3第三章整流电路

T
VT
id
a)
u1
u 2 u VT u d
iVD R L
VD R R
u2
b)
O ud
wt1
wt
c)
O
wt
id
Id d)
O
wt
i VT
Id
e)
O iVD R
p-a
p+a
wt
f)
O
wt
u VT
g)
O
wt
基本数量关系： • 加续流二极管后，电路导通角θ= π- α，而续流二极管的导
通角为π+α。 • 因流过负载的电流平均值为Id，故流过晶闸管的电流平均
3.1.1 单相半波可控整流电路
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。
器件的每种状态对应于一种线性电路拓扑。
VT
对单相半波电路的分析
L
可基于上述方法进行：
u2
R
VT
L u2
R
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。
U =
1
2p
p
a(
2U2sinwt)2d(wt) =U2
1
4p
sin2a
+
p
-a 2p
电源视在功率S=U2*I2
cosf = P = UI2 = 1 sin2a + p -a
S U2I2 4p
2p
由上式可见：当α =0时，CosΨ =0.707; 当α =π 时，CosΨ =0 思考题：为什么负载是电阻性的，而α =0时，CosΨ ≠1？
2U2
p
1+cosa
2
=
0.9U2
1+cosa
2
（3-9）
a 角的移相范围为180。
(1)向负载输出的平均电流值为：
Id
= Ud R
=
2
2U 2
pR
1 + cos a
2
= 0.9 U 2 R
1 + cos a
2
（3-10）
(2)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
第3章
整流电路
整流电路：最早出现的电力电子电路，其功能将交流 电变为直流电。
整流电路的分类：
– 按器件的组成可分为不可控、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，又分为单拍电
路和双拍电路
第3章
整流电路
Oa i
d
qd
wt
电流连 续
I d
O
wt
电流断续
b)
图3-7b 单相桥式全控整流电路接反电动势—电阻负载时的波形
• 当< d时，触发脉冲到来时，晶闸管承受负电压，不可能导通。
• 为了使晶闸管可靠导通，要求触发脉冲有足够的宽度，保证当
wt=d时刻有晶闸管开始承受正电压时，触发脉冲仍然存在。这 样，相当于触发角被推迟为d。
值为：IdVT=(π- α)Id/2π
• 续流管电流平均值为：Id = VDR (π+ α)Id/ 2π • 流过晶闸管的电流有效值IVT为：
• 流过续流二极管的电流有效值为：
3.1.1 单相半波可控整流电路
单相半波可控整流电路的特点
VT的a 移相范围为180。
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建立起整流电路的基本概念。
半周承受电压-u2，得到触发脉冲即
0 i2
导通，当u2过零时关断。
d) 0
VT
VT
4
3
id
ud
R
wt wt wt
–
一个周期内整流电压波形脉动两次，双
图3-5 单相桥式全控 带电阻负载时的电路及波形
脉波电路。变压器二次绕组电流直流分
量为零。
2.2
单相桥式全控整流电路
数量关系
Ud
=
1
p
p a
2U2sinwtd(wt) = 2
移相范围 0～π/2
3.1.2
单相桥式全控整流电路
3. 带反电动势负载时的工作情况
id
ud
E
在|u2|>E时，才有晶闸管承 受正电压，有导通的可能。
R Oa q d
wt
ud
id
E
Id

导通之后， ud=u2， id =
ud
R
E
直至|u2|=E，id即降至0使得
晶闸管关断，此后ud=E 。
O
wt
（3-4）
为避免Ud太小，在整流电路的 负载两端并联续流二极管
• 当u2过零变负时，VDR导通，ud 为 零 。 此 时 为 负 的 u2 通 过 VDR 向 VT施加反压使其关断，L储存的 能量保证了电流id在L-R-VDR回路 中流通，此过程通常称为续流。 续 流 期 间 ud 为 零 ， ud 中 不 再 出 现 负的部分。
1
p
p
(
a
2U2 sinwt)2 d (wt) = U2
R
R
1
2p
sin
2a
+
p
-
p
a（3-13）
(5)由式（3-12）和式（3-13）
I VT =
1I 2
（3-14）
不考虑变压器的损耗时，要求变压器的容量 S=U2I2。
(6)整流输出负载上电压有效值
U =
1
p
p
(
a
2U 2 sin wt)2 d (wt) = U 2
单相半波可控整流电路工作原理
当条件U2在之0一-π。期在间此，期晶间闸内管只承要受在正门向极电加压一，个触满发足脉导冲通， 晶闸管就一直导通，直至晶闸管承受负压而截止， 即在ω t=π 时刻截止。
在π -2π 期间，晶闸管承受反压而载止。 在一次电到源来U2的时下，一VT又周一期次2π正+向ω 导t时通刻，，如门此极周触期发性脉重冲复又 晶闸管承受正向电压起到触发脉冲出现的电角度称
（5）最大正反向电压： 2 U 2
（6）移相范围 0～π
3.1.1
单相半波可控整流电路
2. 带阻感负载的工作情况
a)
u1
VT T
u VT u2
id
L ud
R
阻感负载的特点：
电感对电流变化有抗拒作用，使 得流过电感的电流不发生突变。
u2
b)
0
w t1
p
ug
c) 0 ud
d) 0a id
e) 0
u VT
+ q
f) 0
2p
wt
wt +
wt
wt
wt
图3-2 带阻感负载的 单相半波电路及其波形
工作原理
在ω t1时刻加上触发脉冲，晶闸管立刻导通由于电感的抗拒作 用，Id逐渐上升并在电感上感应出电压：UL=L*did/dt.
a.在0~ω t1内，晶闸管承受正向电压，但无触发脉冲，故输出 为0。
b.在ω t1时刻加上触发脉冲，晶闸管立刻导通。由于电感的抗 拒作用，id慢慢上升，并在电感上感应出电压：UL=L*did/dt.在 ωt1=π 后，由于UL+U2>0,故晶闸管仍继续导通，直至ωt2时刻
1
2p
sin
2a
+
p
-a p
（7）功率因数COSΦ
cosf = P = UI = 1 sin 2a + p -a
S U 2I 2 2p
p
同半波电路相比，桥式整流电路的功率因数增加了 2 （8）可控硅所承受的最大正反向电压:
可控硅所承受的最大反向电压 2U 2 可控硅所承受的最大正向电压 2 U 2
2
3.1.2
单相桥式全控整流电路
1. 带电阻负载的工作情况
1
VT
工作原理及波形分析
T
i2 a
– VT1和VT4组成一对桥臂，在u2正半a)
u1
u2 b
2
VT
周承受电压u2，得到触发脉冲即导
通，当u2过零时关断。
ud
u d(id)
id
b)
0a
pa
– VT2和VT3组成另一对桥臂，在u2正c) uVT1,4
为控制角，用α 表示，α =ω t。
基本数量关系
（2）整流输出直流电流平均值Id
Id=Ud/R=0.45U2(1+Cosα)/2R
（3）流过晶闸管的电流有效值IT和变压器副边电流有效值I2
i2=1.414U2*Sinωt/R
故有效值：
I2 =
1
p(
2
2U 2 sin wt/R)d(wt) = U 2
b)
b) VT处于导通状态
id = -
2U 2
sin( a
- R (wt -a )
- )e wL
+
Z
2U2 sin( wt -)
Z
（3-3）
•
其中Z =
R2
+ (wL)2，
=
arctan
wL
R
当ωt=θ+a 时，id=0，代入式（2-3）并整理得
-q
sin( a - )e tan = sin( q + a - )
a)
b)