电力电子技术―第二章 整流电路PPT课件

智能化
随着人工智能和大数据技术的应用，整流电路的设计和优化也正朝着智能化方向发展，实现更精准、高效的能源管理。
随着电动汽车市场的不断扩大，整流电路在车载充电器和充电桩等领域的应用前景广阔，为电动汽车的发展提供稳定、高效的能源供给。
电动汽车领域
在风能、太阳能等可再生能源的利用中，整流电路能够实现高效、稳定的能源转换，促进可再生能源的广泛应用。
效率
温升
噪声与干扰
整流电路的效率越高，说明其能量转换效率越好，损失的能量越少。
整流电路在工作过程中温度升高的情况，温升越低越好，以保证元件的寿命和稳定性。
整流电路在工作过程中产生的噪声和干扰越小越好，以保证系统的稳定性和可靠性。
03
CHAPTER
整流电路的应用与实例
整流电路用于音频设备中，将交流电转换为直流电，为放大器和扬声器提供能源。
可再生能源领域
智能电网的建设需要大量高性能的整流设备，整流电路在智能电网的能源调度和管理中具有重要作用，有助于实现节能减排和能源的高效利用。
智能电网领域
THANKS
感谢您的观看。
半波整流器
现代电子设备中经常使用集成整流芯片，它们集成了整流电路和其他功能，具有高效、紧凑和可靠的特点。
集成整流芯片
04
CHAPTER
整流电路的调试与维护
确保所有电路连接正确，检查电源、电阻、电容等元件是否正常。
调试前准备
按照电路图逐步检查每个元件的电压、电流是否正常，确保电路工作在正常范围内。
02
CHAPTER
整流电路的元件与电路分析
整流电路中的核心元件，单向导电性使电流只能在一个方向上流动。常用的有硅管和锗管。
二极管
滤波电容，用于吸收二极管导通时的管压降，使输出电压更加平滑。

接续流二极管VD除了可提高Ud外，还可减轻晶闸管的负担，
在每个周期内，每个晶闸管的导通角θT＝π-α,续流二极管的导
通角θD＝2α。
精选课件
29
2.1.2 电感性负载
2、续流二极管
1）、输出电压平均值与电阻性负载相同，为：
Ud＝0.9U2
1 cosα 2
（2－8）
2）、输出电流平均值为：
Id＝Ud /Rd
IdV T1 2Id0.4U 5 R 21c2os
i2
IV T2 1 (2 R U 2sitn )2 d (t)U 2 2 R2 1s2 in
I I21 (2 R U 2sit) n 2 d (t) U R 2 2 1s2 in
精选课件
IVT
1I 2
2
t
2
t
2
t
2
t
13
2.1.1 电阻性负载
图2-3 单相全控电感性负载带续流二极管时的电路和波形
精选课件
27
2.1.2 电感性负载
2、续流二极管
当电源电压U2为正
半周时，晶闸管VT1、 VT4触发导通，此时 负载两端电压为正向， 二极管VD承受反向电 压不导通，负载上电 压波形与不加二极管 时相同。
当电源电压变负时，自感电动势经二极管VD形成回路，使负载电流
➢ 只要电感足够大，满足ωLd＞＞Rd，可以认为输出电流连续并 且平直，实际上，无论Ld多么大，电流也是脉动的，只不过Ld越大脉
动越小。
➢ 输出电压平均值为：
1
Ud=
π
π
2 U2sinωtd(ωt)＝0.9U2cosα
（2－7）
α=0°时，Ud＝0.9U2，α＝90°时，Ud＝0，所以α的移相范围为

