电力电子技术-整流电路
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电力电子技术——单相整流电路
电镀等。
• 变压器起变换 电压和隔离的 作用，其一次 侧和二次侧电 压瞬时值分别 用 u1 和 u2 表 示 ， 有效值分别用 U1和U2表示。
Goback
• 原理分析：
➢ 在u2正半周，VT承受正向阳极电压，wt1时刻给VT门极
加触发脉冲。
➢ 在t1刻之前，SCR处于正向阻断状态，电路中无电流， 负载电阻两端电压为零，u2全部施加于VT两端。
习题： 2-1，2
转波形
§2.2 单相桥式全控整流电路
Single Phase Bridge Controlled Rectifier
1. 电阻性负载
• 在u2正半周，ua>ub ，若4只管均未触发导通，则 输 出 id=0 ， ud=0 ， VT1 、 VT4 承 受 正 向 电 压 ， 各 承受u2 的一半。
➢ uR随着id而变化，当 uR=u2时did/dt=0， id到达峰值 u2/Rd（ L中贮能达最大）。
➢ u2由正变负过零，力图使SCR关断，但L的自感电 势总是反抗其电流的减小，使SCR延续导通。L大
则延续时间长。
转波形
Goback
➢在u2过零点处，id尚处于减小的过程中，能量尚在释 放。 u2=0，但SCR仍正偏，因为did/dt<0，下正上负 的自感电势使SCR正偏而继续导通。此自感电势的极 性表明，L往外供出能量，一方面供给电阻消耗，另 一方面供给变压器副边吸收能量，反送给交流电源。
R2
I T
1 (a
2U 2
sin
wt)2
d(wt)
U 2
2 R
2R
1 sin 2a a
2
• 变压器副边电流有效值I2与输出电流有效值相等：
II 2
• 变压器起变换 电压和隔离的 作用，其一次 侧和二次侧电 压瞬时值分别 用 u1 和 u2 表 示 ， 有效值分别用 U1和U2表示。
Goback
• 原理分析：
➢ 在u2正半周，VT承受正向阳极电压，wt1时刻给VT门极
加触发脉冲。
➢ 在t1刻之前，SCR处于正向阻断状态，电路中无电流， 负载电阻两端电压为零，u2全部施加于VT两端。
习题： 2-1，2
转波形
§2.2 单相桥式全控整流电路
Single Phase Bridge Controlled Rectifier
1. 电阻性负载
• 在u2正半周，ua>ub ，若4只管均未触发导通，则 输 出 id=0 ， ud=0 ， VT1 、 VT4 承 受 正 向 电 压 ， 各 承受u2 的一半。
➢ uR随着id而变化，当 uR=u2时did/dt=0， id到达峰值 u2/Rd（ L中贮能达最大）。
➢ u2由正变负过零，力图使SCR关断，但L的自感电 势总是反抗其电流的减小，使SCR延续导通。L大
则延续时间长。
转波形
Goback
➢在u2过零点处，id尚处于减小的过程中，能量尚在释 放。 u2=0，但SCR仍正偏，因为did/dt<0，下正上负 的自感电势使SCR正偏而继续导通。此自感电势的极 性表明，L往外供出能量，一方面供给电阻消耗，另 一方面供给变压器副边吸收能量，反送给交流电源。
R2
I T
1 (a
2U 2
sin
wt)2
d(wt)
U 2
2 R
2R
1 sin 2a a
2
• 变压器副边电流有效值I2与输出电流有效值相等：
II 2
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
整流电路完整讲解
5/140
任务四
■2、整流电路的分类
整流电路
可控整流电路是一种整流过程可以控制的电路。由晶闸管 与二极管混合构成的整流电路称为半控整流电路。本任务 先介绍单相半波可控整流电路的工作原理及特点。
◆按电路结构可分为桥式电路和零式电路。 ◆按变压器二次侧电流的方向是单向或双向，分 为单拍电路和双拍电路。
2/140
任务四 整流电路
■2、整流电路的分类 ◆按交流输入相数分为单相整流电路和三相整流电 路多相整流电路。 1）小功率整流器常采用单相供电。单相整流电路分为半
波整流电路、全波整流电路、桥式整流电路及倍压整流 电路。 2）三相整流电路的交流侧由三相电源供电，负载容量较大， 或要求直流电压脉动较小，容易滤波。三相可控整流电 路由三相半波可控整流电路、三相半波桥式整流电路和 三相全控桥式整流电路。因为三相整流装置的三相是平 衡的，其输出的
