1、电力电子技术电力电子技术5.1 单相可控整流电路单相可控整流电路5.2 三相可控整流电路三相可控整流电路5.3 相控整流电路分析相控整流电路分析5.4 电容滤波的不可控整流电路电容滤波的不可控整流电路5.5 整流电路的有源逆变工作状态整流电路的有源逆变工作状态5.6 单相单相PWM整流电路整流电路 5.7 PWM整流电路整流电路本章小结本章小结 1第第5 5章章 整流电路整流电路电力电子技术电力电子技术2引引 言言交流交流-直流（直流（AC-DC）变换是把交流电变换为直流）变换是把交流电变换为直流电的变流过程，这个过程称为整流电的变流过程，这个过程称为整流。由二极管作为整流元件所获得的直流电压
2、值是固定由二极管作为整流元件所获得的直流电压值是固定的，这种变流方式称为的，这种变流方式称为不可控整流不可控整流。如果采用晶闸管作为整流元件，控制输出整流电压如果采用晶闸管作为整流元件，控制输出整流电压的大小，这种变流称为的大小，这种变流称为可控整流。可控整流。通过通过PWM整流整流的方式将交流电变换为直流电，称的方式将交流电变换为直流电，称为为PWM整流整流。整流电路应用十分广泛。整流电路应用十分广泛。电力电子技术电力电子技术35.1 单相可控整流电路单相可控整流电路5.1.1 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路5.1.2 单相全波可控整流电路单相全波可控整流电路5.1.3 其它单相可
3、控整流电路其它单相可控整流电路电力电子技术电力电子技术45.1.1 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路1电阻性负载电阻性负载(1)工作原理工作原理 电路分析电路分析 VT1和和VT4同开同断同开同断，VT2和和VT3同开同断同开同断。整流变压器整流变压器TR，u1为为初级电压，初级电压，u2次级电压，次级电压，U2有效值，有效值，Ud平均值，平均值，R负载电阻负载电阻 图图5-1 单相全控桥式单相全控桥式带电阻负载时的电路及波形带电阻负载时的电路及波形a）电路）电路 222sinuUt电力电子技术电力电子技术55.1.1 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路1电阻性负载电阻性负载(1
4、)工作原理工作原理 原理原理分析分析 0t阶段阶段。u2正半周，若正半周，若4个晶个晶闸管均不导通闸管均不导通VT1、VT4串联，串联，各承受各承受二分之一二分之一u2，ud id为零。为零。图图5-1 单相全控桥式单相全控桥式带电阻负载时的电路及波形带电阻负载时的电路及波形电力电子技术电力电子技术65.1.1 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路 t 阶段阶段。在在 处给处给VT1和和VT4触触发导通，电流从电发导通，电流从电源源a端经端经VT1、R、VT4流回流回b端端,ud=u2，uT1=0。t+阶段阶段。当当u2过零时，过零时，VT1和和VT4关断，关断，各承受二各承受二分之一分之
5、一u2，ud id为零。为零。图图5-1 单相全控桥式单相全控桥式带电阻负载时的电路及波形带电阻负载时的电路及波形图图5-1 单相全控桥式单相全控桥式带电阻负载时的电路带电阻负载时的电路电力电子技术电力电子技术+tE时，晶闸管承受正时，晶闸管承受正电压，才有导通可能。电压，才有导通可能。导通后，导通后，ud=u2，直至直至|u2|=E，id即降至即降至0，此后此后ud=E。a称称停止导电角停止导电角。dduEi R电力电子技术电力电子技术23(2)数值关系数值关系停止导电角停止导电角 输出整流电压平均值：输出整流电压平均值：晶闸管导通后，根据电压平衡关系晶闸管导通后，根据电压平衡关系,负载电流
6、为：负载电流为：整流电流平均值整流电流平均值5.1.1 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路(5-16)22d2sinuEUtEiRR(5-17)(5-15)(5-18)aad22a11(2sin)d()2(coscos)UEUtEtUE1a2sin2EUaa2dd2a2sin111d()d()2(coscos)UtEIittUERR电力电子技术电力电子技术244.反电势阻感负载反电势阻感负载一般在主电路中直流输出侧串联一个平波电抗器使电一般在主电路中直流输出侧串联一个平波电抗器使电流连续。流连续。为保证电流连续所需的为保证电流连续所需的电感量电感量L可由下式求出：可由下式求出：而而连续时
