第三章相控整流

第三章相控整流1第1頁(yè)，課件共76頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月本章內(nèi)容3.1概述3.2單相橋式全控整流電路3.3單相橋式半控整流電路3.4三相半波可控整流電路3.5三相橋式全控整流電路3.6三相橋式半控整流電路3.7整流器交流側(cè)電抗對(duì)整流電路的影響第2頁(yè)，課件共76頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月要求及重點(diǎn)理解和掌握單相橋式、三相半波、三相橋式等整流電路的電路結(jié)構(gòu)、工作原理、波形分析、電氣性能、分析方法和參數(shù)計(jì)算。重點(diǎn)：波形分析和基本電量計(jì)算的方法。難點(diǎn)：不同負(fù)載對(duì)工況的影響和整流器交流側(cè)電抗對(duì)整流電路的影響第3頁(yè)，課件共76頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.1概述

3.1.1整流電路的分類不可控整流電路：完全由不可控器件組成整流輸出平均電壓大小和極性不可變?nèi)卣麟娐罚和耆煽煽仄骷M成整流輸出平均電壓大小和極性都可變半控整流電路：由不可控器件和可控器件組成整流輸出平均電壓大小可調(diào)、極性不能改變第4頁(yè)，課件共76頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月可控整流電路的分類按電路結(jié)構(gòu)分類橋式電路（又稱全波電路或雙拍電路）零式電路（又稱半波電路或單拍電路）按輸出電壓脈波數(shù)分類單脈波電路雙脈波電路三脈波電路多脈波電路第5頁(yè)，課件共76頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月可控整流電路的分類（續(xù)）按控制方式分類相控式電路斬控式電路按組成器件分類全控型電路半控型電路按工作范圍分類單象限電路多象限電路按電網(wǎng)相數(shù)分類單相電路三相電路多相電路第6頁(yè)，課件共76頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.1.2可控整流電路的一般結(jié)構(gòu)主電路:－交流電源：工頻電網(wǎng)或整流變壓器

－濾波器：為保證電流連續(xù)

－負(fù)載：阻性負(fù)載、阻感負(fù)載、反電勢(shì)負(fù)載等控制電路：模擬控制、數(shù)字控制、單片機(jī)、DSP第7頁(yè)，課件共76頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月整流電路在應(yīng)用中應(yīng)滿足的基本技術(shù)要求輸出電壓的可調(diào)范圍大，脈動(dòng)?。唤涣麟娫垂β室驍?shù)高，諧波電流??；器件導(dǎo)電時(shí)間盡可能長(zhǎng)，承受正反向電壓低；變壓器利用率高，盡量防止直流磁化。研究整流電路的理想條件理想電力電子器件：正向?qū)〞r(shí)阻抗為零，斷態(tài)時(shí)阻抗為無(wú)窮大；理想電源：整流電路的交流輸入電壓為對(duì)稱、無(wú)畸變的正弦波。第8頁(yè)，課件共76頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.2單相橋式全控整流電路3.2.1單相半波可控整流電路工作原理波形分析第9頁(yè)，課件共76頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月基本分析方法不同電路形式（斷路、短路）基本電路分析方法（KVL、KCL、i=U/R）SCR斷態(tài)（斷路）SCR通態(tài)（短路）關(guān)斷(iT<0)導(dǎo)通(uT>0,ug>0)SCR的兩個(gè)狀態(tài)（斷態(tài)、通態(tài)、轉(zhuǎn)換條件）第10頁(yè)，課件共76頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月整流電路的基本概念控制角

從晶閘管開(kāi)始承受正向電壓到被觸發(fā)導(dǎo)通這一角度。導(dǎo)通角晶閘管在一個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通的電角度。移相改變控制角

