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3电力电子技术第五版课件-第3章_整流电路

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《电力电子技术(第5版)》王兆安_第3章_整流电路课件

《电力电子技术(第5版)》王兆安_第3章_整流电路课件


8/131
3.1.1 单相半波可控整流电路
√若 为定值， 角大， 越小。 若 为定值， 越大， 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 近一条水平线 。
1
cos a
2
(310)
12/131
3.1.2 单相桥式全控整流电路
☞流过晶I闸dT管 的12 I电d 流0平.45均UR值2 1： c2osa
(3-11)
☞流I过T 晶2闸1p 管ap(的2RU电2 流sin有wt)效2d(值wt)为：U22R
1 sin 2a p a
2p
p
(3-12)
☞为变I 压I2器 二p1次ap侧( 电2RU流2 s有in w效t)2值d (Iw2t与) 输UR出2 直21p流sin电2a流有p 效p a值I(相3-1等3) ，
◆电路分析
☞|u2|>E时，才有晶闸管承受正电压，有导通的可能。
☞晶闸管导通之后，ud=u2，id 关断，此后ud=E。
ud
R
E，直至|u2|=E，id即降至0使得晶闸管
☞与电阻负载时相比，晶闸管提前了电角度 停止导电， 称为停止导电
角。
d sin 1
E 2U 2
(3-16)
☞当 < 时，触发脉冲到来时，晶闸管承受负电压，不可能导通。 16/131
电力电子技术课件(第5版)【王兆安】

电力电子技术课件(第5版)【王兆安】

12/21
1.3 电力电子技术的应用
■电力电子技术的应用范围十分广泛。它不仅用于 一般工业，也广泛用于交通运输、电力系统、通信 系统、计算机系统、新能源系统等，在照明、空调 等家用电器及其他领域中也有着广泛的应用。 ◆一般工业 ☞工业中大量应用各种交直流电动机，都是用 电力电子装置进行调速的。 ☞一些对调速性能要求不高的大型鼓风机等近 年来也采用了变频装置，以达到节能的目的。
2/21
1.1 什么是电力电子技术
◆具体地说，电力电子技术就是使用电力电子器件 对电能进行变换和控制的技术。 ☞电力电子器件的制造技术是电力电子技术的基 础。 ☞变流技术则是电力电子技术的核心。
表1-1 电力变换的种类
输入 输出
交流（AC）
整流
交流电力控制 变频、变相
直流（DC）
直流斩波 逆变
3/21
9/21
1.2 电力电子技术的发展史
◆晶闸管时代 ☞晶闸管由于其优越的电气性能和控制性能，使 之很快就取代了水银整流器和旋转变流机组，并且 其应用范围也迅速扩大。电力电子技术的概念和基 础就是由于晶闸管及晶闸管变流技术的发展而确立 的。 ☞晶闸管是通过对门极的控制能够使其导通而不 能使其关断的器件，属于半控型器件。对晶闸管电 路的控制方式主要是相位控制方式，简称相控方式。 晶闸管的关断通常依靠电网电压等外部条件来实 现。这就使得晶闸管的应用受到了很大的局限。
6/21
1.1 什么是电力电子技术
☞电力电子技术和控制理论 控制理论广泛用于电力电子技术中，它使电力电 子装置和系统的性能不断满足人们日益增长的各种 需求。电力电子技术可以看成是弱电控制强电的技 术，是弱电和强电之间的接口。而控制理论则是实 现这种接口的一条强有力的纽带。 另外，控制理论是自动化技术的理论基础，二 者密不可分，而电力电子装置则是自动化技术的基 础元件和重要支撑技术。
第三章_电力电子技术—整流电路_li(第一次课)

第三章_电力电子技术—整流电路_li(第一次课)


