電力電子技術第章3

第二章單相可控整流電路2023年5月22日2第2章單相可控整流電路·引言整流電路的分類：按組成的器件可分為不可控、半控、全控三種。按電路結構可分為橋式電路和零式電路。按交流輸入相數(shù)分為單相電路和多相電路。整流電路：出現(xiàn)最早的電力電子電路，將交流電變?yōu)橹绷麟姟?023年5月22日32.單相可控整流電路

2.1單相半波可控整流電路

2.2單相橋式全控整流電路

2.3單相橋式半控整流電路2023年5月22日42.1單相半波可控整流電路圖2-1

單相半波可控整流電路及波形1）帶電阻負載的工作情況變壓器T起變換電壓和電氣隔離的作用。電阻負載的特點：電壓與電流成正比，兩者波形相同。wwwwtTVTR0a)u1u2uVTudidwt1p2ptttu2uguduVTaq0b)c)d)e)00

單相半波可控整流電路(SinglePhaseHalfWaveControlledRectifier)2023年5月22日5理想晶閘管假設：正向和反向阻斷時電阻為無窮大，漏電流為零正向導通時管壓降為零開通和關斷瞬時完成du/dt、di/dt承受能力為無窮大如將晶閘管換為二極管，則二極管開始流過電流的時刻稱為“自然換流點”。?此電路中，交流電壓由負電壓過零的時刻即為自然換流點。2023年5月22日60°～180°，晶閘管正向偏置如果門極有觸發(fā)電壓，則導通如果門極無觸發(fā)電壓，則阻斷180°～360°，晶閘管反向偏置不論有無門極觸發(fā)電壓，均阻斷不同的α對應于不同的電壓輸出波形改變α便可改變輸出電壓ud的大小。移相范圍：

能使輸出電壓從最大到最小的延遲角的變化范圍180°概念總結自然換流點延遲角移相范圍導通角TVTRa)u1u2uVTudidwwwwt0wt1p2ptttu2uguduVTaq0b)c)d)e)002023年5月22日82.1單相半波可控整流電路

VT的a移相范圍為180,U2為變壓器次級相電壓的有效值通過控制觸發(fā)脈沖的相位來控制直流輸出電壓大小的方式稱為相位控制方式，簡稱相控方式。

首先，引入兩個重要的基本概念：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,也稱觸發(fā)角或控制角。導通角：晶閘管在一個電源周期中處于通態(tài)的電角度，用θ表示?；緮?shù)量關系直流輸出電壓平均值為(2-1)負載電流平均值(2-2)2023年5月22日92023年5月22日102.1單相半波可控整流電路2)帶阻感負載的工作情況（電機及勵磁繞組）

圖2-2

帶阻感負載的單相半波電路及其波形阻感負載的特點：電感對電流變化有抗拒作用，使得流過電感的電流不發(fā)生突變。（電感對電流的平波作用）討論負載阻抗角j、觸發(fā)角a、晶閘管導通角θ的關系。wttwwtwtwu20wt1p2ptug0ud0id0uVT0qab)c)d)e)f)++2023年5月22日112.1單相半波可控整流電路對單相半波電路的分析可基于上述方法進行：當VT處于斷態(tài)時，相當于電路在VT處斷開，id=0。當VT處于通態(tài)時，相當于VT短路。單相半波可控整流電路的分段線性等效電路a)VT處于關斷狀態(tài)b)VT處于導通狀態(tài)電力電子電路的一種基本分析方法通過器件的理想化，將電路簡化為分段線性電路。器件的每種狀態(tài)對應于一種線性電路拓撲。2023年5月22日122.1單相半波可控整流電路當VT處于通態(tài)時，如下方程成立：VTRLu2b)VT處于導通狀態(tài)初始條件：ωt=a

，id=0。求解上式并將初始條件代入可得當ωt=θ+a

時，id=0，代入式（2-3）并整理得其中，2023年5月22日132.1單相半波可控整流電路續(xù)流二極管u2udiduVTiVTIdIdwt1wtwtwtwtwtwtOOOOOOp-ap+ab)c)d)e)f)g)iVDRa)圖2-3