的大小，即改變觸發(fā)脈沖出現(xiàn)的相位。移相控制第11頁(yè)，課件共76頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月整流電路的基本概念（續(xù)）移相范圍控制角的允許調(diào)節(jié)范圍。同步觸發(fā)脈沖信號(hào)和晶閘管電壓（即電源電壓）在頻率和相位上的協(xié)調(diào)配合關(guān)系。自然換相點(diǎn)當(dāng)電路中的可控元件全部由不可控元件代替時(shí)，各元件的導(dǎo)電轉(zhuǎn)換點(diǎn)。第12頁(yè)，課件共76頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.2.2單相橋式全控整流電路（電阻負(fù)載）工作原理（正半周）－u2>0：T1、T4承受正電壓－ωt＝：發(fā)脈沖，T1T4導(dǎo)通－ωt＝π：id=0，T1T4關(guān)斷第13頁(yè)，課件共76頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月單相全控橋電路（R負(fù)載）電量計(jì)算輸出平均電壓Ud移相范圍0o～180o輸出平均電流IdSCR平均電流IdT=Id/2第14頁(yè)，課件共76頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月負(fù)載電壓有效值U變壓器副邊繞組電流有效值I2流過(guò)晶閘管的電流有效值功率因數(shù)

第15頁(yè)，課件共76頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.2.3單相橋式全控整流電路（電感負(fù)載）工作原理（正半周）－ωt＝：發(fā)脈沖，T1T4導(dǎo)通－ωt＝π：iT1=iT4=Id，T1T4仍然導(dǎo)通，T2T3承受正電壓－ωt＝π＋：T2T3導(dǎo)通，T1T4

關(guān)斷第16頁(yè)，課件共76頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月單相全控橋電路（L負(fù)載）電量計(jì)算輸出平均電壓Ud移相范圍0o～90o輸出平均電流Id第17頁(yè)，課件共76頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月單相全控橋電路（L負(fù)載）電量計(jì)算（續(xù)）SCR平均電流IdT=Id/2流過(guò)晶閘管的電流有效值IT

變壓器副邊繞組電流有效值I2功率因數(shù)

第18頁(yè)，課件共76頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月電流斷續(xù)時(shí)特性分析負(fù)載電流斷續(xù)時(shí)整流電壓、電流波形電流斷續(xù)時(shí)、、的關(guān)系：越大，越小越大，越大（tg

=

L/R)第19頁(yè)，課件共76頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月單相全控橋（R、L、E負(fù)載）工作原理－

ud<E時(shí)，uL<0，但id>0，T1T4維持導(dǎo)通－ωt＝π＋：T2T3導(dǎo)通，T1T4關(guān)斷電量計(jì)算（電感型負(fù)載相同）第20頁(yè)，課件共76頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.3單相橋式半控整流電路（L）工作原理波形分析第21頁(yè)，課件共76頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月單相橋式半控整流（L）電量計(jì)算Ud、Id、

U計(jì)算公式與全控橋（R）一樣流過(guò)變壓器副邊繞組的電流有效值I2流過(guò)SCR和整流管的電流平均值和有效值第22頁(yè)，課件共76頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

失控現(xiàn)象分析產(chǎn)生原因突然將觸發(fā)脈沖切斷將

角增大到180o實(shí)質(zhì)：對(duì)晶閘管的工作失去控制作用避免方法：加續(xù)流二極管第23頁(yè)，課件共76頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月帶續(xù)流二極管的單相半控橋工作原理波形分析第24頁(yè)，課件共76頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月其它形式的單相橋式半控電路第25頁(yè)，課件共76頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月反電勢(shì)負(fù)載單相半控橋式整流電路波形分析（b）電流連續(xù)時(shí)的電壓電流波形（c）電流斷續(xù)時(shí)的電壓電流波形第26頁(yè)，課件共76頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月單相整流電路總結(jié)——

（分類、名稱、負(fù)載、波形、特點(diǎn)、計(jì)算）

單相整流電路的優(yōu)、缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單對(duì)觸發(fā)電路的要求較低缺點(diǎn)：輸出直流電壓脈動(dòng)大易造成電網(wǎng)負(fù)載不平衡第27頁(yè)，課件共76頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月整流電路的分析方法（一）針對(duì)非標(biāo)準(zhǔn)情況舉例整流電路的分析方法（二）針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)情況舉例第28頁(yè)，課件共76頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月整流電路的分析方法（二）波形分析法：根據(jù)電源電壓u2