任务四 整流电路
■一、整流电路基础知识 1、整流电路的概念
整流电路（Rectifier）是电力电子技术中出现最早的一种电 路，它的作用是将交流电能变为直流能供给直流用电设备。 大多数整流电路由变压器、整流电路和滤波器组成。它在 直流电动机的调速、同步发电机的励磁调节、电解、电镀、 通信系统、电源等领域得到广泛的应用。20世纪70年代以 后，主电路多由硅整流二极管和晶闸管组成。滤波器接在 主电路与负载之间，用于滤除脉动直流电压中的交流成分。
1/140
任务四 整流电路
■2、整流电路的分类 ◆按组成的器件分类
1）不可控整流电路 由不可控二极管组成，电路固定后， 其直流整流电压与交流电源电压的比是固定不变的。 2）半控整流电路 由可控元件与二极管混合组成，在电 路中，负载电源的极性不能改变，但平均值可以调节 3）全控整流 所有元件都是可控的，其输出直流电压的 平均值及极性可以通过控制元件的导通状况而得到调节， 在电路中，功率既可以由电源向负载传送，也可以由负 载反馈给电源，即有源逆变。
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
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
电力电子技术整流电路总结
电力电子技术整流电路总结篇一：电力电子技术常见的整流电路特点总结电力电子技术常见的整流电路特点总结篇二：电力电子技术重要公式总结单相半波可控整流带电阻负载的工作情况：au1iRdbcde电阻负载的特点：电压与电流成正比，两者波形相同。
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a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，用θ表示。
直流输出电压平均值：1Ud????2U21?cos?2U2sin?td(?t)?(1?cos?)?0.45U22?2(3-1)VT的a移相范围为180?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。
带阻感负载的工作情况：bcdef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发生突变。
续流二极管数量关系：idVT????id2?（3-5）（3-6）（3-7）iVT?idVdR?????id(?t)?2?id?2d????id2?12?iVdR???2??????id(?t)?id（3-8）2?2dabcdifgV单相半波可控整流电路的特点：1．VT的a移相范围为180?。
2.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。
3.实际上很少应用此种电路。
4.分析该电路的主要目的建立起整流电路的基本概念。
单相桥式全控整流电路带电阻负载的工作情况:bucdV图3-5单相全控桥式带电阻负载时的电路及波形数量关系：1?22U21?cos?1?cos?Ud??2U(:电力电子技术整流电路总结)2sin?td(?t)??0.9U2???22a角的移相范围为180?。
向负载输出的平均电流值为：（3-9）Ud22U21?cos?U21?cos?id???0.9R?R2R2流过晶闸管的电流平均值只有输出直流平均值的一半，即：(3-11)idVT1U21?cos??id?0.452R2（3-10）流过晶闸管的电流有效值：iVT1?2???1?(2U2U1???sin?t)2d(?t)?2sin2??R?2R2?（3-12）变压器二次测电流有效值i2与输出直流电流i有效值相等：2U2U22?1???。
电力电子技术-相控整流电路
2-16
基本数量关系 基本数量关系 • 直流输出电压平均值Ud为 直流输出电压平均值U
1 α +θ Ud = 2U 2 sin ωtd (ωt ) ∫α 2π
•
从Ud的波形可以看出，由于电感负载的 的波形可以看出， 存在， 存在，电源电压由正到负过零点也不会 关断，输出电压出现了负值波形， 关断，输出电压出现了负值波形，输出 电压和电流的平均值减小； 电压和电流的平均值减小；当带大电感 负载时，输出电压正负面积趋于相等， 负载时，输出电压正负面积趋于相等， 输出电压平均值趋于零， 也很小。 输出电压平均值趋于零，则id也很小。
