青島理工大學電力電子第3章整流電路

1、1第第3章章 整流電路整流電路 3.1 單相可控整流電路單相可控整流電路 3.2 三相可控整流電路三相可控整流電路 3.3 變壓器漏感對整流電路的影響變壓器漏感對整流電路的影響 3.4 電容濾波的不可控整流電路電容濾波的不可控整流電路 3.5 整流電路的諧波和功率因數(shù)整流電路的諧波和功率因數(shù) 3.6 大功率可控整流電路大功率可控整流電路 3.7 整流電路的有源逆變工作狀態(tài)整流電路的有源逆變工作狀態(tài) 3.8 相控電路的驅(qū)動控制相控電路的驅(qū)動控制 本章小結本章小結 2引言引言整流電路（整流電路（Rectifier）是電力電子電路中出現(xiàn)最）是電力電子電路中出現(xiàn)最早的一種，它的作用是將交流電能變?yōu)橹绷?/p>

2、電能早的一種，它的作用是將交流電能變?yōu)橹绷麟娔芄┙o直流用電設備。供給直流用電設備。 整流電路的分類整流電路的分類 按組成的器件可分為按組成的器件可分為不可控不可控、半控半控、全控全控三種。三種。 按電路結構可分為按電路結構可分為橋式橋式電路和電路和零式零式電路。電路。 按交流輸入相數(shù)分為按交流輸入相數(shù)分為單相單相電路和電路和多相多相電路電路。 按變壓器二次側(cè)電流的方向是單向或雙向，分按變壓器二次側(cè)電流的方向是單向或雙向，分為為單拍單拍電路和電路和雙拍雙拍電路。電路。33.1 單相可控整流電路單相可控整流電路 3.1.1 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路 3.1.2 單相橋式全控整流電路

3、單相橋式全控整流電路 3.1.3 單相全波可控整流電路單相全波可控整流電路 3.1.4 單相橋式半控整流電路單相橋式半控整流電路43.1.1 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路wwwwtTVTR0a)u1u2uVTudidwt1p2 ptttu2uguduVTaq0b)c)d)e)00圖圖3-1 單相半波可控整流電路及波形單相半波可控整流電路及波形帶電阻負載的工作情況帶電阻負載的工作情況 變壓器變壓器T起變換電壓和隔離的起變換電壓和隔離的作用，其一次側(cè)和二次側(cè)電壓瞬時作用，其一次側(cè)和二次側(cè)電壓瞬時值分別用值分別用u1和和u2表示，有效值分別表示，有效值分別用用U1和和U2表示，其中表示，

4、其中U2的大小根據(jù)的大小根據(jù)需要的直流輸出電壓需要的直流輸出電壓ud的平均值的平均值Ud確定。確定。 電阻負載的特點是電阻負載的特點是電壓與電流電壓與電流成正比，兩者波形相同成正比，兩者波形相同。 在分析整流電路工作時，認為在分析整流電路工作時，認為晶閘管（開關器件）為晶閘管（開關器件）為理想器件理想器件，即晶閘管導通時其管壓降等于零，即晶閘管導通時其管壓降等于零，晶閘管阻斷時其漏電流等于零，除晶閘管阻斷時其漏電流等于零，除非特意研究晶閘管的開通、關斷過非特意研究晶閘管的開通、關斷過程，一般認為晶閘管的開通與關斷程，一般認為晶閘管的開通與關斷過程瞬時完成。過程瞬時完成。 5改變觸發(fā)時刻，改變觸

5、發(fā)時刻，ud和和id波形隨之改變，直流輸出電壓波形隨之改變，直流輸出電壓ud為極性不變?yōu)闃O性不變 但瞬時值變化的但瞬時值變化的脈動直流脈動直流，其波形只在，其波形只在u2正半周內(nèi)出現(xiàn)，故稱正半周內(nèi)出現(xiàn)，故稱“半半波波”整流。加之電路中采用了可控器件晶閘管，且交流輸入為整流。加之電路中采用了可控器件晶閘管，且交流輸入為單相單相，故該電路稱為故該電路稱為單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路。整流電壓。整流電壓ud波形在一個電源波形在一個電源周期中只脈動周期中只脈動1次次，故該電路為，故該電路為單脈波整流電路單脈波整流電路?；緮?shù)量關系基本數(shù)量關系 a a：從晶閘管開始承受正向陽極電壓起到施加觸

6、發(fā)脈沖時的電角度：從晶閘管開始承受正向陽極電壓起到施加觸發(fā)脈沖時的電角度稱為觸發(fā)延遲角，也稱稱為觸發(fā)延遲角，也稱觸發(fā)角或控制角觸發(fā)角或控制角。 q q：晶閘管在一個電源周期中處于通態(tài)的電角度稱為導通角。晶閘管在一個電源周期中處于通態(tài)的電角度稱為導通角。 直流輸出電壓平均值直流輸出電壓平均值 隨著隨著a a增大，增大，Ud減小，該電路中減小，該電路中VT的的a a移相范圍移相范圍為為180 。 通過控制觸發(fā)脈沖的通過控制觸發(fā)脈沖的相位相位來控制直流輸出電壓大小的方式稱為相位來控制直流輸出電壓大小的方式稱為相位控制方式，簡稱相控方式?？刂品绞?，簡稱相控方式。 3.1.1 單相半波可控整流電路單相半

7、波可控整流電路paaapwwp2cos145. 0)cos1 (22)(sin221222UUttdUUd（3-1）63.1.1 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路uwttwwtwtw20wt1p2ptug0ud0id0uVT0qab)c)d)e)f)+ + +圖圖3-2 帶阻感負載的單相半帶阻感負載的單相半波可控整流電路及其波形波可控整流電路及其波形帶阻感負載的工作情況帶阻感負載的工作情況 阻感負載的特點是電感對電流變化有抗阻感負載的特點是電感對電流變化有抗拒作用，使得流過電感的電流不能發(fā)生突變。拒作用，使得流過電感的電流不能發(fā)生突變。 電路分析電路分析 晶閘管晶閘管VT處于斷態(tài)處于斷

