和可靠性。例如，选用低导通电阻和低栅极电荷的 MOSFET可以降低电路的导通损耗和开关损耗；选用高耐压和高电流的IGBT可以提高电路的带负载能力等。
系统优化与热设计
对系统进行全面的优化和热设计，确保电路在高负载、高温等恶劣环境下仍能稳定可靠地工作。例如，采用合理的散热结构和风扇控制策略可以降低电路的工作温度；采用模块化设计可以提高电路的维修性和可扩展性等。
2024/3/26
功率场效应晶体管（Power MOSFE…
阐述Power MOSFET和IGBT的结构、特点以及在电力电子电路中的广泛应用。
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03
整流与滤波技术
2024/3/26

电力电子技术教学_整流电路PPT课件

第3章整流电路
3.1 单相可控整流电路 3.2 三相可控整流电路 3.3 变压器漏感对整流电路的影响 3.4 电容滤波的不可控整流电路 3.5 整流电路的谐波和功率因数 3.6 大功率可控整流电路 3.7 整流电路的有源逆变工作状态 3.8 相控电路的驱动控制
本章小结
引言
■整流电路（Rectifier）是电力电子电路中出现最早的一种，它的作用是将交流电能变为直流电能供给直流用电设备。
Id Id
wt
☞wt=p+a时刻，触发VT2和VT3，VT2和VT3导通，
w t u2通过VT2和VT3分别向VT1和VT4施加反压使VT1和
w t 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。
wt
图3-6 单相桥式全控整流电流带阻感负载时的电路及波形
(3-4)
8/21
3.1.1 单相半波可控整流电路
√若为定值，a角大，q越小。若a为定值，越大，q越大，且平均值Ud越接近零。为解决上述矛盾，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
a)
u2
b)
uOd
w t1
wt
c)
O
wt
id
d)
Id
O
wt
i VT
Id
e)

整流电路之不可控整流电路_图文

式中，ud(0)为VD1、VD4开始导通时刻直流侧电压值。将u2代入并求解得：而负载电流为：
于是
(3-38) (3-39) (3-40)
(3-41)
2-9
3.4.1 电容滤波的单相不可控整流电路
则当wt=q时，VD1和VD4关断。将id(q)=0代入式（3-41），得：
(342)
二极管导通后u2开始向C充电时的ud与二极管关断后C放电结束时的ud相等，故有下式成立：
1) 电容滤波的不控整流电路其输出电压平均值不是一个定数，它将随着RC 的变化而变化。电阻R减小(负载电流增大)或电容容量C减小→输出电压降低、电压波动加大。 2) 输出电压平均值的最大值是输出电压瞬时值的峰值，输出电压平均值的最小值是该电路在电阻负载情况下的输出电压平均值。
输出电压平均值的最大值与最小值在不同电路形式下的值
的时刻“速度相等”恰好发生，则有
（3-50）
由上式可得
电流id 断续和连续的临界条件wRC=
在轻载时直流侧获得的充电电流是断续的，重载时是连续的，
分界点就是R= /wC。
通常只有R是可变的，它的大小反映了负载的轻重，因此在轻载时直流侧获得
的充电电流是断续的，重载时是连续的。
a
a
O
wt O
wt
id
id
2) 主要的数量关系
输出电压平均值
空载时，
。
重载时，Ud逐渐趋近于0.9U2，即趋近于接近电阻负载时的特性。
在设计时根据负载的情况选择电容C值，使
,此
时输出电压为： Ud≈1.2 U2。
（3-46）
电流平均值
输出电流平均值IR为：
二极管电流iD平均值为：

