電力電子技術(shù) 第三章第1講

作業(yè)講評(píng)第4題b)解答：電流的平均值Id2：電流的有效值(均方根)I2:第3章整流電路第1講3.1單相可控整流電路P433.1單相可控整流電路序P43一.本課程包括“電力電子器件的應(yīng)用”和“變流應(yīng)用技術(shù)”(又叫“變流技術(shù)”、“電力變換技術(shù)”)，是對(duì)電力能量進(jìn)行處理的工程技術(shù)。二.電力變換的四種基本類型：交流變直流：整流，AC-DC。供直流負(fù)載使用電能。直流變交流：逆變，DC-AC。供交流負(fù)載使用電能。直流變直流：DC-DC。改變直流電源的電壓。交流變交流：AC-AC。改變交流電源的電壓、頻率、波形。三.本章內(nèi)容：整流電路(AC-DC)。3.1單相可控整流電路序P43整流:將交流電能變?yōu)橹绷麟娔?AC-DC)，供給直流用電設(shè)備。整流電路按交流輸入相數(shù)分為“單相整流電路”和“多相整流電路”兩大類。單相整流電路的類型：①不控整流：用二極管器件的半波或全波整流電路。②可控整流：用可控硅或全控器件的半波或全波整流電路?？煽卣魇潜菊碌闹饕獙W(xué)習(xí)內(nèi)容?？煽卣麟娐凡坏珜?shí)現(xiàn)交流變直流的處理，還可以調(diào)整改變輸出的直流電電壓值。3.1.1單相半波可控整流電路P441.帶電阻負(fù)載的工作情況:變壓器T：作變換電壓和隔離用途。其一次側(cè)和二次側(cè)電壓瞬時(shí)值(是變量)分別用u1和u2表示，有效值(是常量)分別用U1和U2表示，其中U2的大小根據(jù)需要的直流輸出電壓ud的平均值Ud確定。電阻負(fù)載的特點(diǎn)：電壓與電流成正比，兩者波形相同。在分析整流電路工作時(shí)，認(rèn)為晶閘管(開關(guān)器件)為理想器件，即晶閘管導(dǎo)通時(shí)其管壓降等于零，晶閘管阻斷時(shí)其漏電流等于零，除非特意研究晶閘管的開通、關(guān)斷過程，一般認(rèn)為晶閘管的開通與關(guān)斷過程瞬時(shí)完成。3.1.1單相半波可控整流電路(續(xù))P44改變觸發(fā)時(shí)刻：負(fù)載上ud和id波形隨之改變，直流輸出電壓ud的極性不變，但其瞬時(shí)值是變化的脈動(dòng)直流，其波形只在u2正半周內(nèi)出現(xiàn)在負(fù)載上，故稱“半波”整流。加之電路中采用了可控器件晶閘管，且交流輸入為單相，故該電路稱為單相半波可控整流電路?；緮?shù)量關(guān)系：

1.(阿爾法)：從晶閘管開始承受正向陽極電壓起到施加觸發(fā)脈沖止的電角度稱為觸發(fā)延遲角，也稱觸發(fā)角或控制角。

2.(西塔)：晶閘管在一個(gè)電源周期中處于通態(tài)的電角度稱為導(dǎo)通角。3.直流輸出電壓平均值：

隨著增大，輸出平均值Ud減小，該電路中晶閘管的移相范圍為180。4.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(jiǎn)稱“相控方式”。3.1.1單相半波可控整流電路(續(xù))P442.帶阻感負(fù)載的工作情況阻感負(fù)載的特點(diǎn)：電感對(duì)電流變化有抗拒作用，使得電感電流不能突變。電路分析：1.在0～ωt1：晶閘管VT處于斷態(tài)。

id=0，ud=0，uTV=u2。2.在t1時(shí)刻：即觸發(fā)角處

ud=u2。

L的存在使id不能突變，id從0開始增加。3.在π～t2期間：u2過零由正變負(fù)，由于電感L的作用,繼續(xù)維持id流動(dòng)，因此VT仍處于導(dǎo)通狀態(tài)(見左下圖的分析)。

4.t2時(shí)刻：電感能量釋放完畢，id降至零，VT關(guān)斷并立即承受反壓。5.由于電感的存在延遲了晶閘管VT的關(guān)斷時(shí)刻，使ud波形出現(xiàn)負(fù)的部分，與帶電阻負(fù)載時(shí)相比其平均值Ud下降3.1.1單相半波可控整流電路(續(xù))P46有續(xù)流二極管的阻感負(fù)載電路：在整流電路的負(fù)載兩端并聯(lián)一個(gè)二極管，稱為續(xù)流二極管，用VDR表示。電路分析：u2正半周時(shí)，與沒有續(xù)流二極管時(shí)的情況一樣。

u2過零變負(fù)時(shí)，VDR導(dǎo)通，ud為零(設(shè)二極管管壓降=0)，此時(shí)為負(fù)的u2通過VDR向VT施加反壓使其關(guān)斷，L儲(chǔ)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。若L足夠大，id連續(xù)，且id波形接近一條水平線。3.1.1單相半波可控整流電路(續(xù))P47帶阻感負(fù)載且有續(xù)流二極管電路的基本數(shù)量關(guān)系：1.流過晶閘管的電流平均值IdT和有效值IT分別為:(式3-5，3-6)

2.續(xù)流二極管的電流平均值IdDR和有效值IDR分別為:(式3-7，3-8)

