整流与有源逆变1概要课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,合肥工业大学电气工程学院电力电子技术精品课程项目组,电 力 电 子 技 术,Power Electronic Technology,电 力 电 子 技 术Power Electronic,第五讲 整流与有源逆变(一),5.1 引言,5.2 单相可控整流电路,第五讲 整流与有源逆变(一)5.1 引言,5.1 引 言,整流电路,：,出现最早的电力电子电路，,将交流电变为直流电,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,和,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,电路和,双拍,电路,返回,5.1 引 言整流电路：出现最早的电力电子电路,5.2 单相可控整流电路,交流侧接单相电源,重点注意,：,工作原理（波形分析）、定量计算、不同负载的影响。,5.2.1 单相半波可控整流电路,5.2.2 单相桥式全控整流电路,5.2.3 单相全波可控整流电路,5.2.4 单相桥式半控整流电路,返回,5.2 单相可控整流电路交流侧接单相电源返回,5.2.1 单相半波可控整流电路,(,Single Phase Half Wave Controlled Rectifier,),带电阻负载的工作情况,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,图2-1 单相半波可控整流电路及波形,返回,5.2.1 单相半波可控整流电路(Single Phase,5.2.1 单相半波可控整流电路,几个概念的解释,：,u,d,为脉动直流，波形只在,u,2,正半周内出现，故称“,半波,”整流,采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,u,d,波形在一个电源周期中只脉动1次，故该电路为,单脉波,整流电路,5.2.1 单相半波可控整流电路几个概念的解释：,5.2.1 单相半波可控整流电路,几个重要的基本概念：,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称为，用,表示,5.2.1 单相半波可控整流电路几个重要的基本概念：,5.2.1 单相半波可控整流电路,基本数量关系,直流输出电压平均值为,(2-1),VT的a 移相范围为180,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,5.2.1 单相半波可控整流电路基本数量关系,5.2.1 单相半波可控整流电路,带阻感负载的工作情况,阻感负载的特点：电感对电流变化有抗拒作用，使得流过电感的电流不能发生突变,电力电子电路的一种基本分析方法,通过器件的理想化，将电路简化为分段线性电路，分段进行分析计算,图2-2 带阻感负载的单相半波电路及其波形,5.2.1 单相半波可控整流电路带阻感负载的工作情况 图,5.2.1 单相半波可控整流电路,对单相半波电路的分析可基于上述方法进行：当VT处于断态时，相当于电路在VT处断开，id=0。,图2-3 单相半波可控整流电路的分段线性等效电路,a)VT处于关断状态 b)VT处于导通状态,5.2.1 单相半波可控整流电路对单相半波电路的分析可基于,5.2.1 单相半波可控整流电路,当VT处于通态时，相当于VT短路,初始条件：,t,=,a,，,i,d,=0。求解式（2-2）并将初始条件代入可得,其中,当,t,=,+,a,时，,i,d,=0，代入式（2-3）并整理得,（2-3）,（2-2）,（2-4）,5.2.1 单相半波可控整流电路当VT处于通态时，相当于V,5.2.1 单相半波可控整流电路,若,j,为定值,，,a,越大，在,u,2,正半周L储能越少，维持导电的能力就越弱，,越小,若,a,为定值，,j,越大，则L贮能越多，,越大；且,j,越大，在,u,2,负半周L维持晶闸管导通的时间就越接近晶闸管在,u,2,正半周导通的时间，,u,d,中负的部分越接近正的部分，平均值,U,d,越接近零，输出的直流电流平均值也越小。,5.2.1 单相半波可控整流电路若j为定值，a 越大，在u,5.2.1 单相半波可控整流电路,单相半波带阻感负载有续流二极管的电路及波形,为避免,U,d,太小，在整流电路的负载两端并联,续流二极管,当,u,2,过零变负时，VD,R,导通，,u,d,为零。此时为负的,u,2,通过VD,R,向VT施加反压使其关断，L储存的能量保证了电流,i,d,在L-R-VD,R,回路中流通，此过程通常称为,续流,。续流期间,u,d,为0，,u,d,中不再出现负的部分,图2-4 单相半波带阻感负载有续流二极管的电路及波形,5.2.1 单相半波可控整流电路单相半波带阻感负载有续流二,5.2.1 单相半波可控整流电路,数量关系,若近似认为,i,d,为一条水平线，恒为,I,d,，则有,（2-5）,（2-5）,（2-5）,（2-5）,5.2.1 单相半波可控整流电路数量关系（2-5）（2-5,5.2.1 单相半波可控整流电路,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,实际上很少应用此种电路,分析该电路的主要目的在于利用其简单易学的特点，建立起整流电路的基本概念,5.2.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路的特点,5.2.2 单相桥式全控整流电路,1.,带电阻负载的工作情况,工作原理及波形分析,VT,1,和VT,4,组成一对桥臂，在,u,2,正半周承受电压,u,2,，得到触发脉冲即导通，当,u,2,过零时关断,VT,2,和VT,3,组成另一对桥臂，在,u,2,正半周承受电压,-,u,2,，得到触发脉冲即导通，当,u,2,过零时关断,图2-5 单相全控桥式带电阻负载时的电路及波形,返回,动画,5.2.2 单相桥式全控整流电路1.