第3章电力电子整流电路1 共102页PPT文档 103页PPT

iiVVDTO41 iiVVDT3O2
VD3向负载供电。
O VTVD续流
O
u2 过零变正时， VD4 导通，
i2 O
Id
pa
Id
Id
pa
a Id
I
wt wt wt wt wt
VD3 关断。 VT2 和 VD4 续流， ud又为零。
图单相桥式半控整流电路，有续流二极管，阻感负载时的电路及波形
1)电阻负载
电路的特点：
a)
变压器二次侧接成星形得到
u 2 a =0 u a
ub
uc R
id
零线。
b)
三个晶闸管分别接入a、b、c
O wt1
wt2
w t3
wt
三相电源，其阴极连接在一 c) uG
起——共阴极接法。
O ud
wt
d)
自然换相点：
O i VT 1
wt
e)
二极管换相时刻为自然换相点，
3-6
3.1.1 单相半波可控整流电路
续流二极管
当u2过零变负时，VDR导通， a) ud为零，VT承受反压关断。
L储存的能量保证了电流id在L- b)
R-VDR回路中流通，此过程通
常称为续流。
c)
数量关系(id近似恒为Id）
d)
IdVTp2pa Id
（3-5） e)
IVT
21 pa pId 2d(wt)
如图3-7b所示id波形所示：
ud E
Oα q
wt
i d I d
O
wt
b)
图3-7b 单相桥式全控整流电路接反电动势—电阻负载时的波形

2.3-4电容滤波的不可控整流电路和大功率可控整流电路

出现换相重叠角，整流输出电压平均值Ud降低。
整流电路的工作状态增多。晶闸管的di/dt 减小，有利于晶闸管的安全开通。有时人为串入进线电抗器以抑制晶闸管的di/dt。换相时晶闸管电压出现缺口，产生正的du/dt，可能使晶闸管误导通，为此必须加吸收电路。换相使电网电压出现缺口，成为干扰源。
河南理工大学
好学力行 2.4 带电容滤波的二极管整流电路明德任责
小结
重点：1）带电容滤波的二极管整流电路的输出电压范围；
2）该电路的RC经验取值范围以及对应的输出电压；
河南理工大学
好学力行
2.5 整流电路的谐波和功率因数明德任责
2.5.1 谐波和无功功率分析基础 2.5.2 带阻感负载时可控整流电路交流侧谐波
2.4.2电容滤波的三相不可控整流电路明德任责
由 “电压下降速度相等”的原则，可以确定临界条件。
假设在wt+d =2/3的时刻“速度相等”恰好发生，则有
duab / d(t)
dud / d(t)
d[ 6U 2sin( t + q )]
d
6U 2sin
2
3
1 [t -( 2 -d )]
e RC
好学力行
明德任责
电力电子技术
Power Electronics Technology
河南理工大学电气学院朱艺锋
Email:zyfny@
河南理工大学
好学力行
第2章整流电路内容提要
❖ 2.1 单相可控整流电路 ❖ 2.2 三相可控整流电路 ❖ 2.3 变压器漏感对整流电路的影响 ❖ 2.4 电容滤波的不可控整流电路 ❖ 2.6 整流电路的谐波和功率因数 ❖ 2.6 大功率可控整流电路 ❖ 2.7 整流电路的有源逆变工作状态 ❖ 2.8 整流电路相位控制的实现

电容滤波的不可控整流电路

➢ 当没有二极管导通时，由电容向负载放电，ud按指数规律下降。
ud uab ud uac
ia VD1 VD3 VD5 id
T
ia
a
iC iR
0
3
b
ud + C R
t
c
id
VD4 VD6 VD2
O
t
a)
b)
图电容滤波旳三相桥式不可控整流电路及其波形
电容滤波旳三相不可控整流电路
在换相过程中有两种情况，相应电流 id 有断续和
加入小电感有利于克制电流旳突变，使输出电压愈加平缓。
id L
VD1 i2
u1
u2
+ uL -
VD3 iC iR
ud+
R
C
i2,u2,ud u2
i2
0
ud
t
VD2
VD4
a)
b)
图感容滤波旳单相桥式不可控整流电路及其工作波形
a）电路图
b）波形
电容滤波旳三相不可控整流电路
1. 基本原理
➢ 某一对二极管导通时，输出电压等于交流侧线电压中最大旳一种，该线电压既向电容供电，也向负载供电。
电容滤波旳不可控整流电路
1. 电容滤波旳单相不可控整流电路 2. 电容滤波旳三相不可控整流电路
1.电容滤波旳不可控整流电路
➢ 在交—直—交变频器、不间断电源、开关电源等应用场合中，大量应用。
➢ 只需将多种全控整流电路旳晶闸管换成二极管，就是不可控整流电路，故也称此类电路为二极管整流电路。
➢ 最常用旳是单相桥和三相桥两种接法。
➢ 考虑实际电路中存在旳交流侧电感以及为克制冲击电流而串联旳电感时旳工作情况：

