1、1,第三章 整流电路,3.1 概述 一、整流的概念 ACDC负载 注意下标：d平均值、VTSCR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,2,二、整流电路的研究内容 1、分析电路整流的原理（负载上如何得到单方向的电压电流） 2、画出电压电流波形（ud、id、uVT、iVT、i2） 3、根据波形计算（Ud、Id、IVT、IdVT、I2、UTm） 4、根据上述计算值选择晶闸管的额定电压和额定电流，以及变压器二次侧容量等 5、根据Ud的计算式确定移相范围 6、注意负载的性质对整流电路的影响,
2、3,三、整流电路的分类： 自20世纪20年代迄今已经历了以下几个发展阶段： 第一阶段：旋转式变流机组（电动机发电机组）； 第二阶段：静止式离子整流器； 第三阶段：静止式半导体整流器； 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、三相电路和多相电路,4,5,3.2 单相可控整流电路,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 单相全波可控整流电路,6,3.2.1 单相半波可控整流电路 Single Phase Half Wave Controlled Rectifier,一、电阻性负载 1、电路及工作原理,7,3
3、.2.1 单相半波可控整流电路,2、名词术语和概念 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 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。,8,3.2.1 单相半波可控整流电路,移相范围改变控制角使输出整流电压的平均值从最大值降到最小值（0或负最大值），控制角 的变化范围。 同步使触发脉冲与可控整流电路的电源电压之间保持频率和相位的协调关系称为同步。使触发脉冲与电源电压保持同步是电
4、路正常工作必不可少的条件。 换流在可控整流电路中，从一路晶闸管导通变换为另一路品闸管导通的过程或电流从一条支路转移到另一条支路的过程称为换流，也称换相。,9,3.2.1 单相半波可控整流电路,3、参数计算,本电路中， 的移相范围0180,10,3.2.1 单相半波可控整流电路,U VTm （SCR承受的正反向峰值电压）为,晶闸管导通角与控制角间有固定的关系，可表示为：,11,3.2.1 单相半波可控整流电路,二、阻感性负载 1、电感的性能 电感对电流的变化有抗拒作用，即其中的电流是不能突变的。当电感中的电流变化时，会产生自感电势，其极性阻止电流变化。,12,3.2.1 单相半波可控整流电路,2
5、、整流原理及波形 3、出现负半波的后果 （1） 电压平均值减小（与阻性负载比） （2） 若LR，则Ud0（正半波面积负半波面积）失去整流的意义 解决方法：设法消除负半波，可加一续流二极管,13,3.2.1 单相半波可控整流电路,三、带续流二极管的电路 1、特点及波形 电压波形没有负半波，与阻性负载时相同 LR（L或L足够大）负载电流波形近似平直连续,14,3.2.1 单相半波可控整流电路,2、IdVT、IVT的计算 3、其他说明 晶闸管和二极管的最大正反向电压为2*U2 最大移相范围180 触发脉冲应采用宽脉冲,单相半波可控整流电路的优点：简单，易调整 缺点：输出脉动大，变压器存在直流分量，铁
6、心直流磁化 适用场合：小容量，要求不高的场合,15,3.2.2 单相桥式全控整流电路,一、电阻性负载 1、整流原理及波形 VT1、VT4成对触发 VT2、VT3成对触发 （1） ud、id波形 （2） uVT波形（以uVT1、uVT4波形为例）,Single-phase bridge fully-controlled rectifier,d1,d2,16,3.2.2 单相桥式全控整流电路,2、参数计算,17,3.2.2 单相桥式全控整流电路,二、阻感性负载（LR） 1、整流原理及波形 2、参数计算（无续流二极管）,18,3.2.2 单相桥式全控整流电路,3、特点 大L（不加续流二极管）ud波形
