晶閘管整流電路

晶閘管整流電路第1頁(yè)，共89頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第二章整流電路引言2.1單相可控整流電路2.1.1單相半波可控整流電路（單相半波）2.1.2單相橋式全控整流電路（單相全控橋）2.1.3單相橋式半控整流電路（單相半控橋）2.2三相可控整流電路2.2.1三相半波可控整流電路2.2.2三相橋式全控整流電路2.3變壓器漏感對(duì)整流電路的影響第2頁(yè)，共89頁(yè)，2023年，2月20日，星期一整流電路是出現(xiàn)最早的電力電子電路，電路的功能是將交流電變?yōu)橹绷麟?。按組成的器件可分為不可控（二極管）、半控（SCR)、全控(全控器件）三種；按電路結(jié)構(gòu)可分為橋式電路和半波電路；按交流輸入相數(shù)分為單相電路和三相電路。引言第3頁(yè)，共89頁(yè)，2023年，2月20日，星期一需掌握的內(nèi)容：各種典型整流電路的工作原理、波形分析、基本數(shù)量關(guān)系、負(fù)載性質(zhì)的影響；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)分析；大功率場(chǎng)合的整流電路；相位控制電路的驅(qū)動(dòng)控制。引言第4頁(yè)，共89頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

2.1單相可控整流電路

交流側(cè)接單相電源重點(diǎn)注意：工作原理（波形分析）、定量計(jì)算、不同負(fù)載的影響。2.1.1單相半波可控整流電路（單相半波）SinglePhaseHalfWaveControlledRectifier1.帶電阻負(fù)載的工作情況變壓器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。圖2-1單相半波可控整流電路及波形教材P21第5頁(yè)，共89頁(yè)，2023年，2月20日，星期一圖2-1單相半波可控整流電路及波形工作過(guò)程和特點(diǎn)：（1）在U2的正半周，VT承受正向電壓，0～ωt1期間，無(wú)觸發(fā)脈沖，VT處于正向阻斷狀態(tài)，UVT＝U2，Ud=0;（2）ωt1以后，VT由于觸發(fā)脈沖UG的作用而導(dǎo)通，則Ud=U2,UVT=0,Id=U2/R，一直到π時(shí)刻；（3）π～2π期間，U2反向，VT由于承受反向電壓而關(guān)斷,UVT=U2,Ud=0。以后不斷重復(fù)以上過(guò)程。特點(diǎn)：為單拍電路，易出現(xiàn)變壓器直流磁化，應(yīng)用較少。第6頁(yè)，共89頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

2.1.1單相半波可控整流電路（單相半波）〔若干概念〕單拍電路：指變壓器副邊在工作過(guò)程中只流過(guò)一個(gè)方向的電流，此時(shí)變壓器有直流磁化現(xiàn)象；雙拍電路：指變壓器副邊在工作過(guò)程中流過(guò)正反雙向電流；“半波”整流：ud為脈動(dòng)直流，波形只在u2正半周內(nèi)出現(xiàn)，故稱之。

觸發(fā)延遲角α：從晶閘管開(kāi)始承受正向陽(yáng)極電壓起到施加觸發(fā)脈沖止的電角度,用α表示,也稱觸發(fā)角或控制角。導(dǎo)通角θ：晶閘管在一個(gè)電源周期中處于通態(tài)的電角度稱為，用θ表示。在半波電路中，θ＋α＝π。α的移相范圍：指觸發(fā)角α可以變化的角度范圍。在不同的電路中，α有不同的角度范圍。如在單相半波電路中，α的移相角度范圍是0～π。

相控方式：這種通過(guò)控制觸發(fā)脈沖的相位來(lái)控制直流輸出電壓大小的方式稱為相位控制方式，簡(jiǎn)稱相控方式。第7頁(yè)，共89頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

〔基本數(shù)量關(guān)系〕直流輸出電壓平均值Ud

（2-1）

說(shuō)明：使用萬(wàn)用表直流檔測(cè)量Ud即為該數(shù)值；

U2為電源電壓有效值（220V）；

α

＝π時(shí)，Ud=0，可見(jiàn)可以通過(guò)調(diào)整α

來(lái)調(diào)整Ud。直流輸出電壓有效值U（2-2）

2.1.1單相半波可控整流電路（單相半波）第8頁(yè)，共89頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

SCR的若干參數(shù)關(guān)系：(1)IdT

（流過(guò)SCR電流的平均值）

（2-3）(2)

IT

（流過(guò)SCR電流的有效值）

（2-4）(3)

UVT（SCR承受的正反向峰值電壓）為〔注〕同學(xué)們對(duì)于這些符號(hào)定義，可以參看教材前面的符號(hào)說(shuō)明。

2.1.1單相半波可控整流電路（單相半波）第9頁(yè)，共89頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

整流電路的功率因數(shù)cosφ：

cosφ＝（有功功率P）/（電源視在功率S）因?yàn)閷?duì)于交流電源來(lái)說(shuō)，i2總是滯后于U2,這相當(dāng)于電源有一個(gè)感性負(fù)載，α越大，i2滯后U2的角度也越大，cosφ也就越小。