电容滤波的不控整流电路

电容滤波的不控整流电路在交—直—交变频器等电力电子电路中，大多采用不可控整流电路经电容滤波后提供直流电源给后级的逆变器，因此有必要对电容滤波的不控整流电路开展研究。

一、带电容滤波的单相不控整流电路图1为电容滤波的单相不可控整流电路，这种电路常使用在开关电源的整流环节中。

仅用电容滤波的单相不可控整流电路如图1a)所示。

在分析时将时间坐标取在u2正半周和ud的交点处，见图3-29c)。

当u2ud，VD1、VD4导通，交流电源向电容C充电，同时也向负载Rd供电。

设u2正半周过零点与VD1、VD2开始导通时刻相差的角度为δ，则VD1、VD2导通后(1)ωt=0时，u20=uc0=ud0=，电容电流为（2）负载电流为（3）整流桥输出电流（4）0，向电容C充电，uc随u2而上升，到达u2峰值后，uc 又随u2下降，id减小，直至ωt=θ时，id=0，VD1、VD4关断，即θ为VD1、VD4的导通角。

令id=0，可求得二极管导通角θ与初始相位角δ的关系为（5）由上式可知θ＋δ是位于第二象限的角，故（6）ωt>θ后，电容C向负载R供电，uc从t=θ/ω的数值按指数规律下降（7）ωt=π时，电容C放电结束，电压uc的数值与ωt=0是的电压数值相等，即（8）将式（6）和的关系式代入上式，可得（9）整流电路的输出直流电压可按下式计算（10）在已知ωRC的条件下，可通过式（9）求起始导电角δ，在由式（6）计算导通角θ，最后可由式（10）求出整流电路输出直流电压平均值Ud。

3.4.2 带电容滤波的三相不控整流电路图2所示的是带电容滤波的三相桥式不控整流电路及其电压、电流波形。

a) b)c) L=0，ωRC= d) L>0，ωRC=e) L=0，ωRC0，ωRC<图2 带电容滤波的三相桥式不控整流电路及其电压、电流波形。

电力电子技术第2章整流电路12节PPT课件

与电流成正比，两者波
0
t
形相同
2020/9/26
图2-1 单相半波可控整流电路5 及波形
2.1.1 单相半波可控整流电路
➢ 几个概念的解释：
➢ ud为脉动直流，波形只在u2正半周内出现，故称“半
波”整流
➢ 采用了可控器件晶闸管，且交流输入为单相，故该电路为单相半波可控整流电路
➢ ud波形在一个电源周期中只脉动1次，故该电路为单
脉波整流电路
➢ 几个重要的基本概念：
➢ 触发延迟角：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,用表示,也称触发角或控制角
➢ 导通角：晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度
称为导通角，用θ表示
2020/9/26
6
2.1.1 单相半波可控整流电路
➢基本数量关系
直流输出电压平均值为：
U d 2 1 2 U 2 s itn (d t)2 2 U 2(1 c o ) 0 s .4 U 2 5 1 c 2 o
（2-1）
VT的移相范围为180
➢ 这种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。
2020/9/26
7
2.1.1 单相半波可控整流电路
2. 带阻感负载的工作情况
T
VT
id
uVT
L
a)
➢阻感负载的特点：电感对电流变
u1
u2
ud R
化有抗拒作用，使得流过电感的
电流不能发生突变
u2
➢电力电子电路的一种基本分析方 b ) 0 t 1
法:通过器件的理想化，将电路简 u g
c)
化为分段线性电路，分段进行分 0

电力电子课件---第二讲(整流电路)

