電力電子技術(shù)基礎(chǔ)4—可控整流

1、Fundamentals of Power Electronics Technology 電力電子技術(shù)基礎(chǔ)South China University of Technology第三部分 電力電子變換電路6整流電路：出現(xiàn)最早的電力電子電路， 將交流電變?yōu)橹绷麟姲唇M成的器件可分為不可控、半控、全控三種按交流輸入相數(shù)分為單相電路和多相電路第二章 可控整流電路2.1 單相半波可控整流電路電力電子技術(shù)第二部分 電力電子器件前言電力電子技術(shù)基礎(chǔ)重點(diǎn)注意：工作原理（波形分析）、定量計(jì)算、不同負(fù)載的影響。 單相整流電路交流側(cè)接單相電源變壓器T起變換電壓和隔離的作用電力電子技術(shù)第二部分 電力電子器件電阻負(fù)載電

2、力電子技術(shù)基礎(chǔ)一次側(cè)二次側(cè)瞬時(shí)值有效值u2u1U1U2晶閘管uVT負(fù)載udU平均值UdIdIid電阻負(fù)載的特點(diǎn)：電壓與電流成正比，兩者波形相同 電力電子技術(shù)第二部分 電力電子器件移相以及相應(yīng)的參數(shù)電力電子技術(shù)基礎(chǔ) 自然換流點(diǎn)：由負(fù)變正過零的時(shí)刻。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(dǎo)通角：晶閘管在一個(gè)電源周期中處于通態(tài)的電角度，用表示。移相范圍：使輸出電壓從最大到最小的過程中，控制角的變化范圍。 通過控制脈沖相位來控制輸出直流電壓大小的方法稱為相控法。電力電子技術(shù)第二部分 電力電子器件參數(shù)計(jì)算電力電子技術(shù)基礎(chǔ)直流輸出（負(fù)載）電壓平均

3、值負(fù)載電流平均值弧度弧度電力電子技術(shù)第二部分 電力電子器件參數(shù)計(jì)算電力電子技術(shù)基礎(chǔ)負(fù)載電流有效值（變壓器二次側(cè)電流有效值、晶閘管電流有效值）負(fù)載電壓有效值電力電子技術(shù)第二部分 電力電子器件參數(shù)計(jì)算電力電子技術(shù)基礎(chǔ)有功功率視在功率功率因數(shù)弧度盡管是電阻性負(fù)載，由于存在諧波電流，整流電流的功率因數(shù)小于1，且控制角越大，功率因數(shù)越低。晶閘管兩端承受的最大正向反向電壓都為電力電子技術(shù)第二部分 電力電子器件單相半波阻感負(fù)載電力電子技術(shù)基礎(chǔ)阻感負(fù)載的特點(diǎn)：電感對電流變化有抗拒作用，使得流過電感的電流不能發(fā)生突變電力電子技術(shù)第二部分 電力電子器件單相半波阻感負(fù)載電力電子技術(shù)基礎(chǔ)電力電子技術(shù)第二部分 電力電子

4、器件分段線性化電力電子技術(shù)基礎(chǔ)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，分段進(jìn)行分析計(jì)算對單相半波電路的分析可基于上述方法進(jìn)行：當(dāng)VT處于斷態(tài)時(shí)，相當(dāng)于電路在VT處斷開，id=0。當(dāng)VT處于通態(tài)時(shí)，相當(dāng)于VT短路電力電子技術(shù)第二部分 電力電子器件狀態(tài)方程電力電子技術(shù)基礎(chǔ) 初始條件：t= a ，id=0。并將初始條件代入可得 其中 當(dāng)t=+a 時(shí)，id=0，代入并整理得 電力電子技術(shù)第一部分 緒論負(fù)載與導(dǎo)通角的關(guān)系電力電子技術(shù)基礎(chǔ)若j為定值，a 越大，在u2正半周L儲能越少，維持導(dǎo)電的能力就越弱，越小若a為定值，j 越大，則L貯能越多，越大；且j 越大，在u2負(fù)

5、半周L維持晶閘管導(dǎo)通的時(shí)間就越接近晶閘管在u2正半周導(dǎo)通的時(shí)間，ud中負(fù)的部分越接近正的部分，平均值Ud越接近零，輸出的直流電流平均值也越小。電力電子技術(shù)第二部分 電力電子器件帶續(xù)流二極管的阻感負(fù)載電力電子技術(shù)基礎(chǔ)為避免Ud太小，在整流電路的負(fù)載兩端并聯(lián)續(xù)流二極管當(dāng)u2過零變負(fù)時(shí)，VDR導(dǎo)通，ud為零。此時(shí)為負(fù)的u2通過VDR向VT施加反壓使其關(guān)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。續(xù)流期間ud為0，ud中不再出現(xiàn)負(fù)的部分電力電子技術(shù)第二部分 電力電子器件數(shù)量關(guān)系若近似認(rèn)為id為一條水平線，恒為Id，則流過VT的電流平均值為流過VT的電流有效值為移相范圍

