電力電子演示文稿總結

第二章

整流電路

本章研究最常用的如下問題：

單相整流電路三相整流電路整流電路的逆變工作狀態(tài)整流電路變壓器漏抗對電路的影響諧波和功率因數(shù)大功率可控整流電路晶閘管直流電動機系統(tǒng)晶閘管的觸發(fā)電路2.1單相可控整流電路本節(jié)主要分析單相半波、單相全控橋式及單相半控橋式電路。每種電路又分為電阻性負載、電感性負載和反電勢負載分別進行分析；通過學習應掌握各種電路的工作原理，各種不同負載的特點。熟悉電路各點的輸出波形，熟練掌握有關量的計算。

2.1.1單相半波電路一、電阻性負載1、工作原理分析時常用如下符號：平均值為：Ud、Id有效值為：I、U、I2、U2晶閘管中電流為：IdVT、IVT瞬時值為小寫字母：u2、i2、ud、id、uVT、iVT

介紹幾個常用概念（1）控制角α：從元件承受正向電壓起到門極加觸發(fā)信號止，這個區(qū)間的電角度稱為控制角。（2）導通角θ：元件每周期所導通的電角度稱為導通角。（3）移相范圍：門極脈沖的有效移動范圍稱為移相范圍。有效移動范圍是指：移動脈沖可以調節(jié)輸出電壓大小。

單相半波電路移相范圍為180°。

2、

計算

1）負載電壓平均值Ud由ud波形知，負載不是平穩(wěn)的直流，而是脈動直流，其平均電壓應由ud波形計算得到：

由上述公式可知，Ud、α、U2三個變量中已知任意兩個，都可求出另一個。α和Ud成反比，移相范圍為π。

（2）負載電流平均值Id

KP的通斷使輸出電壓波形不是正弦波，使電路功率因數(shù)減小，且產(chǎn)生高次諧波。

二、大電感負載加續(xù)流二極管大電感負載是指WL＞＞R，如電機勵磁繞組等復習：電感元件特性

電感元件對電流的變化有阻礙作用。對平直的電流，其感抗為0；對交變電流，感抗為WL，所以在流過變化電流時，在L中產(chǎn)生感應電勢：eL＝－L（di/dt）1、不加DR時電路工作原理：u2為正：觸發(fā)前VT截止，ud＝0，觸發(fā)后VT導通，ud＝u2u2為零：ud↓，Id↓，在L中產(chǎn)生eL如圖，給VT加正向偏壓，使VT不關斷u2為負：u2↓使i↓，i↓產(chǎn)生eL，當I＞0時紿終有eL＞u2，VT導通；當I＝0以后，VT關斷。

工作原理說明：u2為正時，電網(wǎng)輸出能量，這時電源能量一部分供給R，一部分給L作為磁能儲存；而在u2為負時，id由L上的eL產(chǎn)生，這時是L輸出能量，一部分給R另一部分被電網(wǎng)吸收回饋電網(wǎng)。id波形只有正半波，VT只能流過單方向電流，若電路中R＝0，id應滯后ud90°，id極大值在ud過零點，ud正負面積相等。若電路中R不等于0，id滯后ud的角度＜90°，ud正面積略大。顯見，當ωL>>R時，ud正負面積接近相等，故Ud＝0，電路無實用意義。為此，電路一般都應接有續(xù)流二極管VDR。2、加續(xù)流二極管后電路如圖：

u2為正：觸發(fā)后，VT導通，ud＝u2，iVT＝id，VDR受反壓截止，iVDR＝0。u2為零：L中感應電勢eL使VDR導通，VDR導通后，VT關斷。u2為負：VDR繼續(xù)導通，L中能量不回饋電網(wǎng)，只消耗在小R上，i減小的速度緩慢。u2為正：觸發(fā)前，VDR導通，觸發(fā)后，VT導通，u2加在VDR上，使VDR關斷。電路中各點波形如圖3、計算1)