P=負(fù)載的電壓有效值×負(fù)載的電流有效值

S＝電源的電壓有效值×電源的電流有效值所以：（2-5）

2.1.1單相半波可控整流電路（單相半波）第10頁(yè)，共89頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

2.單相半波電路帶電感性負(fù)載的工作情況電感的特點(diǎn):(1)電感對(duì)電流變化有抗拒作用，使得流過(guò)電感的電流不能發(fā)生突變。(2)在電感兩端產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)Ldi/dt。它的極性是阻止電流的變化。(3)電感在電路的工作過(guò)程中，不消耗能量。即產(chǎn)生多少能量，就消耗多少。負(fù)載阻抗角Φ＝arctg(ωL/R)，反映出負(fù)載中電感所占的比重，該角度越大（0~900之間），則電感量越大。當(dāng)負(fù)載中的感抗ωL和R相比不可忽略時(shí)，稱為電感性負(fù)載。在生產(chǎn)實(shí)踐中，常見(jiàn)的電感性負(fù)載如電機(jī)的勵(lì)磁繞組。電感在電力電子線路中大量使用，大容量、大功率電感常常又稱為電抗器。

圖2-2帶電感性負(fù)載的

單相半波電路及其波形

2.1.1單相半波可控整流電路（單相半波）第11頁(yè)，共89頁(yè)，2023年，2月20日，星期一圖2-2帶電感性負(fù)載的單相半波電路及其波形工作過(guò)程和特點(diǎn)：（1）在U2的正半周，VT承受正向電壓，0～ωt1期間，無(wú)觸發(fā)脈沖，VT處于正向阻斷狀態(tài)，UVT＝U2，Ud=0;（2）ωt1以后，VT由于觸發(fā)脈沖UG的作用而導(dǎo)通，則Ud=U2,UVT=0，一直到π時(shí)刻。但由于L的作用，在π時(shí)刻，Ud=0，而L中仍蓄有磁場(chǎng)能，id>0；（3）π～ωt2期間，L釋放磁場(chǎng)能，使id逐漸減為0，此時(shí)負(fù)載反給電源充電，電感L感應(yīng)電勢(shì)極性是上負(fù)下正，使電流方向不變，只要該感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)比U2大，VT仍承受正向電壓而繼續(xù)維持導(dǎo)通，直至L中磁場(chǎng)能量釋放完畢，VT承受反向電壓而關(guān)斷；ωt2ωt2ωt2ωt2第12頁(yè)，共89頁(yè)，2023年，2月20日，星期一圖2-2帶電感性負(fù)載的單相半波電路及其波形工作過(guò)程和特點(diǎn)：請(qǐng)同學(xué)們思考：（a）L兩端的電壓何時(shí)變?yōu)樯县?fù)下正，如何簡(jiǎn)單判斷？（b）id能否抵達(dá)2π點(diǎn)？為什么？（c)一個(gè)周期中L兩端的電壓波形如何？（4）ωt2

～

2π期間，VT承受反向電壓而處于關(guān)斷狀態(tài)，UVT＝U2，Ud=0。以后不斷重復(fù)以上過(guò)程。ωt2ωt2ωt2ωt2第13頁(yè)，共89頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

〔基本數(shù)量關(guān)系〕直流輸出電壓平均值Ud

（2-6）

由于從ud的波形可以看出，此時(shí)輸出的平均電壓Ud和電阻負(fù)載相比，有所下降。考慮一種極端情況：如果為大電感負(fù)載，則ud中的負(fù)面積接近正面積，輸出的直流平均電壓Ud≈0，則id也很小，這樣的電路無(wú)實(shí)際用途。所以，實(shí)際的大感電路中，常常在負(fù)載兩端并聯(lián)一個(gè)續(xù)流二極管。

2.1.1單相半波可控整流電路（單相半波）2.單相半波電路帶電感性負(fù)載第14頁(yè)，共89頁(yè)，2023年，2月20日，星期一工作過(guò)程和特點(diǎn)：（1）在U2的正半周，VDR承受反向電壓，不導(dǎo)通，不影響電路的正常工作;（2）π～2π期間，電感L的感應(yīng)電勢(shì)（下正上負(fù)）使VDR導(dǎo)通，此時(shí)，L釋放能量，維持負(fù)載電流通過(guò)VDR構(gòu)成回路，而不通過(guò)變壓器。稱為續(xù)流。在續(xù)流期間，VT承受u2的負(fù)壓而關(guān)斷，此時(shí)Ud=0。（3)當(dāng)ωL》R時(shí)，id不但連續(xù)而且基本上維持不變，電流波形接近一條直線?！沧⒁狻常涸诳荚囍?，可以直接用直線表示id。圖2-4單相半波帶電感性負(fù)載有續(xù)流二極管的電路及波形

2.1.1單相半波可控整流電路（單相半波）第15頁(yè)，共89頁(yè)，2023年，2月20日，星期一帶續(xù)流二極管的單相半波電路基本數(shù)量關(guān)系：輸出直流電壓的平均值Ud（和純阻性負(fù)載相同）

（2-7）輸出直流電流的平均值Id.（和純阻性負(fù)載相同）（2-8）

若近似認(rèn)為id為一條水平線，恒為Id，則流過(guò)SCR的電流平均值和有效值分別為：（2-9）（2-10）

2.1.1單相半波可控整流電路（單相半波）第16頁(yè)，共89頁(yè)，2023年，2月20日，星期一單相半波可控整流電路的特點(diǎn)：線路簡(jiǎn)單、易調(diào)整，但輸出電流脈動(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；實(shí)際上很少應(yīng)用此種電路；

