电力电子技术-第3章 3.6-8大功率可控整流电路(1)-415
电力电子技术课件-第3章 整流电路
Rid
2U2 sinwt
(3-2)
b)
图3-3 b) VT处于导通状态
在VT导通时刻，有wt=a，id=0，这是式（3-2）的初 始条件。求解式（3-2）并将初始条件代入可得
id
2U 2
sin(a
R (wta )
)e wL
Z
2U2 sin(wt ) (3-3)
Z
式中，Z
R2
(wL)2，
u
d
变且波形近似为一条水平线。
O i
d
iO
VT 1,4
I
d
wt
☞u2过零变负时，由于电感
I
d
的作用VT1、VT4仍有电流id，并
w t 不关断。
i
O
VT
2,3
I
d
wt
☞wt=p+a时刻，触发VT2和
O i
2
I
d
w t VT3，VT2和VT3导通，VT1和
O
I
u
d
VT 1,4
w t VT4承受反压关断，流过VT1和
二. 阻感负载
3、基本数量关系
√流过晶闸管的电流平均值IdT和有效值IT分别为：
I dT
p a 2p
Id
(3-5)
IT
1
2p
p a
I
2 d
d
(wt
)
p a 2p
Id
(3-6)
√续流二极管的电流平均p 值 aIdDR和有效值IDR分别为
I dDR 2p I d
(3-7)
I DR
1
2p
2p a p
pa R
R
1 sin 2a p a
第三章_电力电子技术—整流电路_li(第一次课)
变压器二次侧电流有效值i2与输出电流有效值i相等
I I2 1
(
2U 2 U sin t )2 d( t ) 2 R R
1 I 2
1 sin 2 2
I dVT
VT可能承受的最大正向电压为 VT可能承受的最大反向电压为
2 U2 2 2U 2
3.1单相可控整流电路
相控方式——通过控制触发脉冲的相位来控制直流输出 电压大小的方式
3.1单相可控整流电路
3.1.1 单相半波可控整流电路——阻感负载
阻感负载的特点：
电感对电流变化有抗拒作用，使得流过 电感的电流不能发生突变，因此负载的电流 波形与电压波形不相同。
3.1单相可控整流电路
3.1.1 单相半波可控整流电路——阻感负载
ud O i1 O
t
t
b)
3.1单相可控整流电路
3.1.3 单相全波可控整流电路
单相全波与单相桥式全控比较
单相全波只用2个VT，比单相全控桥少2个，相应地， 门极驱动电路也少2个 单相全波导电回路只含1个VT，比单相桥少1个，因而 管压降也少1个 VT承受最大正向电压 2U2，最大反向电压为 2 2U 2 ， 是单相全控桥的2倍 单相全波中变压器结构较复杂，材料的消耗多
结构简单，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
3.1单相可控整流电路
3.1.2 单相桥式全控整流电路——电阻负载
电路结构 VT1和VT4组成一对桥臂 VT2和VT3组成另一对桥臂
电力电子技术第3章 三相可控整流电路
第二节 时
三相全控桥式整流电路
整流电压为三相半波时的两倍，在大电感负载
20
图 3.9 三相桥式全控整流电路
21
图 3.10 三相全控桥大电感负载 α =0°时的波形
22
图 3.11 三相全控桥大电感负载 α =30°时的电压波形
23
图 3.12 三相全控桥大电感负载 α =60°时的电压波形
3
图 3.2是 α =30°时的波形。设 VT3 已导通， 当经过自然换流点 ωt0 时，因为 VT1的触发脉冲 ug1还没来到，因而不能导通，而 uc 仍大于零，所 以 VT3 不能关断，直到ωt1 所处时刻 ug1触发 VT1 导通，VT3 承受反压关断，负载电流从 c相换到 a 相。
4
图 3.2 三相半波电路电阻负载 α =30°时的波形
32
一、双反星形中点带平衡电抗器的可控整流电路 在低电压大电流直流供电系统中，如果要采用 三相半波可控整流电路，每相要多个晶闸管并联， 这就带来均流、保护等一系列问题。如前所述三相 半波电路还存在直流磁化和变压器利用率不高的问 题。
33
图 3.15 带平衡电抗器双反星形可控整流电路