7、，连续时，其它参数（包括其它参数（包括ud）的计算式子与电感性负）的计算式子与电感性负载相同，载相同，ud和和id的理想波形也一样，晶闸管每次导通的理想波形也一样，晶闸管每次导通180。5.1.1 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路dmin23dmin21087.222IUIUL(5-19)ddUEIR(5-20)电力电子技术电力电子技术25 例题例题5-2：单相桥式全控整流电路，输入交流侧电压：单相桥式全控整流电路，输入交流侧电压 U2=110V，负载中电阻，负载中电阻R=3，电感电感L值极大，反电势值极大，反电势E=48V，当控制角，当控制角=30时，求：时，求：1）画出输出整流电压
8、）画出输出整流电压ud、电流、电流id和整流变压器二次侧电流和整流变压器二次侧电流i2的的波形；波形；2）计算整流输出平均电压）计算整流输出平均电压Ud、电流、电流Id和整流变压器二次侧电流和整流变压器二次侧电流有效值有效值 I2；5.1.1 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路3）考虑安全裕量，确定）考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和晶闸管的额定电压和额定电流。额定电流。解：解：1）输出整流电压）输出整流电压ud、电流电流id和和i2的波形如图的波形如图5-4。图图5-4 例题例题5-2单相桥式全控整流电路波形图单相桥式全控整流电路波形图 电力电子技术电力电子技术262）整流输出平均电
9、压）整流输出平均电压Ud、电流、电流Id和和I2分别为分别为 3）晶闸管承受的最大反向电压为）晶闸管承受的最大反向电压为流过每个晶闸管的电流的有效值为流过每个晶闸管的电流的有效值为故晶闸管的额定电压为故晶闸管的额定电压为晶闸管的额定电流为晶闸管的额定电流为晶闸管额定电压和电流的具体数值可按产品系列参数选取。晶闸管额定电压和电流的具体数值可按产品系列参数选取。5.1.1 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路d20.9cos0.9 110cos3085.7(V)uUodd85.7483=12.6(A)IUER2d=12.6(A)II22110 2=156(V)U Td/212.6/2=8.9(
10、A)IIN223223156=312468(V)UUN1.528.9 1.57=8.511.3(A)I电力电子技术电力电子技术27图图5-5 单相全波可控整流带电阻负载时电路及波形单相全波可控整流带电阻负载时电路及波形1无续流二极管的单相全无续流二极管的单相全波可控整流电路波可控整流电路(1)带电阻负载时带电阻负载时 电路分析电路分析 如图如图5-5a），），变压器变压器TR带带中心抽头中心抽头接负载一端。接负载一端。变压器次级另两端分别接变压器次级另两端分别接晶闸管。晶闸管。图中晶闸管共阴极连接。图中晶闸管共阴极连接。5.1.2 单相全波可控整流电路单相全波可控整流电路a）电力电子技术电力电
11、子技术28图图5-5 单相全波可控整流带电阻负载时电路及波形单相全波可控整流带电阻负载时电路及波形 工作原理工作原理u2正半周，正半周，VT1工作，变压器二次绕组上半部分流过工作，变压器二次绕组上半部分流过电流，路径电流，路径a-VT1 RO，ud=u2，iT1=id，uT2=2u2u2负半周，负半周，VT2工作，变压器二次绕组下半部分流过工作，变压器二次绕组下半部分流过反向电流反向电流.路径路径b VT2RO，ud=-u2，iT2=id，uT1=2u25.1.2 单相全波可控整流电路单相全波可控整流电路a）b）电力电子技术电力电子技术29图图5-5 单相全波可控整流带电阻负载时电路及波形单相
12、全波可控整流带电阻负载时电路及波形变压器也变压器也不存在直流磁化不存在直流磁化的问题。的问题。输出直流电压、电流与单相桥式全控整流电路相同输出直流电压、电流与单相桥式全控整流电路相同。晶闸管承受的最大正向电压为晶闸管承受的最大正向电压为2U2，最大反电为，最大反电为 22U2，=0-180o，=180o-5.1.2 单相全波可控整流电路单相全波可控整流电路b）电流连续时，计算电流连续时，计算公式与单相桥式全公式与单相桥式全控整流电路相同控整流电路相同,可以参照式（可以参照式（5-1）（）（5-8），但），但此处此处 i2=iT 电力电子技术电力电子技术305.1.2 单相全波可控整流电路单相全