Ud計算

ud波形同電阻性負載，因此計算公式也和電阻負載相同

2)Id和I計算

在電感負載時ωL＞＞R，但R＜＞0，且id為平直直線。Id＝Ud/R，Id＝I3）VT及VDR中電流通式：

當大電感負載id為直線時，均可用此公式計算VT、VDR及電源電流I2。應熟練掌握。

例：具有續(xù)流二極管的單相半波整流電路，電感性負載，R＝7.5，電源電壓為220V，試計算當α為30°時VT和VDR中電流平均值和有效值，并選擇晶閘管元件。解：先求Ud，再求Id，然后再選擇晶閘管元件Ud1＝0.45U2（1＋COSα）/2＝0.45＊220（1＋COS30°）/2＝93.6VId=93.6/7.5=12.48AθVT=π-α=150°θVDR=π+α=210°

選擇晶閘管元件參數(shù)：額定電流選擇：額定電壓選擇：UVT=（2-3）U峰=(2-3)311=622—933選8A、700V的晶閘管

2．1．2單相全控橋可控整流電路1、電阻性負載

u2為正：觸發(fā)后VT1、VT4導通u2為負：觸發(fā)后VT2、VT3導通，VT1、VT4關斷，負載電壓ud仍為正。uVT1波形：VT1、VT4導通時，uT1＝0；VT2、VT3導通時，uVT1＝u2；四管都截止時，uVT1＝(1/2)u2

計算1）Ud、Id計算：

Udmax＝0.9U2，α＝0Udmin＝0，α＝π移相范圍為180度

2）VT中電流有效值

3)電源有效值U2I2及容量S計算：U2已知，計算I2需首先計算負載電壓有效值U:

變壓器容量：S=U2*I2

2、

電感性負載1）

工作原理u2為正：觸發(fā)后VT1、VT4導通u2為零：eL使原VT繼續(xù)導通；u2為負：觸發(fā)后VT2、VT3導通，VT1、VT4關斷，負載電壓ud仍為正。

2）計算移項范圍為90度以上為I連續(xù)時的連續(xù)情況;當L較小，或id較小時電流會斷續(xù)，系統(tǒng)性能變差，斷續(xù)時Ud求法較復雜，不作研究。

3、反電勢負載一）反電勢＋電阻對id來說，E和Ud極性相反，故稱為反電勢負載1、工作原理u2對VT加正壓，而E對VT加反壓，所以只有當u2＞E時VT才能導通，能否導通的臨界點為：u2＝E，定義停止導電角δ。即只有α＞δ后VT才能觸發(fā)導通。

當u2下降到u2<＝E以后VT關斷，關斷后ud＝E。只有在u2＞E時有電流波形，故id波形底邊變窄；若Id大小相同的話，則id峰值就要變大，容易在直流電機中產(chǎn)生換相火花；且I/Id增大，使設備容量變大；同時id斷續(xù)，使機械特性軟。為克服上述缺點，一般都加平波電抗器L，使系統(tǒng)工作在反電勢＋大電感狀態(tài)下。

二）反電勢＋大電感ud、id波形如圖：在α角時觸發(fā)，因為u2＞E，VT1、VT4導通，當u2＝E時，由于id↓，eL對VT1、VT4來說相當于加正壓，使VT1、VT4繼續(xù)導通，ud、id波形和大電感負載時的波形相同計算如下：

為保證電流連續(xù)L的選擇（一般按低速輕載時）：

例：單相橋式全控整流電路，L足夠大，反電勢E＝60V，R＝2，U2＝100V，當α=30°時要求：

1）作出ud、id和i2的波形

2）求整流輸出平均電壓Ud、電流Id，變壓器二次側電流有效值I2;

3）選擇晶閘管元件。解：根據(jù)要求電路為全控橋電路，反電勢負載。則：2）求輸出平均電壓Ud、電流Id，變壓器電流有效值I2

3）確定晶閘管的額定電壓，額定電流2．1．3單相全波可控整流電路

又稱雙半波可控整流電路，電阻性負載：u1為正：VT1導通，輸出ud

為正；u1為零：VT1關斷。u1為負：VT2導通，輸出ud

仍為正；由此可見，電路工作情況和單相全控橋電路相似。

兩者比較：1、全波電路僅使用兩個晶閘管，輸出ud脈動小，但變壓器帶中心抽頭，結構復雜，利用率低，晶閘管承受電壓高（2倍）；2、從波形可得到各量的計算方法（自行總結）。3、和全波電路比較，全控橋電路使用了四個晶閘管元件，成本高。若降低成本，可使用兩個晶閘管的半控橋整流電路。2．1．4單相半控橋可控整流電路

