整流電路電力電子.

1、電力電子技術電子教案電力電子技術電子教案第第2章章 整流電路整流電路(Rectifier)Power Electronics Technology電力電子學電力電子變換和控電力電子學電力電子變換和控制技術，陳堅，高等教育出版制技術，陳堅，高等教育出版社，社，2002.1Jai P. AgrawalPower Electronics Systems - Theory and Design，方承方承遠編，機械工業(yè)出版社，遠編，機械工業(yè)出版社，2001.8 引引 言言整流電路整流電路：出現最早的電力電子電路，：出現最早的電力電子電路， 將交流電變?yōu)橹绷麟妼⒔涣麟娮優(yōu)橹绷麟姲唇M成的器件可分為不可控、半

2、控、全控三種按組成的器件可分為不可控、半控、全控三種按電路結構可分為橋式電路和零式電路按電路結構可分為橋式電路和零式電路按交流輸入相數分為單相電路和多相電路按交流輸入相數分為單相電路和多相電路按變壓器二次側電流的方向是單向或雙向，又分按變壓器二次側電流的方向是單向或雙向，又分為單拍電路和雙拍電路為單拍電路和雙拍電路本章內容：本章內容： 可控整流電路：工作原理（波形分析）、可控整流電路：工作原理（波形分析）、 基本數量關系、負載性質的影響基本數量關系、負載性質的影響 變壓器漏抗對整流電路的影響變壓器漏抗對整流電路的影響 電容濾波的二極管整流電路電容濾波的二極管整流電路 (X) 整流電路的諧波和功

3、率因數分析整流電路的諧波和功率因數分析 大功率場合的整流電路大功率場合的整流電路(X) 相位控制電路的驅動控制相位控制電路的驅動控制知識點回顧：知識點回顧：nL、C是儲能元件，是儲能元件，L上電流不能突變，上電流不能突變，C上電壓不能突變。上電壓不能突變。n分析方法：將電力電子器件理想化，當器分析方法：將電力電子器件理想化，當器件導通時，阻抗為件導通時，阻抗為0；當器件斷開時，阻；當器件斷開時，阻抗為無窮大?？篂闊o窮大。通過器件的理想化，將電路簡化為分段線性電路，分段進通過器件的理想化，將電路簡化為分段線性電路，分段進行分析計算。對單相半波電路的分析可基于上述方法進行分析計算。對單相半波電路的

4、分析可基于上述方法進行：當行：當VT處于斷態(tài)時，相當于電路在處于斷態(tài)時，相當于電路在VT處斷開，處斷開，id=0。當當VT處于通態(tài)時，相當于處于通態(tài)時，相當于VT短路短路n計算公式：計算公式：1、平均電流計算公式、平均電流計算公式2、電流有效值計算公式電流有效值計算公式TdttiTI0)(1TMdttiTI02)(13.1 3.1 單相可控整流電路單相可控整流電路v 交流側接單相電源交流側接單相電源v重點注意：工作原理（波形重點注意：工作原理（波形分析）、定量計算、不同分析）、定量計算、不同負載的影響。負載的影響。3.1.1 單相半波可控整流電單相半波可控整流電路路 Single Phase

5、Half Wave Controlled Rectifier1. 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起起變換電壓變換電壓和和隔離隔離的作用的作用電阻負載的特點：電壓電阻負載的特點：電壓與電流成正比，兩者波與電流成正比，兩者波形相同形相同 TVTR0a)u1u2uVTudidt12ttttu2uguduVT0b)c)d)e)003.1.1 3.1.1 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路幾個概念的解釋：幾個概念的解釋：ud為脈動直流，波形只在為脈動直流，波形只在u2正正半周內出現，故稱半周內出現，故稱“半波半波”整整流流采用了可控器件晶閘管，且采用了可控器件晶閘管，且交

6、流輸入為單相，故該電路為交流輸入為單相，故該電路為單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路ud波形在一個電源周期中只波形在一個電源周期中只脈動脈動1次，故該電路為單脈波次，故該電路為單脈波整流電路整流電路幾個重要的基本概念：幾個重要的基本概念：觸發(fā)延遲角：從晶閘管開始觸發(fā)延遲角：從晶閘管開始承受正向陽極電壓起到施加觸承受正向陽極電壓起到施加觸發(fā)脈沖止的電角度發(fā)脈沖止的電角度,用用 表示表示,也稱也稱觸發(fā)角或控制角觸發(fā)角或控制角導通角：晶閘管在一個電源周導通角：晶閘管在一個電源周期中處于通態(tài)的電角度稱為期中處于通態(tài)的電角度稱為導導通角通角，用，用表示表示: = - TVTR0a)u1u2uVTu

7、didt12ttttu2uguduVT0b)c)d)e)002cos145.0)cos1(22)(sin221222UUttdUUd直流輸出電壓平均值直流輸出電壓平均值 VT的的 移相范圍為移相范圍為0-180 這種通過控制觸發(fā)脈沖的相這種通過控制觸發(fā)脈沖的相位來控制直流輸出電壓大小的位來控制直流輸出電壓大小的方式稱為方式稱為相位控制方式相位控制方式，簡稱，簡稱相控方式相控方式TVTR0a)u1u2uVTudidt12ttttu2uguduVT0b)c)d)e)00基本數量關系基本數量關系阻感負載的特點：電感對電阻感負載的特點：電感對電流變化有抗拒作用，使得流過流變化有抗拒作用，使得流過電感的