13、波可控整流电路(2)电感电感性负载性负载 电路电路。如图如图5-6a）所示。）所示。工作情况工作情况与单相桥式与单相桥式相同相同。只要在只要在90时，或时，或L不够大时，管子不够大时，管子将将提早提早关断，关断，id波波形形断续断续，脉动较，脉动较大，大，如图如图5-6d）。图图5-6 单相全波可控整流带阻感负载时电路及波形单相全波可控整流带阻感负载时电路及波形电力电子技术电力电子技术335.1.2 单相全波可控整流电路单相全波可控整流电路数量关系数量关系晶闸管承受的最大晶闸管承受的最大正向电压正向电压和和反向电压反向电压分别为分别为 2U2和和22U2。当电感量极大，当电感量极大，在在 30
14、 的情的情况（图况（图5-12的的 =60）VT1、VT2、VT3分别分别在在 =60 被触发导通，比被触发导通，比 =0 后移了后移了60。当导通一相相电压过零变负当导通一相相电压过零变负时，该相晶闸管关断，但下时，该相晶闸管关断，但下一相晶闸管因未导通，此时一相晶闸管因未导通，此时输出电压电流为零。输出电压电流为零。负载电流负载电流断续断续，各晶闸管，各晶闸管导导通角通角小于小于120。5.2.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路图图5-12 三相半波可控整流电路，电阻负三相半波可控整流电路，电阻负载，载，=60 时的波形时的波形电力电子技术电力电子技术48(3)基本数量关系基本数
15、量关系电阻负载时电阻负载时 角的角的移相范围移相范围为为150。整流电压平均值整流电压平均值 30 时，负载电流时，负载电流连续连续，有：，有：当当 =0时，时，Ud最大，为最大，为Ud=Ud0=1.17U2。30 时负载电流时负载电流断续断续，晶闸管导通角减小，则，晶闸管导通角减小，则 (5-26)(5-27)5.2.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路56d222633 62sin()cos1.17cos22UUtdtUU6d2266332sind()2sind()22 UUttUtt20.6751cos()6U电力电子技术电力电子技术49 30 时，负载电流平均值为：时，负载电流
16、平均值为：150 30 时负载电流平均值为：时负载电流平均值为：晶闸管的平均电流晶闸管的平均电流晶闸管承受的最大晶闸管承受的最大反向电压反向电压为线电压峰值，即：为线电压峰值，即：晶闸管阳极与阴极间的最大电压等于相电压的峰值晶闸管阳极与阴极间的最大电压等于相电压的峰值 (5-28)(5-29)5.2.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路2d1.17cosUIR2d0.6751cos()6UIRdTd13II(5-30)22245.2632UUUURM(5-31)22UUFM(5-32)电力电子技术电力电子技术505.2.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路图图5-14 三相半波
17、可控整流电路共阴极接三相半波可控整流电路共阴极接法电阻负载时的电路及法电阻负载时的电路及=60 时的波形时的波形2.阻感负载阻感负载 (1)工作原理工作原理 电路如图电路如图5-14a)。负。负载存在大电感。载存在大电感。30时时,如图。如图。电力电子技术电力电子技术515.2.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路图图5-14 三相半波可控整流电路共阴极接三相半波可控整流电路共阴极接法电阻负载时的电路及法电阻负载时的电路及=60 时的波形时的波形当当30时时,比如比如=60时，在时，在 t1触发触发VT1导通导通 ud=ua 当当a相电压相电压ua降到零降到零时，由于电感中感应时，由于
18、电感中感应电势的作用电势的作用继续导通继续导通，电压电压ud波形出现波形出现负值负值。如果负载电感值如果负载电感值较大较大，则本相晶闸管能维持则本相晶闸管能维持导通到导通到VT2晶闸管触晶闸管触发导通，发导通，ud=ub。电力电子技术电力电子技术525.2.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路图图5-14 三相半波可控整流电路共阴极接三相半波可控整流电路共阴极接法电阻负载时的电路及法电阻负载时的电路及=60 时的波形时的波形VT2晶闸管导通后，晶闸管导通后，使本相晶闸管承受反使本相晶闸管承受反压而关断，其它压而关断，其它工作工作过程与过程与a相类似。相类似。id波形波形连续连续。当电感
19、。当电感量足够大时，输出电量足够大时，输出电流流id波形近似于一条波形近似于一条直线直线。uT1同样由一段同样由一段管压管压降降和两段和两段线电压线电压组成。组成。电力电子技术电力电子技术53(2)基本数量关系基本数量关系 的的移相范围移相范围为为90。整流电压平均值整流电压平均值:电流平均值电流平均值:晶闸管电流有效值晶闸管电流有效值IT和变压器次级电流有效值和变压器次级电流有效值I2:5.2.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路(5-31)526d2263 632sind()cos1.17cos22UUUttUd2d1.17cosUUIRR2T2dd12010.57773603II
