電力電子第3章 1單相整流1

3可控整流電路（AC-DC）(一）ControlledRectifier主講：孫向東、伍文俊

、寧耀斌2第三章整流電路(Rectifier)整流電路：將交流電能變?yōu)橹绷麟娔埽┙o直流用電設(shè)備的電路，也稱交流-直流變換電路（AC/DC)。整流電路的分類

◆按器件可控性：不可控、半控、全控三種。◆按電路結(jié)構(gòu)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?！舭醋儔浩鞫蝹?cè)電流的方向是單向或雙向，又分為單拍電路和雙拍電路或半波電路和全波電路。3

§3.1單相可控整流電路

（Single-PhaseControlledRectifier）

經(jīng)典單相可控整流電路單相半波可控整流單相全波可控整流單相橋式全控整流單相橋式半控整流√√目錄相控整流基本知識(shí)單相半波整流電路單相橋式全控整流電路例題小結(jié)45一、BasicKnowledgeofPhase-controlledRectifier：A、自然換相點(diǎn)：

晶閘管開始承受正向電壓的時(shí)刻；單相半波：交流電源由負(fù)變正的過零點(diǎn)；

單相全波，單相全控，單相半控：交流電源的過零點(diǎn)；6B、控制角α(延遲角，觸發(fā)角):

自然換相點(diǎn)至晶閘管開始導(dǎo)通時(shí)刻為止的時(shí)間角度；C、導(dǎo)通角θ：晶閘管導(dǎo)通的時(shí)間角度；D、移相：控制角α

的變化；E、同步：主電路與控制電路固定的相位關(guān)系。Back7二、單相半波整流電路負(fù)載電壓平均值Ud電阻負(fù)載8單相半波整流電路（阻感負(fù)載）VT導(dǎo)通，ud=u2；ωt

=

a

，id=0解得：其中：初始條件：9終值條件：ωt

=

a+θ，id=0。導(dǎo)通角與負(fù)載阻抗角及控制角的關(guān)系：超越方程，需計(jì)算機(jī)求解。10反并聯(lián)二極管單相半波整流電路VTia)Tu1u2uVTLRdudVDiRVDRL極大續(xù)流二極管小結(jié)：?jiǎn)蜗喟氩煽卣麟娐泛?jiǎn)單，但輸出脈動(dòng)大，變壓器二次電流含直流分量，造成變壓器鐵心直流磁化。為防止飽和，需增大鐵心。實(shí)際中很少采用。Back11三、單相橋式全控整流電路（一）電阻負(fù)載1、電路結(jié)構(gòu)分析1）負(fù)載得電：上橋和下橋各有一個(gè)管子導(dǎo)通；

VT1，VT4同時(shí)導(dǎo)通；VT2，VT3同時(shí)導(dǎo)通.2）自然換相點(diǎn)：

VT1，VT4：相電壓由負(fù)半周向正半周轉(zhuǎn)換的過零點(diǎn)；

VT2，VT3：相電壓由正半周向負(fù)半周轉(zhuǎn)換的過零點(diǎn)。121）負(fù)載電壓平均值3）負(fù)載電流平均值2）移相范圍0o

α

180o

2、工作原理及波形分析13電流平均值：最大正向電壓（2個(gè)晶閘管承受同時(shí)承受電壓）：4）晶閘管電流有效值：5）功率因數(shù)(PowerFactor---PF)最大反向電壓：2個(gè)管子承受電壓

--R-loadEnd--單相橋式全控電阻負(fù)載.psimsch141、工作原理及波形分析VT1、VT4導(dǎo)通，ud=u2；初始條件：ωt

=

a

，id=0解得：其中：（二）阻感負(fù)載（L極大）15終值條件：ωt

=

a+θ，id=0。導(dǎo)通角與負(fù)載阻抗角及控制角的關(guān)系：由上式，當(dāng)θ=180o時(shí)，解得：16單相橋式全控整流電路電流連續(xù)與斷續(xù)的邊界條件：

電流臨界連續(xù)；電流連續(xù)--CCM；電流斷續(xù)--DCM。兩種運(yùn)行狀態(tài)：電流連續(xù)(ContinuousConductionMode—CCM)電流斷續(xù)(DiscontinuousConductionMode—DCM)導(dǎo)通角與控制角和負(fù)載的關(guān)系：

控制角越大，導(dǎo)通時(shí)間越短；負(fù)載電阻越大，導(dǎo)通時(shí)間越短；負(fù)載電感越大，導(dǎo)通時(shí)間越長。負(fù)載電流與電感的關(guān)系：電感越大，電流越平直。17例α=

