第3章_晶閘管可控整流電路1(單相)

1、晶閘管的工作原理 幾點結(jié)論：幾點結(jié)論：u具有單向?qū)щ娦?，承受反向電壓時，不論門極具有單向?qū)щ娦?，承受反向電壓時，不論門極是否有觸發(fā)電流，晶閘管都不會導(dǎo)通。是否有觸發(fā)電流，晶閘管都不會導(dǎo)通。u在承受正向電壓時，可通過門極控制開通。在承受正向電壓時，可通過門極控制開通。u晶閘管一旦導(dǎo)通，門極就失去控制作用。晶閘管一旦導(dǎo)通，門極就失去控制作用。u要使晶閘管關(guān)斷，只能使晶閘管的電流降到接要使晶閘管關(guān)斷，只能使晶閘管的電流降到接近于零的某一數(shù)值以下近于零的某一數(shù)值以下 。常用電力電子開關(guān)器件性能對比常用電力電子開關(guān)器件性能對比符號可控性驅(qū)動信號額定電壓、電流工作頻率飽和壓降二極管不可控?zé)o 最大有高有低小

2、晶閘管半控脈沖電流（開通）最大最低中GTO全控正、負(fù)脈沖電流大較低小 GTR全控正電流中中小IGBT全控正電壓較大較高小MOSFET全控正電壓小最高大BECBEC第三章 晶閘管相控整流電路 3.1 整流電路的構(gòu)成原理 3.2 單相可控整流電路分析 3.3 三相可控整流電路分析 3.4 電容濾波不可控整流電路分析 3.5 交流電源回路電感效應(yīng) 3.6 全控變流電路的有源逆變工作狀態(tài) 3.7 諧波和無功功率分析基礎(chǔ) 3.8 晶閘管相控觸發(fā)電路3.1 整流電路的構(gòu)成原理整流電路的構(gòu)成原理 整流電路的整流原理 整流電路的基本類型 整流電路的換相規(guī)律 負(fù)載性質(zhì)對電路工作的影響 分析整流電路的假設(shè)條件 整

3、流電路研究、學(xué)習(xí)的基本內(nèi)容一. 整流電路的整流原理整流電路主要分為相控整流電路和PWM整流電路相控整流原理： 利用整流管和晶閘管的單相導(dǎo)電開關(guān)特性，構(gòu)成輸出單一極性的電力變換電路，從而將輸入的交流電能轉(zhuǎn)換為輸出的直流電能。 整流電路通常先由整流變壓器將電源電壓變換為幅值適宜的交流電壓，再由直流變換電路變換后得到負(fù)載所需要的直流電壓。二. 整流電路的基本類型劃分劃分依據(jù)依據(jù)電源相數(shù)電源相數(shù)變壓器次變壓器次級繞組工級繞組工作制作制組成器件組成器件負(fù)載性質(zhì)負(fù)載性質(zhì)基本基本類型類型單相單相三相三相多相多相半波半波橋式橋式不可控不可控可控可控半控半控電阻負(fù)載電阻負(fù)載阻感負(fù)載阻感負(fù)載反電動勢反電動勢阻容負(fù)

4、載阻容負(fù)載圖圖1：單相半波不可控整流電路：單相半波不可控整流電路圖圖2：單相半波可控整流電路：單相半波可控整流電路圖圖4：三相半波不可控整流電路：三相半波不可控整流電路圖圖5：三相半波可控整流電路：三相半波可控整流電路圖圖6：三相全橋可控整流電路：三相全橋可控整流電路圖圖3：單相全橋半控整流電路：單相全橋半控整流電路整流電路的原理圖整流電路的原理圖1半波整流電路據(jù)整流電路中開關(guān)元件的連接方式，可分為共陰極組接法和共陽極組接法。 當(dāng)整流電路中各開關(guān)元件的陰極接于一 點，而陽極分別接于各相電源時，稱為共陰極組接法。 共陰極組接法為高通電路，輸出電壓極性為共陰極點為正，變壓器次級中點為負(fù)。 當(dāng)整流電

5、路中各開關(guān)元件的陽極接于一點，而陰極分別接于各相電源時，稱為共陽極組接法。 共陽極組接法為低通電路，輸出電壓極性為共陽極點為負(fù)，變壓器次級中點為正。三相半波電路a)共陰極接法b)共陽極接法三相半波公陰級電路分析三相半波公陰級電路分析2. 橋式整流電路u半波整流電路的電源變壓器次級繞組只通過單方向電流，變壓器利用率低，且有的電路存在直流磁勢，造成鐵芯直流磁化。u利用開關(guān)器件的單向?qū)щ婇_關(guān)特性可構(gòu)成整流橋，可使電源變壓器次級繞組通過正反兩個方向的電流。u由于變壓器次級繞組正負(fù)半周都工作，從而提高了變壓器的利用率。三. 整流電路的換相規(guī)律對電源系統(tǒng)電壓的要求對電源系統(tǒng)電壓的要求 整流電路在工作過程中

6、，要按照電源電壓的變化規(guī)律周期性地切換整流工作回路。為保證在穩(wěn)定工作狀態(tài)下能均衡工作，使輸出電壓電流波形變化盡可能小，要求電源系統(tǒng)為對稱的，且電壓波動在一定范圍之內(nèi)。 2 2自然換相與自然換相點（書上沒有）自然換相與自然換相點（書上沒有）自然換相點在不可控整流電路中，整流管將按電源電壓變化規(guī)律自然換相，自然換相的時刻稱為自然換相點?？刂平?：從自然換相點計起，到發(fā)出控制脈沖使晶閘管導(dǎo)通為止的時間間隔，以電角度表示，稱為控制角。四四. .負(fù)載性質(zhì)對電路工作的影響負(fù)載性質(zhì)對電路工作的影響、電阻負(fù)載、電阻負(fù)載 特點：特點：電壓、電流的波形形狀相同、電感性負(fù)載、電感性負(fù)載（主要指電感與電阻串聯(lián)的電路）