7、连续，有负半波，Ud=0.9U2cos 大L（加续流二极管）ud无负半波，波形断续，Ud=0.9U2（1+cos）/2，波形同电阻性负载。 大L，id平直=Id，VT的电流是方波 小L，ud有负半波且不连续,19,3.2.2 单相桥式全控整流电路,三、反电势负载 1、整流特点 （1） 只有u2的瞬时值大于负载反电势时，SCR才能被触发导通 （2） SCR导通后，ud=u2=E+Id*R 2、波形 =arcsin（E/2*U2）停止导通角,20,3.2.2 单相桥式全控整流电路,3、存在问题 （1） SCR导通角VT=- （2） id不连续，机械特性变软 为了解决这一问题，一般要串入平波电抗器，
8、使电流连续，此时电路工作情况与大电感时相同，ud的波形、Ud的计算亦同。Id的计算不同。,21,作业： 1、单相桥式全控整流电路，U2100V，负载中R2，L值极大，当30时，要求：作出ud、id、和i2的波形；求整流输出平均电压Ud、电流Id，变压器二次电流有效值I2；考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。 2、单相桥式全控整流电路，U2=100V，负载中R=2，L值极大，反电势E=60V，当a=30时，要求： 作出ud、id和i2的波形； 求整流输出平均电压Ud、电流Id，变压器二次侧电流有效值I2； 考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。,22,3.2.3 单相桥式半控整
9、流电路,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,Single-phase bridge half-controlled rectifier,23,3.2.3 单相桥式半控整流电路,注意：半控桥大电感负载不加VDR时也没有负半波，但脉冲故障时会失控。 所谓失控现象指晶闸管失去控制作用而不能关断，总处于导通状态，而另两只整流管却在电压u2=0时自然换相而导通。这种现象会使晶闸管很容易因过载而损坏。,24,3.2.3 单相桥式半控整流电路,二、加续流二极管（续流
10、二极管为了防止失控） （1）工作波形 （2）参数计算,25,3.2.4 单相全波可控整流电路（单相双半波可控整流电路）,单相全波和单相全控桥区别： （1） 单相全波的变压器二次侧绕组带心抽头，结构复杂 （2） 单相全波电路只用了两个晶闸管，但每个晶闸管承受的最大电压是单相全控桥的两倍 （3） 导电回路只含一个晶闸管，少一个管压降,（4）门极驱动电路只需要两个，比单相全控桥也少2个,Single-phase full-wave controlled rectifier,26,3.3 三相可控整流电路,1、 本节为整流重点 2、 三相半波是基础 3、 本节的重点 （1） ud、id、uT的波形 （
11、2） Ud、Id、IT、I2的计算 4、 应注意的几个问题 （1） =0的位置 （2） ud的波形连续和不连续时，Ud的计算特点 （3） R和大L负载时电流波形的特点和计算规律,27,3.3.1 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） =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： =0时，波形与不可控相同 30（=30为例）电流连续 =120 30（=60为例）电流不连续=150-,28,3.3.1 三相半波可控整流电路,2、uVT的波形（以uVT1的波形为例）
12、VT1导通uVT1=0 VT2导通uVT1=ua-ub=uab VT3导通uVT1=ua-uc=uac 都不导通uVT1=ua 注意：角以自然换流点向右计，三个脉冲同时向右计,29,3、参数计算,整流电压平均值的计算（1）a30时，负载电流连续，有：当a=0时，Ud最大，为 。 （2）a30时，负载电流断续，晶闸管导通角减小，此时有：,3.3.1 三相半波可控整流电路,30,2.2.1 三相半波可控整流电路,负载电流平均值为晶闸管承受的最大反向电压，为变压器二次线电压峰值，即晶闸管阳极与阴极间的最大正向电压等于变压器二次相电压的峰值，即,31,（二）阻感性负载（大电感） 电流波形近似平直连续
