第二章-整流电路课件

第二章第二章 整流电路整流电路晶闸管广泛应用于各种变流装置中，变流装置由整流部分和触发控制部分组成，本章主要学习其中的整流电路。家电 交通 直流输电 工业（电镀）设备 第二章第二章 整流电路整流电路晶闸管整流电路结构简单、控制方便、性能稳定，是目前获得直流电能的主要方法。晶闸管整流电路广泛应用于高压、低压、大电流等场合。晶闸管整流电路的整流形式根据相数可分为单相、三相和多相整流。第二章第二章 整流电路整流电路2-2-1 1 单相可控整流相可控整流电路路2-2-2 2 三相可控整流三相可控整流电路路第二章第二章 整流电路整流电路2-2-1 1 单相可控整流相可控整流电路路学习目标学习目标 1.会分析单相半波可控整流电路。2.会绘制并计算单相半波整流电路的输出电压、电流。3.会根据电路参数计算合理选择元器件。第二章第二章 整流电路整流电路电炉、电焊机及白炽灯等均属于电阻性负载。变压器T起变换电压和电气隔离的作用。tTVTR0u1u2uVTudidt1p2ptttu2uguduVT q000电阻性单相半波可控整流电路一、单相半波可控整流电路一、单相半波可控整流电路电阻负载的特点电阻负载的特点：电压与电流成正比，两者波形相同。1 1电阻性负载工作情况电阻性负载工作情况第二章第二章 整流电路整流电路在电源电压正半周，晶闸管VT承受正向电压。t Rd时不同的波形在单相半波相控整流电路中，特别在大电感负载（Ld Rd）时，输出电压平均值接近于零，负载上得不到应有的电压。解决的办法是在负载的两端并联续流二极管VD。第二章第二章 整流电路整流电路大电感负载接续流二极管的单相半波整流电路 波形第二章第二章 整流电路整流电路（2）电感性负载（大电感）参数计算若设T和D分别为晶闸管和续流二极管在一个周期内的导通角，则晶闸管的电流平均值为：流过续流二极管的电流平均值为：第二章第二章 整流电路整流电路流过晶闸管和续流管的电流有效值分别为：晶闸管与续流管承受的最大电压均仍为 。第二章第二章 整流电路整流电路单相半波可控整流电路的特点：简单、调试方便，但输出电压脉动大，负载电流脉动大（电阻性负载时）。变压器二次侧电流中含直流分量，使变压器铁心磁化，变压器容量不能充分利用。说明：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基本概念。适用：小容量、波形要求不高的场合。第二章第二章 整流电路整流电路二、二、单相全控桥式整流电路单相全控桥式整流电路1 1电阻性负载电阻性负载电路结构：用四个晶闸管，两只晶闸管接成共阴极，两只晶闸管接成共阳极，每一只晶闸管是一个桥臂。电阻性负载单相全控桥式整流第二章第二章 整流电路整流电路（1）工作原理1）在u2正半周的（0）区间：晶闸管VT1、VT4承受正压，如果无触发脉冲电压ug，两个晶闸管处于正向阻断状态。uVT1=uVT4=u2/2，负载电压ud=0。2）在u2正半周的t=时刻：同时触发晶闸管VT1、VT4，使其导通。电源电压u2将通过VT1和VT4加在负载电阻Rd上。第二章第二章 整流电路整流电路3）在u2的负半周期，VT3、VT2同时承受正向电压。在t=+时刻：同时给VT2和VT3加触发脉冲使其导通，电流经VT2、Rd、VT3、Tr二次侧形成回路。在负载Rd两端获得与u2正半周相同波形的整流电压和电流，在这期间VT1和VT4均承受反向电压而处于阻断状态。第二章第二章 整流电路整流电路4）当u2由负半周电压过零变正时，VT2、VT3因电流过零而关断。在此期间VT1和VT4因承受反压而截止，ud、id又降为零。一个周期过后，VT1和VT4在t=2+时刻又被触发导通。如此循环下去。上述两组触发脉冲在相位上相差180，这就形成了单相全控桥式整流电路输出电压、电流和晶闸管上承受电压的波形。