8、態(tài),id=0,ud=0,uVT=u2。 在在w wt1時刻，即觸發(fā)角時刻，即觸發(fā)角a a處處 ud=u2。 L的存在使的存在使id不能突變不能突變，id從從0開始增開始增加。加。 u2由正變負的過零點處，由正變負的過零點處，id已經(jīng)處于減已經(jīng)處于減小的過程中，但尚未降到零，因此小的過程中，但尚未降到零，因此VT仍處仍處于通態(tài)于通態(tài)。 w wt2時刻，電感能量釋放完畢，時刻，電感能量釋放完畢，id降至降至零，零，VT關斷并立即承受反壓關斷并立即承受反壓。 由于電感的存在延遲了由于電感的存在延遲了VT的關斷時刻，的關斷時刻，使使ud波形出現(xiàn)負的部分，與帶電阻負載時相波形出現(xiàn)負的部分，與帶電阻負載時

9、相比其平均值比其平均值Ud下降。下降。 73.1.1 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路電力電子電路的一種基本分析電力電子電路的一種基本分析方法方法 把器件理想化，將電路簡化把器件理想化，將電路簡化為為分段線性電路分段線性電路。 器件的每種狀態(tài)組合對應一器件的每種狀態(tài)組合對應一種種線性電路拓撲線性電路拓撲，器件通斷狀，器件通斷狀態(tài)變化時，電路拓撲發(fā)生改變。態(tài)變化時，電路拓撲發(fā)生改變。 以前述單相半波電路為例以前述單相半波電路為例 當當VT處于斷態(tài)時，相當處于斷態(tài)時，相當 于電路在于電路在VT處斷開，處斷開， id=0。當。當VT處于通時，處于通時， 相當于相當于VT短路。兩種情短路。兩種

10、情 況的等效電路如圖況的等效電路如圖3-3所所 示。示。 a)b)VTRLVTRLu2u2圖圖3-3 單相半波可控整流電單相半波可控整流電路的分段線性等效電路路的分段線性等效電路 a) VT處于關斷狀態(tài)處于關斷狀態(tài) b) VT處于導通狀態(tài)處于導通狀態(tài)83.1.1 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路VTb)RLu2VT處于通態(tài)時，如下方程成立：處于通態(tài)時，如下方程成立： 在在VT導通時刻，有導通時刻，有w wt=a a，id=0，這是式（，這是式（3-2）的初）的初始條件。求解式（始條件。求解式（3-2）并將初始條件代入可得）并將初始條件代入可得tURitiLwsin2dd2dd)sin(

11、2)sin(22)(2waawwtZUeZUitLRd式中，式中， ， 。由此式可得出圖。由此式可得出圖3-2e所示的所示的id波形。波形。當當w wt=q q+a a時，時，id=0，代入式（，代入式（3-3）并整理得）并整理得 22)( LRZwRLtgw1)sin()sin(aqaqtge圖圖3-3 b) VT處于導通狀態(tài)處于導通狀態(tài) (3-2)(3-3)(3-4)93.1.1 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路 若若 為定值，為定值，a a角大，角大，q q越小。越小。 若若a a為定值，為定值， 越大，越大，q q越大越大 ，且，且 平均值平均值Ud越接近零。為解決上述矛越接近

12、零。為解決上述矛 盾，在整流電路的負載兩端并聯(lián)一盾，在整流電路的負載兩端并聯(lián)一 個二極管，稱為個二極管，稱為續(xù)流二極管續(xù)流二極管，用，用 VDR表示。表示。有續(xù)流二極管的電路有續(xù)流二極管的電路 電路分析電路分析 u2正半周時，與沒有續(xù)流二極管正半周時，與沒有續(xù)流二極管 時的情況是一樣的。時的情況是一樣的。 當當u2過零變負時，過零變負時，VDR導通，導通，ud 為零，此時為負的為零，此時為負的u2通過通過VDR向向VT 施加反壓使其關斷，施加反壓使其關斷，L儲存的能量保儲存的能量保 證了電流證了電流id在在L-R-VDR回路回路中流通，中流通， 此過程通常稱為此過程通常稱為續(xù)流續(xù)流。 若若L足

13、夠大，足夠大，id連續(xù)連續(xù)，且，且id波形接波形接 近一條水平線近一條水平線 。u2udiduVTiVTIdIdwt1wtwtwtwtwtwtOOOOOOp -ap +ab)c)d)e)f)g)iVDRa)圖圖3-4 單相半波帶阻感負載有單相半波帶阻感負載有續(xù)流二極管的電路及波形續(xù)流二極管的電路及波形 10 基本數(shù)量關系基本數(shù)量關系 流過晶閘管的電流平均值流過晶閘管的電流平均值IdT和有效值和有效值IT分別為：分別為： 續(xù)流二極管的電流平均值續(xù)流二極管的電流平均值IdDR和有效值和有效值IDR分別為分別為 其移相范圍為其移相范圍為180 ，其承受的最大正反向電壓均為，其承受的最大正反向電壓均為

14、u2的峰值即的峰值即 。 續(xù)流二極管承受的電壓為續(xù)流二極管承受的電壓為-ud，其最大反向電壓為，其最大反向電壓為 ，亦為，亦為u2的峰值。的峰值。 單相半波可控整流電路的特點是簡單，但輸出脈動大，變壓器二次側(cè)電流單相半波可控整流電路的特點是簡單，但輸出脈動大，變壓器二次側(cè)電流中含直流分量，造成變壓器鐵芯中含直流分量，造成變壓器鐵芯直流磁化直流磁化。為使變壓器鐵芯不飽和，需增。為使變壓器鐵芯不飽和，需增大鐵芯截面積，增大了設備的容量。大鐵芯截面積，增大了設備的容量。 3.1.1 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路ddTIIpap2ddTItdIIpapwppa2)(212ddDRIIpap