將VT2和VT4換成二極管，就組成了半控橋電路。用VT1進行正半波控制，用VT3進行負半波控制，半控橋電路也可達到控制輸出電壓的目的。輸出波形和全控橋基本相同。半控橋電路加電阻性負載時其工作情況和全控橋電路完全相同，不再討論。只研究電感性負載和反電勢負載。

電感性負載工作原理u2為正：觸發(fā)后VT1、VD4導通，ud為正，ud＝u2u2為零：VD4關斷，VD2導通，

使VT1、VD2導通，ud＝0；u2為負：觸發(fā)VT3后，使VT1關斷，VT3、VD2導通。u2為零：VD2關斷VD4導通，VT3、VD4導通；半控橋電路的特點：VT元件是在觸發(fā)時刻換相，而VD元件是在電源電壓過零點換相。

失控現(xiàn)象分析：

當停發(fā)脈沖時整個電路應停止工作。但半控橋電路此時卻不能停止工作，分析如下：當最后觸發(fā)VT1后，停止發(fā)出脈沖，則停發(fā)后VT1、VD4導通，當U2由正變?yōu)榱銜r，由于L的續(xù)流作用，使VT1、VD2繼續(xù)導通，所以使本應關斷的VT1關不斷。當u2重新為正時，換為VT1、VD4導通，L又儲存能量，可見VT1始終不能關斷。稱為失控現(xiàn)象。可見，失控現(xiàn)象是指停發(fā)脈沖后出現(xiàn)一個晶閘管，兩個整流管輪流導通的現(xiàn)象，使晶閘管不能停止工作。。要克服上述失控現(xiàn)象，必須加續(xù)流二極管。

加上續(xù)流二極管后，電路工作情況如下：每到u2過零點，總有VDR導通，使原導通VT關斷，可防止失控現(xiàn)象。所以，半控橋電路電感性負載時必須加續(xù)流二極管。加續(xù)流二極管后，電路的工作情況和全控橋電路電阻負載相似，其計算方法也相似。

2．2三相可控整流電路

采用單相整流，輸出直流電壓的脈動大，功率因數(shù)小，對電網(wǎng)影響較大；同時，使用單相電會引起負載不平衡；對容量較大的設備以上矛盾更加突出，使用三相電路可克服上述缺點。三相電路類型：三相半波、三相全控橋式電路、多相整流電路。其中三相半波為基礎，其它電路都是由三相半波組合得到的。

1、電阻性負載圖示電路為共陰極接法。1）工作原理晶閘管換成二極管時工作情況：當二極管換成整流管時，電壓最高的相的二極管優(yōu)先導通，管子按1、2、3順序導通，所以在相電壓交叉點進行換相，相電壓交叉點稱為自然換相點，管子從該點開始承受正向電壓，

該點定義為α＝0o點。2．2．1三相半波整流電路α＝0o時，ud波形iVT波形如圖；uVT1波形：VT1導通時，uVT1＝0；VT2導通時，uVT1＝uab；VT3導通時，uVT1＝uac。α＝30°為連續(xù)和斷續(xù)的分界點。移相范圍為150°。

2)

計算α＜＝30°連續(xù)時：

30°<α＜＝150°斷續(xù)區(qū)：

晶閘管承受的最大電壓（三相電路通用）：2、電感性負載1）工作原理α＝60°時，ud、id波形如圖：ud有負半波輸出。id為平直直線。α＝90°波形的正負面積相等，α>90°波形的正負面積相等，Ud恒為

0。Ud＝0，移相范圍為90°。2）計算

電壓計算和電阻性負載連續(xù)段的計算相同

3、共陽極電路接法：三個管子的陽極相連，陰極與電源相連。這時，電壓最低的相對應的管子導通，自然換相點α=0°在負半波。如圖所示。2．2．2三相全控橋整流電路

單獨使用三相半波電路存在的問題1）每周期每相只導電120°變壓器利用率低。2）電源只流過一個方向電流，容易引起直流磁化，鐵心易飽合。所以設計變壓器時容量應選大些，使設備體積大、成本高。3）零線電流較大，不符合實際要求。由于上述三個缺點，更為合理的接法是將共陰極和共陽極兩種接法共用。此電路優(yōu)點：