交流-直流变换电路ppt课件

第第3章章 交流交流-直流变换电路直流变换电路 3.1 概述概述 3.2 单相可控整流电路单相可控整流电路 3.3 三相可控整流三相可控整流 3.4 有源逆变电路有源逆变电路 3.5 整流电路的性能指标及应用技术整流电路的性能指标及应用技术 本章小结本章小结1第3章交流-直流变换电路3.1概述13.1 3.1 概述概述整流电路的分类整流电路的分类：按组成的器件可分为不可控不可控、半控半控、全控全控三种。按电路结构可分为桥式电路桥式电路和零式电路零式电路。按交流输入相数分为单相电路单相电路和多相电路多相电路。按变压器二次侧电流的方向是单向或双向，又分为单拍电路单拍电路和双拍电路双拍电路。整流电路整流电路：出现最早的电力电子电路，将交流电变为直流电。23.1概述整流电路：23.2 单相可控整流电路单相可控整流电路3.2.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路3.2.2 单相全控桥式整流电路单相全控桥式整流电路3.2.3 单相半控桥式整流电路单相半控桥式整流电路33.2单相可控整流电路3.2.1单相半波可控整流电路3.2.1 3.2.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路一、电阻性负载一、电阻性负载电电炉炉、电电焊焊机机及及白白炽炽灯灯等等均均属于电阻性负载属于电阻性负载变变压压器器T T起起变变换换电电压压和和电电气气隔离的作用。隔离的作用。电电阻阻负负载载的的特特点点：电电压压与与电电流成正比，两者波形相同。流成正比，两者波形相同。工作原理分析工作原理分析图图3-2-1单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路（电阻性负载）及波形（电阻性负载）及波形wwwwtTVTR0a)u1u2uVTudidwt1p2ptttu2uguduVTaq0b)c)d)e)0043.2.1单相半波可控整流电路一、电阻性负载图3-2-1工作原理分析工作原理分析在电源电压正半周，晶闸管承受正向电压，在电源电压正半周，晶闸管承受正向电压，在在t=t=处触发晶闸管，晶闸管开始导通；处触发晶闸管，晶闸管开始导通；负载上的电压等于变压器输出电压负载上的电压等于变压器输出电压u u2 2。在。在tt=时刻，电源电压过零，晶闸管电流时刻，电源电压过零，晶闸管电流小于维持电流而关断，负载电流为零。小于维持电流而关断，负载电流为零。在电源电压负半周，在电源电压负半周，u uAKAK0 0，晶闸管承受反，晶闸管承受反向电压而处于关断状态，负载电流为零，向电压而处于关断状态，负载电流为零，负载上没有输出电压，直到电源电压负载上没有输出电压，直到电源电压u u2 2的的下一周期，直流输出电压下一周期，直流输出电压u ud d和负载电流和负载电流i id d的的波形相位相同。波形相位相同。通过改变触发角通过改变触发角的大小，直流输出电压的大小，直流输出电压u ud d的波形发生变化，负载上的输出电压平均的波形发生变化，负载上的输出电压平均值发生变化，显然值发生变化，显然=180=180时，时，U Ud d=0 0。由于。由于晶闸管只在电源电压正半波内导通，输出晶闸管只在电源电压正半波内导通，输出电压电压u ud d为极性不变但瞬时值变化的脉动直为极性不变但瞬时值变化的脉动直流，故称流，故称“半波半波”整流。整流。3.2.1 3.2.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路wwwwtTVTR0a)u1u2uVTudidwt1p2ptttu2uguduVTaq0b)c)d)e)00图图3-2-1单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路（电阻性负载）及波形（电阻性负载）及波形5工作原理分析3.2.1单相半波可控整流电路wwwwtTV 首先，引入两个重要的基本概念：首先，引入两个重要的基本概念：触触发发延延迟迟角角：从从晶晶闸闸管管开开始始承承受受正正向向阳阳极极电电压压起起到到施施加加触发脉冲止的电角度触发脉冲止的电角度,用用表示表示,也称触发角或控制角。也称触发角或控制角。导通角导通角：晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度称晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度称为导通角，用为导通角，用表示表示 。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称为相位控制方式相位控制方式，简称，简称相控方式相控方式。在单相半波可控整流电阻性负载电路中在单相半波可控整流电阻性负载电路中,移相角移相角的控制范围为的控制范围为:0 0，对应的导通角对应的导通角的可变范围是的可变范围是0 0，两者关系为两者关系为 =。3.2.1 3.2.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路6首先，引入两个重要的基本概念：3.2.1单相半波可控2.2.基本数量关系基本数量关系(1)(1)直流输出电压平均值直流输出电压平均值U Ud d与输出电流平均值与输出电流平均值I Id d3.2.1 3.2.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路n 输出电流平均值输出电流平均值I Id d:n 直流输出电压平均值直流输出电压平均值U Ud d:72.基本数量关系3.2.1单相半波可控整流电路输出电(2)(2)输出电压有效值输出电压有效值U U与输出电流有效值与输出电流有效值I I3.2.1 3.2.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路n 输出电流有效值输出电流有效值I I :n 直流输出电压有效值U:8(2)输出电压有效值U与输出电流有效值I3.2.1单相(3)(3)晶闸管电流有效值和变压器二次侧电流有效晶闸管电流有效值和变压器二次侧电流有效值值单相半波可控整流电路中，负载、晶闸管和变单相半波可控整流电路中，负载、晶闸管和变压器二次侧流过相同的电流，故其有效值相等，压器二次侧流过相同的电流，故其有效值相等，即：即：3.2.1 3.2.