2.1.1單相半波可控整流電路（單相半波）第17頁(yè)，共89頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

電阻負(fù)載的工作情況晶閘管VT1和VT4組成一對(duì)橋臂，VT2和VT3組成。在實(shí)際的電路中，一般都采用這種標(biāo)注方法，即上面為1、3，下面為2、4。請(qǐng)同學(xué)們注意。

2.1.2單相橋式全控整流電路（單相全控橋）

圖2-5單相全控橋帶電阻負(fù)載時(shí)的電路及波形簡(jiǎn)稱為單相全控橋（教材P24)第18頁(yè)，共89頁(yè)，2023年，2月20日，星期一圖2-5單相全控橋帶電阻負(fù)載時(shí)的電路及波形1)工作過(guò)程和特點(diǎn)：（1）0～ωt1:U2為正，VT1和VT4無(wú)觸發(fā)脈沖截止，VT1和VT4分擔(dān)U2/2的正向電壓，VT2和VT3分擔(dān)U2/2的反向電壓,Ud=0;（2）ωt1～

π:U2為正，VT1和VT4由于觸發(fā)脈沖UG的作用而導(dǎo)通，VT2和VT3承受U2

的反向電壓，

id

=U2/R；（3）π～ωt2(π+ωt1)：U2為負(fù)，VT2和VT3無(wú)觸發(fā)脈沖截止，VT2和VT3分擔(dān)U2/2的正向電壓，VT1和VT4分擔(dān)U2/2的反向電壓,Ud=0;（4）ωt2(π+ωt1)～

2π:U2為負(fù)，VT2和VT3由于觸發(fā)脈沖UG的作用而導(dǎo)通，VT1和VT4承受U2

的反向電壓，

id

=U2/R，且方向保持不變。ωt2ωt1ωt2ωt2ωt1ωt1第19頁(yè)，共89頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

〔基本數(shù)量關(guān)系〕直流輸出電壓平均值Ud

（2-11）

可見(jiàn)：在同樣的控制角α情況下，輸出的平均電壓Ud是單相半波的兩倍；

SCR可控移相范圍為1800；

屬于雙拍電路。

2）單相全控橋阻性負(fù)載的基本數(shù)量關(guān)系

2.1.2單相橋式全控整流電路（單相全控橋）

第20頁(yè)，共89頁(yè)，2023年，2月20日，星期一直流輸出電流平均值Id和SCR的平均電流idT（2-12）由于SCR輪流導(dǎo)電，所以流過(guò)每個(gè)SCR的平均電流idT只有負(fù)載上平均電流的一半。（2-13）

2.1.2單相橋式全控整流電路（單相全控橋）

第21頁(yè)，共89頁(yè)，2023年，2月20日，星期一直流輸出電流有效值I，即為變壓器二次側(cè)繞組電流有效值I2（2-14）SCR的有效電流IT，由于SCR輪流導(dǎo)電，所以IT為：（2-15）

2.1.2單相橋式全控整流電路（單相全控橋）

第22頁(yè)，共89頁(yè)，2023年，2月20日，星期一帶電感性負(fù)載的工作情況

為便于討論，假設(shè)電路已工作于穩(wěn)態(tài)，id的平均值不變。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：

u2過(guò)零變負(fù)時(shí)，由于電感的作用晶閘管VT1和VT4中仍流過(guò)電流id，并不關(guān)斷；至ωt=π+α

時(shí)刻，給VT2和VT3加觸發(fā)脈沖，因VT2和VT3本已承受正電壓，故兩管導(dǎo)通，而VT1和VT4立刻承受負(fù)電壓，故兩管關(guān)斷。圖2-6單相全控橋帶電感性負(fù)載時(shí)的電路及波形

2.1.2單相橋式全控整流電路（單相全控橋）

第23頁(yè)，共89頁(yè)，2023年，2月20日，星期一圖2-6單相全控橋帶電感性負(fù)載時(shí)的電路及波形

ωt1ωt2π2π第24頁(yè)，共89頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

VT2和VT3導(dǎo)通后，u2通過(guò)VT2和VT3分別向VT1和VT4施加反壓使VT1和VT4關(guān)斷，流過(guò)VT1和VT4的電流迅速轉(zhuǎn)移到VT2和VT3上，此過(guò)程稱換相，亦稱換流。整流電路輸出平均電壓為：

（2-16）晶閘管移相范圍為90，因?yàn)楫?dāng)α＝90時(shí)，Ud＝0。整流電路輸出平均電流Id和SCR的電流平均值IdT為：

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α角決定，有效值I2=Id。

2.1.2單相橋式全控整流電路（單相全控橋）

第25頁(yè)，共89頁(yè)，2023年，2月20日，星期一帶反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載時(shí)的工作情況對(duì)于象蓄電池、直流電動(dòng)機(jī)的電樞（轉(zhuǎn)子）這類負(fù)載，本身有反電勢(shì)，對(duì)整流電路來(lái)說(shuō)，稱為反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載。在|u2|>E時(shí)，晶閘管才承受正電壓，有導(dǎo)通的可能；導(dǎo)通之后，ud=u2，直至|u2|=E，id即降至0使得晶閘管關(guān)斷，此后ud=E與電阻負(fù)載時(shí)相比，晶閘管提前了電角度δ停止導(dǎo)通，δ稱為停止導(dǎo)電角。（2-16）在α