20、II(5-32)(5-33)电力电子技术电力电子技术54（3）线路中电感量较小时情况）线路中电感量较小时情况L不大，当不大，当=90 时，时，ud已出已出现断流现断流,Ud/U2与与 如曲线如曲线3 所示。所示。L很大，如曲线很大，如曲线2所示。所示。最大移相范围为最大移相范围为 150（4）三相半波共阳极可控整波）三相半波共阳极可控整波共阳极相连接，电路如图。共阳极相连接，电路如图。三相半波有直流磁化现象。三相半波有直流磁化现象。图图5-13 三相半波可控整三相半波可控整流电路流电路Ud/U2与与 的关系的关系5.2.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路图图5-15 三相半波共阳极可
21、控整波电路三相半波共阳极可控整波电路 电力电子技术电力电子技术555.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路1电路的构成电路的构成 阴极连接在一起的阴极连接在一起的3个晶个晶闸管称为闸管称为共阴极组共阴极组；阳极；阳极连接在一起的连接在一起的3个晶闸管个晶闸管称为称为共阳极组共阳极组。共阴极组中分别为共阴极组中分别为VT1，VT3，VT5，共阳极组分，共阳极组分别为别为VT4，VT6，VT2。晶闸管的导通顺序为晶闸管的导通顺序为VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6。图图5-16 三相桥式全控整流电路原理图三相桥式全控整流电路原理图电力电子技术电力电子技术562三相桥式全控电
22、路的工三相桥式全控电路的工作过程作过程（1）带电阻负载时的情况）带电阻负载时的情况 各自然换相点既是各自然换相点既是相电压相电压的交点，同时也是的交点，同时也是线电压线电压的交点。先分析当的交点。先分析当 60 =0 时，自然换相点共时，自然换相点共阴共阳各阴共阳各3个，个，共共6个，个，从从VT1触发脉冲触发脉冲开始开始将电将电源供电周期分成六段，每源供电周期分成六段，每段段60。5.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路图图5-17 三相桥式全控整流电路带电阻负三相桥式全控整流电路带电阻负载载=0O时的波形时的波形 电力电子技术电力电子技术57第第时段。时段。设设VT6已导已导通
23、，通，t1时刻时刻a相电压最相电压最高，触发高，触发VT1则则VT6,VT1导通导通,整流电压整流电压ud=uab，晶闸管晶闸管VT1承受承受电压电压 uT1=0。第第时段。时段。触发触发VT2，C相电压负值最大，相电压负值最大，VT2导通导通VT6关断，整流电压关断，整流电压ud=uac，晶闸管，晶闸管VT1承承受电压受电压 uT1=0。5.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路图图5-17 三相桥式全控整流电路带电阻负三相桥式全控整流电路带电阻负载载=0O时的波形时的波形 电力电子技术电力电子技术58第第时段。触发时段。触发VT3，b相电压最大，相电压最大，VT3导导通通VT1关
24、断，整流电压关断，整流电压ud=ubc，晶闸管，晶闸管VT1承承受电压受电压 uT1=uab。第第、时段。整时段。整流电压依次为流电压依次为uba，uca，ucb，晶闸管，晶闸管VT1承受电承受电压压 uT1依次为线电压依次为线电压uab，uac，uac5.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路图图5-17 三相桥式全控整流电路带电阻负三相桥式全控整流电路带电阻负载载=0O时的波形时的波形 电力电子技术电力电子技术59=0 时，时，ud为线电压在为线电压在正半周的正半周的包络线包络线。波形。波形见见图图5-17 ud波形均波形均连续连续，对于电，对于电阻负载，阻负载，id波形与波形与
25、ud波波形的形状一样，也形的形状一样，也连续连续。晶闸管晶闸管VT1承受电压由承受电压由导通压降（约为零）和导通压降（约为零）和两端线电压构成。两端线电压构成。5.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路图图5-17 三相桥式全控整流电路带电阻负三相桥式全控整流电路带电阻负载载=0O时的波形时的波形 电力电子技术电力电子技术605.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路由以上分析可以得到以下几点。由以上分析可以得到以下几点。1）必须有共阴极组和共阳极组）必须有共阴极组和共阳极组各各1个个晶闸管晶闸管共共2个个都导通都导通，才能形成输出通路。，才能形成输出通路。2）是两组三相半