8、電流不能發(fā)生突變電感的電流不能發(fā)生突變電力電子電路的一種基本分電力電子電路的一種基本分析方法析方法通過器件的理想化，將電路通過器件的理想化，將電路簡化為分段線性電路，分段進簡化為分段線性電路，分段進行分析計算行分析計算對單相半波電路的分析可基對單相半波電路的分析可基于上述方法進行：當于上述方法進行：當VT處于處于斷態(tài)時，相當于電路在斷態(tài)時，相當于電路在VT處處斷開，斷開，id=0。當當VT處于通態(tài)處于通態(tài)時，相當于時，相當于VT短路短路a)u1TVTRLu2uVTudidu20t12tttttug0ud0id0uVT0b)c)d)e)f)+ + +圖圖2-2帶阻感負載的帶阻感負載的單相半波電路

9、及其波形單相半波電路及其波形2. 帶阻感負載的工作情況帶阻感負載的工作情況tURitiLsin2dd2dd)sin(2)sin(22)(2dtZUeZUitLR22)( LRZRLarctan)sin()sin(tanea)b)VTRLVTRLu2u2圖圖2-3單相半波可控整流單相半波可控整流電路的分段線性等效電路電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)（2-3）（2-2）（2-4）VT處于通態(tài)時：處于通態(tài)時：初始條件：初始條件：t= ，id=0。求解式（求解式（2-2）并將初始條件代入可得）并將初始條件代入可得其中其中當當t=+ 時，時，id=0

10、，代入式（代入式（2-3）并整理得）并整理得負載阻抗角負載阻抗角 、觸發(fā)角觸發(fā)角a、晶閘管導晶閘管導通角的關系通角的關系若若 為定值為定值，a 越大，在越大，在u2正半正半周周L儲能越少，維持導電的能力儲能越少，維持導電的能力就越弱，就越弱，越小越小若若a為定值，為定值， 越大，則越大，則L貯能貯能越多，越多，越大；且越大；且 越大，在越大，在u2負半周負半周L維持晶閘管導通的時間維持晶閘管導通的時間就越接近晶閘管在就越接近晶閘管在u2正半周導通正半周導通的時間，的時間，ud中負的部分越接近正中負的部分越接近正的部分，平均值的部分，平均值Ud越接近零，越接近零，輸出的直流電流平均值也越小。輸出

11、的直流電流平均值也越小。)sin()sin(tane超越方程，用迭代法求解超越方程，用迭代法求解a)u1TVTRLu2uVTudidu20t12tttttug0ud0id0uVT0b)c)d)e)f)+ + +當當u u2 2過零變負時，過零變負時，VDVDR R導導通，通，u ud d為零。此時為負的為零。此時為負的u u2 2通過通過VDVDR R向向VTVT施加反壓使其施加反壓使其關斷，關斷，L L儲存的能量保證了儲存的能量保證了電流電流i id d在在L-R-VDL-R-VDR R回路中流回路中流通，此過程通常稱為續(xù)流。通，此過程通常稱為續(xù)流。續(xù)流期間續(xù)流期間u ud d為為0 0，u

12、 ud d中不再中不再出現負的部分出現負的部分a)LTVTRu1u2uVTudVDRidu2udiduVTiVTIdIdt1ttttttOOOOOO-+b)c)d)e)f)g)iVDRiVDR圖圖2-4單相半波帶阻感負載單相半波帶阻感負載有續(xù)流二極管的電路及波有續(xù)流二極管的電路及波形形為避免為避免Ud太小，在整流電路太小，在整流電路的負載兩端并聯的負載兩端并聯續(xù)流二極管續(xù)流二極管ddVDRII2ddVDRItdII2)(2122ddVT2IId2dVT2)(21ItdII若近似認為若近似認為id為一條水平線，恒為為一條水平線，恒為Id，則有則有 VTVDR數量關系數量關系a)LTVTRu1u2

13、uVTudVDRidu2udiduVTiVTIdIdt1ttttttOOOOOO-+b)c)d)e)f)g)iVDRiVDR2cos145.0)(sin22122UttdUUd直流輸出電壓平均值直流輸出電壓平均值a)LTVTRu1u2uVTudVDRidu2udiduVTiVTIdIdt1ttttttOOOOOO-+b)c)d)e)f)g)iVDRiVDR簡單，但輸出脈動大，變壓器簡單，但輸出脈動大，變壓器二次側電流中含直流分量，造二次側電流中含直流分量，造成變壓器鐵芯直流磁化成變壓器鐵芯直流磁化實際上很少應用此種電路實際上很少應用此種電路分析該電路的主要目的在于利分析該電路的主要目的在于利用

14、其簡單易學的特點，建立起用其簡單易學的特點，建立起整流電路的基本概念整流電路的基本概念單相半波可控整流電路的特點單相半波可控整流電路的特點3.1.2 3.1.2 單相橋式全控整流電路單相橋式全控整流電路VTVT1 1和和VTVT4 4組成一對橋臂，組成一對橋臂，在在u u2 2正半周承受電壓正半周承受電壓u u2 2，得到觸發(fā)脈沖即導通，得到觸發(fā)脈沖即導通，當當u u2 2過零時關斷過零時關斷VTVT2 2和和VTVT3 3組成另一對橋臂，組成另一對橋臂，在在u u2 2正半周承受電壓正半周承受電壓- -u u2 2，得到觸發(fā)脈沖即導通，得到觸發(fā)脈沖即導通，當當u u2 2過零時關斷過零時關斷

15、RTu1u2a)i2abVT1VT3VT2VT4udidttt000i2udidb)c)d)ud(id)uVT1,4圖圖2-5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1.1.帶電阻負載的工作情況帶電阻負載的工作情況雙脈波整流電路雙脈波整流電路變壓器無磁化現象變壓器無磁化現象2cos19 . 02cos122)(dsin21222UUttUUd2cos19 . 02cos12222ddRURURUI數量關系數量關系a 角的移相范圍為角的移相范圍為180 。RTu1u2a)i2abVT1VT3VT2VT4udidttt000i2udidb)c)d)ud(id)uVT