第二章 第 2 页
2.4 电容滤波的不可控整流电路（不作要求） 2.4.1 电容滤波的单相不可控整流电路 2.4.2 电容滤波的三相不可控整流电路
2.5 整流电路的谐波和功率因数 2.5.1 谐波和无功功率分析基础 2.5.2 带电感性负载时可控整流电路交流侧谐波和功 率因数分析 2.5.3 电容滤波的不可控整流电路交流侧谐波和功 率因数分析 2.5.4 整流输出电压和电流的谐波分析
第二章 第 8 页
2.1.1 单相半波可控整流电路（单相半波）
〔基本数量关系〕
直流输出电压平均值Ud
U d 2 1 2 U 2 sitn (d t)2 2 U 2(1 co ) 0 s .4 U 2 5 1 c 2o （2s -1）
说明：使用万用表直流档测量Ud即为该数值；
（2） ωt1 ～ π : U2为正， VT1和VT4 由于触发脉冲UG的 作用而导通， VT2和VT3承受 U2 的反向电压， id =U2/R ；
（3） π ～ ωt2(π + ωt1) ：
U2为负，VT2和VT3无触发脉 冲截止，VT2和VT3分担U2/2的 正向电压，VT1和VT4分担U2/2 的反向电压, Ud=0;
u2
重点注意：工作原理（波形分析）、定 b ) 0 t1
2
t
量计算、不同负载的影响。
ug
c)
0
t
ud
2.1.1 单相半波可控整流电路（单相半波） d ) 0
t
Single Phase Half Wave Controlled Rectifier
uVT
1. 带电阻负载的工作情况
t 关断；
第二章 第 13 页
图2-2 带电感性负载的 单相半波电路及其波形

Id
Ud R
流过每个晶闸管的平均电流IdV为
I dV
1 3
I
d
流过每个晶闸管电流的有效值为
IV
U2 Rd
1
2
2
3
3 2
cos
2
0°≤α≤30°
第2章 三相相控整流电路
IV
U2 Rd
1
2
5
6
3 4
cos
2
1 4
sin
2
0°≤α≤150°
（4） 从图2-1(f)可看出，晶闸管所承受的最大反向电压为
不再符合前面的计算公式。
第2章 三相相控整流电路
2.1.4 共阳极整流电路 图2-6(a)所示电路为将三只晶闸管阳极连接在一起
的三相半波可控整流电路，称为共阳极接法。这种接 法可将散热器连在一起， 但三个触发电源必须相互绝 缘。共阳极接法中，晶闸管只能在相电压的负半周工 作，其阴极电位为负且有触发脉冲时导通，换相总是 换到阴极电位更负的那一相去。
第2章 三相相控整流电路
（2） 由于每相导电情况相同，故只需在1/3周期内求取 电路输出电压的平均值， 即一个周期内电路输出的平均值。
当α≤30°时，电流电压连续，输出直流电压平均值Ud为
Ud
1
2 / 3
5 6 6
2U2 sintd (t) 1.17U2 cos 0°≤α≤30°
式中U2φ为变压器次级相电压有效值。
第2章 三相相控整流电路
由上分析可知：
（1） 控制角α=0°时，输出电压最大；α增大， 输出电压
减小； 当α=150°时， 输出电压为零， 所以最大移相范围为
150°。当α≤30°时，电流（压）连续， 每相晶闸管的导通角θ

wt +
wt
wt
wt
带阻感负载的 单相半波电路及其波形
2.3.1 单相半波可控整流电路
电力电子电路的一种基本分析方法
通过器件的理想化，将电路简化为分段线性电路。
器件的每种状态对应于一种线性电路拓扑。
对单相半波电路的分析 可基于上述方法进行：
VT
L u2
R
VT
L u2
R
当VT处于断态时，相当于 电路在VT处断开，id=0。 当VT处于通态时，相当于 VT短路。
T
a)
u
1
u
2
VTiudVTud
R
u
2
b)
0
wt 1
p
2p
wt
u
g
c)
0
wt
u
d
d)
0
q
wt
u
VT
e)
0
wt
单相半波可控整流电路及波形
2.3.1 单相半波可控整流电路
基本数量关系
首先，引入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,用表示,也称触发角或控制角。
wt
当u2过零时关断。
单相全控桥式
带电阻负载时的电路及波形
2.3.2 单相桥式全控整流电路
特点
全波整流
a)
在一个周期内，整流电压波形脉 动两次。双脉波整流电路。
变压器绕组利用率高，没有直流 磁化问题。
ud
ud(id)
id
b)
0
p
wt
u VT1,4
c)
0
wt
i2
d) 0
wt