單相半波帶阻感負載有續(xù)流二極管的電路及波形當u2過零變負時，VDR導通，ud為零，VT承受反壓關斷。L儲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。

數(shù)量關系(id近似恒為Id）（2-2）（2-4）（2-3）（2-5）平均值有效值2023年5月22日142.1單相半波可控整流電路VT的a移相范圍為180。簡單，但輸出脈動大，變壓器二次側電流中含直流分量，造成變壓器鐵芯直流磁化。故實際上應用很少，分析該電路的主要目的建立起整流電路的基本概念。單相半波可控整流電路的特點單相半波可控整流電路小結前往2023年5月22日152.2單相橋式全控整流電路1)帶電阻負載的工作情況a)u(i)pwtwtwt000i2udidb)c)d)ddaauVT1,4圖2-4

單相全控橋式帶電阻負載時的電路及波形工作原理及波形分析VT1和VT4組成一對橋臂，在u2正半周承受電壓u2，得到觸發(fā)脈沖即導通，當u2過零時關斷。VT2和VT3組成另一對橋臂，在u2正半周承受電壓-u2，得到觸發(fā)脈沖即導通，當u2過零時關斷。電路結構單相橋式全控整流電路(SinglePhaseBridgeContrelledRectifier)20習23趣年5愿月1交9日1620咬23捕年5邊月1善9日172.馬2單相尺橋式紛全控堆整流儉電路數(shù)量允關系（2-6）a角的獵移相那范圍壺為18蠅0。向負敢載輸甘出的頌平均旬電流傘值為縱：流過晌晶閘糞管的迎電流抗平均鍋值只蔬有輸梨出直朽流平揚均值婚的一隨半，泡即：（2-8）(2-7)pwtwtwt000i2udidb)c)d)ddaauVT1,420鵲23乒年5勵月1具9日182.宣2單相浮橋式衡全控夕整流糠電路流過往晶閘盲管的究電流息有效躁值：變壓科器二營次側漆電流編有效遞值I2與輸年出直千流電身流I有效鍵值相嗽等：由式同（2-植8）和囑式（2-見9）得蜻：不考抄慮變刷壓器筋的損幕耗時料，要材求變稼壓器跪的容怠量S=U2I2。（2-9）（2-10）pwtwtwt000i2udidb)c)d)ddaauVT1,420蠻23重年5債月1扛9日192.捎2單相愁橋式皺全控育整流肯電路2）帶林阻感卷負載寫的工壺作情熟況u2OwtOwtOwtudidi2b)OwtOwtuVT1,4OwtOwtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4圖2-縣6單相伸全控縫橋帶腐阻感遞負載亮時的鞭電路圓及波查形20免23往年5藍月1蹈9日202.暖2單相品橋式郵全控秧整流漁電路2）帶風阻感毫負載科的工涂作情倘況u2OwtOwtOwtudidi2b)OwtOwtuVT1,4OwtOwtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4圖2-答6單相司全控查橋帶阻感深負載邪時的肥電路忠及波源形假設蠻電路旋已工哭作于醋穩(wěn)態(tài)番，id的平妹均值疑不變念。假設晝負載絲式電感睛很大沖，負義載電梢流id連續(xù)廟且波世形近失似為梢一水蘿平線。u2過零擦變負斑時，桑晶閘查管VT1和VT4并不切關斷快。至ωt=π+a時刻腸，晶律閘管VT1和VT4關斷交，VT2和VT3兩管珍導通。VT2和VT3導通橡后，VT1和VT4承受紛反壓竟關斷賴，流沿過VT1和VT4的電汽流迅桐速轉具移到VT2和VT3上，此過叢程稱換相，亦線稱換流。20瓣23船年5伴月1揭9日212.少2單相裳橋式貫全控迎整流肅電路數(shù)量批關系（2-枝12）晶閘禮管移走相范累圍為90(大于90耍時,U皮d=昂0)。晶閘炸管導澡通角θ與a無關絡，均雁為18觀0。電兔流的桌平均前值和車有效速值：變壓電器二洞次側休電流i2的波米形為兼正負加各18胡0的矩眠形波者，其酒相位勝由a角決堡定，具有效趁值I2=Id。晶閘管承受的最大正反向電壓均為。2OwtOwtOwtudidi2b)OwtOwtuVT1,4OwtOwtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4Id＝Ud煮/R20汪23傷年5增月1燙9日222.碧2單相秩橋式味全控患整流望電路3）救帶反練電動酒勢負過載時行的工宵作情木況圖2-榮8單相辛橋式生全控篇整流縫電路覺接反彎電動攏勢—電阻字負載資時的估電路稀及波奔形在|u2|>E時，頭才有群晶閘漲管承受正倍電壓她，有似導通優(yōu)的可留能。在a角相勤同時托，整煤流輸廉出電掘壓比喜電阻蘿負載階時大肯。導通之后，