16、1,42sin21)()sin2(12222RUtdtRUIIII21VT2sin212)(d)sin2(21222RUttRUIVT不考慮變壓器的損耗時，不考慮變壓器的損耗時，要求變壓器的容量為要求變壓器的容量為S=U2I2。RTu1u2a)i2abVT1VT3VT2VT4udidttt000i2udidb)c)d)ud(id)uVT1,42cos145.0212ddVTRUII為便于討論，假設電路為便于討論，假設電路已工作于穩(wěn)態(tài)，已工作于穩(wěn)態(tài)，id的平均的平均值不變。值不變。假設負載電感很大，負假設負載電感很大，負載電流載電流id連續(xù)且波形近似連續(xù)且波形近似為一水平線為一水平線u2過零變負

17、時，由于過零變負時，由于電感的作用晶閘管電感的作用晶閘管VT1和和VT4中仍流過中仍流過電流電流id，并不關斷并不關斷至至t=+ 時刻，給時刻，給VT2和和VT3加觸發(fā)脈加觸發(fā)脈沖，因沖，因VT2和和VT3本本已承受正電壓，故兩已承受正電壓，故兩管導通管導通TabRLa)u1u2i2VT1VT3VT2VT4udidu2OtOtOtudidi2b)OtOtuVT1,4OtOtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4圖圖2-6單相全控橋帶單相全控橋帶阻感負載時的電路及波阻感負載時的電路及波形形2.帶阻感負載的工作情況帶阻感負載的工作情況cos9 . 0cos22)( dsin21222dUUt

18、tUUVTVT2 2和和VTVT3 3導通后導通后, , u u2 2通過通過VTVT2 2和和VTVT3 3分別向分別向VTVT1 1和和VTVT4 4施加反壓使施加反壓使VTVT1 1和和VTVT4 4關斷，流過關斷，流過VTVT1 1和和VTVT4 4的的電流迅速轉移到電流迅速轉移到VTVT2 2和和VTVT3 3上，此上，此過程稱過程稱換相，亦稱換流換相，亦稱換流晶閘管移相范圍為晶閘管移相范圍為90 。晶閘管承受的最大正反向電壓均為晶閘管承受的最大正反向電壓均為晶閘管導通角晶閘管導通角與與a無關，均為無關，均為180 22uTabRLa)u1u2i2VT1VT3VT2VT4udidu2

19、OtOtOtudidi2b)OtOtuVT1,4OtOtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4ddT21IIddT707. 021III變壓器二次側電流變壓器二次側電流i2的波的波形為正負各形為正負各180 的矩形波，的矩形波，其相位由其相位由a角決定，角決定，有效值有效值I2=Id。TabRLa)u1u2i2VT1VT3VT2VT4udidu2OtOtOtudidi2b)OtOtuVT1,4OtOtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4RUIdd3.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在在|u2|E時，才有時，才有晶閘管承受正電壓，晶閘管承受正電壓，有導通的可能有

20、導通的可能導通之后，導通之后，ud=u2，直至直至|u2|=E，id即降至即降至0使使得晶閘管關斷，此后得晶閘管關斷，此后ud=E與電阻負載時相比，晶閘管提與電阻負載時相比，晶閘管提前了電角度前了電角度停止導電，停止導電，稱為稱為停止導電角停止導電角。（2-16）在在a 角相同時，整流輸出電壓角相同時，整流輸出電壓比電阻負載時大。比電阻負載時大。a)b)REidudidOEudtIdOt圖圖2-7單相橋式全控整流單相橋式全控整流電路接反電動勢電路接反電動勢電阻負載時電阻負載時的電路及波形的電路及波形REuidd212sinUE如如圖圖2-7b所示所示id波形在一周期內波形在一周期內有部分時間為

21、有部分時間為0的情況，稱為的情況，稱為電電流斷續(xù)流斷續(xù)。與此對應，若。與此對應，若id波形不波形不出現為出現為0的點的情況，稱為電流的點的情況，稱為電流連續(xù)。當連續(xù)。當時，觸發(fā)脈沖到來時，觸發(fā)脈沖到來時，晶閘管承受負電壓，不可能時，晶閘管承受負電壓，不可能導通。為了使晶閘管可靠導通，導通。為了使晶閘管可靠導通，要求觸發(fā)脈沖有要求觸發(fā)脈沖有足夠的寬度足夠的寬度，保，保證當證當 t= 時刻晶閘管開始承受時刻晶閘管開始承受正電壓時，觸發(fā)脈沖仍然存在。正電壓時，觸發(fā)脈沖仍然存在。這樣，相當于觸發(fā)角被推遲為這樣，相當于觸發(fā)角被推遲為 。 a)b)REidudidOEudtIdOtOud0Eidtt =負

22、載為直流電動機時，如果出現負載為直流電動機時，如果出現電流斷續(xù)則電動機的電流斷續(xù)則電動機的機械特性將機械特性將很軟很軟a)b)REidudidOEudtIdOt為了克服此缺點，一般在主電為了克服此缺點，一般在主電路中直流輸出側串聯一個平波路中直流輸出側串聯一個平波電抗器，用來減少電流的脈動電抗器，用來減少電流的脈動和延長晶閘管導通的時間和延長晶閘管導通的時間這時整流電壓這時整流電壓ud的波形和負載電流的波形和負載電流id的波形與電感負的波形與電感負載電流連續(xù)時的波形相同，載電流連續(xù)時的波形相同，ud的計算公式亦一樣的計算公式亦一樣為保證電流連續(xù)所需的電感量為保證電流連續(xù)所需的電感量L可由下式求