26、波的串联，各组）是两组三相半波的串联，各组3个触发脉冲相位差为个触发脉冲相位差为120 ，每个晶闸管导电，每个晶闸管导电120 3）共阴极组、共阳极组晶闸管是分别在正、负半周触发）共阴极组、共阳极组晶闸管是分别在正、负半周触发，即即VT1与与VT4，VT3与与VT6，VT5与与VT2，相位差应是相位差应是180 4）根据以上）根据以上2点，每隔点，每隔 60 要触发一个晶闸管要触发一个晶闸管，顺序为，顺序为:VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6 5）双触发脉冲或宽脉冲。双触发脉冲或宽脉冲。宽脉冲宽脉冲大于大于60（一般取（一般取80 100）。）。双脉冲双脉冲相差相差60，脉宽一般为
27、，脉宽一般为20 30 电力电子技术电力电子技术61 时段时段共阴极组中导通的晶闸管共阴极组中导通的晶闸管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共阳极组中导通的晶闸管共阳极组中导通的晶闸管VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流输出电压整流输出电压udua-ub=uabua-uc=uacub-uc=ubcub-ua=ubauc-ua=ucauc-ub=ucb表表5-1 三相桥式全控整流电路电阻负载三相桥式全控整流电路电阻负载=0 时晶闸管工作情况时晶闸管工作情况5.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路6）整流后输出电压是两相电压相减后的波形，即线电）整流后输出电压是两相电压相减后的波
28、形，即线电压，压，ud一周期一周期脉动脉动6次次，该电路为，该电路为6脉波整流电路。脉波整流电路。7）晶闸管承受电压由导通压降（约为零）和两端线电）晶闸管承受电压由导通压降（约为零）和两端线电压构成，与三相半波时压构成，与三相半波时相同相同。晶闸管及输出整流电压的情况如表晶闸管及输出整流电压的情况如表5-1所示。所示。电力电子技术电力电子技术62=30 时，组成时，组成ud的每的每一段线电压推迟一段线电压推迟30，ud平均值降低，波形见平均值降低，波形见图图5-18。有两种方法，第一种相有两种方法，第一种相电压合成法。电压合成法。先画出在先画出在=30 时共阴时共阴极和共阳极的电位波极和共阳极
29、的电位波形形，得到共阴共阳电，得到共阴共阳电压压。5.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路图图5-18 三相桥式全控整流电路带电阻负三相桥式全控整流电路带电阻负载载=30O时的波形时的波形电力电子技术电力电子技术63然后共阴电压减去共然后共阴电压减去共阳电压阳电压,得到输出整流得到输出整流电压电压ud。=30 时输出整流电时输出整流电压减小。压减小。第二种叫线电压法第二种叫线电压法 首先确定首先确定 =30 位置，位置，以以60 宽度依次标定宽度依次标定6个时段，根据表个时段，根据表5-1，画出画出ud。5.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路图图5-18 三相桥式全控
30、整流电路带电阻负三相桥式全控整流电路带电阻负载载=30O时的波形时的波形电力电子技术电力电子技术64 相应地，画出相应地，画出uT1、ia波波形，在形，在VT1导通时为正，导通时为正，在在VT4导通时为负。导通时为负。当控制角当控制角=30 时，由时，由于输出电压于输出电压ud波形连续，波形连续，负载电流负载电流id=ud/R,因因此电流波形也连续。此电流波形也连续。5.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路图图5-18 三相桥式全控整流电路带电阻负三相桥式全控整流电路带电阻负载载=30O时的波形时的波形电力电子技术电力电子技术65=60 时，时，首先确定首先确定 =60 位置，以位
