項目4 整流課件

項目4交流-直流變換電路本章要點不同負(fù)載時，單相可控整流電路的結(jié)構(gòu)、工作原理、波形分析和數(shù)量關(guān)系不同負(fù)載時，三相可控整流電路的結(jié)構(gòu)、工作原理、波形分析和數(shù)量關(guān)系一、單相橋式全控整流電路（電阻性負(fù)載）1、電路結(jié)構(gòu)用四個晶閘管，兩只晶閘管接成共陰極，兩只晶閘管接成共陽極，每一只晶閘管是一個橋臂。

（3）在u2負(fù)半波的（π~π+α）區(qū)間：晶閘管VT2、VT3承受正壓，因無觸發(fā)脈沖，VT2、VT3處于關(guān)斷狀態(tài)。此時，uT2.3=uT1.4=

1/2u2。（4）在u2負(fù)半波的ωt=π+α?xí)r刻：觸發(fā)晶閘管VT2、VT3，元件導(dǎo)通，電流沿b→VT3→R→VT2→a→Tr的二次繞組→b流通，電源電壓沿正半周期的方向施加到負(fù)載電阻上，負(fù)載上有輸出電壓（ud=-u2）和電流，且波形相位相同。此時電源電壓反向加到晶閘管VT1、VT4上，使其承受反壓而處于關(guān)斷狀態(tài)。晶閘管VT2、VT3一直要導(dǎo)通到ωt=2π為止，此時電源電壓再次過零，晶閘管陽極電流也下降為零而關(guān)斷。晶閘管VT1、VT4和VT2、VT3在對應(yīng)時刻不斷周期性交替導(dǎo)通、關(guān)斷。單相橋式整流器電阻性負(fù)載時的移相范圍是0～180o。α=0o時，輸出電壓最高；α=180o時，輸出電壓最小。晶閘管承受最大正反向電壓Um是相電壓峰值。負(fù)載上正負(fù)兩個半波內(nèi)均有相同方向的電流流過，從而使直流輸出電壓、電流的脈動程度較前述單相半波得到了改善。變壓器二次繞組在正、負(fù)半周內(nèi)均有大小相等、方向相反的電流流過，從而改善了變壓器的工作狀態(tài)，并提高了變壓器的有效利用率。（2）輸出電壓有效值U（3）輸出電流有效值I與變壓器二次側(cè)電流I2輸出電流有效值I與變壓器二次側(cè)電流I2相同為

（4）晶閘管的電流平均值IdT與晶閘管電流有效值IT

（5）功率因數(shù)cosφ顯然功率因數(shù)與α相關(guān)，α=0o時，cosφ=1。

二、單相橋式全控整流電路（阻感性負(fù)載）

1、電路結(jié)構(gòu)

電感的感應(yīng)電勢使輸出電壓波形出現(xiàn)負(fù)波。輸出電流是近似平直的，晶閘管和變壓器副邊的電流為矩形波。

（3）在u2負(fù)半波的（π~π+α）區(qū)間：當(dāng)ωt=π時，電源電壓自然過零，感應(yīng)電勢使晶閘管VT1、VT4繼續(xù)導(dǎo)通。在電壓負(fù)半波，晶閘管VT2、VT3承受正壓，因無觸發(fā)脈沖，VT2、VT3處于關(guān)斷狀態(tài)。（4）在u2負(fù)半波的ωt=π+α?xí)r刻及以后：在ωt=π+α處觸發(fā)晶閘管VT2、VT3使其導(dǎo)通，電流沿b→VT3→L→R→VT2→a→Tr的二次繞組→b流通，電源電壓沿正半周期的方向施加到負(fù)載上，負(fù)載上有輸出電壓（ud=-u2）和電流。此時電源電壓反向加到VT1、VT4上，使其承受反壓而變?yōu)殛P(guān)斷狀態(tài)。晶閘管VT2、VT3一直要導(dǎo)通到下一周期ωt=2π+α處再次觸發(fā)晶閘管VT1、VT4為止。從波形可以看出α＞90o輸出電壓波形正負(fù)面積相同，平均值為零，所以移相范圍是0～90o。控制角α在0～90o之間變化時，晶閘管導(dǎo)通角θ≡π，導(dǎo)通角θ與控制角α無關(guān)。晶閘管承受的最大正、反向電壓

