電力電子技術(shù)課件第3章整流電路

第三章整流電路單相可控整流電路三相可控整流電路變壓器漏抗對(duì)整流電路的影響整流電路的諧波和功率因數(shù)大功率可控整流電路整流電路的有源逆變工作狀態(tài)整流電路相位控制的實(shí)現(xiàn)晶閘管直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)相控整流主電路：連接負(fù)載，實(shí)現(xiàn)整流。觸發(fā)電路：進(jìn)行移相控制，實(shí)現(xiàn)直流電壓大小的調(diào)節(jié)。單相、三相

半波、全波半控、全控電阻電感反電勢(shì)波形分析、具體計(jì)算（Ud、Id、IdVT、IVT、I2、正反向電壓、a的移相范圍等）3.1單相可控整流電路3.1.1單相半波可控整流電路

1.帶電阻負(fù)載的工作情況觸發(fā)角(控制角)：a

導(dǎo)通角：q特點(diǎn)：電壓與電流成正比，兩者波形相同。a的移相范圍:180°

相位控制方式，簡(jiǎn)稱相控觸發(fā)信號(hào)和電源電壓在頻率和相位上要配合好，這種相互協(xié)調(diào)配合的關(guān)系稱為同步。2.帶阻感負(fù)載的工作情況特點(diǎn)：電感對(duì)電流變化有抗拒作用，使得流過電感的電流不發(fā)生突變。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(jiǎn)化為分段線性電路。VT處于導(dǎo)通時(shí)：當(dāng)

當(dāng)，加續(xù)流二極管控制角a導(dǎo)通角

a的移相范圍:180°

優(yōu)點(diǎn)：線路簡(jiǎn)單、調(diào)整方便缺點(diǎn)：電流脈動(dòng)大、有效值與平均值的比數(shù)大、直流磁化。

注意：寬脈沖適用范圍：小容量、裝置的體積要求小，重量輕等波形要求不高的場(chǎng)合。分析該電路的主要目的建立起整流電路的基本概念。實(shí)際上很少應(yīng)用此種電路3.1.2單相橋式全控整流電路1.帶電阻負(fù)載的工作情況最大反向電壓：最大正向電壓：a的移相范圍:

180°

不考慮變壓器的損耗時(shí)，要求變壓器的容量S=U2I2。例1：計(jì)算一臺(tái)采用單相橋式全控整流電源。要求輸出的直流平均電壓Ud=12～30V連續(xù)可調(diào)，在這個(gè)范圍內(nèi)，要求輸出的平均電流為20A。為了可靠控制，設(shè)最小控制角amin=20°，并考慮兩個(gè)晶閘管的平均壓降為2V，線路壓降為1V，計(jì)算晶閘管的電流有效值和變壓器二次電壓和電流的數(shù)值。（電阻負(fù)載）

解：最高整流輸出電壓為：當(dāng)時(shí)

當(dāng)時(shí)

當(dāng)時(shí)

2.帶阻感負(fù)載的工作情況

最大正、反向電壓：當(dāng)當(dāng)a的移相范圍：90°特點(diǎn)：①i2正、負(fù)半波對(duì)稱，Id平直。②晶閘管的導(dǎo)通角q與a無關(guān)，恒為π。③例2：在相同的條件下，若前例整流裝置為阻感負(fù)載，且wL>>R，計(jì)算晶閘管的電流有效值和變壓器二次電壓和電流的數(shù)值。3.帶反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載的工作情況提醒：①在a相同時(shí)，輸出電壓比電阻負(fù)載時(shí)大。②晶閘管不導(dǎo)通時(shí)，輸出電壓不是零，而是E。③觸發(fā)脈沖有足夠的寬度。分析：①a↑E↑q↓Kf=I/Id↑②電流斷續(xù)，隨Id↑n降落較大，機(jī)械特性很軟③電動(dòng)機(jī)換相時(shí)產(chǎn)生火花④Kf↑I2↑電源容量大結(jié)論：串接一個(gè)平波電抗器3.1.3單相全波可控整流電路

a的移相范圍：180°當(dāng)當(dāng)2.少兩個(gè)晶閘管，晶閘管承受的最大電壓為3.少一個(gè)管壓降。區(qū)別:1.結(jié)構(gòu)復(fù)雜，銅、鐵等材料的消耗多。，是單相全控橋式整流電路的2倍。適宜于低輸出電壓的場(chǎng)合。3.1.4單相橋式半控整流電路電阻負(fù)載:與全控電路完全相同a的移相范圍:180°