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路9(3)晶闸管电流有效值和变压器二次侧电流有效值3.2.1(4)(4)功率因数功率因数coscos整流器功率因数是变压器二次侧有功功率与视在功率整流器功率因数是变压器二次侧有功功率与视在功率的比值的比值式中式中 P P变压器二次侧有功功率，变压器二次侧有功功率，P P=UIUI=I I2 2R R S S变压器二次侧视在功率，变压器二次侧视在功率，S=US=U2 2I I2 2(5)(5)晶闸管承受的最大正反向电压晶闸管承受的最大正反向电压U UTMTM晶闸管承受的最大正反向电压晶闸管承受的最大正反向电压U UTMTM是相电压峰值。是相电压峰值。3.2.1 3.2.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路10(4)功率因数cos3.2.1单相半波可控整流电路1例例3-13-1 如图所示单相半波可控整流器，电阻性如图所示单相半波可控整流器，电阻性负载，电源电压负载，电源电压U U2 2为为220V220V，要求的直流输出电压为，要求的直流输出电压为50 V50 V，直流输出平均电流为，直流输出平均电流为20A20A。试计算：试计算：(1)(1)晶闸管的控制角。晶闸管的控制角。(2)(2)输出电流有效值。输出电流有效值。(3)(3)电路功率因数。电路功率因数。(4)(4)晶闸管的额定电压和额定电流。晶闸管的额定电压和额定电流。3.2.1 3.2.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路11例3-1如图所示单相半波可控整流器，电阻性负载，电源电解:(1)当当=90 时，输出电流有效值时，输出电流有效值(3)(2)则=9012解:(1)当=90时，输出电流有效值(3)(2(4)晶闸管电流有效值晶闸管电流有效值IT与输出电流有效值相等，即：与输出电流有效值相等，即：（5）晶闸管承受的最高电压：）晶闸管承受的最高电压：考虑考虑(23)倍安全裕量，晶闸管的额定电压为倍安全裕量，晶闸管的额定电压为根据计算结果可以选取满足要求的晶闸管。根据计算结果可以选取满足要求的晶闸管。取取2倍安全裕量，晶闸管的额定电流为：倍安全裕量，晶闸管的额定电流为：则13(4)晶闸管电流有效值IT与输出电流有效值相等，即：（3.2.1 3.2.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路2）电感性负载）电感性负载电电感感性性负负载载通通常常是是电电机机的的励励磁线圈和负载串联电抗器等。磁线圈和负载串联电抗器等。电电感感性性负负载载的的特特点点：电电感感对对电电流流变变化化有有抗抗拒拒作作用用，使使得得流过电感的电流不发生突变。流过电感的电流不发生突变。图图3-2-2带阻感负载的带阻感负载的单相半波电路及其波形单相半波电路及其波形143.2.1单相半波可控整流电路2）电感性负载图3-2图图3-2-3带阻感负载带阻感负载(不接续流不接续流管管)的的单相半波电路及其波形单相半波电路及其波形1.无无续流二极管时续流二极管时v工作原理工作原理0：uAK大于零，但门极没有触发大于零，但门极没有触发信号，晶闸管处于正向关断状态，信号，晶闸管处于正向关断状态，输出电压、电流都等于零。输出电压、电流都等于零。在在t=时，门极有触发信号，晶闸时，门极有触发信号，晶闸管被触发导通，负载电压管被触发导通，负载电压ud=u2。当当t=时，交流电压时，交流电压u2过零，由于过零，由于有电感电势的存在，晶闸管的电压有电感电势的存在，晶闸管的电压uAK仍大于零，晶闸管会继续导通，仍大于零，晶闸管会继续导通，电感的储能全部释放完后，晶闸管电感的储能全部释放完后，晶闸管在在u2反压作用下而截止。直到下一反压作用下而截止。直到下一个周期的正半周。个周期的正半周。3.2.1 3.2.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路有负面积有负面积15图3-2-3带阻感负载(不接续流管)的单相半波电路v数量关系数量关系 直流输出电压平均值直流输出电压平均值U Ud d为为 从从U Ud d的波形可以看出，由于电感负载的存在，电源电压的波形可以看出，由于电感负载的存在，电源电压由正到负过零点也不会关断，输出电压出现了负波形，输由正到负过零点也不会关断，输出电压出现了负波形，输出电压和电流的平均值减小；当大电感负载时输出电压正出电压和电流的平均值减小；当大电感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，则负面积趋于相等，输出电压平均值趋于零，则I Id d也很小。也很小。所以，所以，实际的大电感电路中，常常在负载两端并联一个续实际的大电感电路中，常常在负载两端并联一个续流二极管流二极管。3.2.1 3.2.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路16数量关系3.2.1单相半波可控整流电路162.2.接续流二极管时接续流二极管时工作原理工作原理u u2 20 0：u uAKAK0 0。在。在t=t=处触处触发晶闸管导通，发晶闸管导通，u ud d=u u2 2续流二续流二极管极管V VDRDR承受反向电压而处于断承受反向电压而处于断态。态。u u2 20 0：电感的感应电压使电感的感应电压使V VDRDR承受正向电压导通续流，晶闸承受正向电压导通续流，晶闸管承受反压关断管承受反压关断,u ud d=0=0。如果电。如果电感足够大，续流二极管一直导感足够大，续流二极管一直导通到下一周期晶闸管导通，使通到下一周期晶闸管导通，使i id d连续。连续。3.2.1 3.2.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路图图3-2-4带阻感负载带阻感负载(接续流管接续流管)的的单相半波电路及其波形单相半波电路及其波形u2udiduVTiVTIdIdwt1wtwtwtwtwtwtOOOOOOp-ap+ab)c)d)e)f)g)iVDRa)172.