变压器二次侧电流有效值i2与输出电流有效值i相等
I I2 1



(
2U 2 U sin t )2 d( t ) 2 R R
1 I 2
1 sin 2 2
I dVT
VT可能承受的最大正向电压为 VT可能承受的最大反向电压为
2 U2 2 2U 2
3.1单相可控整流电路
相控方式——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
3.1单相可控整流电路
3.1.1 单相半波可控整流电路——阻感负载
阻感负载的特点：
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，因此负载的电流 波形与电压波形不相同。
3.1单相可控整流电路
3.1.1 单相半波可控整流电路——阻感负载
ud O i1 O

t
t
b)
3.1单相可控整流电路
3.1.3 单相全波可控整流电路
单相全波与单相桥式全控比较
单相全波只用2个VT，比单相全控桥少2个，相应地， 门极驱动电路也少2个 单相全波导电回路只含1个VT，比单相桥少1个，因而 管压降也少1个 VT承受最大正向电压 2U2，最大反向电压为 2 2U 2 ， 是单相全控桥的2倍 单相全波中变压器结构较复杂，材料的消耗多
结构简单，但输出脉动大，变压器二次侧电
流中含直流分量，造成变压器铁芯直流磁化
实际上很少应用此种电路
分析该电路的主要目的在于利用其简单易学
的特点，建立起整流电路的基本概念
3.1单相可控整流电路
3.1.2 单相桥式全控整流电路——电阻负载
电路结构 VT1和VT4组成一对桥臂 VT2和VT3组成另一对桥臂
电力电子技术第五版课件

电力电子技术第五版课件


PWM控制技术
采用脉宽调制（PWM）技术，通过改变脉冲宽度来控 制输出电压的大小，实现直流电压的连续调节。
直流斩波电路的分类与特点
分类
根据开关管的控制方式不同，直流斩波电 路可分为定频调宽式、定宽调频式和调宽 调频式三种类型。
输出电压稳定
采用PWM控制技术，输出电压稳定度高， 纹波小。
效率高
由于开关管工作在开关状态，导通压降小， 损耗低，因此效率高。
02
柔性交流输电（FACTS）
通过电力电子装置对交流输电系统的电压、电流、功率等参数进行快速、
灵活的控制，提高电力系统的稳定性和可靠性。
03
分布式发电与微电网
利用电力电子技术实现分布式电源的并网、控制和优化运行，构建高效、
可靠的微电网系统。
电力电子技术在交通运输中的应用
电动汽车驱动与控制
01
采用电力电子技术实现电动汽车的高效、安全驱动，提高电动
交流电力电子开关可用于电力系 统的无功补偿。通过控制晶闸管 的导通与关断，可以实现对无功 电流的连续调节，提高电力系统 的功率因数和稳定性。
电力电子技术的应用与案例分
07
析
电力电子技术在电力系统中的应用
01
高压直流输电（HVDC）
利用电力电子技术实现高效、稳定的直流电能传输，减少输电损耗，提
高输电效率。
特点
方波逆变电路简单、成本低，但输出波形质 量差；正弦波逆变电路输出波形质量好，但 成本高、技术复杂；准正弦波逆变电路介于 两者之间，具有一定的性价比。
逆变电路的应用实例
不间断电源（UPS） 在市电停电或电压不稳定时，UPS通过逆变电路将蓄电池 的直流电能转换为交流电能，为负载提供稳定的电源供应。
电力电子技术第3章 三相可控整流电路

电力电子技术第3章 三相可控整流电路

19
第二节 时
三相全控桥式整流电路
整流电压为三相半波时的两倍，在大电感负载
20
图 3.9 三相桥式全控整流电路
21
图 3.10 三相全控桥大电感负载 α =0°时的波形
22
图 3.11 三相全控桥大电感负载 α =30°时的电压波形
23
图 3.12 三相全控桥大电感负载 α =60°时的电压波形
3
图 3.2是 α =30°时的波形。设 VT3 已导通， 当经过自然换流点 ωt0 时，因为 VT1的触发脉冲 ug1还没来到，因而不能导通，而 uc 仍大于零，所 以 VT3 不能关断，直到ωt1 所处时刻 ug1触发 VT1 导通，VT3 承受反压关断，负载电流从 c相换到 a 相。
4
图 3.2 三相半波电路电阻负载 α =30°时的波形
32
一、双反星形中点带平衡电抗器的可控整流电路 在低电压大电流直流供电系统中，如果要采用 三相半波可控整流电路，每相要多个晶闸管并联， 这就带来均流、保护等一系列问题。如前所述三相 半波电路还存在直流磁化和变压器利用率不高的问 题。
33
图 3.15 带平衡电抗器双反星形可控整流电路
34
图 3.16 带平衡电抗器双反星形可控整流 ud 和 uP 波形
26
图 3.14 三相桥式半控整流电路及波形 （a）电路图 （b）α =30° （c）α =120°
27
一、电阻性负载 控制角 α =0时，电路工作情况基本与三相全 控桥 α =0时一样，输出电压 ud波形完全一样。输 出直流平均电压最大为 2.34U2Φ。
28
由图 3.14（ b），通过积分运算可得Ud 的计 算公式
12
当 α >30°时，晶闸管导通角 θV=150°- α。 因为在一个周期内有 3次续流，所以续流管的导通 角 θVD=3（ α -30°）。晶闸管平均电流为
电力电子技术-第五版(王兆安刘进军)课后详细答案

