第五章整流電路

1、l5.1 整流器的性能指標(biāo)整流器的性能指標(biāo) l5.2 單相相控整流電路單相相控整流電路 l5.3 三相相控整流電路三相相控整流電路 l5.4 大容量相控整流電路大容量相控整流電路 l5.5 相控整流電路的換相壓降相控整流電路的換相壓降 l5.6 整流電路的諧波分析整流電路的諧波分析 l5.7 有源逆變電路有源逆變電路 l5.8 晶閘管相控電路的驅(qū)動控制晶閘管相控電路的驅(qū)動控制 l5.9 PWM整流電路整流電路 整流電路；交流轉(zhuǎn)換為直流整流電路；交流轉(zhuǎn)換為直流 按照輸入交流電源的相數(shù)按照輸入交流電源的相數(shù): :單相、三相和多相整流電路；單相、三相和多相整流電路； 按電路中組成的電力電子器件控制特

2、性按電路中組成的電力電子器件控制特性: :不可控、半控和不可控、半控和全控整流電路；全控整流電路； 根據(jù)整流電路的結(jié)構(gòu)形式根據(jù)整流電路的結(jié)構(gòu)形式: :半波、全波和橋式整流電路等半波、全波和橋式整流電路等類型。類型。 相控整流電路相控整流電路: :電壓可調(diào)；電壓可調(diào)； 二極管整流電路二極管整流電路:電壓固定；電壓固定； 整流電路的類型整流電路的類型 ： （1）輸出的）輸出的直流電壓直流電壓大小可以控制；大小可以控制； （2）輸出直流側(cè)電壓和交流側(cè)電流中的紋波都）輸出直流側(cè)電壓和交流側(cè)電流中的紋波都必須限制在必須限制在允許范圍允許范圍內(nèi)；內(nèi)； （3）整流器的）整流器的效率效率要高。要高。 利用電力

3、電子器件的可控開關(guān)特性把交流電能利用電力電子器件的可控開關(guān)特性把交流電能變?yōu)橹绷麟娔艿恼麟娐窐?gòu)成的系統(tǒng)稱為變?yōu)橹绷麟娔艿恼麟娐窐?gòu)成的系統(tǒng)稱為整流器整流器。2、整流器電路性能和控制方式必須滿足的要求：、整流器電路性能和控制方式必須滿足的要求：1、定義：、定義： 整流器的輸出電壓是脈動的，其中除了有主要的直流成分外，整流器的輸出電壓是脈動的，其中除了有主要的直流成分外，還有一定的交流諧波成分。定義整流器的輸出電壓的交流紋波有還有一定的交流諧波成分。定義整流器的輸出電壓的交流紋波有效值效值UH與直流平均值與直流平均值UD之比為電壓紋波系數(shù)之比為電壓紋波系數(shù)u。即即 1、電壓紋波系數(shù)、電壓紋波系數(shù)

4、u（5.1.1）如果直流輸出電壓有效值用如果直流輸出電壓有效值用U表示，則表示，則 ， 因此有：因此有：若第若第n次諧波峰值為次諧波峰值為Unm, 則定義則定義Unm與與UD之比為電壓脈動系數(shù)之比為電壓脈動系數(shù)Sn，（5.1.3）（5.1.2）DHuUU 22DHUUU 12 DuUU 2、電壓脈動系數(shù)、電壓脈動系數(shù)SnDnmnUUS l 整流電路輸入斷為各次諧波電流之和。整流電路輸入斷為各次諧波電流之和。l 輸入電流總畸變率輸入電流總畸變率THD（Total Harmonic Distortion）又稱諧波因數(shù)又稱諧波因數(shù)HF（Harmonic Factor），），是指除基波電流是指除基波電

5、流以外的所有諧波電流有效值與基波電流有效值之比，即以外的所有諧波電流有效值與基波電流有效值之比，即l 3、 輸入電流總畸變率輸入電流總畸變率THD（5.1.4） 2122212112121nssnsnsssssIIIIIIIITHD式中式中Isn為為n次諧波電流有效值。次諧波電流有效值。4、 輸入功率因數(shù)輸入功率因數(shù)PF 定義交流電源輸入有功功率平均值定義交流電源輸入有功功率平均值P與其視在功率與其視在功率S之比為輸入之比為輸入功率因數(shù)功率因數(shù)PF（Power factor）, 即即 對于無畸變的正弦波，諧波電流在一個周期內(nèi)的平均功率為零，對于無畸變的正弦波，諧波電流在一個周期內(nèi)的平均功率為零

6、，只有基波電流只有基波電流Is1形成有功功率形成有功功率 SPPF ssIUS 11cos ssIUP 1cos 上式中上式中1是輸入電壓與輸入電流基波分量之間的相位角。則是輸入電壓與輸入電流基波分量之間的相位角。則 稱為基波位移因數(shù)稱為基波位移因數(shù)(或基波功率因數(shù)或基波功率因數(shù))，于是輸入功率因數(shù)為，于是輸入功率因數(shù)為:1111coscos ssssssIIIUIUSPPF （5.1.5）（5.1.6） 上式表明：功率因數(shù)由基波電流相移和電流波形畸變這兩個因素上式表明：功率因數(shù)由基波電流相移和電流波形畸變這兩個因素共同決定。共同決定。1越小，基波功率因數(shù)越小，基波功率因數(shù) 越大，相應(yīng)的越大，

