《電力電子整流電路》課件

電力電子整流電路課程導(dǎo)入1電力電子學(xué)基礎(chǔ)電力電子學(xué)是一門將電子器件應(yīng)用于電力系統(tǒng)控制的學(xué)科，在現(xiàn)代工業(yè)中扮演著至關(guān)重要的角色。2整流電路概述整流電路是電力電子學(xué)的重要組成部分，用于將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，為各種電子設(shè)備提供所需的電源。3課程目標(biāo)本課程將深入探討整流電路的基本原理、類型、應(yīng)用和性能分析，使學(xué)生掌握整流電路的設(shè)計(jì)和應(yīng)用能力。整流電路的基本概念整流電路是將交流電轉(zhuǎn)換為直流電的電路，是電力電子技術(shù)中重要的組成部分。整流電路的核心元件是二極管，其單向?qū)щ娞匦允沟媒涣麟姷恼胫茈娏骺梢皂樌ㄟ^，而負(fù)半周電流則被阻斷。整流電路的種類很多，根據(jù)其結(jié)構(gòu)和工作原理的不同，可分為半波整流電路、全波整流電路、三相整流電路等。半波整流電路半波整流電路是最簡單的整流電路類型之一。它使用單個(gè)二極管來將交流電轉(zhuǎn)換為直流電。半波整流電路僅利用交流電波形的一半周期進(jìn)行整流，因此其效率較低，輸出電壓也較低。在半波整流電路中，二極管僅在交流電波形的正半周期導(dǎo)通，而負(fù)半周期則截止。這意味著輸出電壓僅包含交流電波形的正半周期部分，負(fù)半周期則被濾除。由于半波整流電路的輸出電壓僅包含正半周期部分，因此其輸出電壓的平均值為交流電峰值的1/π倍。全波整流電路雙二極管整流使用兩個(gè)二極管，將正負(fù)半周的交流電都轉(zhuǎn)換成直流電，輸出電壓為交流電壓的絕對值。橋式整流使用四個(gè)二極管，將正負(fù)半周的交流電都轉(zhuǎn)換成直流電，輸出電壓為交流電壓的絕對值。不同類型全波整流電路的特點(diǎn)比較雙二極管全波整流電路結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，但需要兩個(gè)二極管，導(dǎo)通率低，效率較低。橋式全波整流電路結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，導(dǎo)通率高，效率高，是應(yīng)用最廣泛的類型。雙向可控硅全波整流電路可控性強(qiáng)，效率高，但結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，成本較高。三相整流電路三相整流電路是利用三相交流電進(jìn)行整流的電路，主要用于將三相交流電轉(zhuǎn)換為直流電。它具有以下特點(diǎn)：輸出電壓較高，波動(dòng)較小。功率容量大，效率較高。應(yīng)用范圍廣，例如工業(yè)設(shè)備、電力系統(tǒng)等?？刂普麟娐房煽毓枵骼每煽毓璧耐〝嗫刂苼碚{(diào)節(jié)輸出直流電壓晶閘管整流采用晶閘管作為開關(guān)元件，實(shí)現(xiàn)對直流電壓的控制MOSFET整流基于MOSFET的開關(guān)特性，控制輸出直流電壓相位控制整流電路工作原理通過改變可控硅導(dǎo)通角來控制直流輸出電壓。優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，易于控制。缺點(diǎn)功率因數(shù)低，諧波污染嚴(yán)重，對電網(wǎng)影響較大。脈沖控制整流電路1工作原理通過控制開關(guān)器件的通斷時(shí)間，調(diào)節(jié)直流輸出電壓，實(shí)現(xiàn)對直流功率的控制。2控制方法常用的控制方法包括脈寬調(diào)制（PWM）和頻率調(diào)制（FM）等。3應(yīng)用場景廣泛應(yīng)用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)、電源供應(yīng)、電力電子設(shè)備等領(lǐng)域。三相相位控制整流電路1功率因數(shù)高相位控制可有效提高功率因數(shù)2可控性強(qiáng)通過控制觸發(fā)角，可調(diào)節(jié)輸出電壓和電流3應(yīng)用廣泛廣泛應(yīng)用于電機(jī)調(diào)速、焊接等領(lǐng)域整流電路的性能分析功率因數(shù)諧波失真效率紋波系數(shù)衡量電路效率衡量電壓電流波形的畸變衡量電路能量轉(zhuǎn)換效率衡量輸出電壓穩(wěn)定性功率因數(shù)分析0.8功率因數(shù)衡量電路中有效功率和視在功率的比值0.9理想值功率因數(shù)越接近1，電路效率越高1提高方法使用功率因數(shù)校正電容等方法提高功率因數(shù)諧波分析諧波分析是指對整流電路輸出電流中非基波成分進(jìn)行分析，并評估其對電力系統(tǒng)的影響。整流電路的濾波電路整流電路的濾波電路用于平滑直流輸出電壓，減小直流輸出電壓的紋波。常用的濾波電路包括電容濾波電路、電感濾波電路和RC濾波電路。電容濾波電路利用電容器的充放電特性，平滑直流電壓，并降低紋波頻率。電感濾波電路則利用電感器的阻抗特性，減小直流電壓的紋波幅度。RC濾波電路是電容濾波電路和電感濾波電路的組合，可以同時(shí)降低紋波頻率和幅度。電容濾波電路電容濾波電容濾波器利用電容的儲(chǔ)能特性，平滑輸出電壓波形。紋波電壓電容濾波器可以有效抑制輸出電壓的紋波。電路結(jié)構(gòu)常見的電容濾波電路結(jié)構(gòu)包括單電容濾波和π型濾波。電感濾波電路降低紋波電感濾波電路通過電感儲(chǔ)能作用，抑制整流輸出電壓的紋波，使輸出電壓更加平滑穩(wěn)定。提高輸出電流電感濾波電路可以有效降低輸出電流的紋波，提高輸出電流的穩(wěn)定性。改善功率因數(shù)電感濾波電路可以改善整流電路的功率因數(shù)，減少諧波污染，提高整流電路的效率。