Um=

（3）晶閘管的電流平均值IdT由于晶閘管輪流導(dǎo)電，所以流過每個晶閘管的平均電流只有負(fù)載上平均電流的一半。

（4）晶閘管的電流有效值IT

與通態(tài)平均電流

IT(AV)

三、單相橋式半控整流電路（阻感性負(fù)載）

1、單相橋式半控整流電路（不帶續(xù)流二極管）（1）電路結(jié)構(gòu)在單相橋式全控整流電路中，每個工作區(qū)間有兩個晶閘管導(dǎo)通，每個導(dǎo)電回路由兩個晶閘管同時控制。實際上，對單個導(dǎo)電回路進(jìn)行控制，只需一個晶閘管就可以了。為此，在每個導(dǎo)電回路中，一個仍用晶閘管進(jìn)行控制，另一個則用大功率整流二極管代替，從而簡化了整個電路。把全控橋中的晶閘管VT2，VT4換成二極管VD2，VD4即成為單相橋式半控整流電路，如下圖a所示。單相橋式半控整流電路帶大電感負(fù)載時的電路原理圖和電壓、電流波形

2、單相橋式半控整流電路（帶續(xù)流二極管）（1）電路結(jié)構(gòu)和工作原理單相橋式半控整流電路（帶續(xù)流二極管）的電路和電壓、電流波形如下圖所示。接上續(xù)流二極管后，當(dāng)電源電壓降到零時，負(fù)載電流經(jīng)續(xù)流二極管續(xù)流，使橋路直流輸出端只有1V左右的壓降，迫使晶閘管與二極管串聯(lián)電路中的電流減小到維持電流以下，使晶閘管關(guān)斷，這樣就不會出現(xiàn)失控現(xiàn)象了四、三相半波可控整流電路（電阻性負(fù)載）

1、電路結(jié)構(gòu)為得到零線，變壓器二次繞組為星形。為給三次諧波提供通路，變壓器一次繞組接成三角形。三個晶閘管的陰極連在一起，為共陰極接法。

2、工作原理

（1）在ωt1～ωt2區(qū)間有uu＞uv、uu＞uw，u相電壓最高，VT1承受正壓。在ωt1時刻觸發(fā)VT1使其導(dǎo)通，導(dǎo)通角θ＝120o，輸出電壓ud＝uu。其它兩個晶閘管承受反壓而不導(dǎo)通。VT1的電流iT1與變壓器二次側(cè)u相電流波形相同，大小相等。（2）在ωt2～ωt3區(qū)間有uv＞uu

，v相電壓最高，VT2承受正壓。在ωt2時刻觸發(fā)VT2使其導(dǎo)通，ud＝uv。VT1兩端電壓uT1=uu-uv=uuv<0，晶閘管VT1承受反壓關(guān)斷。在ωt2時刻發(fā)生的由一相晶閘管導(dǎo)通轉(zhuǎn)換為另一相晶閘管導(dǎo)通的過程稱為換流。任一時刻，只有承受最高壓的晶閘管才能導(dǎo)通，輸出電壓ud是相電壓波形的一部分，每周期脈動三次，是三相電源相電壓正半波完整的包絡(luò)線，輸出電流id與電壓ud波形相同、相位相同。從圖中還可看出：電阻性負(fù)載α=0o時，VT1在VT2、VT3導(dǎo)通時僅受反壓，隨著α的增加，晶閘管承受正向電壓增加，其它兩個晶閘管承受的電壓波形相同，僅相位依次相差120o。增大α，則整流電壓相應(yīng)減小。電阻性負(fù)載α=30o時的輸出電流、電壓波形α=30o是輸出電壓、電流連續(xù)和斷續(xù)的臨界點。