23、出可由下式求出（2-17）1087.222dmin23dmin2HIUIUL3.1.3 3.1.3 單相全波可控整流電路單相全波可控整流電路 a)b)u1TRu2u2i1VT1VT2ududi1OOtt單相全波與單相單相全波與單相全控橋從直流輸全控橋從直流輸出端或從交流輸出端或從交流輸入端看均是基本入端看均是基本一致的一致的兩者的區(qū)別兩者的區(qū)別 （1）單相全波中變壓器結構較復雜，繞組及鐵芯對銅、鐵等材料的消耗多）單相全波中變壓器結構較復雜，繞組及鐵芯對銅、鐵等材料的消耗多 （2）單相全波只用）單相全波只用2個晶閘管，比單相全控橋少個晶閘管，比單相全控橋少2個，相應地，門極驅動電路個，相應地，門

24、極驅動電路也少也少2個；但是晶閘管承受的最大電壓為個；但是晶閘管承受的最大電壓為 U2，是單相全控橋的是單相全控橋的2倍倍 （3）單相全波導電回路只含）單相全波導電回路只含1個晶閘管，比單相橋少個晶閘管，比單相橋少1個，因而管壓降也少個，因而管壓降也少1個個22圖圖2-9單相全波可控單相全波可控整流電路及波整流電路及波形形a)b)u1TRu2u2i1VT1VT2ududi1OOttRTu1u2a)i2abVT1VT3VT2VT4udidttt000i2udidb)c)d)ud(id)uVT1,4a)b)u1TRu2u2i1VT1VT2ududi1OOtt =900-110-2-101202 3

25、 /2 /2UVT1ud3.1.4 3.1.4 單相橋式半控整流電路單相橋式半控整流電路單相全控橋中，每個單相全控橋中，每個導電回路中有導電回路中有2個晶閘個晶閘管，為了對每個導電管，為了對每個導電回路進行控制，只需回路進行控制，只需1個晶閘管就可以了，個晶閘管就可以了，另另1個晶閘管可以用二個晶閘管可以用二極管代替，從而簡化極管代替，從而簡化整個電路。如此即成整個電路。如此即成為單相橋式半控整流為單相橋式半控整流電路（先不考慮電路（先不考慮VDR）。）。TabRLa)u1u2i2VT1VT3VT2VT4udidu2OtOtOtudidi2b)OtOtuVT1,4OtOtIdIdIdIdIdi

26、VT2,3iVT1,4a)TabRLOb)u2i2udidVT1VT2VD3VD4VDRu2OudidIdOOOOOi2IdIdIdIdIdtttttttiVT1iVD4iVT2iVD3iVDRa)TabRLOb)u2i2udidVT1VT2VD3VD4VDRu2OudidIdOOOOOi2IdIdIdIdIdtttttttiVT1iVD4iVT2iVD3iVDR單相半控橋帶單相半控橋帶阻感負載的情況阻感負載的情況a)TabRLOb)u2i2udidVT1VT2VD3VD4VDRu2OudidIdOOOOOi2IdIdIdIdIdtttttttiVT1iVD4iVT2iVD3iVDR工作原理工

27、作原理:續(xù)流二極管的作用續(xù)流二極管的作用若無續(xù)流二極管，則當若無續(xù)流二極管，則當a 突然增大至突然增大至180 或觸發(fā)脈沖丟失時，會發(fā)生一個或觸發(fā)脈沖丟失時，會發(fā)生一個晶閘管持續(xù)導通而兩個二極管輪流導晶閘管持續(xù)導通而兩個二極管輪流導通的情況，這使通的情況，這使ud成為正弦半波，即成為正弦半波，即半周期半周期ud為正弦，另外半周期為正弦，另外半周期ud為零，為零，其平均值保持恒定，稱為其平均值保持恒定，稱為失控失控有續(xù)流二極管有續(xù)流二極管VDR時，續(xù)流過程由時，續(xù)流過程由VDR完成，晶閘管關斷，避免了某一完成，晶閘管關斷，避免了某一個晶閘管持續(xù)導通從而導致失控的現個晶閘管持續(xù)導通從而導致失控的現

28、象。同時，續(xù)流期間導電回路中只有象。同時，續(xù)流期間導電回路中只有一個管壓降，有利于降低損耗一個管壓降，有利于降低損耗a)TabRLOb)u2i2udidVT1VT2VD3VD4VDRu2OudidIdOOOOOi2IdIdIdIdIdtttttttiVT1iVD4iVT2iVD3iVDR單相橋式半控整流電路的另一種接法單相橋式半控整流電路的另一種接法相當于把相當于把圖圖2-4a中的中的VT3和和VT4換為二極管換為二極管VD3和和VD4，這樣可以省去續(xù)流二極管這樣可以省去續(xù)流二極管VDR，續(xù)流由續(xù)流由VD3和和VD4來實現來實現負載Tu2VD3VD4VT1VT2失控失控?3.2 3.2 三相可

29、控整流電路三相可控整流電路 1. 電阻負載電阻負載電路的特點：電路的特點：變壓器二次側接成星形得到零線，而一次側接變壓器二次側接成星形得到零線，而一次側接成成三角形避免三角形避免3次諧波流入電網次諧波流入電網三個晶閘管分別接入三個晶閘管分別接入a、b、c三相電源，其陰極三相電源，其陰極連接在一起連接在一起共陰極接法共陰極接法a)b)c)d)e)f)u2abcTRudidVT2VT1VT3uaubuc =0Ot1t2t3uGOudOOuabuacOiVT1uVT1ttttt負載容量較大，或要求直流電負載容量較大，或要求直流電壓脈動較小、易濾波時用壓脈動較小、易濾波時用基本的是三相半波可控整流電路

