电力电子课程-可控整流电路2
合集下载
大学电力电子技术 第二章可控整流器与有源逆变器h
Udห้องสมุดไป่ตู้
idRS
EM
t
内连续，如右图所示。
id
Id
O
t
150V
ud
0V
idRS+EM eL
-150V 79.99ms V(OUTPUT)
20A
83.33ms
86.66ms
89.99ms
V(E) V(E) + (V(R:1)-V(R:2)) V(L:1) - V(L:2) AVG(V(OUTPUT))
而电抗器的L为一定值的情况下，要有较大的电流Id才行。
E ( 6U 2 ) E0 (2.03U2) E0'
断续区特性的近似直线
❖ 一般只要主电路电感足够大， 可以只考虑电流连续段，完全 按线性处理。
Idmin
O 断续区
连续区
❖ 当低速轻载时，断续作用显著，
可改用另一段较陡的特性来近
似处理，其等效电阻比实际的 Id 电阻R要大一个数量级。
❖ 逆变电流断续时电动机的机械特性，与整流时十分相似：
• 理想空载转速上翘很多，机械特性变软，且呈现非线性。
增大方向
• 说明逆变状态的机械特性是整流状态的延续。
'增大方向 '增大方向
• 纵观控制角由小变大，
电动机的机械特性则 逐渐的由第1象限往下 移，进而到达第4象限。 逆变状态的机械特性
❖ 整流电路为三相全控桥时，在最小负载电流为Idmin时，为保证电流 连续所需的主回路电感量为
L=0.693U2/Idmin（mH） ❖ 对于三相半波可控整流电路带电动机负载的系统，有
L=1.46U2/Idmin（mH） ❖ L中包括整流变压器的漏电感、电枢电感和平波电抗器的电感。
电力电子技术之整流电路2
第五章：整流电路
5.1 整流器的性能指标 5.2 单相相控整流电路 5.3 三相相控整流电路 5.4 大容量相控整流电路 5.5 相控整流电路的换相压降 5.6 整流电路的谐波分析 5.7 有源逆变电路 5.8 晶闸管相控电路的驱动控制 5.9 PWM整流电路
5.5 相控整流电路的换相压降
Ll为变压器的每相绕组 折合到二次侧的漏抗
(5.6.17)
由图可知，α=90°时与谐波幅值最大。
图5.6.2 单相桥相控整流 电压的谐波电压特性
因此，实际应用中按α=90°选用平波电抗器。
5.6.2 单相和三相桥式相控整流电压 的谐波分析
1、单相桥相控整流电压的谐波分析 2）谐波参数分析：
m=2时（即单相桥）相控整流负载电压的有效值U=U2 , 谐波电压的有效值为
5.7.1 有源逆变的工作原理
1、有源逆变的条件：
（1）一定要有直流电动势源，其极性必须与晶闸 管的导通方向一致，其值应稍大于变流器直流侧的平 均电压。
（2）变流器必须工作在α＞ 的区域内，使Ud＜0。
5.7.1 有源逆变的工作原理
2、全波整流电路工作在整流状态
当移相控制角α在0~范围内变化时，单相全波整流电路直流 侧输出电压Ud > 0，如图5.7.1所示，电动机M作电机运行。整流器 输出功率，电机吸收功率，电流值为：
（5.4.9）
晶闸管承受的最大正反向电压的计算，与三相半波时相同。关于变压器所 流过的电流其二次绕组与三相半波时相同，一次绕组则与三相桥式相同。
5.4 大容量相控整流电路
3、结论
将双反星形电路与三相桥式电路进行比较：
（1）三相桥为两组三相半波串联，而双反星形为两 组三相半波并联，且后者需用平衡电抗器，同时有两相 导电，变压器磁路平衡，不存在直流磁化问题；
电力电子变流技术课后答案第2章
第二章 单相可控整流电路习题与思考题解2-1．什么是整流？它是利用半导体二极管和晶闸管的哪些特性来实现的？解：整流电路是一种AC ／DC 变换电路，即将交流电能变换为直流电能的电路，它是利用半导体二极管的单向导电性和晶闸管是半控型器件的特性来实现的。
2-2．某一电热装置（电阻性负载），要求直流平均电压为75V ，电流为20A ，采用单相半波可控整流电路直接从220V 交流电网供电。