13、1、30（=30为例）ud波形与电阻性负载时相同 2、3090（=60为例）由于电感的作用，ud波形出现负半波，ud波形仍然连续。 3、大电感加续流二极管，ud无负半波，3090时ud波形不连续。,3.3.1 三相半波可控整流电路,32,3.3.1 三相半波可控整流电路,参数计算： 由于负载电流连续，因此变压器二次电流即晶闸管电流的有效值为晶闸管的额定电流为晶闸管最大正、反向电压峰值为,33,三相半波可控整流电路小结 1. =0的位置在相电压自然换流点 共阴极接法相电压正半波交点 共阳极接法相电压负半波交点 2. 三相脉冲互差120，同时移相 3. 电阻性负载和大电感加续流二极管负载30电流连
14、续 =120 30电流不连续=150- 移相范围150,3.3.1 三相半波可控整流电路,34,3.3.1 三相半波可控整流电路,大电感负载 30ud波形与电阻性负载时相同=120 3090ud波形出现负半波，ud波形仍然连续。 移相范围90 4. 半波整流的优缺点 优点：三相平衡，线路简单 缺点：（1）有直流磁化（2）变压器每周最多工作120，利用率底（3）零线电压大，导线粗,35,作业： 三相半波可控整流电路，U2=100V，带电阻电感负载，R=5，L值极大，当a=60时，要求： （1）画出ud、id、uVT2和iVT3的波形； （2）计算Ud、Id、IdVT和IVT。,36,一、电路特点
15、,3.3.2 三相桥式全控整流电路,共阴极组阴极连接在一起的3个晶闸管（VT1，VT3，VT5）,共阳极组阳极连接在一起的3个晶闸管（VT4，VT6，VT2）,导通顺序：VT1VT2VT3 VT4VT5VT6,37,3.3.2 三相桥式全控整流电路,二、整流原理 1、工作时，共阴极和共阳极组成对导通才能形成通路 2、六个晶闸管导通的顺序是： 6，11，22，33，44，55，66，1 3、线电压整流 通常是线电压最高的两只晶闸管触发导通,38,3.3.2 三相桥式全控整流电路,晶闸管及输出整流电压的情况如表21所示,39,3.3.2 三相桥式全控整流电路,三、不同角时的波形（大电感不加续流二极
16、管） 1、=0每个管子导通120，id平直，iT为方波 2、=30六脉冲同时右移30 1）ud的波形是触发导通后线电压的部分 2）uVT的波形（以uVT1、uVT2的波形为例） 3、 =60、90 时波形 大电感负载不加续流二极管：60电压波形连续，但有负半波 电阻性负载和大电感负载加续流二极管：60电压波形不连续 以上三种情况，60电压波形连续，没有负半波,40,3.3.2 三相桥式全控整流电路,四、三相全控桥对脉冲的要求 1、每周发六个脉冲，间隔60，顺序123456 2、=0的位置在自然换流点 3、0时，六脉冲同时右移 4、为了保证成对触发： （1）用宽脉冲，脉宽大于60 （2）用双窄脉
17、冲，同时发出两个脉冲，使共阴极组和共阳极组应导通的晶闸管都有脉冲。另一个脉冲补发脉冲,41,3.3.2 三相桥式全控整流电路,五、参数计算 当整流输出电压连续时（即带阻感负载时，或带电阻负载a60时）的平均值为：带电阻负载且a 60时，整流电压平均值为：输出电流平均值为 ：Id=Ud /R,42,平均值： 有效值：（3）晶闸管承受的最大正反压：（4）当整流变压器采用星形接法，带电感性负载时，变压器二次侧电流有效值为：,43,(5)功率因数：三相桥式全控整流电路接反电势电感性负载时，在负载电感足够大足以使负载电流连续的情况下，电路工作情况与电感性负载时相似，电路中各处电压、电流波形均相同，仅在计
18、算Id时有所不同，接反电势电感性负载时的Id为：式中R和E分别为负载中的电阻值和反电动势的值。,44,3.3.2 三相桥式全控整流电路,小结： (1) 找出=0的位置，0时，六脉冲同时右移。 (2) 据的大小，先确定1#脉冲的位置，其余按60间隔顺序排列。 (3) ud的波形是导通线电压的部分，对应的脉冲顺序如表2-1所示,45,3.3.2 三相桥式全控整流电路,(4) 大电感负载不加续流二极管：60电压波形连续，但有负半波。 电阻性负载和大电感负载加续流二极管：60电压波形不连续 (5) Ud的计算 (6) 频率：50*6=300HZ (7) 反电势加大电感负载，其电压电流波形及电压计算同大电感负载。,46,作业：三相桥式全控整流电路，U2=100V，带电阻电感负载，R=5，L值极大，当a=60时，要求： （1）画出ud、id 、uVT2和iVT3的波形； （2）计算Ud、Id、IdVT和IVT。,