角相同時(shí)，整流輸出電壓比電阻負(fù)載時(shí)大。整流輸出電流的平均值為：圖2-7單相橋式全控整流電路接反電動(dòng)勢(shì)—電阻負(fù)載時(shí)的電路及波形

2.1.2單相橋式全控整流電路（單相全控橋）

第26頁(yè)，共89頁(yè)，2023年，2月20日，星期一圖2-7單相橋式全控整流電路接反電動(dòng)勢(shì)—電阻負(fù)載時(shí)的電路及波形

2.1.2單相橋式全控整流電路（單相全控橋）

第27頁(yè)，共89頁(yè)，2023年，2月20日，星期一如圖2-7b所示id波形在一周期內(nèi)有部分時(shí)間為0的情況，稱為電流斷續(xù)（α

≥

δ）。與此對(duì)應(yīng)，若id波形不出現(xiàn)為0的點(diǎn)的情況，稱為電流連續(xù)（α<δ）。此時(shí)，觸發(fā)脈沖到來(lái)時(shí)，晶閘管承受負(fù)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)ωt=α?xí)r刻有晶閘管開(kāi)始承受正電壓時(shí)，觸發(fā)脈沖仍然存在。這樣，相當(dāng)于觸發(fā)角被推遲。當(dāng)負(fù)載為直流電動(dòng)機(jī)時(shí)，如果出現(xiàn)電流斷續(xù)則電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性將變軟。〔機(jī)械特性〕是指電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n與轉(zhuǎn)矩M的關(guān)系n=f（M）。反映出電動(dòng)機(jī)的帶載能力，直流電機(jī)的機(jī)械特性是略微向下傾斜的直線，希望該直線越平越好。機(jī)械特性差的典型表現(xiàn)是：電機(jī)一旦加上較大負(fù)載，則轉(zhuǎn)速有明顯的下降。

2.1.2單相橋式全控整流電路（單相全控橋）

第28頁(yè)，共89頁(yè)，2023年，2月20日，星期一為了克服此缺點(diǎn)，一般在主電路中直流輸出側(cè)串聯(lián)一個(gè)平波電抗器，用來(lái)減少電流的脈動(dòng)和延長(zhǎng)晶閘管導(dǎo)通的時(shí)間；這時(shí)整流電路的負(fù)載成為反電動(dòng)勢(shì)感性負(fù)載，整流電壓Ud的波形和負(fù)載電流id的波形與電感負(fù)載電流連續(xù)時(shí)的波形相同，Ud的計(jì)算公式亦一樣（請(qǐng)同學(xué)們具體分析一下工作過(guò)程）；為保證電流連續(xù)所需的電感量L可由下式求出：

（2-17）本公式的具體推導(dǎo)參看教材P28。

2.1.2單相橋式全控整流電路（單相全控橋）

第29頁(yè)，共89頁(yè)，2023年，2月20日，星期一圖2-8單相橋式全控整流電路帶反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載串平波電抗器，電流連續(xù)的臨界情況

2.1.2單相橋式全控整流電路（單相全控橋）

第30頁(yè)，共89頁(yè)，2023年，2月20日，星期一圖2-9單相全波可控整流電路及波形

單相全波可控整流電路又稱單相雙半波可控整流電路。T的副邊帶有中心抽頭。當(dāng)2U2為上正下負(fù)時(shí)，VT1工作，當(dāng)2U2為下正上負(fù)，VT2工作。注意此時(shí)副邊的電壓有效值為2U2；單相雙半波與單相全控橋從直流輸出端或從交流輸入端看波形均是基本一致的。

2.1.3單相全波可控整流電路（單相全波）

本節(jié)了解即可第31頁(yè)，共89頁(yè)，2023年，2月20日，星期一兩者的區(qū)別（1）單相雙半波中變壓器結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，繞組及鐵芯對(duì)銅、鐵等材料的消耗多；（2）單相雙半波只用2個(gè)晶閘管，比單相全控橋少2個(gè)，相應(yīng)地，門(mén)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）單相雙半波導(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(chǎng)合應(yīng)用。

2.1.3單相全波可控整流電路（單相全波）

第32頁(yè)，共89頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

2.1.4單相橋式半控整流電路（單相半控橋）

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，其實(shí)只需1個(gè)晶閘管就可以了，另1個(gè)晶閘管可以用二極管代替，從而簡(jiǎn)化整個(gè)電路。如此即成為單相橋式半控整流電路（單相半控橋）。當(dāng)負(fù)載為阻性負(fù)載時(shí)，單相半控橋與單相全控橋工作過(guò)程和波形完全一致。單相半控橋中一般使用續(xù)流二極管VDR，它的作用是防止在感性負(fù)載時(shí)，出現(xiàn)失控現(xiàn)象。

