1、电力电子技术,上海电力学院 电子教研室,第3章 整流电路,2018/10/13,上海电力学院 电子技术教研室,2,一. 电阻性负载,3.1.1 单相半波可控整流电路,3.1 单相可控整流电路,电力电子技术第3章整流电路,2018/10/13,上海电力学院 电子技术教研室,3,工作过程：,未加门极触发脉冲VT 不能导通，ud = 0 uVT=u2 ；,加门极触发脉冲后 VT导通，uVT 很小 ud = u2,u2正半周：uVT （uAK）为正。,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,2018/10/13,上海电力学院 电子技术教研室,4,u2过零
2、时：iT过零IAIH 维持电流,晶闸管关断。,u2负半周：晶闸管 承受反向电压不能导通，ud = 0 uVT= u2 。,id= ud/R 与 ud 波形相同。以后重复。,电力电子技术第3章整流电路 3.1 单相可控整流电路,动画,3.1.1 单相半波可控整流电路,2018/10/13,上海电力学院 电子技术教研室,5,控制角（触发延迟角） a：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, 称为控制角或触发角。 导通角 ：晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度。,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,2018/10/13,上海电
3、力学院 电子技术教研室,6,基本数量关系：,VT的a 移相范围：180(Ud 从最大值变化到零时, a的变化范围),晶闸管承受的最大正反向电压：,导通角：= - a,（3-1）,直流输出电压平均值：,Ud是a的函数：,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,2018/10/13,上海电力学院 电子技术教研室,7,二 . 阻感负载,负载的感抗与电阻R相比不可忽略时，即为“阻感负载”,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 3.1 单相可控整流电路,2018/10/13,上海电力学院 电子技术教研室,8,电感的特性：,电感中电流
4、变化时，电感产生的感应电动势将阻止电流变化,电感中储存的磁场能量：,电流增大：,电流减小：,电感吸收能量。,电感释放能量。,电感中的电流不能突变。,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,2018/10/13,上海电力学院 电子技术教研室,9,工作过程：,随着u2逐渐的减小，id 也逐步减小， L的感应电势：上负下正 （阻止电流减小）,u2 0时，VT受触发导通 id ：从零逐步增大（ L ）， L的感应电势：上正下负（阻止电流增大） 交流电网提供 R 消耗的能量、 电感 L吸收的能量。,二 . 阻感负载,电力电子技术第3章整流电路 3.1 单相
5、可控整流电路,3.1.1 单相半波可控整流电路,2018/10/13,上海电力学院 电子技术教研室,10,u2过零变负，id 0， L能量未释放完。 L上的感应电势使VT 继续导通。 电感能量反送电网。,当 u2 = eL ， id=0， L 能量释放完。 VT才阻断。,ud出现负值。 输出直流电压平均值下降。,二 . 阻感负载,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,动画,2018/10/13,上海电力学院 电子技术教研室,11,阻感负载单相半波可控整流电路的特点:,导通角： - a,ud出现负值。输出直流电压平均值下降。,取值与 a、 有关：
6、,负载阻抗角,a 大， 小； a 小， 大；, 小， 小； 大， 大；,二 . 阻感负载,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,2018/10/13,上海电力学院 电子技术教研室,12,续流二极管为避免Ud太小，在整流电路的负载两端并联续流二极管。,工作过程：u2正半周： VDR反向截止不影响电路工作。,二 . 阻感负载,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,2018/10/13,上海电力学院 电子技术教研室,13,当u2过零变负时， VDR导通，ud为零。 负u2通过VDR向VT施加反压使VT
7、关断，L储存的能量保证了电流 id在L-R-VDR回路中流通，续流 续流期间ud为0，ud中不再出现负的部分。,二 . 阻感负载,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,2018/10/13,上海电力学院 电子技术教研室,14,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。为使铁芯不饱和，需增大铁芯的截面积。 实际上很少应用此种电路,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,2018/10/13,上海电力学院 电子技术教研室,15,u2正半周：