电力电子技术-第五版(王兆安刘进军)课后详细答案

《电力电子技术》第五版机械工业出版社课后习题答案第二章电力电子器件1.使晶闸管导通的条件是什么？答：使晶闸管导通的条件是：晶闸管承受正向阳极电压，并在门极施加触发电流（脉冲）。

或：u AK >0且u GK >0。

2.维持晶闸管导通的条件是什么？怎样才能使晶闸管由导通变为关断？答：维持晶闸管导通的条件是使晶闸管的电流大于能保持晶闸管导通的最小电流，即维持电流。

要使晶闸管由导通变为关断，可利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下，即降到维持电流以下，便可使导通的晶闸管关断。

3.图1-43中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形，各波形的电流最大值均为I m ，试计算各波形的电流平均值I d1、I d2、I d3与电流有效值I π4π4π25π4a)b)c)图1-43图1-43晶闸管导电波形解：a)I d1=π21⎰ππωω4)(sin t td I m =π2m I (122+)≈0.2717I m I 1=⎰ππωωπ42)()sin (21t d t I m =2mI π2143+≈0.4767I m b)I d2=π1⎰ππωω4)(sin t td I m =πm I (122+)≈0.5434I m I 2=⎰ππωωπ42)()sin (1t d t I m =22m I π2143+≈0.6741I m c)I d3=π21⎰20)(πωt d I m =41I mI 3=⎰202)(21πωπt d I m =21I m4.上题中如果不考虑安全裕量,问100A 的晶闸管能送出的平均电流I d1、I d2、I d3各为多少？这时，相应的电流最大值I m1、I m2、I m3各为多少?解：额定电流I T(AV)=100A 的晶闸管，允许的电流有效值I =157A ，由上题计算结果知a)I m1≈4767.0I≈329.35，I d1≈0.2717I m1≈89.48b)I m2≈6741.0I ≈232.90,I d2≈0.5434I m2≈126.56c)I m3=2I =314,I d3=41I m3=78.55.GTO 和普通晶闸管同为PNPN 结构，为什么GTO 能够自关断，而普通晶闸管不能？答：GTO 和普通晶闸管同为PNPN 结构，由P 1N 1P 2和N 1P 2N 2构成两个晶体管V 1、V 2,分别具有共基极电流增益1α和2α，由普通晶闸管的分析可得，1α+2α=1是器件临界导通的条件。

电力电子学(王兆安第五版)课件第三章整流电路

电力电子学(王兆安第五版)课件第三章整流电路

电力电子学
3.1.1 单相半波可控整流电路
2、名词术语和概念 α——控制角（触发角、移相角） 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 θ——导通角 晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度 移相——改变触发脉冲出现的时刻, 即改变控制角 的大小，称为移相。 相位控制方式（相控方式）——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。
第3章 整流电路 （Rectifiers）
电力电子学
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 直流用电负载。 注意下标：
d—平均值、VT—SCR参数、无d—有效值、m—最大值 平均值：表示直流输出电压电流 有效值：衡量发热，选择元器件等 瞬时值：用于波形分析 最大值：用于表示管子承受的正反向电压
29 电力电子学
3.2.1 三相半波可控整流电路
电路可分为共阴极接法和共阳极接法 一、共阴极接法 （一）电阻性负载 1、整流原理及波形 ud和id波形形状相同 （1） α=0的位置在自然换流点 （2） 各触发脉冲依次间隔120° （3） ud波形： α=0°时，波形与不可控相同 α≤30°（α=30°为例）电流连续 θ=120° α＞30°（α=60°为例）电流不连续θ=150°-α
3.1.3 单相桥式半控整流电路 Single-phase bridge half-controlled rectifier
一、不加续流二极管 特点： （1）整流电压波形和电阻 负载时相同，无负半波，整 流电压计算也相同。 （2）电流波形近似平直连 续（大电感） （3）晶闸管和二极管的波 形是1/2周期的方波
24 电力电子学
第3章 整流电路part1