U m = 2U 2
2-22
2.2.1 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α 移相范围为 的 移相范围为180°。 ° 简单，但输出脉动大，变压器二次侧电流中含直流 简单， 输出脉动大， 分量，造成变压器铁芯直流磁化。 铁芯直流磁化 分量，造成变压器铁芯直流磁化。 实际上很少应用此种电路。 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。 分析该电路的主要目的建立起整流电路的基本概念。
单相半波可控整流 电路 单相桥式全控整流 电路 单相桥式半控整流 电路
工作原理 基本数量 关系
单相桥式可控整流 电路
单相全波可控整流 电路
知识准备： 知识准备：
触发延迟角： 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, 表示,也称触发角或控制角。 触发脉冲止的电角度,用α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， 导通角：晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度， 用θ表示 。 移相： 的大小， 移相：改变控制角α的大小，即改变触发脉冲电压出现 的相位，称为移相。 的相位，称为移相。 移相控制：通过移相可以控制输出整流电压的大小， 移相控制：通过移相可以控制输出整流电压的大小，所 以把通过改变控制角调节输出整流电压的方式称为移相 控制。 控制。
电力电子技术-脉冲整流电路
T1
I N LN
D1
A
uN
us
T2
T3
D3
L2
B
T4
C2
D2
D4
图7.6 单相电压型PWM整流器的主电路图
+
Cd u d
-
• 单相电压型脉冲变流器主电路结构（GTO）
一、主要方程式及相量图
1、相量方程
假定电网电压是纯正弦电压，对于基波分 量，在忽略线路电阻的条件下
•
•
•
U U I N
s1 jNLN N1
负 载
图7.27 用IGBT实现的三相电流型PWM整流器
章内容
7.1 脉冲变流器的原理及分类 7.2 电压型脉冲变流器 7.3 电流型脉冲变流器
7.4 电流型脉冲变流器与电压型脉冲变流 器的性能特点比较
7.5 脉冲变流器的应用
7 . 4电流型脉冲变流器与电压型脉冲变流 器的性能特点比较
• 相同之处：
➢ 两者的交流侧输出特性基本相同； ➢ 都能 实现四象限运行； ➢ 与晶闸管相控整流电路相比都能 提高功率因数； ➢ 都能减少谐波，减少对电网的污染 。
7 . 4电流型脉冲变流器与电压型脉冲变流 器的性能特点比较（续）
• 不同之处：
电压型
电流型
(1) Id方向可变，Ud方向不 可变；
(1) Id方向不可变，Ud方向 可变；
7 . 5 脉冲变流器的应用（续）
• 在电力机车上 的应用
L N T1
u
us
T2
D1 T3 A
D3 L2
B
D2
T4 D4 C2
Id
+
Cd Ud
-
图7.29 GTO实现的电压型脉冲整流器主电路
电力电子技术第3章-整流电路课件
■整流电路的分类 ◆按组成的器件可分为不可控、半控、全控三种。 ◆按电路结构可分为桥式电路和零式电路。 ◆按交流输入相数分为单相电路和多相电路。 ◆按变压器二次侧电流的方向是单向或双向，分 为单拍电路和双拍电路。
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
(3-5) (3-6) (3-7)
I DR
1
2p
2p a p
I
2 d
d
(wt
)
p a 2p I d
(3-8)
√其移相范围为180，其承受的最大正反向电压均为u2的峰值即 2U。2 续流二极管承受的电压为-ud，其最大反向电压为 2U2，亦为u2的峰值。
■单相半波可控整流电路的特点是简单，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。为使变压器铁芯不饱和，需增 大铁芯截面积，增大了设备的容量。
3.1.2 单相桥式全控整流电路
u