计算晶闸管的控制角α、导通角θ、负载电流有效值，并选择晶闸管。
解：(1)整流输出平均电压Ｕd =⎰παωωπ22).(.sin 221t td U =⎰παωωπ).(.sin 2212t td U=2cos 145.02cos 1222ααπ+≈⎪⎭⎫⎝⎛+U U cos α=5152.0122045.0752145.022=-⨯⨯=-U U d则 控制角α≈60° 导通角θ=π-α=120° (2).负载电流平均值I d =RU d=20(A) 则 R ＝U d ／I d ＝75／20=3.75Ω 负载电流有效值I ，即为晶闸管电流有效值I V1，所以I =I V1=()⎰⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛παωωπt d t R U 22sin 221=παπαπ22sin 412-+R U ＝37.6(A) (3).当不考虑安全裕量时I V1=k fe I VEAR =1.57I VEAR则晶闸管通态平均电流 I VEAR =I V1 /1.57=37.4 /1.57=23.9(A) 晶闸管可能承受的最大正反向电压为 311220222≈⨯=U (V)所以，可选择额定通态平均电流为30A 、额定电压为400V 的晶闸管。
按裕量系数2，可选择额定通态平均电流为50A 、额定电压为700V 的晶闸管。
2-3．带有续流二极管的单相半波可控整流电路，大电感负载保证电流连续。
试证明输出整流电压平均值2cos 122απ+=U U d ，并画出控制角为α时的输出整流电压u d 、晶闸管承受电压u V1的波形。
可控整流电路
所以感应电动势的实际方向总是企图阻止电流的变化；电感电流不能发生突 变。 15
电感的能量平恒
电感所储存的磁场能量：
当电流绝对值增加时，电感元件储能增加，元件吸收电能转 变为磁场能量； 当电流绝对值减小时，电感元件储能减小，元件将磁场能量 释放出来转变成电能； 电感是一种储能元件，并不将吸收的能量消耗 掉，而是以磁场能量形式储存，也不会释放出多于吸收储存的 能量－－－无源器件
5
单相半波可控整流电路原理
带电阻负载的工作情况带电 阻负载的工作情况 电路由变压器、晶闸管和电 阻负载组成 变压器T起幅值变换和电 气隔离的作用 电阻负载的特点：电压 与电流成正比，两者波形相同。
6
复习：晶闸管的开关特性
晶闸管正常工作时的特性总结如下： 承受反向电压时，不论门极是否有触发电流， 晶闸管都不会导通。 承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情 况下晶闸管才能开通。 晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用。 要使晶闸管关断，只能使晶闸管的电流降到 接近于零的某一数值以下 。 7
13
单相半波整流电路
单相半波整流电路 纯阻性负载工作情况 ★ 阻感性负载工作情况 带续流二极管的阻感性负载工作情况
14
电感的特性
根据电磁感应定律：当有变动电流通过电感时，由于穿过线圈的磁通随之而变动， 线圈中将会有感应电动势产生； 根据楞次定律：感应电流产生的磁通总是反抗回路中原磁通量的变化，即与电流 净增加方向相反； 根据电感电流的变化，可以得知感应电动势的大小和 计算 当电感足够大时
ωL>>R ﹡一般可认为输出电流 近似维持不变，id为一 条水平线，恒为Id 平均值： 有效值：
22
单相半波可控整流电路的特点
这种电路结构简单，但输出电压脉动大 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
第二章 单相可控整流电路
第三节 单相桥式半控整流电路
一、电阻性负载
◆计算公式与全控桥带电阻性负载时一样。
◆不同点：
（1）晶闸管所承受的最大正、反向
电压均为
2U
。