RC濾波電路電阻電容濾波RC濾波電路利用電阻和電容的特性，抑制直流輸出中的交流成分。簡單易行RC濾波電路結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，易于實(shí)現(xiàn)。濾波效果RC濾波電路的濾波效果受電阻和電容的數(shù)值影響。整流電路的溫度特性85工作溫度大多數(shù)整流電路可以在85°C的溫度下正常工作。100過熱過熱會(huì)導(dǎo)致整流器性能下降，甚至損壞。15散熱器使用散熱器來降低整流器的溫度，并延長使用壽命。整流電路的可靠性1元件壽命整流電路的可靠性與元器件的壽命息息相關(guān)。2散熱設(shè)計(jì)良好的散熱設(shè)計(jì)能夠降低元件的工作溫度，延長其壽命。3抗干擾能力整流電路需要具備良好的抗干擾能力，以確保其在惡劣環(huán)境下正常工作。整流電路的應(yīng)用領(lǐng)域電源供應(yīng)各種電子設(shè)備，例如手機(jī)，電腦和服務(wù)器，都需要穩(wěn)定的直流電源。整流電路將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，為這些設(shè)備提供所需的能量。電機(jī)控制整流電路用于控制電機(jī)的速度，方向和扭矩。例如，在電動(dòng)汽車和工業(yè)自動(dòng)化中。焊接設(shè)備電焊機(jī)使用整流電路將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，為焊接過程提供所需的電流。充電設(shè)備手機(jī)充電器，電動(dòng)汽車充電樁等充電設(shè)備都使用整流電路將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，為電池充電。整流電路設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)1功率器件的選擇選擇合適的功率器件，如整流二極管和晶體管，確保它們能夠承受電路中的電壓和電流，并具有良好的熱性能。2濾波電路的設(shè)計(jì)根據(jù)應(yīng)用需求，設(shè)計(jì)合適的濾波電路，以降低輸出電壓的紋波，提高輸出電壓的穩(wěn)定性。3保護(hù)電路的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)過電流、過電壓、過熱等保護(hù)電路，以確保整流電路安全運(yùn)行。案例分析1：電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)整流電路電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)整流電路是將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，為電動(dòng)機(jī)提供直流電源。該電路通常采用三相橋式整流電路，并結(jié)合相應(yīng)的濾波電路以降低輸出電壓的紋波。電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)整流電路的設(shè)計(jì)需要考慮電動(dòng)機(jī)的功率、工作電壓、電流等因素。在選擇整流元件和濾波元件時(shí)，需要兼顧效率、可靠性、成本等方面。案例分析2：電焊機(jī)整流電路電焊機(jī)整流電路主要用于將交流電源轉(zhuǎn)換為直流電源，為電焊機(jī)提供穩(wěn)定的焊接電流。常見的電焊機(jī)整流電路類型包括半波整流、全波整流和三相整流。電焊機(jī)整流電路設(shè)計(jì)需要考慮焊接電流的大小、電壓穩(wěn)定性和效率等因素。不同類型的電焊機(jī)整流電路具有不同的特點(diǎn)和適用場景。例如，半波整流電路結(jié)構(gòu)簡單，但效率較低；全波整流電路效率較高，但電路結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜；三相整流電路可以提供更大的焊接電流，但成本更高。案例分析3：UPS不間斷電源整流電路整流電路作用將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，為UPS電池提供穩(wěn)定的直流電源。工作原理當(dāng)市電正常供電時(shí)，整流電路將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，為負(fù)載供電并同時(shí)為電池充電。應(yīng)用場景廣泛應(yīng)用于服務(wù)器、醫(yī)療設(shè)備、工業(yè)控制等領(lǐng)域，確保關(guān)鍵設(shè)備在斷電情況下正常運(yùn)行。案例分析4：充電樁整流電路充電樁整流電路主要用于將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，為電動(dòng)汽車電池充電。該電路需要滿足高效率、高功率密度、高可靠性和安全性等要求。常見的充電樁整流電路采用雙向整流技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)充電和放電功能。實(shí)驗(yàn)演示1：半波整流電路測試1電路搭建首先，我們需要搭建一個(gè)簡單的半波整流電路。2輸入信號接通交流電源，觀察輸入信號的波形。3輸出信號觀察輸出信號的波形，確認(rèn)是否得到半波整流后的波形。實(shí)驗(yàn)演示2：全波整流電路測試1電路搭建使用示波器、電源、電阻等器件搭建全波整流電路。2輸入信號觀察觀察輸入信號的波形，并記錄其頻率和幅值。3輸出信號觀察觀察輸出信號的波形，并記錄其頻率和幅值。4參數(shù)分析分析輸入輸出信號的差異，驗(yàn)證全波整流電路的特性。實(shí)驗(yàn)演示3：相位控制整流電路測試1電路搭建使用示波器觀察輸出電壓和