☞为了克服此缺点，一般在主电
d
a
q =p
路中直流输出侧串联一个平波 E
电抗器。
0
p
wt
☞电感量足够大使电流连续，晶
闸管每次导通180，这时整流 i d
电压ud的波形和负载电流id的 O
wt
波形与电感负载电流连续时的
图3-8 单相桥式全控整流电路
波形相同，ud的计算公式亦一样。
(3-10)
3.1.2 单相桥式全控整流电路
☞流过晶闸管的电流平均值 ：
IdT
1 2
Id
0.45U2 R
1 cosa
2
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
(3-5) (3-6) (3-7)
I DR
1
2p
2p a p
I
2 d
d
(wt
)
p a 2p I d
(3-8)
√其移相范围为180，其承受的最大正反向电压均为u2的峰值即 2U。2 续流二极管承受的电压为-ud，其最大反向电压为 2U2，亦为u2的峰值。
■单相半波可控整流电路的特点是简单，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。为使变压器铁芯不饱和，需增 大铁芯截面积，增大了设备的容量。
3.1.2 单相桥式全控整流电路
u
☞为了克服此缺点，一般在主电
d
a
q =p
路中直流输出侧串联一个平波 E
电抗器。
0
p
wt
☞电感量足够大使电流连续，晶
闸管每次导通180，这时整流 i d
电压ud的波形和负载电流id的 O
wt
波形与电感负载电流连续时的
图3-8 单相桥式全控整流电路
波形相同，ud的计算公式亦一样。
(3-10)
3.1.2 单相桥式全控整流电路
☞流过晶闸管的电流平均值 ：
IdT
1 2
Id
0.45U2 R
1 cosa
2
电力电子技术第二章整流电路答案
21. 单相半波可控整流电路对电感负载供电， L ＝20mH ， U 2＝100V ，求当 α＝0 和 60 时的负载电流 I d ，并画出 u d 与 i d 波形。
解： α＝0 时，在电源电压 u 2 的正半周期晶闸管导通时，负载电感 导通时刻，负载电流为零。
在电源电压u 2 的负半周期，负载电感导通。
因此，在电源电压 u 2 的一个周期里，以下方程均成立：L di d 2U 2 sin tdt2考虑到初始条件：当 t ＝0时 i d ＝0可解方程得：2U 2 i d(1 cos t)L1 2 2U 22(1 cos t)d( t) L2U 2=2u d 与 i d 的波形如下图：量在 u 2负半周期180 ~300 期间释放，因此在 u 2 一个周期中 60 ~300 期间以下微分方程成 立： L d d itd2U 2 sin t其平均值为此时 u d 与 i d 的波形如下图：α ＝ 60 °时， L 储能， 电感 L 储藏的能L 储能，在晶闸管开始 L 释放能量，晶闸管继续I d考虑初始条件：当t ＝ 60 时 i d ＝ 0 可解方程得：i d2U 2 L 1( cos t)I d52U 2 1 33 2U L 2 (12 cos t)d( t) =2U 22L =11.25(A)2．图2-9 为具有变压器中心抽头的单相全波可控整流电路，问该变压器还有直流磁化问题吗？试说明：①晶闸管承受的最大反向电压为2 2U2 ；②当负载是电阻或电感时，其输出电压和电流的波形与单相全控桥时相同。
答：具有变压器中心抽头的单相全波可控整流电路，该变压器没有直流磁化的问题。
因为单相全波可控整流电路变压器二次测绕组中，正负半周内上下绕组内电流的方向相反，波形对称，其一个周期内的平均电流为零，故不会有直流磁化的问题。
以下分析晶闸管承受最大反向电压及输出电压和电流波形的情况。
①以晶闸管VT 2为例。
电力电子技术第二章整流电路答案
1. 单相半波可控整流电路对电感负载供电，L ＝20mH ，U 2＝100V ，求当α＝0︒和60︒时的负载电流I d ，并画出u d 与i d 波形。
解：α＝0︒时，在电源电压u 2的正半周期晶闸管导通时，负载电感L 储能，在晶闸管开始导通时刻，负载电流为零。
在电源电压u 2的负半周期，负载电感L 释放能量，晶闸管继续导通。
