電子 通信 整流電路

第3章整流電路

3.1單相可控整流電路

3.2三相可控整流電路3.3變壓器漏感對整流電路的影響3.5整流電路的諧波和功率因數(shù)

3.7整流電路的有源逆變工作狀態(tài)

3.8整流電路相位控制的實(shí)現(xiàn)本章小結(jié)

引言■整流電路（Rectifier）是電力電子電路中出現(xiàn)最早的一種，它的作用是將交流電能變?yōu)橹绷麟娔芄┙o直流用電設(shè)備。

■整流電路的分類

◆按組成的器件可分為不可控、半控、全控三種?！舭措娐方Y(jié)構(gòu)可分為橋式電路和零式電路。

◆按交流輸入相數(shù)分為單相電路和多相電路?！舭醋儔浩鞫蝹?cè)電流的方向是單向或雙向，分為單拍電路和雙拍電路。3.1單相可控整流電路

3.1.1單相半波可控整流電路

3.1.2單相橋式全控整流電路

3.1.3單相全波可控整流電路

3.1.4單相橋式半控整流電路3.1.1單相半波可控整流電路wwwwtTVTR0a)u1u2uVTudidwt1p2ptttu2uguduVTaq0b)c)d)e)00圖3-1單相半波可控整流電路及波形一、帶電阻負(fù)載的工作情況

◆變壓器T起變換電壓和隔離的作用，其一次側(cè)和二次側(cè)電壓瞬時(shí)值分別用u1和u2表示，有效值分別用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)是電壓與電流成正比，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。5/131在電源電壓正半周，晶閘管承受正向電壓，在ωt=α處觸發(fā)晶閘管，晶閘管開始導(dǎo)通；負(fù)載上的電壓等于變壓器輸出電壓u2。在ωt=π時(shí)刻，電源電壓過零，晶閘管電流小于維持電流而關(guān)斷，負(fù)載電流為零。在電源電壓負(fù)半周，uAK＜0，晶閘管承受反向電壓而處于關(guān)斷狀態(tài)，負(fù)載電流為零，負(fù)載上沒有輸出電壓，直到電源電壓u2的下一周期，直流輸出電壓ud和負(fù)載電流id的波形相位相同。通過改變觸發(fā)角α的大小，直流輸出電壓ud的波形發(fā)生變化，負(fù)載上的輸出電壓平均值發(fā)生變化，顯然α=180o時(shí)，Ud=0。由于晶閘管只在電源電壓正半波內(nèi)導(dǎo)通，輸出電壓ud為極性不變但瞬時(shí)值變化的脈動(dòng)直流，故稱“半波”整流。3.1.1單相半波可控整流電路wwwwtTVTR0a)u1u2uVTudidwt1p2ptttu2uguduVTaq0b)c)d)e)00圖3-1單相半波可控整流電路（電阻性負(fù)載）及波形6/131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α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)的電角度稱為導(dǎo)通角，用θ表示。

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。在單相半波可控整流電阻性負(fù)載電路中,移相角α的控制范圍為:0～π，對應(yīng)的導(dǎo)通角θ的可變范圍是π～0，兩者關(guān)系為α＋θ=π。3.1.1單相半波可控整流電路7/131基本數(shù)量關(guān)系(1)直流輸出電壓平均值Ud與輸出電流平均值Id3.1.1單相半波可控整流電路

輸出電流平均值Id:

直流輸出電壓平均值Ud:8/131(2)輸出電壓有效值U與輸出電流有效值I3.1.1單相半波可控整流電路

輸出電流有效值I

:

直流輸出電壓有效值U

:9/1313.1.1單相半波可控整流電路(3)晶閘管電流有效值和變壓器二次側(cè)電流有效值單相半波可控整流電路中，負(fù)載、晶閘管和變壓器二次側(cè)流過相同的電流，故其有效值相等，即：(4)晶閘管承受的最大正反向電壓UTM晶閘管承受的最大正反向電壓UTM是相電壓峰值。3.1.1單相半波可控整流電路uwttwwtwtw20wt1p2ptug0ud0id0uVT0qab)c)d)e)f)++圖3-2帶阻感負(fù)載的單相半波可控整流電路及其波形二、帶阻感負(fù)載的工作情況

◆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。

◆電路分析?晶閘管VT處于斷態(tài),id=0,ud=0,uVT=u2。

?在

t1時(shí)刻，即觸發(fā)角

處

√ud=u2?！蘈的存在使id不能突變，id從0開始增加。?u2由正變負(fù)的過零點(diǎn)處，id已經(jīng)處于減小的過程中，但尚未降到零，因此VT仍處于通態(tài)。

?