接续流二极管时3.2.1单相半波可控整流电路图3由以上分析可以看出，电感性负载加续流二极管后，由以上分析可以看出，电感性负载加续流二极管后，输出电压波形与电阻性负载波形相同，续流二极管可输出电压波形与电阻性负载波形相同，续流二极管可以起到提高输出电压的作用。在大电感负载时负载以起到提高输出电压的作用。在大电感负载时负载电电流波形连续且近似一条直线，流过晶闸管的电流波形流波形连续且近似一条直线，流过晶闸管的电流波形和流过续流二极管的电流波形是矩形波和流过续流二极管的电流波形是矩形波。对于电感性负载加续流二极管的单相半波可控整流器对于电感性负载加续流二极管的单相半波可控整流器移相范围移相范围与单相半波可控整流电路电阻性负载相同为与单相半波可控整流电路电阻性负载相同为0 0180180，且有，且有+=180180。3.2.1 3.2.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路18由以上分析可以看出，电感性负载加续流二极管后，输出电压波形与v基本数量关系基本数量关系(1)(1)输出电压平均值输出电压平均值U Ud d与输出电流平均值与输出电流平均值I Id d输出电压平均值输出电压平均值U Ud d输出电流平均值输出电流平均值I Id d3.2.1 3.2.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路19基本数量关系3.2.1单相半波可控整流电路19(2)(2)晶闸管的电流平均值晶闸管的电流平均值I IdTdT与晶闸管的电流有效值与晶闸管的电流有效值I IT T晶闸管的电流平均值晶闸管的电流平均值I IdTdT ：晶闸管的电流有效值晶闸管的电流有效值I IT T：3.2.1 3.2.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路20(2)晶闸管的电流平均值IdT与晶闸管的电流有效值IT3.(3)(3)续续流流二二极极管管的的电电流流平平均均值值I IdDdD与与续续流流二二极极管管的的电电流有效值流有效值I ID D3.2.1 3.2.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路21(3)续流二极管的电流平均值IdD与续流二极管的电流有效值单相半波可控整流电路的特点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简单，但输出脉动大，变压器二次侧电流中简单，但输出脉动大，变压器二次侧电流中简单，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。含直流分量，造成变压器铁芯直流磁化。含直流分量，造成变压器铁芯直流磁化。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。实际上很少应用此种电路。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是建立起整流电路的分析该电路的主要目的是建立起整流电路的分析该电路的主要目的是建立起整流电路的分析该电路的主要目的是建立起整流电路的基本概念。基本概念。基本概念。基本概念。3.2.1单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路22单相半波可控整流电路的特点3.2.1单相半波可控整流电路3.2.2 单相全控桥式整流电路单相全控桥式整流电路1)带电阻负载的工作情况带电阻负载的工作情况a)u(i)pwtwtwt000i2udidb)c)d)ddaauVT1,4图3-2-5单相全控桥式带电阻负载时的电路及波形工作原理及波形分析工作原理及波形分析VT1和和VT4组组成成一一对对桥桥臂臂，在在u2正正半半周周承承受受电电压压u2，得得到到触触发发脉脉冲冲即即导导通通，当当u2过过零零时关断。时关断。VT2和和VT3组组成成另另一一对对桥桥臂臂，在在u2正正半半周周承承受受电电压压-u2，得得到到触触发发脉脉冲冲即即导导通通，当当u2过零时关断。过零时关断。电路结构电路结构单相全控桥式整流电路单相全控桥式整流电路(Single Phase Bridge Contrelled Rectifier)233.2.2单相全控桥式整流电路1)带电阻负载的工作数量关系数量关系1)1)输出直流电压平均值输出直流电压平均值U Ud d及有效值及有效值U U（a 角的移相范围为角的移相范围为180。）。）3.2.2 3.2.2 单相全控桥式整流电路单相全控桥式整流电路2)输出直流电流平均值输出直流电流平均值Id3)晶闸管电流平均值晶闸管电流平均值IdT和有效值和有效值ITpwtwtwt000i2udidb)c)d)ddaauVT1,424数量关系3.2.2单相全控桥式整流电路2)输出直流电3.2.2 3.2.2 单相全控桥式整流电路单相全控桥式整流电路5)5)功率因数功率因数4)4)变压器二次测电流有效值变压器二次测电流有效值I2与输出直流电流与输出直流电流I有效值相等：有效值相等：不考虑变压器的损耗时，要不考虑变压器的损耗时，要求变压器的容量求变压器的容量 S=U2I2。pwtwtwt000i2udidb)c)d)ddaauVT1,4253.2.2单相全控桥式整流电路5)功率因数4)变压器3.2.2 单相全控桥式整流电路单相全控桥式整流电路2）带阻感负载的工作情况）带阻感负载的工作情况u2OwtOwtOwtudidi2b)OwtOwtuVT1,4OwtOwtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4图3-2-6单相全控桥带阻感负载时的电路及波形假假设设电电路路已已工工作作于于稳稳态态，id的的平平均值不变。均值不变。假假设设负负载载电电感感很很大大，负负载载电电流流id连续且波形近似为一水平线连续且波形近似为一水平线。u2过过零零变变负负时时，晶晶闸闸管管VT1和和VT4并不关断。并不关断。至至t=+时时刻刻，晶晶闸闸管管VT1和和VT4关断，关断，VT2和和VT3两管导通两管导通。VT2和和VT3导导通通后后，VT1和和VT4承承受受反反压压关关断断，流流过过VT1和和VT4的的电电流流迅迅速速转转移移到到VT2和和VT3上上，此此过过程称程称换相换相，亦称，亦称换流换流。