7、 特點：特點：負(fù)載電流不能突變，波形分為連續(xù)和不連續(xù)兩種情況。四四. .負(fù)載性質(zhì)對電路工作的影響負(fù)載性質(zhì)對電路工作的影響、電容性負(fù)載、電容性負(fù)載（整流輸出接大電容濾波） 特點：特點：由于電容電壓也不能突變，所以晶閘管剛一觸發(fā)導(dǎo)通時，電容電壓為零，相當(dāng)于短路，因而就有很大的充電電流流過晶閘管，電流波形呈尖峰狀。 因此為了避免晶閘管遭受過大的電流上升率而損壞，一般不宜在整流輸出端直接接大電容。負(fù)載性質(zhì)對電路工作的影響負(fù)載性質(zhì)對電路工作的影響、反電勢負(fù)載、反電勢負(fù)載 （整流輸出供蓄電池充電或直流電動機(jī)，即負(fù)載（整流輸出供蓄電池充電或直流電動機(jī)，即負(fù)載有反電勢）有反電勢） 特點：特點：只有當(dāng)輸出電壓大

8、于反電動勢時才有電只有當(dāng)輸出電壓大于反電動勢時才有電流流通，電流波形也呈較大的脈動。流流通，電流波形也呈較大的脈動。五五. .分析整流電路的假設(shè)條件分析整流電路的假設(shè)條件1、假定開關(guān)元件的開關(guān)特性是理想的的開關(guān)特性、假定開關(guān)元件的開關(guān)特性是理想的的開關(guān)特性 飽和壓降為零飽和壓降為零, ,漏電流為零漏電流為零 2、電源變壓器是理想變壓器、電源變壓器是理想變壓器 內(nèi)阻為零，漏抗為零內(nèi)阻為零，漏抗為零3、電源為理想電動勢、電源為理想電動勢 內(nèi)阻為零內(nèi)阻為零 在理想條件下所得出的結(jié)論，大都適用于實在理想條件下所得出的結(jié)論，大都適用于實際的電路。對因與假定理想條件不符合而產(chǎn)生的際的電路。對因與假定理想條

9、件不符合而產(chǎn)生的影響，可進(jìn)一步根據(jù)實際特性進(jìn)行修正。影響，可進(jìn)一步根據(jù)實際特性進(jìn)行修正。 六六. . 整流電路研究、學(xué)習(xí)的基本內(nèi)容整流電路研究、學(xué)習(xí)的基本內(nèi)容依據(jù)開關(guān)元件的理想開關(guān)特性和負(fù)載性質(zhì)，分析電路的工作過程。據(jù)電路工作過程得出波形分析，包括輸出電壓 ud 、各晶閘管端電壓 uVT、負(fù)載電流 id 、通過各晶閘管電流 iVT 、以及變壓器次級和初電流 i2 和 i1 等。 在波形分析基礎(chǔ)上，求得一系列電量間的基本數(shù)量關(guān)系，以便對電路進(jìn)行定量分析。在設(shè)計整流電路時，數(shù)量關(guān)系可作為選擇變壓器和開關(guān)元件的依據(jù)。 3.2 單相可控整流電路分析 3.2.2 單相橋式全控整流電路 3.2.1 單相半

10、波可控整流電路 3.2.3 單相橋式半控整流電路 3.2.4 單相整流電路電動勢負(fù)載單相可控整流電路基本特點：交流側(cè)接單相電源重點注意： 主電路形式、工作過程及波形分析、數(shù)量關(guān)系、不同負(fù)載的影響。3.2.1 單相半波可控整流電路 單相半波可控整流電路是組成各種類型可控整流電路的基礎(chǔ)，所有可控整流電路的工作回路都可等效為單相半波可控整流電路。因此，對于單相半波可控整流電路的分析是十分重要的，可作為研究各種可控整流電流的基礎(chǔ)。單相半波可控整流電路可以為各種性質(zhì)的負(fù)載供電。以下主要介紹電阻性負(fù)載和阻感負(fù)載。 單相半波可控整流電路及波形1.主電路 輸入為單相正弦交流電壓源，經(jīng)整流變壓器變壓，設(shè)次級電壓

11、為：2.工作過程及波形分析： 分為三個階段：正向阻斷、正向?qū)?、反向阻?1)控制角：控制角：從晶閘管開始承受正向電壓到開始導(dǎo)通的這一角度，以 表示。222s inuUt220,00,0,ddVTtuVTuiuu當(dāng)時，正向阻斷2,0tuVT當(dāng)時 ，觸 發(fā) 導(dǎo) 通電阻性負(fù)載電阻性負(fù)載222,0,0ddVTtuVTuuuiuR當(dāng)時，正向?qū)?,00dtuiVT 當(dāng) 時 ， 自 然 關(guān) 斷222 ,00,0,ddVTtuVTuiuu 當(dāng)時，反向阻斷(2)(3)單相半波可控整流電路及波形導(dǎo)通角：導(dǎo)通角：晶閘管在一個周期中處于導(dǎo)通的電角度，以表示。電阻性負(fù)載電阻性負(fù)載單相半波可控整流電路及波形相位控制：

12、相位控制： 周期性控制，通過控制觸發(fā)角 的大?。ㄒ彩强刂茖?dǎo)通角 ）實現(xiàn)調(diào)壓相位控制特點：相位控制特點： 需要知道主電路的電壓相位3.數(shù)量關(guān)系22sin202dUttuTt輸出電壓瞬時值：2211c o s2sin()0 .4 522dUUtdtU21co s0 .4 52ddUUIRR輸 出 電 流 平 均 值 ：22222sin11()()sin2242VTUtUIIIdtRR:輸出電流有效值電阻性負(fù)載電阻性負(fù)載 22DMRMUUU晶閘管承受的峰值電壓：移相范圍：控制角 的有效變化范圍。移相范圍：0電力電子電路特點電力電子電路特點1、電力電子電路的輸出一般是非正弦周期量2、電力電子電路的電網(wǎng)