7、相應(yīng)的PF也越大。另也越大。另一方面，輸入電流總畸變率一方面，輸入電流總畸變率THD越小，功率因數(shù)越小，功率因數(shù)PF也越大。也越大。 4、 輸入功率因數(shù)輸入功率因數(shù)PF(續(xù)續(xù))（5.1.7）ssII11111coscos ssssssIIIUIUSPPF 22122221111111THDIIIIIIInssnnsnssss 211cosTHDPF 中中 稱為基波因數(shù)，且有稱為基波因數(shù)，且有 所以所以式式（5.1.6）1cos l5.1 整流器的性能指標(biāo)整流器的性能指標(biāo) l5.2 單相相控整流電路單相相控整流電路 l5.3 三相相控整流電路三相相控整流電路 l5.4 大容量相控整流電路大容量相

8、控整流電路 l5.5 相控整流電路的換相壓降相控整流電路的換相壓降 l5.6 整流電路的諧波分析整流電路的諧波分析 l5.7 有源逆變電路有源逆變電路 l5.8 晶閘管相控電路的驅(qū)動控制晶閘管相控電路的驅(qū)動控制 l5.9 PWM整流電路整流電路 在單相相控整流電路中，定義晶閘管從承受正向電壓起到觸在單相相控整流電路中，定義晶閘管從承受正向電壓起到觸發(fā)導(dǎo)通之間的電角度發(fā)導(dǎo)通之間的電角度稱為控制角稱為控制角(或移相角或移相角)，晶閘管在一個周期，晶閘管在一個周期內(nèi)導(dǎo)通的電角度稱為導(dǎo)通角，用內(nèi)導(dǎo)通的電角度稱為導(dǎo)通角，用表示。表示。 tUusin222圖圖5.2.1 單相半波可控整流單相半波可控整流

9、1. 電阻性負(fù)載電阻性負(fù)載（5.2.2） 上式上式(5.2.3)表明，只要改變控制角表明，只要改變控制角(即改變觸發(fā)時(shí)即改變觸發(fā)時(shí)刻刻)，就可以改變整流輸出電壓的平均值，達(dá)到相控，就可以改變整流輸出電壓的平均值，達(dá)到相控整流的目的。整流的目的。 1. 電阻性負(fù)載時(shí)參數(shù)計(jì)算：電阻性負(fù)載時(shí)參數(shù)計(jì)算：根據(jù)波形圖根據(jù)波形圖5.2.1 (b)，可求出整流輸出電壓平均值為：可求出整流輸出電壓平均值為：2cos145. 02cos12)(sin221222 UUttdUUd 移相范圍：移相范圍：整流輸出電壓整流輸出電壓Ud的平均值從最大值變的平均值從最大值變化到零時(shí)，控制角化到零時(shí)，控制角的變化范圍為移相范

10、圍。的變化范圍為移相范圍。當(dāng)當(dāng)=0時(shí)，時(shí)，Ud=0，當(dāng)當(dāng)=時(shí)，時(shí)，Ud=0.45U2為最大值。為最大值。 這種通過控制觸發(fā)脈沖的相位來控制直流輸出電壓這種通過控制觸發(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。大小的方式稱為相位控制方式，簡稱相控方式。單相半波相控整流電路帶電阻性負(fù)載時(shí)移相范圍為單相半波相控整流電路帶電阻性負(fù)載時(shí)移相范圍為。圖圖5.2.1 單相半波可控單相半波可控 整流波形圖整流波形圖 1. 電阻性負(fù)載時(shí)參數(shù)計(jì)算（續(xù)）：電阻性負(fù)載時(shí)參數(shù)計(jì)算（續(xù)）： 圖圖5.2.1 單相半波可控單相半波可控 整流波形圖整流波形圖 242sin)()sin2(21222

11、UtdtUU根據(jù)有效值的定義，整流輸出電壓的有效值為根據(jù)有效值的定義，整流輸出電壓的有效值為 （5.2.4）那么，整流輸出電流的平均值那么，整流輸出電流的平均值Id和有效值和有效值I分別為分別為RUI RUIdd 電流的波形系數(shù)電流的波形系數(shù)Kf為為 )cos1(2)(22sin2cos12242sin dfIIK（5.2.7）（5.2.5）（5.2.6）上式上式(5.2.7)表明，控制角表明，控制角越大，波形系數(shù)越大，波形系數(shù)Kf越大。越大。 1. 電阻性負(fù)載時(shí)參數(shù)計(jì)算（續(xù)）：電阻性負(fù)載時(shí)參數(shù)計(jì)算（續(xù)）： 圖圖5.2.1 單相半波可控單相半波可控 整流原理整流原理（5.2.8）如果忽略晶閘管

12、如果忽略晶閘管T的損耗，則變壓器二次側(cè)輸出的的損耗，則變壓器二次側(cè)輸出的有功功率為有功功率為 電源輸入的視在功率為電源輸入的視在功率為（5.2.10）（5.2.9） 從上式可知，功率因數(shù)是控制角從上式可知，功率因數(shù)是控制角的函數(shù)，且越的函數(shù)，且越大，大，相控整流輸出電壓越低，功率因數(shù)相控整流輸出電壓越低，功率因數(shù)PF越小。越小。 當(dāng)當(dāng)=0時(shí)，時(shí)，PF=0.707為最大值。這是因?yàn)殡娐返妮敵鰹樽畲笾?。這是因?yàn)殡娐返妮敵鲭娏髦胁粌H存在諧波，而且基波電流與基波電壓電流中不僅存在諧波，而且基波電流與基波電壓(即電即電源輸入正弦電壓源輸入正弦電壓)也不同相，即是使電阻性負(fù)載，也不同相，即是使電阻性負(fù)載，

13、PF也也不會等于不會等于1。UIRIPd 2IUS2 電路的功率因數(shù)電路的功率因數(shù) 242sin22 UUIUUISPPF 2. 電感性負(fù)載電感性負(fù)載（等效為電感（等效為電感L和電阻和電阻R串聯(lián)）串聯(lián)）圖圖5.2.3 感性負(fù)載單相半波可控整流電路及其波形感性負(fù)載單相半波可控整流電路及其波形工作原理工作原理 2. 電感性負(fù)載電感性負(fù)載 )(21)(21tdutduUUULRdLdRd02)(21)(2100 diLtddtdiLtduULdL )(21tduURd故故 （5.2.11）（5.2.12）（5.2.13） 2. 電感性負(fù)載（大電感）電感性負(fù)載（大電感） 22 0 dU 2. 電感性負(fù)