开通与关断均是瞬时完成的； du/dt和di/dt的承受能力为无穷大。（3）理想运行状态分析过程中假设电路已经达到稳态工作阶段。
2.0 单相桥式不可控整流电路
➢利用电力二极管的单向导电性可以实现整流。由于电力二极管的通断只与其承受的电压方向有关，因此由其构成的整流电路的输出电压只与交流输入电压的大小有关，不能控制其数值，故称为不可控整流电路。
1、电路工作情况分析
在电源电压u2为
正半周时，M端为
正，N端为负，晶
闸管VT1、VT4承受正向电压，电感释
放能量。u2过零变
负时，M端为负，N
端为正，晶闸管VT1 、VT4仍然承受正向电压而继续导通，
自感电动势力图阻
止电流的减小，此
时输出电压ud的波形出现负面积。
在ωt＝π到ωt＝π＋α期间，虽然VT2、VT3已经承
➢ 当ωt＝π＋α时，VT2、VT3导通，电流从N端经VT2、Rd、VT3流回M端, 电源电压u2全部加在Rd上，VT1、VT4承受反向电源电压截止，当一个周期结束， u2过零时，id也降到零，VT2、VT3关断。当u2电压的每个周期都以恒定的α 角加上触发脉冲时，负载Rd上就能得到稳定的缺角全波电压波形，这是一个脉动直流电压，由于是电阻性负载，电流id＝ud /Rd与ud波形相同。
➢ 可控整流最重要的几个概念
➢控制角：把晶闸管承受正向电压起到触发导通之间的电角度 α称为控制角 ➢导通角：晶闸管在一个周期内导通的电角度用θ表示，称为导通角
➢移相：改变α的大小即改变触发脉冲在每个周期内出现的时刻称为移相。
➢ 对单相全控桥式电路而言，α的移相范围为0～π，对应的θ在π～0范围内变化。α＋θ＝π
1 sin2π α