電阻性負(fù)載α=60o時的輸出電流、電壓波形顯然，α=150o時輸出電壓為零，所以三相半波整流電路電阻性負(fù)載的移相范圍是0o～150o。從波形可看出：晶閘管承受的最大正壓是變壓器二次相電壓的峰值，UFM=U2；晶閘管承受的最大反壓是二次線電壓的峰值，URM=×U2=U2。在選擇晶閘管的額定電壓時，應(yīng)考慮到承受最大反向電壓的峰值情況。

3、數(shù)量關(guān)系（1）輸出電壓平均值Ud

α=30o是ud波形連續(xù)和斷續(xù)的分界點。計算輸出電壓平均值Ud時應(yīng)分兩種情況進(jìn)行。1）α≤30o時

2）α＞30o時

（2）輸出電流平均值Id（3）晶閘管電流平均值IdT（4）晶閘管電流有效值IT1)α≤30o時

2)α＞30o時

三相半波可控整流電路（電阻性負(fù)載）特點歸納：（1）α=0o時，整流電壓最大；增大α?xí)r，波形的面積減小，即整流電壓減?。划?dāng)α=150o時，整流電壓為零。電阻性負(fù)載控制角α的移相范圍為150o。（2）當(dāng)α≤30o時，負(fù)載電流連續(xù)，每個晶閘管在一個周期中持續(xù)導(dǎo)通；當(dāng)α＞30o時，負(fù)載電流斷續(xù)，晶閘管的導(dǎo)通角為。（3）流過晶閘管的電流等于變壓器的副邊電流。（4）晶閘管承受的最大電壓是變壓器二次線電壓的峰值

U2。（5）輸出整流電壓ud的脈動頻率為3倍的電源頻率。五、三相半波可控整流電路（阻感性負(fù)載）

1、電路結(jié)構(gòu)三相半波可控整流電路（電感性負(fù)載）及波形（α=60度）

2、工作原理當(dāng)α≤30o時，相鄰兩相的換流是在原導(dǎo)通相的交流電壓過零變負(fù)之前，工作情況與電阻性負(fù)載同。由于負(fù)載電感的儲能作用，電流id波形近似平直，晶閘管中分別流過幅度Id、寬度120o的矩形波電流，導(dǎo)通角θ=120o。當(dāng)α＞30o時，假設(shè)α=60o，VT1已經(jīng)導(dǎo)通，在u相交流電壓過零變負(fù)后，由于未到VT2的觸發(fā)時刻，VT2未導(dǎo)通，在負(fù)載電感作用下VT1繼續(xù)導(dǎo)通，輸出電壓ud＜0，直到VT2

被觸發(fā)導(dǎo)通，VT1承受反壓而關(guān)斷，輸出電壓ud＝uv，然后重復(fù)u相的過程。當(dāng)α=90o時輸出電壓為零，三相半波整流電路阻感性負(fù)載（電流連續(xù)）的移相范圍是0o～90o。

3、數(shù)量關(guān)系（1）輸出電壓平均值

由于ud波形連續(xù)，所以計算輸出電壓Ud時只需一個計算公式（2）輸出電流平均值

（3）晶閘管電流平均值

（4）晶閘管電流有效值

（5）晶閘管通態(tài)平均電流

2三相半波共陽極可控整流電路把三只晶閘管的陽極接成公共端連在一起就構(gòu)成了共陽極接法的三相半波可控整流電路，由于陰極不同電位，要求三相的觸發(fā)電路必須彼此絕緣。由于晶閘管只有在陽極電位高于陰極電位時才能導(dǎo)通，因此晶閘管只在相電壓負(fù)半周被觸發(fā)導(dǎo)通，換相總是換到陰極更負(fù)的那一相。下圖是共陽極接法的三相半波可控整流電路和α=30o時的工作波形。