31、置，以60 宽宽度依次标定度依次标定6个时段，个时段，根据表根据表5-1，直接在各，直接在各时段中画出时段中画出ud 以及以及uT1。ud平均值继续降低。平均值继续降低。60 时时ud出现了出现了为零的为零的点点，波形见，波形见图图5-19。负载电流处于临界连负载电流处于临界连续状态。续状态。5.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路图图5-19 三相桥式全控整流电路带电阻负载三相桥式全控整流电路带电阻负载=60O时时的波形的波形 电力电子技术电力电子技术66当当 60 时，时，=90 首先确定首先确定 =90 位置，位置，以以60 宽度依次标定宽度依次标定6个时段，根据表个时段，根
32、据表5-1，画出画出ud。但不能为负。但不能为负 id与与ud一致，输出整一致，输出整流电压流电压ud为零为零，ud波波形不能出现负值。形不能出现负值。iT1、ia在在=90 时的时的波形见图5-20。5.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路图图5-20 三相桥式全控整流电路带电阻负载三相桥式全控整流电路带电阻负载=90O时的波形时的波形 电力电子技术电力电子技术67（2）阻感负载时的工作情况）阻感负载时的工作情况电路分析电路分析 假设电感假设电感L较大，使负载电较大，使负载电流流id波形平直，波形平直，见见图图5-21。=0 时的波形见时的波形见图图5-22 确定确定 =0 位置
33、，以位置，以60 宽宽度依次标定度依次标定6时段。时段。ud波形连续，工作情况与波形连续，工作情况与带电阻负载时十分相似。带电阻负载时十分相似。5.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路图图5-21 阻感负载时三相桥式全控整流电路原理阻感负载时三相桥式全控整流电路原理图图 电力电子技术电力电子技术68区别在于区别在于电流电流，id、iT1的波形在导通的波形在导通段都可近似为一段都可近似为一条水平线。条水平线。电感性负载时的电感性负载时的晶闸管导通规律晶闸管导通规律与电阻性负载一与电阻性负载一样。样。5.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路图图5-22 三相桥式全控整流电路
34、带阻感负载三相桥式全控整流电路带阻感负载=0O时的波形时的波形 电力电子技术电力电子技术69当当 60 时，比时，比如如=30 波形见波形见图图5-23。用同样地用同样地6时时段方法段方法,得到得到ud。id 波形为直线。波形为直线。ia 波形在波形在VT1导通时为导通时为id，在在VT4导通时导通时为为-id。5.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路图图5-23 三相桥式全控整流电路带阻感负载三相桥式全控整流电路带阻感负载=30O时的波形时的波形 电力电子技术电力电子技术70当当 60 时，时，比如比如=90 波形波形见见图图5-24。由于电感由于电感L的作的作用用,ud波形会出
35、波形会出现现负的负的。用同样的用同样的6时段时段方法，方法，得到得到ud 和和uT1。5.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路图图5-24 三相桥式全控整流电路带阻感负载三相桥式全控整流电路带阻感负载=90O时的波形时的波形 当当=90 时时ud正正负负面积相等，控制面积相等，控制角角 的最大移相范围为的最大移相范围为90 。电力电子技术电力电子技术71（3）定量分析）定量分析 带电阻负载时带电阻负载时 角的移相范围是角的移相范围是120，带阻感负载时，带阻感负载时，角移相范围为角移相范围为90。整流输出电压平均值整流输出电压平均值 带阻感负载时，或带电阻负载带阻感负载时，或带电阻
36、负载 60 时时 带电阻负载且带电阻负载且 60 时时(5-34)(5-35)5.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路23d222312sind()1.35cos2.34cos 3llUUttUUd22312sind()2.341cos()33lUUttU电力电子技术电力电子技术72输出电流平均值为输出电流平均值为Id=Ud/R。当整流变压器采用当整流变压器采用星形接法星形接法，带阻感负载时，变压，带阻感负载时，变压器二次侧电流有效值为：器二次侧电流有效值为：晶闸管电压、电流等的定量分析与三相半波时一致。晶闸管电压、电流等的定量分析与三相半波时一致。据上式，可以计算出输入侧的功率因