14、載（大電感）電感性負(fù)載（大電感） 在電源電壓正半周，在電源電壓正半周，負(fù)載電流由晶閘管導(dǎo)通提負(fù)載電流由晶閘管導(dǎo)通提供；供； 電源電壓負(fù)半周時(shí)，電源電壓負(fù)半周時(shí)，續(xù)流二極管續(xù)流二極管D D維持負(fù)載電流；維持負(fù)載電流； 因此負(fù)載電流是一個因此負(fù)載電流是一個連續(xù)且平穩(wěn)的直流電流。連續(xù)且平穩(wěn)的直流電流。大電感負(fù)載時(shí)，負(fù)載電流大電感負(fù)載時(shí)，負(fù)載電流波形是一條平行于橫軸的波形是一條平行于橫軸的直線，其值為直線，其值為I Id； 晶閘管與續(xù)流管承受的最大電壓均為晶閘管與續(xù)流管承受的最大電壓均為 2. 電感性負(fù)載（大電感）參數(shù)計(jì)算電感性負(fù)載（大電感）參數(shù)計(jì)算22UddTdTIII 22 ddDdDIII 22

15、 ddDDIII 22 ddTTIII 22 （5.2.17）（5.2.14）（5.2.15）（5.2.16）l1）優(yōu)點(diǎn)：）優(yōu)點(diǎn)：l 線路簡單，調(diào)整方便；線路簡單，調(diào)整方便；l2）缺點(diǎn)：）缺點(diǎn)：l （1）輸出電壓脈動大，負(fù)載電流脈動大（電阻性負(fù)）輸出電壓脈動大，負(fù)載電流脈動大（電阻性負(fù)載時(shí)）。載時(shí)）。l （2）整流變壓器次級繞組中存在直流電流分量，）整流變壓器次級繞組中存在直流電流分量， 使鐵芯磁化，變壓器容量不能充分利用。若不用變壓器，使鐵芯磁化，變壓器容量不能充分利用。若不用變壓器，則交流回路有直流電流，使電網(wǎng)波形畸變引起額外損耗。則交流回路有直流電流，使電網(wǎng)波形畸變引起額外損耗。l3）應(yīng)

16、用：）應(yīng)用：l 單相半波可控整流電路只適于小容量、波形要求不單相半波可控整流電路只適于小容量、波形要求不高的場合。高的場合。3、單相半波可控整流電路特點(diǎn)：、單相半波可控整流電路特點(diǎn)：1、阻性負(fù)載、阻性負(fù)載圖圖5.2.6 單相全控橋式整流電路單相全控橋式整流電路帶電阻性負(fù)載的電路與工作波形帶電阻性負(fù)載的電路與工作波形tUtUum sin2sin222 （的移相范圍是的移相范圍是0 0180180）工作原理分析：工作原理分析：1、阻性負(fù)載參數(shù)計(jì)算：、阻性負(fù)載參數(shù)計(jì)算：3 3）輸出電流的平均值和有效值分別為）輸出電流的平均值和有效值分別為2 2）整流輸出電壓的有效值為）整流輸出電壓的有效值為 即即U

17、 Ud d為最小值時(shí)，為最小值時(shí)，=180=180，UdUd為最大值時(shí)為最大值時(shí)=0=0，所以單相全控所以單相全控橋式整流電路帶電阻性負(fù)載時(shí)，橋式整流電路帶電阻性負(fù)載時(shí)，的移相范圍是的移相范圍是0 0180180。1 1）整流輸出電壓的平均值）整流輸出電壓的平均值 2cos19.0)cos1(2)(sin21222 UUttdUUd 22sin)()sin2(1222UtdtUU2cos19 . 02 ddddRURUI 22sin2ddRURUI（5.2.18）（5.2.19）（5.2.20）（5.2.21）1、阻性負(fù)載參數(shù)計(jì)算：、阻性負(fù)載參數(shù)計(jì)算：4 4）流過每個晶閘管的平均電流為輸出電流

18、平均值的一半，即）流過每個晶閘管的平均電流為輸出電流平均值的一半，即5 5）流過每個晶閘管的電流有效值為）流過每個晶閘管的電流有效值為2cos145. 0212 dddTRUII222sin2)()sin2(21222IRUtdtRUIddT （5.2.23）（5.2.22）26 6）晶閘管承受的最大反向電壓為）晶閘管承受的最大反向電壓為 U U2 2。 7 7）在一個周期內(nèi)每個晶閘管只導(dǎo)通一次，流過晶閘管的電流）在一個周期內(nèi)每個晶閘管只導(dǎo)通一次，流過晶閘管的電流波形系數(shù)為波形系數(shù)為 )cos1(2)(22sin2cos1222sin222 dddTTfTRURUIIK（5.2.24）1、阻性

19、負(fù)載參數(shù)計(jì)算：、阻性負(fù)載參數(shù)計(jì)算：9） 在一個周期內(nèi)電源通過變壓器兩次向負(fù)載提供能量，因此負(fù)在一個周期內(nèi)電源通過變壓器兩次向負(fù)載提供能量，因此負(fù)載電流有效值載電流有效值d d與變壓器次級電流有效值與變壓器次級電流有效值I2相同。那么電路的功率因相同。那么電路的功率因數(shù)可以按下式計(jì)算數(shù)可以按下式計(jì)算8 8）負(fù)載電流的波形系數(shù)為）負(fù)載電流的波形系數(shù)為)cos1(2)(22sin dfIIK 22sin2222UUUUIUIUSPPFddd（5.2.26）（5.2.25）、 的移相范圍相等，均為的移相范圍相等，均為0 0180180；、輸出電壓平均值、輸出電壓平均值U Ud是半波整流電路的倍；是半波