263.2.2单相全控桥式整流电路2）带阻感负载的工作情况3.2.2 单相全控桥式整流电路单相全控桥式整流电路数量关系数量关系晶闸管移相范围为晶闸管移相范围为90。晶晶 闸闸 管管 导导 通通 角角 与与 a无无 关关，均均 为为180。电流的平均值和有效值：。电流的平均值和有效值：变压器二次侧电流变压器二次侧电流i2的波形为正负各的波形为正负各180 的矩形波，其相的矩形波，其相位由位由a角决定，有效值角决定，有效值I2=Id。晶闸管承受的最大正反向电压均为晶闸管承受的最大正反向电压均为。2OwtOwtOwtudidi2b)OwtOwtuVT1,4OwtOwtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4273.2.2单相全控桥式整流电路数量关系晶闸管移相范围电感性负载（接续流二极管）电感性负载（接续流二极管）电感性负载（接续流二极管）电感性负载（接续流二极管）为为为为了了了了扩扩扩扩大大大大移移移移相相相相范范范范围围围围，使使使使波波波波形形形形不不不不出出出出现现现现负负负负值值值值且且且且输输输输出出出出电电电电流流流流更更更更加加加加平平平平稳稳稳稳，可可可可在在在在负负负负载载载载两两两两端端端端并并并并接接接接续续续续流流流流二二二二极极极极管管管管，如如如如图图图图3-2-7a3-2-7a3-2-7a3-2-7a电路所示。电路所示。电路所示。电路所示。接接接接续续续续流流流流管管管管后后后后，的的的的移移移移相相相相范范范范围围围围可可可可扩扩扩扩大大大大到到到到0 0 0 0。在在在在这这这这区区区区间间间间内内内内变变变变化化化化，只只只只要要要要电电电电感感感感量量量量足足足足够够够够大大大大，输输输输出出出出电电电电流流流流i i i id d d d就就就就可可可可保保保保持持持持连连连连续续续续且平稳。且平稳。且平稳。且平稳。在在在在电电电电源源源源电电电电压压压压u u u u2 2 2 2过过过过零零零零变变变变负负负负时时时时，续续续续流流流流管管管管承承承承受受受受正正正正向向向向电电电电压压压压而而而而导导导导通通通通，晶晶晶晶闸闸闸闸管管管管承承承承受受受受反反反反向向向向电电电电压压压压被被被被关关关关断断断断。这这这这样样样样u u u ud d d d波波波波形形形形与与与与电电电电阻阻阻阻性性性性负负负负载载载载相相相相同同同同，如如如如图图图图3-2-7b3-2-7b3-2-7b3-2-7b所所所所示示示示。负负负负载载载载电电电电流流流流i i i id d d d是是是是由由由由晶晶晶晶闸闸闸闸管管管管VTVTVTVT1 1 1 1和和和和VTVTVTVT 3 3 3 3、VTVTVTVT2 2 2 2和和和和VTVTVTVT、续续续续流流流流管管管管VDVDVDVD相相相相继继继继轮轮轮轮流流流流导导导导通通通通而而而而形形形形成成成成的的的的。u u u uT T T T波波波波形形形形与电阻负载时相同与电阻负载时相同与电阻负载时相同与电阻负载时相同。3.2.2 3.2.2 单相全控桥式整流电路单相全控桥式整流电路28电感性负载（接续流二极管）3.2.2单相全控桥式整流电路图图图图3-2-73-2-7单相全控桥带阻感负载时的电路及波形单相全控桥带阻感负载时的电路及波形单相全控桥带阻感负载时的电路及波形单相全控桥带阻感负载时的电路及波形（接续流管）（接续流管）（接续流管）（接续流管）接入接入接入接入VDVD：扩大移相范围，不：扩大移相范围，不：扩大移相范围，不：扩大移相范围，不让让让让u ud d出现负面积。出现负面积。出现负面积。出现负面积。移相范围：移相范围：移相范围：移相范围：0 0 180180 u ud d波形与电阻性负载相同波形与电阻性负载相同波形与电阻性负载相同波形与电阻性负载相同I Id d由由由由VT1VT1和和和和VT3VT3，VT2VT2和和和和VT4VT4，以及，以及，以及，以及VDVD轮流导通形成。轮流导通形成。轮流导通形成。轮流导通形成。u u u uT T T T波形与电阻负载时相同。波形与电阻负载时相同。波形与电阻负载时相同。波形与电阻负载时相同。29图3-2-7单相全控桥带阻感负载时的电路及波形（接3.3.带反电动势负载时的工作情况带反电动势负载时的工作情况带反电动势负载时的工作情况带反电动势负载时的工作情况 在在在在|u u2 2|E E时，才有晶闸管承时，才有晶闸管承时，才有晶闸管承时，才有晶闸管承受正电压，有导通的可能。受正电压，有导通的可能。受正电压，有导通的可能。受正电压，有导通的可能。图图3-2-8单相全控桥式整流电路接反单相全控桥式整流电路接反电动势电动势电阻负载时的电路及波形电阻负载时的电路及波形3.2.2 3.2.2 3.2.2 3.2.2 单相全控桥式整流电路单相全控桥式整流电路单相全控桥式整流电路单相全控桥式整流电路电流断续电流断续 导通之后，导通之后，导通之后，导通之后，u ud d=u u2 2，直至直至直至直至|u u2 2|=|=E E，i id d即降至即降至即降至即降至0,0,使得使得使得使得晶闸管关断，此后晶闸管关断，此后晶闸管关断，此后晶闸管关断，此后u ud d=E E。与电阻负载时相比，晶闸管提前了电角度与电阻负载时相比，晶闸管提前了电角度停止导电，停止导电，称为停止导电角，称为停止导电角，在在a 角相同时，反电动势整流输出电压比电阻负载时大。角相同时，反电动势整流输出电压比电阻负载时大。b)idOEudwtIdOwtaqd303.带反电动势负载时的工作情况图3-2-8单相全控3.2.2 单相全控桥式整流电路单相全控桥式整流电路负载为直流电动机时，如负载为直流电动机时，如果出现电流断续，则电动果出现电流断续，则电动机机的机械特性将很软的机械特性将很软。为为了了克克服服此此缺缺点点，一一般般在在主主电电路路中中直直流流输输出出侧侧串联串联一个一个平波电抗器平波电抗器。这时整流电压这时整流电压ud的波形和负载电流的波形和负载电流id的波形与阻感负载电流连的波形与阻感负载电流连续时的波形相同，续时的波形相同，ud的计算公式也一样。的计算公式也一样。