37、数。据上式，可以计算出输入侧的功率因数。变压器二次侧电流变压器二次侧电流i2为方波，可以计算总谐波畸变因为方波，可以计算总谐波畸变因数数THD。若电流连续，接若电流连续，接E-L-R时的时的Id为为(5-36)5.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路2221222()0.8162333IIIII ddddUEIRdd(5-37)电力电子技术电力电子技术73例例5-3：三相桥式全控整流电路，输入交流电压：三相桥式全控整流电路，输入交流电压U2=110V，带阻感，带阻感反电动势负载，反电动势负载，R=3，L值极大，值极大，E=20V，当，当=60时，求：时，求：1）画出整流电压）画出整
38、流电压ud、电流、电流id和通过晶闸管电流和通过晶闸管电流iT1的波形；的波形；2）计算整流输出平均电压）计算整流输出平均电压Ud、电流、电流Id、通过晶闸管电流平均值、通过晶闸管电流平均值 IdT和有效值和有效值IT；3）如果该整流电路为三相半波可控整流电路，其它参数不变，整）如果该整流电路为三相半波可控整流电路，其它参数不变，整流输出平均电压流输出平均电压 为多少？为多少？解：解：1）整流电压整流电压ud、电流电流id和通过晶闸管和通过晶闸管电流电流iT1的波形如图所的波形如图所示。示。图图5-25 例题例题5-3三相桥式全控整流电路波形三相桥式全控整流电路波形图图 5.2.2 三相桥式全
39、控整流电路三相桥式全控整流电路电力电子技术电力电子技术742）整流输出平均电压）整流输出平均电压Ud、电流、电流Id、通过晶闸管电流平均值、通过晶闸管电流平均值IdT和有效值和有效值IT为为:3）如果该整流电路为三相半波可控整流电路，输出平均电压）如果该整流电路为三相半波可控整流电路，输出平均电压 ,该电路能够正常工作。该电路能够正常工作。d22.34=2.34110cos 60=128.（7=s）coVUUdd=（128.720）=（-）/3=36.（2 A）IUERdtd=/336.23=12.（1 A）IITd=/=36.2/=20.（9 A）IId2=1.17cos=1.17110co
40、s 60=64.（4 V）UUdUE5.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路电力电子技术电力电子技术75 触发电路的定相触发电路的定相指的是触发电路应保证每个晶闸管指的是触发电路应保证每个晶闸管触发脉冲与施加于晶闸管的交流电压保持固定、正触发脉冲与施加于晶闸管的交流电压保持固定、正确的相位关系。确的相位关系。保证触发脉冲相位正确，关键是保证触发脉冲相位正确，关键是确定同步信号与晶确定同步信号与晶闸管阳极电压的关系闸管阳极电压的关系。在图在图2-4驱动控制电路中，同步信号电压驱动控制电路中，同步信号电压ust是由同是由同步电源电压供给的，保证触发电路和主电路频率步电源电压供给的，保证
41、触发电路和主电路频率一致。一致。5.2.3 触发电路的定相触发电路的定相电力电子技术电力电子技术765.2.3 触发电路的定相触发电路的定相图图5-26 与主电源同步的锯齿波电压与主电源同步的锯齿波电压 VT1的同步电压应滞后于的同步电压应滞后于ua180。其它其它5个晶闸管也如此个晶闸管也如此。分析三相全控桥分析三相全控桥ua负到正零点负到正零点、锯齿波、锯齿波上升起点、上升起点、同步信号正同步信号正到负零点三到负零点三者对应。者对应。VT1所接主电路电压为所接主电路电压为+ua，需要移相，需要移相180。锯齿波锯齿波240，舍去前后，舍去前后30 ，中间，中间180。=90 为中点，为中点
42、，它它对应对应ua的的120，ust的的-120 电力电子技术电力电子技术77根据同步信号与晶闸管阳极电压互差根据同步信号与晶闸管阳极电压互差180 的关系，如图的关系，如图5-27a),变压器为变压器为/Y-11联结同联结同,步变压器为步变压器为/Y-11,5联结，联结，如图如图5-27b)矢量图。同步电压选取结果如表矢量图。同步电压选取结果如表5-2。5.2.3 触发电路的定相触发电路的定相图图5-27 同步变压器和整流变压器的接法及矢量图同步变压器和整流变压器的接法及矢量图a）同步变压器的接法）同步变压器的接法 b）矢量图）矢量图 电力电子技术电力电子技术785.2.3 触发电路的定相触
43、发电路的定相图图5-27 同步变压器和整流变压器的接法及矢量图同步变压器和整流变压器的接法及矢量图a）同步变压器的接法）同步变压器的接法 b）矢量图）矢量图 表表5-2 一种三相全控桥各晶闸管的同步电源电一种三相全控桥各晶闸管的同步电源电晶闸管晶闸管VT1VT2VT3VT4VT5VT6主电路电压主电路电压+ua-uc+ub-ua+uc-ub同步电源电压同步电源电压-usa+usc-usb+usa-usc+usb电力电子技术电力电子技术79当当R-C滤波器滞后滤波器滞后角为角为60 时，同步电时，同步电压只需滞后压只需滞后120 即即可，选取结果分别可，选取结果分别如表如表5-3所示。所示。5.