13、側(cè)輸入的正弦電壓，非正弦周期電流3、電力電子電路會帶來嚴(yán)重諧波和無功問題(即使是純電阻負(fù)載情況下)，是非線性裝置。011kmkk 2I( t)Iin(t)Isin(kt)I s112s inuUt阻感負(fù)載的波形單相半波可控整流電路22,0,0,0ddVTtuVTuuiu當(dāng)時，觸發(fā)導(dǎo)通222,0,0,ddVTddtuVTdiuuuui RLdtiRL當(dāng)時，正向?qū)檎译妷狠斎耄?fù)載，零初始條件下的電流響應(yīng) 1.主電路 負(fù)載中含有儲能元件電感，電路中電流不能突變。2. 工作過程及波形分析： 分為三個階段(1)阻感負(fù)載阻感負(fù)載(2)(3)222,000,0,0dddVTtuiVTituuuu當(dāng) 時

14、，由于電感的存在，繼續(xù)導(dǎo)通，直至 時。當(dāng)時，0dtiVT當(dāng)時，自然關(guān)斷max20ddddLiidiiuLdt由 于 的 存 在 ，從下 降 到時 ，220 ,0,ddV TtV Tuiuu當(dāng)時 ，阻 斷 阻感負(fù)載阻感負(fù)載022移相范圍：22DMRMUUU晶閘管承受的峰值電壓：阻感負(fù)載阻感負(fù)載3.3.純電感負(fù)載純電感負(fù)載（LL R R ）0322322330特點：特點： 電源不做功 因為Ud=0，改變不能控制Ud,但可控制Id的大小。阻感負(fù)載阻感負(fù)載（數(shù)量關(guān)系）22sin202dUttTut 輸出電壓瞬時值：2022sin2VTtTuUtt晶閘管電壓瞬時值：22022()11()2sin()22

15、222coscossinsin222ddUu dtUtdtUU 輸出電壓平均值：4.4.數(shù)量關(guān)系數(shù)量關(guān)系電力電子電路的一種基本分析方法 通過器件的理想化，將電路簡化為分段線性電路，分段進(jìn)行分析計算。對單相半波電路的分析可基于上述方法進(jìn)行：當(dāng)VT處于斷態(tài)時，相當(dāng)于電路在VT處斷開，id=0。當(dāng)VT處于通態(tài)時，相當(dāng)于VT短路。單相半波可控整流電路的分段線性等效電路a)VT處于關(guān)斷狀態(tài)b)VT處于導(dǎo)通狀態(tài)阻感負(fù)載阻感負(fù)載4.4.數(shù)量關(guān)系數(shù)量關(guān)系、關(guān)系關(guān)系arctanwLR當(dāng)當(dāng)VT處于通態(tài)時，如下方程成立：處于通態(tài)時，如下方程成立：VTRLu2VT處于導(dǎo)通狀態(tài)tURitiLsin2dd2dd（3-1）

16、)sin(2)sin(22)(2dtZUeZUitLR（3-2）)sin()sin(tane（3-3） 初始條件：t= ，id=0。求解式（3-1）并將初始條件代入可得 當(dāng)t=+ 時，id=0，代入式（3-2）并整理得22)( LRZRLarctan其中，阻感負(fù)載阻感負(fù)載阻感負(fù)載阻感負(fù)載 負(fù)載負(fù)載阻抗角 、觸發(fā)角、觸發(fā)角 、晶閘管導(dǎo)通角晶閘管導(dǎo)通角 的關(guān)系的關(guān)系若 為定值，越大，在u2正半周L儲能越少，維持導(dǎo)電的能力就越弱， 越小。若a為定值， 越大，則L貯能越多， 越大；且 越大，在u2負(fù)半周L維持晶閘管導(dǎo)通的時間就越接近晶閘管在u2正半周導(dǎo)通的時間，ud中負(fù)的部分越接近正的部分，平均值Ud

17、越接近零，輸出的直流電流平均值也越小。有續(xù)流二極管電流斷續(xù)三三. .有續(xù)流二極管的阻感負(fù)載有續(xù)流二極管的阻感負(fù)載1.主電路2.工作過程及波形分析有電流斷續(xù)和電流連續(xù)兩種情況。電流斷續(xù)：L作用較小或控制角較大時，在VD續(xù)流期間，Id衰減較快，等到下次觸發(fā)VT時，Id已經(jīng)下降到零。(1)22,0,0,0ddVTdtuVTuuiuiRL當(dāng)時，觸發(fā)導(dǎo)通：正弦電壓輸入，零初始條件下電路響應(yīng)222, 0,0,uuuuuVTutVDVTd正向?qū)〞r，當(dāng)有續(xù)流二極管的阻感負(fù)載有續(xù)流二極管的阻感負(fù)載00,02 Iiutd時，當(dāng)22,00,0,0ddVTVDddtuVDVTdiuuuui RLdtiRL當(dāng)時，自然

18、導(dǎo)通，反向關(guān)斷：零輸入，非零初始條件下的電路響應(yīng)dtiVD當(dāng) 時， 開始下降直到零，截止2, 0,02uuiutVTdd時，當(dāng)(2)(3)有續(xù)流二極管電流斷續(xù)20ddLLitVTi當(dāng) 作用較大， 較小時， 貯存的能量較多， 衰減很慢，到再一次觸發(fā)時，。電流連續(xù)：有續(xù)流二極管電流連續(xù)(1)(2)(3)0,0,0122VTdduIiuuVTut觸發(fā)導(dǎo)通時，當(dāng)222,0,0,dVTVDdtuVTuuuuuiRL 當(dāng)時，正向?qū)礊檎译妷狠斎?，非零初始條件下的電路響應(yīng)0220,Iiutd時，當(dāng)222 ,00,0,0ddVTVDddtuVDVTdiuuuui RLdtiRL當(dāng)時，自然導(dǎo)通，反向關(guān)斷：零

19、輸入，非零初始條件下的電路響應(yīng)2220,dVTtVTuuu當(dāng) 時，正向阻斷有續(xù)流二極管的阻感負(fù)載有續(xù)流二極管的阻感負(fù)載3. 數(shù)量關(guān)系電流斷續(xù)：L作用較小或控制角較大時，在VD續(xù)流期間，Id衰減較快，等到下次觸發(fā)VT時，Id已經(jīng)下降到零。20202sin tsin22sinsinRtLdRtLRLUetZiI etUIeZ 式中，注意：不管斷續(xù)連續(xù)一個周期內(nèi)，電感電壓的平均值為零，不做功能有續(xù)流二極管的阻感負(fù)載有續(xù)流二極管的阻感負(fù)載3. 數(shù)量關(guān)系電流連續(xù)：20ddLLitVTi當(dāng) 作用較大， 較小時， 貯存的能量較多，衰減很慢，到再一次觸發(fā)時，。22010222sinsin2RtLdRtLUUt