晶閘管在觸發(fā)時(shí)換相；硅整流管在電源電壓過零時(shí)自然換相。阻感負(fù)載:特點(diǎn):注意:失控

特點(diǎn):

省去一部分控制線路,省錢。例3：?jiǎn)蜗鄻蚴饺卣麟娐穼?duì)直流電動(dòng)機(jī)電樞供電，電樞回路串聯(lián)電感量足夠大的平波電抗器，電流平穩(wěn)。若變壓器次級(jí)相電壓有效值U2＝100V、a＝30°時(shí)，Id＝30A。①試在圖上畫出整流電壓ud、變壓器次級(jí)電流i2、晶閘管uVT1、4的波形。計(jì)算通過晶閘管電流的平均值、有效值。解：①請(qǐng)看圖②例4.單相橋式全控整流電路，U2＝100V，負(fù)載中R=2Ω，

L值極大，反電勢(shì)E=60V，當(dāng)a=30°時(shí)，要求：①作出ud、id、和i2

的波形； ②求整流輸出平均電壓Ud、電流Id，變壓器二次電流有效值I2； ③考慮安全裕量，確定晶閘管的額定電壓和額定電流 。解①E②③晶閘管承受的最大正反向電壓為考慮安全裕量，晶閘管的額定電壓：晶閘管的有效值電流：晶閘管的額定電流：例5：?jiǎn)蜗鄻蚴桨肟卣麟娐方与姼行载?fù)載，并有續(xù)流二極管，負(fù)載中的電阻值為5Ω，電源電壓U2=220V，Ud=100V，求晶閘管和續(xù)流二極管的電流平均值和有效值。解：

a=90°作業(yè)：P953、5題單相可控整流電路的整流電壓脈動(dòng)大，脈動(dòng)頻率低，而且對(duì)三相電網(wǎng)來說，僅是一相負(fù)載，影響三相電網(wǎng)的平衡運(yùn)行。單相可控整流電路簡(jiǎn)單、對(duì)觸發(fā)電路要求較低、相位同步問題簡(jiǎn)單、調(diào)整也比較容易。小結(jié)：?jiǎn)蜗嗫煽卣麟娐芬话阌糜?kW以下的中小容量的設(shè)備上。3.2三相可控整流電路三相半波、三相全控橋、三相半控橋、雙反星形交流側(cè)由三相電源供電。負(fù)載容量較大，或要求直流電壓脈動(dòng)較小、容易濾波。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(yīng)用最廣。3.2.1三相半波可控整流電路VT1導(dǎo)電，uVT1=0VT2導(dǎo)電，uVT1=uabVT3導(dǎo)電，uVT1=uac1.電阻性負(fù)載共陰極電流處于連續(xù)與斷續(xù)的臨界狀態(tài)a=0°管子僅承受反向電壓a=30°負(fù)載電流處于連續(xù)與斷續(xù)的臨界狀態(tài)

a的移相范圍為150°①

a=0°整流電壓最大a=150°整流電壓為零②a≤30°負(fù)載電流連續(xù),q=120°③a＞30°負(fù)載電流斷續(xù),q=150°-a

Ud/U2隨a變化的規(guī)律如圖2-15中的曲線1所示。圖2-15三相半波可控整流電路Ud/U2隨a變化的關(guān)系1－電阻負(fù)載2－電感負(fù)載3－電阻電感負(fù)載2.阻感負(fù)載a≤30°，整流電壓波形與電阻負(fù)載相同。