ud=u2，，直至|u2|=E，id即降至0使得晶閘管關斷，此后ud=E。與電串阻負倍載時宵相比妄，晶帝閘管報提前睜了電薦角度δ停止綁導電掠，δ稱為政停止風導電則角，b)idOEudwtIdOwtaqd20庫23執(zhí)年5杜月1屬9日232.見2單相淘橋式后全控藥整流柱電路當α<d時，鉆觸發(fā)鴿脈沖刮到來球時，厭晶閘掘管承贊受負太電壓惠，不緩可能抱導通委。圖2-辭8b單相遺橋式齒全控楚整流網(wǎng)電路涼接反興電動柏勢—電阻負載鞋時的亂波形電流扔斷續(xù)觸發(fā)囑脈沖吵有足晝夠的相寬度卵，保驕證當wt=d時刻牲有晶傅閘管老開始警承受踩正電延壓時番，觸德發(fā)脈提沖仍設然存囑在。玻這樣族，相后當于觸發(fā)憑角被廟推遲饞為d。如圖2-前8b所示id波形搭所示把：電流咱連續(xù)ub)idOEdwtIdOwtαqd20汪23法年5群月1蒜9日242.奸2單相斑橋式浴全控儀整流越電路負載晚為直渣流電壯動機斯時，如果慌出現(xiàn)鑒電流蹈斷續(xù)您，則岸電動博機米的機雕械特葉性將蘇很軟咳。為了柔克服淺此缺掌點，叔一般憂在主拌電路喊中直翅流輸捷出側串聯(lián)一個平波葵電抗鍬器。這時痰整流漫電壓ud的波貌形和解負載吳電流id的波遮形與辛阻感味負載森電流瞧連續(xù)側時的沸波形灑相同盈，ud的計觀算公瓣式也積一樣毀。為保瓦證電棒流連袍續(xù)所秩需的赴電感貫量L可由攻下式懸求出勞：圖2-8

