整流器-1

电力电子学——电力电子变换和控制技术（第二版）第5 章交流－直流变换器（整流器）5.0 概述5.1 整流器的类型和性能指标5.2 不控整流电路5.3 单相桥式晶闸管相控整流电路5.4 三相半波相控整流电路5.5 三相桥式相控整流电路5.6 交流电路电感对整流特性的影响*5.7 相控整流电压的谐波分析*5.8 带平衡电抗器的双三相桥12脉波整流电路5.9 相控有源逆变电路工作原理5.10 相控整流及有源逆变晶闸管触发控制5.11 含有源功率因数校正环节（PFC）的单相高频整流*5.12 三相高频PWM整流小结整流：利用半导体电力开关器件的通、断控制，将交流电能变为直流电能称为整流。

整流器：实现整流的电力半导体开关电路连同其辅助元器件和系统称为整流器。

5.1 整流器的类型和性能指标高频PWM 整流类型对AC－DC变换的基本性能要求控制响应特性整流器的基本性能指标Dnm V V /若PF小，在I 一定时，则P 小cos φνV5.2 不控整流电路在交流电源与直流负载间插入二极管电路，利用二极管的单向导电性实现交流-直流电能变换。

5.2.1 单相半波不控整流工作原理：（理想情况下） 正半周ωt = 0 ∼πD 1承受正向电压而导通v D =v s , i D =i s 负半周ωt = π ∼ 2πD 1受反压截止，阻断电路。

v D =0, i D =0若负载有电感，则i D 通过D 0续流。

v s5.2.2 两相半波不控整流（或双半波不控整流）tωsi 2D i性能优于单相半波不控整流Stωsi 2D i5.2.3 单相桥式不控整流2sin s s v V tω=si si s i、C相由三个相同的脉波组成，脉波tωO π3π−3T T 3D B i i =D电源相电压有效值O Av 537Bv Cv 2sin A s v V tω=3t ω5t ω7t ω1t ωtω23D 1D 5D 1D 3D 6D 2D 4D 6D 2D 2t ω4t ω6t ω8t ω468Bv Cv A v Bv Cv POv ONv OtωD P Nv v =AB v AC v BC v BA v CA v CB v 32sin(30)o AB s v V t ω=+60otωⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅡⅠOAi DI 脉波数m=6脉波宽60°()()()t d t V t d v V S AB D ωωπωπ°+⋅==∫∫°°°°30sin 233 3/109 03 09 03 lS l S V V V V 35.134.22363 ====ππ电源线电压有效值v sin(30sV t ω+tωO5.2.6 电容滤波的不控整流电路的脉动，改善了直流电压质量。

正半周v s >v c 时D 1D 4才导电，v D =v s负半周>v c 时D 2D 3才导电，v D =-v s 正半周v s <v c 时D 1D 4截止负半周<v c 时D 2D 3截止电容滤波的整流工作原理如右图，t 1～t 2时段，二极管导电，v c =v D 按正弦规律变化；t 2～t 3时段二极管关断，v c =v D 按指数曲线下降，放电时间常数=RC 。

s v 刚通电时：若v s 为正半周，D 1D 4导通若v s 为负半周，D 2D 3导通C充电(电流很大)s v C对R放电i s 波形？1D 3D 4D 2D s v t （）+_oi RDi Dv si +_CCv Ci电力电子学——电力电子变换和控制技术（第二版）电容滤波的效果当ＲC增加，t1点要右移， t2 点要左移，二极管导通角减 小，关断时间加长；反之， ＲC减少时，导通角增加。

当Ｒ很小，即Io很大时，电容 滤波的效果不好；反之，当 Ｒ很大，即Io很小时，尽管C 较小, ＲC仍很大，电容滤波 的效果也很好。

电容滤波适合输出电流较小 的场合。

有C无R即空载时vc=？电力电子学——电力电子变换和控制技术（第二版）电容滤波的不控整流电路特点：输出电压平均值不是一个定数，它随着RC的减小而减小。

R减小（io增大），或C减小，则输出电压降低，电压波动加大。

VD最大值Udmax：输出电压瞬时值的峰值 VD最小值Udmin：该电路在电阻负载下的输出电压平均值单相桥式 不控整流 三相半波 不控整流 三相桥式 不控整流U d maxU d minπ2U 22 2 U22U 23 6 U2 2π6U 23 6πU2电力电子学——电力电子变换和控制技术（第二版）当R一定、C加大时，输出电压的平均值增加，输出电流的 平均值也将增大，而这时导通角减小，结果是流过二极管电 流的幅值增加； 为了减小电压波动而增大电容C的结果是使输入电流大大 增加; 必须要增加整流二极管的电流容量，这在参数选择时应 给予注意。

电力电子学——电力电子变换和控制技术（第二版）5.3 单相桥式晶闸管相控整流电路半控开关器件 晶 闸 管： 开通可控特性（承受正向电压，且有触发脉冲） 单向导电性 相控整流电路：实现交流－直流电能变换的晶闸管电路。

