汽車電工電子技術(shù)課件 任務(wù)1整流電路

8.1整流電路演講人圖8.1二極管正反特性等效電路電路圖

將交變電流變換成單向脈動(dòng)電流的過程叫做整流。我們知道二極管具有單向?qū)щ姷奶匦裕寒?dāng)二極管加正向電壓時(shí)，二極管導(dǎo)通，其正向電阻很??；當(dāng)加反向電壓時(shí)，二極管截止，呈現(xiàn)很大的電阻（在不引起反向擊穿的情況下）。如圖8.1所示二極管就相當(dāng)于一個(gè)開關(guān)。整流電路就是利用二極管的這種開關(guān)特性構(gòu)成的。為簡化分析，當(dāng)整流電壓遠(yuǎn)大于二極管導(dǎo)通電壓時(shí)，我們可忽略二極管正向?qū)〞r(shí)的電阻，即將二極管看成理想開關(guān)。

8.1.1單相整流電路

如圖8.2(a)所示，單相半波整流電路由電源變壓器T、整流二極管VD和負(fù)載電阻組成。

T：電源變壓器，把交流電壓變成交流電壓V2；

VD：整流二極管，把交流電變成脈動(dòng)直流電。圖8.2單相半波整流電路波形圖

8.1.1單相整流電路

8.1.1.1單相半波整流電路1.工作原理電源變壓器T的初級(jí)接交流電壓，則在變壓器T的次級(jí)就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電壓。當(dāng)為正半周時(shí)，整流二極管VD上加的是正向電壓，處于導(dǎo)通狀態(tài)，其電流流過負(fù)載，于是在上產(chǎn)生正半周電壓，如圖8.2(b)所示；當(dāng)變壓器T的次級(jí)感應(yīng)電壓為負(fù)半周時(shí)，整流二極管VD上加的是反向電壓，因而截止，負(fù)載上無電流流過，如圖8.2(c)所示；當(dāng)輸入電壓進(jìn)入下一個(gè)周期時(shí)，整流電路將重復(fù)上述過程。各波形之間的對應(yīng)關(guān)系，如圖8.2(d)所示。由波形圖可看出，它的大小是波動(dòng)的，但方向不變。這種大小波動(dòng)，方向不變的電流(或電壓)稱為脈動(dòng)直流電。由的波形可見，這種電路僅獲得電源電壓的半個(gè)波，故稱半波整流。不難看出，半波整流電路的缺點(diǎn)是電源利用率低，且輸出脈動(dòng)大。

8.1.1單相整流電路

2.負(fù)載電壓和電流由于二極管具有單向?qū)щ娞匦?，在交流電壓處于正半周時(shí)，二極管導(dǎo)通；在交流電壓負(fù)半周時(shí)，二極管截止，因而交流電經(jīng)二極管VD整流后，原來的交流波形變成了缺少半個(gè)周期的波形，即半波整流。在半波整流電路中，負(fù)載上得到的脈動(dòng)電壓是含有直流成分的，這個(gè)直流電壓等于半波電壓在一個(gè)周期內(nèi)的電壓平均值，它等于變壓器次級(jí)電壓有效值的0.45倍。

8.1.1單相整流電路

8.1.1單相整流電路

圖8.3單相全波整流電路圖及波形

8.1.1單相全波整流電路

2.負(fù)載和整流二極管上的電壓和電流(1)負(fù)載電壓：VL=0.9V2

(2)負(fù)載電流：IL=VL/RL=0.9V2/RL

(3)二極管的平均電流：IV=IL/2

(4)二極管承受反向峰值電壓：

缺點(diǎn)：單管承受的反向峰值電壓比半波整流高一倍，變壓器T需中心抽頭。

8.1.1單相全波整流電路8.1.1.3單相橋式整流電路1.工作原理圖8.4(a)是一個(gè)具有電阻負(fù)載的橋式整流電路，由四只二極管、變壓器T和負(fù)載電阻組成。當(dāng)輸入電壓為正半周時(shí)，整流二極管和因加正向電壓而導(dǎo)通，和因加反向電壓而截止。

8.1.1單相全波整流電路圖8.4單相橋式整流電路8.1.1單相全波整流電路2．負(fù)載與二極管的電壓和電流

橋式整流為全波整流，故負(fù)載上的平均電壓和電流均比半波整流大一倍：

橋式整流電路的結(jié)構(gòu)決定了每只二極管只在半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通，所以在一個(gè)周期內(nèi)流過每個(gè)管子的平均電流只有負(fù)載電流的一半，即

每只二極管所承受的反向電壓亦為變壓器副邊電壓的峰值。8.1.1單相全波整流電路8.1.1.4單相橋式整流濾波電路整流電路輸出的電壓雖然是單向的直流電壓，但其中還包含有交流成分，要想得到更為平滑的直流電，需要對整流后的波形進(jìn)一步處理，能實(shí)現(xiàn)這種功能的電路稱為濾波電路。濾波電路常利用電容或電感元件的儲(chǔ)能特性來實(shí)現(xiàn)，這里只討論最簡單的電容濾波電路，如圖8.5所示。圖8.5單相橋式整流濾波電路圖8.6RC濾波電路波形