三相半波可控整流電路共陽極接法及波形

六、三相全控橋式整流電路（電阻性負(fù)載）

1、電路結(jié)構(gòu)

三相半波整流的變壓器存在直流磁化問題，三相全控橋式整流電路可看作是三相半波共陰極接法(VT1，VT3，VT5)和三相半波共陽極接法(VT4，VT6，VT2)的串聯(lián)組合。

2、工作原理（α=0o時）

一個周期內(nèi)，晶閘管的導(dǎo)通順序VT1→VT2→VT3→VT4→VT5→VT6。將一周期相電壓分為六個區(qū)間：（1）在ωt1~ωt2區(qū)間：u相電壓最高，VT1觸發(fā)導(dǎo)通，v相電壓最低，VT6觸發(fā)導(dǎo)通，負(fù)載輸出電壓ud＝uuv。（2）在ωt2~ωt3區(qū)間：u相電壓最高，VT1觸發(fā)導(dǎo)通，w相電壓最低，VT2觸發(fā)導(dǎo)通，負(fù)載輸出電壓ud＝uuw。（3）在ωt3~ωt4區(qū)間：v相電壓最高，VT3觸發(fā)導(dǎo)通，w相電壓最低，VT2觸發(fā)導(dǎo)通，負(fù)載輸出電壓ud＝uvw。（4）在ωt4~ωt5區(qū)間：v相電壓最高，VT3觸發(fā)導(dǎo)通，u相電壓最低，VT4觸發(fā)導(dǎo)通，負(fù)載輸出電壓ud＝uvu。（5）在ωt5~ωt6區(qū)間：w相電壓最高，VT5觸發(fā)導(dǎo)通，u相電壓最低，VT4觸發(fā)導(dǎo)通，負(fù)載輸出電壓ud＝uwu。（6）在ωt6~ωt7區(qū)間：w相電壓最高，VT5觸發(fā)導(dǎo)通，v相電壓最低，VT6觸發(fā)導(dǎo)通，負(fù)載輸出電壓ud＝uwv。三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載α=60度時的波形

三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載α=90度時的波形

三相全控橋式整流電路的工作特點：1）任何時候共陰、共陽極組各有一只元件同時導(dǎo)通才能形成電流通路。2）共陰極組晶閘管VT1、VT3、VT5，按相序依次觸發(fā)導(dǎo)通，相位互差120o，共陽極組VT2、VT4、VT6，相位相差120o，同一相的晶閘管相位相差180o。每個晶閘管導(dǎo)通角120o；3）輸出電壓ud由六段線電壓組成，每周期脈動六次，每周期脈動頻率為300Hz。4）晶閘管承受的電壓波形與三相半波同，只與晶閘管導(dǎo)通情況有關(guān)，波形由3段組成：一段為零(忽略導(dǎo)通時的壓降)，兩段為線電壓。晶閘管承受最大正、反向電壓的關(guān)系也相同。5）變壓器二次繞組流過正負(fù)兩個方向的電流，消除了變壓器的直流磁化，提高了變壓器的利用率。

6）對觸發(fā)脈沖的要求：要使電路正常工作，需保證應(yīng)同時導(dǎo)通的2個晶閘管均有脈沖，常用的方法有兩種：一種是寬脈沖觸發(fā)，它要求觸發(fā)脈沖的寬度大于60o（一般為80o～100o），另一種是雙窄脈沖觸發(fā)，即觸發(fā)一個晶閘管時，向小一個序號的晶閘管補發(fā)脈沖。寬脈沖觸發(fā)要求觸發(fā)功率大，易使脈沖變壓器飽和，所以多采用雙窄脈沖觸發(fā)。

電阻性負(fù)載α≤60o時的ud波形連續(xù)，α＞60o時ud波形斷續(xù)。α=120o時，輸出電壓為零Ud=0，三相全控橋式整流電路電阻性負(fù)載移相范圍為0o～120o。晶閘管兩端承受的最大正反向電壓是變壓器二次線電壓的峰值

3、參數(shù)計算α