第3章 整流电路part1


可得到 I S
PAC PAC VS PF VS cos1
8
《电力电子技术》
第3章 整流电路
3.1 单相可控整流电路
3.1.1单相半波可控整流电路 3.1.2单相桥式全控整流电路
3.1.3单相全波可控整流电路
3.1.4单相桥式半控整流电路
9
《电力电子技术》
第3章 整流电路
3.1.1 单相半波可控整流电路
《电力电子技术》
第3章 整流电路
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整流电路相位控制的实现
1
《电力电子技术》
第3章 整流电路
wt
wt
e)
晶闸管的电流有效值IVT
I VT 1 p 2 p a I a I d d (wt ) 2p 2p d
O i VD f) O u VT g) O
R
wt
wt
wt
20
《电力电子技术》
u2
第3章 整流电路
（3）续流二极管的电流平均值 IdVDR与续流二极管的 电流有效值IVDR w w
22
《电力电子技术》
第3章 整流电路
3.1.2 单相桥式全控整流电路
单相桥式全控整流电路(Single Phase
Bridge Contrelled Rectifier)
1) 带电阻负载的工作情况
电路结构
a)
晶闸管VT1和VT4组成一对桥臂，VT2和VT3组成另一对 桥臂。在实际的电路中，一般都采用这种标注方法，即 上面为1、3，下面为2、4。请同学们注意。
第3章 3三相全桥整流

第3章 3三相全桥整流


--电力电子技术--
整流电路小结： 电阻电感负载，电流连续
比较项目 直流输出电压一周脉波数 单相全桥 2 三相半波 3 三相全桥 6
直流输出电压
触发脉冲方式 变压器利用率
0.9U2cosα
窄脉冲 1
1.17U2cosα
窄脉冲 1/3
2.34U2cosα
双窄或宽脉冲 2/3
直流磁化
电流连续的条件
无
θ≥180°
9
自动化与信工程学院电气系
--电力电子技术-三相全控桥式整流波形
2、基本数量关系 1） 负载电压Ud
Ud

3
2 3
6U 2 sin tdt
Ud Rd
3 6U 2
3

cos 2.34U 2 cos
负载电流Id
Id
与三相半波的 关系
2）晶闸管电压： 晶闸管电流： 平均值
作业:
P.95 习题 12、13
20
自动化与信工程学院电气系
--电力电子技术--
α =0°
i2 u2
α =60°
id
VT1
a
T u1
VT3Leabharlann ud bLR
VT2
a)
α =90°
21
单相全桥
VT4
自动化与信工程学院电气系
--电力电子技术--
α =0°
α =60°
T u2 a b VT2 c VT1 L eL id ud R VT3
三、 Disussion1: Resistive Load --—R Load
四、Disussion2: Resistive 、 Inductive and Back Electromotive Force Load
电力电子技术-整流电路56页PPT

电力电子技术-整流电路56页PPT


31、只有永远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
电力电子技术-整流电路
51、没有哪个社会可以制订一部永远 适用的 宪法， 甚至一 条永远 适用的 法律。 ——杰 斐逊 52、法律源于人的自卫本能。——英 格索尔
53、人们通常会发现，法律就是这样 一种的 网，触 犯法律 的人， 小的可 以穿网 而过， 大的可 以破网 而出， 只有中 等的才 会坠入 网中。 ——申 斯通 54、法律就是法律它是一座雄伟的大 夏，庇 护着我 们大家 ；它的 每一块 砖石都 垒在另 一块砖 石上。 ——高 尔斯华 绥 55、今天的法律未必明天仍是法律。 ——罗·伯顿
第3章 电力电子变换电路