因此，在电源电压u 2的一个周期里，以下方程均成立：t U ti Lωsin 2d d 2d= 考虑到初始条件：当ωt ＝0时i d ＝0可解方程得：)cos 1(22d t L U i ωω-= ⎰-=πωωωπ202d )(d )cos 1(221t t L U I =LU ω22=22.51(A)u d 与i d 的波形如下图：当α＝60°时，在u 2正半周期60︒~180︒期间晶闸管导通使电感L 储能，电感L 储藏的能量在u 2负半周期180︒~300︒期间释放，因此在u 2一个周期中60︒~300︒期间以下微分方程成立：t U ti Lωsin 2d d 2d= 考虑初始条件：当ωt ＝60︒时i d ＝0可解方程得：)cos 21(22d t L U i ωω-=其平均值为)(d )cos 21(2213532d t t L U I ωωωπππ-=⎰=L U ω222=11.25(A)此时u d 与i d 的波形如下图：2．图2-9为具有变压器中心抽头的单相全波可控整流电路，问该变压器还有直流磁化2U；②当负载是电阻或电感时，其问题吗？试说明：①晶闸管承受的最大反向电压为22输出电压和电流的波形与单相全控桥时相同。
答：具有变压器中心抽头的单相全波可控整流电路，该变压器没有直流磁化的问题。
因为单相全波可控整流电路变压器二次测绕组中，正负半周内上下绕组内电流的方向相反，波形对称，其一个周期内的平均电流为零，故不会有直流磁化的问题。
以下分析晶闸管承受最大反向电压及输出电压和电流波形的情况。
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13
数量关系
Ud
1
2U2 sin td(t)
2
2U2 1 cos 2
0.9U
2
1
cos 2
角的移相范围为180 向负载输出的平均电流值为：
（2-9）
Id
Ud R
2
2U 2
R
1 cos
2
0.9 U2 R
1 cos
2
（2-10）
流过晶闸管的电流平均值只有输出直流平均值的一半，即
I dVT
1 2
Id
0.45 U 2 R
1 cos
2
（2-11）
14
过晶闸管的电流有效值：
IVT
1
(
2U2 sin t)2 d(t) U2
2 R
2R
1 sin 2
2
（2-12）
变压器二次测电流有效值I2与输出直流电流I有效值相等：
I I2
1
(
2U2 sin t)2 d (t) U2
R
11
单相半波可控整流电路的特点 • 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。 • 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。
12
2.1.2 单相桥式全控整流电路
1 .带电阻负载的工作情况
VT 3
1
T
i2 a
a)
u1
u2 b
VT
id ud R
第2章 整流电路(AC/DC变换）
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 2.5 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 晶闸管滞留电动机系统 2.9 相控电路的驱动控制
O u
VT1,4
O
Id Id
Id Id
t
Id
t t t t
t
b)
图2-6 单相全控桥带 阻感负载时的电路及波形
假 均设 值电 不路 变已 。工作于稳态，id的平 假 连设 续负 且载 波电 形感 近很 似大为，一负水载平线电。流id u晶2过闸零管变VT负1和时V，T4由中于仍电流感过的电作流用id， 并不关断。
▪ 为使晶闸管可靠导通，触发脉冲需足够的宽度， ▪ 保证当 ωt = δ 时，晶闸管承受正电压，触发脉冲仍
然存在，相当于触发角被推迟为δ，即 a =δ
19
ud =
E
0
t
id
O
t
图2-8 单相桥式全控整流电路带反电动势负载 串平波电抗器，电流连续的临界情况
➢ 负载为直流电动机时，如果 出现电流断续则电动机 的机械 特性将很软 。
VT
L u2
R
VT
L u2
R
a)
b)
图2-3 单相半波可控整流 电路的分段线性等效电路
a)VT处于关断状态 b)VT处于导通状态
7
VT
VT
当VT处于通态时，如下方程成立：
L
L
u2
u2
R
R
图 2-3单相半波可控整流电路的分段线性等效电路 a) VT处于关断状态 b) VT处于导通状态
L
did dt
Rid
I dmin