为保证电流连续所需的电感量为保证电流连续所需的电感量L可由下式求出：可由下式求出：图3-2-9单相全控桥式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twwOud0Eidtpdaq=p313.2.2单相全控桥式整流电路负载为直流电动机时，如果为了使电流连续，一般在主电路中直流输出侧串联一个平波为了使电流连续，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。电抗器，用来减少电流的脉动和延长晶闸管导通的时间。电电感量足够大时，电流波形近似一直线。感量足够大时，电流波形近似一直线。3.2.2 3.2.2 单相全控桥式整流电路单相全控桥式整流电路电流连续电流连续有负面积有负面积由于电感存在由于电感存在Ud波形出现负面积，使波形出现负面积，使Ud下降。下降。可调范围：可调范围：0 90 图图3-2-9单相全控桥式整流电路带反电动势单相全控桥式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串平波电抗器，电流连续的临界情况twwOud0Eidtpdaq=p32为了使电流连续，一般在主电路中直流输出侧串联一个平波电抗器，3.2.2 3.2.2 单相全控桥式整流电路单相全控桥式整流电路接入接入VD：扩大移相范围，不让：扩大移相范围，不让ud出现负面积。出现负面积。移相范围：移相范围：0 180 ud波形与电阻性负载相同波形与电阻性负载相同Id由由VT1和和VT4，V2和和VT3，以，以及及VD轮流导通形成。轮流导通形成。图图3-2-10单相全控桥式整流电路，单相全控桥式整流电路，有反电动势负载串平波电抗器、接续流二极管有反电动势负载串平波电抗器、接续流二极管333.2.2单相全控桥式整流电路接入VD：扩大移相范围，不 单相全波可控整流电路单相全波可控整流电路 单相全波可控整流电路（单相全波可控整流电路（Single Phase Full Wave Controlled Rectifier)，又称单相双半波可控整流电路。，又称单相双半波可控整流电路。单单相相全全波波与与单单相相全全控控桥桥从从直直流流输输出出端端或或从从交交流流输输入入端端看均是基本一致的。看均是基本一致的。变压器不存在直流磁化的问题。变压器不存在直流磁化的问题。图图3-2-11单相全波可控整流电路及波形单相全波可控整流电路及波形a)wtwab)udi1OOt34单相全波可控整流电路单相全波可控整流电路（S 单相全波可控整流电路单相全波可控整流电路单相全波与单相全控桥的区别：单相全波与单相全控桥的区别：单相全波中变压器结构较复杂，材料的消耗多。单相全波中变压器结构较复杂，材料的消耗多。单单相相全全波波只只用用2个个晶晶闸闸管管，比比单单相相全全控控桥桥少少2个个，相相应应地地，门门极极驱驱动动电电路路也也少少2个个；但但是是晶晶闸闸管管承承受受的的最最大电压是单相全控桥的大电压是单相全控桥的2倍。倍。单单相相全全波波导导电电回回路路只只含含1个个晶晶闸闸管管，比比单单相相桥桥少少1个个，因而管压降也少因而管压降也少1个。个。从从上上述述后后两两点点考考虑虑，单单相相全全波波电电路路有有利利于于在在低低输输出出电电压的场合压的场合应用。应用。35单相全波可控整流电路单相全波与单相全控桥的区别：单3.2.3 3.2.3 单相半控桥式整流电路单相半控桥式整流电路单单单单相相相相全全全全控控控控桥桥桥桥中中中中，每每每每个个个个导导导导电电电电回回回回路路路路中中中中有有有有2 2个个个个晶晶晶晶闸闸闸闸管管管管，为为为为了了了了对对对对每每每每个个个个导导导导电电电电回回回回路路路路进进进进行行行行控控控控制制制制，只只只只需需需需1 1个个个个晶晶晶晶闸闸闸闸管管管管就就就就可可可可以以以以了了了了，另另另另1 1个个个个晶晶晶晶闸闸闸闸管管管管可可可可以以以以用用用用二二二二极极极极管管管管代代代代替替替替，从从从从而而而而简简简简化化化化整整整整个个个个电电电电路路路路。如如如如此此此此即即即即成成成成为为为为单单单单相相相相桥桥桥桥式式式式半半半半控控控控整整整整流流流流电电电电路路路路（先不考虑（先不考虑（先不考虑（先不考虑VDVDR R）。）。）。）。半半半半控控控控电电电电路路路路与与与与全全全全控控控控电电电电路路路路在在在在电电电电阻阻阻阻负载时的工作情况相同。负载时的工作情况相同。负载时的工作情况相同。负载时的工作情况相同。图图3-2-12单相桥式半控整流电路，单相桥式半控整流电路，有续流二极管，阻感负载时有续流二极管，阻感负载时的电路及波形的电路及波形363.2.3单相半控桥式整流电路单相全控桥中，每个导电回路vv单相半控桥带阻感负载的情况单相半控桥带阻感负载的情况单相半控桥带阻感负载的情况单相半控桥带阻感负载的情况 假假假假设设设设负负负负载载载载中中中中电电电电感感感感很很很很大大大大，且且且且电电电电路路路路已已已已工工工工作作作作于稳态于稳态于稳态于稳态 在在在在u u2 2正正正正半半半半周周周周，触触触触发发发发角角角角a a处处处处给给给给晶晶晶晶闸闸闸闸管管管管VTVT1 1加加加加触触触触发发发发脉脉脉脉冲冲冲冲，u u2 2经经经经VTVT1 1和和和和VDVD4 4向向向向负载供电。负载供电。负载供电。负载供电。u u2 2过过过过零零零零变变变变负负负负时时时时，因因因因电电电电感感感感作作作作用用用用使使使使电电电电流流流流连连连连续续续续，VTVT1 1继继继继续续续续导导导导通通通通。但但但但因因因因a a点点点点电电电电位位位位低低低低于于于于b b点点点点电电电电位位位位，使使使使得得得得电电电电流流流流从从从从VDVD4 4转转转转移移移移至至至至VDVD2 2，VDVD4 4关关关关断断断断，电电电电流流流流不不不不再再再再流流流流经经经经变变变变压压压压器器器器二二二二次次次次绕绕绕绕组组组组，而而而而是是是是由由由由VTVT1 1和和和和VDVD2 2续续续续流。流。流。流。在在在在u u2 2负负负负半半半半周周周周触触触触发发发发角角角角a a 时时时时刻刻刻刻触触触触发发发发VTVT3 3，VTVT3 3导导导导通通通通，则则则则向向向向VTVT1 1加加加加反反反反压压压压使使使使之之之之关关关关断断断断，u u2 2经经经经VTVT3 3和和和和VDVD2 2向向向向负负负负载载载载供供供供电电电电。u u2 2过过过过零零零零变变变变正正正正时时时时，VDVD4 4导导导导通通通通，VDVD2 2关关关关断断断断。