30、，基本的是三相半波可控整流電路，三相橋式全控整流電路應用最廣三相橋式全控整流電路應用最廣3.2.1 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路abcabcbcababcacab ac bc ba ca cb ab ac3.2.1 3.2.1 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路 假設將電路中的晶閘管換作二極假設將電路中的晶閘管換作二極管，成為三相半波不可控整流電管，成為三相半波不可控整流電路路. 此時，相電壓最大的一個所此時，相電壓最大的一個所對應的二極管導通，并使另兩相對應的二極管導通，并使另兩相的二極管承受反壓關斷，輸出整的二極管承受反壓關斷，輸出整流電壓即為該相的相電壓流電壓即為該相的

31、相電壓 在在 t1 t2期間，期間，VD1導通，導通，ud=ua 在在 t2 t3期間，期間， VD2導通，導通，ud=ub 在在 t3 t4期間，期間，VD3導通，導通，ud=uc二極管換相時刻為二極管換相時刻為自然換相點自然換相點，是各相晶閘管能觸發(fā)導通的最早是各相晶閘管能觸發(fā)導通的最早時刻，將其作為計算各晶閘管觸時刻，將其作為計算各晶閘管觸發(fā)角發(fā)角a的起點的起點，即，即a =0 .a)b)c)d)e)f)u2abcTRudidVT2VT1VT3uaubuc =0Ot1t2t3uGOudOOuabuacOiVT1uVT1ttttta)b)c)d)e)f)u2abcTRudidVT2VT1V

32、T3uaubuc =0Ot1t2t3uGOudOOuabuacOiVT1uVT1ttttta =0 時的工作原理分析時的工作原理分析變壓器二次側變壓器二次側a相繞組和晶閘管相繞組和晶閘管VT1的電流波形，變壓器二次繞的電流波形，變壓器二次繞組電流有直流分量組電流有直流分量晶閘管的電壓波形，由晶閘管的電壓波形，由3段組成：段組成：第第1段，段，VT1導通期間，為一管導通期間，為一管壓降，可近似為壓降，可近似為uT1=0第第2段，在段，在VT1關斷后，關斷后，VT2導通期導通期間，間，uT1=ua-ub=uab，為一段線電壓為一段線電壓第第3段，在段，在VT3導通期間，導通期間， uT1=ua-u

33、c=uac為另一段線電壓為另一段線電壓 =30u2uaubucOtOtOtOtOtuGuduabuact1iVT1uVT1uac圖圖2-13三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路電阻負載，電阻負載， =30 時的波形時的波形 =30 時的波形時的波形負載電流處于連續(xù)和負載電流處于連續(xù)和斷續(xù)之間的臨界狀態(tài)斷續(xù)之間的臨界狀態(tài) 30 的情況的情況特點：負載電流斷續(xù)，特點：負載電流斷續(xù)，晶閘管導通角小于晶閘管導通角小于120 tttt =60u2uaubucOOOOuGudiVT1圖圖2-14三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路，電阻負載，電阻負載， =60 時的波形時的波形電阻負載時電阻負載時

34、 角的移相范圍為角的移相范圍為150 =60 cos17. 1cos263)(sin2321226562UUttdUUd2d0d17. 1UUU數量關系數量關系整流電壓平均值的計算整流電壓平均值的計算（1）a30 時，負載電流連續(xù)時，負載電流連續(xù)當當a=0時，時，Ud最大，為最大，為 =30u2uaubucOtOtOtOtOtuGuduabuact1iVT1uVT1uac（2）a30 時，負載電流斷續(xù)，晶閘管導通角減小，此時有：時，負載電流斷續(xù)，晶閘管導通角減小，此時有：)6cos(1675. 0)6cos(1223)(sin2321262dUttdUUtttt =60u2uaubucOOOO

35、uGudiVT1RUIdd2FM2UU222RM45. 2632UUUU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，晶閘管承受的最大反向電壓，晶閘管承受的最大正向電壓晶閘管承受的最大正向電壓2.阻感負載阻感負載特點：阻感負載，特點：阻感負載，L值很大，值很大，id波形基本平直波形基本平直a30 時：時：整流電壓波形整流電壓波形與電阻負載時相同與電阻負載時相同a 30 時（如時（如a=60 時的波形如時的波形如圖圖2-16所示）所示）u2過零時，過零時，VT1不關斷，直到不關斷，直到VT2的脈沖到來，才的脈沖到來，才換流，由換流，由VT2導通向負載供電，同時向導通向負載供電，同時向

36、VT1施加反壓施加反壓使其關斷使其關斷ud波形中出現負的部分波形中出現負的部分阻感負載時的移相范圍為阻感負載時的移相范圍為90 abcTRLu2udeLidVT1VT2VT3udiauaubucibiciduacuabuacOtOtOtOtOtOtuVT1a=60 時的波形時的波形ddVT2577. 031IIII57. 1)0 . 25 . 1 (VTVT(AV)II2RMFM45. 2UUU數量關系數量關系cos17. 1cos263)(sin2321226562UUttdUUd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

37、管最大正反向電壓峰值均為變壓器二次線電壓峰值晶閘管最大正反向電壓峰值均為變壓器二次線電壓峰值圖圖2-16中中id波形有波形有一定的脈動，但為一定的脈動，但為簡化分析及定量計簡化分析及定量計算，可將算，可將id近似為近似為一條水平線一條水平線三相半波的主要缺三相半波的主要缺點在于其變壓器二點在于其變壓器二次電流中含有直流次電流中含有直流分量，為此其應用分量，為此其應用較少較少abcTRLu2udeLidVT1VT2VT3udiauaubucibiciduacuabuacOtOtOtOtOtOtuVT1圖圖2-16三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路，阻感負載時的電路及阻感負載時的電路及 =6