移相范圍為90°例6：已知，三相半波可控整流電路大電感負(fù)載，工作在a=60°，R=2Ω，變壓器次級(jí)相電壓U2=200V，求流過負(fù)載的平均電流Id與選擇晶閘管元件。解：∵

wL＞＞R

∴選擇50A，1000V的晶閘管。

例7：三相半波整流電路，對(duì)電動(dòng)機(jī)供電，電樞回路中串入足夠大的電感，同時(shí)接有續(xù)流二極管。已知：U2=220V，電動(dòng)機(jī)的負(fù)載電流為40A，負(fù)載回路的總電阻R=0.2Ω，求當(dāng)a=60°時(shí)：

①畫出電路的接線圖；②畫出此時(shí)的ud波形圖；③電動(dòng)機(jī)的反電勢(shì)EM；④流過晶閘管與續(xù)流二極管的電流有效值及平均值。解：VT1VT2VT3共陽(yáng)極整流電路Ud=-1.17U2cosa

三相半波的主要缺點(diǎn)在于其變壓器二次電流中含有直流分量，為此其應(yīng)用較少。作業(yè)：P957、11題3.2.2三相橋式全控整流電路三相橋是應(yīng)用最為廣泛的整流電路1.三相橋式全控整流電路的工作原理ud1

ud2

時(shí)段IIIIIIIVVVI共陰極組中導(dǎo)通的晶閘管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共陽(yáng)極組中導(dǎo)通的晶閘管VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流輸出電壓udua-ub=uabua-uc=uacub-uc=ubcub-ua=ubauc-ua=ucauc-ub=ucb特點(diǎn)：⑴兩個(gè)晶閘管導(dǎo)通，一個(gè)是共陰極組的，一個(gè)是共陽(yáng)極組的。⑵VT1、VT3、VT5依次導(dǎo)通，相位相差120°；

VT2、VT4、VT6依次導(dǎo)通，相位相差120°。

⑶

同一相的兩個(gè)晶閘管的觸發(fā)脈沖的相位應(yīng)該相差180°⑷

觸發(fā)脈沖的順序是1→2→3→4→5→6

⑸

寬脈沖觸發(fā)80°～100°；雙脈沖觸發(fā)（常用）

。60°VT260°VT1VT6VT1VT2ud1

ud2

⑹

整流輸出的電壓：變壓器二次線電壓⑺a=0°，晶閘管不承受正向電壓。a變化時(shí)，承受正向電壓與sina成比例。電阻性負(fù)載，a＞60°時(shí)，電流進(jìn)入斷續(xù)區(qū)a=60°，承受的最大正向電壓2.a變化時(shí)的工作情況①電流連續(xù)

0≤a≤60°②當(dāng)a＞60°時(shí)a.電阻性負(fù)載a＞60

，導(dǎo)電角2×（120

－a）

a=120

，輸出電壓為零，最大移相范圍：120°

b.阻感負(fù)載a最大移相范圍：90°3.定量分析①整流輸出電壓連續(xù)時(shí)（阻感負(fù)載、或電阻負(fù)載a≤60°）

③輸出電流平均值當(dāng)a=2π/3，Ud=0

最大移相范圍：120°

②帶電阻負(fù)載且a＞60°時(shí)，整流電壓平均值④反電勢(shì)負(fù)載:輸出電流平均值例8：某阻感負(fù)載R=2Ω，ωL>>R，要求采用自動(dòng)控制維持輸出電流Id=250A?，F(xiàn)采用如圖所示的三相半波可控整流電路，考慮變流電路直流電壓損失△Ud=10V，最小控制角a

min=30°。若交流電源電壓經(jīng)常于（1～1.15）額定值范圍變化時(shí)，試計(jì)算變壓器副邊繞組U2、I2，晶閘管的額定電流、額定電壓，工作中控制角a的變動(dòng)范圍。解：1.電源變壓器Ud=IdR＋△Ud=2×250＋10=510V