I dmin
（2-17）
20
2.1.3 单相全波可控整流电路
ud
O
R i1 O
i1 T VT1
u1
u2 u2 VT2
ud
a)
t
t
b) 图2-9 单相全波可控整流电路及波形
单相全波可控整流电 路又称单相双半波可控 整流电路
单相全波与单相全控 桥从直流输出端或从交 流输入端看均是基本一 致的。
a)
u1
T u2
VT uVT
id
L ud
R
u
2
b)
0
t1
ug
c) 0
ud
d) 0 id
e) 0
u VT
+
f) 0
2
t
t +
t
t
t
阻感负载
当负载中感抗与电阻相比不可 忽略时
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发生突变。
电力电子电路中存在非线性的 电力电子器件，决定了电力电子 电路时非线性电路。
本章小结
1
第2章 整流电路·引言
整流电路：
出现最早的电力电子电路，将交流电变为直流电。
整流电路的分类：
按组成的器件可分为不可控、半控、全控三种。 按电路结构可分为桥式电路和零式电路。 按交流输入相数分为单相电路和多相电路。 按变压器二次侧电流的方向是单向或双向，又分为 单拍电路和双拍电路。
2
2.1 单相可控整流电路
2
t 只在交流输入的正半周内出现，故称
u
g
为单相半波可控整流电路。
c)
0
t
ud
d) 0
u VT
e) 0
t
特点： 电压与电流成正比，两者波形相同
t
图2-1 单相半波可控整流电路及波形
4
两个重要的基本概念
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a 表示,也称触发角或控制角。
➢2.1.1 单相半波可控整流电路
2.1.2 单相桥式全控整流电路 2.1.3 单相全波全控整流电路 2.1.4 单相桥式半控整流电路
3
2.1.1 单相半波可控整流电路
1. 带电阻负载的工作情况
T
a)
u1
u2
VT
uVT
id
ud R
变压器T
起变换电 压
隔离
u2
交流输入为单相，直流输出电压波形
b)
0 t1
R
1 sin 2
2
（2-13）
由式（2-12）和式（2-13）
I VT
1I 2
不考虑变压器的损耗时，要求变压器的容量 S=U2I2
（2-14）
15
2 .带阻感负载的工作情况
T
i2
a
u1
u2
b
VT1
VT3
id
L ud
R
VT4
VT2
u2
a)
O
t
ud
O id
iVT
O
1,4
iO
VT2,3
O i
2
在u2负半周触发角a 时刻触发VT3，VT3 导通，则向VT1加反压使之关断，u2经 VT3和VD2向负载供电。u2过零变正时， VD4导通，VD2关断。VT3和VD4续流，ud又 为零。
23
续流二极管的作用
若无续流二极管，则当 突然增大至180或触发脉冲丢失时，会 发生一个晶闸管持续导通而两个二极管轮流导通的情况，这使ud成 为正弦半波，即半周期ud为正弦，另外半周期ud为零，其平均值保 持恒定，称为失控。 有续流二极管VDR时，续流过程由VDR完成，晶闸管关断，避免 了某一个晶闸管持续导通从而导致失控的现象。同时，续流期间导 电回路中只有一个管压降，有利于降低损耗。
图2-4 单相半波带阻感负载 有续流二极管的电路及波形
10
若近似认为id为一条水平线，恒为Id，则有
I dVT
2
Id
IVT
1
2
Id2d
(t
)
2
Id
（2-5） （2-6）
IdVD R 2 Id
（2-7）
IVDR
1
2
2
Id2d (t)
2 Id
（2-8）
VT的a 移相范围为180
1
u
uVT u
2
d
iVD R L VD R
R
u2
b)
O
t1
t
ud
c)
O
t
id
Id d)
O
t
i VT
I
d
e)
O iVD R
-
+
t
f)
O
t
uVT
g)
O
t
为避免Ud太小，在整流电路的负 载两端并联续流二极管
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。续流期间 ud 为 零 ， ud 中 不 再 出 现 负 的 部分。
O i
I
d
t
2
O
t
Id
图2-10 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
假设负载中电感很大，且电路已工作 于稳态