38、0 時的波形時的波形3.2.23.2.2三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路應用最為廣泛應用最為廣泛共陰極組共陰極組陰極連接陰極連接在一起的在一起的3個晶閘管個晶閘管（VT1，VT3，VT5）共陽極組共陽極組陽極連接陽極連接在一起的在一起的3個晶閘管個晶閘管（VT4，VT6，VT2）編號：編號：1、3、54、6、2bacTn負載iaidudVT1VT3VT5VT4VT6VT2d2d1圖圖2-17三相橋式三相橋式全控整流電路原理圖全控整流電路原理圖1.帶電阻負載時的工作情況帶電阻負載時的工作情況a =0 時的情況時的情況假設將電路中的晶閘管換假設將電路中的晶閘管換作二極管進行分析作二極管進行

39、分析對于共陰極阻的對于共陰極阻的3個晶閘個晶閘管，陽極所接交流電壓值管，陽極所接交流電壓值最大的一個導通最大的一個導通對于共陽極組的對于共陽極組的3個晶閘個晶閘管，陰極所接交流電壓值管，陰極所接交流電壓值最低（或者說負得最多）最低（或者說負得最多）的導通的導通任意時刻共陽極組和共陰任意時刻共陽極組和共陰極組中各有極組中各有1個晶閘管處個晶閘管處于導通狀態(tài)于導通狀態(tài)u2ud1ud2u2Luduabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuaucubt1OtOtOtOt = 0iVT1uVT1圖圖2-18三相橋式全控整流三相橋式全控整流

40、電路帶電阻負載電路帶電阻負載 =0 時的波形時的波形直接直接從線電壓波形看從線電壓波形看， ud為線電壓中最大的一個，因此為線電壓中最大的一個，因此ud波形為線電壓的包絡線波形為線電壓的包絡線從相電壓波形看從相電壓波形看，共陰極組晶閘管導通時，共陰極組晶閘管導通時，ud1為相電壓為相電壓的正包絡線，共陽極組導通時，的正包絡線，共陽極組導通時，ud2為相電壓的負包絡線，為相電壓的負包絡線，ud=ud1- ud2是兩者的差值，為線電壓在正半周的包絡線是兩者的差值，為線電壓在正半周的包絡線表表2-1 2-1 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=0=0 時晶閘管工作情況時晶閘管工

41、作情況時 段IIIIIIIVVVI共陰極組中導通的晶閘管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共陽極組中導通的晶閘管VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流輸出電壓udua-ub=uabua-uc=ucub-uc=ubcub-ua=ubauc-ua=ucauc-ub=ucb(1)2管同時通形成供電回路，其中共陰極組和共陽極組各管同時通形成供電回路，其中共陰極組和共陽極組各1，且不能，且不能為同為同1相器件相器件(2)對觸發(fā)脈沖的要求：對觸發(fā)脈沖的要求：按按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的順序，相位依次差的順序，相位依次差60 共陰極組共陰極組VT1、VT3、VT5的脈沖依次差的脈

42、沖依次差120 ，共陽極組，共陽極組VT4、VT6、VT2也依次差也依次差120 同一相的上下兩個橋臂，脈沖相差同一相的上下兩個橋臂，脈沖相差180 (3)ud一周期脈動一周期脈動6次，故該電路為次，故該電路為6脈波整流電路脈波整流電路(4)需保證同時導通的需保證同時導通的2個晶閘管均有脈沖個晶閘管均有脈沖可采用兩種方法：一種是寬脈沖觸發(fā)可采用兩種方法：一種是寬脈沖觸發(fā)另一種是雙脈沖觸發(fā)（常用）另一種是雙脈沖觸發(fā)（常用）(5)晶閘管承受的電壓波形與三相半波時相同，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、反向電壓的關系也相同晶閘管承受最大正、反向電壓的關系也相同三相橋式全控整流電

43、路的特點三相橋式全控整流電路的特點a=30 時的工作情況時的工作情況ud1ud2 = 30iaOtOtOtOtuduabuacuaubuct1uabuacubcubaucaucbuabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuVT1 = 60ud1ud2uduacuacuabuabuacubcubaucaucbuabuacuaubucOtt1OtOtuVT1a=60 時工作情況時工作情況ud1ud2uduaubucuaubtOtOtOtOtOiaiduabuacubcubaucaucbuabuacubcubaiVT1a=90 時時電阻負載情況下的工作波形電阻負載情況下的工作波形小

44、結小結當當a60 時時，ud波形均連續(xù)，對于電阻負載，波形均連續(xù)，對于電阻負載，id波形與波形與ud波形形狀一樣，也連續(xù)波形形狀一樣，也連續(xù)當當a60 時時，ud波形每波形每60 中有一段為零，中有一段為零，ud波形不能出現負值波形不能出現負值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 角角的移相范圍是的移相范圍是120 a60 時時ud波形連續(xù)，工作情況與帶電阻負載時十分相波形連續(xù)，工作情況與帶電阻負載時十分相似，各晶閘管的通斷情況、輸出整流電壓似，各晶閘管的通斷情況、輸出整流電壓ud波波形、晶閘管承受的電壓波形等都一樣形、晶閘管承受的電壓波形等都一樣區(qū)別在于：由于負

