1、电力电子技术电力电子技术第第2章章 整流电路整流电路11/19/20221一一.电阻性负载电阻性负载 交流侧接单相电源交流侧接单相电源 变压器变压器T起变换电压和隔离的作用起变换电压和隔离的作用 电阻负载的特点：电电阻负载的特点：电压与电流成正比，两者压与电流成正比，两者波形相同波形相同tSinUu222U22U22U2是是 u2有效值有效值 是是u2峰值峰值2.1.1 2.1.1 单相单相半波半波可控整流电路可控整流电路2.1 单相可控整流电路单相可控整流电路11/19/20222工作过程：工作过程：未加门极触发脉冲未加门极触发脉冲 VT 不能导通，不能导通，ud=0 uVT=u2；加门极触
2、发脉冲后加门极触发脉冲后 VT导通，导通，uVT 很小很小 ud=u2 晶闸管一旦导通晶闸管一旦导通以后，门极便失去控以后，门极便失去控制，故制，故ug 仅是一个触仅是一个触发脉冲。发脉冲。u2正半周：正半周：uVT（uAK）为正。）为正。11/19/20223控制角控制角（触发延迟角）：从晶闸管开始承受正向阳（触发延迟角）：从晶闸管开始承受正向阳 极电压起到施加触发脉冲止的电角度极电压起到施加触发脉冲止的电角度,用用 a a 表示表示,称称为控制角或触发角。为控制角或触发角。导通角导通角：晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角：晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度称为度称为导通角导通角，用，
3、用 表示表示 11/19/20224u2过零时：过零时：iT过零过零 当当IA -a a ud出现负值。输出直流电压平均值下降。出现负值。输出直流电压平均值下降。取值与取值与 a a、有关：有关：负载阻负载阻抗角抗角a a 大，大，小；小；a a 小，小，大；大；小，小，小；小；大，大，大；大；P23 单相半波可控整流电路的特点：单相半波可控整流电路的特点：简单，但输出脉动大，变压器二次侧电流中含直流简单，但输出脉动大，变压器二次侧电流中含直流分量，造成变压器铁芯直流磁化。为使铁芯不饱和，分量，造成变压器铁芯直流磁化。为使铁芯不饱和，需增大铁芯的截面积。需增大铁芯的截面积。实际上很少应用此种电
4、路实际上很少应用此种电路11/19/202212 为避免为避免Ud太小，太小，在整流电路的负载两在整流电路的负载两端并联端并联续流二极管续流二极管。工作过程：工作过程：u2正半周：正半周：VDR反向截止不影响反向截止不影响电路工作。电路工作。11/19/202213 当当u2过零变负过零变负时，时，VDR导通，导通，ud为零。为零。此时为负的此时为负的u2通过通过VDR向向VT施加反压使施加反压使其关断，其关断，L储存的能储存的能量保证了电流量保证了电流 id在在L-R-VDR回路中流通，回路中流通，此过程通常称为此过程通常称为续流续流。续流期间。续流期间ud为为0，ud中不再出现负的部分中不
5、再出现负的部分。动画动画11/19/202214 数量关系数量关系:Ud计算与电阻性负载相同。计算与电阻性负载相同。Id=Ud/RL 若近似认为若近似认为id为一条水平线，为一条水平线，恒为恒为Id。ddTIIa2-ddDRIIa2晶闸管电流平均值：晶闸管电流平均值：（2-2）二极管电流平均值：二极管电流平均值：（2-3）11/19/202215ddTItdIIaa2)(212-ddDRItdIIaa2)(2122晶闸管电流有效值：晶闸管电流有效值：（2-4）二极管电流有效值：二极管电流有效值：（2-5）11/19/202216晶闸管的晶闸管的 a a 移相范围移相范围为为180 单相半波可控
6、整流电路的特点：单相半波可控整流电路的特点：简单，但输出脉动大，变压器二次侧电流中含直流简单，但输出脉动大，变压器二次侧电流中含直流分量，造成变压器铁芯直流磁化。为使铁芯不饱和，分量，造成变压器铁芯直流磁化。为使铁芯不饱和，需增大铁芯的截面积。需增大铁芯的截面积。实际上很少应用此种电路实际上很少应用此种电路 晶闸管和整流二极管承晶闸管和整流二极管承受的受的最大正反向电压最大正反向电压是是 (P24)U22？！？！11/19/202217u2正半周正半周：VT1和和VT4承受正向电压，承受正向电压，加触发脉冲即导通，加触发脉冲即导通，u2过零时关断。过零时关断。一一.电阻性负载电阻性负载工作原理