和控制角

以及負(fù)載性質(zhì)，作出負(fù)載電壓ud、負(fù)載電流id、和整流元件的電壓、電流波形圖，從而導(dǎo)出基本電量的計(jì)算公式及數(shù)量關(guān)系。具體步驟：1、繪出主電路原理圖，標(biāo)出元件序號(hào)和各電量的參考方向；2、畫(huà)出相（線）電壓波形圖，確定自然換相點(diǎn)；第29頁(yè)，課件共76頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月整流電路的分析方法（續(xù)）3、根據(jù)控制角在相應(yīng)位置上繪出觸發(fā)脈沖，并

標(biāo)明相應(yīng)序號(hào)；4、根據(jù)可控整流電路的工作原理以及負(fù)載性質(zhì)，繪出負(fù)載電壓ud、負(fù)載電流id、SCR電流iT

等波形；5、根據(jù)波形圖，導(dǎo)出基本電量的計(jì)算式；6、對(duì)整流電路進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。例如：電路的優(yōu)、

缺點(diǎn)；電路的可控移相范圍；負(fù)載電流是否連

續(xù)；整流元件承受的最大正、反向電壓值等。第30頁(yè)，課件共76頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.4三相半波可控整流電路

3.4.1電阻負(fù)載（R）電路結(jié)構(gòu)—共陰極接法工作原理（＝0o）自然換相點(diǎn)(ωt＝30o處)波形分析－正半周包絡(luò)線第31頁(yè)，課件共76頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三相半波可控整流（R負(fù)載）（續(xù)）<30o的工作情況ωt＝30o+時(shí)，T1導(dǎo)通B相的ωt＝30o+時(shí)，T2導(dǎo)通，T1受反壓關(guān)斷。＝30o的工作情況ua＝0時(shí)，T1關(guān)斷負(fù)載電流處于連續(xù)和斷續(xù)的臨界狀態(tài)。第32頁(yè)，課件共76頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三相半波可控整流（R）（續(xù)）>30o的工作情況ua＝0時(shí)，T1關(guān)斷，輸出電壓、電流波形斷續(xù)移相范圍為0～150o第33頁(yè)，課件共76頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三相半波可控整流（R）電量計(jì)算0o

30o30o

150o第34頁(yè)，課件共76頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.4.2三相半波可控整流電路（L負(fù)載）假設(shè)：L=，電流平直工作原理（30o）波形分析（輸出電壓連續(xù)）第35頁(yè)，課件共76頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三相半波可控整流（L）電量計(jì)算整流電壓Ud整流電流Id變壓器的相電流I2，SCR的電流有效值IT第36頁(yè)，課件共76頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三相半波可控整流（L）電量計(jì)算變壓器副邊容量S2=3U2I2=1.48Ud0Id

=1.48Pd0變壓器原邊容量S1=3U1I1=3U2I1=1.21Pd0(假設(shè)W1=W2）變壓器容量

第37頁(yè)，課件共76頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三相半波可控整流電路的優(yōu)、缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：輸出電壓脈動(dòng)小輸出功率大三相負(fù)載平衡缺點(diǎn)變壓器利用率低容易出現(xiàn)直流磁化現(xiàn)象零線上通過(guò)較大的負(fù)載電流第38頁(yè)，課件共76頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.5三相橋式全控整流電路結(jié)構(gòu)：共陰極三相半波加共陽(yáng)極三相半波第39頁(yè)，課件共76頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、三相橋式全控整流電路（L）工作原理波形分析（=0o）自然換相點(diǎn)相電壓ωt＝30o線電壓ωt＝60o第40頁(yè)，課件共76頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月結(jié)構(gòu)：由兩個(gè)（一個(gè)為共陰極，一個(gè)為共陽(yáng)極）

三相半波整流電路組成。優(yōu)點(diǎn)：六脈波電路，輸出電壓脈動(dòng)更??；變壓器繞組無(wú)直流磁勢(shì)；變壓器繞組正負(fù)半周都工作，效率高。第41頁(yè)，課件共76頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三相橋式全控整流電路的觸發(fā)要求本組內(nèi)SCR每隔120換流一次；

共陰極與共陽(yáng)極組的換流點(diǎn)相隔60。SCR的導(dǎo)通順序：(6-1)