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。

?由于電感的存在延遲了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三、有續(xù)流二極管的電路

?電路分析

√u2正半周時(shí)，與沒有續(xù)流二極管時(shí)的情況是一樣的。

√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。

√若L足夠大，id連續(xù)，且id波形接近一條水平線。u2udiduVTiVTIdIdwt1wtwtwtwtwtwtOOOOOOp-ap+ab)c)d)e)f)g)iVDRa)圖3-4單相半波帶阻感負(fù)載有續(xù)流二極管的電路及波形

?基本數(shù)量關(guān)系

√流過晶閘管的電流平均值IdT和有效值IT分別為：

√續(xù)流二極管的電流平均值IdDR和有效值IDR分別為

√移相范圍為180

，其承受的最大正反向電壓均為u2的峰值即。續(xù)流二極管承受的電壓為-ud，其最大反向電壓為，亦為u2的峰值。■單相半波可控整流電路的特點(diǎn)是簡單，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。3.1.1單相半波可控整流電路(3-5)(3-6)(3-7)(3-8)3.1.2單相橋式全控整流電路u(i)pwtwtwt000i2udidb)c)d)ddaauVT1,4圖3-5單相全控橋式帶電阻負(fù)載時(shí)的電路及波形a)一、帶電阻負(fù)載的工作情況

◆電路分析

?閘管VT1和VT4組成一對橋臂，VT2

和VT3組成另一對橋臂。

?在u2正半周（即a點(diǎn)電位高于b點(diǎn)電位）

√若4個(gè)晶閘管均不導(dǎo)通，id=0,ud=0,VT1、VT4串聯(lián)承受電壓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。

?當(dāng)u2過零時(shí)，流經(jīng)晶閘管的電流也降到零，VT1和VT4關(guān)斷。

?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。

?到u2過零時(shí)，電流又降為零，VT2和VT3關(guān)斷。

VT2和VT3的

=0處為

t=

◆基本數(shù)量關(guān)系

?晶閘管承受的最大正向電壓和反向電壓分別為和。

?整流電壓平均值為：

α=0時(shí)，Ud=Ud0=0.9U2。α=180

時(shí)，Ud=0?？梢姡两堑囊葡喾秶鸀?80

。

?向負(fù)載輸出的直流電流平均值為：

3.1.2單相橋式全控整流電路(3-9)(3-10)?流過晶閘管的電流平均值：

?流過晶閘管的電流有效值為：?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，為由式（3-12）和（3-13）可見：?不考慮變壓器的損耗時(shí)，要求變壓器的容量為S=U2I2。3.1.2單相橋式全控整流電路(3-11)(3-12)(3-13)(3-14)3.1.2單相橋式全控整流電路2OwtOwtOwtudidi2OwtOwtuVT1,4OwtOwtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4u圖3-6單相橋式全控整流電流帶阻感負(fù)載時(shí)的電路及波形二、帶阻感負(fù)載的工作情況

◆電路分析?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。

?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。?

t=

+

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◆基本數(shù)量關(guān)系

?整流電壓平均值為：

當(dāng)

=0時(shí)，Ud0=0.9U2。

=90

時(shí)，Ud=0。晶閘管移相范圍為90

。?晶閘管承受的最大正反向電壓均為。?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。

?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。

(3-15)■帶反電動(dòng)勢負(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，對于整流電路，它們就是反電動(dòng)勢負(fù)載。

◆電路分析?|u2|>E時(shí)，才有晶閘管承受正電壓，有導(dǎo)通的可能。