20、整流電路的倍；、在相同的負(fù)載功率下，流過晶閘管的平均電流減、在相同的負(fù)載功率下，流過晶閘管的平均電流減 小一半；小一半；、功率因數(shù)提高了、功率因數(shù)提高了 倍。倍。2 通過上述數(shù)量關(guān)系的分析，通過上述數(shù)量關(guān)系的分析，電阻負(fù)載時(shí)，電阻負(fù)載時(shí)，對單相全對單相全控橋式整流電路與半波整流電路可作如下比較：控橋式整流電路與半波整流電路可作如下比較：2大電感負(fù)載大電感負(fù)載 圖圖5.2.8 5.2.8 單相全控橋式整流電路帶電感性負(fù)載電路與波形圖單相全控橋式整流電路帶電感性負(fù)載電路與波形圖工作原理分析：工作原理分析：電路控制角的電路控制角的移相范圍移相范圍為為0 0/2/22大電感負(fù)載大電感負(fù)載參數(shù)計(jì)算：參數(shù)

21、計(jì)算：1 1）在電流連續(xù)的情況下整流輸出電壓的平均值為）在電流連續(xù)的情況下整流輸出電壓的平均值為2 2）整流輸出電壓有效值為）整流輸出電壓有效值為3 3）晶閘管承受的最大正反向電壓為）晶閘管承受的最大正反向電壓為 U U2 2。 cos22)(sin2122UttdUUd cos9 . 02U (0(09090) )222)()sin2(1UtdtUU 2(5.2.27) (5.2.28) 4）在一個周期內(nèi)每組晶閘管各導(dǎo)通）在一個周期內(nèi)每組晶閘管各導(dǎo)通180180，兩組輪流導(dǎo)通，兩組輪流導(dǎo)通，變壓器次級中的電流是正負(fù)對稱的方波，電流的平均值變壓器次級中的電流是正負(fù)對稱的方波，電流的平均值I I

22、d d和和有效值有效值I I相等，其波形系數(shù)為。相等，其波形系數(shù)為。2大電感負(fù)載大電感負(fù)載參數(shù)計(jì)算：參數(shù)計(jì)算：5 5）在電流連續(xù)的情況下整流輸出電壓的平均值為）在電流連續(xù)的情況下整流輸出電壓的平均值為(5.2.29) (5.2.30) 單相全控橋式整流電路具有輸出電流脈動小，功率因數(shù)高，單相全控橋式整流電路具有輸出電流脈動小，功率因數(shù)高，變壓器次級中電流為兩個等大反向的半波，沒有直流磁化問題，變壓器次級中電流為兩個等大反向的半波，沒有直流磁化問題，變壓器的利用率高。變壓器的利用率高。 在大電感負(fù)載情況下，在大電感負(fù)載情況下，接近接近/2時(shí)，輸出電壓的平均值接時(shí)，輸出電壓的平均值接近于零，負(fù)載上

23、的電壓太小。且理想的大電感負(fù)載是不存在的，近于零，負(fù)載上的電壓太小。且理想的大電感負(fù)載是不存在的，故實(shí)際電流波形不可能是一條直線，而且在故實(shí)際電流波形不可能是一條直線，而且在之前，電流就之前，電流就出現(xiàn)斷續(xù)。電感量越小，電流開始斷續(xù)的出現(xiàn)斷續(xù)。電感量越小，電流開始斷續(xù)的值就越小。值就越小。dddTdTIIII2122 dddTTIIII2122 6）結(jié)論：）結(jié)論：圖圖5.2.9 單相全控橋式整流電路帶反電勢負(fù)載電路與波形圖單相全控橋式整流電路帶反電勢負(fù)載電路與波形圖3反電勢負(fù)載工作原理反電勢負(fù)載工作原理 反電動勢負(fù)載：反電動勢負(fù)載：對于可控整流對于可控整流電路來說，被充電的蓄電池、電容電路來說

24、，被充電的蓄電池、電容器、正在運(yùn)行的直流電動機(jī)的電樞器、正在運(yùn)行的直流電動機(jī)的電樞（電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電動勢（電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電動勢E）等本身是一個直流電壓的負(fù)載。等本身是一個直流電壓的負(fù)載。dddRiEu dddREui 圖圖5.2.9 單相全控橋式整流電路單相全控橋式整流電路 帶反電勢負(fù)載電路波形圖帶反電勢負(fù)載電路波形圖3 3反電勢負(fù)載工作原理反電勢負(fù)載工作原理 導(dǎo)電角導(dǎo)電角時(shí)，整流電流波形出時(shí)，整流電流波形出現(xiàn)斷流。其波形如圖現(xiàn)斷流。其波形如圖5.2.9(5.2.9(c)c)所示，所示，圖中的圖中的為停止導(dǎo)電角。也就是說為停止導(dǎo)電角。也就是說與電阻負(fù)載時(shí)相比，晶閘管提前了與電阻負(fù)載時(shí)相

25、比，晶閘管提前了電角度停止導(dǎo)電。電角度停止導(dǎo)電。 22arcsinUE (5.2.31) 時(shí)，若觸發(fā)脈沖到來，晶閘時(shí)，若觸發(fā)脈沖到來，晶閘管因承受負(fù)電壓不可能導(dǎo)通。為了管因承受負(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)有足夠的寬度，保證當(dāng) 時(shí)刻晶閘管開始承受正電壓時(shí)，觸時(shí)刻晶閘管開始承受正電壓時(shí)，觸發(fā)脈沖仍然存在。這樣就要求觸發(fā)發(fā)脈沖仍然存在。這樣就要求觸發(fā)角角。 t3 3反電勢負(fù)載參數(shù)計(jì)算反電勢負(fù)載參數(shù)計(jì)算(5.2.33) (5.2.32) l1）整流器輸出端直流電壓平均值）整流器輸出端直流電壓平均值 l2）整流電流平均值）整流電流