單相橋式全控整流電路帶反電動勢負載串平波電抗器，電流連續(xù)的臨界情況twwOud0Eidtpdaq=p20伙23頸年5絡月1盆9日252.襖3單相轎橋式氧半控狀整流悅電路電路國結構單相律全控羨橋中鴨，每盜個導荒電回心路中昏有2個晶道閘管支，1個晶株閘管駛可以熟用二段極管你代替批，從聽而簡呀化整糧個電覺路。如此填即成滅為單相臣橋式矩半控悠整流在電路（先優(yōu)不考淺慮VDR）。單相邪橋式棄半控暮整流啦電路糧電阻萌負載絞時的壁電路階及波版形電阻準負載半控法電路姨與全怒控電縮慧路在電阻困負載時的濾工作悅情況相同。20舊23警年5浴月1燈9日262.胞3單相果橋式影半控盞整流累電路單相蘆半控稱橋帶阻感羞負載的情扔況單相敵橋式虜半控殘整流鄰電路襖，有懷續(xù)流贏二極躲管，迅阻感著負載垮時的杠電路治及波冠形在u2正半算周，u2經(jīng)VT1和VD4向負立載供浮電。u2過零洲變負灰時，劫因電因感作指用電慌流不維再流靈經(jīng)變嫁壓器貸二次化繞組溝，而但是由VT1和VD2續(xù)流奮。在u2負半磨周觸釣發(fā)角a時刻土觸發(fā)VT3，VT3導通動，u2經(jīng)VT3和VD2向負畝載供滾電。u2過零朝變正血時，VD4導通煮，VD2關斷包。VT3和VD4續(xù)流融，ud又為隙零。Ob)2OudidIdOOOOOi2IdIdIdIIdawtwtwtwtwtwtwtap-ap-aiVT1iVD4iVT2iVD3iVDR試畫鑒出晶罵閘管共電壓大波形20錄23制年5扶月1翁9日272.屢3單相伍橋式蚊半控寇整流節(jié)電路續(xù)流側二極劣管的州作用避免臨可能患發(fā)生治的失敢控現(xiàn)極象。若無救續(xù)流鏈二極墓管，吊則當a突然殘增大消至18匪0或觸鋼發(fā)脈博沖丟遞失時泄，會伙發(fā)生庭一個耀晶閘今管持去續(xù)導煩通而晝兩個紫二極布管輪棗流導形通的均情況窗，這山使ud成為爽正弦縮慧半波群，其鹿平均亮值保換持恒缸定，饒稱為失控。有續(xù)高流二槍極管VDR時，螞續(xù)流捐過程挪由VDR完成殘，避爸免了過失控側的現(xiàn)踏象。續(xù)流首期間澇導電懸回路躺中只王有一婚個管烘壓降不，有雙利于告降低義損耗論。20默23屢年5妨月1慌9日282.盟3單相階橋式廁半控食整流引電路單相濁橋式紡半控貝整流疾電路動的另鎮(zhèn)一種馬接法相當序于把算圖2-程5a中的VT3和VT4換為彩二極喪管VD3和VD4，這燥樣可令以省拳去續(xù)券流二賄極管VDR，續(xù)殖流由VD3和VD4來實屢現(xiàn)。單相狡全控流橋式帶電鑰阻負織載時惜的電描路及代波形單相橋式半控整流電路的另一接法20煩23貢年5丟月1貫9日29單相勒半波哄可控隔整流白電路盼及波匆形返回晶閘晉管電點流有飄效值交流易側相熊電流淘有效憐值晶閘墾管最繩大正害反向酬電壓移相巧范圍扛：a移相屋范圍焦為18塊020業(yè)23卻年5欄月1肉9日30單相甘半波冠帶阻祖感負緒載的喉電路妥及其售波形返回導通豪角與沉阻抗穴角有臣關20動23霸年5騎月1達9日31單相吐半波淋帶阻贏感負等載有婚續(xù)流室二極位管的貞電路誓及波器形晶閘坡管電征流有星效值交流險側相培電流怠有效灣值晶閘課管最碼大正索反向慮電壓移相福范圍良：18切0帶阻森感負城載有士續(xù)流抖管數(shù)周量關頑系續(xù)流廢管電諷流平涉均值續(xù)流故管電換流有稍效值返回20少23婦年5糠月1砍9日32單相抽全控轎橋式帶電廚阻負種載時的洽電路都及波丈形返回動畫晶閘障管電續(xù)流有哥效值交流映側相籍電流澤有效雞值晶閘敞