15、2ddDRItdIIpapwpapp2)(2122(3-5)(3-6)(3-7)(3-8)22U22U113.1.2 單相橋式全控整流電路單相橋式全控整流電路u (i )pwtwtwt000i2udidb)c)d)ddaauVT1,4圖圖3-5 單相全控橋式單相全控橋式帶電阻負載時的電路及波形帶電阻負載時的電路及波形a)帶電阻負載的工作情況帶電阻負載的工作情況 電路分析電路分析 閘管閘管VT1和和VT4組成一對橋臂，組成一對橋臂，VT2 和和VT3組成另一對橋臂。組成另一對橋臂。 在在u2正半周（即正半周（即a點電位高于點電位高于b點電位）點電位） 若若4個晶閘管均不導通，個晶閘管均不導通，i

16、d=0,ud=0,VT1、VT4串聯(lián)承受電壓串聯(lián)承受電壓u2。 在觸發(fā)角在觸發(fā)角a a處給處給VT1和和VT4加觸發(fā)加觸發(fā) 脈脈沖，沖，VT1和和VT4即導通，電流從電源即導通，電流從電源a端經(jīng)端經(jīng)VT1、R、VT4流回電源流回電源b端。端。 當當u2過零時，流經(jīng)晶閘管的電流也降過零時，流經(jīng)晶閘管的電流也降到零，到零，VT1和和VT4關斷。關斷。 在在u2負半周，仍在觸發(fā)角負半周，仍在觸發(fā)角a a處觸發(fā)處觸發(fā)VT2和和VT3，VT2和和VT3導通，電流從電源導通，電流從電源b端流出，經(jīng)端流出，經(jīng)VT3、R、VT2流回電源流回電源a端。端。 到到u2過零時，電流又降為零，過零時，電流又降為零，V

17、T2和和VT3關斷。關斷。 VT2和和VT3的的a a=0處為處為w wt=p p12基本數(shù)量關系基本數(shù)量關系 晶閘管承受的最大晶閘管承受的最大正向電壓正向電壓和和反向電壓反向電壓分別為分別為 和和 。 整流電壓平均值為：整流電壓平均值為： =0時，時，Ud= Ud0=0.9U2。=180 時，時，Ud=0?？梢?，?？梢姡墙堑牡囊葡喾秶葡喾秶鸀闉?80 。 向負載輸出的直流電流平均值為：向負載輸出的直流電流平均值為： 3.1.2 單相橋式全控整流電路單相橋式全控整流電路222U22Upaaapwwp2cos19 . 02cos122)( dsin21222UUttUUd2cos19 . 0

18、2cos12222aapRURURUIdd(3-9)(3-10)13流過晶閘管的電流平均值流過晶閘管的電流平均值 ： 流過晶閘管的電流有效值為：流過晶閘管的電流有效值為： 變壓器二次側(cè)電流有效值變壓器二次側(cè)電流有效值I2與輸出直流電流有效值與輸出直流電流有效值I相等，相等，為為 由式（由式（3-12）和（）和（3-13）可見：）可見：不考慮變壓器的損耗時，要求變壓器的容量為不考慮變壓器的損耗時，要求變壓器的容量為S=U2I2。3.1.2 單相橋式全控整流電路單相橋式全控整流電路2cos145. 0212aRUIIddTpapapwwppa2sin212)(d)sin2(21222RUttRUI

19、Tpapapwwppa2sin21)()sin2(12222RUtdtRUIIIIT21(3-11)(3-12)(3-13)(3-14)143.1.2 單相橋式全控整流電路單相橋式全控整流電路2OwtOwtOwtudidi2OwtOwtuVT1,4OwtOwtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4u圖圖3-6 單相橋式全控整流電流帶單相橋式全控整流電流帶阻感負載時的電路及波形阻感負載時的電路及波形帶阻感負載的工作情況帶阻感負載的工作情況 電路分析電路分析 在在u2正半周期正半周期 觸發(fā)角觸發(fā)角a a處給晶閘管處給晶閘管VT1和和VT4加加觸發(fā)脈沖使其開通，觸發(fā)脈沖使其開通，ud=u2。

20、負載電感很大，負載電感很大，id不能突變且波不能突變且波形近似為一條水平線。形近似為一條水平線。 u2過零變負時，由于電感的作用過零變負時，由于電感的作用晶閘管晶閘管VT1和和VT4中仍流過電流中仍流過電流id，并不，并不關斷。關斷。 w wt=p p+a a時刻，觸發(fā)時刻，觸發(fā)VT2和和VT3，VT2和和VT3導通，導通，u2通過通過VT2和和VT3分別分別向向VT1和和VT4施加反壓使施加反壓使VT1和和VT4關斷，關斷，流過流過VT1和和VT4的電流迅速轉(zhuǎn)移到的電流迅速轉(zhuǎn)移到VT2和和VT3上，此過程稱為上，此過程稱為換相換相，亦稱，亦稱換流換流。 153.1.2 單相橋式全控整流電路單

21、相橋式全控整流電路基本數(shù)量關系基本數(shù)量關系 整流電壓平均值為：整流電壓平均值為： 當當a a=0時，時，Ud0=0.9U2。a a=90 時，時，Ud=0。晶閘管。晶閘管移相范圍移相范圍為為90 。 晶閘管承受的最大晶閘管承受的最大正反向電壓正反向電壓均為均為 。 晶閘管導通角晶閘管導通角q q與與a a無關，均為無關，均為180 ，其電流平均值和，其電流平均值和有效值分別為：有效值分別為： 和和 。 變壓器二次側(cè)電流變壓器二次側(cè)電流i2的波形為正負各的波形為正負各180 的矩形波，其的矩形波，其相位由相位由a a角決定，有效值角決定，有效值I2=Id。 apaaapwwpcos9 . 0co

22、s22)( dsin21222dUUttUU22UddT21IIddT707. 021III(3-15)16帶反電動勢負載時的工作情況帶反電動勢負載時的工作情況 當負載為蓄電池、直流電動機的電樞（忽略其中的電感）等時，負載可看當負載為蓄電池、直流電動機的電樞（忽略其中的電感）等時，負載可看成一個直流電壓源，對于整流電路，它們就是反電動勢負載。成一個直流電壓源，對于整流電路，它們就是反電動勢負載。 電路分析電路分析 |u2|E時，才有晶閘管承受正電壓，有導通的可能。時，才有晶閘管承受正電壓，有導通的可能。 晶閘管導通之后，晶閘管導通之后，ud=u2， ，直至，直至|u2|=E，id即降至即降至0