44、2.3 触发电路的定相触发电路的定相图图5-27 同步变压器和整流变压器的接法及矢量图同步变压器和整流变压器的接法及矢量图a）同步变压器的接法）同步变压器的接法 b）矢量图）矢量图 表表5-3 三相桥各晶闸管的同步电压（有三相桥各晶闸管的同步电压（有R-C滤波滞后滤波滞后60）晶闸管晶闸管VT1VT2VT3VT4VT5VT6主电路电压主电路电压+ua-uc+ub-ua+uc-ub同步电源电压同步电源电压+usb-usa+usc-usb+usa-usc电力电子技术电力电子技术805.3 变压器漏感对整流电路的影响变压器漏感对整流电路的影响 5.3.1 换相的物理过程和整流电压波形换相的物理过程和
45、整流电压波形5.3.2 换相压降和整流平均电压换相压降和整流平均电压 5.3.3 换相重叠角的计算换相重叠角的计算 电力电子技术电力电子技术81 从从VT1换相至换相至VT2的过程的过程 在在 t1时刻之前时刻之前VT1导通，触发导通，触发VT2，ubua，VT2导通，导通，因因a、b两相均有两相均有漏感漏感，ia减小减小ib增增加，加，VT1 继续导继续导通，即通，即VT1和和VT2同时导通。同时导通。图图5-28 考虑变压器漏感时的三相半波可控整流电路及波考虑变压器漏感时的三相半波可控整流电路及波形形 5.3.1 换相的物理过程和整流电压波形换相的物理过程和整流电压波形 a）b）电力电子技
46、术电力电子技术82 ubua，ia逐渐减逐渐减小到零小到零，ib从零从零逐渐上升到逐渐上升到Id。电感电感L大，大，Id不不变，变，ia+ib=Id，ia减小量等于减小量等于ib增增加量，加量，相当于相当于在在两相组成的回路两相组成的回路中产生中产生环流环流ik=ib，两相间电压差为两相间电压差为ub-ua，如图。，如图。图图5-28 考虑变压器漏感时的三相半波可控整流电路及波形考虑变压器漏感时的三相半波可控整流电路及波形 5.3.1 换相的物理过程和整流电压波形换相的物理过程和整流电压波形 a）电力电子技术电力电子技术83当当ik=ib增大到增大到等于等于Id时，时，ia=Id-ik=0，V
47、T1关断，换关断，换流过程结束。流过程结束。换相过程持续换相过程持续的时间用电角的时间用电角度度 表示，称表示，称为为换相重叠角换相重叠角。换相过程中换相过程中图图5-28 考虑变压器漏感时的三相半波可控整流电路及波形考虑变压器漏感时的三相半波可控整流电路及波形 5.3.1 换相的物理过程和整流电压波形换相的物理过程和整流电压波形 a）kbaBd2diuuLt（5-38）电力电子技术电力电子技术84表明换相期间表明换相期间，输出整流电，输出整流电压是换相的两压是换相的两相相电压的平相相电压的平均值，如图均值，如图5-28b）所示。）所示。5.3.1 换相的物理过程和整流电压波形换相的物理过程和
48、整流电压波形 a）kdbBbababdd22iuuLtuuuuu（5-39）图图5-28 考虑变压器漏感时的三相半波可控整流电路及波形考虑变压器漏感时的三相半波可控整流电路及波形 电力电子技术电力电子技术851换相压降的计算换相压降的计算对于三相半波可控整流电路，换相压降对于三相半波可控整流电路，换相压降ud式（式（5-40）中）中XB=LB称为变压器漏抗。也可查阅称为变压器漏抗。也可查阅电工手册。电工手册。对于对于m相可控整流电路相可控整流电路 对于单相桥式全控整流电路来说，在一周期的两次对于单相桥式全控整流电路来说，在一周期的两次换相中都起作用，换相中都起作用，XB用用2XB代入。代入。(
49、5-40)5.3.2 换相压降和换相压降和换相重叠角换相重叠角ddbdBBBd0d1333()d()dd22d223 IkkiUuutLtLiX It(5-41)Bdd2mXUI电力电子技术电力电子技术86考虑漏抗造成换相压降后，输出整流电压平均值为考虑漏抗造成换相压降后，输出整流电压平均值为Ud0为为 cos =0时不考虑漏抗影响的整流电压平均值。时不考虑漏抗影响的整流电压平均值。对于单相桥式可控整流电路感性负载对于单相桥式可控整流电路感性负载对于三相半波可控整流电路对于三相半波可控整流电路三相桥可控整流电路三相桥可控整流电路Ud正比于负载电流，相当于在整流电源增加了一项正比于负载电流，相当
50、于在整流电源增加了一项“内阻内阻”，并不消耗功率。，并不消耗功率。(5-42)Bdd0dcos2mXUUId021.17UUd020.9UUd022.34UU5.3.2 换相压降和换相压降和换相重叠角换相重叠角电力电子技术电力电子技术872换相重叠角的计算换相重叠角的计算根据整流变压器的规格，查阅电工手册来获得额定工根据整流变压器的规格，查阅电工手册来获得额定工况下的换相重叠角况下的换相重叠角。对于对于m相可控整流电路相可控整流电路或或式子中的符号含义与前面相同式子中的符号含义与前面相同。利用式（利用式（5-44）计算出换相重叠角）计算出换相重叠角，Id和和XB愈大，愈大，换相重叠角增大换相重