管最互大正竄反向饅電壓移相嫁范圍碗：18脾020泰23流年5辛月1刑9日33單相極全控享橋帶椒阻感裕負載嶼時的企電路遠及波胖形（滴無續(xù)貞流管譜）返回動畫晶閘紛管電杰流有撤效值交流寸側相省電流霉有效仇值晶閘儉管最紅大正少反向熊電壓移相斥范圍馳：9020嬸23號年5明月1唐9日34單相觸橋式徹全控型整流旨電路令接反衡電動庫勢—電阻鋪負載蛋時的辨電路輝及波暢形返回20勺23冷年5僅月1督9日35單相駱橋式德全控奇整流化電路猜帶反見電動跌勢負穿載串獎平波命電抗弓器，濤電流化連續(xù)賞的臨圍界情錄況返回20贏23踐年5幕月1覆9日36單相滋全波御可控頌整流介電路叨及波辮形返回20屢23承年5抵月1符9日37單相敵橋式射半控價整流險電路泊，電光阻負妄載時叨的電亞路及編波形返回試畫爸出晶綢閘管啄電壓扯波形?20抽23仿年5春月1先9日38單相戶橋式犯半控澆整流緣瑞電路易，有東續(xù)流榜二極預管，掙阻感祖負載葬時的典電路鴿及波遮形返回試畫酸出晶嘉閘管賭電壓具波形?20匙23慕年5疲月1展9日39單相充橋式植半控慨整流森電路傻的另勤一接嫌法返回20銀23宰年5蒜月1氧9日40返回20技23惡年5宵月1佩9日41返回20怖23摩年5檔月1每9日431.電阻敗負載禍的特貝點是電壓嘩與電鐵流成透正比枯，兩糾者波繳形相于同，在刑單相早半波儲可控荷整流爽電阻軟性負碗載電因路中善，晶肝閘管械控制書角α的最鑼大移番相范務圍是0°菠~1魄80°。2.阻感公負載柏的特唇點是電感庭電流筆不能爛突變，在陵單相鋒半波處可控城整流生帶阻尺感負納載并毫聯(lián)續(xù)國流二封極管儉的電歪路中耗，晶脆閘管叉控制氣角α的最多大移俘相范非圍是0°落~1揭80°，其沸承受榆的最修大正收反向秒電壓庫均為缺，心續(xù)流妄二極星管承仔受的玩最大代反向遍電壓勒為匠（棍設U2為相棉電壓帆有效目值）薪。3.單相存橋式畝全控咳整流資電路還中，怠帶純?yōu)畴娮杩钬撦d傍時，α角移野相范端圍為0°呈~愈18短0°，單直個晶鑼閘管屋所承局受的深最大以正向錦電壓檔和反宏向電戀壓分藏別為予和嗽；帶柿阻感授負載牛時，α角移顧相范雨圍為0°撲~9務0°，單享個晶捏閘管蝴所承劇受的擋最大佛正向煉電壓嘆和反賣向電胃壓分殺別為疫和益；許帶反肝電動刷勢負白載時巖，欲房誠使電陳阻上剖的電房誠流不卸出現(xiàn)需斷續(xù)館現(xiàn)象摸，可蛙在主亞電路座中直濤流輸案出側心串聯(lián)枯一個平波梯電抗晨器。20世23愧年5千月1生9日444.單相取全控闖橋反里電動席勢負飯載電籌路中鄉(xiāng)豐，當住控制赤角α大于罵不導扮電角d時，居晶閘修管的擋導通骨角q=;當控浴制角a小于磚不導傳電角d時，漏晶閘屈管的且導通攝角q=0。5.從輸文入輸來出上躍看，插單相義橋式現(xiàn)全控腸整流好電路東的波齒形與單向霸全波劈燕可控督整流迅電路的波料形基逼本相壞同，孤只是貼后者朝適用遼于低輸出忽電壓膽的場普合。20旁23闖年5銜月1嗓9日451.單相臥半波瀉可控醋整流略電路虧對電歉感負躲載供章電,L＝20橋m即H，U＝10厘0V踩,求當α＝0°和60°時的甜負載腔電流Id,并畫搭出ud與id波形錫。解：α＝0°時，怠在電祥源電省壓u2的正筒半周層期晶廢閘管歪導通睛時，精負載愈電感L儲能角，在遍晶閘介管開聲始導卸通時冰刻，油負載璃電流溜為零過。在斷電源刮電壓u2的負越半周調期，添負載策電感L釋放孤能量禾，晶掩閘管習繼續(xù)離導通呼。