23、使得晶閘管使得晶閘管關斷，此后關斷，此后ud=E。 與電阻負載時相比，晶閘管提前了與電阻負載時相比，晶閘管提前了電角度電角度 停止導電，停止導電， 稱為稱為停止導電角停止導電角。 當當a a30 當導通一相的相電壓過零變負時，該相晶閘管關斷，但下一相晶閘管因未當導通一相的相電壓過零變負時，該相晶閘管關斷，但下一相晶閘管因未觸發(fā)而不導通，此時輸出電壓電流為零。觸發(fā)而不導通，此時輸出電壓電流為零。 負載電流負載電流斷續(xù)斷續(xù)，各晶閘管導通角，各晶閘管導通角小于小于120 。 313.2.1 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路基本數(shù)量關系基本數(shù)量關系電阻負載時電阻負載時a a角的角的移相范圍移相

24、范圍為為150 。 整流電壓平均值整流電壓平均值 a a30 時，負載電流時，負載電流連續(xù)連續(xù)，有，有 當當a a=0時，時，Ud最大，為最大，為Ud=Ud0=1.17U2。 a a30 時，負載電流時，負載電流斷續(xù)斷續(xù)，晶閘管導通角減小，此時，晶閘管導通角減小，此時有有 aapwwpapapcos17.1cos263)(sin2321226562UUttdUUd)6cos(1675.0)6cos(1223)(sin2321262apappwwppapUttdUUd(3-18)(3-19)323.2.1 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路Ud/U2隨隨a a變化的規(guī)律變化的規(guī)律 0306

25、0901201501.17321a/( )Ud/U2圖圖3-16 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路Ud/U2與與a a的關系的關系電阻電阻負載負載電感電感負載負載電阻電電阻電感負載感負載333.2.1 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路負載電流平均值為負載電流平均值為晶閘管承受的最大反向電壓為變壓器二次線電壓峰值晶閘管承受的最大反向電壓為變壓器二次線電壓峰值,即即 晶閘管陽極與陰極間的最大電壓等于變壓器二次相電壓晶閘管陽極與陰極間的最大電壓等于變壓器二次相電壓的峰值，即的峰值，即 RUIdd22245. 2632UUUURM22UUFM(3-20)(3-21)(

26、3-22)343.2.1 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路阻感負載阻感負載 電路分析電路分析 L值很大，整流電流值很大，整流電流id的的波形基本是平直的，流過晶波形基本是平直的，流過晶閘管的電流接近閘管的電流接近矩形波矩形波。 a a30 時，整流電壓波形時，整流電壓波形與電阻負載時相同。與電阻負載時相同。 a a30 時，當時，當u2過零時，過零時，由于電感的存在，阻止電流由于電感的存在，阻止電流下降，因而下降，因而VT1繼續(xù)導通，繼續(xù)導通，直到下一相晶閘管直到下一相晶閘管VT2的觸的觸發(fā)脈沖到來，才發(fā)生換流，發(fā)脈沖到來，才發(fā)生換流，由由VT2導通向負載供電，同導通向負載供電，同時向

27、時向VT1施加反壓使其關斷。施加反壓使其關斷。 uuuudiaabcibiciduacOwtOwtOOwtOOwtawtwtu圖圖3-17 三相半波可控整流電路，阻三相半波可控整流電路，阻感負載時的電路及感負載時的電路及a a=60 時的波形時的波形353.2.1 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路基本數(shù)量關系基本數(shù)量關系 a a的的移相范圍移相范圍為為90 。 整流電壓平均值整流電壓平均值 Ud/U2與與a a的關系的關系 L很大，如曲線很大，如曲線2所示。所示。 L不是很大，則當不是很大，則當a a30 后，后，ud中負的部分中負的部分可能減少，整流電壓平可能減少，整流電壓平均值均值

28、Ud略為增加，如曲略為增加，如曲線線3 所示。所示。acos17.12dUU03060901201501.17321a/( )Ud/U2圖圖3-16 三相半波可控整三相半波可控整流電路流電路Ud/U2與與a a的關系的關系363.2.1 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路 變壓器二次電流即晶閘管電流的有效值為變壓器二次電流即晶閘管電流的有效值為 晶閘管的額定電流為晶閘管的額定電流為 晶閘管最大正反向電壓峰值均為變壓器二次線電壓峰晶閘管最大正反向電壓峰值均為變壓器二次線電壓峰值，即值，即 三相半波可控整流電路的主要缺點在于其變壓器二次電三相半波可控整流電路的主要缺點在于其

29、變壓器二次電流中含有流中含有直流分量直流分量，為此其應用較少。，為此其應用較少。ddTIIII577. 0312ddAVTIII368. 057. 1)(245. 2UUURMFM(3-23)(3-24)(3-25)373.2.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路原理圖原理圖 陰極連接在一起的陰極連接在一起的3個個晶閘管（晶閘管（VT1，VT3，VT5）稱為稱為共陰極組共陰極組；陽極連接在；陽極連接在一起的一起的3個晶閘管（個晶閘管（VT4，VT6，VT2）稱為）稱為共陽極組共陽極組。 共陰極組中與共陰極組中與a，b，c三相電源相接的三相電源相接的3個晶閘管個晶閘管分別為分別為VT1，

30、VT3，VT5，共，共陽極組中與陽極組中與a，b，c三相電三相電源相接的源相接的3個晶閘管分別為個晶閘管分別為VT4，VT6，VT2。 晶閘管的導通順序為晶閘管的導通順序為VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6。 圖圖3-18 三相橋式全控整流電路原理圖三相橋式全控整流電路原理圖383.2.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路帶電阻負載時的工作情況帶電阻負載時的工作情況 電路分析電路分析 各自然換相點既是各自然換相點既是相電壓相電壓的交點，同時也是的交點，同時也是線電壓線電壓的交點。的交點。 當當a a60 時時 ud波形均波形均連續(xù)連續(xù)，對于電阻負載，對于電阻負載，id波形與