2
（2）流过整流二极管的电流平均值
和有效值与流过晶闸管的电流平均值和
有效值是一样的。即：
I dD
I dT
0.45U 2 R
1 cos
2
（2-30）
ID
IT
Id
Ud Rd
0.45 U 2 1 cos
R2
（2-2）
☞负载上得到的直流输出电压有效值U和电流有效值I分别为：
U
1
2
2
2U 2 sin(t) d (t) U 2
sin 2 2 4
（2-3）
I U U 2 sin 2
（2-13）
第一节 单相半波可控整流电路
二、电感性负载
2. 加续流二极管VDR
☞晶闸管承受的最大正反向电压UTM仍为 2U 2 ；而续流二 极管承受的最大反向电压UDM也为 2U 2 。晶闸管的最大移 相范围仍是0-180°。
◆单相半波可控整流电路的特点是简单，但输出脉动大；转换 效率低；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。为使变压器铁芯不饱和，需增大铁芯截面积，增大了 设备的容量。——桥式电路。
☞为解决失控现象→并接续流二极管VDR 。加续流二极管 VDR后，续流过程由VDR完成，避免了失控的现象。
图2-12 单相桥式半控整流电路带电感性负载时的失控现象
图2-13 单相桥式半控整流电路带电感性负载 加续流二极管
2U 2
（2-27）
第2章_05_带平衡电抗器的双反星形可控整流电路_2018_05_03
O
ωt
三、参数计算 （一）α =30°、α =60°和α =90°时输出电压的波形分析
ud
α = 30。
' ua uc
ub
' ua
uc
ub'
α =120。
ub
ua'
uc
ub'
ua
' uc
O
ud
ωt
O
ωt
α = 60 。 u ' c
ub
' ua
uc
' ub
纯电阻负载
O
ωt
结论：(pg48，倒数5－9行）—
得出式2－64。（Lp一定，负载变化对供电及输出电压的影
响—pg49，图2－32左）
双反星形整流电路的特点
1.谐波小； 2.同时两相导电，不存在直流磁化； 3.与六相半波比—优点；
4个特点
4. SCR电流与负载电流的关系；注意:每个
SCR仍导通120，流过电流的幅值是Id/2, 平 均值Iav= Id/6(易错)
一、电路组成与基本特点
1.电路组成(pg45) 变压器：初级Δ/或Y、一套绕 组； 次级: 两组、匝数相同极性相 反—双反星形（注意同名端） 电路：次级绕组分别接成两组 三相半波电路，增加平衡电抗 器向负载并联供电。 2.电路特点（见书pg45）
Tc Tb Ta * T a * b * c o1 ip * a' * b' * c' o2 ud2
Chapter 2
第二章 可控整流电路
2.4 带平衡电抗器的双反星形可控整流电路 2.4.1 电路组成与基本特点 2.4.2 平衡电抗器LP 2.4.3 参数设计
ωt
三、参数计算 （一）α =30°、α =60°和α =90°时输出电压的波形分析
ud
α = 30。
' ua uc
ub
' ua
uc
ub'
α =120。
ub
ua'
uc
ub'
ua
' uc
O
ud
ωt
O
ωt
α = 60 。 u ' c
ub
' ua
uc
' ub
纯电阻负载
O
ωt
结论：(pg48，倒数5－9行）—
得出式2－64。（Lp一定，负载变化对供电及输出电压的影
响—pg49，图2－32左）
双反星形整流电路的特点
1.谐波小； 2.同时两相导电，不存在直流磁化； 3.与六相半波比—优点；
4个特点
4. SCR电流与负载电流的关系；注意:每个
SCR仍导通120，流过电流的幅值是Id/2, 平 均值Iav= Id/6(易错)
一、电路组成与基本特点
1.电路组成(pg45) 变压器：初级Δ/或Y、一套绕 组； 次级: 两组、匝数相同极性相 反—双反星形（注意同名端） 电路：次级绕组分别接成两组 三相半波电路，增加平衡电抗 器向负载并联供电。 2.电路特点（见书pg45）