26、平均值 )()cos(cos21)()sin2(122 EUEtdEtUEUd EU )cos(cos2212 dddREtUtdiIsin21)(12 EURd )cos(cos2121 1大電感負(fù)載時(shí)的工作情況大電感負(fù)載時(shí)的工作情況 圖圖5.2.10 單相半控橋式整流電路帶單相半控橋式整流電路帶大電感負(fù)載時(shí)的電壓、電流波形圖大電感負(fù)載時(shí)的電壓、電流波形圖 晶閘管在觸發(fā)時(shí)刻被迫換流，晶閘管在觸發(fā)時(shí)刻被迫換流，二極管則在電源電壓過零時(shí)自二極管則在電源電壓過零時(shí)自然換流；由于自然續(xù)流的作用，然換流；由于自然續(xù)流的作用，整流輸出電壓整流輸出電壓u ud的波形沒有負(fù)的波形沒有負(fù)半波的部分，與全控橋電

27、路帶半波的部分，與全控橋電路帶電阻性負(fù)載相同。電阻性負(fù)載相同。 的移相范圍為的移相范圍為0 0180180，U Ud、d d的計(jì)算公式和全控橋帶電的計(jì)算公式和全控橋帶電阻性負(fù)載時(shí)相同；流過晶閘管阻性負(fù)載時(shí)相同；流過晶閘管和二極管的電流都是寬度為和二極管的電流都是寬度為180180的方波且與無關(guān)，交流的方波且與無關(guān)，交流側(cè)電流為正負(fù)對稱的交變方波。側(cè)電流為正負(fù)對稱的交變方波。 工作特點(diǎn)：工作特點(diǎn)：1 1大電感負(fù)載時(shí)的工作情況大電感負(fù)載時(shí)的工作情況 圖圖5.2.10 單相半控橋式整流電路帶單相半控橋式整流電路帶大電感負(fù)載時(shí)的電壓、電流波形圖大電感負(fù)載時(shí)的電壓、電流波形圖 在實(shí)際運(yùn)行中，當(dāng)突然在實(shí)際

28、運(yùn)行中，當(dāng)突然把控制角把控制角 增大到增大到180以以上或突然切斷觸發(fā)電路時(shí)，上或突然切斷觸發(fā)電路時(shí)，會發(fā)生正在導(dǎo)通的晶閘管會發(fā)生正在導(dǎo)通的晶閘管一直導(dǎo)通兩個二極管輪導(dǎo)一直導(dǎo)通兩個二極管輪導(dǎo)通的失控現(xiàn)象。此時(shí)觸發(fā)通的失控現(xiàn)象。此時(shí)觸發(fā)信號對輸出電壓失去了控信號對輸出電壓失去了控制作用，失控在使用中是制作用，失控在使用中是不允許的，為了消除失控，不允許的，為了消除失控，帶電感性負(fù)載的半控橋式帶電感性負(fù)載的半控橋式整流電路還需加接續(xù)流二整流電路還需加接續(xù)流二極管。極管。 續(xù)流二極管的作用：續(xù)流二極管的作用：消除失控消除失控2 2大電感負(fù)載時(shí)參數(shù)計(jì)算大電感負(fù)載時(shí)參數(shù)計(jì)算 輸出電壓平均值為輸出電壓平均

29、值為2cos19 . 0)cos1 (2)(sin21222 UUttdUUd輸出電壓有效值為輸出電壓有效值為 22sin)()sin21222UtdtUU（(5.2.36) (5.2.35) 在控制角為在控制角為時(shí)，每個晶閘管一周期內(nèi)的導(dǎo)通角為時(shí)，每個晶閘管一周期內(nèi)的導(dǎo)通角為 ，續(xù)，續(xù)流管的流通角為流管的流通角為 ，2 2大電感負(fù)載時(shí)參數(shù)計(jì)算大電感負(fù)載時(shí)參數(shù)計(jì)算 ddTdTIII 22 ddTTIII 22 ddDdDIII 2ddDDIII 2流經(jīng)續(xù)流二極管的平均電流和有效電流分別為流經(jīng)續(xù)流二極管的平均電流和有效電流分別為(5.2.38) (5.2.37) (5.2.40) (5.2.39

30、) 則流過晶閘管的電流平均值和有效值分別為則流過晶閘管的電流平均值和有效值分別為 T 2 Dl5.1 整流器的性能指標(biāo)整流器的性能指標(biāo) l5.2 單相相控整流電路單相相控整流電路 l5.3 三相相控整流電路三相相控整流電路 l5.4 大容量相控整流電路大容量相控整流電路 l5.5 相控整流電路的換相壓降相控整流電路的換相壓降 l5.6 整流電路的諧波分析整流電路的諧波分析 l5.7 有源逆變電路有源逆變電路 l5.8 晶閘管相控電路的驅(qū)動控制晶閘管相控電路的驅(qū)動控制 l5.9 PWM整流電路整流電路 l 1 1）在）在t1t2期間，相電壓比、相都高，如果在期間，相電壓比、相都高，如果在t1時(shí)刻