20、IetZZiI et 202201022sinsin1RLRLRLUeZIeII e有續(xù)流二極管的阻感負(fù)載有續(xù)流二極管的阻感負(fù)載可可0202dVTVDRdItittiIt有續(xù)流二極管的阻感負(fù)載有續(xù)流二極管的阻感負(fù)載2IIdVTd2IIRdVDd21()22II dtIVTdd221()22II dtI RVDdd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，造成變壓器鐵芯直流磁化。實際上很少應(yīng)用此種電路。分析該電路的主要目的在于利用其簡單易學(xué)的特點，建立起整流電路的基本概念。 復(fù)習(xí)復(fù)習(xí): :自然換相與自然換相點（書上沒有）自然換相與自然換

21、相點（書上沒有）自然換相點在不可控整流電路中，整流管將按電源電壓變化規(guī)律自然換相，自然換相的時刻稱為自然換相點?？刂平?：從自然換相點計起，到發(fā)出控制脈沖使晶閘管導(dǎo)通為止的時間間隔，以電角度表示，稱為控制角。復(fù)習(xí)：共陰極和共陽極接法復(fù)習(xí)：共陰極和共陽極接法復(fù)習(xí)：單相半波電路復(fù)習(xí)：單相半波電路單相半波可控整流電路及波形相位控制：相位控制： 周期性控制，通過控制觸發(fā)角 的大?。ㄒ彩强刂茖?dǎo)通角 ）實現(xiàn)調(diào)壓相位控制特點：相位控制特點： 需要知道主電路的電壓相位控制角控制角：從晶閘管開始承受正向電壓到開始導(dǎo)通的這一角度，以 表示。導(dǎo)通角：導(dǎo)通角：晶閘管在一個周期中處于導(dǎo)通的電角度，以表示。復(fù)習(xí)：電力電子

22、電路特點復(fù)習(xí)：電力電子電路特點1、電力電子電路的輸出一般是非正弦周期量2、電力電子電路的電網(wǎng)側(cè)輸入的正弦電壓，非正弦周期電流3、電力電子電路會帶來嚴(yán)重諧波和無功問題，是非線性裝置222s inuUt011kmkk 2I( t)Iin(t)Isin(kt)I s電阻負(fù)載波形阻感負(fù)載的波形21c o s0 .4 52dUU0 022222sinsin22dUU復(fù)習(xí)：單相半波電路復(fù)習(xí)：單相半波電路有續(xù)流二極管電流斷續(xù)有續(xù)流二極管電流連續(xù)21c o s0 .4 52dUU0 復(fù)習(xí)：單相半波電路復(fù)習(xí)：單相半波電路復(fù)習(xí)：有續(xù)流二極管的阻感負(fù)載復(fù)習(xí)：有續(xù)流二極管的阻感負(fù)載2IIdVTd2IIRdVDd21(

23、)22II dtIVTdd221()22II dtI RVDdd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，造成變壓器鐵芯直流磁化。實際上很少應(yīng)用此種電路。分析該電路的主要目的在于利用其簡單易學(xué)的特點，建立起整流電路的基本概念。 3.2.2 單相橋式全控整流電路單相全控橋式帶電阻負(fù)載時的電路及波形一一. . 電阻性負(fù)載電阻性負(fù)載1.主電路2.工作過程及波形分析 分為四個階段 VT1和VT4組成一對橋臂，在u2正半周承受電壓u2，得到觸發(fā)脈沖時導(dǎo)通，當(dāng)u u2 2過零時關(guān)斷。 VT2和VT3組成另一對橋臂，在u2負(fù)負(fù)半周承受電壓-u2，得

24、到觸發(fā)脈沖時導(dǎo)通，當(dāng)u2過零時關(guān)斷。0VT1、VT2 、VT3、VT4關(guān)斷VT1、VT4 導(dǎo)通，VT2、VT3關(guān)斷VT1、VT2 、VT3、VT4關(guān)斷VT1、VT4 關(guān)斷，VT2、VT3導(dǎo)通觸發(fā)觸發(fā)VT1、VT4 觸發(fā)觸發(fā)VT2、VT3 電壓過零電壓過零電電壓壓過過零零VT3、VT4共陽極連接VT1、VT2共陰極連接3.2.2 單相橋式全控整流電路單相全控橋式帶電阻負(fù)載時的電路及波形一一. . 電阻性負(fù)載電阻性負(fù)載2.工作過程及波形分析：分為四個階段224321221,21, 0, 0,0,03241uuuuuuiuVTVTVTVTutVTVTVTVTdd均不導(dǎo)通時，當(dāng)(1) VT1、VT2

25、、VT3、VT4關(guān)關(guān)斷斷(2) VT1、VT4 導(dǎo)通，導(dǎo)通，VT2、VT3關(guān)斷關(guān)斷觸發(fā)導(dǎo)通和時，當(dāng)4120,VTVTu0,0,dddVTVTVTVTtuVT VTVT VTuuuiuuuuuR 當(dāng)時 ， 和 導(dǎo) 通 ， 和 關(guān) 斷2電阻性負(fù)載單相全控橋式帶電阻負(fù)載時的電路及波形(3) VT1、VT2 、VT3、VT4關(guān)斷關(guān)斷214,00,0,ddtuuiVTVT當(dāng) 時，和自然關(guān)0,10 ,0,212ddVTVTVTVTtuVT VTVTVTuiuuuuuu 當(dāng)時 ，均 不 導(dǎo) 通(4) VT1、VT4 關(guān)斷，關(guān)斷，VT2、VT3導(dǎo)通導(dǎo)通觸發(fā)導(dǎo)