45o，CCM運(yùn)行狀態(tài)電流連續(xù)，則：VT1，VT4導(dǎo)通：ud=uab=u2，i2=id；VT2，VT3導(dǎo)通：ud=uba=-u2

，i2=-id。

負(fù)載電感L中感應(yīng)電勢(shì)的作用，使得交流電壓過零時(shí)晶閘管不會(huì)關(guān)斷!VT1，VT4與VT2，VT3輪流導(dǎo)通。換流183、數(shù)值分析1）負(fù)載電壓平均值α=0o，Ud=0.9U2(最大)；α=90o，Ud=0(最小)。最大與最??？2）負(fù)載電流平均值3）移相范圍0o

α

90o

（90o以后電流斷續(xù)，可達(dá)到180o）電流平均值：電壓：4）晶閘管電流有效值：196）功率因數(shù)(PowerFactor---PF)顯然，功率因數(shù)始終小于1。負(fù)載電感的原因？而：故：5）變壓器無直流磁化，利用率最大。20討論：負(fù)載電流斷續(xù)狀態(tài)電流斷續(xù)--DCM1）負(fù)載電壓平均值2）移相范圍3）負(fù)載電流平均值4）晶閘管電壓、電流參數(shù)5）功率因數(shù)(PowerFactor---PF)--RL-loadEnd--單相橋式全控電阻-電感負(fù)載.psimsch21（三）反電動(dòng)勢(shì)阻感負(fù)載（L極大）|u2|>E時(shí)，晶閘管才有導(dǎo)通的可能；與阻感負(fù)載相比，晶閘管導(dǎo)通角減?。划?dāng)

<

時(shí)，觸發(fā)脈沖必須為寬脈沖，脈沖寬度大于

-。當(dāng)ωt=時(shí)，觸發(fā)脈沖依然存在，晶閘管才能導(dǎo)通，相當(dāng)于晶閘管觸發(fā)角被推遲為。1、電路分析停止導(dǎo)電角：22解決辦法：串電感VT1、VT4導(dǎo)通和VT2、VT3導(dǎo)通時(shí)的回路方程：與阻感負(fù)載差別？解？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)械特性將很軟，其危害：A、機(jī)械特性變軟；B、換向電流大；C、電機(jī)振動(dòng)大。232、波形分析阻感反電勢(shì)負(fù)載（L極大）阻感反電勢(shì)負(fù)載（連續(xù)）阻感反電勢(shì)負(fù)載（斷續(xù)）電阻反電勢(shì)負(fù)載

結(jié)論：

如果負(fù)載電流連續(xù)，則負(fù)載電壓、電流等波形與阻感負(fù)載電流連續(xù)情況一致。負(fù)載電流因反電勢(shì)的影響有所減小。如果負(fù)載電流斷續(xù)，則要視具體情況定。243、數(shù)值分析1）負(fù)載電壓平均值2）負(fù)載電流平均值α=0o，Ud=0.9U2(最大)；α=90o，Ud=0(最小)。變化處3）移相范圍0o

α

90o

（90o

以后斷續(xù)）

電流平均值：正反電壓：4）晶閘管電流有效值：5）變壓器無直流磁化，利用率最大。Back單相橋式全控電阻-反電勢(shì)負(fù)載.psimsch例題單相橋式全控整流電路，U2=100V，負(fù)載中R=2Ω，L極大，反電動(dòng)勢(shì)E=60V，當(dāng)α=30o時(shí)，求：

1）ud、id、i2的波形。

2）整流輸出平均電壓Ud、電流Id、變壓器二次側(cè)電流有效值I2。

3）考慮安全裕量，選擇晶閘管的額定電壓和額定電流。26單相全控橋式整流電路小結(jié)：1）變壓器利用率高，無直流磁化；2）輸出電壓脈動(dòng)平穩(wěn)，諧波較少；3）可能會(huì)造成電網(wǎng)不平衡。

故一般用于4kW以下系統(tǒng)中。--TheEnd--27作業(yè):

P.95習(xí)題1、3、528單相全控橋式整流電路29單相全控橋式整流電路波形（阻感負(fù)載）30單相全控橋式整流電路波形（電阻負(fù)載）31單相全控橋式整流阻感反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載（L極大）參數(shù)：U2m=200V，E=50V，L=10H，R=10Ω32單相全控橋式整流阻感反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載連續(xù)參數(shù)：U2m=200V，E=50V，L=0.3H，R=10Ω3