1、2018/10/16,电力电子技术,1,第二章 整流电路,2018/10/16,电力电子技术,2,2.1.1 单相半波可控整流电路,一. 电阻性负载交流侧接单相电源变压器T起变换电压和隔离的作用电阻负载的特点：电压与电流成正比，两者波形相同 U2是 u2有效值u2峰值,2.1 单相可控整流电路,2018/10/16,电力电子技术,3,未加门极触发脉冲 VT 不能导通，ud = 0 uT= u2 ；,加门极触发脉冲后 VT导通， uT 很小 ud = u2,晶闸管一旦导通以后，门极便失去控制，故ug 仅是一个触发脉冲。,工作过程：u2正半周：uT （uAK）为正。,未加门极触发脉冲 VT 不能导
2、通，ud = 0 uT= u2 ；,加门极触发脉冲后 VT导通， uT 很小 ud = u2,晶闸管一旦导通以后，门极便失去控制，故ug 仅是一个触发脉冲。,2018/10/16,电力电子技术,4,u2过零时：当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 uT= u2 。,id= ud/R 与 ud 波形相同。以后重复。,u2负半周：晶闸管 承受反向电压不能导通，ud = 0 uT= u2 。,id= ud/R 与 ud 波形相同。以后重复。,动画,2018/10/16,电力电子技术,5,ud为脉动直流，波形只在u2正半周内出现，故称“半波”整流采
3、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,2018/10/16,电力电子技术,6,控制角（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,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 表示,2018/10/16,电力电子技术,7,基本数量关系： 直流输出电压平均值：（2-1）,Ud是a的函数：a = 0 Ud = 0.45 U2 全导通a Uda = Ud = 0 全截止,VT的a 移相范围为180,晶闸管承受的最大正反向电压是,Ud是a的函数：a = 0 Ud = 0.45 U2 全导通a Uda =
4、Ud = 0 全截止,VT的a 移相范围为180,晶闸管承受的最大正反向电压是,2018/10/16,电力电子技术,8,二 . 电感性负载,负载的感抗与电阻R的数值相比不可忽略时，称“电感性负载”,2018/10/16,电力电子技术,9,电感中电流与感应电动势的关系：,电感中电流发生变化电感产生的感应电动势将阻止电流变化。,电感中电流愈大其储存的能量愈大。,电流增大。电流的方向与电压方向相同，电流从高电位流到低电位，电感吸收能量。,电流减小。电流的方向与电压方向相反，电流从低电位流到高电位，电感释放能量。,2018/10/16,电力电子技术,10,电流从 电源正端流 出，电源输 出能量。,电流
5、从 负载正端流 入，负载吸 收能量。,不管内部电路是什么，只要看电流电压的关系，就可以判别能量是输入还是输出。,2018/10/16,电力电子技术,11,往往在一个周期中一部分时间吸收能量，另一部分时间释放能量。,u和i极 性相同， 负载吸收 能量,u和i极 性相同， 负载吸收 能量,u和i极 性相反， 负载回送 能量,u和i极 性相反， 负载回送 能量,若一个周期中吸收能量大于释放能量，此元件是在损耗（吸收）能量；一个周期中释放能量大于吸收能量，此元件是在回送能量。,2018/10/16,电力电子技术,12,工作过程：,u2从最大值减小后，id 也逐步减小，L上的感应电势为上负下正阻止电流减
6、小。,由于存在电感 L ，负载电流 id 只能从零逐步增大，L上的感应电势为上正下负阻止电流增大。交流电网提供负载 R 消耗的能量及电感 L吸收的能量。,2018/10/16,电力电子技术,13,u2过零变负，id不等于零，L中能量未释放完。L上的感应电势使 VT 继续导通。电感能量反送电网。,当 u2 与 eL 相等， id等于零， L 中能量释放完。VT才阻断。,ud出现负值。输出直流电压平均值下降。,动画,2018/10/16,电力电子技术,14,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。,2018/10/16,电力电子技
7、术,15,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0，ud中不再出现负的部分。,动画,2018/10/16,电力电子技术,16,数量关系:Ud计算与电阻性负载相同。Id = Ud / R若近似认为id为一条水平线，恒为Id 。,晶闸管电流平均值：,（2-2）,二极管电流平均值：,（2-3）,2018/10/16,电力电子技术,17,晶闸管电流有效值：,（2-4）,二极管电流有效值：,（2-5）,2018/10/16,电力电子技术,18,晶闸管的 a 移相范围