6、180度VT最大正反壓電力電子技術(shù)第二部分 電力電子器件電力電子技術(shù)基礎(chǔ)流過VDR的電流有效值為流過VDR的電流平均值為數(shù)量關(guān)系VDR最大正反壓電力電子技術(shù)第二部分 電力電子器件單相半波整流的特點(diǎn)電力電子技術(shù)基礎(chǔ)簡單，但輸出脈動大，變壓器二次側(cè)電流中含直流分量，造成變壓器鐵芯直流磁化實(shí)際上很少應(yīng)用此種電路分析該電路的主要目的在于利用其簡單易學(xué)的特點(diǎn)，建立起整流電路的基本概念注意：VT觸發(fā)脈沖要有一定的寬度2.2 單相橋式全控整流電路電力電子技術(shù)第三部分 電力電子變換電路單相全橋全控整流電路的特點(diǎn)電力電子技術(shù)基礎(chǔ)克服了單相半波可控整流電路的缺點(diǎn)：電流脈動小，消除了變壓器的直流分量，提高了變壓器的

7、利用率。在小容量設(shè)備里邊得到應(yīng)用。電力電子技術(shù)第三部分 電力電子變換電路電阻性負(fù)載電力電子技術(shù)基礎(chǔ)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(dǎo)通，當(dāng)u2過零時(shí)關(guān)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(dǎo)通，當(dāng)u2過零時(shí)關(guān)斷電力電子技術(shù)第三部分 電力電子變換電路仿真電力電子技術(shù)基礎(chǔ)電力電子技術(shù)第三部分 電力電子變換電路數(shù)量關(guān)系電力電子技術(shù)基礎(chǔ)a 角的移相范圍為180。輸出電壓平均值負(fù)載電流平均值負(fù)載電流有效值、變壓器二次側(cè)電流有效值電力電子技術(shù)第三部分 電力電子變換電路數(shù)量關(guān)系電力電子技術(shù)基礎(chǔ)晶閘管電流有效值晶閘管電

8、流平均值為負(fù)載電流平均值的一半功率因數(shù)電力電子技術(shù)第三部分 電力電子變換電路阻感負(fù)載電力電子技術(shù)基礎(chǔ)為便于討論，假設(shè)電路已工作于穩(wěn)態(tài)，id的平均值不變。假設(shè)負(fù)載電感很大，負(fù)載電流id連續(xù)且波形近似為一水平線u2過零變負(fù)時(shí)，由于電感的作用晶閘管VT1和VT4中仍流過電流id，并不關(guān)斷至t=+a 時(shí)刻，給VT2和VT3加觸發(fā)脈沖，因VT2和VT3本已承受正電壓，故兩管導(dǎo)通VT2和VT3導(dǎo)通后，u2通過VT2和VT3分別向VT1和VT4施加反壓使VT1和VT4關(guān)斷，流過VT1和VT4的電流迅速轉(zhuǎn)移到VT2和VT3上，此過程稱換相，亦稱換流 晶閘管移相范圍為90。 晶閘管承受的最大正反向電壓均為 。

9、晶閘管導(dǎo)通角與a無關(guān)，均為180 和 。變壓器二次側(cè)電流i2的波形為正負(fù)各180的矩形波，其相位由a角決定，有效值I2=Id。 電力電子技術(shù)第三部分 電力電子變換電路阻感負(fù)載電力電子技術(shù)基礎(chǔ)2.3 單相橋式半控整流電路電力電子技術(shù)第三部分 電力電子變換電路電阻負(fù)載電力電子技術(shù)基礎(chǔ)單相全控橋中，每個(gè)導(dǎo)電回路中有2個(gè)晶閘管，為了對每個(gè)導(dǎo)電回路進(jìn)行控制，只需1個(gè)晶閘管就可以了，另1個(gè)晶閘管可以用二極管代替，從而簡化整個(gè)電路。如此即成為單相橋式半控整流電路（先不考VDR）。半控電路與全控電路在電阻負(fù)載時(shí)的工作情況相同電力電子技術(shù)第三部分 電力電子變換電路阻感負(fù)載電力電子技術(shù)基礎(chǔ) 假設(shè)負(fù)載中電感很大，且

10、電路已工作于穩(wěn)態(tài)在u2正半周，觸發(fā)角a處給晶閘管VT1加觸發(fā)脈沖，u2經(jīng)VT1和VD4向負(fù)載供電 u2過零變負(fù)時(shí)，因電感作用使電流連續(xù)，VT1繼續(xù)導(dǎo)通。但因a點(diǎn)電位低于b點(diǎn)電位，使得電流從VD4轉(zhuǎn)移至VD2，VD4關(guān)斷，電流不再流經(jīng)變壓器二次繞組，而是由VT1和VD2續(xù)流在u2負(fù)半周觸發(fā)角a 時(shí)刻觸發(fā)VT3，VT3導(dǎo)通，則向VT1加反壓使之關(guān)斷，u2經(jīng)VT3和VD2向負(fù)載供電。u2過零變正時(shí)，VD4導(dǎo)通，VD2關(guān)斷。VT3和VD4續(xù)流，ud又為零電力電子技術(shù)第三部分 電力電子變換電路阻感負(fù)載電力電子技術(shù)基礎(chǔ)若無續(xù)流二極管，則當(dāng)a 突然增大至180或觸發(fā)脈沖丟失時(shí)，會發(fā)生一個(gè)晶閘管持續(xù)導(dǎo)通而兩個(gè)二極管輪流導(dǎo)通的情況，這使ud成為正弦半波，即半周期ud為正弦，另外半周期ud為零，其平均值保持恒定，稱為失控有續(xù)流二極管VDR時(shí)，續(xù)流過程由VDR完成，晶閘管關(guān)斷，避免了某一個(gè)晶閘管持續(xù)