31、波形與ud波形的形狀是一樣波形的形狀是一樣的，也的，也連續(xù)連續(xù)。 a a=0 時，時，ud為線電壓在正半周的為線電壓在正半周的包絡線包絡線。波形見。波形見圖圖3-19 時段時段共陰極組中導通的晶閘管共陰極組中導通的晶閘管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共陽極組中導通的晶閘管共陽極組中導通的晶閘管VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流輸出電壓整流輸出電壓udua-ub=uabua-uc=uacub-uc=ubcub-ua=ubauc-ua=ucauc-ub=ucb表表3-1 三相橋式全控整流電路電阻負載三相橋式全控整流電路電阻負載a a=0 時晶閘管工作情況時晶閘管工作情況393.2.2

32、三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路 a a=30 時，晶閘管起始導通時刻推遲了時，晶閘管起始導通時刻推遲了30 ，組成，組成ud的每的每一段線電壓因此推遲一段線電壓因此推遲30 ，ud平均值降低，波形見平均值降低，波形見圖圖3-20。 a a=60 時，時，ud波形中每段線電壓的波形繼續(xù)向后移，波形中每段線電壓的波形繼續(xù)向后移，ud平平均值繼續(xù)降低。均值繼續(xù)降低。a a=60 時時ud出現(xiàn)了出現(xiàn)了為零的點為零的點，波形見，波形見圖圖3-21。當當a a60 時時 因為因為id與與ud一致，一旦一致，一旦ud降為至零，降為至零，id也降至零，晶閘管也降至零，晶閘管關斷，輸出整流電壓關斷，輸

33、出整流電壓ud為零為零，ud波形不能出現(xiàn)負值。波形不能出現(xiàn)負值。 a a=90 時的波形見時的波形見圖圖3-22。 403.2.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路的一些特點三相橋式全控整流電路的一些特點 每個時刻均需每個時刻均需2個個晶閘管同時導通，形成向負載供電的晶閘管同時導通，形成向負載供電的回路，共陰極組的和共陽極組的回路，共陰極組的和共陽極組的各各1個個，且不能為同一相，且不能為同一相的晶閘管。的晶閘管。 對觸發(fā)脈沖的要求對觸發(fā)脈沖的要求 6個晶閘管的脈沖按個晶閘管的脈沖按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的順序，的順序，相位依次差相位依次差6

34、0 。 共陰極組共陰極組VT1、VT3、VT5的脈沖依次差的脈沖依次差120 ，共陽極，共陽極組組VT4、VT6、VT2也依次差也依次差120 。 同一相的上下兩個橋臂，即同一相的上下兩個橋臂，即VT1與與VT4，VT3與與VT6，VT5與與VT2，脈沖相差，脈沖相差180 。413.2.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路整流輸出電壓整流輸出電壓ud一周期一周期脈動脈動6次次，每次脈動的波形都一樣，每次脈動的波形都一樣，故該電路為故該電路為6脈波整流電路脈波整流電路。在整流電路合閘啟動過程中或電流斷續(xù)時，為確保電路在整流電路合閘啟動過程中或電流斷續(xù)時，為確保電路的正常工作，需保證同時

35、導通的的正常工作，需保證同時導通的2個晶閘管均有脈沖個晶閘管均有脈沖 寬脈沖寬脈沖觸發(fā)觸發(fā) ：使脈沖寬度大于：使脈沖寬度大于60 （一般取（一般取80 100 ） 雙脈沖雙脈沖觸發(fā)觸發(fā) ：用兩個窄脈沖代替寬脈沖，兩個窄脈沖的：用兩個窄脈沖代替寬脈沖，兩個窄脈沖的前沿相差前沿相差60 ，脈寬一般為，脈寬一般為20 30 。 常用的是雙脈沖觸發(fā)。常用的是雙脈沖觸發(fā)。 晶閘管承受的電壓波形與三相半波時相同，晶閘管承受晶閘管承受的電壓波形與三相半波時相同，晶閘管承受最大正、反向電壓的關系也一樣。最大正、反向電壓的關系也一樣。423.2.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路阻感負載時的工作情況阻

36、感負載時的工作情況 電路分析電路分析 當當a a60 時時 ud波形連續(xù)，電路的工作情況與帶電阻負載時十分波形連續(xù)，電路的工作情況與帶電阻負載時十分相似，各晶閘管的通斷情況、輸出整流電壓相似，各晶閘管的通斷情況、輸出整流電壓ud波形、晶波形、晶閘管承受的電壓波形等都一樣。閘管承受的電壓波形等都一樣。 區(qū)別在于區(qū)別在于電流電流，當電感足夠大的時候，當電感足夠大的時候，id、iVT、ia的的波形在導通段都可近似為一條水平線。波形在導通段都可近似為一條水平線。 a a=0 時的波形見時的波形見圖圖3-23，a a=30 時的波形見時的波形見圖圖3-24。 當當a a60 時時 由于電感由于電感L的作

37、用，的作用，ud波形會出現(xiàn)波形會出現(xiàn)負的部分負的部分。 a a=90 時的波形見時的波形見圖圖3-25。 433.2.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路基本數(shù)量關系基本數(shù)量關系 帶電阻負載時三相橋式全控整流電路帶電阻負載時三相橋式全控整流電路a a角的移相范圍是角的移相范圍是120 ，帶阻感負載時，三相橋式全控整流電路的，帶阻感負載時，三相橋式全控整流電路的a a角移相角移相范圍為范圍為90 。 整流輸出電壓平均值整流輸出電壓平均值 帶阻感負載時，或帶電阻負載帶阻感負載時，或帶電阻負載a a60 時時 帶電阻負載且?guī)щ娮柝撦d且a a60 時時 awwpapapcos34.2)(sin

38、63123232UttdUUd)3cos(134. 2)(sin63232apwwppapUttdUUd(3-26)(3-27)443.2.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路輸出電流平均值為輸出電流平均值為Id=Ud/R。當整流變壓器為圖當整流變壓器為圖3-17中所示采用中所示采用星形接法星形接法，帶阻感負，帶阻感負載時，變壓器二次側(cè)電流波形如圖載時，變壓器二次側(cè)電流波形如圖3-23中所示，為正負中所示，為正負半周各寬半周各寬120 、前沿相差、前沿相差180 的矩形波，其有效值為：的矩形波，其有效值為： 晶閘管電壓、電流等的定量分析與三相半波時一致。晶閘管電壓、電流等的定量分析與三