8、为180,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,晶闸管和整流二极管承受的最大正反向电压是(P24),？！,习题：1、2（P35）,2018/10/16,电力电子技术,19,2.1.2 单相桥式全控整流电路,一. 电阻性负载工作原理及波形分析：u2正半周： VT1和VT4承受正向电压，,加触发脉冲即导通，,u2过零时关断。,2018/10/16,电力电子技术,20,在u2正半周期间，四个VT均不导通时，VT1和VT4 承受的正向电压是u2电压的一半， VT1和VT4 导
9、通后其压降近似为零。,2018/10/16,电力电子技术,21,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。,2018/10/16,电力电子技术,22,动画,四个VT均不导通时，VT1和VT4 承受的反向电压是u2电压的一半， VT2和VT3 导通后VT1和VT4 承受的反向电压是全部的u2电压。,2018/10/16,电力电子技术,23,数量关系：,输出电压平均值：,（2-6）,2018/10/16,电力电子技术,24,a 角的移相范围为180。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 。,（2-7）,输出电流平均值：,2018/10/16
10、,电力电子技术,25,（2-8）,（2-9）,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）：,2018/10/16,电力电子技术,26,变压器付边电流中无直流分量。,晶闸管电流有效值：,（2-10）,2018/10/16,电力电子技术,27,电源供给的有功功率：,U为负载R上的电压有效值：,电源的表观功率（视在功率）：,功率因数：,（2-11）,2018/10/16,电力电子技术,28,愈大， COS愈小； 变压器二次绕组电流有效值I2愈大。,大，变压器伏安容量和晶闸管的电流额定值显著增大。,图 25 （P26）,电路设计时，在满足Ud要求下，U2应尽量小一些，以免过大。,2
11、018/10/16,电力电子技术,29,二. 电感性负载 为便于讨论，假设电路已工作于稳态。假设负载电感很大，负载电流id连续且波形近似为一水平线。,u2过零变负时，由于电感的作用晶闸管VT1和VT4中仍流过电流 id ，并不关断。,2018/10/16,电力电子技术,30,VT2和VT3导通后，u2通过VT2和VT3分别向VT1和VT4施加反压使VT1和VT4关断，流过VT1和VT4的电流迅速转移到VT2和VT3上，此过程称换相，亦称换流,动画,u2负半周时，VT2和VT3承受正向电压， 至t=+ 时刻，给VT2和VT3加触发脉冲，两管导通。,2018/10/16,电力电子技术,31,（2-
12、12）,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 。,2018/10/16,电力电子技术,32,变压器付边电流中无直流分量。电流不连续时的 Ud 见书 P27 式（2-13）,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 。,2018/10/16,电力电子技术,33,三. 带反电动势负载时的工作情况,在|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 。,2018/10
13、/16,电力电子技术,34,与无反电势时相比，晶闸管提前了电角度停止导电，称为停止导电角。 （2-14）在a 角相同时，整流输出电压比电阻负载时大。,2018/10/16,电力电子技术,35,当wt d 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。,2018/10/16,电力电子技术,36,如图所示 id 波形在一周期内有部分时间为 0 的情况，称为电流断续。与此对应，若 id 波形不出现为 0 的情况，称为电流连续。 负载为直流电动机时，如果
14、出现电流断续则电动机的机械特性将很软,2018/10/16,电力电子技术,37,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，而,为保证电流连续所需的电感量L可由下式求出（2-21）,2018/10/16,电力电子技术,38,动画,单相桥式全控整流电路，如负载呈电感性，则当控制角达90时，输出波形正负面积相等，Ud为零。当 90时，ud亦将是一串正负面积相等的断续的交变波形，Ud亦是零。（P29）,如果此时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。,
