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1、电力电子技术 电子教案,第2章 整流电路,引 言,整流电路：出现最早的电力电子电路，将交流电变为直流电按组成的器件可分为不可控、半控、全控三种按电路结构可分为桥式电路和零式电路按交流输入相数分为单相电路和多相电路按变压器二次侧电流的方向是单向或双向,2.1 单相可控整流电路,交流侧接单相电源重点注意：工作原理（波形分析）、定量计算、不同负载的影响。变压器T起变换电压和隔离的作用1.带电阻负载的工作情况电阻负载的特点：电压与电流成正比，两者波形相同,2.1.1 单相半波可控整流电路,图2-1 单相半波可控整流电路及波形,2.带阻感负载的工作情况阻感负载的特点：电感对电流变化有抗拒作用，使得流过电
2、感的电流不能发生突变电力电子电路的一种基本分析方法:通过器件的理想化，将电路简化为分段线性电路，分段进行分析计算对单相半波电路的分析可基于上述方法进行：当VT处于断态时，相当于电路在VT处断开，id=0。当VT处于通态时，相当于VT短路,2.1.1 单相半波可控整流电路,图2-2 带阻感负载的单相半波电路及其波形,负载阻抗角j、触发角a、晶闸管导通角的关系若j为定值，a 越大，在u2正半周L储能越少，维持导电的能力就越弱，越小若a为定值，j 越大，则L贮能越多，越大；且j越大，在u2负半周L维持晶闸管导通的时间就越接近晶闸管在u2正半周导通的时间，ud中负的部分越接近正的部分，平均值Ud越接近
3、零，输出的直流电流平均值也越小。,2.1.1 单相半波可控整流电路,2.1.1 单相半波可控整流电路,图2-4 单相半波带阻感负载有续流二极管的电路及波形,单相半波可控整流电路的特点：简单，但输出脉动大，变压器二次侧电流中含直流分量，造成变压器铁芯直流磁化实际上很少应用此种电路分析该电路的主要目的在于利用其简单易学的特点，建立起整流电路的基本概念,2.1.1 单相半波可控整流电路,2.1.2 单相桥式全控整流电路,1.带电阻负载的工作情况工作原理及波形分析 VT1和VT4组成一对桥臂，在u2正半周承受电压u2，得到触发脉冲即导通，当u2过零时关断VT2和VT3组成另一对桥臂，在u2负半周承受电
4、压-u2，得到触发脉冲即导通，当u2过零时关断,图2-5 单相全控桥式带电阻负载时的电路及波形,2.1.2 单相桥式全控整流电路,2.带阻感负载的工作情况为便于讨论，假设电路已工作于稳态，id的平均值不变。假设负载电感很大，负载电流id连续且波形近似为一水平线 u2过零变负时，由于电感的作用晶闸管VT1和VT4中仍流过电流id，并不关断至t=+a 时刻，给VT2和VT3加触发脉冲，因VT2和VT3本已承受正电压，故两管导通,图2-6 单相全控桥带阻感负载时的电路及波形,2.1.2 单相桥式全控整流电路,3.带反电动势负载时,图2-7 单相桥式全控整流电路接反电动势电阻负载时的电路及波形,2.1
5、.3 单相全波可控整流电路,图2-9 单相全波可控整流电路及波形,单相全波与单相全控桥从直流输出端或从交流 输入端看均是基本一致的,2.1.4 单相桥式半控整流电路,图2-10 单相桥式半控整流电路，有续流二极管，阻感负载时的电路及波形,2.2 三相可控整流电路,负载容量较大，或要求直流电压脉动较小、易滤波时用三相半波可控整流电路是基本，三相桥式全控整流电路应用最广 2.2.1 三相半波可控整流电路1.电阻负载电路的特点：变压器二次侧接成星形得到零线，而一次侧接成三角形避免3次谐波流入电网三个晶闸管分别接入a、b、c三相电源，其阴极连接在一起共阴极接法,图2-12 三相半波可控整流电路共阴极接
6、法电阻负载时的电路及a=0时的波形,2.2.1 三相半波可控整流电路,假设将电路中的晶闸管换作二极管，成为三相半波不可控整流电路。此时，相电压最大的一个所对应的二极管导通，并使另两相的二极管承受反压关断，输出整流电压即为该相的相电压 一周期中，在wt1wt2期间，VD1导通，ud=ua 在wt2wt3期间，VD2导通，ud=ub 在wt3wt4期间，VD3导通，ud=uc二极管换相时刻为自然换相点，是各相晶闸管能触发导通的最早时刻，将其作为计算各晶闸管触发角a的起点，即a=0,2.2.1 三相半波可控整流电路,a=0时的工作原理分析变压器二次侧a相绕组和晶闸管VT1的电流波形相同，变压器二次绕
7、组电流有直流分量晶闸管的电压波形，由3段组成：第1段，VT1导通期间，为一管压降，可近似为uT1=0第2段，在VT1关断后，VT2导通期间，uT1=ua-ub=uab，为一段线电压第3段，在VT3导通期间，uT1=ua-uc=uac为另一段线电压增大a值,将脉冲后移,整流电路的工作情况相应地发生变化,2.2.1 三相半波可控整流电路,a=30时的波形 负载电流处于连续和断续之间的临界状态,图2-13 三相半波可控整流电路，电阻负载，a=30时的波形,a30的情况特点：负载电流断续，晶闸管导通角小于120,图2-14 三相半波可控整流电路，电阻负载，a=60时的波形,2.2.1 三相半波可控整流
