單相可控整流電路課件

1、電力電子技術(shù)第2章 整流電路10/11/20221電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第2章 整流電路10/10/20221電力一. 電阻性負(fù)載 交流側(cè)接單相電源 變壓器T起變換電壓和隔離的作用 電阻負(fù)載的特點(diǎn)：電壓與電流成正比，兩者波形相同U2是 u2有效值 是u2峰值2.1.1 單相半波可控整流電路2.1 單相可控整流電路10/11/20222電力電子技術(shù)一. 電阻性負(fù)載U2是 u2有效值2.1.1 單相半波可控工作過程： 未加門極觸發(fā)脈沖 VT 不能導(dǎo)通， ud = 0 uVT= u2 ； 加門極觸發(fā)脈沖后 VT導(dǎo)通， uVT 很小 ud = u2 晶閘管一旦導(dǎo)通以后，門極便失去控制，故ug 僅是一

2、個(gè)觸發(fā)脈沖。 u2正半周：uVT （uAK）為正。10/11/20223電力電子技術(shù)工作過程： 未加門極觸發(fā)脈沖 加門極觸發(fā)脈沖后 控制角（觸發(fā)延遲角）：從晶閘管開始承受正向陽 極電壓起到施加觸發(fā)脈沖止的電角度,用 a 表示,稱為控制角或觸發(fā)角。導(dǎo)通角：晶閘管在一個(gè)電源周期中處于通態(tài)的電角度稱為導(dǎo)通角，用 表示 10/11/20224電力電子技術(shù)控制角（觸發(fā)延遲角）：從晶閘管開始承受正向陽 極u2過零時(shí)：iT過零 當(dāng)IA - a ud出現(xiàn)負(fù)值。輸出直流電壓平均值下降。取值與 a、 有關(guān)：負(fù)載阻抗角a 大， ??； a 小， 大； 小， ??； 大， 大；P23 單相半波可控整流電路的特點(diǎn)：簡單，但

3、輸出脈動(dòng)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。為使鐵芯不飽和，需增大鐵芯的截面積。實(shí)際上很少應(yīng)用此種電路10/11/202212電力電子技術(shù)電感性負(fù)載單相半波可控整流電路的特點(diǎn): 導(dǎo)通角： 為避免Ud太小，在整流電路的負(fù)載兩端并聯(lián)續(xù)流二極管。工作過程： u2正半周：VDR反向截止不影響電路工作。10/11/202213電力電子技術(shù) 為避免Ud太小，在整流電路的負(fù)載兩端并聯(lián)續(xù)流 當(dāng)u2過零變負(fù)時(shí)，VDR導(dǎo)通，ud為零。此時(shí)為負(fù)的u2通過VDR向VT施加反壓使其關(guān)斷，L儲(chǔ)存的能量保證了電流 id在L-R-VDR回路中流通，此過程通常稱為續(xù)流。續(xù)流期間ud為0，ud中不再出現(xiàn)負(fù)的

4、部分。動(dòng)畫10/11/202214電力電子技術(shù) 當(dāng)u2過零變負(fù)時(shí)，VDR導(dǎo)通，ud為零。此時(shí)為數(shù)量關(guān)系: Ud計(jì)算與電阻性負(fù)載相同。Id = Ud / RL 若近似認(rèn)為id為一條水平線，恒為Id 。晶閘管電流平均值：（2-2）二極管電流平均值：（2-3）10/11/202215電力電子技術(shù)數(shù)量關(guān)系:晶閘管電流平均值：（2-2）二極管電流平均值：（晶閘管電流有效值：（2-4）二極管電流有效值：（2-5）10/11/202216電力電子技術(shù)晶閘管電流有效值：（2-4）二極管電流有效值：（2-5）10晶閘管的 a 移相范圍為180 單相半波可控整流電路的特點(diǎn)：簡單，但輸出脈動(dòng)大，變壓器二次側(cè)電流中含

5、直流分量，造成變壓器鐵芯直流磁化。為使鐵芯不飽和，需增大鐵芯的截面積。實(shí)際上很少應(yīng)用此種電路 晶閘管和整流二極管承受的最大正反向電壓是 (P24)？！10/11/202217電力電子技術(shù)晶閘管的 a 移相范圍為180 單相半波可控u2正半周： VT1和VT4承受正向電壓，加觸發(fā)脈沖即導(dǎo)通，u2過零時(shí)關(guān)斷。一. 電阻性負(fù)載工作原理及波形分析：ud = u22.1.2 單相橋式全控整流電路10/11/202218電力電子技術(shù)u2正半周： VT1和VT4承受正向電壓，加觸發(fā)脈沖即導(dǎo)通，u2負(fù)半周： VT2和VT3承受正向電壓，有觸發(fā)脈沖即導(dǎo)通，u2過零時(shí)關(guān)斷。ud = - u210/11/20221