45、載不同，同樣的整流輸出電區(qū)別在于：由于負載不同，同樣的整流輸出電壓加到負載上，得到的負載電流壓加到負載上，得到的負載電流id波形不同。波形不同。阻感負載時，由于電感的作用，使得負載電流阻感負載時，由于電感的作用，使得負載電流波形變得平直，當電感足夠大的時候，負載電波形變得平直，當電感足夠大的時候，負載電流的波形可近似為一條水平線。流的波形可近似為一條水平線。2阻感負載時的工作情況阻感負載時的工作情況ud1u2ud2u2LudidtOtOtOtOua = 0ubuct1uabuacubcubaucaucbuabuac iVT1圖圖2-22三相橋式全控整流三相橋式全控整流電路帶阻感負載電路帶阻感負

46、載 =0 時的波形時的波形 =0 ud1 = 30ud2uduabuacubcubaucaucbuabuactOtOtOtOidiat1uaubuc圖2-23 三相橋式全控整流電路帶阻感負載 =30時的波形 =30a60 時時阻感負載時的工作情況與電阻負阻感負載時的工作情況與電阻負載時不同，電阻負載時載時不同，電阻負載時ud波形不波形不會出現負的部分，而阻感負載時，會出現負的部分，而阻感負載時，由于電感由于電感L的作用，的作用，ud波形會出波形會出現負的部分現負的部分帶阻感負載時，三相橋式全控整帶阻感負載時，三相橋式全控整流電路的流電路的a 角移相范圍為角移相范圍為90 = 90ud1ud2u

47、acubcubaucaucbuabuacuabuduacuabuactOtOtOubucuat1uVT1圖2-24 三相橋式整流電路帶阻感負載， =90時的波形 =90cos34. 2)(sin63123232dUttdUU)3cos(134. 2)(sin63232dUttdUU3定量分析定量分析當整流輸出電壓連續(xù)時（即帶當整流輸出電壓連續(xù)時（即帶阻感負載阻感負載時，或時，或帶帶電阻負載電阻負載a60 時）的平均值為：時）的平均值為：帶電阻負載且?guī)щ娮柝撦d且a 60 時，整流電壓平均值為時，整流電壓平均值為輸出電流平均值為輸出電流平均值為：Id=Ud/Rdd2d2d2816. 03232)(

48、3221IIIII當整流變壓器為當整流變壓器為圖圖2-17中所示采中所示采用星形接法，帶阻感負載時，變用星形接法，帶阻感負載時，變壓器二次側電流波形如壓器二次側電流波形如圖圖2-23中所中所示，為正負半周各寬示，為正負半周各寬120 、前沿相、前沿相差差180 的矩形波，其有效值為：的矩形波，其有效值為：bacTn負載iaidudVT1VT3VT5VT4VT6VT2d2d1ud1 = 30ud2uduabuacubcubaucaucbuabuactOtOtOtOidiat1uaubuc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相半波時一致。三相橋式全控整流電

49、路接反電勢阻感負載時，在負載電三相橋式全控整流電路接反電勢阻感負載時，在負載電感足夠大足以使負載電流連續(xù)的情況下，電路工作情況感足夠大足以使負載電流連續(xù)的情況下，電路工作情況與電感性負載時相似，電路中各處電壓、電流波形均相與電感性負載時相似，電路中各處電壓、電流波形均相同，僅在計算同，僅在計算Id時有所不同，接反電勢阻感負載時的時有所不同，接反電勢阻感負載時的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。REUIdd3.3 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考慮包括變壓器漏感在內的考慮包括變壓器漏感在內的交交流側電

50、感流側電感的影響，該漏感可用的影響，該漏感可用一個集中的一個集中的電感電感LB表示表示以三相半波為例，然后將結論以三相半波為例，然后將結論推廣推廣VT1換相至換相至VT2的過程：的過程：因因a、b兩相均有漏感，故兩相均有漏感，故ia、ib均不能突變，于是均不能突變，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，在兩兩相短路，在兩相組成的回路中產生環(huán)流相組成的回路中產生環(huán)流ik。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。當是逐漸減小的。當ik增大到等于增大到等于Id時，時，ia=0，VT1關斷關斷,換流過程結束。換流過程結束。RabcTLu

51、dicibiaLBLBLBikVT1VT2VT3udidtOtOiciaibiciaIduaubuc圖圖2-25 考慮變壓器漏感時的考慮變壓器漏感時的三相半波可控整流電路及波形三相半波可控整流電路及波形2ddddbakBbkBaduutiLutiLuudB0B6565B6565Bbb6565dbd23d23)( ddd23)( d)dd(23)( d )(3/21IXiLttiLttiLuutuuUIdkkk換相重疊角換相重疊角換相過程持續(xù)的時間，用電角度換相過程持續(xù)的時間，用電角度 表示表示換相過程中，整流電壓換相過程中，整流電壓ud為同時導通的兩為同時導通的兩個晶閘管所對應的個晶閘管所對應

52、的兩個相電壓的平均值兩個相電壓的平均值換相壓降換相壓降與不考慮漏感時相比，與不考慮漏感時相比，ud平均值降低的多少平均值降低的多少RabcTLudicibiaLBLBLBikVT1VT2VT3udidtOtOiciaibiciaIduaubucB2Bab2)65sin(62)(ddLtULuutik)65sin(26ddB2tXUtik)65cos(cos26)(d)65sin(26B265B2tXUttXUitk換相重疊角換相重疊角 的計算的計算由上式得由上式得進而得出：進而得出：65tdkIi)cos(cos26B2dXUI2dB62)cos(cosUIX當當時時, 隨其它參數變化的規(guī)律：

53、隨其它參數變化的規(guī)律：（1）Id越大則越大則 越大；越大；（2）XB越大越大 越大；越大；（3）當當 90 時，時， 越小越小 越大。越大。RabcTLudicibiaLBLBLBikVT1VT2VT3udidtOtOiciaibiciaIduaubucdUdBIXdB2IXdB23IXdB3IXdB2ImX)cos(cos2Bd2UXI2Bd22UXI2dB62UIX2dB62UIXmUXIsin22Bd電路形式電路形式單相單相全波全波單相全控單相全控橋橋三相三相半波半波三相全控三相全控橋橋m脈波脈波整流電路整流電路23U23U表表2-2 各種整流電路換相壓降和換相重疊角的計各種整流電路換相