39、相半波時一致。三相橋式全控整流電路接三相橋式全控整流電路接反電勢阻感負載反電勢阻感負載時的時的Id為：為： 式中式中R和和E分別為負載中的電阻值和反電動勢的值。分別為負載中的電阻值和反電動勢的值。 2221222()0.8162333ddddIIIIIppp REUIdd(3-28)(3-29)453.3 變壓器漏感對整流電路的影響變壓器漏感對整流電路的影響變壓器漏感變壓器漏感 實際上變壓器繞組總有實際上變壓器繞組總有漏感漏感，該漏感可用一個，該漏感可用一個集中的電感集中的電感LB表示，并將其折算到表示，并將其折算到變壓器二次側(cè)變壓器二次側(cè)。 由于電感對電流的變化起阻礙作用，電感電流由于電感對

40、電流的變化起阻礙作用，電感電流不能突變，因此不能突變，因此換相換相過程不能瞬間完成，而是會過程不能瞬間完成，而是會持續(xù)一段時間持續(xù)一段時間。 現(xiàn)以三相半波為例來分析，然后將其結論推廣現(xiàn)以三相半波為例來分析，然后將其結論推廣 假設負載中電感很大，假設負載中電感很大，負載電流為水平線負載電流為水平線。 463.3 變壓器漏感對整流電路的影響變壓器漏感對整流電路的影響udidwtOwtOgiciaibiciaIduaubuca分析從分析從VT1換相至換相至VT2的過程的過程 在在w wt1時刻之前時刻之前VT1導通，導通， w wt1時刻觸發(fā)時刻觸發(fā)VT2，因，因a、b兩相兩相均有漏感，故均有漏感，

41、故ia、ib均不能突變，均不能突變，于是于是VT1和和VT2同時導通，相當同時導通，相當于將于將a、b兩相短路兩相短路，兩相間電，兩相間電壓差為壓差為ub-ua，它在兩相組成的，它在兩相組成的回路中產(chǎn)生回路中產(chǎn)生環(huán)流環(huán)流ik如圖所示。如圖所示。 ik=ib是逐漸增大的，而是逐漸增大的，而 ia=Id-ik是逐漸減小的。是逐漸減小的。 當當ik增大到等于增大到等于Id時，時，ia=0，VT1關斷，換流過程結束。關斷，換流過程結束。 換相過程持續(xù)的時間用電換相過程持續(xù)的時間用電角度角度g g表示，稱為表示，稱為換相重疊角換相重疊角。 w wt1時刻時刻 圖圖3-26 考慮變壓器漏感時的三考慮變壓器

42、漏感時的三相半波可控整流電路及波形相半波可控整流電路及波形 473.3 變壓器漏感對整流電路的影響變壓器漏感對整流電路的影響基本數(shù)量關系基本數(shù)量關系 換相過程中，整流輸出電壓瞬時值為換相過程中，整流輸出電壓瞬時值為 換相壓降：與不考慮變壓器漏感時相比，換相壓降：與不考慮變壓器漏感時相比，ud平均值降平均值降低的多少，即低的多少，即 2ddddbabaduutiLutiLuukBkB556655dbdbbB66565BBB d06d13()d()()d()2 /32dd333d()d2d22dkIkkiUuutuuLttiLtL iX Itppa ga gppaapa gpawwppwwppp

43、(3-30)(3-31)483.3 變壓器漏感對整流電路的影響變壓器漏感對整流電路的影響換相重疊角換相重疊角g g 由式（由式（3-30）得出：）得出： 由上式得：由上式得： 進而得出：進而得出： 當當 時，時， ，于是，于是 B2Bab2)65(sin62)(ddLtULuutikpw2Bd65sin ()d26kiUttXpww2256BB6655sin()d()coscos()2626tkUUitttXXwpappwwawgawtdIik)cos(cos26B2dgaaXUI2dB62)cos(cosUIXgaa(3-32)(3-33)(3-34)(3-35)(3-36)493.3 變壓

44、器漏感對整流電路的影響變壓器漏感對整流電路的影響 g g隨其它參數(shù)變化的規(guī)律：隨其它參數(shù)變化的規(guī)律： Id越大則越大則g g越大；越大； XB越大越大g g越大；越大； 當當a a90 時，時，a a越小越小g g越大。越大。其它整流電路的分析結果其它整流電路的分析結果 電路形式電路形式單相全波單相全波單相全控橋單相全控橋三相半波三相半波三相全控橋三相全控橋m脈波整流電路脈波整流電路 dU)cos(cosgaadBIXpdB2IXpdB23IXpdB3IXpdB2ImXp2Bd2UXI2Bd22UXI2dB62UIX2dB62UIXmUXIpsin22Bd注：注：單相全控橋電路中，單相全控橋電

45、路中，XB在一周期的兩次換相中都起作用，等效為在一周期的兩次換相中都起作用，等效為m=4； 三相橋等效為相電壓等于三相橋等效為相電壓等于 的的6脈波整流電路，故其脈波整流電路，故其m=6，相電壓按，相電壓按 代入。代入。23U23U表表3-2 各種整流電路換相壓降和換相重疊角的計算各種整流電路換相壓降和換相重疊角的計算 503.3 變壓器漏感對整流電路的影響變壓器漏感對整流電路的影響變壓器漏感對整流電路影響的一些結論變壓器漏感對整流電路影響的一些結論: 出現(xiàn)換相重疊角出現(xiàn)換相重疊角g g，整流輸出電壓平均值，整流輸出電壓平均值Ud降低。降低。 整流電路的工作狀態(tài)增多。整流電路的工作狀態(tài)增多。