第3章 电力电子变换电路


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图2-44 直流发电机—电动机之间电能的流转
a）两电动势同极性EG >EM b）两电动势同极性EM >EG c）两电动势反极性，形成短路
21
3.1.3 整流电路的有源逆变工作状态
产生逆变的条件有二：
有直流电动势，其极性和晶闸管导通方向一致，其值 大于变流器直流侧平均电压。
晶闸管的控制角a > 90 ，使Ud为负值。 三相桥整流电路的有源逆变:
ub
uc
O u d2 u 2L ud
wt1
Ⅰ u ab Ⅱ u ac Ⅲ u bc Ⅳ u ba Ⅴ u ca Ⅵ u cb
wt
u ab
u ac
O
wt
17
3.1.2 三相整流电路
三相桥式全控整流电路带电 阻负载a =30 时的波形
a = 30° u a
u d1
ub
uc
O u d2 ud
wt1
O ud u2
wt
a增加，输出电压减小。
输出电流：波形平滑，对负载 有利。
O
id O Id
wt
wt
11
3.1.2 三相整流电路
1、三相半波不可控整流电路
三个二极管分别接入a、b、
c三相电源，其阴极连接在
一起——共阴极接法 。
共阴极的二极管， 阳极电位高的导通。
R D D D
id
阳极电位低的承受反压。
d
wt
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，---相控方式。

优选电力电子技术第五版[可修改版ppt]


1.2 电力电子技术的发展史
◆全控型器件和电力电子集成电路（PIC） ☞70年代后期，以门极可关断晶闸管（GTO）、电力双极型晶体管
（BJT）和电力场效应晶体管（Power-MOSFET）为代表的全控型器 件迅速发展。
全控型器件的特点是，通过对门极（基极、栅极）的控制既可使其 开通又可使其关断。 ☞采用全控型器件的电路的主要控制方式为脉冲宽度调制（PWM） 方式。相对于相位控制方式，可称之为斩波控制方式，简称斩控方式。 ☞在80年代后期，以绝缘栅极双极型晶体管（IGBT）为代表的复合 型器件异军突起。它是MOSFET和BJT的复合，综合了两者的优点。 与此相对，MOS控制晶闸管（MCT）和集成门极换流晶闸管 （IGCT）复合了MOSFET和GTO。
■电力电子技术的发展史
图1-3 电力电子技术的发展史
◆一般认为，电力电子技术的诞生是以1957年美国通用 电气公司研制出第一个晶闸管为标志。
1.2 电力电子技术的发展史
◆晶闸管出现前的时期可称为电力电子技术的史前期或黎 明期。
☞电子管(1904) ，在真空中对电子流进行控制，并应用 于通信和无线电，从而开启了电子技术用于电力领域的 先河。 ☞水银整流器(1930s-1950s)，广泛用于电化学工业、电气 铁道直流变电所以及轧钢用直流电动机的传动，甚至用 于直流输电。这一时期，各种整流电路、逆变电路、周 波变流电路的理论已经发展成熟并广为应用。在这一时 期，也应用直流发电机组来变流。 ☞1947年美国著名的贝尔实验室发明了晶体管，引发了 电子技术的一场革命。
动控制，其蓄电池的充电也离不开电力电子装置。一台高 级汽车中需要许多控制电机，它们也要靠变频器和斩波器 驱动并控制。
☞飞机、船舶和电梯都离不开电力电子技术。

电力电子技术第五版(王兆安)课件


VS
漏抗对整流器换相的影响
漏抗的存在使得换相过程变得复杂，可能 导致换相失败或产生过大的换相过电压。
整流电路的谐波和功率因数
谐波
整流电路输出的非正弦波形含有丰富的谐波 成分，对电网和负载造成不良影响。
功率因数
整流电路的功率因数通常较低，因为谐波和 无功功率的存在使得视在功率大于有功功率 。提高功率因数的方法包括采用功率因数校 正电路和采用高功率因数的整流器等。
用效率。
交通运输
电动汽车、高铁、航空器等交 通工具的电力驱动系统大量采
用电力电子技术。
工业自动化
电机驱动、电源供应、自动化 控制等方面广泛应用电力电子
技术，提高生产效率。
信息技术
数据中心、云计算等领域需要 高效、可靠的电源供应，电力 电子技术发挥着重要作用。
课程目标与学习方法
课程目标
掌握电力电子技术的基本原理、分析方法、设计方法和实验 技能，具备从事电力电子技术应用和研究的初步能力。
电压型和电流型逆变电路
电压型逆变电路
电压型逆变电路以电压源作为输入，通过控制开关元 件的通断，得到所需的交流输出电压。其特点是输出 电压波形质量高，但需要较大的滤波电感。
电流型逆变电路
电流型逆变电路以电流源作为输入，通过控制开关元 件的通断，得到所需的交流输出电流。其特点是输出 电流波形质量高，但需要较大的滤波电容。
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW ERA
电力电子技术第五版(王兆
安)课件
• 电力电子技术概述 • 电力电子器件 • 整录
CONTENTS
01
电力电子技术概述
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW

电力电子技术-第三章--单相整流讲解


3.1.1 单相半波可控整流电路
（Single Phase Half Wave Controlled Rectifier）
1. 电阻负载的工作情况
在工业生产中，某些负载基本上是电阻性的， 如电阻加热炉、电解和电镀等。
电阻性负载的特点是电压与电流成正比，波形 相同并且同相位，电流可以突变。 • 1. 工作原理 • 首先假设以下几点： • (1) 开关元件是理想的，即开关元件(晶闸管)导通 时，通态压降为零，关断时电阻为无穷大； • 一般认为晶闸管的开通与关断过程瞬时完成。 • (2) 变压器是理想的，即变压器漏抗为零，绕组的 电阻为零、励磁电流为零。
id 的连续波形每周期分为两 段：u2过零前一段流经SCR， 时宽为π-α；之后一段流经 VDR ，时宽为π+α。由两器 件电流拼合而成。
若近似认为id为一条水平线，恒为Id，则有
SCR 平均值： I a I
dVT
2 d
（2-5）
SCR 有效值：
IVT
1
2
a
I
d2d
(t
在ωt=0到α期间，晶闸管uAK大于零， 但门极没有触发信号，处于正向关断状
态，输出电压、电流都等于零。
在ωt=α时，门极有触发信号，晶闸管 被触发导通，负载电压ud= u2。 在ωt1时刻，触发VT使其开通，u2加 于负载两端，id从0开始增加。这时，交 流电源一方面供给电阻R消耗的能量， 另一方面供给电感L吸收的磁场能量。
)

a 2
I
（2-6）
d
VDR 平均值： VDR 有效值：
a IdVDR 2 Id
（2-7）
IVDR
1
2
2 a

《电力电子技术》电子课件(高职高专第5版) 3.1 直流变换电路的工作原理

电力电子技术(第5版) 第3章 直流变换电路
3.1 直流变换电路的 工作原理
3.1 直流变换电路的工作原理
工作原理：图中S是可控开关，R为纯阻性负载。
在时间内当开关S接通时，电流经负载电阻R流过， R
两端就有电压；在时间内开占空比
D ton TS
即维持TS不变，改变ton。在这种调压方式中，输出电 压波形的周期是不变的，因此输出谐波的频率也不变，这 使得滤波器的设计容易。
（3.1.1）
TS为开关T的工作周期，ton为导通时间。
由波形图可得到输出电压平均值为
UO
TS 0
ud dt
ton TS
Ud
DU d
若认为开关T无损耗，则输入功率为
1
P TS
DTS 0
u0 i 0 dt
D
U
2 d
R
式（3.1.2）中Ud为输入直流电压。
（3.1. 2） （3.1.3）
输出电压平均值的改变：因为D是0～1之间变化 的输系入数电，压因Ud此，在改D变的D变值化就范可围以内改输变出其电大压小U。O总是小于
占空比的改变：通过改变ton 或TS来实现。
图3.1.1 基本的斩波器电路 及其负载波形
3.1 直流变换电路的工作原理
直流变换电路的常用工作方式主要有两种： ① 脉冲频率调制(PFM)工作方式：
即维持ton不变，改变TS。在这种调压方式中，由于输 出电压波形的周期是变化的，因此输出谐波的频率也是变 化的，这使得滤波器的设计比较困难，输出谐波干扰严重， 一般很少采用。 ② 脉宽调制(PWM)工作方式：
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3
3.1.1 单相半波可控整流电路
电路分析前提
1. 2. 3. 4. 5. 6. 开关器件为理想器件，无开通、关断延时时间， 无功率损耗； iA=0，晶闸管关断； iA>0，晶闸管不关断； 不考虑变压器漏感在内的交流侧电感； 换相过程是瞬时完成的； 电源为理想的50HZ正弦波； 不考虑变压器的损耗；
第1章第21页
uVT a)
L ud R
3.1.1
u2
0
u1
u2
单相半波可控整流电路
工作情况分段描述：ωt2～ ωt3
t3 t4
2
b)
t1
t2
ug
c) 0
ωt2～ ωt3 期间，电流从最 t 大值开始下降；