(1-2)

(2-3)

(3-4)

(4-5)

(5-6)自然換相點(diǎn)為相電壓（或線電壓）的交點(diǎn)。必須使用雙窄脈沖或?qū)捗}沖（見(jiàn)下頁(yè)）。第42頁(yè)，課件共76頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三相橋式全控整流的觸發(fā)要求（續(xù)）（a）變壓器副邊

三相電壓波形（b）寬脈沖觸發(fā)（c）雙窄脈沖觸發(fā)第43頁(yè)，課件共76頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三相橋式全控整流電路輸出波形（L）=30o=60o=90o=120o第44頁(yè)，課件共76頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三相橋式全控整流（L）電量計(jì)算整流電壓Ud變壓器的相電流I2第45頁(yè)，課件共76頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、三相橋式全控整流電路（R）工作原理波形分析（a）=60o－臨界連續(xù)（b）60o

120o－輸出電壓、電流斷續(xù)第46頁(yè)，課件共76頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三相橋式全控整流（R）電量計(jì)算整流電壓Ud0o

60o60o

120o第47頁(yè)，課件共76頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.6三相橋式半控整流電路工作原理由一個(gè)三相半波不控整流電路與一個(gè)三相半波可控整流電路串聯(lián)而成第48頁(yè)，課件共76頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、三相橋式半控整流電路（R負(fù)載）=30o=120o第49頁(yè)，課件共76頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三相橋式半控整流（R）電量計(jì)算整流電壓Ud輸出電壓為不可控半波電路輸出電壓

與可控的三相半波電路輸出電壓之和第50頁(yè)，課件共76頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、三相橋式半控整流電路（L負(fù)載）60o60o

180o第51頁(yè)，課件共76頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三相橋式半控整流（L）電量計(jì)算整流電壓Ud同電阻性負(fù)載輸出電壓為不可控半波電路輸出電壓

與可控的三相半波電路輸出電壓之和第52頁(yè)，課件共76頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三相橋式半控（L）電量計(jì)算（續(xù)）SCR電流的有效值IT、整流管電流有效值IDSCR電流的平均值IdD、整流管電流平均值IdT第53頁(yè)，課件共76頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三相橋式半控（L）電量計(jì)算（續(xù)）變壓器副邊繞組電流有效值I260o

60o

180o第54頁(yè)，課件共76頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、三相橋式半控整流的失控現(xiàn)象產(chǎn)生原因突然將觸發(fā)脈沖切斷將

角增大到180o實(shí)質(zhì)：對(duì)晶閘管的工作

失去控制作用避免方法：加續(xù)流二極管第55頁(yè)，課件共76頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例題三相半控橋式整流電路，三相電源對(duì)稱，濾波電感Ld充分大，負(fù)載電流id近似平直。UAB=380V，R=2

，E=40V，

=90

，試求：（1）

繪出負(fù)載電壓ud、交流側(cè)電流iA的波形；（2）

求負(fù)載電壓平均值Ud、負(fù)載電流平均值Id；（3）

求電源側(cè)的功率因數(shù)。第56頁(yè)，課件共76頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（1）電路圖波形圖（＝90o

）第57頁(yè)，課件共76頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月解：

第58頁(yè)，課件共76頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.7整流器交流側(cè)電抗的影響原因變壓器存在一定的漏電感交流回路存在一定的電感結(jié)果出現(xiàn)重迭導(dǎo)通現(xiàn)象（兩條支路同時(shí)導(dǎo)電）簡(jiǎn)化考慮把所有交流側(cè)的電感都折算到變壓器副邊，用集中電感LB

表示。第59頁(yè)，課件共76頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.7.1換流期間電壓電流波形分析以電感負(fù)載，三相半波可控整流電路為例第60頁(yè)，課件共76頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月?lián)Q相過(guò)程：Id

0或0

Id換相重疊角

：換相過(guò)程所對(duì)應(yīng)的相角換相電壓：換相過(guò)程中兩相間電位差瞬時(shí)值

uba=ub-ua換相電壓的作用：強(qiáng)制導(dǎo)通元件中的電流下降為零；保證退出導(dǎo)通的元件恢復(fù)阻斷能力。第61頁(yè)，課件共76頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月重迭對(duì)輸出波形的影響換相過(guò)程中，整流電壓的瞬時(shí)值與