因依此，餃在電袍源電陡壓u2的一恭個周友期里滲，以尤下方念程均項成立蕉：20喜23肚年5杯月1臉9日46考慮墳到初劫始條娘件：機當wt＝0時id＝0可解鳴方程痛得：ud與id的波博形如靈下圖產(chǎn)：20漲23催年5詞月1友9日47當α＝60惠°時，驅在u2正半傍周期60鼓°~輸18次0°期間元晶閘勵管導蕉通使段電感L儲能藏，電延感L儲藏蛾的能飲量在u2負半邀周期18陶0°薄~3莊00域°期間脫釋放宰，因潤此在u2一個濤周期長中60予°~周30知0°期間丹以下俯微分壩方程編成立叮：考慮渾初始通條件脆：當wt＝60爛°時id＝0可解餐方程嗓得：其平裁均值防為20口23堆年5奶月1塵9日48此時ud與id的波型形如蛾下圖李：儲能釋放純電笨感電甚路20制23啟年5戶月1顯9日492．圖2-怕17為具覽有變曲壓器算中心卵抽頭質的單晶相全晝波可廟控整炕流電簡路，廳問該燒變壓史器還絹有直料流磁回化問竄題嗎闊？試廈說明題：①腿晶閘拾管承宰受的稈最大是反向讓電壓詳為2；②澆當負受載是寄電阻示或電宰感時房誠，其性輸出粉電壓紋和電雖流的悠波形秧與單廈相全禿控橋抗時相鐘同。答：涼具有梨變壓寸器中愧心抽宅頭的哈單相執(zhí)全波奇可控訓整流嗓電路中，該艷變壓牲器沒后有直波流磁晌化的蔽問題四。因為葡單相竭全波負可控殼整流棋電路粉變壓磚器二論次測畢繞組組中，兼正負好半周怠內上耐下繞工組內切電流儉的方胞向相闖反，薪波形跪對稱貧，其怪一個鞭周期丈內的艇平均蔑電流即為零果，故既不會踐有直甚流磁監(jiān)化的擠問題斃。晶閘遇管承晌受最爸大反急向電顛壓及沖輸出展電壓叨和電酒流波抱形的媽情況:①以晶皮閘管VT帖2為例那。當VT途1導通麻時，媽晶閘留管VT糊2通過VT負1與2個變蜘壓器舉二次肌繞組敏并聯(lián)砍，所征以VT要2承受思的最潮大電黃壓為20師23餐年5卵月1膝9日50②當單爺相全涂波整悼流電喚路與墾單相街全控緒橋式龜整流漲電路增的觸漠發(fā)角a相同拘時，維對于烈電阻鮮負載放：（0~凝α）期巷間無記晶閘須管導醬通，糞輸出撥電壓經(jīng)為0；（α~專π）期們間，恐單相殿全波彈電路援中VT寸1導通鄰，單游相全貓控橋咱電路伐中VT降1、VT跨4導通紗，輸術出電太壓均牢與電罩源電維壓u2相等弦；(π犯~π＋α)期間忽，均卸無晶握閘管條導通霜，輸進出電她壓為0；(π＋α您~奸2π影)期間,單相蛛全波盼電路川中VT蚊2導通,單相繭全控西橋電幸路中VT員2、VT王3導通,輸出項電壓倡等于-u2。對于孩電感壤負載淚：（α綱~飯π＋α）期肉間，蟲單相況全波熱電路有中VT買1導通慎，單通相全箱控橋豈電路蔑中VT副1、VT無4導通旱，輸暈出電秘壓均澡與電怕源電磨壓u2相等等；（π＋α稀~靠2π＋α）期奮間，闖單相譽全波畢電路仙中VT鍵2導通疊，單融相全廢控橋帶電路鼓中VT懲2、VT內3導通卵，輸饅出波斷形等效于-u2?？梢娭椋瑑傻终叩墓蛰敵雒纂妷耗嗤?，加邪到同朝樣的夫負載竟上時襖，則以輸出販電流瞇也相間同。20譜23邁年5貍月1嶼9日51320哀23救年5頂月1和9日524.單相歷橋式均全控霧整流賠電路文，U2＝10拾0V部,負載極中R＝2Ω，L值極食大，夾當α＝30攻°時，屠要求史：①暖作出ud、id、和i2的波匹形；紅②求奴整流胞輸出縫平均纖電壓Ud、電蹄流Id，變渡壓器披二次欄電流宏有效無值I2；③霉考慮夫安全參裕量左，確旱定晶腰閘管譯的額鮮定電魂壓和爛額定早電流各。解:①ud、id、和i2的波蓬形如鑼下圖恐：②輸野出平礎均電新壓Ud、電豪流Id，變壓垃器二難次電勁流有垂效值I2分別能為Ud＝0.捷9U2跑co尿sα＝0.沈9×叫10登0×co富s3籮0°＝77捆.9斜7（V）Id＝Ud該/R＝77以.9喝7/仇2＝38渣.9詠9（A）I2