圖2-10單相橋式半控整流電路，有續(xù)流二極管，電感性負(fù)載時(shí)的電路及波形第33頁(yè)，共89頁(yè)，2023年，2月20日，星期一單相半控橋帶電感性負(fù)載的情況：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α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(guò)零變負(fù)時(shí)，因電感作用使電流連續(xù)，電流通過(guò)續(xù)流二極管VDR進(jìn)行續(xù)流，Ud為零。此時(shí)，VT1承受負(fù)壓關(guān)斷，VT3承受正壓，由于無(wú)觸發(fā)脈沖而關(guān)斷。變壓器二次繞組無(wú)電流；在U2負(fù)半周觸發(fā)角α?xí)r刻觸發(fā)VT3，VT3導(dǎo)通，VDR承受負(fù)壓而關(guān)斷，U2經(jīng)VT3和VD2向負(fù)載供電。U2過(guò)零變正時(shí)，電流再次通過(guò)續(xù)流二極管VDR進(jìn)行續(xù)流，Ud又為零。TuvRLOv)u2i2udidVT1VT3VD2VD4VDRu2OudidIdOOOOOi2IdIdIdIdIduwtwtwtwtwtwtwtupu)-up-uiVT1iVD4iVT3iVD2iVDR第34頁(yè)，共89頁(yè)，2023年，2月20日，星期一半控橋的失控情況和續(xù)流二極管VDR的作用：若無(wú)續(xù)流二極管U2過(guò)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；在U2負(fù)半周觸發(fā)角α?xí)r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(guò)零變正時(shí)，VD4導(dǎo)通，VD2關(guān)斷。VT3和VD4續(xù)流，Ud又為零。TuvRLOv)u2i2udidVT1VT3VD2VD4u2OudidIdOOOOOi2IdIdIdIdIduwtwtwtwtwtwtwtupu)-up-uiVT1iVT3iVDR第35頁(yè)，共89頁(yè)，2023年，2月20日，星期一半控橋的失控情況和續(xù)流二極管VDR的作用當(dāng)α

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，即α失去控制作用，稱為失控。有續(xù)流二極管VDR時(shí)，續(xù)流過(guò)程由VDR完成，晶閘管關(guān)斷，避免了某一個(gè)晶閘管持續(xù)導(dǎo)通從而導(dǎo)致失控的現(xiàn)象。同時(shí)，續(xù)流期間導(dǎo)電回路中只有一個(gè)管壓降，有利于降低損耗。

2.1.4單相橋式半控整流電路（單相半控橋）

第36頁(yè)，共89頁(yè)，2023年，2月20日，星期一單相橋式半控整流電路的另一種接法：相當(dāng)于把圖2-4a中的VT3和VT4換為二極管VD3和VD4，這樣可以省去續(xù)流二極管VDR，續(xù)流由VD3和VD4來(lái)實(shí)現(xiàn)圖2-11單相橋式半控整流電路的另一接法

2.1.4單相橋式半控整流電路（單相半控橋）

第37頁(yè)，共89頁(yè)，2023年，2月20日，星期一〔基本數(shù)量關(guān)系〕直流輸出電壓平均值Ud、電流平均值Id（和全控橋阻性負(fù)載是相同）

（2-18）

(2-19)

SwR可控移相范圍為1800；

屬于雙拍電路。具體的各個(gè)電流有效值以及電流的平均值根據(jù)電流的波形可以方便得出。

2）單相半控橋阻性和感性負(fù)載的基本數(shù)量關(guān)系

2.1.4單相橋式半控整流電路（單相半控橋）

第38頁(yè)，共89頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.2三相可控整流電路

負(fù)載容量較大，或要求直流電壓脈動(dòng)較小、易濾波時(shí)使用三相整流電路;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。2.2.1三相半波可控整流電路1.電阻負(fù)載1)電路的特點(diǎn)：變壓器二次側(cè)接成星形得到零線，而一次側(cè)接成三角形避免3次諧波流入電網(wǎng)。三個(gè)晶閘管分別接入a、b、c三相電源，其陰極連接在一起——共陰極接法。與之相對(duì)應(yīng)的是將陽(yáng)極連接在一起——共陽(yáng)極接法?！沧⒁狻常航滩氖褂胾,v,w，本文中使用a,b,c，請(qǐng)同學(xué)們注意和諒解。圖2-12三相半波可控整流電路共陰極接法電阻負(fù)載時(shí)的電路及α=0時(shí)的波形

第39頁(yè)，共89頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.2.1三相半波可控整流電路

2)電路中的晶閘管換作二極管，成為三相半波不可控整流電路此時(shí)，相電壓最大的一相所對(duì)應(yīng)的二極管導(dǎo)通，并使另兩相的二極管承受反壓關(guān)斷，輸出整流電壓即為該相的相電壓：一周期中，在ωt1~ωt2期間，VD1導(dǎo)通，ud=ua

在ωt2~ωt3期間，VD2導(dǎo)通，ud=ub

在ωt3~ωt4期間，VD3導(dǎo)通，ud=uc二極管換相時(shí)刻為自然換相點(diǎn)，是各相晶閘管能觸發(fā)導(dǎo)通的最早時(shí)刻，將其作為計(jì)算各晶閘管觸發(fā)角α的起點(diǎn)，即α=0