Tc Tb Ta * T a * b * c o1 ip * a' * b' * c' o2 ud2
Chapter 2
第二章 可控整流电路
2.4 带平衡电抗器的双反星形可控整流电路 2.4.1 电路组成与基本特点 2.4.2 平衡电抗器LP 2.4.3 参数设计
第2章单相可控整流电路
带续流二极管的工作情况
a)
u1
u2
b) O ud
c) O id
d) O
iV T
e) O
iV D R f)
O uV T
g) O
T
VT
u2
uV T ud
t1
Id -
Id +
id
iV D R
L
VD R R
t t t t t
工作过程和特点：
（1）在U2的正半周，VDR 承受反向电压，不导通，不 影响电路的正常工作;
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。
二、单相桥式全控整流电路
带电阻负载的工作情况
晶闸管VT1和VT4组成一对桥臂，VT2和VT3组成另一对桥臂。 在实际的电路中，一般都采用这种标注方法，即上面为1、3， 下面为2、4。
VT1和VT3组成共阴极组，加触发脉冲后，阳极电位高者导通。 VT2和VT4组成共阳极组，加触发脉冲后，阴极电位低者导通。 触发脉冲每隔180°发一次，分别触发VT1、VT4、VT2、VT3。
T
i2
a
u1
u2
T
b
V
1
T
V
3
id
L ud
R
4
2
V
V
u2
a)
O
t
ud
O id
i
V
T
1
O
,4
iV
T
2
O
,3
O i2
O u V T1 ,4
O
Id Id
Id Id
t Id
t t t t
可控整流电路原理
可控整流电路原理
可控整流电路是一种通过控制开关器件导通时间来实现直流电源对交流信号进行整流的电路。
其原理是利用可控硅等电子器件的特性，在交流信号的正半周和负半周分别导通和截止，从而实现对交流信号的单向导通。
可控整流电路的核心部件是控制器和可控硅，其中控制器负责控制可控硅的导通和截止，而可控硅则负责实际的电流导通。
在正半周，控制器将触发信号发送给可控硅，使其导通，交流信号通过可控硅流入负载。
而在负半周，控制器发送相反的触发信号，使可控硅截止，从而阻断交流信号通过，实现整流。
可控整流电路的优点是可以根据需要控制导通角度，从而控制输出电压的大小。
通过改变触发角，可以实现不同程度的电流整流，从而满足不同应用场景下的需求。
并且可控整流电路采用的开关式控制方式，具有快速响应、高效率等优点。
需要注意的是，在可控整流电路中，控制器需要根据输入的交流信号实时计算控制信号，并将之发送给可控硅。
因此，控制器应具备较高的计算和控制能力，以确保可控整流电路的稳定运行。
总而言之，可控整流电路利用可控硅等器件的特性，通过控制导通时间来实现对交流信号的整流。
通过调整触发角，可以实现不同程度的电流整流。
可控整流电路具有快速响应、高效率等优点，适用于各种对交流信号进行整流的电子设备。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
=
1 π
π +α α
2U 2
sinωtd(ωt)
=
2 π
2
U2
cosα
=
0.9U 2
cosα
晶闸管移相范围为90°。
晶闸管承受的最大正反向电压均为 2U 2
晶闸管导通角θ与a无关，均为180°
I dT
=
1 2
Id
IT =
1 2
Id
=
0.707I d
变压器二次侧电流i2的波形为正负各180°的矩形 波，其相位由a角决定，有效值I2=Id。
（3）移相：
改变触发脉冲出现的时刻（即改变控制角的大小）。 移相控制
几个名词术语介绍
（4）移相范围
改变α 角使输出整流电压平均值从最大值降到最小值，控制角α 的 变化范围即触发脉冲移相范围。
（5）同步