26、通和時，當(dāng)3220,VTVTut142322314222 ,0,0dddVTVTVTVTtuVTVTVTVTuuuiRuuuuu 當(dāng)時，和導(dǎo)通，和關(guān)斷2電阻性負(fù)載3.數(shù)量關(guān)系2002sindtuTUtt輸出電壓瞬時值：1422210202122VTVTuttTuuutut晶 閘 管 兩 端 電 壓 瞬 時 值 ：2202102122232TttututuuuVTVT2電阻性負(fù)載（數(shù)量關(guān)系）數(shù)量關(guān)系）2cos19 . 02cos122)(dsin21222UUttUUd輸出電壓平均值：2cos19 . 02cos12222RURURUIdd輸出電流平均值：2cos145. 0212RUIIddV

27、T值：流過晶閘管的電流平均2222211(sin)()sin22UUIItdtRR負(fù)載電流有效值：222211(sin) d()sin 22222UUIIttRRVT晶閘管通過電流有效值:T =2T =2電阻性負(fù)載（數(shù)量關(guān)系）數(shù)量關(guān)系）22221sin22PI RIRSU IU功率因數(shù)：0移相范圍：導(dǎo)通角：2222,2RMDMUUUU晶閘管承受的峰值電壓：221sin22UIIR2單相橋式全控整流電路單相橋式全控整流電路1.主電路2.工作過程及波形分析根據(jù)L作用不同，分電流斷續(xù)和電流連續(xù)電流斷續(xù)：L作用較小，阻感負(fù)載電流斷續(xù) ,arctanLR 即其中： 負(fù)載阻抗角工作過程仍然分為四個階段VT

28、1、VT2 、VT3、VT4關(guān)斷VT1、VT4 導(dǎo)通，VT2、VT3關(guān)斷VT1、VT2 、VT3、VT4關(guān)斷VT1、VT4 關(guān)斷，VT2、VT3導(dǎo)通觸發(fā)觸發(fā)VT1、VT4 觸發(fā)觸發(fā)VT2、VT3 L吸收能量消耗完畢吸收能量消耗完畢L吸收能量消耗完畢吸收能量消耗完畢2單相橋式全控整流電路單相橋式全控整流電路觸發(fā)導(dǎo)通和時，當(dāng)412, 00,VTVTiutd214232221423,0,0ddVTVTVTVTdddiuuuuuuuui R LdttuVTVTVTVTiRL 當(dāng)時，和導(dǎo)通，和關(guān)斷：正弦電壓輸入，零初始條件下的 電路響應(yīng)1.主電路2.工作過程及波形分析根據(jù)L作用不同，分電流斷續(xù)和電流連續(xù)

29、電流斷續(xù)：L作用較小，(1)阻感負(fù)載電流斷續(xù) ,arctanLR 即其中： 負(fù)載阻抗角2單相橋式全控整流電路單相橋式全控整流電路1.主電路2.工作過程及波形分析根據(jù)L作用不同，分電流斷續(xù)和電流連續(xù)電流斷續(xù)：L作用較小，2142,00,0dddtuiVT VTuui 當(dāng) 時 ，和不 關(guān) 斷 ，直 至?xí)r214232,0,dVTVTVTVTtuuuuuuu 當(dāng)時 ，(2)阻感負(fù)載電流斷續(xù) ,arctanLR 即其中：負(fù)載阻抗角2阻感負(fù)載（電流斷續(xù)）阻感負(fù)載（電流斷續(xù)）阻感負(fù)載電流斷續(xù) 140,dtiVTVT當(dāng)時，和自然關(guān)斷1234142232,11,22VTVTVTVTtVT VT VT VTuuu

30、uuu 當(dāng) 時，均不導(dǎo)通230dtVTVTi當(dāng)時，和觸發(fā)導(dǎo)通，2314222,ddddtVTVTdiVTVTuui RLudtiRL當(dāng)時，和導(dǎo)通，和關(guān)斷，：正弦電壓輸入，零初始條件下的電路響應(yīng)(3)(4)2 阻感負(fù)載（電流斷續(xù)）阻感負(fù)載（電流斷續(xù)）阻感負(fù)載電流斷續(xù) 23220,0dddtiVTVTuui當(dāng)時，和不關(guān)斷，直至?xí)r2142232,0dVTVTVTVTtuuuuuuu當(dāng)時，230,dtiVTVT當(dāng)時，和自然關(guān)斷12341422322,11,220,0VTVTVTVTddtVT VT VT VTuuuuuuui 當(dāng)時，均不導(dǎo)通(5)(6)2阻感負(fù)載（電流斷續(xù)）阻感負(fù)載（電流斷續(xù)） 3.數(shù)

31、量關(guān)系數(shù)量關(guān)系22sin tsin0RtLdUetiTZt20dutuTt輸出電壓瞬時值：22()11()2sin()2coscosddUu dtUtdtU 輸出電壓平均值：導(dǎo)通角：0移項范圍： 0LddUUIR輸出電流平均值：電力電子電路穩(wěn)態(tài)工作時，一個周期內(nèi)電感上的電壓平均值為零，即不做功。阻感負(fù)載（電流連續(xù)）阻感負(fù)載電流連續(xù)電流連續(xù)：作用較大，即L工作過程分為二個階段VT1、VT4 導(dǎo)通，VT2、VT3關(guān)斷VT1、VT4 關(guān)斷，VT2、VT3導(dǎo)通觸發(fā)觸發(fā)VT1、VT4 觸發(fā)觸發(fā)VT2、VT3 22阻感負(fù)載（電流連續(xù)）阻感負(fù)載電流連續(xù)電流連續(xù)：作用較大，即L(1)觸發(fā)導(dǎo)通和時，當(dāng)410,V

32、TVTIit0,dVTVTVTVTdddtVTVTVTVTuuuuuuudiui RLdtiRL 當(dāng)時，和導(dǎo)通，和關(guān)斷：正弦電壓輸入，非零初始條件下的電路響應(yīng)(2)仍導(dǎo)通和時，當(dāng)412, 00,VTVTiutd214232,0,dVTVTVTVTtuuuuuuu 當(dāng) 時，22阻感負(fù)載（電流連續(xù)）（電流連續(xù)）阻感負(fù)載電流連續(xù)電流連續(xù)：23140dtVTVTVTVTiI當(dāng)時，和觸發(fā)導(dǎo)通，和反向關(guān)斷，(3)231421422322,0dVTVTVTVTdddtVTVTVTVTuuuuuuudii RLudtiRL當(dāng)時，和導(dǎo)通，和關(guān)斷，：正弦電壓輸入，非零初始條件下的電路響應(yīng)