34
图 3.16 带平衡电抗器双反星形可控整流 ud 和 uP 波形
26
图 3.14 三相桥式半控整流电路及波形 （a）电路图 （b）α =30° （c）α =120°
27
一、电阻性负载 控制角 α =0时，电路工作情况基本与三相全 控桥 α =0时一样，输出电压 ud波形完全一样。输 出直流平均电压最大为 2.34U2Φ。
28
由图 3.14（ b），通过积分运算可得Ud 的计 算公式
12
当 α >30°时，晶闸管导通角 θV=150°- α。 因为在一个周期内有 3次续流，所以续流管的导通 角 θVD=3（ α -30°）。晶闸管平均电流为
第3章 整流电路part1
可得到 I S
PAC PAC VS PF VS cos1
8
《电力电子技术》
第3章 整流电路
3.1 单相可控整流电路
3.1.1单相半波可控整流电路 3.1.2单相桥式全控整流电路
3.1.3单相全波可控整流电路
3.1.4单相桥式半控整流电路
9
《电力电子技术》
第3章 整流电路
3.1.1 单相半波可控整流电路
《电力电子技术》
第3章 整流电路
第3章
整流电路
3.1 单相可控整流电路
3.2三相可控整流电路
3.3 变压器漏感对整流电路的影响
3.4 电容滤波的不可控整流电路
3.5 整流电路的谐波和功率因数
3.6大功率可控整流电路
3.7整流电路的有源逆变工作状态 3.8整流电路相位控制的实现
1
《电力电子技术》
第3章 整流电路
wt
wt
e)
晶闸管的电流有效值IVT
I VT 1 p 2 p a I a I d d (wt ) 2p 2p d
O i VD f) O u VT g) O
R
wt
wt
wt
20
《电力电子技术》
u2
第3章 整流电路
（3）续流二极管的电流平均值 IdVDR与续流二极管的 电流有效值IVDR w w
22
《电力电子技术》
第3章 整流电路
3.1.2 单相桥式全控整流电路
单相桥式全控整流电路(Single Phase
Bridge Contrelled Rectifier)
1) 带电阻负载的工作情况
电路结构
a)
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。请同学们注意。
电力电子技术(第二版)第3章答案
第三章 交流-交流变换器习题解答3-1. 在交流调压电路中，采用相位控制和通断控制各有什么优缺点？为什么通断控制适用于大惯性负载？ 答：相位控制：优点：输出电压平滑变化。
缺点：含有较严重的谐波分量 通断控制：优点：电路简单，功率因数高。
缺点：输出电压或功率调节不平滑。
由于惯性大的负载没有必要对交流电路的每个周期进行频繁的控制，所以可以采用通断控制。
对时间常数比较小负载的工作产生影响。
3-2. 单相交流调压电路，负载阻抗角为30°，问控制角α的有效移相范围有多大？如为三相交流调压电路，则α的有效移相范围又为多大？ 答：单相交流调压电路，负载阻抗角为30°，控制角α的有效移相范围是30°-180°；如为三相交流调压电路，α的有效移相范围是30°-150°。
3-3. 一电阻性负载加热炉由单相交流调压电路供电，如α=0°时为输出功率最大值，试求功率为80%，50%时的控制角α。
解：α＝0时的输出电压最大，为()222max sin 21U t d t U U o ==⎰πωωπ此时负载电流最大，为R U R U I o o 2max max ==因此最大输出功率为R U I U P o o o 22maxmax max ==输出功率为最大输出功率的80%时，有：R U P P o 22max8.08.0⨯==又由παππα-+=22sin 2U U o)22sin (12παππα-+==R R U P o o化简得παα4.02sin 2=- 由图解法解得 α=60°同理，输出功率为最大输出功率的50%时，有： α=90°3-4. 单相交流调压电路，电源电压220V ，电阻负载R=9Ω,当α=30°时，求： （1）输出电压和负载电流；（2）晶闸管额定电压和额定电流； （3）输出电压波形和晶闸管电压波形。