3.晶閘管移相范圍為180，其承受的最大正、反向電壓均為u2的峰值即。4.續(xù)流二極管承受的反向電壓-ud，其最大反向電壓為，即u2的峰值。單相半波可控整流電路的特點(diǎn)是簡(jiǎn)單，但輸出脈動(dòng)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。為使變壓器鐵芯不飽和，需增大鐵芯截面積，增大了設(shè)備的容量。3.1.2單相橋式全控整流電路P471.帶電阻負(fù)載的工作情況

電路分析①晶閘管VT1和VT4組成一對(duì)橋臂，VT2和VT3組成另一對(duì)橋臂(同時(shí)開通的兩管為一個(gè)“臂”)。②在u2正半周期間：若4個(gè)晶閘管均不導(dǎo)通，id=0，ud=0,VT1、VT4串聯(lián)共同承受正向電壓u2。VT2、VT3串聯(lián)共同承受反向電壓u2在觸發(fā)角處給VT1和VT4加觸發(fā)脈沖，VT1和VT4即導(dǎo)通，電流從電源a端經(jīng)VT1、R、VT4流回電源b端。③當(dāng)u2過零時(shí)，流經(jīng)晶閘管的電流也降到零，VT1和VT4自然關(guān)斷。④在u2負(fù)半周，仍在觸發(fā)角處觸發(fā)VT2和VT3，VT2和VT3導(dǎo)通，電流從電源b端流出，經(jīng)VT3、R、VT2流回電源a端。⑤到u2過零時(shí)，電流又降為零，VT2和VT3自然關(guān)斷。3.1.2單相橋式全控整流電路(續(xù))P48帶電阻負(fù)載的基本數(shù)量關(guān)系：①晶閘管承受的最大正向電壓為

，反向電壓為。U2為副邊電壓有效值。②整流電壓平均值為(式3-9)：

③α=0時(shí)，Ud=Ud0=0.9U2。α=180時(shí)，Ud=0。可見，α角的移相范圍為180。④向負(fù)載輸出的直流電流平均值為(式3-10)：3.1.2單相橋式全控整流電路(續(xù))P48帶電阻負(fù)載的基本數(shù)量關(guān)系(續(xù))：⑤流過晶閘管的電流平均值是輸出直流平均值的一半(式3-11):

⑥流過晶閘管的電流有效值為(式3-12):⑦變壓器二次側(cè)電流有效值I2與輸出直流電流有效值I相等，為(式3-13):⑧不考慮變壓器的損耗時(shí)，要求變壓器的容量為S=U2I2(伏安)。

U2：二次側(cè)電壓有效值，I2：二次側(cè)電流有效值3.1.2單相橋式全控整流電路(續(xù))P482.帶阻感負(fù)載的工作情況電路分析：①在u2正半周期：觸發(fā)角處給晶閘管VT1和VT4加觸發(fā)脈沖使其開通，ud=u2。

負(fù)載電感很大，id不能突變且波形近似為一條水平線。②u2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。③t=+時(shí)刻，觸發(fā)VT2和VT3，VT2和VT3導(dǎo)通，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，此過程稱為換相，亦稱換流。

3.1.2單相橋式全控整流電路(續(xù))P48～49帶阻感負(fù)載的基本數(shù)量關(guān)系：①整流電壓平均值為(式3-15)：

當(dāng)=0時(shí)，Ud=0.9U2。=90時(shí)，Ud=0。晶閘管移相范圍為0°～90。

②晶閘管承受的最大正反向電壓均為。

③晶閘管導(dǎo)通角與無關(guān)，均為180，其電流平均值和有效值分別為：

和。

④變壓器二次側(cè)電流i2的波形為正負(fù)各180的矩形波，其相位由角決定，有效值I2=Id。3.1.2單相橋式全控整流電路(續(xù))P493.帶反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載時(shí)的工作情況當(dāng)負(fù)載為蓄電池、直流電動(dòng)機(jī)的電樞(忽略其中的電感)等時(shí)，負(fù)載可看成一個(gè)直流電壓源，對(duì)于整流電路，它們就是反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載。電路分析：①|(zhì)u2|>E時(shí)，晶閘管才承受正電壓，才有導(dǎo)通的可能。②晶閘管導(dǎo)通之后，ud=u2，，直至|u2|=E，id即降至0使得晶閘管關(guān)斷，此后ud=E。③與電阻負(fù)載時(shí)相比，晶閘管提前了電角度(德爾塔)停止導(dǎo)電，稱為停止導(dǎo)電角。④當(dāng)<時(shí)，觸發(fā)脈沖到來時(shí)，晶閘管承受負(fù)電壓，不可能導(dǎo)通。3.1.2單相橋式全控整流電路(續(xù))P493.帶反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載時(shí)的工作情況(續(xù))⑤電流斷續(xù)問題

負(fù)載電流id波形在一周期內(nèi)有部分時(shí)間為零的情況(見波形圖)，稱為電流斷續(xù)。

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。為了克服此缺點(diǎn)，一般在主電路中直流輸出側(cè)串聯(lián)一個(gè)平波電抗器。

平波電抗器電感量足夠大使電流連續(xù)，晶閘管每次導(dǎo)通180，這時(shí)整流電壓ud的波形和負(fù)載電流id的波形與電感負(fù)載電流連續(xù)時(shí)的波形相同，ud的計(jì)算公式亦一樣。為保證電流