33、(4)仍導(dǎo)通和時，當(dāng)32, 02VTVTitd21422322,0dVTVTVTVTtuuuuuuu當(dāng) 時，22阻感負(fù)載（電流連續(xù)）3.數(shù)量關(guān)系d22212sind()2 2cos0.9cosUUttUU 輸出電壓平均值：22sinduUttT輸出電壓瞬時值： 200.902ddUUU時，；時，導(dǎo)通角： 020 有效移相范圍：要使id連續(xù):22阻感負(fù)載（電流連續(xù)）數(shù)量關(guān)系22022sinsinRtLdUUitIeZZ202sin1()1RLRLUeZIe切換時刻電流當(dāng) 時，I00，id連續(xù)0222阻感負(fù)載（電流連續(xù)）數(shù)量關(guān)系,ddLRiI當(dāng)電感很大，時，則：12IIdVTd流過晶閘管的電流平均

34、值：2dII：晶閘管通過電流有效值VTdII 2：變壓器次級電流有效值22220.9cosdUPI RSU IU功率因數(shù)：2l為了提高平均值可以負(fù)載兩為了提高平均值可以負(fù)載兩端反并聯(lián)二極管端反并聯(lián)二極管l周期觸發(fā)時周期觸發(fā)時VT3由于驅(qū)動電由于驅(qū)動電路原因脈沖丟失路原因脈沖丟失,得到什么結(jié)得到什么結(jié)果？果？l課后作業(yè)，分連續(xù)和斷續(xù)畫課后作業(yè)，分連續(xù)和斷續(xù)畫出相關(guān)波形出相關(guān)波形單相橋式阻感電路 例例1 某電源裝置采用單相橋式全控整流電路某電源裝置采用單相橋式全控整流電路, ,向電阻負(fù)載供電向電阻負(fù)載供電, ,若該裝若該裝置可輸出在置可輸出在12v 30v 連續(xù)可調(diào)平均電壓連續(xù)可調(diào)平均電壓; ;觸

35、發(fā)電路最小控制角觸發(fā)電路最小控制角min=20;輸輸出平均電流出平均電流Id均可達(dá)均可達(dá)20A。按下列兩種條件求變壓器次級電壓和電流定。按下列兩種條件求變壓器次級電壓和電流定 額、額、晶閘管電壓和電流定額：晶閘管電壓和電流定額：理想條件；理想條件；整流回路兩只晶閘管總通態(tài)平均整流回路兩只晶閘管總通態(tài)平均壓降壓降2V、線路電壓損失線路電壓損失1V、電源電壓波動范圍、電源電壓波動范圍5%U2。 電阻性負(fù)載題目電阻性負(fù)載題目21 cos0.92UUd輸出電壓平均值：221sin22UIIR變壓器電流有效值: 例例1 某電源裝置采用單相橋式全控整流電路某電源裝置采用單相橋式全控整流電路, ,向電阻負(fù)載

36、供電向電阻負(fù)載供電, ,若該裝若該裝置可輸出在置可輸出在12v 30v 連續(xù)可調(diào)平均電壓連續(xù)可調(diào)平均電壓; ;觸發(fā)電路最小控制角觸發(fā)電路最小控制角min=20;輸輸出平均電流出平均電流Id均可達(dá)均可達(dá)20A。按下列兩種條件求變壓器次級電壓和電流定。按下列兩種條件求變壓器次級電壓和電流定 額、額、晶閘管電壓和電流定額：晶閘管電壓和電流定額：理想條件；理想條件；整流回路兩只晶閘管總通態(tài)平均整流回路兩只晶閘管總通態(tài)平均壓降壓降2V、線路電壓損失線路電壓損失1V、電源電壓波動范圍、電源電壓波動范圍5%U2。 電阻性負(fù)載題目電阻性負(fù)載題目21 cos0.92UUd輸出電壓平均值：21sin 2222UI

37、IRVT晶閘管通過電流有效值:221sin22UIIR變壓器電流有效值：()2 1+fdIkI sin2 +2波形系數(shù)公式（cos ） 例例2 某電源裝置采用單相橋式全控整流電路某電源裝置采用單相橋式全控整流電路, ,向阻感負(fù)載供電，向阻感負(fù)載供電，wLwLR,R,若該裝置可輸出在若該裝置可輸出在12v 30v 連續(xù)可調(diào)平均電壓連續(xù)可調(diào)平均電壓; ;觸發(fā)電路最小控制角觸發(fā)電路最小控制角min=20;輸出平均電流輸出平均電流Id均可達(dá)均可達(dá)20A。按下列兩種條件求變壓器次級電壓。按下列兩種條件求變壓器次級電壓和電流定和電流定 額、晶閘管電壓和電流定額：額、晶閘管電壓和電流定額：理想條件；理想條件

38、；整流回路兩只晶閘整流回路兩只晶閘管總通態(tài)平均壓降管總通態(tài)平均壓降2V、線路電壓損失線路電壓損失1V、電源電壓波動范圍、電源電壓波動范圍5%U2。 阻感性負(fù)載題目阻感性負(fù)載題目d20.9cosUU輸出電壓平均值：dII 2：變壓器次級電流有效值2dII：晶閘管通過電流有效值VT3.2.3 單相橋式半控整流電路阻感負(fù)載電路及波形1.主電路半控：將全控中的VT3,VT4換成VD3,VD4；這樣，VT1和VT2控制換相， VD3和VD4自然換相。 VT1和VD4 構(gòu)成一整流回路，VT2和VD3構(gòu)成一整流回路。2.工作過程及波形分析a.自然續(xù)流現(xiàn)象：（以id連續(xù)為例）2,01tuVT在時，觸發(fā)導(dǎo)通(1