相控整流：在晶闸管电路中，控制晶闸管触发脉冲施加时刻 （相位角）就能控制电路将电源电压整流后送至负载的起 始时刻，从而控制输出的整流电压，实现可控整流。

电力电子学——电力电子变换和控制技术（第二版）5.3.1 单相桥式全控整流电路整流电路结构不同 负载性质不同 一. 电阻性负载 二. 电感性负载 三. 反电势负载 电路分析要点：晶闸管 开通时刻（满足导通条件时） 受到反压被强迫关断的时刻 电路运行情况就不同电力电子学——电力电子变换和控制技术（第二版）一. 电阻性负载时的工作情况分析理想条件假设 开关器件是理想的：通态压降=0 断态电阻无穷大，漏电流=0 开通、关断瞬间完成 漏抗、绕组电阻、励磁电流=0变压器是理想的：单相桥式相控整流动态演示电网电压是理想的正弦波T1、T4一组， T2、T3一组：两组间、上下桥 臂间触发脉冲相差180°电角度。

电力电子学——电力电子变换和控制技术（第二版）vSvg0π2πωtv名词术语（1）触发控制角 α （2）导通角θ 这里 θ =π −α （3）移相：实现“相控” （4）移相范围：这里0～180°同频/同周期、有协调的 相位关系→正常工作条件d0ααωtid0ωtθvT4θ（5）同步： 使触发脉冲与可控整流 电路的交流电源电压之间保持频率 和相位的协调关系称为同步。

（6）换相（换流）vT10v=T1vT 4ωt电力电子学——电力电子变换和控制技术（第二版）（1）控制角α: 从SCR承受正向电压时刻起到触发脉冲前沿时 刻之间的时间所对应的电角度。

把不控器件（二极管）的 导通时刻后移的电角度。

（2）元件导通角θ（导电角）：元件在一周期内导通的时间所对 应的电角度。

本例θ=π-α （3）移相：改变触发脉冲出现时刻，即改变控制角大小。

改变α角的大小就可以控制输出电压的大小实现“移相控 制”，被简称“相控”。

（4）移相范围：控制角α能够变化的范围，本例0～180° （5）换相（换流）：电流从一个元件转移到另一个元件的过程。

电力电子学——电力电子变换和控制技术（第二版）基本量的计算 （1）输出直流电压平均值Vd电源电压: v s = V m sin ω t = 整流电压平均值:vd2V s sin ω t0ααωt1 π 2Vs VD = 2 2Vs sin ω td (ω t ) = (1 + cos α ) ∫a 2π π 2 2 1 + cos a 1 + cos a = Vs = VD 0 π 2 2当 α = 0时 V D 0 =2 2πV S = 0 . 9V S &VD / VD 0 = (1 + cos a) / 2VD 是控制角α的函数： α愈大VD愈小； 当α＝0，VD=VD0为最大值； 当α＝π，VD=0； α的移相范围：0～π电力电子学——电力电子变换和控制技术（第二版）（2）输出直流电流平均值IDID =V 1 + cos α VD = 0 .9 S 2 R Rid0ωtθθ（3）晶闸管电流的有效值IT :IT = 1 2π∫πa⎛ ⎜ ⎜ ⎝2V S R⎞ ⎟ d (ω t ) = V S sin ω t ⎟ 2R ⎠2sin 2α π − α + 2π π晶闸管电流平均值Iav：I av =V 1 + cos a 1 I D = 0.45 S ( ) 2 R 2电力电子学——电力电子变换和控制技术（第二版）（4）次级绕组电流有效值IS＝负载电流有效 值ILis0θθωttIS = IL =1π∫πa⎛ ⎜ ⎜ ⎝⎞ 2V S V sin ω t ⎟ d (ω t ) = S ⎟ R R ⎠2sin 2α π − α + = 2π π2 ITIS I = L = ID IDπ sin 2α + 2π (π − α ) 2 (1 + cos α )（5）负载电阻上电压有效值VL：VL = 1π∫α (π2 V S sin ω t) d (ω t ) = V2Ssin 2 α π −α + = IsR 2π π（6）功率因数PF电力电子学——电力电子变换和控制技术（第二版）整流电路的输入电流中一般含有谐波电流，而且基波电流与基波 电压一般不同相，因此电源视在功率 S=VS IS >有功功率。

忽略开关管损耗→电源提供的有功功率＝负载有功功率P2 P = I L R = VL ⋅ I L = VL I SPF =V I V P = L S = L = S VS IS VS0 0.9 1.11 1 30 0.84 1.17 0.971 60 0.676 1.33 0.898sin 2 α π − α + 2π π90 0.45 1.57 0.707 120 0.226 1.97 0.427 1500.006表5.2 单相全波整流的电压、电流比值、功率因数与α的关系表 控制角α （度） 180 0 0VD /VSIS/ID 功率因数PF2.80 0.17深度相控（深控）电力电子学——电力电子变换和控制技术（第二版）单相全波整流的电压、电流比值、功率因数与α的关系曲线电力电子学——电力电子变换和控制技术（第二版）二. 电感性负载vDBvsiDiD iD_T1T3Avd+αOv1 _+vs _T2+abT4RBBαπωtvL_A + AeLvdO（1）L较小即负载阻抗角φ较小， α较大且α>φ时的负载断流工 况： 输出电压波形中出现负值 断流原因 ：L较小而α较大，电感 电流iD上升时间不长，L储能较少； iD下降、L释放的能量不足以维持已 导通元件持续导通到（π+α）时刻 就已降为零。