6、9電力電子技術(shù)u2負(fù)半周： VT2和VT3承受正向電壓，有觸發(fā)脈沖即導(dǎo)通，動(dòng)畫晶閘管兩端電壓：uVT 1,4 =所有VT均關(guān)斷0 VT1，4導(dǎo)通 u2 VT2，3導(dǎo)通10/11/202220電力電子技術(shù)動(dòng)畫晶閘管兩端電壓：uVT 1,4 =所有VT均關(guān)斷0 數(shù)量關(guān)系：輸出電壓平均值：（2-6）10/11/202221電力電子技術(shù) 數(shù)量關(guān)系：輸出電壓平均值：（2-6）10/10/20222 a 角的移相范圍為180。 導(dǎo)通角：180 a 晶閘管承受的最大反向電壓為 ， 晶閘管承受的最大正向電壓為 。（2-7） 輸出電流平均值：10/11/202222電力電子技術(shù) a 角的移相范圍為180。（2-

7、7） （2-8）（2-9）晶閘管電流平均值：負(fù)載電流有效值（變壓器二次繞組電流有效值）：10/11/202223電力電子技術(shù)（2-8）（2-9）晶閘管電流平均值：負(fù)載電流有效值（變壓器變壓器付邊電流中無直流分量。晶閘管電流有效值：（2-10）10/11/202224電力電子技術(shù)變壓器付邊電流中無直流分量。晶閘管電流有效值：（2-10）1電源供給的有功功率：電源的表觀功率（視在功率）：功率因數(shù)：（2-11）正弦交流電路中，電阻性負(fù)載的功率因數(shù)是多少？1在單相橋式整流電路中，電阻性負(fù)載的功率因數(shù)又是多少？1？10/11/202225電力電子技術(shù)電源供給的有功功率：電源的表觀功率（視在功率）：功率因

8、數(shù)：（二. 電感性負(fù)載 u2過零變負(fù)時(shí)，id 0 ， VT1和VT4不關(guān)斷！為便于討論，假設(shè)電路已工作于穩(wěn)態(tài)。 假設(shè)負(fù)載電感很大，負(fù)載電流id連續(xù)且波形近似為一水平線。與電阻性負(fù)載的工作原理基本相同不同之處：10/11/202226電力電子技術(shù)二. 電感性負(fù)載 u2過零變負(fù)時(shí)，id 0 VT2和VT3導(dǎo)通后，u2通過VT2和VT3分別向VT1和VT4施加反壓使VT1和VT4關(guān)斷，流過VT1和VT4的電流迅速轉(zhuǎn)移到VT2和VT3上，此過程稱換相，亦稱換流動(dòng)畫 u2負(fù)半周時(shí)，VT2和VT3承受正向電壓， 至t=+ 時(shí)刻，給VT2和VT3加觸發(fā)脈沖，兩管導(dǎo)通。10/11/202227電力電子技術(shù) V

9、T2和VT3導(dǎo)通后，u2通過VT2和（2-12）輸出電壓平均值：輸出電流平均值：晶閘管移相范圍為90。晶閘管承受的最大正反向電壓均為 。10/11/202228電力電子技術(shù)（2-12）輸出電壓平均值：輸出電流平均值：晶閘管移相范圍為變壓器付邊電流中無直流分量。 晶閘管導(dǎo)通角與 無關(guān)，均為180 變壓器二次側(cè)電流 i2 的波形為正負(fù)各180的矩形波，其相位由 角決定，有效值 I2=Id 。id連續(xù)10/11/202229電力電子技術(shù)變壓器付邊電流中無直流分量。晶閘管導(dǎo)通角與 無關(guān)，均為三. 帶反電動(dòng)勢負(fù)載時(shí)的工作情況 在|u2|E時(shí)，才有晶閘管承受正電壓，有導(dǎo)通的可能。 導(dǎo)通之后，ud=u2，直

10、至|u2|=E，id降至 0 使得晶閘管阻斷，此后|u2|E而 ud=E 。10/11/202230電力電子技術(shù)三. 帶反電動(dòng)勢負(fù)載時(shí)的工作情況 在|u2 與無反電勢時(shí)相比，晶閘管提前了電角度停止導(dǎo)電，稱為停止導(dǎo)電角。在a 角相同時(shí)，整流輸出電壓比電阻負(fù)載時(shí)大。（2-14）10/11/202231電力電子技術(shù) 與無反電勢時(shí)相比，晶閘管提前了電角度停止導(dǎo) 當(dāng)wtd時(shí)，加觸發(fā)脈沖時(shí)，晶閘管承受反向電壓，不可能導(dǎo)通。為了使晶閘管可靠導(dǎo)通，要求觸發(fā)脈沖有足夠的寬度，保證當(dāng)wt=d時(shí)刻，晶閘管開始承受正向電壓時(shí)，觸發(fā)脈沖仍然存在。這樣，相當(dāng)于觸發(fā)角被推遲為d。 10/11/202232電力電子技術(shù) 當(dāng)w