第二章第二章 整流电路整流电路单相桥式整流器电阻性负载时的移相范围是0180。=0时，输出电压最高；=180时，输出电压最小。晶闸管承受最大正反向电压Um是相电压峰值。负载上正、负两个半周内均有相同方向的电流流过，从而使直流输出电压、电流的脉动程度较前述单相半波得到了改善。变压器二次绕组在正、负半周内均有大小相等、方向相反的电流流过，从而改善了变压器的工作状态，并提高了变压器的有效利用率。总结：总结：第二章第二章 整流电路整流电路=30 =60 =90 =120 =150 输出电压ud实测波形第二章第二章 整流电路整流电路=30 =60 =90 =120 =150 晶闸管电压uVT实测波形第二章第二章 整流电路整流电路（2）电阻性负载参数计算1）整流输出电压的平均值Ud为：即Ud为最小值时，=180；Ud为最大值时，=0，所以单相全控桥式整流电路带电阻性负载时，的移相范围是0180。第二章第二章 整流电路整流电路2）整流输出电压的有效值为：3）输出电流的平均值和有效值分别为：第二章第二章 整流电路整流电路4）流过每个晶闸管的平均电流为输出电流平均值的一半，即：5）流过每个晶闸管的电流有效值为：6）晶闸管承受的最大反向电压为 。第二章第二章 整流电路整流电路7）在一个周期内，电源通过变压器Tr两次向负载提供能量，因此负载电流有效值与变压器二次电流有效值I2相同。那么，电路的功率因数可以按下式计算：第二章第二章 整流电路整流电路单相半波可控整流电路与单相全控桥式整流电路的比较第二章第二章 整流电路整流电路【例例2-22-2】单相全控桥式整流电路给电阻性负载供电，要求整流输出电压Ud能在0 100V内连续可调，负载最大电流为20A。由220V交流电网直接供电时，计算晶闸管的控制角的变化范围和Ud=100V时负载电流有效值、电源容量S及Ud=30V时电源的功率因数cos 。采用降压变压器供电，并考虑最小控制角min=30 时，求变压器变压比K及Ud=30V时电源的功率因数cos 。第二章第二章 整流电路整流电路（1）工作原理分析当负载由电感与电阻组成时，称为阻感性负载。2 2电感性（大电感）负载电感性（大电感）负载电感性负载单相全控桥式整流波形电路 第二章第二章 整流电路整流电路当交流电压u2进入正半周时，两个晶闸管 VT1、VT4同时承受正向电压。在t时刻，触发VT1和VT4导通。电流经VT1、负载、VT4和Tr二次回路。但由于大电感的存在，u2过零变负时，电感上的感应电动势使VT1、VT4继续导通，直到VT2、VT3被触发导通时，VT1、VT4承受反压而关断。输出电压的波形出现了负值部分。第二章第二章 整流电路整流电路当交流电压u2进入负半周时，晶闸管VT2、VT3承受正向电压。如果在t=+时刻,触发VT2、VT3导通，VT1、VT4受反压而关断，负载电流从VT1、VT4中换流至VT2、VT3中。在t=2时,电压u2过零，VT2、VT3因电感中的感应电动势而继续导通，直到下个周期VT1、VT4导通时，VT2、VT3加上反压才关断。第二章第二章 整流电路整流电路只有当 时，负载电流 才连续。当 时，负载电流不连续，而且输出电压的平均值均接近于零，因此这种电路控制角的范围是0 。注意：注意：第二章第二章 整流电路整流电路（2）大电感负载参数计算1）在电流连续的情况下整流输出电压的平均值为2）整流输出电压有效值为U=U2。3）晶闸管承受的最大正反向电压为 。第二章第二章 整流电路整流电路5）在电流连续的情况下晶闸管电流的平均值和有效值为：4）在一个周期内每组晶闸管各导通180，两组轮流导通，变压器次级中的电流是正负对称的方波，电流的平均值Id和有效值I相等，其波形系数为。