31、觸發(fā)晶閘管時(shí)刻觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通，負(fù)載上得到相電壓導(dǎo)通，負(fù)載上得到相電壓uA。l 2 2）在）在t2t3期間，相電壓最高，若在期間，相電壓最高，若在t2時(shí)刻觸發(fā)時(shí)刻觸發(fā)導(dǎo)導(dǎo)通，負(fù)載上得到通，負(fù)載上得到B相電壓相電壓uB， 關(guān)斷關(guān)斷 。l 3 3）在）在t3 t4時(shí)期間，時(shí)期間，C C相電壓最高，若在相電壓最高，若在t3刻觸發(fā)刻觸發(fā)導(dǎo)導(dǎo)通，負(fù)載上得到相電壓通，負(fù)載上得到相電壓uC，并關(guān)斷并關(guān)斷。 1 1、電阻性負(fù)載工作原理分析、電阻性負(fù)載工作原理分析圖圖5.3.1 5.3.1 電阻性負(fù)載的三相半波相控整流電路及波形電阻性負(fù)載的三相半波相控整流電路及波形( (=0=0) )l 自然換流點(diǎn)：自然換流點(diǎn)：

32、tt1 1、tt2 2和和tt3 3時(shí)刻距相電壓波形過零點(diǎn)時(shí)刻距相電壓波形過零點(diǎn)3030電角度，它是各相晶閘管能被正常觸發(fā)導(dǎo)通的最早時(shí)刻，在該點(diǎn)電角度，它是各相晶閘管能被正常觸發(fā)導(dǎo)通的最早時(shí)刻，在該點(diǎn)以前，對應(yīng)的晶閘管因承受反壓，不能觸發(fā)導(dǎo)通，所以把它叫做以前，對應(yīng)的晶閘管因承受反壓，不能觸發(fā)導(dǎo)通，所以把它叫做自然換流點(diǎn)。自然換流點(diǎn)。l 在三相相控整流電路中，把自然換流點(diǎn)作為計(jì)算控制角在三相相控整流電路中，把自然換流點(diǎn)作為計(jì)算控制角的的起點(diǎn)，即該處起點(diǎn)，即該處=0=0（注意：這與單相可控整流電路是不同的）。注意：這與單相可控整流電路是不同的）。 1 1、電阻性負(fù)載工作原理分析、電阻性負(fù)載工作原

33、理分析圖圖5.3.1 5.3.1 電阻性負(fù)載的三相半波相控整流電路及波形電阻性負(fù)載的三相半波相控整流電路及波形( (=0=0) )1 1、電阻性負(fù)載工作原理分析、電阻性負(fù)載工作原理分析當(dāng)當(dāng)=30=30時(shí)，時(shí)，u ud、i id波形臨界連續(xù)。波形臨界連續(xù)。 當(dāng)當(dāng)=150=150時(shí)，整流輸出電壓為零。時(shí)，整流輸出電壓為零。 在在30時(shí)，輸出電壓和電流波形將時(shí)，輸出電壓和電流波形將不再連續(xù)；不再連續(xù)；在電源交流電路中不存在電感在電源交流電路中不存在電感情況下，晶閘管之間的電流轉(zhuǎn)移是在情況下，晶閘管之間的電流轉(zhuǎn)移是在瞬間完成的；瞬間完成的；負(fù)載上的電壓波形是相電壓的負(fù)載上的電壓波形是相電壓的一部分；一

34、部分；晶閘管處于截止?fàn)顟B(tài)時(shí)所承受晶閘管處于截止?fàn)顟B(tài)時(shí)所承受的電壓是線電壓而不是相電壓。的電壓是線電壓而不是相電壓。整流輸出電壓的脈動頻率為整流輸出電壓的脈動頻率為 HZ( (脈波數(shù)脈波數(shù)m=3)。結(jié)論：結(jié)論：圖圖5.3.2 5.3.2 三相半波相控整流三相半波相控整流=18=18、6060時(shí)的波形圖時(shí)的波形圖150503 1 1、電阻性負(fù)載數(shù)量關(guān)系、電阻性負(fù)載數(shù)量關(guān)系 若若A相電源輸入相電壓相電源輸入相電壓 ，B、C相相相相應(yīng)滯后應(yīng)滯后 則有如下數(shù)量關(guān)系：則有如下數(shù)量關(guān)系：tUuA sin222 120)300(cos17. 1)(sin23/2126562 UttdUUd 式中式中為整流變壓

35、器二次側(cè)相電壓有效值。為整流變壓器二次側(cè)相電壓有效值。 (5.3.1) 當(dāng)當(dāng)3030時(shí)，負(fù)載電流連續(xù)，各相晶閘管每周期時(shí)，負(fù)載電流連續(xù)，各相晶閘管每周期輪流導(dǎo)電輪流導(dǎo)電120120，即導(dǎo)通角，即導(dǎo)通角T T =120=120。輸出電壓平均值為輸出電壓平均值為 當(dāng)當(dāng)=0時(shí)整流輸出電壓平均值時(shí)整流輸出電壓平均值d最大。增大最大。增大，Ud減小，當(dāng)減小，當(dāng)=150時(shí)，時(shí)，Ud=0。所以帶電阻性負(fù)載的三相所以帶電阻性負(fù)載的三相半波相控整流電路的半波相控整流電路的移相范圍為移相范圍為01501 1、電阻性負(fù)載數(shù)量關(guān)系、電阻性負(fù)載數(shù)量關(guān)系(5.3.1) 當(dāng)當(dāng)30時(shí)，負(fù)載電流斷續(xù)，時(shí)，負(fù)載電流斷續(xù)， ，輸出

36、電壓平均值輸出電壓平均值d為為150 62)(sin23/21ttdUUd3)30cos(117. 12 U)15030( (4) 晶閘管承受的最大反向電壓為電源線電壓峰值，晶閘管承受的最大反向電壓為電源線電壓峰值，即即 ，最大正向電壓為電源相電壓，即最大正向電壓為電源相電壓，即 。22U26U1 1、電阻性負(fù)載數(shù)量關(guān)系、電阻性負(fù)載數(shù)量關(guān)系(5.3.4) （5 5）負(fù)載電流的平均值）負(fù)載電流的平均值 dddRUI ddTII31 )2cos2332(212 dTRUI30 o)2sin412cos4365(212 dTRUI15030 流過每個晶閘管的平均電流流過每個晶閘管的平均電流流過每個晶