VTVT3 3和和和和VDVD4 4续流，续流，续流，续流，u ud d又为零。又为零。又为零。又为零。图图3-2-12单相桥式半控整流电路，单相桥式半控整流电路，有续流二极管，阻感负载时有续流二极管，阻感负载时的电路及波形的电路及波形3.2.3 3.2.3 单相半控桥式整流电路单相半控桥式整流电路37单相半控桥带阻感负载的情况3.2.3单相半控桥式整流电续流二极管的作用续流二极管的作用续流二极管的作用续流二极管的作用 若若若若无无无无续续续续流流流流二二二二极极极极管管管管，则则则则当当当当a a a a 突突突突然然然然增增增增大大大大至至至至180180180180 或或或或触触触触发发发发脉脉脉脉冲冲冲冲丢丢丢丢失失失失时时时时，会会会会发发发发生生生生一一一一个个个个晶晶晶晶闸闸闸闸管管管管持持持持续续续续导导导导通通通通而而而而两两两两个个个个二二二二极极极极管管管管轮轮轮轮流流流流导导导导通通通通的的的的情情情情况况况况，这这这这使使使使u u u ud d d d成成成成为为为为正正正正弦弦弦弦半半半半波波波波，即即即即半半半半周周周周期期期期u u u ud d d d为为为为正正正正弦弦弦弦，另另另另外外外外半半半半周周周周期期期期u u u ud d d d为零，其平均值保持恒定，称为为零，其平均值保持恒定，称为为零，其平均值保持恒定，称为为零，其平均值保持恒定，称为失控失控失控失控。（见。（见。（见。（见图图图图3-2-133-2-133-2-133-2-13）有有有有续续续续流流流流二二二二极极极极管管管管VDVDVDVDR R R R时时时时，续续续续流流流流过过过过程程程程由由由由VDVDVDVDR R R R完完完完成成成成，晶晶晶晶闸闸闸闸管管管管关关关关断断断断，避避避避免了某一个晶闸管持续导通从而导致失控的现象。免了某一个晶闸管持续导通从而导致失控的现象。免了某一个晶闸管持续导通从而导致失控的现象。免了某一个晶闸管持续导通从而导致失控的现象。续流期间导电回路中只有一个管压降，有利于降低损耗。续流期间导电回路中只有一个管压降，有利于降低损耗。续流期间导电回路中只有一个管压降，有利于降低损耗。续流期间导电回路中只有一个管压降，有利于降低损耗。3.2.3 3.2.3 单相桥式可控整流电路单相桥式可控整流电路38续流二极管的作用3.2.3单相桥式可控整流电路38图图3-2-13单相半控桥电感性负载不接续流二极管的情况分析单相半控桥电感性负载不接续流二极管的情况分析返回返回39图3-2-13单相半控桥电感性负载不接续流二极管的情况分3.2.3 单相半控桥式整流电路单相半控桥式整流电路单相半控桥式整流电路的另一种接法单相半控桥式整流电路的另一种接法把图把图3-5a中的中的VT3和和VT4换为二极管换为二极管VD3和和VD4，这，这样可以省去续流二极管样可以省去续流二极管VDR，续流由，续流由VD3和和VD4来实来实现。现。图图3-2-14 单相全控桥式单相全控桥式带电阻负载时的电路及波形带电阻负载时的电路及波形图图3-2-15 单相桥式半控整单相桥式半控整流电路的另一接法流电路的另一接法403.2.3单相半控桥式整流电路单相半控桥式整流电路的另3.3 三相可控整流电路三相可控整流电路引言引言交流测由三相电源供电。交流测由三相电源供电。负负载载容容量量较较大大，或或要要求求直直流流电电压压脉脉动动较较小小、容易滤波。容易滤波。基基本本的的是是三三相相半半波波可可控控整整流流电电路路，三三相相全全控桥式整流电路应用最广控桥式整流电路应用最广。413.3三相可控整流电路引言交流测由三相电源供电。43.3 三相可控整流电路三相可控整流电路3.3.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路3.3.2 三相全控桥式整流电路三相全控桥式整流电路3.3.3 变压器漏感对整流电路的影响变压器漏感对整流电路的影响423.3三相可控整流电路3.3.1三相半波可控整3.3.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路电路的特点：电路的特点：变变压压器器二二次次侧侧接接成成星星形形得得到到零零线线，而而一一次次侧侧接接成成三三角角形形避免避免3次谐波流入电网。次谐波流入电网。三三个个晶晶闸闸管管分分别别接接入入a、b、c三三相相电电源源，其其阴阴极极连连接接在在一一起起共阴极接法共阴极接法。图图3-3-1三相半波可控整流电路共阴极接三相半波可控整流电路共阴极接法电阻负载时的电路及法电阻负载时的电路及a=0 时的波形时的波形1、电阻负载、电阻负载自然换相点自然换相点：二极管换相时刻为二极管换相时刻为自然换相点自然换相点，是各相晶闸管能触发导通的最早是各相晶闸管能触发导通的最早时刻，将其作为计算各晶闸管触时刻，将其作为计算各晶闸管触发角发角a的起点，即的起点，即a=0。b)c)d)e)f)u2Riduaubuca=0Owt1wt2wt3uGOudOOuabuacOiVT1uVT1wtwtwtwtwta)433.3.1三相半波可控整流电路电路的特点：图3-3-13.3.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路a=0 时的工作原理分析时的工作原理分析变变压压器器二二次次侧侧a相相绕绕组组和和晶晶闸闸管管VT1的的电电流流波波形形，变变压压器器二二次次绕绕组电流有直流分量。组电流有直流分量。晶闸管的电压波形，由晶闸管的电压波形，由3段组成。段组成。图图3-3-1三相半波可控整流电路共三相半波可控整流电路共阴极接法电阻负载时的电路及阴极接法电阻负载时的电路及a=0 时的波形时的波形=30 的波形（的波形（图图3-3-2）特特点点：负负载载电电流流处处于于连连续续和和断断续之间的临界状态。续之间的临界状态。30 的情况（的情况（图图3-3-3）特点：负载电流断续，晶闸管特点：负载电流断续，晶闸管导通角小于导通角小于120。b)c)d)e)f)u2uaubuca=0Owt1wt2wt3uGOudOOuabuacOiVT1uVT1wtwtwtwtwta)R443.3.1三相半波可控整流电路a=0时的工作原理分图图3-3-2 三相半波可控整流电路，电阻负载，三相半波可控整流电路，电阻负载，a a=30=30 时的波形时的波形a=30u2uaubucOwtOwtOwtOwtOwtuGuduabuacwt1iVT1uVT1uac=30 时时的的特特点点：负负载载电电流流处处于于连连续续和和断断续续之之间间的的临界状态。