39、)214214232,0,0,dVTVDVTVDdtuVTVDuuuuuuuiRL當(dāng)時，和導(dǎo)通即為正弦電壓輸入，非零初始條件下的電路響應(yīng).222單相全橋半控電路等效圖單相全橋半控電路等效圖自然續(xù)流:VD3和VD4隨著電源的正負(fù)變化自然交替導(dǎo)通222(2)1234130,0,ddtiVTuVDVDiVTVD當(dāng) 時，仍導(dǎo)通。從此刻起，導(dǎo)通，截止，不經(jīng)變壓器繞組，由和流過，這就是自然續(xù)流現(xiàn)象1322420,0,dVTVDVTVDdtuuuuuuuiRL 當(dāng)時，：零輸入，非零初始條件下 的電路響應(yīng)續(xù)流期間222(3)221,0tuVTVT當(dāng) 時，觸發(fā)導(dǎo)通，關(guān)斷2321422,dVTVDdtVTVDuu

40、uuuiRL當(dāng) 時，和導(dǎo)通：正弦電壓輸入，非零初始條件下的電路響應(yīng)222(4)23420,dtiVTVDVD當(dāng)時，仍導(dǎo)通，和換流241232220,dVTVDdtVTVDuuuuuiRL當(dāng) 時，和導(dǎo)通：零輸入，非零初始條件下的電路響應(yīng)222工作過程分為四個階段工作過程分為四個階段VT2、VD4導(dǎo)通、VT1、VD3關(guān)斷VT1、VD4 導(dǎo)通，VT2、VD3關(guān)斷VT1、VD3 導(dǎo)通，VT2、VD4關(guān)斷VT2、VD3 導(dǎo)通，VT1、VD4關(guān)斷觸發(fā)觸發(fā)VT1觸發(fā)觸發(fā)VT2電壓過零電壓過零電壓過零電壓過零 電壓為正電壓為正 電壓為負(fù)電壓為負(fù)21 cos0.92UUd0 正常工作時等同于全控橋阻感負(fù)載并上續(xù)

41、流二極管222 VT1和VT2共陰極接法，VT3和VT4共陽極接法 VT1和VT4組成一對橋臂，在u2正半周得到觸發(fā)脈沖時肯定導(dǎo)通 VT2和VT3組成另一對橋臂，在u2負(fù)負(fù)半周得到觸發(fā)脈沖時肯定導(dǎo)通。全關(guān)斷時器件承受電壓為電源電壓的一半單相全橋電路復(fù)習(xí)單相全橋電路復(fù)習(xí)電阻負(fù)載時的電路及波形單相全橋電路復(fù)習(xí)單相全橋電路復(fù)習(xí)- -電阻負(fù)載電阻負(fù)載VT1、VT2 、VT3、VT4關(guān)斷VT1、VT4 導(dǎo)通，VT2、VT3關(guān)斷VT1、VT2 、VT3、VT4關(guān)斷VT1、VT4 關(guān)斷，VT2、VT3導(dǎo)通觸發(fā)觸發(fā)VT1、VT4 觸發(fā)觸發(fā)VT2、VT3 電壓過零電壓過零21 cos0.92UUd0 電阻負(fù)載時

42、的電路及波形單相全橋電路復(fù)習(xí)單相全橋電路復(fù)習(xí)- -電阻負(fù)載電阻負(fù)載VT1、VT2 、VT3、VT4關(guān)斷VT1、VT4 導(dǎo)通，VT2、VT3關(guān)斷VT1、VT2 、VT3、VT4關(guān)斷VT1、VT4 關(guān)斷，VT2、VT3導(dǎo)通觸發(fā)觸發(fā)VT1、VT4 觸發(fā)觸發(fā)VT2、VT3 電壓過零電壓過零21 cos0.92UUd0 單相全橋電路復(fù)習(xí)單相全橋電路復(fù)習(xí)電感負(fù)載電感負(fù)載電流連續(xù)工作過程分為二個階段VT1、VT4 導(dǎo)通，VT2、VT3關(guān)斷VT1、VT4 關(guān)斷，VT2、VT3導(dǎo)通觸發(fā)觸發(fā)VT2、VT3 觸發(fā)觸發(fā)VT1、VT4 電流斷續(xù)時工作過程仍然分為四個階段VT1、VT2 、VT3、VT4關(guān)斷VT1、VT4

43、 導(dǎo)通，VT2、VT3關(guān)斷VT1、VT2 、VT3、VT4關(guān)斷VT1、VT4 關(guān)斷，VT2、VT3導(dǎo)通觸發(fā)觸發(fā)VT1、VT4 觸發(fā)觸發(fā)VT2、VT3 L吸收能量消耗完畢吸收能量消耗完畢L吸收能量消耗完畢吸收能量消耗完畢0020 d20.9cosUU并上續(xù)流二極管？單相全橋電路復(fù)習(xí)單相全橋電路復(fù)習(xí)復(fù)習(xí)：單相全橋半控電路等效圖復(fù)習(xí)：單相全橋半控電路等效圖1、理想工作狀態(tài)下，電路不工作時器件承受的電壓為電源電壓一半2、阻感負(fù)載下的自然續(xù)流:VD3和VD4隨著電源的正負(fù)變化自然交替導(dǎo)通222工作過程分為四個階段工作過程分為四個階段VT2、VD4導(dǎo)通、VT1、VD3關(guān)斷VT1、VD4 導(dǎo)通，VT2、VD

44、3關(guān)斷VT1、VD3 導(dǎo)通，VT2、VD4關(guān)斷VT2、VD3 導(dǎo)通，VT1、VD4關(guān)斷觸發(fā)觸發(fā)VT1觸發(fā)觸發(fā)VT2電壓過零電壓過零電壓過零電壓過零 電壓為正電壓為正 電壓為負(fù)電壓為負(fù)21 cos0.92UUd0 正常工作時等同于全控橋阻感負(fù)載并上續(xù)流二極管222工作過程分為四個階段工作過程分為四個階段VT2、VD4導(dǎo)通、VT1、VD3關(guān)斷VT1、VD4 導(dǎo)通，VT2、VD3關(guān)斷VT1、VD3 導(dǎo)通，VT2、VD4關(guān)斷VT2、VD3 導(dǎo)通，VT1、VD4關(guān)斷觸發(fā)觸發(fā)VT1觸發(fā)觸發(fā)VT2電壓過零電壓過零電壓過零電壓過零 電壓為正電壓為正 電壓為負(fù)電壓為負(fù)21 cos0.92UUd0 正常工作時等同

