第2章 整流电路1-2节(1).ppt

电力电子技术,第2章 整流电路,单相整流电路,三相整流电路,有源逆变电路,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,2.1 单相可控整流电路,单相可控整流电路的交流侧接单相电源。本节讲述几种典型的单相可控整流电路，包括工作原理、定量计算等，并重点讲述不同负载对电路工作的影响。,单相半波可控整流电路,单相桥式全控整流电路,单相全波可控整流电路,单相桥式半控整流电路,2.1.1 单相半波可控整流电路,1.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,由于是电阻负载，负载的电压与电流成正比，两者波形相同,为变压器二次侧电压瞬时值，为晶闸管触发电压，为负载上的电压，为晶闸管上的电压,工作原理及波形说明,在 的正半周，触发脉冲来到之前，晶闸管处于阻断状态，电路中电流为零，全部施加于晶闸管两端,如在 的正半周 时刻，触发,VT，,晶闸管开通，忽略,VT,的通态压降，全部施加在负载上,当,，,降为零，电路中电流也降为零，,VT,关断。之后，,VT,承受反压，负载电压电流均为零，直到下一个周期触发脉冲到来,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,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,几个概念的解释,几个重要的基本概念,基本数量关系,直流输出电压平均值,直流输出电流平均值,VT,的,a,移相范围为180,，调节,a,即可控制输出平均电压的大小,导通角,=-,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，因此负载的电流波形与电压波形不相同。,2.带阻感负载的工作情况,工作原理及波形说明,触发前的情况与电阻负载时相同,时刻触发，加于负载两端，由于电感的存在，电流 不能突变，从零开始逐渐增加，电感的自感电动势的极性为上正下负，阻止电流增加。,由正变负过零处，电流处于逐渐减小过程，电感的自感电动势极性为上负下正，阻止电流的减小,只要电感的自感电动势大于,，,则晶闸管仍承受正向电压，继续维持导通，直到电感能量释放完。,导通角,的计算,初始条件：,t,=,a,，,i,d,=0,VT,导通时电压方程,：,VT,导通时电流方程,：,当,t,=,+,a,，,i,d,=0,当,a,和,j,均已知时，导通角,可由上式求出,负载阻抗角,j,、,触发角,a,、,晶闸管导通,角的关系,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。,带续流二极管的半波整流电路,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,在一个周期中，,VD,R,和,VT,轮流导通，导通角分别为,-,和,+,电流分配,3.半波可控整流电路的特点,结构简单，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,2.1.2单相桥式全控整流电路,1.带电阻负载的工作情况,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,晶闸管承受的最大正向电压和反向电压分别为,和,?,定量计算,负载平均电压,负载平均电流,晶闸管平均电流,晶闸管的有效电流,变压器二次侧电流有效值与输出直流电流有效值相等,2.带阻感负载的工作情况,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,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,晶闸管承受的正、反最大电压均为,定量计算,负载平均电压,晶闸管电流平均值和有效值,晶闸管触发角,的移相范围为90,晶闸管导通角,与,无关，均为180,3.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,。,.,触发条件：,当,30,的情况,？,三相半波整流电路,a,的移相范围是多少？,整流电压平均值的计算,（1）,a,30,时，负载电流连续,（2）,a,30,时，负载电流断续,晶闸管承受的最大反向电压，由,图2-13,e,不难看出为变压器二次线电压峰值，即,由于晶闸管阴极与零点间的电压即为整流输出电压,u,d,，,其最小值为零，而晶闸管阳极与零点间的最高电压等于变压器二次相电压的峰值，因此晶闸管阳极与阴极间的最大电压等于变压器二次相电压的峰值，即,2.阻感负载,阻感负载，,L,值很大，,i,d,波形基本平直,a,30,时：整流电压波形与电阻负载时相同,阻感负载时的移相范围为90,a,30,时（如,a,=60,时）,u,2,过零时，,VT,1,不关断，直到,VT,2,的脉冲到来，才换流，由,VT,2,导通向负载供电，同时向,VT,1,施加反压使其关断,u,d,波形中出现负的部分,数量关系,由于负载电流连续，导通角为120,，,所以,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均为变压器二次线电压峰值,三相半波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,应用最为广泛,共阴极组阴极连接在一起的3个晶闸管（,VT,1,，VT,3,，VT,5,）,共阳极组阳极连接在一起的3个晶闸管（,VT,4,，VT,6,，VT,2,）,编号：1、3、5，4、6、2,2.2.2三相桥式全控整流电路,假设将电路中的晶闸管换作二极管进行分析,对于共阴极阻的3个晶闸管，阳极所接交流电压值最大的一个导通,对于共阳极组的3个晶闸管，阴极所接交流电压值最低（或者说负得最多）的导通,任意时刻共阳极组和共阴极组中各有1个晶闸管处于导通状态施加在负载上的电压为某一线电压。,1.