临界状态。a)R45图3-3-2三相半波可控整流电路，电阻负载，a图图3-3-3 三相半波可控整流电路，电阻负载，三相半波可控整流电路，电阻负载，a a=60=60 时的波形时的波形wwttwtwta=60u2uaubucOOOOuGudiVT1 30 时时的的特特点点：负负载载电电流流断断续续，晶晶闸闸管管导导通通角角小小于于120。移移相相范范围围：0 150 a)R46图3-3-3三相半波可控整流电路，电阻负载，a=603.3.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路当当a=0时，时，Ud最大，为最大，为。整流电压平均值的计算整流电压平均值的计算a30 时，负载电流连续，有：时，负载电流连续，有：a30 时，负载电流断续，晶闸管导通角减小，此时有：时，负载电流断续，晶闸管导通角减小，此时有：uuuO2a=30uabcwtuOduuuO2a=60uabcwtud473.3.1三相半波可控整流电路当a=0时，Ud最大，为 负载电流平均值为负载电流平均值为 流过晶闸管的电流平均值为流过晶闸管的电流平均值为 晶闸管承受的最大电压，为变压器二次线电晶闸管承受的最大电压，为变压器二次线电压峰值，即压峰值，即3.3.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路48负载电流平均值为3.3.13.3.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路2、阻感负载、阻感负载图3-3-4三相半波可控整流电路，阻感负载时的电路及a=60时的波形特特点点：阻阻感感负负载载，L值值很很大，大，id波形基本平直。波形基本平直。a30 时时：整整流流电电压压波波形与电阻负载时相同。形与电阻负载时相同。a30 时时（如如 a=60 时时的波形如图的波形如图3-3-4所示）。所示）。u2过过零零时时，VT1不不关关断断，直直到到VT2的的脉脉冲冲到到来来，才才换换流流，ud波波形形中中出出现现负的部分。负的部分。id波波形形有有一一定定的的脉脉动动，但但为为简简化化分分析析及及定定量量计计算算，可将可将id近似为一条水平线。近似为一条水平线。udiauaubucibiciduacOwtOwtOOwtOOwtawtwt493.3.1三相半波可控整流电路2、阻感负载图3-3-43.3.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路2、阻感负载、阻感负载图3-3-4三相半波可控整流电路，阻感负载时的电路及a=60时的波形阻阻感感负负载载特特点点：晶晶闸闸管管导导通通角角均均为为120，与控制角与控制角无关；无关；移相范围为移相范围为90；晶晶闸闸管管电电流流波波形形近近似似为方波。为方波。udiauaubucibiciduacOwtOwtOOwtOOwtawtwt503.3.1三相半波可控整流电路2、阻感负载图3-3-45151各电量计算各电量计算(1)输出电压平均值输出电压平均值ud(2）负载）负载电流平均值电流平均值(3）流过晶闸管的电流平均值流过晶闸管的电流平均值IdT、有效值、有效值IT以及承受以及承受的最高电压的最高电压UTM分别为分别为3.3.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路52各电量计算3.3.1三相半波可控整流电路52图图3-3-5三相半波可控整流电路，阻感负三相半波可控整流电路，阻感负载载(不接续流管不接续流管)时的波形时的波形3、大电感负载接续流二极管、大电感负载接续流二极管为为了了扩扩大大移移相相范范围围并并使使负负载载电电流流id平平稳稳，可可在在电电感感负负载载两两端端并并接接续续流流二二极极管管，由由于于续续流流管管的的作作用用，ud波波形形已已不不出现负值，与电阻性负载出现负值，与电阻性负载ud波形相同。波形相同。3.3.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路接入接入VD图图3-3-6三相半波可控整流电路，阻感负三相半波可控整流电路，阻感负载载(接续流管接续流管)时的波形时的波形53图3-3-5三相半波可控整流电路，阻感负载(不接续流管)时3、大电感负载接续流二极管、大电感负载接续流二极管在在 030区区 间间，电电 源源 电电 压压 均均 为为正正值值，ud波波形形连连续续，续续流流管管不不起起作用；作用；当当30150区区间间，电电源源电电压压出出现现过过零零变变负负时时，续续流流管管及及时时导导通通为为负负载载电电流流提提供供续续流流回回路路，晶晶闸闸管管承承受受反反向向电电源源相相电电压压而而关关断断。这这样样ud波波形形断断续续但但不不出出现现负负值值。续续流流管管VD起起作作用用时时，晶晶闸闸管与续流管的导通角分别为：管与续流管的导通角分别为：3.3.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路543、大电感负载接续流二极管3.3.1三相半波可控整流电v各电量计算各电量计算(1)(1)负载电压平均值负载电压平均值U Ud d和电流平均值和电流平均值I Id d 1)1)030030时时 2)2)3015030150时时 3)3)负载电流负载电流 Id=Ud/Rd3.3.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路55各电量计算3.3.1三相半波可控整流电路55（2 2）晶闸管电流平均值）晶闸管电流平均值I IdTdT、有效值、有效值I IT T 及晶闸管承受的最及晶闸管承受的最高电压值高电压值U UTMTM 1 1）030030时时 2)2)3015030150时时 （3 3）续流管平均电流）续流管平均电流IdD、有效值、有效值ID及承受的最高电压及承受的最高电压UDM(30150)3.3.1 3.3.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路56（2）晶闸管电流平均值IdT、有效值IT及晶闸管承受的最高3.3.