7、及波形分析：工作原理及波形分析：ud=u22.1.2 2.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路11/19/202218u2负半周负半周：VT2和和VT3承受正向电压，承受正向电压，有触发脉冲即导通，有触发脉冲即导通，u2过零时关断。过零时关断。ud=-u211/19/202219动画动画晶闸管两端电压：晶闸管两端电压：uVT 1,4=所有所有VT均关断均关断0 VT1，4导通导通 u2 VT2，3导通导通11/19/202220 数量关系：数量关系：输出电压平均值输出电压平均值：aaa2cos19.02cos122)(dsin21222dUUttUU（2-6）11/19/20222
8、12cos19.02cos12222ddaaRURURUIU22222U a a 角的角的移相范围移相范围为为180。导通角导通角：180 a a 晶闸管承受的晶闸管承受的最大反向电压最大反向电压为为 ，晶闸管承受的晶闸管承受的最大正向电压最大正向电压为为 。（2-7）输出电流平均值输出电流平均值：11/19/202222（2-8）aaa-2sin21)()sin2(12222RUtdtRUII2cos145.0212aRUIIddT（2-9）晶闸管晶闸管电流平均值电流平均值：负载负载电流有效值电流有效值（变压器二次绕组电流有效值）：（变压器二次绕组电流有效值）：11/19/202223变压器
9、付边电流中无直流分量。变压器付边电流中无直流分量。晶闸管晶闸管电流有效值电流有效值：（2-10）I21a aa-2 sin212)(d)sin2(21222RUt tRUITaaa-2sin212)(d)sin2(21222RUttRUIT11/19/202224电源供给的电源供给的有功功率有功功率：222UIRIP电源的电源的表观功率表观功率（视在功率视在功率）：）：22IUS 功率因数功率因数：（2-11）正弦交流电路中，电阻性负载的功率因数是多少？正弦交流电路中，电阻性负载的功率因数是多少？1在单相桥式整流电路中，电阻性负载的功率因数又是多少？在单相桥式整流电路中，电阻性负载的功率因数又
10、是多少？1？aa-221222SinI UUISPCosaaa-2sin21)()sin2(12222RUt dtRUIIaaa-2 sin21)()sin2(12222RUt d tRUI Iaaa-2sin21)()sin2(12222RUt dtRUI Iaa-221222SinI UUISPCos11/19/202225二二.电感性负载电感性负载 u2过零变负时，过零变负时，id 0，VT1和和VT4不关断！不关断！为便于讨论，假设电路已工为便于讨论，假设电路已工作于稳态。作于稳态。假设负载电感很大，负假设负载电感很大，负载电流载电流id连续且波形近似为连续且波形近似为一水平线。一水平
11、线。与电阻性负载的工作原与电阻性负载的工作原理基本相同理基本相同不同之处：不同之处：11/19/202226 VT2和和VT3导通导通后，后，u2通过通过VT2和和VT3分别向分别向VT1和和VT4施加反压使施加反压使VT1和和VT4关断，流过关断，流过VT1和和VT4的电流迅的电流迅速转移到速转移到VT2和和VT3上，此过程称上，此过程称换相换相，亦称，亦称换流换流动画动画 u2负半周时，负半周时，VT2和和VT3承受正向承受正向电压，电压，至至t=+a a 时刻，给时刻，给VT2和和VT3加触发脉冲，两管加触发脉冲，两管导通。导通。11/19/202227aaaacos9.0cos22)(
12、dsin21222dUUttUU（2-12）RUIdd输出电压平均值输出电压平均值：输出电流平均值输出电流平均值：晶闸管晶闸管移相范围移相范围为为90。晶闸管承受的晶闸管承受的最大正反向最大正反向电压电压均为均为 。U2211/19/202228变压器付边电流中无直流分量。变压器付边电流中无直流分量。dTAVTIII45.057.1)(ddTIII707.021晶闸管晶闸管导通角导通角与与 a a 无关，均为无关，均为180 变压器二次侧电流变压器二次侧电流 i2 的波形为正负各的波形为正负各180 的的矩形波，其相位由矩形波，其相位由 a a 角决定，有效值角决定，有效值 I2=Id 。id
13、连续连续11/19/202229三三.带反电动势负载时的工作情况带反电动势负载时的工作情况 在在|u2|E时，才有晶闸管承受正电时，才有晶闸管承受正电压，有导通的可能。压，有导通的可能。REui-dd 导通之后，导通之后，ud=u2，直至，直至|u2|=E，id降至降至 0 使得晶闸管阻断，此后使得晶闸管阻断，此后|u2|E而而 ud=E。11/19/202230 与无反电势时相比，晶闸管提前了电角度与无反电势时相比，晶闸管提前了电角度停止停止导电，导电，称为称为停止导电角停止导电角。212sinUE-在在a a 角相同时，整流输出电压比电阻负载时大。角相同时，整流输出电压比电阻负载时大。（2