第二章第二章 整流电路整流电路【例例2-32-3】单相全控桥式整流电路大电感负载，已知电感足够大，电阻Rd=10，若要求在0 200V内连续可调，且min=30，请就不接蓄流二极管和接蓄流二极管两种情况，选择晶闸管的型号。第二章第二章 整流电路整流电路单相全控桥式整流电路具有输出电流脉动小，功率因数高，变压器次级中电流为两个等大反向的半波，没有直流磁化问题，变压器的利用率高。在大电感负载情况下，接近/2时，输出电压的平均值接近于零，负载上的电压太小。且理想的大电感负载是不存在的，故实际电流波形不可能是一条直线，而且在之前，电流就出现断续。电感量越小，电流开始断续的值就越小。结论：第二章第二章 整流电路整流电路3.3.反电动势负载反电动势负载idOEudtIdOtqd被充电的蓄电池、电容器、正在运行的直流电动机的电枢（电枢旋转时产生感应电动势E）等，其负载本身是个直流电源，对于可控整流电路来说，它们是反电动势负载。第二章第二章 整流电路整流电路从图可见，当电源电压u2小于反电动势E时，晶闸管因承受反压而不能导通，只有u2 E，管子承受正压，再加以触发脉冲时，它才会导通。此时ud=u2,id=(udE)/R，再当u2降至E时晶闸管关断，此后ud=E，与电阻负载相比，相当于自然换流点后移了角，而且晶闸管提前了角停止导电，值为：要求触发角。第二章第二章 整流电路整流电路三、单相半控桥式整流电路三、单相半控桥式整流电路 带续流二极管和阻感负载的单相半控桥式整流电路 波形第二章第二章 整流电路整流电路电路结构：单相全控桥中，每个导电回路中有2个晶闸管，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（先不考虑VD3）。电阻负载：半控电路与全控电路在电阻负载时的工作情况相同。第二章第二章 整流电路整流电路单相半控桥带阻感负载的情况（无续流二极管VD3）：在u u2 2正半周，u u2 2经VT1和VD4向负载供电。u u2 2过零变负时，因电感作用电流不再流经变压器二次绕组，而是由VT1继续导通，VD4关断，VT1和VD2续流。在u u2 2负半周触发角时刻触发VT3，VT3导通，VT1关断，u u2 2经VT3和VD2向负载供电。u u2 2过零变正时，VD4导通，VD2关断。VT3和VD4续流，u ud d又为零。第二章第二章 整流电路整流电路续流二极管的作用：避免可能发生的失控现象。若无续流二极管，则当突然增大至180或触发脉冲丢失时，会发生一个晶闸管持续导通而两个二极管轮流导通的情况，这使u ud d成为正弦半波，其平均值保持恒定，称为失控失控。有续流二极管VDR时，续流过程由VDR完成，避免了失控的现象。续流期间导电回路中只有一个管压降，有利于降低损耗。第二章第二章 整流电路整流电路2-2-2 2 三相可控整流三相可控整流电路路学习目标学习目标 1.理解三相可控整流电路的工作原理。2.掌握电阻性负载时的电量计算。3.会画不同负载时的波形（包括晶闸管两端的电压波形）。第二章第二章 整流电路整流电路 u2Riduuuvuw=0Ot1t2t3uGOudOOuuvuuwOiVT1uVT 1ttttt三相半波可控整流电路共阴极接法电阻负载时的电路及=0时的波形 一、三相半波可控整流电路一、三相半波可控整流电路波形电路 第二章第二章 整流电路整流电路 a)（1）工作原理电路分析：为得到零线，变压器二次侧必须接成星形，而一次侧接成三角形，避免3次谐波流入电网。三个晶闸管按共阴极接法连接,这种接法触发电路有公共端，连线方便。1.1.电阻负载电阻负载 第二章第二章 整流电路整流电路假设将晶闸管换作二极管，三个二极管对应的相电压中哪一个的值最大，则该相所对应的二极管导通，并使另两相的二极管承受反压关断，输出整流电压即为该相的相电压。