在u2正半周，触发角a处给晶闸管VT1 加 触发脉冲，u2经VT1和VD4向负载供电。 u2过零变负时，因电感作用使电流连续， VT1继续导通。 但因a点电位低于b点电位，使得电流从 VD4转移至VD2，VD4关断， 电流不再流经变压器二次绕组，而是由 VT1和VD2续流。
➢ 为了克服此缺点，一般在主 电路中直流输出侧串联一个平波 电抗器，用来减少电流的脉动和 延长晶闸管导通的时间。
这时整流电压ud的波形和负载电 流id的波形与电感负载电流连续 时的波形相同，ud的计算公式亦 一样。
为保证电流连续所需的电感量L 可由下式求出
L 2 2U 2 2.87 103 U 2
电角
O
t
a)
b)
arcsin E
数量关系
Ud
1
2U2 sin td(t)
2
2U2 1 cos 2
0.9U
2
1
cos 2
角的移相范围为180 向负载输出的平均电流值为：
（2-9）
Id
Ud R
2
2U 2
R
1 cos
2
0.9 U2 R
1 cos
2
（2-10）
流过晶闸管的电流平均值只有输出直流平均值的一半，即
I dVT
1 2
Id
0.45 U 2 R
1 cos
2
（2-11）
14
过晶闸管的电流有效值：
IVT
1
(
2U2 sin t)2 d(t) U2
2 R
2R
1 sin 2
2
（2-12）
变压器二次测电流有效值I2与输出直流电流I有效值相等：
I I2
1
(
2U2 sin t)2 d (t) U2
R
11
单相半波可控整流电路的特点 • 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。 • 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。
12
2.1.2 单相桥式全控整流电路
1 .带电阻负载的工作情况
VT 3
1
T
i2 a
a)
u1
u2 b
VT
id ud R
第2章 整流电路(AC/DC变换）
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 2.5 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 晶闸管滞留电动机系统 2.9 相控电路的驱动控制
O u
VT1,4
O
Id Id
Id Id
t
Id
t t t t
t
b)
图2-6 单相全控桥带 阻感负载时的电路及波形
假 均设 值电 不路 变已 。工作于稳态，id的平 假 连设 续负 且载 波电 形感 近很 似大为，一负水载平线电。流id u晶2过闸零管变VT负1和时V，T4由中于仍电流感过的电作流用id， 并不关断。
▪ 为使晶闸管可靠导通，触发脉冲需足够的宽度， ▪ 保证当 ωt = δ 时，晶闸管承受正电压，触发脉冲仍
然存在，相当于触发角被推迟为δ，即 a =δ
19
ud =
E
0
t
id
O
t
图2-8 单相桥式全控整流电路带反电动势负载 串平波电抗器，电流连续的临界情况
➢ 负载为直流电动机时，如果 出现电流断续则电动机 的机械 特性将很软 。
VT
L u2
R
VT
L u2
R
a)
b)
图2-3 单相半波可控整流 电路的分段线性等效电路
a)VT处于关断状态 b)VT处于导通状态
7
VT
VT
当VT处于通态时，如下方程成立：
L
L
u2
u2
R
R
图 2-3单相半波可控整流电路的分段线性等效电路 a) VT处于关断状态 b) VT处于导通状态
L
did dt
Rid
I dmin
I dmin
（2-17）
20
2.1.3 单相全波可控整流电路
ud
O
R i1 O
i1 T VT1
u1
u2 u2 VT2
ud
a)
t
t
b) 图2-9 单相全波可控整流电路及波形
单相全波可控整流电 路又称单相双半波可控 整流电路
单相全波与单相全控 桥从直流输出端或从交 流输入端看均是基本一 致的。
a)
u1
T u2
VT uVT
id
L ud
R
u
2
b)
0
t1
ug
c) 0
ud
d) 0 id
e) 0
u VT
+
f) 0
2
t
t +
t
t
t
阻感负载
当负载中感抗与电阻相比不可 忽略时
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发生突变。