37、閘管的電流有效值為流過每個晶閘管的電流有效值為(5.3.5) (5.3.3) (5.3.6) 1 1、大電感負(fù)載、大電感負(fù)載 (1) (1)在在3030時(shí)，時(shí)，u ud d的波形與電的波形與電阻性負(fù)載時(shí)相同。阻性負(fù)載時(shí)相同。 (2)30 (2)30時(shí)時(shí)u ud d波形出現(xiàn)部分負(fù)壓。波形出現(xiàn)部分負(fù)壓。 (3) (3)盡管盡管3030，由于大電感負(fù)由于大電感負(fù)載的作用，仍然使各相晶閘管導(dǎo)通載的作用，仍然使各相晶閘管導(dǎo)通120120，保證了電流的連續(xù)。，保證了電流的連續(xù)。 電路特點(diǎn)：電路特點(diǎn)：圖圖5.3.35.3.3 大電感負(fù)載的三相半波整流電路及波形大電感負(fù)載的三相半波整流電路及波形 1 1、大電

38、感負(fù)載數(shù)量關(guān)系、大電感負(fù)載數(shù)量關(guān)系流過每個晶閘管的平均電流與有效電流分別為流過每個晶閘管的平均電流與有效電流分別為 65622cos17. 1)(sin23/21UttdUUd 當(dāng)當(dāng)=0時(shí)時(shí)Ud最大最大，當(dāng)當(dāng)=90時(shí)，時(shí)，Ud=0。因此，大電感因此，大電感負(fù)載時(shí)，負(fù)載時(shí)，三相半波整流電路的移相范圍為三相半波整流電路的移相范圍為090。整流輸出電壓平均值整流輸出電壓平均值ud為為dddTdTIIII313601202 dddTTIIII577. 0312 (5.3.8) (5.3.7) (5.3.9) 1 1、大電感負(fù)載接續(xù)流二極管時(shí)、大電感負(fù)載接續(xù)流二極管時(shí)4 4）續(xù)流二極管在一周期內(nèi)導(dǎo)通三）

39、續(xù)流二極管在一周期內(nèi)導(dǎo)通三次，其導(dǎo)通角次，其導(dǎo)通角D D=3(=3(3030) )。 1）ud的波形與純電阻性負(fù)載時(shí)一樣，的波形與純電阻性負(fù)載時(shí)一樣，Ud的計(jì)算公式也一樣。的計(jì)算公式也一樣。)300(cos17. 1)(sin23/2126562 UttdUUd圖圖5.3.3 大電感負(fù)載的大電感負(fù)載的 三相半波整流電路三相半波整流電路2 2）負(fù)載電流）負(fù)載電流i id=i=iT1+i+iT2+i+iT3+ +i iD。3 3）一周期內(nèi)晶閘管的導(dǎo)通角）一周期內(nèi)晶閘管的導(dǎo)通角 T=150=150。1 1、大電感負(fù)載接續(xù)流二極管時(shí)、大電感負(fù)載接續(xù)流二極管時(shí)圖圖5.3.3 大電感負(fù)載的大電感負(fù)載的 三

40、相半波整流電路三相半波整流電路（5.3.13）5 5）流過晶閘管的平均電流和有效電流分別為）流過晶閘管的平均電流和有效電流分別為6 6）流過續(xù)流管的平均電流和）流過續(xù)流管的平均電流和有效電流分別為有效電流分別為ddTdTIII 3601502 ddTTIII 3601502 ddDdDIII 120302 ddDDIII 120302 （5.3.10）（5.3.11）（5.3.12） 共陰極組的自然換流點(diǎn)共陰極組的自然換流點(diǎn)( (=0=0) )在在tt1 1、tt、tt時(shí)刻，分別時(shí)刻，分別觸發(fā)觸發(fā)、晶閘管。晶閘管。 共陽極組的自然換流點(diǎn)共陽極組的自然換流點(diǎn)( (=0=0) )在在tt、tt、t

41、t時(shí)刻，分別時(shí)刻，分別觸發(fā)觸發(fā)、晶閘管。晶閘管。 晶閘管的導(dǎo)通順序?yàn)椋壕чl管的導(dǎo)通順序?yàn)椋? 12 23 34 45 56 6。 圖圖5.3.45.3.4 三相橋式相控整流電路三相橋式相控整流電路 帶電阻負(fù)載帶電阻負(fù)載 時(shí)的情況時(shí)的情況01 1、電阻性負(fù)載工作原理電阻性負(fù)載工作原理2、三相橋式全控整流電路的特點(diǎn)三相橋式全控整流電路的特點(diǎn) （l l）每個時(shí)刻均需每個時(shí)刻均需2 2個不同組的晶閘管同時(shí)導(dǎo)通，形個不同組的晶閘管同時(shí)導(dǎo)通，形成向負(fù)載供電的回路，其中且不能為同一相的晶閘管；成向負(fù)載供電的回路，其中且不能為同一相的晶閘管； （2）對觸發(fā)脈沖的要求：）對觸發(fā)脈沖的要求：6個晶閘管的觸發(fā)脈沖按