自然换相点：在相电压的交点t1、t2、t3处，均出现了二极管换相，称这些交点为自然换相点。将其作为的起点，即=0。第二章第二章 整流电路整流电路实测输出电压波形实测晶闸管电压波形=0=0 三个晶闸管轮流导通120，ud波形为三个相电压在正半周期的包络线。变压器二次绕组电流有直流分量。晶闸管电压由一段管压降和两段线电压组成，随着增大，晶闸管承受的电压中正的部分逐渐增多。第二章第二章 整流电路整流电路=30u2uuuvuwOtOtOtOtOtuGuduuvuuwt1iVT1uVT1uac=30 负载电流处于连续和断续的临界状态，各相仍导电120。三相半波可控整流电路，=30时的波形第二章第二章 整流电路整流电路tttt=60u2uuuvuwOOOOuGudiVT1三相半波可控整流电路，=60时的波形=30（=60）当导通一相的相电压过零变负时，该相晶闸管关断，但下一相晶闸管因未触发而不导通，此时输出电压电流为零。负载电流断续，各晶闸管导通角小于120（为90）。第二章第二章 整流电路整流电路整流电压平均值的计算：1）30时，负载电流连续，有：当=0时，Ud最大，为Ud=Ud0=1.17U2。流过晶闸管电流有效值IT亦即变压器二次侧电流有效值I2，即 （2）负载电压情况第二章第二章 整流电路整流电路2）30时，负载电流断续，晶闸管导通角减小，此时有：在任何情况下，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：第二章第二章 整流电路整流电路【例2-4】调压范围为215V的直流电源，采用三相半波控整流电路带电阻负载，输出电流不小于130A。求：（1）整流变压器二次侧相电压有效值。（2）试计算9V时的角。第二章第二章 整流电路整流电路uuuudiuuvwiviwiduuwOtOtOOtOOtttu三相半波可控整流电路，阻感负载时的电路及=60时的波形2.2.大电感负载大电感负载uuu电路波形第二章第二章 整流电路整流电路电路分析：电感量L值很大，整流电流id的波形基本是平直的，流过晶闸管的电流接近矩形波。30时，整流电压波形与电阻负载时相同。30时，当u2过零时，由于电感的存在，阻止电流下降，因而VT1继续导通，直到下一相晶闸管VT2的触发脉冲到来，才发生换流，由VT2导通向负载供电，同时向VT1施加反压使其关断。的移相范围为0 90。第二章第二章 整流电路整流电路（2）各电量计算1）输出电压平均值Ud由于负载电流连续，可求出Ud为：2）变压器二次侧电流即晶闸管电流的有效值为：第二章第二章 整流电路整流电路晶闸管的额定电流为：3）晶闸管最大正反向电压峰值均为变压器二次线电压峰值，即：三相半波可控整流电路的主要缺点在于其变压器二次电流中含有直流分量，为此其应用较少。第二章第二章 整流电路整流电路30时，ud电压均大于零，续流二极管受反向电压与不接续流二极管一样。=60=60 大电感负载接续流二极管时的波形（3）大电感负载接续流二极管30时，晶闸管的导通角，由于续流管一周期内续流三次，故续流管的导通角。第二章第二章 整流电路整流电路第二章第二章 整流电路整流电路3 3反电动势负载反电动势负载三相半波可控整流带平波电抗器的反电动势负载电路如图所示。三相半波电路所带负载是含有反电动势的大电感负载，其波形分析、各电量计算式与大电感负载相同，仅负载电流Id的计算改用下式即可。带平波电抗器的反电动势负载的三相半波可控整流电路第二章第二章 整流电路整流电路带平波电抗器的反电动势负载的三相半波可控整流电路波形图第二章第二章 整流电路整流电路二、三相半控桥式整流电路二、三相半控桥式整流电路1.1.电阻性负载工作情况电阻性负载工作情况三相半控桥式整流电路如图所示。