14.01.2021
.
17
i
当 uC < UP 时，单结晶体管截止。
当 uC = UP 时，单结晶体管导通，C PN结
Rb1 R1 放电。 放电时间常数
1(R1Rb1)C小，放电很快
uC。
当 uC 下降到 UV 时，单结晶体管又截止。
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.
18
C放电，在R1上输出一个尖脉冲电压。 放电一结束，C又充电重复上述过程。
（先不考虑VDR） 半控电路与全控电路在电阻负载时的工作情况相同
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.
3
➢ 单相半控桥带阻感负载的情 况
假设负载中电感大，且 电路已工作于稳态
➢ 在u2正半周，触发角 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，
（2-24）
习题：11（P36）
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.
9
➢ 单相桥式半控整流电路的另一种接法
相当于把全桥电路中的VT3和VT4换为二极管VD3和 VD4，这样可以省去续流二极管VDR，续流由VD3和 VD4来实现
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.
10
第四节 晶闸管的简易触发电路
晶闸管装置的正常工作，与门极触发电路正 确和可靠的运行密切相关，门极触发电路必须按 主电路的要求来设计。一般实际工作电路要复杂 的多。并有大量的专用集成电路供选用。
.
13
（1）Ue=0 时 Ebb在Rb1 Rb2之间分压
UARb1R b1Rb2Ebb Ebb （2-26）
为分压比，单结晶体管的主要参数，一般为0.3 ~ 0.9。

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
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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。
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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

第1讲 整流器
主要内容：
• 功率（电力）二极管 • 单相整流器 • 三相整流器
0.1.1 电力电子器件的概念和特征
主电路（Main Power Circuit）—电气设备或电 力系统中，直接承担电能的变换或控制任务的 电路。
电力电子器件（Power Electronic Device）— 可直接用于处理电能的主电路中，实现电能的 变换或控制的电子器件。
基本结构和工作、原理与信息电子电路中的二极管一样。 由一个面积较大的PN结和两端引线以及封装组成。 从外形上看，主要有螺栓型和平板型两种。
1.1.2 功率二极管的特性和主要参数
1. 功率二极管的特性 (1) 功率二极管的伏安特性 • 二极管具有单向导电能力，二极管正向导电时必
须克服一定的门槛电压Uth(又称死区电压)，当外 加电压小于门槛电压时，正向电流几乎为零。硅 二极管的门槛电压约为0.5V，当外加电压大于Uth 后，电流会迅速上升。当外加反向电压时，二极 管的反向电流IS是很小的，但是当外加反向电压 超过二极管反向击穿电压URO后二极管被电击穿， 反向电流迅速增加。
（3）肖特基二极管：肖特基二极管是一种金属同半导体相接触 形成整流特性的单极型器件，其导通压降的典型值为0.4～ 0.6V，而且它的反向恢复时间短，为几十纳秒。但反向耐 压在200Ｖ以下。
三、电力二极管的主要参数
（1）额定正向平均电流IF(AV)
额定正向平均电流——在指定的管 壳温（简称壳温，用TC表示）和散 热条件下，其允许流过的最大工频
I dDR

1 2
Id
IDR
1
2
0
Id2d (t)

2 2 Id
(4) 整流二极管和续流二极管承受的最大正反向电压

2.5.4有源逆变最小逆变角βmin的限制
1、逆变失败
如果逆变角β小于换流重叠角γ，即β<γ时，从图4.7.5所示 的波形中可清楚看到，换流还未结束，电路的工作状态到达uA与uB交 点P，从P点之后，uA将高于uB ，晶闸管T2承受反压而重新关断，而 应该关断的T1却承受正压而继续导通，从而造成逆变失败。
三相桥式逆变电路的工作与三相桥式整流电路一样，要 求每隔60°依次触发晶闸管，电流连续时，每个管子导120°， 触发脉冲必须是双窄脉冲或者是宽脉冲。
直流侧电压计算公式为：
Ud 2.34U2 cos
（2.5.5 ）
或
Ud 1.35U2l cos
（2.5.6 ）
式中：U2为逆变电路输入相电压，U2L为逆变电路输入线电 压。
发出直流功率，整流电路将直流功率逆变为50Hz的交流电返送到电网，
这就是有源逆变工作状态。
逆变时，电流Id的大小取决于E与Ud ，而E由电机的转速决定，Ud可
以调节控制角改变其大小。为了防止过电流，同样应满足E≈ Ud的条件。
在逆变工作状态下，虽然控制角α在
2
~
间变化，晶闸管的阳极电
位大部分处于交流电压的负半周期，但由于有外接直流电动势E的存在
图2.5.3 单相全波整流电路的逆变工作状 态
2.5.1 有源逆变的工作原理
1、单相全波整流电路工作在整流状态
当移相控制角α在0~π/2范围内变化时，单相全波整流电路直流侧输 出电压Ud > 0，如图2.5.1所示，电动机M作电机运行。整流器输出功率， 电机吸收功率，电流值为：
Id
Ud Ra
E
(2.5.1)
式中E为电机的反电动势，Ra为电机绕组电阻。