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路三相桥是应用最为广泛的整流电路三相桥是应用最为广泛的整流电路共共阴阴极极组组阴阴极极连连接接在在一一起起的的3个个晶晶闸闸管管（VT1，VT3，VT5）共共阳阳极极组组阳阳极极连连接接在在一一起起的的3个个晶晶闸闸管管（VT4，VT6，VT2）图图3-3-7三相桥式全控整流三相桥式全控整流电路原理图电路原理图导通顺序：导通顺序：VT1VT2VT3VT4VT5VT6阳极电压最大的导通阳极电压最大的导通阴极电压最低的导通阴极电压最低的导通573.3.2三相桥式全控整流电路三相桥是应用最为广泛的3.3.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路1、带电阻负载时的工作情况、带电阻负载时的工作情况当当a60 时时，ud波波形形均均连连续续，对对于于电电阻阻负负载载，id波波形与形与ud波形形状一样，也连续波形形状一样，也连续波形图：波形图：a=0（图图3-3-8）a=30（图图3-3-9）a=60（图图3-3-10）当当a60 时时，ud波波形形每每60 中中有有一一段段为为零零，ud波波形形不能出现负值不能出现负值波形图：波形图：a=90（图图3-3-11）带带电电阻阻负负载载时时三三相相桥桥式式全全控控整整流流电电路路a角角的的移移相相范范围是围是120 583.3.2三相桥式全控整流电路1、带电阻负载时的工作图图3-3-8 三相桥式全控整流电路带电阻负载三相桥式全控整流电路带电阻负载a a=0=0 时的波形时的波形wwwwu2ud1ud2u2Luduabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuaucubwt1OtOtOtOta=0iVT1uVT1ud波波形形连连续续，对对于于电电阻阻负负载载，id波波形形与与ud波波形形形形状状一一样，也连续样，也连续每每管管工工作作120，每每间间隔隔60 有有一一管管换流。换流。59图3-3-8三相桥式全控整流电路带电阻负载a=0图图3-3-9 三相桥式全控整流电路带电阻负载三相桥式全控整流电路带电阻负载a a=30 30 时的波形时的波形wwwwud1ud2a=30iaOtOtOtOtuduabuacuaubucwt1uabuacubcubaucaucbuabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuVT160图3-3-9三相桥式全控整流电路带电阻负载a=30图图3-3-10 三相桥式全控整流电路带电阻负载三相桥式全控整流电路带电阻负载a a=60=60 时的波形时的波形wwwa=60ud1ud2uduacuacuabuabuacubcubaucaucbuabuacuaubucOtwt1OtOtuVT161图3-3-10三相桥式全控整流电路带电阻负载a=60图图3-3-11 三相桥式全控整流电路带电阻负载三相桥式全控整流电路带电阻负载a a=90=90 时的波形时的波形ud1ud2uduaubucuaubwtOwtOwtOwtOwtOiaiduabuacubcubaucaucbuabuacubcubaiVT1ud波形每波形每60 中有一段为中有一段为零，零，ud波形不波形不出现负值出现负值。62图3-3-11三相桥式全控整流电路带电阻负载a=903.3.2 三相桥式全控整流电路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3-3-1所示时时段段IIIIIIIVVVI共阴极组中导通共阴极组中导通的晶闸管的晶闸管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共阳极组中导通共阳极组中导通的晶闸管的晶闸管VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流输出电压整流输出电压udua-ub=uabua-uc=uacub-uc=ubcub-ua=ubauc-ua=ucauc-ub=ucb633.3.2三相桥式全控整流电路晶闸管及输出整流电压的3.3.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路（2）对触发脉冲的要求：）对触发脉冲的要求：按按VT1-VT3-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，相位依次差的顺序，相位依次差60。共共阴阴极极组组VT1、VT3、VT5的的脉脉冲冲依依次次差差120，共共阳阳极极组组VT4、VT6、VT2也依次差也依次差120。同同一一相相的的上上下下两两个个桥桥臂臂，即即VT1与与VT4，VT3与与VT6，VT5与与VT2，脉冲相差，脉冲相差180。三相桥式全控整流电路的三相桥式全控整流电路的特点特点（1）2管同时通形成供电回路，其中管同时通形成供电回路，其中共阴极组和共阳极组各共阴极组和共阳极组各1，且不，且不能为同能为同1相器件。相器件。643.3.2三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电3.3.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路（3）ud一一周周期期脉脉动动6次次，每每次次脉脉动动的的波波形形都都一一样样，故故该该电路为电路为6脉波整流电路。脉波整流电路。（4）需保证同时导通的）需保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲个晶闸管均有脉冲可采用两种方法：一种是可采用两种方法：一种是宽脉冲宽脉冲触发触发一种是一种是双脉冲双脉冲触发（常用）触发（常用）(5）晶晶闸闸管管承承受受的的电电压压波波形形与与三三相相半半波波时时相相同同，晶晶闸闸管管承受最大正、反向电压的关系也相同。承受最大正、反向电压的关系也相同。三相桥式全控整流电路的特点特点653.3.2三相桥式全控整流电路（3）ud一周期脉动6a60 时（时（a=0 图图3-3-12；a=30 图图3-3-13）ud波形连续，工作情况与带电阻负载时十分相似。波形连续，工作情况与带电阻负载时十分相