(完整版)电力电子技术第3章-习题答案()
3 章交流-直流变换电路课后复习题第1部分：填空题1. 电阻负载的特点是电压与电流波形、相位相同；只消耗电能，不储存、释放电能,在单相半波可控整流电阻性负载电路中，晶闸管控制角a的最大移相范围是_0wa w 180 。
2. 阻感负载的特点是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_________ , 在单相半波可控整流带阻感负载并联续流二极管的电路中，晶闸管控制角a的最大移相范围是0 w a w 180 ，其承受的最大正反向电压均为—.2U2—, 续流二极管承受的最大反向电压为 _ 2U2_ （设U2为相电压有效值）。
3. 单相桥式全控整流电路中，带纯电阻负载时，a角移相范围为0 w a w180 ，单个晶闸管所承受的最大正向电压和反向电压分别为_.2U2_和_、..2匕_；带阻感负载时，a角移相范围为0 w a w 90 ，单个晶闸管所承受的最大正向电压和反向电压分别为2U2和_• 2U2_ ；带反电动势负载时，欲使电阻上的电流不出现断续现象，可在主电路中直流输出侧串联一个平波电抗器（大电感）_。
4. 单相全控桥反电动势负载电路中，当控制角a大于不导电角时，晶闸管的导通角二180-2 ;当控制角小于不导电角时，晶闸管的导通角=0 。
5. 从输入输出上看，单相桥式全控整流电路的波形与单相全波可控整流电路的波形基本相同，只是后者适用于较低输出电压的场合。
6. 电容滤波单相不可控整流带电阻负载电路中，空载时，输出电压为_-2U2 —，随负载加重U d逐渐趋近于0.9 U2,通常设计时，应取RO 1.5〜2.5T，此时输出电压为U d~ 1.2 U2（U2为相电压有效值）。
7. 电阻性负载三相半波可控整流电路中，晶闸管所承受的最大正向电压U Fm等于_、6U2_，晶闸管控制角a的最大移相范围是0 w a w 90 ，使负载电流连续的条件为a w 30 （U2为相电压有效值）。
8. 三相半波可控整流电路中的三个晶闸管的触发脉冲相位按相序依次互差—120—，当它带阻感负载时，的移相范围为0 w a w 90 。
电力电子技术-第三章--单相整流讲解
3.1.1 单相半波可控整流电路
（Single Phase Half Wave Controlled Rectifier）
1. 电阻负载的工作情况
在工业生产中，某些负载基本上是电阻性的， 如电阻加热炉、电解和电镀等。
电阻性负载的特点是电压与电流成正比，波形 相同并且同相位，电流可以突变。 • 1. 工作原理 • 首先假设以下几点： • (1) 开关元件是理想的，即开关元件(晶闸管)导通 时，通态压降为零，关断时电阻为无穷大； • 一般认为晶闸管的开通与关断过程瞬时完成。 • (2) 变压器是理想的，即变压器漏抗为零，绕组的 电阻为零、励磁电流为零。
id 的连续波形每周期分为两 段：u2过零前一段流经SCR， 时宽为π-α；之后一段流经 VDR ，时宽为π+α。由两器 件电流拼合而成。
若近似认为id为一条水平线，恒为Id，则有
SCR 平均值： I a I
dVT
2 d
（2-5）
SCR 有效值：
IVT
1
2
a
I
d2d
(t
在ωt=0到α期间，晶闸管uAK大于零， 但门极没有触发信号，处于正向关断状
态，输出电压、电流都等于零。
在ωt=α时，门极有触发信号，晶闸管 被触发导通，负载电压ud= u2。 在ωt1时刻，触发VT使其开通，u2加 于负载两端，id从0开始增加。这时，交 流电源一方面供给电阻R消耗的能量， 另一方面供给电感L吸收的磁场能量。
)
a 2
I
（2-6）
d
VDR 平均值： VDR 有效值：
a IdVDR 2 Id
（2-7）
IVDR
1
2
2 a
电力电子技术第3章 习题答案
3章交流-直流变换电路课后复习题第1部分：填空题1.电阻负载的特点是电压与电流波形、相位相同；只消耗电能，不储存、释放电能，在单相半波可控整流电阻性负载电路中，晶闸管控制角α的最大移相范围是0︒≤a≤ 180︒。