8、电路,2.阻感负载特点：阻感负载，L值很大，id波形基本平直a30时：整流电压波形与电阻负载时相同a 30时（如a=60时的波形如图2-16所示）u2过零时，VT1不关断，直到VT2的脉冲到来，才换流，由VT2导通向负载供电，同时向VT1施加反压使其关断ud波形中出现负的部分阻感负载时的移相范围为90,2.2.1 三相半波可控整流电路,图2-16中id波形有一定的脉动，但为简化分析及定量计算，可将id近似为一条水平线三相半波的主要缺点在于其变压器二次电流中含有直流分量，为此其应用较少,图2-16 三相半波可控整流电路,阻感负载时的电路及a=60时的波形,2.2.2 三相桥式全控整流电路,应用最
9、为广泛共阴极组阴极连接在一起的3个晶闸管（VT1，VT3，VT5）共阳极组阳极连接在一起的3个晶闸管（VT4，VT6，VT2）编号：1、3、5，4、6、2,图2-17 三相桥式全控整流电路原理图,2.2.2 三相桥式全控整流电路,1.带电阻负载时的工作情况a=0时的情况：假设将电路中的晶闸管换作二极管进行分析对于共阴极阻的3个晶闸管，阳极所接交流电压值最大的一个导通对于共阳极组的3个晶闸管，阴极所接交流电压值最低（或者说负得最多）的导通任意时刻共阳极组和共阴极组中各有1个晶闸管处于导通状态,图2-18 三相桥式全控整流电路带电阻负载a=0时的波形,2.2.2 三相桥式全控整流电路,从相电压波形
10、看，共阴极组晶闸管导通时，ud1为相电压的正包络线，共阳极组导通时，ud2为相电压的负包络线，ud=ud1-ud2是两者的差值，为线电压在正半周的包络线直接从线电压波形看，ud为线电压中最大的一个，因此ud波形为线电压的包络线,2.2.2 三相桥式全控整流电路,三相桥式全控整流电路的特点（1）2管同时通形成供电回路，其中共阴极 组和共阳极组各1，且不能为同1相器件（2）对触发脉冲的要求：按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，相位依次差60共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差120，共阳极组VT4、VT6、VT2也依次差120同一相的上下两个桥臂，即VT1与VT4，VT3
11、与VT6，VT5与VT2，脉冲相差180,2.2.2 三相桥式全控整流电路,（3）ud一周期脉动6次，每次脉动的波形都一样,故该电路为6脉波整流电路（4）需保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲可采用两种方法：一种是宽脉冲触发 另一种是双脉冲触发（常用）（5）晶闸管承受的电压波形与三相半波时相同,晶闸管承受最大正、反向电压的关系也相同,2.2.2 三相桥式全控整流电路,a=30时的工作情况 区别在于：晶闸管起始导通时刻推迟了30，组成ud的每一段线电压因此推迟30从wt1开始把一周期等分为6段，ud波形仍由6段线电压构成，每一段导通晶闸管的编号等仍符合表2-1的规律变压器二次侧电流ia波形的特点：在
12、VT1处于通态的120期间，ia为正，ia波形的形状与同时段的ud波形相同，在VT4处于通态的120期间，ia波形的形状也与同时段的ud波形相同，但为负值。,2.2.2 三相桥式全控整流电路,a=60时工作情况 ud波形中每段线电压的波形继续后移，ud平均值继续降低。a=60时ud出现为零的点,图2-20 三相桥式全控整流电路带电阻负载a=60时的波形,2.2.2 三相桥式全控整流电路,当a 60时，如a=90时电阻负载情况下的工作波形如图2-21所示：,图2-21 三相桥式全控整流电路带电阻负载a=90时的波形,2.2.2 三相桥式全控整流电路,2阻感负载时的工作情况a 60时ud波形连续，
13、工作情况与带电阻负载时十分相似，各晶闸管的通断情况、输出整流电压ud波形、晶闸管承受的电压波形等都一样区别在于：由于负载不同，同样的整流输出电压加到负载上，得到的负载电流id波形不同。阻感负载时，由于电感的作用，使得负载电流波形变得平直，当电感足够大的时候，负载电流的波形可近似为一条水平线。,2.2.2 三相桥式全控整流电路,图2-22 三相桥式全控整流电路带阻感负载a=0时的波形,图2-23 三相桥式全控整流电路带阻感负载a=30时的波形,2.2.2 三相桥式全控整流电路,a 60时阻感负载时的工作情况与电阻负载时不同，电阻负载时ud波形不会出现负的部分，而阻感负载时，由于电感L的作用，ud
14、波形会出现负的部分带阻感负载时，三相桥式全控整流电路的a角移相范围为90,图2-24 三相桥式整流电路带阻感负载，a=90时的波形,2.2.2 三相桥式全控整流电路,三相桥式全控整流电路接反电势阻感负载时，在负载电感足够大足以使负载电流连续的情况下，电路工作情况与电感性负载时相似，电路中各处电压、电流波形均相同，仅在计算Id时有所不同，接反电势阻感负载时的Id为：（2-29）式中R和E分别为负载中的电阻值和反电动势的值。,2.3 电容滤波的不可控整流电路,2.4.1 电容滤波的单相不可控整流电路 在交直交变频器、不间断电源、开关电源、微机、电视机等家电产品中等应用场合中，大量应用1.工作原理及波形分析图2-26 电容滤波的单相桥式不可控整流电路及其工作波形a)电路 b)波形（注i2与i相同）,2.4.1 电容滤波的单相不可控整流电路,基本工作过程：在u2正半周过零点至wt=0期间，因u2ud，故二极管均不导通，电容C向R放电，提供负载所需电流至wt=0之后，u2将要超过ud，使得VD1和VD4开通，ud=u2，交流电源向电容充电，同时向负载R供电,