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河南理工大学电力电子课件23-4 电容滤波的不可控整流电路和大
功率可控整流电路
好学力行
第2章整流电路
内容提要
❖ 2.1 单相整流电路 ❖ 2.2 三相整流电路 ❖ 2.3 电容滤波的不可控整流电路 ❖ 2.4 大功率可控整流电路 ❖ 2.5 有源逆变电路 ❖ 2.6 整流电路的谐波及功率因数 ❖ 2.7 晶闸管-直流电动机系统 ❖ 2.8 相控电路的驱动电路 ❖ 2.9 PWM整流电路
i,u
d
u
d
i
0q
p
2p
wt
d b)
i2,u2,ud u2
ud
i2
0
dq
p
wt
a)
b)
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好学力行 2.3.2电容滤波的三相不可控整流电路明德任责
1）基本原理
某一对二极管导通时，输出电压等于交流侧线电压中最大的一个，该线电压既向电容供电，也向负载供电。当律没下有降二。极管导通时，由电容向负载放电，ud按指数规
2.4 大功率可控整流电路
明德任责
2.4.1 带平衡电抗器的双反星形可控整流电路 2.4.2 多重化整流电路
河南理工大学
好学力行
明德任责
2.4 大功率可控整流电路·引言
采用大功率器件、器件串并联、整流电路串并联带平衡电抗器的双反星形可控整流电路的特点：
适用于低电压、大电流的场合，简称双反星型电路。
任何时刻仅有一只管导通，
每管最大的导通角为60o。
=0o时，输出电压波形为6
相正弦的包络线；
U& c
Ud =1.35 U2cos
6相半波整流电路晶闸管导
U& ? a
电时间短，变压器利用率低，
故极少采用。
U& b
U& ? b U& a U& ? c 河南理工大学
好学力行 2.4.1带平衡电抗器的双反星形整流电路明德任责
❖ 采用三相半波电路的并联，电压不变，电流增倍。
为消除直流磁化，变压器二次侧为两组匝数相同极性相反的绕阻，分别接成两组三相半波整流电路。
U& c
U& ? a U& b
U& ? b U& a U& ? c 河南理工大学
好学力行 2.4.1带平衡电抗器的双反星形整流电路明德任责
两组三相半波整流电路直接并联 ---- 六相半波整流电路。
多重化整流电路的特点：
在采用相同器件时可达到更大的功率。可减少交流侧输入电流的谐波或提高功率因数，从而减小对供电电网的干扰。
河南理工大学
好学力行 2.4.1带平衡电抗器的双反星形整流电路明德任责
❖ 电解电镀领域需用低电压大电流可调直流电源.
❖ 思考：采用什么样的拓扑？单相/三相？半波还是全控桥？
河南理工大学
好学力行 2.4.1带平衡电抗器的双反星形整流电路明德任责
❖ 双反星型整流电路—带平衡电抗器
平衡电抗器：带有中心抽头，数值一般较大；接在两个星形的中点间；
平衡电抗器作用：平衡两组三相半波整流电路瞬时电压，保证两组三相半波整流电路能同时导通，实现并联运行。
与三相桥式电路相比，双反星形电路的输出电流可大一倍。
河南理工大学
好学力行 2.3.2电容滤波的三相不可控整流电路明德任责
考虑实际电路中存在的交流侧电感以及为抑制冲击电流而串联的电感时的工作情况：
电流波形的前沿平缓了许多，有利于电路的正常工作。随着负载的加重，电流波形与电阻负载时的交流侧电流波形逐渐接近。
图2-32 考虑电感时电容滤波的三相桥式整流电路及其波形 a）电路原理图 b）轻载时的交流侧电流波形 c）重载且滤波电感很大时的交流侧电流波形河南理工大学
两组三相半波整流电路直接并联 ---- 六相半波整流电路。
=0o
由于6个晶闸管阴极接在一起，任意时刻，电压高的一相导通后，其它5个管子授反向电压不能导通，任意时刻只有一个晶闸管工作，并未真正实现并联工作。如何使正反组同时各有一只管子导通，提高输出电流？解决办法：加平衡电抗器。
好学力行 2.3.2电容滤波的三相不可控整流电路明德任责
2) 主要数量关系
（1）输出电压平均值 Ud在（2.34U2 ~2.45U2）之间变化
（2）电流平均值
输出电流平均值IR为：
IR = Ud /R
与单相电路情况一样，电容电流iC平均值为零，
因此：
Id =IR
二极管电流平均值为Id的1/3，即：
ud uab ud uac
ia
d 0q
p 3
p
wt
id
O
wt
a)
b)
图2-28 电容滤波的三相桥式不可控整流电路及其波形
河南理工大学
好学力行
2.3.2电容滤波的三相不可控整流电路明德任责
由 “电压下降速度相等”的原则，可以确定临界条件。
假设在wt+d =2p/3的时刻“速度相等”恰好发生，则有
duab/d(wt)
dud /d(wt)
d[ 6U 2sin( wt +q )]
d
6U 2sin
2p
3
1 [wt-( 2p -d )]
e wRC
3
（2-50）
d(wt )
wt +d = 2p
d(wt)
由上式可得
3

电流id 断续和连续的临界条件wRC= 3 3
wt +d = 2p 3
在轻载时直流侧获得的充电电流是断续的，重载时是连续的，分界点就是R= 3/wC。
ID = Id / 3=IR/ 3
（3）二极管承受的电压二极管承受的最大反向电压为线电压的峰值，为 6U2
河南理工大学
好学力行 2.3 带电容滤波的二极管整流电路明德任责
小结
重点：1）带电容滤波的二极管整流电路的输出电压范围；
2）该电路的RC经验取值范围以及对应的输出电压；
河南理工大学
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图2-33 带平衡电抗器的双反星形可控整流电路
明德任责河南理工大学
好学力行
明德任责河南理工大学
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明德任责河南理工大学
好学力行
明德任责河南理工大学
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明德任责河南理工大学
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明德任责河南理工大学
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2.3.1电容滤波的单相不可控整流电路明德任责
感容滤波的二极管整流电路:
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2.3.2电容滤波的三相不可控整流电路明德任责
在轻载时直流侧获得的充电电流是断续的，重载时是连续的，分界点就是R= 3/wC。
a
a
O
wt O
wt
id
id
O a)
wt O
wt
b)
图2-29 电容滤波的三相桥式整流电路当wRC等于和小于 3 时的电流波形 a）wRC= 3 b）wRC< 3