=0時(shí)相比，產(chǎn)生了換相壓降

Ud第62頁(yè)，課件共76頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.7.2換相壓降的計(jì)算

對(duì)于單相全控橋，必須用2Id

代替Id式中符號(hào)定義見(jiàn)下頁(yè)整流輸出電壓的平均值第63頁(yè)，課件共76頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月?lián)Q相壓降的計(jì)算（續(xù)）符號(hào)定義:m

輸出電壓在一個(gè)周期的波頭數(shù)。xB

整流電路交流側(cè)每相電抗值U2

變壓器二次繞組額定相電壓I2

變壓器二次繞組額定相電流（星接）uK%

變壓器的短路電壓比第64頁(yè)，課件共76頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月考慮

時(shí)的整流器輸出特性輸出電壓的平均值Ud整流電路的輸出特性

如右圖所示第65頁(yè)，課件共76頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.7.3換相重疊角的計(jì)算第66頁(yè)，課件共76頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月m

輸出電壓在一個(gè)周期的波頭數(shù)。

對(duì)于單相全控橋，必須用2Id

代替Id

對(duì)于三相全控橋，用線電壓（即）代替第67頁(yè)，課件共76頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例3-5：?jiǎn)蜗喽O管橋式整流電路，電源電壓U2＝220V，交流側(cè)電抗為xB，假設(shè)濾波電感Ld非常大，輸出電流id連續(xù)而平直。當(dāng)id=Id時(shí)，重疊角

1=30o，如改變負(fù)載電阻R，使id=2Id，試求:1.計(jì)算此時(shí)的重疊角

2和輸出電壓平均值Ud；2.繪出電流iD1、iD2和電壓ud的波形。第68頁(yè)，課件共76頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月解：在該電路中，m=2，

，Id

→2Id第69頁(yè)，課件共76頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月變壓器漏感的作用利：限制短路電流，使電流變化相對(duì)緩和，對(duì)

di/dt和du/dt

值的限制有利。弊：使電網(wǎng)波形畸變，加大干擾；使功率因數(shù)降低。

第70頁(yè)，課件共76頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月習(xí)題3-1單相半波可控整流電路中，如晶閘管（1）不加觸發(fā)脈沖，（2）內(nèi)部短路，（3）內(nèi)部斷路，試分析元件兩端與負(fù)載電壓波形。3-2可控整流電路純電阻負(fù)載時(shí)，負(fù)載電阻上的平均電壓和平均電流的乘積是否等于負(fù)載功率？大電感負(fù)載，當(dāng)電流基本平直時(shí)，在負(fù)載電阻上的平均電流的乘積是否等于負(fù)載功率？為什么？第71頁(yè)，課件共76頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3-4如圖所示電路中，US=110V，E=50V，R=2，L=，試按比例畫(huà)出u0、i0、uD1、iD1、uD2、iD2隨時(shí)間變化的關(guān)系曲線，并計(jì)算i0的平均值。第72頁(yè)，課件共76頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3-8整流電路中續(xù)流二極管起什么作用？所有整流電路輸出端都需加接續(xù)流二極管嗎？3-11單相橋式全控整流電路，大電感負(fù)載，U2=110V，R=2Ω，試計(jì)算當(dāng)

=300時(shí)，輸出電壓、電流平均值Ud和Id。如接續(xù)流二極管，Ud和Id又各為多少？繪出二種情況的電壓、電流波形，兩種情況電源側(cè)的功率因數(shù)各為多少？

3-14單相半控橋式電路，有續(xù)流二級(jí)管，對(duì)直流電機(jī)供電。平波電抗足夠大，電源電壓220V，控制角60

，負(fù)載電流30A，計(jì)算晶閘管、整流管和續(xù)流管的電流平均值、有效值，交流側(cè)電流有效值，容量和功率因數(shù)。第73頁(yè)，課件共76頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3-16三相半波整流電路中，相電壓U2=110V，負(fù)載反