46、晶閘管的晶閘管的di/dt減小，有利于晶閘管的安全開通，有時人為串入進減小，有利于晶閘管的安全開通，有時人為串入進線電抗器以抑制晶閘管的線電抗器以抑制晶閘管的di/dt。 換相時晶閘管電壓出現(xiàn)缺口，產(chǎn)生正的換相時晶閘管電壓出現(xiàn)缺口，產(chǎn)生正的du/dt，可能使晶閘管誤導，可能使晶閘管誤導 通，為此必須加通，為此必須加吸收電路吸收電路。 換相使電網(wǎng)電壓出現(xiàn)缺口，成為換相使電網(wǎng)電壓出現(xiàn)缺口，成為干擾源干擾源。513.3 變壓器漏感對整流電路的影響變壓器漏感對整流電路的影響例：三相橋式不可控整流電路，阻感負載，例：三相橋式不可控整流電路，阻感負載，R=5，L=，U2=220V，XB=0.3，求求Ud、

47、Id、IVD、I2和和g g的值并作出的值并作出ud、iVD和和i2的波形。的波形。解：三相橋式不可控整流電路相當于三相橋式可控整流電路解：三相橋式不可控整流電路相當于三相橋式可控整流電路a a0時的情況。時的情況。 Ud3.34U2cosa aUd Ud3XBIdp p IdUdR 解方程組得：解方程組得： Ud3.34U2cosa a（13XB/p pR）486.9（V） Id97.38（A） 又又 =2 U2 即得出即得出 =0.892 換流重疊角換流重疊角g g26.93 二極管電流和變壓器二次測電流的有效值分別為二極管電流和變壓器二次測電流的有效值分別為 IVDId397.38333

48、.46（A） I2a Id79.51（A） ud、iVD1和和i2a的波形如的波形如圖圖3-27所示。所示。acos)cos(gaBdXI6gcos32523.4 電容濾波的不可控整流電路電容濾波的不可控整流電路 3.4.1 電容濾波的單相不可控整流電路電容濾波的單相不可控整流電路 3.4.2 電容濾波的三相不可控整流電路電容濾波的三相不可控整流電路 533.4 電容濾波的不可控整流電路電容濾波的不可控整流電路引言引言交交直直交變頻器、不間斷電源、開關電交變頻器、不間斷電源、開關電源等應用場合大都采用源等應用場合大都采用不可控整流電路不可控整流電路。最常用的是最常用的是單相橋式單相橋式和和三相

49、橋式三相橋式兩種接法。兩種接法。 由于電路中的電力電子器件采用由于電路中的電力電子器件采用整流二極整流二極管管，故也稱這類電路為，故也稱這類電路為二極管整流電路二極管整流電路。543.4.1 電容濾波的單相不可控整流電路電容濾波的單相不可控整流電路工作原理及波形分析工作原理及波形分析 基本工作過程基本工作過程 在在u2正半周過零點至正半周過零點至w wt=0期間，因期間，因u2 和和w wRC 分別是電流分別是電流id斷續(xù)和連續(xù)的條件。斷續(xù)和連續(xù)的條件。 通常只有通常只有R是可變的，它的大小反映了是可變的，它的大小反映了負載的輕重負載的輕重，因此在，因此在輕載輕載時直流側(cè)時直流側(cè)獲得的充電電流

50、是獲得的充電電流是斷續(xù)斷續(xù)的，的，重載重載時是時是連續(xù)連續(xù)的。的。 32=+t)-32( - tRC1232=+t2t)(d32sin6d)(d)+tsin(6dpwpwwpwwpwqweUtU333a)b)wtwtwtwtaidaidOOOO圖圖3-33電容濾波的三相電容濾波的三相橋式整流電路當橋式整流電路當w wRC等于等于和小于時和小于時 的電流波形的電流波形a）w wRC= b）w wRCua，VT6導通，導通，此電流在流經(jīng)此電流在流經(jīng)LP時，時，LP上要上要感應一電動勢感應一電動勢up，其方向是要，其方向是要阻止電流增大阻止電流增大?？蓪С??？蓪С鯨p兩端兩端電壓、整流輸出電壓的數(shù)學

51、電壓、整流輸出電壓的數(shù)學表達式如下：表達式如下：12ddpuuu2112111()222ddpdpdduuuuuuu(3-97)(3-98)w wt1時刻時刻873.6.1 帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路圖圖3-39 平衡電抗器作用下輸出電壓的平衡電抗器作用下輸出電壓的波形和平衡電抗器上電壓的波形波形和平衡電抗器上電壓的波形圖圖3-40 平衡電抗器作用下兩平衡電抗器作用下兩個晶閘管同時導電的情況個晶閘管同時導電的情況雖然雖然ud1ud2，但由于，但由于Lp的平衡作用，的平衡作用，使得晶閘管使得晶閘管VT6和和VT1同時導通。同時導通。時間推遲至時間推遲至u

52、b與與ua的交點時，的交點時，ub =ua，up=0。之后之后ub ub，電流才從，電流才從VT6換至換至VT2，此時此時VT1、VT2同時導電。同時導電。每一組中的每一個晶閘管仍按每一組中的每一個晶閘管仍按三相三相半波的導電規(guī)律半波的導電規(guī)律而各輪流導電。而各輪流導電。平衡電抗器中點作為整流電壓輸出平衡電抗器中點作為整流電壓輸出的負端，其輸出的整流電壓瞬時值為的負端，其輸出的整流電壓瞬時值為兩組三相半波整流電壓瞬時值的平均兩組三相半波整流電壓瞬時值的平均值。值。w wtupud1,ud2OO60360w wt1 w wtb)a)uaubucucuaubub883.6.1 帶平衡電抗器的雙反星

53、形可控整流電路帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路諧波分析諧波分析 將圖將圖3-38中中ud1和和ud2的波形用傅氏級數(shù)展開，可得當?shù)牟ㄐ斡酶凳霞墧?shù)展開，可得當a a=0 時的時的ud1、ud2，即，即9cos4016cos3523cos411 26321 tttUudwwwp9cos4016cos3523cos411 263)60(9cos401)60(6cos352)60( 3cos411 263222 tttUtttUudwwwpwwwp由式（由式（3-97）和（）和（3-98）可得）可得 9cos2013cos212632 ttUupwwp6cos3521 2632 tUudwp 負載電