带电阻负载的工作情,5.2.2 单相桥式全控整流电路,数量关系,（2-9）,a,角的移相范围为180,。,（2-10）,（2-11）,5.2.2 单相桥式全控整流电路数量关系,5.2.2 单相桥式全控整流电路,不考虑变压器的损耗时，要求变压器的容量为,S,=,U,2,I,2,（2-12）,(,2-13）,(,2-14）,5.2.2 单相桥式全控整流电路不考虑变压器的损耗时，要求,5.2.2 单相桥式全控整流电路,带阻感负载的工作情况,为便于讨论，假设电路已工作于稳态，,i,d,的平均值不变。,假设负载电感很大，负载电流,i,d,连续且波形近似为一水平线,u,2,过零变负时，由于电感的作用晶闸管VT,1,和VT,4,中仍流过电流,i,d,，并不关断,至,t,=,+,a,时刻，给VT,2,和VT,3,加触发脉冲，因VT,2,和VT,3,本已承受正电压，故两管导通,图2-6 单相全控桥带阻感负载时的电路及波形,动画,5.2.2 单相桥式全控整流电路带阻感负载的工作情况图,5.2.2 单相桥式全控整流电路,VT,2,和VT,3,导通后，,u,2,通过VT,2,和VT,3,分别向VT,1,和VT,4,施加反压使VT,1,和VT,4,关断，流过VT,1,和VT,4,的电流迅速转移到VT,2,和VT,3,上，此过程称,换相,，亦称,换流,晶闸管移相范围为90,。,晶闸管承受的最大正反向电压均为 。,晶闸管导通角,与,a,无关，均为180,和 。,变压器二次侧电流,i,2,的波形为正负各180,的矩形波，其相位由,a,角决定，有效值,I,2,=,I,d,。,（2-15）,5.2.2 单相桥式全控整流电路VT2和VT3导通后，u,5.2.2 单相桥式全控整流电路,带反电动势负载时的工作情况,在,|,u,2,|,E,时，才有 晶闸管承受正电压，有导通的可能导通之后，,u,d,=,u,2,，,直至,|,u,2,|=,E,，,i,d,即降至0使得晶闸管关断，此后,u,d,=,E,与电阻负载时相比，晶闸管提前了电角度,停止导电，,称为停止导电角。,（2-16）,在,a,角相同时，整流输出电压比电阻负载时大。,图2-7 单相桥式全控整流电路接反电动势电阻负载时的电路及波形,5.2.2 单相桥式全控整流电路带反电动势负载时的工作情况,5.2.2 单相桥式全控整流电路,如,图2-7b,所示,i,d,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,i,d,波形不出现为0的点的情况，称为,电流连续,。当时，触发脉冲到来时，晶闸管承受负电压，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,w,t,=,d,时刻有晶闸管开始承受正电压时，触发脉冲仍然存在。这样，相当于触发角被推迟为,d,。,负载为直流电动机时，如果出现电流断续则电动机的机械特性将很软,5.2.2 单相桥式全控整流电路如图2-7b所示id波形在,5.2.2 单相桥式全控整流电路,（2-17）,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,u,d,的波形和负载电流,i,d,的波形与电感负载电流连续时的波形相同，,u,d,的计算公式亦一样,为保证电流连续所需的电感量,L,可由下式求出,5.2.2 单相桥式全控整流电路（2-17）为了克服此缺点,5.2.2 单相桥式全控整流电路,图2-8 单相桥式全控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,5.2.2 单相桥式全控整流电路图2-8 单相桥式全控整,5.2.3 单相全波可控整流电路,图2-9 单相全波可控整流电路及波形,单相全波与单相全控桥从直流输出端或从交流输,入端看均是基本一致的,返回,5.2.3 单相全波可控整流电路图2-9 单相全波可控整,5.2.3 单相全波可控整流电路,两者的区别,（1）单相全波中变压器结构较复杂，绕组及铁芯对铜、铁等材料的消耗多,（2）单相全波只用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）单相全波导电回路只含1个晶闸管，比单相桥少1个，因而管压降也少1个,从上述（2）、（3）考虑，单相全波电路有利于在低输出电压的场合应用。,5.2.3 单相全波可控整流电路两者的区别,5.2.4 单相桥式半控整流电路,单相全控桥中，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,（先不考虑VD,R,）。,半控电路与全控电路在电阻负载时的工作情况相同,图2-10(a)单相桥式半控整流电路，电阻负载时的电路及波形,返回,5.2.4 单相桥式半控整流电路单相全控桥中，每个导电回路,5.2.4 单相桥式半控整流电路,单相半控桥带阻感负载的情况,图2-10(b)单相桥式半控整流电路，有续流二极管，阻感负载时的电路及波形,5.2.4 单相桥式半控整流电路单相半控桥带阻感负载的情况,5.2.4 单相桥式半控整流电路,假设负载中电感很大，且电路已工作于稳态,在,u,2,正半周，触发角,a,处给晶闸管VT,1,加触发脉冲，,u,2,经VT,1,和VD,4,向负载供电,u,2,过零变负时，因电感作用使电流连续，VT,1,继续导通。但因,a,点电位低于b点电位，使得电流从VD,4,转移至VD,2,，VD,4,关断，电流不再流经变压器二次绕组，而是由VT,1,和VD,2,续流,在,u,2,负半周触发角,a,时刻触发VT,3,，VT,3,导通，则向VT,1,加反压使之关断，,u,2,经VT,3,和VD,2,向负载供电。,u,2,过零变正时，VD,4,导通，VD,2,关断。VT,3,和VD,4,续流，,u,d,又为零,5.2.4 单相桥式半控整流电路假设负载中电感很大，且电路,5.2.4 单相桥式半控整流电路,续流二极管的作用,若无续流二极管，则当,a,突然增大