ud
+ d) 0
此时电感产生的电动势阻碍 t 电流下降；

+

id
e) 0
导通角范围、晶闸管承受的最大电压值
数量参数计算：输出、晶闸管、变压器
3.1.2
单相桥式全控整流电路
(Single Phase Bridge Contrelled Rectifier)
触发脉冲的规律
晶闸管导通的规律
3.1.2单相桥式全控整流电路
1) 带电阻负载的工作情况
工作原理及波形分析 VT1 和 VT4 组成一对桥臂， 在u2正半周承受电压u2，
L 储存的能量保证了 u2 过零变负 时，电流 id 在 L-R-VDR 回路中流 通，此过程称为续流。
b)
u2 O ud c) O id d) O i VT Id - + Id
t1
t
t
数量关系(id近似恒为Id）
I dVT
t
Id 2
1 2

2 d
（2-5）
e) i VD f)
O
R
t
I VT I d ( t ) Id （2-6） 2 g) I dVD Id （2-7） 2 1 2 2 （2-8） I VD I d ( t ) Id d 2 2
R
O u VT O
t
t
R
图3-4 单相半波带阻感负载 有续流二极管的电路及波形
8
代表什么含义？
IB、Ib、 ib 、iB 、ud 、 iVT 、
iVD、i2、Ud、Id、IdVT、U2 物理量小写----瞬时值 （交流瞬时值、总
量瞬时值） 物理量大写----非瞬时值（有效值、直流量、 平均值（d））
3.1单相可控整流电路
重点：工作原理（波形分析）、 定量计算、不同负载的影响。
13
α＋ θ＝ π 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。 移相范围为
0～180
越大，输出电压越小
这种通过控制触发脉冲的相位来控制输出电压大小的方式
称为 相位控制方式（相控方式）
ud

wt
第1章第14页
基本数量关系
直流输出电压平均值
d)
ud id 0
2.带阻感负载的工作情况 resistor-inductor load 阻感负载
t t
t1

2
负载中感抗 ωL 与电阻 R 相比 不可忽略
阻感负载的特点
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。 与电阻负载波形图的不同 之处：图2 e d
+

t t t
uVT
当电感增大到使负面积接近正面积时，整流输出的直流 电压Ud接近0。
u2
b) 0
t1
t2
t3
t4
2
t
ug
c) 0
t
+ +
ud
d) 0

t
id
e) 0
t
第1章第23页
3.1.1 单相半波可控整流电路
3）加续流二极管的情况
当 u2 过零变负时， VDR 导通， ud
a)
返回
为零，VT承受反压关断。