电力电子电路中存在非线性的 电力电子器件，决定了电力电子 电路时非线性电路。
本章小结
1
第2章 整流电路·引言
整流电路：
出现最早的电力电子电路，将交流电变为直流电。
整流电路的分类：
按组成的器件可分为不可控、半控、全控三种。 按电路结构可分为桥式电路和零式电路。 按交流输入相数分为单相电路和多相电路。 按变压器二次侧电流的方向是单向或双向，又分为 单拍电路和双拍电路。
2
2.1 单相可控整流电路
2
t 只在交流输入的正半周内出现，故称
u
g
为单相半波可控整流电路。
c)
0
t
ud
d) 0
u VT
e) 0
t
特点： 电压与电流成正比，两者波形相同
t
图2-1 单相半波可控整流电路及波形
4
两个重要的基本概念
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a 表示,也称触发角或控制角。
➢2.1.1 单相半波可控整流电路
2.1.2 单相桥式全控整流电路 2.1.3 单相全波全控整流电路 2.1.4 单相桥式半控整流电路
3
2.1.1 单相半波可控整流电路
1. 带电阻负载的工作情况
T
a)
u1
u2
VT
uVT
id
ud R
变压器T
起变换电 压
隔离
u2
交流输入为单相，直流输出电压波形
b)
0 t1
R
1 sin 2
2
（2-13）
由式（2-12）和式（2-13）
I VT
1I 2
不考虑变压器的损耗时，要求变压器的容量 S=U2I2
（2-14）
15
2 .带阻感负载的工作情况
T
i2
a
u1
u2
b
VT1
VT3
id
L ud
R
VT4
VT2
u2
a)
O
t
ud
O id
iVT
O
1,4
iO
VT2,3
O i
2
在u2负半周触发角a 时刻触发VT3，VT3 导通，则向VT1加反压使之关断，u2经 VT3和VD2向负载供电。u2过零变正时， VD4导通，VD2关断。VT3和VD4续流，ud又 为零。
23
续流二极管的作用
若无续流二极管，则当 突然增大至180或触发脉冲丢失时，会 发生一个晶闸管持续导通而两个二极管轮流导通的情况，这使ud成 为正弦半波，即半周期ud为正弦，另外半周期ud为零，其平均值保 持恒定，称为失控。 有续流二极管VDR时，续流过程由VDR完成，晶闸管关断，避免 了某一个晶闸管持续导通从而导致失控的现象。同时，续流期间导 电回路中只有一个管压降，有利于降低损耗。
图2-4 单相半波带阻感负载 有续流二极管的电路及波形
10
若近似认为id为一条水平线，恒为Id，则有
I dVT
2
Id
IVT
1
2
Id2d
(t
)
2
Id
（2-5） （2-6）
IdVD R 2 Id
（2-7）
IVDR
1
2
2
Id2d (t)
2 Id
（2-8）
VT的a 移相范围为180
1
u
uVT u
2
d
iVD R L VD R
R
u2
b)
O
t1
t
ud
c)
O
t
id
Id d)
O
t
i VT
I
d
e)
O iVD R
-
+
t
f)
O
t
uVT
g)
O
t
为避免Ud太小，在整流电路的负 载两端并联续流二极管
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。续流期间 ud 为 零 ， ud 中 不 再 出 现 负 的 部分。
O i
I
d
t
2
O
t
Id
图2-10 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
假设负载中电感很大，且电路已工作 于稳态
在u2正半周，触发角a处给晶闸管VT1 加 触发脉冲，u2经VT1和VD4向负载供电。 u2过零变负时，因电感作用使电流连续， VT1继续导通。 但因a点电位低于b点电位，使得电流从 VD4转移至VD2，VD4关断， 电流不再流经变压器二次绕组，而是由 VT1和VD2续流。
➢ 为了克服此缺点，一般在主 电路中直流输出侧串联一个平波 电抗器，用来减少电流的脉动和 延长晶闸管导通的时间。
这时整流电压ud的波形和负载电 流id的波形与电感负载电流连续 时的波形相同，ud的计算公式亦 一样。
为保证电流连续所需的电感量L 可由下式求出
L 2 2U 2 2.87 103 U 2
电角
O
t
a)
b)
arcsin E