带电阻负载时的工作情况,a,=0,时的情况,从相电压波形看,，共阴极组晶闸管导通时，,u,d1,为相电压的正包络线，共阳极组导通时，,u,d2,为相电压的负包络线，,u,d,=u,d1,-u,d2,是两者的差值，为线电压在正半周的包络线,直接从线电压波形看,，,u,d,为线电压中最大的一个，因此,u,d,波形为线电压的包络线,表2-1 三相桥式全控整流电路电阻负载,a,=0,时晶闸管工作情况,时段,共阴极,VT1,VT1,VT3,VT3,VT5,VT5,共阳极,VT6,VT2,VT2,VT4,VT4,VT6,u,d,u,a,-,u,b,u,a,-,u,c,u,b,-,u,c,u,b,-,u,a,u,c,-,u,a,u,c,-,u,b,（2）对触发脉冲的要求：,按,VT,1,-VT,2,-VT,3,-VT,4,-VT,5,-VT,6,的顺序，相位依次差60,共阴极组,VT,1,、VT,3,、VT,5,的脉冲依次差120,，共阳极组,VT,4,、VT,6,、VT,2,也依次差120,同一相的上下两个桥臂，即,VT,1,与,VT,4,，VT,3,与,VT,6,，VT,5,与,VT,2,，,脉冲相差180,三相桥式全控整流电路的特点,（1）2管同时通形成供电回路，其中共阴极组和共阳极组各1，且不能为同1相器件,（5）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、反向电压的关系也相同,（4）需保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲,可采用两种方法：一种是宽脉冲触发,另一种是双脉冲触发（常用）,（3）,u,d,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,区别在于：晶闸管起始导通时刻推迟了30,，组成,u,d,的每一段线电压因此推迟30,从,w,t,1,开始把一周期等分为6段，,u,d,波形仍由6段线电压构成，每一段导通晶闸管的编号等仍符合表2-1的规律,变压器二次侧电流,i,a,波形的特点：在,VT,1,处于通态的120,期间，,i,a,为正，,i,a,波形的形状与同时段的,u,d,波形相同，在,VT,4,处于通态的120,期间，,i,a,波形的形状也与同时段的,u,d,波形相同，但为负值。,a,=30,时的工作情况,a,=60,时工作情况,u,d,波形中每段线电压的波形继续后移，,u,d,平均值继续降低。,a,=60,时,u,d,出现为零的点,当,a,60,时的情况,当,a,60,时，,u,d,波形均连续，对于电阻负载，,i,d,波形与,u,d,波形形状一样，也连续,当,a,60,时，,u,d,波形每60,中有一段为零，,u,d,波形不能出现负值,带电阻负载时三相桥式全控整流电路,a,角的移相范围是120,小结,a,60,时,u,d,波形连续，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,u,d,波形、晶闸管承受的电压波形等都一样,区别在于：由于负载不同，同样的整流输出电压加到负载上，得到的负载电流,i,d,波形不同。阻感负载时，由于电感的作用，使得负载电流波形变得平直，当电感足够大的时候，负载电流的波形可近似为一条水平线。,2阻感负载时的工作情况,阻感负载时的工作情况与电阻负载时不同，电阻负载时,u,d,波形不会出现负的部分，而阻感负载时，由于电感,L,的作用，,u,d,波形会出现负的部分,带阻感负载时，三相桥式全控整流电路的,a,角移相范围为90,a,60,时的情况,3定量分析,当整流输出电压连续时（,即带阻感负载时，或带电阻负载,a,60,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,当整流变压器为,图2-17,中所示采用星形接法，带阻感负载时，变压器二次侧电流有效值为：,晶闸管电压、电流等的定量分析与三相半波时一致。,三相桥式全控整流电路接反电势阻感负载时，接反电势阻感负载时的,I,d,为：,图2-1 单相半波可控整流电路及波形,返回,返回,图2-2 带阻感负载的单相半波电路及其波形,VT,处于关断状态,VT,处于导通,状态,返回,图2-3 单相半波可控整流电路的分段线性等效电路,图2-4 单相半波带阻感负载有续流二极管的电路及波形,返回,图2-5 单相全控桥式带电阻负载时的电路及波形,返回,返回,图2-6 单相全控桥带阻感负载时的电路及波形,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,返回,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,返回,图2-9 单相全波可控整流电路及波形,返回,图2-10 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,返回,图2-11 单相桥式半控整流电路的另一接法,返回,图2-12三相半波可控整流电路共阴极接法电阻负载时的电路及,a,=0,时的波形,返回,图2-13 三相半波可控整流电路，电阻负载，,a,=30,时的波形,返回,图2-14 三相半波可控整流电路，电阻负载，,a,=60,时的波形,返回,图2-15 三相半波可控整流电路,U,d,/U,2,与,a,的关系,返回,图2-16三相半波可控整流电路，阻感负载时的电路及,a,=60,时的波形,返回,图2-17 三相桥式全控整流电路原理图,返回,图2-18三相桥式全控整流电路带电阻负载,a,=0,时的波形,返回,表2-1 三相桥式全控整流电路电阻负载,a,=0,时晶闸管工作情况,时 段,I,II,III,IV,V,VI,共阴极组中导通的晶闸管,VT,1,VT,1,VT,3,VT,3,VT,5,VT,5,共阳极组中导通的晶闸管,VT,6,VT,2,VT,2,VT,4,VT,4,VT,6,整流输出电压,u,d,u,a,-,u,b,=,u,ab,u,a,-,u,c,=,u,c,u,b,-,u,c,=,u,bc,u,b,-,u,a,=,u,ba,u,c,-,u,a,=,u,ca,u,c,-,u,b,=,u,cb,返回,图2-19三相桥式全控整流电路带电阻负载,a,=30,时的波形,返回,图2-20 三相桥式全控整流电路带电阻负载,a,=60,时的波形,返回,图2-21 三相桥式全控整流电路带电阻负载,a,=90,时的波形,返回,图2-22 三相桥式全控整流电路带阻感负载,a,=0,时的波形,返回,图2-23 三相桥式全控整流电路带阻感负载,a,=30,时的波形,返回,图2-24 三相桥式整流电路带阻感负载，,a,=90,时的波形,返回,