ud id
t1

uT1,4
t
t
i2
t
图2-5 单相桥式全控整流电路电阻负载 时电路及波形
§2
§2.1
单相桥式全控整流电路
电阻性负载
ud id
(1 cos )
数量关系
⑴ 输出直流电压的平均值Ud ：
Ud 1
t1



2U 2 sin td (t )
2U 2

uT1,4
负载：是各种工业设备，在讨论整流电路的原理时，各种负载
可等效为电阻性负载、电感性负载、反电动势负载等。 控制电路：包括功率器件的触发（驱动）电路和闭环控制电路 等，它是实现整流电路正常工作、达到预定目标的控制环节。
概 述

按交流电源的相数划分，整流电路又分为单相可控 整流电路和三相可控整流电路。 本章介绍单相可控整流电路并假定功率开关元件是理 想的（即导通压降为零、关断漏电流为零、开关时间为 零）。
2.1 单相可控整流电路
1 2 3 4 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
晶闸管触发电路
基础知识预习
周期 T 、频率 f 、角频率 、角度 的关系：
T 1 / f 2 f t
电流电压的平均值与有效值：平均值为一个周期内瞬时值的积分 再平均；有效值为一个周期内瞬时值平方的积分再平均后再开方 （称方均根）。 直流电的平均值与有效值相等。周期性变化 的电压或电流用有效值来标定，其含义是从 作功角度上讲，有效值等同于相同幅值的直 流电压或电流。对于正弦波交流电，半周平 均值为有效值的 0.900倍，有效值是峰值的 0.707 倍。
u2 u1

学习要点:
最重要的是掌握其基本特性。 掌握电力电子器件的型号命名法，以及其参数和特性 曲线的使用方法。 了解电力电子器件的半导体物理结构和基本工作原理 了解某些主电路中对其它电路元件的特殊要求。
1-10
2.2
不可控器件—电力二极管· 引言
自20世纪50年代初期就获得应用，但其结构和原理简 单，工作可靠，直到现在电力二极管仍然大量应用于 许多电气设备当中。 在采用全控型器件的电路中电力二极管往往是不可缺 少的，特别是开通和关断速度很快的快恢复二极管和 肖特基二极管，具有不可替代的地位。
1）概念:
电力电子器件（Power Electronic Device）
——可直接用于主电路中，实现电能的变换或控制的电 子器件。
主电路（Main Power Circuit）
——电气设备或电力系统中，直接承担电能的变换或控 制任务的电路。
2）分类:
电真空器件 半导体器件 (汞弧整流器、闸流管) (采用的主要材料硅）
1-26
2.3.1 晶闸管的结构与工作原理
常用晶闸管的结构
螺栓型晶闸管
晶闸管模块
平板型晶闸管外形及结构
1-27
2.3.1 晶闸管的结构与工作原理
按晶体管的工作原理 ，得：
I c1 1I A I CBO1
I c 2 2 I K I CBO2
（2-1）
（2-2）
（2-3） （2-4）
——通过从控制端注入或者抽出电流来实现导通或者 关断的控制。
电压驱动型
——仅通过在控制端和公共端之间施加一定的电压信 号就可实现导通或者关断的控制。
1-9
2.1.4
本章内容:
本章学习内容与学习要点