〔注意〕：這是三相電路和單相電路的一個(gè)區(qū)別，即三相電路觸發(fā)角的起點(diǎn)，是以自然換相點(diǎn)來(lái)計(jì)算的，而不是以過(guò)零點(diǎn)。

自然換相點(diǎn)：是三個(gè)相電壓的交點(diǎn)。.第40頁(yè)，共89頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3)使用SCR時(shí)，α=0時(shí)的工作原理分析(波形圖）由變壓器二次側(cè)a相繞組和晶閘管VT1的電流波形，變壓器二次繞組電流有直流分量；晶閘管的電壓波形，由3段組成：第1段，VT1導(dǎo)通期間，uT1=0;第2段，在VT1關(guān)斷后，VT2導(dǎo)通期間，uT1=ua-ub=uab，為一段線電壓;第3段，在VT3導(dǎo)通期間，uT1=ua-ub=uab為另一段線電壓；增大α值,將脈沖后移,整流電路的工作波形相應(yīng)地發(fā)生變化。2.2.1三相半波可控整流電路

第41頁(yè)，共89頁(yè)，2023年，2月20日，星期一4)α=30時(shí)的波形負(fù)載電流處于連續(xù)和斷續(xù)之間的臨界狀態(tài)。圖2-13三相半波可控整流電路，電阻負(fù)載，α=30時(shí)的波形

特點(diǎn)：在ωt1＝120時(shí)刻，Ub開(kāi)始>Ua，此時(shí)VT2承受正壓，但由于沒(méi)有觸發(fā)脈沖，所以仍舊處于關(guān)斷狀態(tài)，隔斷b相電壓，從而使a相的VT1繼續(xù)導(dǎo)通，直至VT2觸發(fā)脈沖的到來(lái)。晶閘管導(dǎo)通角等于120

2.2.1三相半波可控整流電路

第42頁(yè)，共89頁(yè)，2023年，2月20日，星期一5)

α

>30的情況特點(diǎn)：負(fù)載電流斷續(xù)，晶閘管導(dǎo)通角小于120。請(qǐng)同學(xué)們分析電阻負(fù)載時(shí)α角的移相范圍？可以這樣分析：其實(shí)三相半波電路，相當(dāng)于三個(gè)單相半波電路的并聯(lián)。對(duì)于單相電路，移相范圍為1800。由于三相電路移相范圍的起點(diǎn)從換相點(diǎn)開(kāi)始計(jì)算，所以為150。圖2-14三相半波可控整流電路，電阻負(fù)載，α=60時(shí)的波形

2.2.1三相半波可控整流電路

第43頁(yè)，共89頁(yè)，2023年，2月20日，星期一6)整流輸出電壓平均值的計(jì)算（1）α≤30時(shí)，負(fù)載電流連續(xù)，有

當(dāng)α=0時(shí)，Ud最大，為。（2）α>30時(shí)，負(fù)載電流斷續(xù)，晶閘管導(dǎo)通角減小，此時(shí)有：

（2-20）(2-21)2.2.1三相半波可控整流電路

第44頁(yè)，共89頁(yè)，2023年，2月20日，星期一7)其它的參數(shù)計(jì)算負(fù)載電流平均值為（2-22）晶閘管承受的最大反向電壓，為變壓器二次線電壓峰值，即（2-23）由于晶閘管陰極與零點(diǎn)間的電壓即為整流輸出電壓ud，其最小值為零，而晶閘管陽(yáng)極與零點(diǎn)間的最高電壓等于變壓器二次相電壓的峰值，因此晶閘管陽(yáng)極與陰極間的最大正向電壓等于變壓器二次相電壓的峰值，即（2-24）綜合以上兩點(diǎn)，選擇SCR時(shí)，以為標(biāo)準(zhǔn)。2.2.1三相半波可控整流電路

第45頁(yè)，共89頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.三相半波可控整流電路電感性負(fù)載1)特點(diǎn)：電感性負(fù)載，L值很大，id波形基本平直α≤30時(shí)：整流電壓波形與電阻負(fù)載時(shí)相同α>30時(shí)（如α=60時(shí)的波形如圖2-16所示）ua過(guò)零時(shí)，VT1不關(guān)斷，直到VT2的脈沖到來(lái)，才換流，由VT2導(dǎo)通向負(fù)載供電，同時(shí)向VT1施加反壓使其關(guān)斷——ud波形中出現(xiàn)負(fù)的部分。2)電感性負(fù)載時(shí)，α的移相范圍為90（請(qǐng)同學(xué)分析原因）

原因是由于當(dāng)α≥90時(shí)，Ud的波形正負(fù)對(duì)稱，平均值為0，失去意義。所以α的移相范圍為90。

請(qǐng)同學(xué)們自己完成α＝90時(shí)的工作波形。

2.2.1三相半波可控整流電路

第46頁(yè)，共89頁(yè)，2023年，2月20日，星期一圖2-16

三相半波可控整流電路，電感性負(fù)載時(shí)的電路及α=60時(shí)的波形第47頁(yè)，共89頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3)基本參數(shù)計(jì)算直流輸出電壓平均值Ud：變壓器二次電流即晶閘管電流的有效值為