42、個晶閘管的觸發(fā)脈沖按 ug1ug2ug3ug4ug5ug6的順序（相位依次差的順序（相位依次差60） 分別觸發(fā)晶閘管分別觸發(fā)晶閘管123456；共陰極組共陰極組1、3、5的觸發(fā)脈沖依次相差的觸發(fā)脈沖依次相差120，共陽極組共陽極組、的觸發(fā)脈沖也依次差的觸發(fā)脈沖也依次差 120, 同一相的上下兩個橋臂，即同一相的上下兩個橋臂，即 T1、與與T4，T3與與 T6，T5與與 T2脈沖相差脈沖相差180；2、三相橋式全控整流電路的特點(diǎn)三相橋式全控整流電路的特點(diǎn) 寬脈沖觸發(fā)：寬脈沖觸發(fā)：使脈沖寬度大于使脈沖寬度大于60( (一般取一般取80100););雙脈沖觸發(fā)：雙脈沖觸發(fā)：用兩個窄脈沖代替寬脈沖，兩

43、個窄脈沖的前沿用兩個窄脈沖代替寬脈沖，兩個窄脈沖的前沿相差相差60，脈寬一般為，脈寬一般為2030。 （3）全控橋觸發(fā)脈沖類型：）全控橋觸發(fā)脈沖類型：（4 4）帶電阻負(fù)載時(shí)三相橋式全控整流電路角）帶電阻負(fù)載時(shí)三相橋式全控整流電路角的移相范圍的移相范圍是是 120。 3、三相橋式全控整流三相橋式全控整流電路電路不同時(shí)工作原理不同時(shí)工作原理 =30=30時(shí)工作波形：時(shí)工作波形：圖圖5.3.5 三相橋式相控整流電路三相橋式相控整流電路 帶電阻負(fù)載帶電阻負(fù)載=30=30 時(shí)的情況時(shí)的情況3、三相橋式全控整流三相橋式全控整流電路電路不同時(shí)工作原理不同時(shí)工作原理 =60=60時(shí)工作波形：時(shí)工作波形：圖圖5

44、.3.6 三相橋式相控整流電路三相橋式相控整流電路 帶電阻負(fù)載帶電阻負(fù)載=60=60 時(shí)的情況時(shí)的情況=90=90時(shí)工作波形：時(shí)工作波形：圖圖5.3.7 三相橋式相控整流電路三相橋式相控整流電路 帶電阻負(fù)載帶電阻負(fù)載=90=90 時(shí)的情況時(shí)的情況3、三相橋式全控整流三相橋式全控整流電路電路不同時(shí)工作原理不同時(shí)工作原理 4、三相橋式全控整流電路參數(shù)計(jì)算三相橋式全控整流電路參數(shù)計(jì)算 2）當(dāng)）當(dāng)6060時(shí)，負(fù)載電流不連續(xù)，整流輸出電壓時(shí)，負(fù)載電流不連續(xù)，整流輸出電壓的平均值為的平均值為 1）當(dāng)）當(dāng)6060時(shí)，負(fù)載電流連續(xù)，負(fù)載上承受的是線電時(shí)，負(fù)載電流連續(xù)，負(fù)載上承受的是線電壓設(shè)其表達(dá)式為壓設(shè)其表達(dá)

45、式為 ，在，在 內(nèi)積分上內(nèi)積分上 、下限為下限為 和和 。因此當(dāng)控制角為時(shí)，整流輸出電壓。因此當(dāng)控制角為時(shí)，整流輸出電壓的平均值為的平均值為tUuAB sin232 3 32 3 cos34. 2cos63)(sin631222323UUttdUUd 3cos134. 23cos163)(sin6312223UUttdUUd（5.3.14）（5.3.15）晶閘管承受的最大正、反向峰值電壓為晶閘管承受的最大正、反向峰值電壓為 26U5 5、大電感負(fù)載、大電感負(fù)載 圖圖5.3.8 5.3.8 帶大電感負(fù)載的帶大電感負(fù)載的三相全控橋式三相全控橋式 整流電路及整流電路及=0=0時(shí)的電流電壓波形時(shí)的電流

46、電壓波形 1 1）=0=0時(shí)工作波形時(shí)工作波形電路移向范圍為電路移向范圍為0 09 90 05 5、大電感負(fù)載、大電感負(fù)載 圖圖5.3.9 5.3.9 帶大電感負(fù)載的三相全控橋式整流電路在帶大電感負(fù)載的三相全控橋式整流電路在=30=30、9090時(shí)的電流電壓波形時(shí)的電流電壓波形 2 2）=30=30、 90 90時(shí)工作波形時(shí)工作波形6 6、大電感負(fù)載參數(shù)計(jì)算、大電感負(fù)載參數(shù)計(jì)算 在在0 09090范圍內(nèi)負(fù)載電流連續(xù)，負(fù)載上承受的是范圍內(nèi)負(fù)載電流連續(xù)，負(fù)載上承受的是線電壓，設(shè)其表達(dá)式為線電壓，設(shè)其表達(dá)式為 ，而線電壓，而線電壓超前于相電壓超前于相電壓3030，在內(nèi)，在內(nèi) 積分上、下限為積分上、下

47、限為 和和 。因此當(dāng)控制角為因此當(dāng)控制角為時(shí)：時(shí)：(5.3.16)(5.3.16)tUuAB sin232 cos34. 2cos63)(sin63/1222323UUttdUUd 3 32 31）整流輸出電壓的平均值為）整流輸出電壓的平均值為（0 09090）2）負(fù)載電流平均值為）負(fù)載電流平均值為 cos34. 22ddddRURUI (5.3.17)(5.3.17) 三相全控橋式整流電路中，晶閘管換流只在本組內(nèi)進(jìn)行，每隔三相全控橋式整流電路中，晶閘管換流只在本組內(nèi)進(jìn)行，每隔120120換流一次，即在電流連續(xù)的情況下，每個晶閘管的導(dǎo)通角換流一次，即在電流連續(xù)的情況下，每個晶閘管的導(dǎo)通角T T=120=120。因此因此3）流過