三相半控桥式整流电路及=0时的波形第二章第二章 整流电路整流电路（1）电路构成三相半控桥式整流电路是把三相桥式不可控整流电路中的三只二极管VD1、VD3、VD5换为晶闸管VT1、VT2、VT3，它们的阴极连在一起，由于电路中的整流元件，一半是晶闸管，另一半是二极管，故称为三相半控桥式整流电路。第二章第二章 整流电路整流电路=30时的三相半控桥式整流（2）工作原理三只晶闸管每只导通T/3(T为交流电源的周期)，因此每隔T/3就有一个脉冲去触发晶闸管，即可保证晶闸管导通角度的要求。1）=0时的情形2）=30的情形（如图所示）第二章第二章 整流电路整流电路3）其他 角的情形=60时，导通角=120。=90时，导通角60时，因为id与ud一致，一旦ud降为至零，id也降至零，晶闸管关断，输出整流电压ud为零，ud波形不能出现负值。=90时的波形如图所示。第二章第二章 整流电路整流电路三相桥式全控整流电路的一些特点：每个时刻均需2个晶闸管同时导通，形成向负载供电的回路，共阴极组的和共阳极组的各1个，且不能为同一相的晶闸管。第二章第二章 整流电路整流电路对触发脉冲的要求:6个晶闸管的脉冲按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，相位依次差60。共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差120，共阳极组VT4、VT6、VT2也依次差120。同一相的上下两个桥臂，即VT1与VT4，VT3与VT6，VT5与VT2，脉冲相差180。第二章第二章 整流电路整流电路整流输出电压ud一周期脉动6次，每次脉动的波形都一样，故该电路为6脉波整流电路。在整流电路合闸启动过程中或电流断续时，为确保电路的正常工作，需保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲。第二章第二章 整流电路整流电路宽脉冲触发：使脉冲宽度大于60（一般取80 100）双脉冲触发：用两个窄脉冲代替宽脉冲，两个窄脉冲的前沿相差60，脉宽一般为20 30。常用的是双脉冲触发。晶闸管承受的电压波形与三相半波时相同，晶闸管承受最大正、反向电压的关系也一样。第二章第二章 整流电路整流电路带电阻负载时三相桥式全控整流电路角的移相范围是120，带阻感负载时，三相桥式全控整流电路的角移相范围为90。整流输出电压平均值 带阻感负载时，或带电阻负载60时 带电阻负载且60时 第二章第二章 整流电路整流电路电路分析：60时ud波形连续，电路的工作情况与带电阻负载时十分相似，各晶闸管的通断情况、输出整流电压ud波形、晶闸管承受的电压波形等都一样。区别在于电流，当电感足够大的时候，id、iVT、ia的波形在导通段都可近似为一条水平线。2.2.带电感性负载时的工作情况带电感性负载时的工作情况第二章第二章 整流电路整流电路=30时的波形如图所示。60时 由于电感L的作用，ud波形会出现负的部分。=90时的波形如图所示。第二章第二章 整流电路整流电路带电感负载三相桥式全控整流电路，=0 时的波形ud1u2ud2u2LudidtOtOtOtOuu=0uvuwt1uuvuuwuvwuvuuwuuwvuuvuuwiVT1第二章第二章 整流电路整流电路带电感负载三相桥式全控整流电路，=30 时的波形ud1=30ud2uduuvuuwuvwuvuuwuuwvuuvuuwtOtOtOtOidiat1uuuvuw第二章第二章 整流电路整流电路带电感负载三相桥式全控整流电路，=90 时的波形=90ud1ud2uuwuvwuvuuwuuwvuuvuuwuuvuduuwuuvuuwtOtOtOuvuwuut1uVT1