晶閘管最大正反向電壓峰值均為變壓器二次線電壓峰值

（2-27）2.2.1三相半波可控整流電路

（2-26）（2-25）第48頁(yè)，共89頁(yè)，2023年，2月20日，星期一圖2-16中id波形有一定的脈動(dòng)，但為簡(jiǎn)化分析及定量計(jì)算，可將id近似為一條水平線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。圖2-16三相半波可控整流電路，電感性負(fù)載時(shí)的電路及α=60時(shí)的波形2.2.1三相半波可控整流電路

第49頁(yè)，共89頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

2.2.2三相橋式全控整流電路（三相全橋）

三相全橋的特點(diǎn)應(yīng)用最為廣泛；共陰極組——陰極連接在一起的3個(gè)晶閘管（VT1，VT3，VT5）；共陽(yáng)極組——陽(yáng)極連接在一起的3個(gè)晶閘管（VT4，VT6，VT2）；請(qǐng)注意編號(hào)順序：1、3、5和4、6、2，一般不特別說(shuō)明，均采用這樣的編號(hào)順序。由于零線平均電流為零，所以可以不用零線。圖2-17三相橋式全控整流電路原理圖對(duì)于每相二次電源來(lái)說(shuō)，一個(gè)工作周期中，即有正電流，也有負(fù)電流，所以不存在直流磁化問(wèn)題，提高了繞組利用率。第50頁(yè)，共89頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.2.2三相橋式全控整流電路（P42）1.帶電阻負(fù)載時(shí)的工作情況1)α=0時(shí)的情況對(duì)于共陰極阻的3個(gè)晶閘管，陽(yáng)極所接交流電壓值最大的一個(gè)導(dǎo)通；對(duì)于共陽(yáng)極組的3個(gè)晶閘管，陰極所接交流電壓值最低（或者說(shuō)負(fù)得最多）的導(dǎo)通；任意時(shí)刻共陽(yáng)極組和共陰極組中各有1個(gè)SCR處于導(dǎo)通狀態(tài)。其余的SCR均處于關(guān)斷狀態(tài)。觸發(fā)角α的起點(diǎn)，仍然是從自然換相點(diǎn)開(kāi)始計(jì)算，注意正負(fù)方向均有自然換相點(diǎn)。圖2-18三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載α=0時(shí)的波形

第51頁(yè)，共89頁(yè)，2023年，2月20日，星期一圖2-18三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載α=0時(shí)的波形

bacTn負(fù)載iaidudVT1VT3VT5VT4VT6VT2d2d1第52頁(yè)，共89頁(yè)，2023年，2月20日，星期一從線電壓波形看，

ud為線電壓中最大的一個(gè)，因此ud波形為線電壓的包絡(luò)線。

表2-1三相橋式全控整流電路電阻負(fù)載α

=0時(shí)晶閘管工作情況時(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

2.2.2三相橋式全控整流電路（三相全橋）

第53頁(yè)，共89頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2)三相橋式全控整流電路的特點(diǎn)：（1)兩個(gè)SCR同時(shí)通形成供電回路，其中共陰極組和共陽(yáng)極組各有一個(gè)SCR導(dǎo)通，且不能為同相的兩個(gè)SCR（否則沒(méi)有輸出）。（2）對(duì)觸發(fā)脈沖的要求：按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的順序，相位依次差60；共陰極組VT1、VT3、VT5的脈沖依次差120，共陽(yáng)極組VT4、VT6、VT2也依次差120；同一相的上下兩個(gè)橋臂，即VT1與VT4，VT3與VT6，VT5與VT2，脈沖相差180。

2.2.2三相橋式全控整流電路（三相全橋）

第54頁(yè)，共89頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（3）ud一周期脈動(dòng)6次，每次脈動(dòng)的波形都一樣，所以三相全橋電路稱為6脈波整流電路；（4）需保證同時(shí)導(dǎo)通的2個(gè)晶閘管均有脈沖（參看P44)：可采用兩種方法：一種是寬脈沖觸發(fā)(大于600)另一種是雙脈沖觸發(fā)（常用）：在Ud的六個(gè)時(shí)間段，均給應(yīng)該導(dǎo)通的SCR提供觸發(fā)脈沖，而不管其原來(lái)是否導(dǎo)通。所以每隔600就需要提供兩個(gè)觸發(fā)脈沖。

實(shí)際提供脈沖的順序?yàn)椋?,2-2,3-3,4-4,5-5,6-6,1-1,2，不斷重復(fù)。

（5）晶閘管承受的電壓波形與三相半波時(shí)相同，晶閘管承受最大正、反向電壓的關(guān)系也相同為：

2.2.2三相橋式全控整流電路（三相全橋）

第55頁(yè)，共89頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3)α=30時(shí)的工作情況(波形圖）晶閘管起始導(dǎo)通時(shí)刻推遲了30，組成ud的每一段線電壓因此推遲30；從ωt1開(kāi)始把一周期等分為6段，ud波形仍由6段線電壓構(gòu)成，每一段導(dǎo)通晶閘管的編號(hào)等仍符合表2-1的規(guī)律；變壓器二次側(cè)電流iu波形的特點(diǎn)：在VT1處于通態(tài)的120期間，iu為正，iu波形的形狀與同時(shí)段的ud波形相同，在VT4處于通態(tài)的120期間，iu波形的形狀也與同時(shí)段的ud波形相同，但為負(fù)值。