45、于全控橋阻感負(fù)載并上續(xù)流二極管222思考：單相全橋半控電路電阻負(fù)載思考：單相全橋半控電路電阻負(fù)載理想狀態(tài)下，單相半控橋電阻負(fù)載與單相全控橋電阻負(fù)載電壓波形一致222半橋阻感負(fù)載失控時的電路及波形單相全橋半控電路單相全橋半控電路失控工作狀態(tài)的電路波形l 當(dāng)控制角突然增大至當(dāng)控制角突然增大至180180 或觸發(fā)脈或觸發(fā)脈沖丟失時，會發(fā)生一個晶閘管持續(xù)導(dǎo)沖丟失時，會發(fā)生一個晶閘管持續(xù)導(dǎo)通而兩個二極管在正、負(fù)半周輪流導(dǎo)通而兩個二極管在正、負(fù)半周輪流導(dǎo)通的情況其平均值保持恒定，這種異通的情況其平均值保持恒定，這種異常現(xiàn)象稱為常現(xiàn)象稱為失控。失控。( (無法用切除脈沖的無法用切除脈沖的方式使電路停止工作方

46、式使電路停止工作) )222阻感負(fù)載阻感負(fù)載(工作過程及波形分析工作過程及波形分析)b.失控現(xiàn)象及續(xù)流二極管例如：若在運行中，VT1和VD4導(dǎo)通時，切除觸發(fā)脈沖。當(dāng)u20時， VD4和VD3自然換相， 則VT1和VD4又構(gòu)成電源對負(fù)載供電的回路。這樣，VT1一直導(dǎo)通， VD3和VD4交替導(dǎo)通，無法實現(xiàn)關(guān)斷，產(chǎn)生失控現(xiàn)象。失控工作狀態(tài)的電路波形阻感負(fù)載阻感負(fù)載b.失控現(xiàn)象及續(xù)流二極管 為了防止失控的發(fā)生，必須消除自然續(xù)流現(xiàn)象：負(fù)載兩端反并聯(lián)續(xù)流二極管VDR，提供另外一條通路。 有續(xù)流二極管VDR時，續(xù)流過程由VDR完成，晶閘管關(guān)斷，避免了某一個晶閘管持續(xù)導(dǎo)通從而導(dǎo)致失控的現(xiàn)象。同時，續(xù)流期間導(dǎo)電

47、回路中只有一個管壓降，有利于降低損耗。應(yīng)當(dāng)指出，實現(xiàn)這一功能的條件是VDR的通態(tài)電壓低于自然續(xù)流回路開關(guān)元件通態(tài)電壓之和，否則不能消除自然續(xù)流現(xiàn)象，關(guān)斷導(dǎo)通的晶閘管。2134_VTVTVDRVDRVDVD 工作過程可表示為： 該電路電流波形的表示式比較復(fù)雜，在討論有關(guān)電流的數(shù)量關(guān)系時，常以負(fù)載參數(shù)滿足LR 為條件。這時，負(fù)載電流的變化量相對于平均電流是很小的，可以認(rèn)為負(fù)載電流波形是平直的。相關(guān)波形見圖。阻感負(fù)載-有續(xù)流二極管阻感負(fù)載-有續(xù)流二極管1.主電路2.工作過程及波形分析(1)2142322,0,dVDVTdtuVTVDuuuuuiRL 當(dāng)時，和導(dǎo)通：正弦電壓輸入，非零初始條件下的電路響

48、應(yīng)阻斷。開始導(dǎo)通，時，當(dāng)1VTVDRt1220,0,dVTVTdtVDRuuuuiRL 當(dāng)時，導(dǎo)通，：零輸入，非零初始條件下的電路響應(yīng)(2)單相全橋半控電路等效圖單相全橋半控電路等效圖(3)223,0tuVTVDVDR當(dāng) 時，觸發(fā)導(dǎo)通，導(dǎo)通，反向截止2321422,dVTVDdtVTVDuuuuuiRL當(dāng) 時，和導(dǎo)通：正弦電壓輸入， 非零初始條件下的電路響應(yīng)(4)22tVDRVT當(dāng)時，開始導(dǎo)通，阻斷。12220,dVTdtVDRuuuiRL當(dāng)時，導(dǎo)通，：零輸入，非零初始條件下 的電路響應(yīng)阻感負(fù)載-有續(xù)流二極管3.數(shù)量關(guān)系：2cos19 . 02UUd輸出電壓平均值：通過晶閘管，整流管和續(xù)流二極

49、管電流的平均值和有效值分別為：22dVTdVDdVTVDdIIIIIIdVDRdVDRdIIIIVTdIII22效值為：通過變壓器次級電流有單相全波與單相全控橋從直流輸出端或從交流輸入端看均是基本一致的。變壓器不存在直流磁化的問題。單相全波與單相全控橋的區(qū)別 （1）單相全波中變壓器結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，繞組及鐵芯對銅、鐵等材料的消耗多。 （2）單相全波只用2個晶閘管，比單相全控橋少2個，相應(yīng)地，門極驅(qū)動電路也少2個；但是晶閘管承受的最大電壓為 ，是單相全控橋的2倍。 （3）單相全波導(dǎo)電回路只含1個晶閘管，比單相橋少1個，因而管壓降也少1個。從上述（2）、（3）考慮，單相全波電路有利于在低輸出電壓的場合應(yīng)用。單相全波可控整流電路U22單相橋式半控整流電路單相橋式半控整流電路單相橋式半控整流電路 的另一種接法的另一種接法 把單相橋式全控整流電把單相橋式全控整流電路中的路中的VT2和和VT4換為二極管換為二極管VD2和和VD4，這樣可以省去，這樣可以省去續(xù)流二極管續(xù)流二極管VDR，續(xù)流由，續(xù)流由VD2和和VD4來實現(xiàn)。來實現(xiàn)。 兩個晶閘管的陰極電位兩個晶閘管的陰極電位不同不同, ,觸發(fā)電路需要隔離觸發(fā)電路需要隔離. .3.2.4 單相整流電路電動勢負(fù)載 整流電路的負(fù)載中，有一種帶直流電動勢的含源負(fù)載，由整流電路供給電能，實現(xiàn)能量傳遞與轉(zhuǎn)換