1.工作原理及波形分析如圖8.6所示，若U2處于正半周，二極管VD1、VD4導(dǎo)通，變壓器次端電壓U2給電容器C充電同時(shí)給負(fù)載R供電，此時(shí)電容C上的電壓按指數(shù)規(guī)律增大至最大值。

在正半周

以后，因

，故二極管均不導(dǎo)通，此階段電容C向R放電，提供負(fù)載所需電流，同時(shí)Ud下降。

至

之后的某個(gè)瞬間，U2慢慢增大將要超過Ud，使得VD3和VD2開通，Ud=U2，負(fù)半周的U2交流電源向電容充電，同時(shí)向負(fù)載R供電。

電容被充電到

后，Ud>U2，VD3和VD2關(guān)斷。電容開始以時(shí)間常數(shù)RC按指數(shù)函數(shù)放電。

重復(fù)以上過程，負(fù)載R上得到的直流電壓是一個(gè)近似鋸齒波的波形。8.1.1單相全波整流電路8.1.1單相全波整流電路2.輸出電壓表達(dá)式橋式整流電容濾波電路不但改善了輸出直流電壓的波形，還提高了輸出電壓的平均值。為了使濾波的效果更好，輸出直流電壓更加穩(wěn)定，電容的容量應(yīng)選擇大一些。3.檢測方法整流濾波電路常見故障的檢測方法主要有電阻檢測法和電壓檢測法兩種。(1)電阻檢測法（斷電）①用萬用表電阻檔測量變壓器輸入與輸出電阻，判斷是否符合要求；②用萬用表二極管檔檢測二極管正反向電阻判斷是否符合要求；③先對電容進(jìn)行放電，測量電容兩端的電阻是否無窮大，若不是就將電容從電路中拆除再測量更換；8.1.1單相全波整流電路(2)電壓檢測法①將萬用表功能旋鈕旋轉(zhuǎn)到直流電壓擋，萬用表的紅表筆接濾波電容器的正極、黑表筆接電容器的負(fù)極，給整流濾波電路通電，讀取所測數(shù)據(jù)。②將萬用表功能旋鈕旋轉(zhuǎn)到交流電壓擋，表筆不分極性，分別接在變壓器次級(jí)兩端，讀取數(shù)據(jù)。③比較兩次的測量值，半波整流濾波電路輸出直流電壓約等于交流電壓，橋式整流濾波電路輸出電壓約等于交流電壓的2倍?？偨Y(jié)：對比結(jié)果符合上述規(guī)律，說明整流濾波電路正常;如果測量值為0,且有交流電壓,則有兩只整流管開路;如果測量值約等于交流值的1/2，說明電容開路。8.1.2三相整流電路8.1.2.1

三相半波整流電路1.電路的組成三相半波整流電路，電路形式有兩種。圖8.7中

的負(fù)極接在一起，稱為共陰極接法，圖8.8中

的正極接在一起，稱為共陽極接法。

接在公共端K和中性點(diǎn)N之間。通常變壓器的初級(jí)繞組接成三角形,次級(jí)繞組接成星形。有時(shí)也可直接由三相四線制的交流電網(wǎng)供電。圖8.7共陰極接法

圖8.8共陽極接法2.工作原理及波形分析以共陰極電路為例，如圖8.9a圖所示在一個(gè)周期T內(nèi)，相電壓U2U、U2V、U2W中總有一個(gè)最高的。哪只二極管正極電位最高，則哪只二極管優(yōu)先導(dǎo)通。三相半波整流電路的工作情況如下:（1）在t1~t2時(shí)間內(nèi)，U、V、W三相中U相電壓最高，所以VD1優(yōu)先導(dǎo)通，K點(diǎn)電位等于U點(diǎn)電位，而VD2、VD3因承受反向電壓而截止。電流通路為,負(fù)載輸出電壓UL=UU。圖8.9三相半波整流電路波形圖8.1.2三相整流電路（2）在t2~t3時(shí)間內(nèi)，U、V、W三相中V相電壓最高，所以VD2優(yōu)先導(dǎo)通，而VD1、VD2因承受反向電壓而截止。電流通路為

，負(fù)載輸出電壓UL=UV。（3）在t3~t4時(shí)間內(nèi)，U、V、W三相中W相電壓最高，所以VD3優(yōu)先導(dǎo)通，而VD1、VD2因承受反向電壓而截止。電流通路為