54、壓降和換相重疊角的計算算變壓器漏抗對各種整流電路的影響變壓器漏抗對各種整流電路的影響注：單相全控橋電路中，環(huán)流注：單相全控橋電路中，環(huán)流ik是從是從-Id變?yōu)樽優(yōu)镮d。本表所列本表所列通用公式不適用通用公式不適用； 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。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（1）出現換相重疊角出現換相重疊角 ，整流輸出電壓平均值整流輸出電壓平均值Ud降低。降低。（2）整流電路的工作狀態(tài)增多整流電路的工作狀態(tài)增多（3）晶閘管的晶閘管的di/dt 減小，有利于晶閘管的

55、安全開通。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有時人為串入進線電抗器以抑制晶閘管的di/dt。（4）換相時晶閘管電壓出現缺口，產生正的換相時晶閘管電壓出現缺口，產生正的du/dt，可可 能使晶閘管誤導通，為此必須加吸收電路。能使晶閘管誤導通，為此必須加吸收電路。 （5）換相使電網電壓出現缺口，成為干擾源。換相使電網電壓出現缺口，成為干擾源。許多電力電子裝置要消耗無功功率，會對公用電網許多電力電子裝置要消耗無功功率，會對公用電網帶來不利影響：帶來不利影響：電力電子裝置還會產生諧波，對公用電網產生危害，電力電子裝置還會產生諧波，對公用電網產生危害，包括：包括：許多國家

56、都發(fā)布了限制電網諧波的國家標準，或由許多國家都發(fā)布了限制電網諧波的國家標準，或由權 威 機 構 制 定 限 制 諧 波 的 規(guī) 定 。 國 家 標 準權 威 機 構 制 定 限 制 諧 波 的 規(guī) 定 。 國 家 標 準（GB/T14549-93）電能質量電能質量 公用電網諧波公用電網諧波從從1994年年3月月1日起開始實施。日起開始實施。3.5 3.5 整流電路的諧波和功率因數整流電路的諧波和功率因數3.5.1 3.5.1 諧波和無功功率分析基礎諧波和無功功率分析基礎%1001IIHRInn%1001IITHDhi1. 諧波諧波滿足狄里赫利條件，可分解為傅里葉級數滿足狄里赫利條件，可分解為傅

57、里葉級數基波（基波（fundamental）在傅里葉級數中，頻率與工在傅里葉級數中，頻率與工頻相同的分量頻相同的分量諧波諧波頻率為基波頻率大于頻率為基波頻率大于1整數倍的分量整數倍的分量諧波次數諧波次數諧波頻率和基波頻率的整數比諧波頻率和基波頻率的整數比n次諧波電流含有率以次諧波電流含有率以HRIn（Harmonic Ratio for In）表表示示電流諧波總畸變率電流諧波總畸變率THDi（Total Harmonic distortion）定義為定義為Ih總諧波電流有效值總諧波電流有效值20cos)(21UItuidPSP222QPS2. 功率因數功率因數正弦電路中的情況正弦電路中的情況:

58、電路的有功功率就是其平均功率電路的有功功率就是其平均功率：視在功率為電壓、電流有效值的乘積，即視在功率為電壓、電流有效值的乘積，即S=UI無功功率定義為：無功功率定義為： Q=U I sin 功率因數功率因數 定義為有功功率定義為有功功率P和視在功率和視在功率S的比值：的比值：此時無功功率此時無功功率Q與有功功率與有功功率P、視在功率視在功率S之間有如下關系：之間有如下關系：功率因數是由電壓和電流的相位差功率因數是由電壓和電流的相位差 決定的決定的： =cos 11111coscoscosIIUIUISP非正弦電路中的情況非正弦電路中的情況有功功率、視在功率、功率因數的定義均和正弦電路相同有功

59、功率、視在功率、功率因數的定義均和正弦電路相同公用電網中，通常電壓的波形畸變很小，而電流波形的畸公用電網中，通常電壓的波形畸變很小，而電流波形的畸變可能很大。因此，不考慮電壓畸變，研究電壓波形為正弦變可能很大。因此，不考慮電壓畸變，研究電壓波形為正弦波、電流波形為非正弦波的情況有很大的實際意義。波、電流波形為非正弦波的情況有很大的實際意義。設正弦波電壓有效值為設正弦波電壓有效值為U，畸變電流有效值為畸變電流有效值為I，基波電流基波電流有效值及與電壓的相位差分別為有效值及與電壓的相位差分別為I1和和 1。這時有功功率為：這時有功功率為： P=U I1 cos 1功率因數為：功率因數為：非正弦電路

60、的無功功率非正弦電路的無功功率定義很多，但尚無被廣泛接受的科學而權威的定義定義很多，但尚無被廣泛接受的科學而權威的定義一種簡單的定義是仿照式（一種簡單的定義是仿照式（ ）給出的：）給出的： 這樣定義的無功功率這樣定義的無功功率Q反映了能量的流動和交換，目前反映了能量的流動和交換，目前被較廣泛的接受，但該定義對無功功率的描述很粗糙。被較廣泛的接受，但該定義對無功功率的描述很粗糙。 22PSQ11111coscoscosIIUIUISP基波因數基波因數 =I1/ I，即基波電流有效值和總電流有效值之比即基波電流有效值和總電流有效值之比位移因數（基波功率因數）位移因數（基波功率因數）cos 1222