使触发脉冲与可控整流电路的电源电压之间保持频率和相位的协调 关系。
（6）换流（换相）
在可控整流电路中，从一路SCR导通变换为另一路SCR导通的过 程。
i
V
T
1
O ,4
i
V
T
2
O ,3
O
电流迅速转移到VT2和VT3上，此 过程称换相，亦称换流。
i2 O u V T1 ,4
O
T
i2 a
u2 b
2
VT
a)
VT
1
VT
VT
4
3
id L
ud R
ωt
Id Id
Id Id
b)
ωt Id
ωt ωt ωt ωt
ωt
单相桥式全控整流电路（感性负载）
¾ 数量关系
∫ U d
不考虑变压器损耗时， 变压器的容量为Ｓ=U2I2
先通过式2－7可得I2,
基本数量关系
α 增大时: Ud/U2 （式2-1） I2/Id (式2-7） Cosφ （式2-9）
例2-1：P21.单相桥式全控整流电路，接电阻性负载，要求电路输 出的直流平均电压Ud从20---100V连续可调，负载平均电流均 能达到20A,考虑最小控制角为30度。试计算SCR导通角的变化 范围，要求的电源容量及功率因数，并选择SCR。
单相桥式全控整流电路感性负载小结
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。
u1
• 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。
u2
• 至ωt=π+a 时刻，给VT2和VT3加 触发脉冲，因VT2和VT3本已承受
O ud
正电压，故两管导通。
O
id
• VT2和VT3导通后，u2通过VT2和 VT3分别向VT1和VT4施加反压使 VT1和VT4关断，流过VT1和VT4的
流过晶闸管的电流平均值只有 输出直流平均值的一半，即：
I dVT
=
1 2
Id
=
0 .45
U2 R
1 + cos 2
α
单相桥式全控整流电路的计算2
¾ 流过晶闸管的电流有效值：
∫ IVT =
1
π
(
2U2 sinωt)2 d(ωt) = U2
2π α R
2R
1 sin 2α + π −α
2π
π
¾ 变压器二次测电流有效值I2与输出直流电流I 有效值相等：
∫ I = I2 =
1
π
(
πα
2U 2 sin ωt)2 d (ωt) R
= U2 1 sin 2α + π −α
R 2π
π
¾又
I VT =
1I 2
单相桥式全控整流电路-----电阻性负载
基本数量关系
负载电阻上电压有效值U U＝IR 见(式2-8)
功率因数cosφ
cosφ=P/S=U I/U2I2=U/U2 (式2-9)
分析(1)αmin =30º时对应 Ud =100v，可以得到: U2 =119V
(2) Ud=20v时仍能输出Id=20A,可得 αmax ， I2max
αmax =129º， I2max =42.8A
∫ Ud
=1 π
π α
2U2 sinωtd(ωt) =
2
2U2 π
1+cosα 2
=
0.9U2
1+
ωt= π+ α 时，
给T2T3同时加触发信号：
T2 T3导通
i =T2 i =T3 id =- i2 ud=-u2 id=ud/R=-u2/R
T1 T4反向阻断， 承受电压：u2 ωt=2π时， iT2= iT3= id =0，T2 T3关断
单相桥式全控整流电路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。
单相全桥整流电路 纯阻性负载工作情况
★ 阻感性负载工作情况 1. 电感量较小，控制角较大（电流断续） 2. 电感量较大，控制角较小（电流连续） 3. 电感量很大，ωL>>R(电流无脉动)
单相全桥感性整流电路（ ωL>>R ）
id脉动幅度很小，近似为一 直流Id；
导通角θ = π 波形： iT:矩形波(幅值 Id) i2:矩形波(正负幅值均为 Id)
南航 电力电子 课程组
可控整流电路（2）
单相桥式全控整流电路