，負(fù)載輸出電壓UL=UW。以此類推，VD1、VD2、VD3三只二極管在一個(gè)周期內(nèi)輪流導(dǎo)通，每只二極管各導(dǎo)通120°，負(fù)載RL上的電流方向保持不變。8.1.2三相整流電路（4）主要參數(shù)計(jì)算：輸出電壓的平均值:輸出電流的平均值:通過二極管的平均電流:（5）整流二極管的選擇:實(shí)際選擇二極管時(shí)，要求對應(yīng)參數(shù)大于或等于對應(yīng)值，并留有一定余量。（6）電路特點(diǎn):三相半波整流電路具有電路結(jié)構(gòu)簡單、元件數(shù)量少、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，但其輸出電壓紋波分量多且變壓器的利用率低。8.1.2三相整流電路圖8.10三相橋式整流電路圖8.1.2.2三相橋式整流電路1.電路的組成電路如圖8.10所示，三相變壓器原繞組接成三角形，副繞組接成星形，它是由兩個(gè)三相半波整流電路串聯(lián)組合而成。VD1、VD2、VD3組成共陰極接于E點(diǎn)；VD4、VD5、VD6組成共陽極接于F點(diǎn)，負(fù)載RL接在E、F兩點(diǎn)之間。8.1.2三相整流電路圖8.11三相橋式整流電路波形圖2.工作原理及波形分析將輸入電壓波形的一個(gè)周期從t1~t7分成6等分，如圖8.11所示。在每1/6周期內(nèi)，相電壓U2U、U2V、U2W中總有一個(gè)最高的，一個(gè)最低的，對于共陰極組連接的三只二極管，哪只正極電位最高，哪只二極管優(yōu)先導(dǎo)通。對于共陽極組連接的三只二極管，哪只負(fù)極電位最低，哪只二極管優(yōu)先導(dǎo)通。

在任意瞬間，共陰極組和共陽極組中各有一只二極管導(dǎo)通，每只二極管在一個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通120°，負(fù)載上獲得的脈動(dòng)直流電壓是線電壓UUV、UUW、UVW

、UVU

、UWU、UWV波頂連線。8.1.2三相整流電路

8.1.2三相整流電路3.主要參數(shù)計(jì)算1）輸出電壓的平均值:（2）輸出電流的平均值:（3）通過二極管的平均電流:（4）二極管承受的最大反向電壓:（5）整流二極管的選擇實(shí)際選擇二極管時(shí)，要求對應(yīng)參數(shù)大于或等于對應(yīng)值，并留有一定余量。

8.1.2三相整流電路（1）變壓器使用率高（2）輸出電壓高（3）動(dòng)態(tài)響應(yīng)快4.電路特點(diǎn)

8.1.2三相整流電路

8.1.2.3三相整流電路在新能源汽車上的應(yīng)用

如圖8.12所示，在新能源汽車上，發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)是相同的，主要由定子、轉(zhuǎn)子、外殼等組成。電動(dòng)機(jī)是定子接通三相交流電后驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。而發(fā)電機(jī)則是外力帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，使定子切割磁感線產(chǎn)生電流，從而將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。

新能源汽車減速或制動(dòng)過程中，由于慣性的作用，車輪通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子受力轉(zhuǎn)動(dòng)，切割磁感線，從而產(chǎn)生三相交流電，此時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)變成了發(fā)電機(jī)。由于動(dòng)力電池的充電電流是直流電，所以需要三相整流電路進(jìn)行整流后才能完成能量回收。圖8.12制動(dòng)能量回收示意圖

8.1.3可控整流電路可控整流電路的功能就是將交流電能變換成電壓大小可調(diào)的直流電能?？煽卣麟娐返闹麟娐方Y(jié)構(gòu)形式很多,有單相半波、單相橋式、二相半波、三相橋式等。這里僅介紹單相橋式可控整流電路。在單相橋式整流電路中,如把四只整流二極管全部換成某一種可控功率器件,就構(gòu)成了單相橋式可控整流電路。由于整流電路比較簡單,對器件的要求較低,所以可控整流電路常由晶閘管構(gòu)成。圖8.13是單相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載時(shí)的原理圖。圖中VT1,VT2,VT3,VT4.均為晶閘管,所以稱為全控式電路;若VT1,VT2采用晶閘管,而VT3,VT4采用功率二極管,則叫半控式整流電路。

在圖8.13所示電路中,當(dāng)U2為正半周時(shí),在

(

稱為控制角)的瞬間給VT1和VT4的門極加觸發(fā)脈沖,由于此時(shí)a點(diǎn)電位高于b點(diǎn)電位,VT1和VT4立即導(dǎo)通,電流從a端經(jīng)

流回b端。這期間VT2和VT3均承受反壓而截止。當(dāng)電源電壓U2過零時(shí),電流也降到零,VT1

,VT3阻斷。當(dāng)U2為負(fù)半周時(shí),在

瞬間給VT2,VT3門極加觸發(fā)脈沖,由于此時(shí)b點(diǎn)電位高于a點(diǎn)電位,VT2,VT3立即導(dǎo)通,VT1,VT4因承受反壓而截止,電流從b端經(jīng)

流回a端。當(dāng)電源電壓U2過零時(shí),VT2,VT3阻斷，此后循環(huán)工作。電壓、電流的波形圖如圖8.14所示。Ud=0.9U2cosa

8.1.3可控整流電路8.1.3可控整流電路圖8.13可