54、壓負載電壓ud中的中的諧波分量諧波分量比比直流分量直流分量要小得多，而且要小得多，而且最低次諧波最低次諧波為為六次六次諧諧波。波。 直流平均電壓為直流平均電壓為 22017. 1)2(63UUUdp(3-99)(3-100)(3-101)(3-102)893.6.1 帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路。90a。60a。30audududwtOwtOwtOuaubucucuaububucucuaububucucuauba a=30 、a a=60 和和a a=90 時輸出時輸出電壓的波形分析電壓的波形分析 當需要分析各種控制角時的當需要分析各種控制角時的輸出波形

55、時，可根據(jù)式（輸出波形時，可根據(jù)式（3-98）先求出兩組三相半波電路的先求出兩組三相半波電路的ud1和和ud2波形，然后做出波形波形，然后做出波形(ud1+ud2)/2。 輸出電壓波形與三相半波電輸出電壓波形與三相半波電路比較，路比較，脈動程度減小了脈動程度減小了，脈動脈動頻率加大一倍頻率加大一倍，f=300Hz。 在電感負載情況下，移相范在電感負載情況下，移相范圍是圍是90 。 在電阻負載情況下，移相范在電阻負載情況下，移相范圍為圍為120 。 整流電壓平均值為整流電壓平均值為Ud=1.17圖圖3-41 當當a a =30 、60 、90 時，雙時，雙反星形電路的輸出電壓波形反星形電路的輸出

56、電壓波形U2cosa a903.6.1 帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路將雙反星形電路與三相橋式電路進行比較可得出將雙反星形電路與三相橋式電路進行比較可得出以下結論以下結論 三相橋為兩組三相半波三相橋為兩組三相半波串聯(lián)串聯(lián)，而雙反星形為兩，而雙反星形為兩組三相半波組三相半波并聯(lián)并聯(lián)，且后者需用，且后者需用平衡電抗器平衡電抗器。 當當U2相等時，雙反星形的相等時，雙反星形的Ud是三相橋的是三相橋的1/2，而而Id是單相橋的是單相橋的2倍。倍。 兩種電路中，晶閘管的導通及觸發(fā)脈沖的分配兩種電路中，晶閘管的導通及觸發(fā)脈沖的分配關系一樣，關系一樣，ud和和id的波形

57、形狀一樣。的波形形狀一樣。913.6.2 多重化整流電路多重化整流電路可采用多重化整流電路減輕整流裝可采用多重化整流電路減輕整流裝置所產(chǎn)生的諧波、無功功率等對電網(wǎng)置所產(chǎn)生的諧波、無功功率等對電網(wǎng)的的干擾干擾，將幾個整流電路多重聯(lián)結可，將幾個整流電路多重聯(lián)結可以減少交流側(cè)輸入以減少交流側(cè)輸入電流諧波電流諧波，而對晶，而對晶閘管多重整流電路采用順序控制的方閘管多重整流電路采用順序控制的方法可提高法可提高功率因數(shù)功率因數(shù)。 移相多重聯(lián)結移相多重聯(lián)結 有有并聯(lián)多重聯(lián)結并聯(lián)多重聯(lián)結和和串聯(lián)多重聯(lián)結串聯(lián)多重聯(lián)結。 可減少可減少輸入電流諧波輸入電流諧波，減小，減小輸出輸出電壓電壓中的中的諧波諧波并提高并提高

58、紋波頻率紋波頻率，因而，因而可減小平波電抗器?？蓽p小平波電抗器。 使用使用平衡電抗器平衡電抗器來平衡來平衡2組整流組整流器的電流。器的電流。 圖圖3-42的電路是的電路是2個三相橋并聯(lián)而個三相橋并聯(lián)而成的成的12脈波整流電路脈波整流電路。圖圖3-42 并聯(lián)多重聯(lián)結并聯(lián)多重聯(lián)結的的12脈波整流電路脈波整流電路923.6.2 多重化整流電路多重化整流電路圖圖3-43 移相移相30 串聯(lián)串聯(lián)2重聯(lián)結電路重聯(lián)結電路移相移相30 構成的串聯(lián)構成的串聯(lián)2重聯(lián)結電路重聯(lián)結電路 整流變壓器二次繞組分別采用星形和三角形接法構成整流變壓器二次繞組分別采用星形和三角形接法構成相位相差相位相差30 、大小相等、大小相

59、等的兩組電壓，接到相互的兩組電壓，接到相互串聯(lián)串聯(lián)的的2組整流橋。組整流橋。 因繞組接法不同，變壓器一次繞組和兩組二次繞組的匝比如圖因繞組接法不同，變壓器一次繞組和兩組二次繞組的匝比如圖所示，為所示，為1:1: 。 該電路為該電路為12脈波脈波整流電路。整流電路。 3星形星形接法接法三角形三角形接法接法93其他特性如下：其他特性如下： 直流輸出電壓直流輸出電壓 3.6.2 多重化整流電路多重化整流電路acoscos1對圖對圖3-44波形波形iA進行傅里葉分析，可得其基波幅值進行傅里葉分析，可得其基波幅值Im1和和n次諧波幅值次諧波幅值Imn分別如下：分別如下：)32(341ddmIIIpp單橋

60、時為, 3 , 2 , 1, 112341kknInIdmnp即輸入電流即輸入電流諧波次數(shù)諧波次數(shù)為為12k1，其幅值與次數(shù)成反比而降低。，其幅值與次數(shù)成反比而降低。apcos662UUd功率因數(shù)功率因數(shù)(3-103)(3-104)acos9886. 0cos1位移因數(shù)位移因數(shù)（單橋時相同）（單橋時相同）943.6.2 多重化整流電路多重化整流電路利用變壓器二次繞阻接法的不同，互相錯開利用變壓器二次繞阻接法的不同，互相錯開20 ，可將三組橋構成，可將三組橋構成串聯(lián)串聯(lián)3重聯(lián)重聯(lián)結電路結電路 整流變壓器采用星形三角形組合無法移相整流變壓器采用星形三角形組合無法移相20 ，需采用，需采用曲折接法曲