14、-14）11/19/202231 当当 t 90时，时，ud亦将是一串正负面积亦将是一串正负面积相等的断续的交变波形，相等的断续的交变波形，Ud亦是亦是零。零。如果此时在负载端接一蓄电池或其他直流电如果此时在负载端接一蓄电池或其他直流电源，其源，其极性与整流时的相反极性与整流时的相反，幅值大些幅值大些，能使晶，能使晶闸管在闸管在a a 90时继续工作时继续工作，功率从直流电源反送，功率从直流电源反送到交流电网中去，这时电路工作在到交流电网中去，这时电路工作在有源逆变状态有源逆变状态。11/19/2022352.1.3 2.1.3 单相全波可控整流电路单相全波可控整流电路 图2-9 单相全波可控
15、整流电路及波形a)b)u1TRu2u2i1VT1VT2ududi1OOatt 单相全波与单相全控桥从直流输出端或从交流输 入端看均是基本一致的动画动画11/19/2022362.1.3 2.1.3 单相全波可控整流电路单相全波可控整流电路两者的区别两者的区别 （1）单相全波中变压器结构较复杂，绕组及铁芯对铜、铁等材料的消耗多 （2）单相全波只用2个晶闸管，比单相全控桥少2个，相应地，门极驱动电路也少2个；但是晶闸管承受的最大电压为，是单相全控桥的2倍 （3）单相全波导电回路只含1个晶闸管，比单相桥少1个，因而管压降也少1个 从上述（2）、（3）考虑，单相全波电路有利于在低输出电压的场合应用。2
16、211/19/202237半控电路与全控电路在半控电路与全控电路在电阻负载时的工作情况相同电阻负载时的工作情况相同2.1.4 2.1.4 单相桥式半控整流电路单相桥式半控整流电路 单相全控桥中，每单相全控桥中，每个导电回路中有个导电回路中有2个晶闸个晶闸管，为了对每个导电回管，为了对每个导电回路进行控制，只需路进行控制，只需1个晶个晶闸管就可以了，另闸管就可以了，另1个晶个晶闸管可以用二极管代替闸管可以用二极管代替，从而简化整个电路。，从而简化整个电路。如此即成为如此即成为单相桥式半单相桥式半控整流电路控整流电路。（先不考虑（先不考虑VDR）11/19/202238 假设负载中电感很大，且电路
17、已工作于假设负载中电感很大，且电路已工作于稳态稳态 在在u2正半周，触发角正半周，触发角a a 处给晶闸管处给晶闸管VT1加触发脉冲，加触发脉冲，u2经经VT1和和VD4向负载供向负载供电电 u2过零变负时，因电感作过零变负时，因电感作用使电流连续，用使电流连续，VT1继续继续导通。但因导通。但因a点电位低于点电位低于b点电位，使得电流从点电位，使得电流从VD4转移至转移至VD2，VD4关断，关断，电流不再流经变压器二次电流不再流经变压器二次绕组，而是由绕组，而是由VT1和和VD2续流续流带阻感负载的情况带阻感负载的情况:二极管在二极管在电压过零电压过零时换相时换相11/19/202239 在
18、在u2负半周触发角负半周触发角a a 时刻触发时刻触发VT3，VT3导通导通，则向，则向VT1加反压使之加反压使之关断，关断，u2经经VT3和和VD2向向负载供电负载供电。u2过零变正时过零变正时，VD4导通，导通，VD2关关断。断。VT3和和VD4续流续流，ud又为零。又为零。晶闸管晶闸管受触发受触发换相换相11/19/202240 若无续流二极管，则若无续流二极管，则当当 a a 突然增大至突然增大至180 或触或触发脉冲丢失时，会发生一发脉冲丢失时，会发生一个晶闸管持续导通而两个个晶闸管持续导通而两个二极管轮流导通的情况，二极管轮流导通的情况，这使这使ud成为正弦半波，即成为正弦半波，即
19、半周期半周期ud为正弦，另外半为正弦，另外半周期周期ud为零，其平均值保为零，其平均值保持恒定，称为持恒定，称为失控失控。失控失控失控现象：失控现象：11/19/202241 有续流二极管有续流二极管VDR时，续流过程由时，续流过程由VDR完成完成，晶闸管关断，避免了，晶闸管关断，避免了某一个晶闸管持续导通某一个晶闸管持续导通从而导致失控的现象。从而导致失控的现象。同时，续流期间导电回同时，续流期间导电回路中只有一个管压降路中只有一个管压降，有利于降低损耗。有利于降低损耗。续流二极管的作用续流二极管的作用避免失控避免失控11/19/202242单相桥式半控整流电路的另一种接法单相桥式半控整流电路的另一种接法 相当于把全桥电路中的相当于把全桥电路中的VT3和和VT4换为二极管换为二极管VD3和和VD4，这样可以省去续流二极管这样可以省去续流二极管VDR，续流由续流由VD3和和VD4来实现来实现负载Tu2VD3VD4VT1VT211/19/202243