id
e) 0
uVT
f) 0
t 到 ωt2 时，电流达到最大值， 此时电感存储的能量也达到 1 最大；t WL Ld id 2 2

图2 带阻感负载单相半波可控 整流电路及波形
电流达到最大值的时间稍微 滞后与电压最大值。 第1章第20页

a)
3.1.1
u2
0
u1
u2
单相半波可控整流电路
课本中的标识符号定义
返回
有效值符号 U1：一次电压有效值；U2：二次电压有效值； U：负载输出电压有效值；I：负载输出电流有效值； IVT: 流过晶闸管电流有效值； I2: 变压器二次侧电流有 效值; IVDR:流过二极管电流有效值；
7
3.1.1 单相半波可控整流电路
课本中的标识符号定义
返回
平均值符号 Ud：直流输出电压平均值； Id：直流输出电流平均值； IdVT:流过晶闸管电流平均值； IdVDR:流过二极管电流平均值;
24
返回
3.1.1 单相半波可控整流电路
单相半波可控整流电路的特点：
VT的 移相范围为0~180。
简单，但输出脉动大，变压器二次侧电流中含直流分 量，造成变压器铁芯直流磁化。
实际上很少应用此种电路。 分析该电路的主要目的建立起整流电路的基本概念。
25
1、阻感负载相对于电阻性负载而言，前者输 出电压的平均值，输出电流的平均值都有什么 样的变化？ 2、在阻感负载的两端反并联二极管的作用是 什么？ 3、当电感很大时，画出阻感负载两端反并联 二极管时， （1）导通角为60度时的输出电压波形 （2）流过晶闸管电流的波形 （3）流过二极管电流的波形
R
ud
b)
t1
t2
t3
t4
2
ωt1～ ωt2期间，感应电动势
电流上升期间，感应电动势 的方向阻碍电流变大，方向 t 与电源电压方向相反，上正 下负。 +
T
t t
ug
c) 0
ud
+ d) 0

id
e) 0
VT L
id
t
+
uVT
f) 0
u1
u2
t
id R
+ uL -
-
图2 带阻感负载单相半波可控 整流电路及波形
（1-2）
第1章第15页
输出电压有效值（均方根值）
1 U 2


2U 2 sin t d (t ) U 2

2
1 （1-3） sin 2 4 2
电流有效值
U U2 I Rd Rd 1 sin 2 4 2
（1-4）
电流有效值用于选择器件、选择导线以及计算 负载的有功功率等。
uVT
f) 0
在 ωt3=π, 电源电压过零。但 t 由于电感中感应电动势的作 用，使晶闸管仍然承受正向 t 电压，仍维持导通；

t
图2 带阻感负载单相半波可控 整流电路及波形
第1章第22页
3.1.1

单相半波可控整流电路
电感作用分析
电感的存在，使负载电压波形出现负电压； 电感越大，导通角越大，负面积也越大；
3.1.1 单相半波可控整流电路
掌握内容 1.电路分析前提； 2.课本中的标识符号定义 3.电路模型； 4.不同负载的各类波形分析； 5.重要名词的理解掌握； 6.相关数值计算； 7.元器件选择；
返回
2
3.1
单相整流电路
整流电路 整流电路 整流电路 整流电路
返回
3.1.1 单相 半波 可控 3.1.2 单相 桥式 全控 3.1.3 单相 全波 可控 3.1.4 单相 桥式 半控
u2负半周，a-，b+；
工作原理及波形分析 正半周
+ -
电流id从电源a端经VT1、负
载 Rd 及VT4回到电源 b端，负 载上得到电压 ud 为电源电压
u2（忽略VT1和VT4的导通压
降），方向为上正下负； VT2 和 VT3 因承受反压而不 会导通； 电流波形id与ud相同。
图5 单相全控桥式 带电阻负载时的电路及波形
得到触发脉冲即导通，当
u2过零时关断。 VT2 和 VT3 组 成 另 一 对 桥 臂，在u2正半周承受电压 -u2 ，得 到触 发 脉冲即导 通，当u2过零时关断。
图5 单相全控桥式 带电阻负载时的电路及波形
在电源正半周，a正b负； VT1 和 VT4 会承受正向阳极 电压，给VT1和VT4同时加脉 冲，则VT1和VT4会导通；
课本中的标识符号定义
返回
瞬时值符号 u1 ：一次电压瞬时值； u2：二次电压瞬时值； ud ：直流输出电压瞬时值； id：直流输出电流瞬时值； uVT：晶闸管承受的电压瞬时值； iVT ：晶闸管流过的电流瞬时值； iVD ：二极管流过的电流瞬时值； i2：变压器二次侧电流瞬时值；
6
3.1.1 单相半波可控整流电路
u2 b) 0 ug 0 ud 0 uV T e) 0
t1

2
t
c)
t
d)

t
t
图3-2 单相半波可控整流电路及波形图 (纯电阻负载)
3.1.1 单相半波可控整流电路 返回 ud

两个重要的基本概念：
wt
：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a表示，也称触发角、触发延 迟角或控制角。 ：即晶闸管在一个周期内导通的电角度，称导 通角。
第1章第16页