11、t 90時(shí)，ud亦將是一串正負(fù)面積相等的斷續(xù)的交變波形，Ud亦是零。 如果此時(shí)在負(fù)載端接一蓄電池或其他直流電源，其極性與整流時(shí)的相反，幅值大些，能使晶閘管在 90時(shí)繼續(xù)工作，功率從直流電源反送到交流電網(wǎng)中去，這時(shí)電路工作在有源逆變狀態(tài)。10/11/202235電力電子技術(shù)動(dòng)畫 單相橋式全控整流電路，如負(fù)載呈電感性，則2.1.3 單相全波可控整流電路 圖2-9 單相全波可控整流電路及波形 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動(dòng)畫10/11/202236電力電子技術(shù)2.1.3 單相全波可控整流電路 圖2-9 單相全波可控2.1.3 單相全波可控整流電路兩者的區(qū)別 （1）

12、單相全波中變壓器結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，繞組及鐵芯對(duì)銅、鐵等材料的消耗多 （2）單相全波只用2個(gè)晶閘管，比單相全控橋少2個(gè)，相應(yīng)地，門極驅(qū)動(dòng)電路也少2個(gè)；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(gè)晶閘管，比單相橋少1個(gè)，因而管壓降也少1個(gè)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。10/11/202237電力電子技術(shù)2.1.3 單相全波可控整流電路兩者的區(qū)別10/10/20半控電路與全控電路在電阻負(fù)載時(shí)的工作情況相同2.1.4 單相橋式半控整流電路 單相全控橋中，每個(gè)導(dǎo)電回路中有2個(gè)晶閘管，為了對(duì)每個(gè)導(dǎo)電回路進(jìn)行控制，只需1個(gè)晶閘管就可以了，另1

13、個(gè)晶閘管可以用二極管代替，從而簡化整個(gè)電路。如此即成為單相橋式半控整流電路。（先不考慮VDR）10/11/202238電力電子技術(shù)半控電路與全控電路在電阻負(fù)載時(shí)的工作情況相同2.1.4 單假設(shè)負(fù)載中電感很大，且電路已工作于穩(wěn)態(tài)在u2正半周，觸發(fā)角a 處給晶閘管VT1加觸發(fā)脈沖，u2經(jīng)VT1和VD4向負(fù)載供電u2過零變負(fù)時(shí)，因電感作用使電流連續(xù)，VT1繼續(xù)導(dǎo)通。但因a點(diǎn)電位低于b點(diǎn)電位，使得電流從VD4轉(zhuǎn)移至VD2，VD4關(guān)斷，電流不再流經(jīng)變壓器二次繞組，而是由VT1和VD2續(xù)流帶阻感負(fù)載的情況:二極管在電壓過零時(shí)換相10/11/202239電力電子技術(shù)假設(shè)負(fù)載中電感很大，且電路已工作于穩(wěn)態(tài)u2

14、過零變負(fù)時(shí)，因電感 在u2負(fù)半周觸發(fā)角a 時(shí)刻觸發(fā)VT3，VT3導(dǎo)通，則向VT1加反壓使之關(guān)斷，u2經(jīng)VT3和VD2向負(fù)載供電。 u2過零變正時(shí)，VD4導(dǎo)通，VD2關(guān)斷。VT3和VD4續(xù)流，ud又為零。晶閘管受觸發(fā)換相10/11/202240電力電子技術(shù) 在u2負(fù)半周觸發(fā)角a 時(shí)刻觸發(fā)VT3，VT3導(dǎo)通 若無續(xù)流二極管，則當(dāng) a 突然增大至180或觸發(fā)脈沖丟失時(shí)，會(huì)發(fā)生一個(gè)晶閘管持續(xù)導(dǎo)通而兩個(gè)二極管輪流導(dǎo)通的情況，這使ud成為正弦半波，即半周期ud為正弦，另外半周期ud為零，其平均值保持恒定，稱為失控。失控失控現(xiàn)象：10/11/202241電力電子技術(shù) 若無續(xù)流二極管，則當(dāng) a 突然增大至18 有續(xù)流二極管VDR時(shí)，續(xù)流過程由VDR完成，晶閘管關(guān)斷，避免了某一個(gè)