陈新 chen.xin@
课程组网站：/dldz
单相全桥整流电路
单相半波整流电路 纯阻性负载工作情况 阻感性负载工作情况 带续---（ π+ α） 四管均断态，id=0,ud=0
4
电感量较小，控制角较大模态4
当ωt= π+ α时类似
电感量较小，控制角较大时小结
*带RL负载后ud出现负值; * id变化滞后于ud;
*导通角θ大于阻性负载;
* L较小α较大时，L储能较 小，在id下降过程中不足 以维持T1T4导通至T2T3触
关系图解释：
∫ Ud
=
1 2π
α +θ α
2U2 sin ωtd (ωt) =
2U2 [cosα − cos(α +θ )] 2π
单相全桥整流电路
单相半波整流电路 纯阻性负载工作情况 阻感性负载工作情况 带续流二极管的阻感性负载工作情况
单相全桥整流电路 纯阻性负载工作情况
★ 阻感性负载工作情况 1. 电感量较小，控制角较大（电流断续） 2. 电感量较大，控制角较小（电流连续）
承受电压：-u2
1
工作原理－无触发〔π， π ＋α 〕
ωt=π时，
i =T1 i =T4 id =0
T1 T4关断
π < ωt<π+ α时， u2 <0，
无门极触发信号： T2T3承受正压---正向阻断； T1T4承受反压---反向阻断；
承受电压： -u2/2, u2/2
id=0, ud=0；
工作原理－有触发〔π ＋α，2 π 〕
单相全桥整流电路 纯阻性负载工作情况
★ 阻感性负载工作情况 1. 电感量较小，控制角较大（电流断续）
(二)电感性负载
uL=Ldid/dt，电感L抑制电流变化
电感量较小，控制角较大模态1
过程分析： ωt=α时，
（给T1T4同时加触发信号）
T1 T4导通
id从0开始上升(uL>0) L储能，ud=u2 电网供能量给R和L
单相全桥整流电路
单相半波整流电路 纯阻性负载工作情况 阻感性负载工作情况 带续流二极管的阻感性负载工作情况
单相全桥整流电路 纯阻性负载工作情况 阻感性负载工作情况
★ 反电动势负载
反电势负载模态分析1
负载由阻性负载和反电势组成 当U2<E时，T1和T4承受反向电压 Ud=E VT1/4承受电压？ VT2/3承受电压？
选用KP-50-5型
3
单相全桥整流电路
单相半波整流电路 纯阻性负载工作情况 阻感性负载工作情况 带续流二极管的阻感性负载工作情况
单相全桥整流电路 纯阻性负载工作情况
★ 阻感性负载工作情况
单相全桥整流电路
单相半波整流电路 纯阻性负载工作情况 阻感性负载工作情况 带续流二极管的阻感性负载工作情况
cosα 2
(3)S=119*42.8VA, cos φ= cos φ(α= αmax )=0.36
流过SCR的最大电流有效值IT =I2max/1.414=30A SCR的电流定额： ITav =(1.5---2) IT /1.57=29---
38A
SCR电压定额URRM=（2--3）*1.414*U2 =337--505V
发导通时刻，导通角θ <
π，id波形断续。
∫ Ud
=
1 π
α +θ α
2U2 sin ωtd (ωt) =
2U2 [cosα − cos(α +θ )] π
负载阻抗角φ、触发角a、晶闸管导通角θ的关系
若φ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，θ越小
– 若a为定值，φ 越大，电感量越大，则L贮能越
电感量较小，控制角较大模态2
根据U2/Id之间的关系 做出Id的变化曲线 Id上升时，L吸收能量 直到id上升速率0， id =idmax ， 此后id开始下降， L释放能量
电感量较小，控制角较大模态3
当ωt= π，u2=0时， id仍>0，T1T4继续导通 电感感应电势维持电流
当ωt= π ~ ωt 1时， u2<=0 L供能量给R，同时回馈给电网 id继续下降,直到0 （ L能量释放完） T1T4关断