2.2.2三相橋式全控整流電路（三相全橋）

第56頁(yè)，共89頁(yè)，2023年，2月20日，星期一4)α=60時(shí)工作情況

ud波形中每段線電壓的波形繼續(xù)后移，ud平均值繼續(xù)降低。α=60時(shí)ud出現(xiàn)為零的點(diǎn)。

（因?yàn)樵谠擖c(diǎn)處，線電壓為零）圖2-20三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載α=60時(shí)的波形

2.2.2三相橋式全控整流電路（三相全橋）

第57頁(yè)，共89頁(yè)，2023年，2月20日，星期一5)當(dāng)α>60時(shí)，如α=90時(shí)電阻負(fù)載情況下的工作波形如圖2-21所示：圖2-21三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載α=90時(shí)的波形

2.2.2三相橋式全控整流電路（三相全橋）

第58頁(yè)，共89頁(yè)，2023年，2月20日，星期一6)小結(jié)當(dāng)α≤60時(shí)，ud波形均連續(xù)，對(duì)于電阻負(fù)載，id波形與ud波形一樣，也連續(xù)；當(dāng)α>60時(shí)，ud波形每60中有一段為零，ud波形不能出現(xiàn)負(fù)值；帶電阻負(fù)載時(shí)三相橋式全控整流電路α

角的移相范圍是120

2.2.2三相橋式全控整流電路（三相全橋）

第59頁(yè)，共89頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2．電感性負(fù)載時(shí)的工作情況1)α≤60時(shí)ud波形連續(xù)，工作情況與帶電阻負(fù)載時(shí)十分相似，各晶閘管的通斷情況、輸出整流電壓ud波形、晶閘管承受的電壓波形等都一樣；區(qū)別在于：由于負(fù)載不同，同樣的整流輸出電壓加到負(fù)載上，得到的負(fù)載電流id波形不同。電感性負(fù)載時(shí)，由于電感的作用，使得負(fù)載電流波形變得平直，當(dāng)電感足夠大的時(shí)候，負(fù)載電流的波形可近似為一條水平線。

2.2.2三相橋式全控整流電路（三相全橋）

第60頁(yè)，共89頁(yè)，2023年，2月20日，星期一圖2-22三相橋式全控整流電路帶電感性負(fù)載

α=0時(shí)的波形圖2-23三相橋式全控整流電路帶電感性負(fù)載α=30時(shí)的波形

2.2.2三相橋式全控整流電路（三相全橋）

第61頁(yè)，共89頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.2.2三相橋式全控整流電路2)α>60時(shí)電感性負(fù)載時(shí)的工作情況與電阻負(fù)載時(shí)不同，電阻負(fù)載時(shí)ud波形不會(huì)出現(xiàn)負(fù)的部分，而電感性負(fù)載時(shí)，由于電感L的作用，ud波形會(huì)出現(xiàn)負(fù)的部分；帶電感性負(fù)載時(shí)，三相橋式全控整流電路的α角移相范圍為90。因?yàn)樵讦粒?0時(shí)，Ud波形上下對(duì)稱，平均值為零。圖2-24三相橋式整流電路帶電感性負(fù)載，α=90時(shí)的波形

第62頁(yè)，共89頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3．基本參數(shù)關(guān)系當(dāng)整流輸出電壓連續(xù)時(shí)（即帶電感性負(fù)載時(shí)，或帶電阻負(fù)載α≤60時(shí)）的平均值為：

帶電阻負(fù)載且α>60時(shí)，整流電壓平均值為：

輸出電流平均值為：Id=Ud/R（2-28）（2-29）

2.2.2三相橋式全控整流電路（三相全橋）

第63頁(yè)，共89頁(yè)，2023年，2月20日，星期一當(dāng)整流變壓器為圖2-17中所示采用星形接法，帶電感性負(fù)載時(shí)，變壓器二次側(cè)電流波形如圖2-23中所示，為正負(fù)半周各寬120、前沿相差180的矩形波，其有效值為：（2-30）晶閘管電壓、電流等的定量分析與三相半波時(shí)一致。三相橋式全控整流電路接反電勢(shì)電感性負(fù)載時(shí)，在負(fù)載電感足夠大足以使負(fù)載電流連續(xù)的情況下，電路工作情況與電感性負(fù)載時(shí)相似，電路中各處電壓、電流波形均相同，僅在計(jì)算Id時(shí)有所不同，接反電勢(shì)電感性負(fù)載時(shí)的Id為：（2-31）式中R和E分別為負(fù)載中的電阻值和反電動(dòng)勢(shì)的值。

2.2.2三相橋式全控整流電路（三相全橋）

第64頁(yè)，共89頁(yè)，2023年，2月20日，星期一圖2-1單相半波可控整流電路及波形（1）在U2的正半周，VT承受正向電壓，0～ωt1期間，無(wú)觸發(fā)脈沖，VT處于正向阻斷狀態(tài)，UVT＝U2，Ud=0;（2）ωt1以后，VT由于觸發(fā)脈沖UG的作用而導(dǎo)通，則Ud=U2,UVT=0,Id=U2/R，一直到π時(shí)刻；（3）π～2π期間，U2反向，VT由