8、VT1和VT4承受正向电压，,加触发脉冲即导通，,u2过零时关断。,一. 电阻性负载,工作原理及波形分析：,ud = u2,3.1.2 单相桥式全控整流电路,电力电子技术第3章整流电路 3.1 单相可控整流电路,2018/10/13,上海电力学院 电子技术教研室,16,u2负半周： VT2和VT3承受正向电压，,有触发脉冲即导通，,u2过零时关断。,ud = - u2,3.1.2 单相桥式全控整流电路,电力电子技术第3章整流电路 3.1 单相可控整流电路,2018/10/13,上海电力学院 电子技术教研室,17,动画,晶闸管两端电压：,uVT 1,4 =,所有VT均关断,0 VT1，4导通,u
9、2 VT2，3导通,3.1.2 单相桥式全控整流电路,电力电子技术第3章整流电路 3.1 单相可控整流电路,2018/10/13,上海电力学院 电子技术教研室,18,数量关系：,输出电压平均值：,（3-9）,电力电子技术第3章整流电路,3.1 单相可控整流电路,3.1.2 单相桥式全控整流电路,2018/10/13,上海电力学院 电子技术教研室,19,a 角的移相范围为180。导通角：180 a晶闸管承受的最大反向电压为 ，晶闸管承受的最大正向电压为 。,（3-10）,输出电流平均值：,电力电子技术第3章整流电路 3.1 单相可控整流电路,3.1.2 单相桥式全控整流电路,2018/10/13
10、,上海电力学院 电子技术教研室,20,（3-11）,（3-13）,晶闸管电流平均值：,负载电流有效值（变压器二次绕组电流有效值）：,电力电子技术第3章整流电路 3.1 单相可控整流电路,3.1.2 单相桥式全控整流电路,2018/10/13,上海电力学院 电子技术教研室,21,变压器副边电流中无直流分量。,晶闸管电流有效值：,（3-14）,电力电子技术第3章整流电路 3.1 单相可控整流电路,3.1.2 单相桥式全控整流电路,2018/10/13,上海电力学院 电子技术教研室,22,阻感负载,u2过零变负时，id 0 ， VT1和VT4不关断！,为便于讨论，假设电路已工作于稳态。假设负载电感很
11、大，负载电流id连续且波形近似为一水平线。,与电阻性负载的工作原理基本相同,不同之处：,电力电子技术第3章整流电路 3.1 单相可控整流电路,3.1.2 单相桥式全控整流电路,2018/10/13,上海电力学院 电子技术教研室,23,VT2、VT3导通后， u2通过VT2、VT3分 别向VT1、VT4施加 反压使VT1、VT4关断， 流过VT1、VT4的电 流迅速转移到VT2、VT3上， 此过程称换相， 亦称换流,动画,u2负半周时，VT2、VT3承受正压 t=+ 时给VT2、 和VT3加触发脉冲， 两管导通。,二. 阻感负载,电力电子技术第3章整流电路 3.1 单相可控整流电路,3.1.2
12、单相桥式全控整流电路,2018/10/13,上海电力学院 电子技术教研室,24,（3-15）,输出电压平均值：,输出电流平均值：,晶闸管移相范围为90。 晶闸管承受的最大正反向电压均为 。,二. 阻感负载,电力电子技术第3章整流电路 3.1 单相可控整流电路,3.1.2 单相桥式全控整流电路,2018/10/13,上海电力学院 电子技术教研室,25,变压器副边电流中无直流分量。,晶闸管导通角与 无关，均为180,变压器二次侧电流 i2 的波形为正负各180的矩形波，其相位由 角决定，有效值 I2=Id 。,id连续,二. 阻感负载,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.
13、2 单相桥式全控整流电路,2018/10/13,上海电力学院 电子技术教研室,26,三. 带反电动势负载时的工作情况,|u2|E时，才有晶闸管承受正电压，有导通的可能。,导通之后，ud=u2，直至|u2|=E，id降至 0 使得晶闸管阻断，此后|u2|E而 ud=E 。,电力电子技术第3章整流电路 3.1 单相可控整流电路,3.1.2 单相桥式全控整流电路,2018/10/13,上海电力学院 电子技术教研室,27,与无反电势时相比，晶闸管提前了电角度停止导电， : 停止导电角。,在a 角相同时，整流输出电压比电阻负载时大。,（3-16）,电力电子技术第3章整流电路 3.1 单相可控整流电路,3
14、.1.2 单相桥式全控整流电路,三. 带反电动势负载时的工作情况,2018/10/13,上海电力学院 电子技术教研室,28,当wtd时，加触发脉冲时，晶闸管承受反向电压，不可能导通。为了使晶闸管可靠导通，要求触发脉冲有足够的宽度，保证当wt=d时刻，晶闸管开始承受正向电压时，触发脉冲仍然存在。这样，相当于触发角被推迟为d。,电力电子技术第3章整流电路 3.1 单相可控整流电路,3.1.2 单相桥式全控整流电路,三. 带反电动势负载时的工作情况,2018/10/13,上海电力学院 电子技术教研室,29,电流断续负载为直流电动机时，电流断续则电动机的机械特性将很软,电力电子技术第3章整流电路 3.