最小控制角amin=30

時(shí)，變壓器的二次相電壓定額為變壓器的二次電流定額為2.晶閘管

3.控制角a變化范圍a=41.14

a在30

～41.14

范圍內(nèi)變化例9：上例中變流裝置選用三相橋式全控整流電路時(shí)，進(jìn)行有關(guān)的選擇與計(jì)算。解：1.電源變壓器Ud=510V

最小控制角

min=30°時(shí)，變壓器的二次相電壓定額為變壓器的二次電流定額為2.晶閘管

3.控制角a變化范圍a=41.14

a在30

～41.14

范圍內(nèi)變化3.3變壓器漏感對(duì)整流電路的影響1.換相期間整流電壓如果是m相2.換相重疊角g的計(jì)算結(jié)論:

①

不變，XB

Id↑g

↑②

XB

Id不變，

≤90時(shí)，

↑

g

↓如

Id=0

g

=0

與無關(guān)

②電路形式單相全波單相全控橋三相半波三相全控橋m脈波整流電路

①表3-2各種整流電路換相壓降和換相重疊角的計(jì)算注：①單相全控橋電路中，環(huán)流ik是從-Id變?yōu)镮d。本表所列通用公式不適用；

②三相橋等效為相電壓有效值等于的6脈波整流電路，故其m=6，相電壓有效值按代入。3.變壓器漏感對(duì)整流電路影響的一些結(jié)論:⑴出現(xiàn)換相重疊角g

，整流輸出電壓平均值Ud降低。⑵整流電路的工作狀態(tài)增多。⑶晶閘管的di/dt減小，有利于晶閘管的安全開通。有時(shí)人為串入進(jìn)線電抗器以抑制晶閘管的di/dt。⑷換相時(shí)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(dǎo)通，為此必須加吸收電路。⑸換相使電網(wǎng)電壓出現(xiàn)缺口，成為干擾源。例10．三相橋式不可控整流電路，阻感負(fù)載，R=5Ω，L=∞，U2=220V，XB=0.3Ω，求Ud、Id、IVD、I2和g的值并作出ud、iVD和i2的波形。解：三相橋式不可控整流電路相當(dāng)于三相橋式可控整流電路a＝0°時(shí)的情況。解方程組得：換相重疊角：例：某設(shè)備的電動(dòng)機(jī)由三相半波可控整流電路供電，整流變壓器次級(jí)相電壓U2=220V。變壓器每相繞組漏感折合到二次的LB=0.1mH，直流側(cè)負(fù)載電流為300A，求換相壓降△Ud及a

=0°時(shí)的換相重疊角g

。解：換相壓降：作業(yè)：P9512、13題

P9615題3.5整流電路的諧波和功率因數(shù)1.無功的危害：導(dǎo)致設(shè)備容量增加。使設(shè)備和線路的損耗增加。線路壓降增大，沖擊性負(fù)載使電壓劇烈波動(dòng)。2.諧波的危害：降低設(shè)備的效率。影響用電設(shè)備的正常工作。引起電網(wǎng)局部的諧振，使諧波放大，加劇危害。導(dǎo)致繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的誤動(dòng)作。對(duì)通信系統(tǒng)造成干擾。3.5.1諧波和無功功率分析基礎(chǔ)1.諧波基波—周期或頻率與原周期函數(shù)相同高次諧波—頻率為基波頻率整數(shù)倍（大于1）的分量基波電流的有效值第n次諧波電流有效值總諧波電流有效值2.功率因數(shù)正弦電路中視在功率有功功率無功功率功率因數(shù)非正弦電路中基波電流與電壓的相位差基波電流的有效值正弦電壓的有效值畸變電流的有效值基波因數(shù)cosj1—位移因數(shù)或基波功率因數(shù)D—諧波電流產(chǎn)生的無功功率非正弦電流產(chǎn)生的無功功率Qf—基波電流（與電壓相位不同）產(chǎn)生的無功功率3.5.2帶阻感負(fù)載時(shí)可控整流電路交流側(cè)諧波和功率因數(shù)分析1.單相橋式全控整流電路I2=Idn=1，3，5……

I=Ida2.三相橋式全控整流電路n=6k±1，k=1，2，3……