15、1 单相可控整流电路,3.1.2 单相桥式全控整流电路,三. 带反电动势负载时的工作情况,2018/10/13,上海电力学院 电子技术教研室,30,解决方法: 在主电路直流输出侧串联一个平波电抗器，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，而,为保证电流连续所需的电感量L可由下式求出（3-17）,电力电子技术第3章整流电路 3.1 单相可控整流电路,2018/10/13,上海电力学院 电子技术教研室,31,单相桥式全控整流电路，电感性负载， = 90时，ud正负面积相等，Ud=0。 90时，ud亦将是一
16、串正负面积相等的断续的交变波形， Ud=0。,在负载端接一蓄电池或其他直流电源，其极性与整流时的相反，幅值大些，能使晶闸管在 90时继续工作，功率从直流电源反送到交流电网中去，这时电路工作在有源逆变状态。,动画,电力电子技术第3章整流电路 3.1 单相可控整流电路,3.1.2 单相桥式全控整流电路,2018/10/13,上海电力学院 电子技术教研室,32,3.1.3 单相全波可控整流电路,图3-10 单相全波可控整流电路及波形,与单相全控桥 在直流输出端、 交流输入端 均是基本一致的,电力电子技术第3章整流电路 3.1 单相可控整流电路,2018/10/13,上海电力学院 电子技术教研室,33
17、,单相全控桥的区别（1）变压器结构较复杂，绕组及铁芯对铜、铁等材料的消耗多（2）只用2个晶闸管，比单相全控桥少2个，相应地，门极驱动电路也 少2个；但是晶闸管承受的最大电压为 ，,是单相全控桥的2倍（3）导电回路只含1个晶闸管，比单相桥少1个，因而管压降也少1个。 有利于在低输出电压的场合应用。,3.1.3 单相全波可控整流电路,电力电子技术第3章整流电路 3.1 单相可控整流电路,2018/10/13,上海电力学院 电子技术教研室,34,半控电路与全控电路在电阻负载时的工作情况相同,3.1.4 单相桥式半控整流电路,每个导电回路中有2个晶闸管，为了对每个导电回路进行控制，只需1个晶闸管就可以
18、了，另1个晶闸管可以用二极管代替，从而简化整个电路。如此即成为单相桥式半控整流电路。,电力电子技术第3章整流电路 3.1 单相可控整流电路,2018/10/13,上海电力学院 电子技术教研室,35,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、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,带阻感负载的情况:,二极管在电压过零时换相,电力电子技术第3章整流电路 3.1 单相可控整流电路,20
19、18/10/13,上海电力学院 电子技术教研室,36,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。,晶闸管受触发换相,二极管在电压过零时换相,电力电子技术第3章整流电路 3.1 单相可控整流电路,3.1.4 单相桥式半控整流电路,2018/10/13,上海电力学院 电子技术教研室,37,当 a 突然增大至180或触发脉冲丢失时，,失控现象：,一个晶闸管持续导通、 两个二极管轮流导通，失控,3.1.4 单相桥式半控整流电路,电力电子技术第3章整流电路 3.1
20、单相可控整流电路,2018/10/13,上海电力学院 电子技术教研室,38,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。,续流二极管的作用：,避免失控,3.1.4 单相桥式半控整流电路,电力电子技术第3章整流电路 3.1 单相可控整流电路,2018/10/13,上海电力学院 电子技术教研室,39,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,3.1.4 单相桥式半控整流电路,电力电子技术第3章整流电路 3.1 单相可控整流电路,