2.阻感负载的特点是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，在单相半波可控整流带阻感负载并联续流二极管的电路中，晶闸管控制角α的最大移相范围是0︒≤a≤ 180︒2，续流二极管承受的最大反向电压2（设U2为相电压有效值）。
3.单相桥式全控整流电路中，带纯电阻负载时，α角移相范围为0︒≤a≤ 180︒，单2和2；带阻感负载时，α角移相范围为0︒≤a≤ 90︒，单个晶闸管所承受的最大正向电压和反向电压分别为22U2；带反电动势负载时，欲使电阻上的电流不出现断续现象，可在主电路中直流输出侧串联一个平波电抗器(大电感)。
4.单相全控桥反电动势负载电路中，当控制角α大于不导电角δ时，晶闸管的导通角θ = 180︒-2δ ; 当控制角α小于不导电角 δ 时，晶闸管的导通角 θ = 0︒。
5.从输入输出上看，单相桥式全控整流电路的波形与单相全波可控整流电路的波形基本相同，只是后者适用于较低输出电压的场合。
6.2，随负载加重U d逐渐趋近于0.9 U2，通常设计时，应取RC≥1.5~2.5T，此时输出电压为U d≈ 1.2U2(U2为相电压有效值)。
7.电阻性负载三相半波可控整流电路中，晶闸管所承受的最大正向电压U Fm2，晶闸管控制角α的最大移相范围是0︒≤a≤90︒，使负载电流连续的条件为a≤30︒(U2为相电压有效值)。
8.三相半波可控整流电路中的三个晶闸管的触发脉冲相位按相序依次互差120︒，当它带阻感负载时，α的移相范围为0︒≤a≤90︒。
9.三相桥式全控整流电路带电阻负载工作中，共阴极组中处于通态的晶闸管对应的是电压最高的相电压，而共阳极组中处于导通的晶闸管对应的是电压最低的相电压；这种电路 α 角的移相范围是0︒≤a≤120︒，u d波形连续的条件是a≤60︒。
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ud 1
ua
ub
uc
O
t
ia
1 2
Id
1 6
Id
udO2
uc'
ua'
ub'
uc'
t
O ia'
O
2020/8/17
1 2
Id
1 6
Id
t
双反星形电路，
=0时两组整流
t 电压、电流波形
电力电子技术
➢ 接平衡电抗器的原因：
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• 两个直流电源并联时，只有当电压平均值和瞬时值均相 等时，才能使负载均流。
2020/8/17
电力电子技术
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➢ 双反星形电路中如不接平衡电抗器，即成为六相半 波整流电路/三相双半波整流电路：
2020/8/17
电力电子技术
2020/8/17
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•某 一 时 刻 只 能 有 一 个 晶闸管导电，哪一相电 压高该相上的管子导通； 其余五管均阻断，每管 最 大 导 通 角 为 60o ， 平 均电流为Id /6。
Id
VT32 VT31 VT22 VT21 VT12 VT11 VT34 VT33 VT24 VT23 VT14 VT13
u2 i
u2
u2
Ⅰ
L Ⅱ ud
负 载 Ⅲ
ud
O
i
Id
2Id
+
b)
c)
a)
单相串联3重联结电路及顺序控制时的波形
➢ 从电流i的波形可以看出，虽然波形并未改善，但其
基波分量比电压的滞后少，因而位移因数高，从而提高
3.6 大功率可控整流电路
太原工业学院自动化系
➢ 带平衡电抗器的双反星形可控整流电路的特
点：适用于低电压、大电流的场合。
➢ 多重化整流电路的特点：
•在采用相同器件时可达到更大的功率； •可减少交流侧输入电流的谐波或提高功率因数， 从而减小对供电电网的干扰。
2020/8/17
电力电子技术
太原工业学院自动化系
➢ 对平衡电抗器作用的理解是掌握双反星形电路原 理的关键。
2020/8/17
电力电子技术
➢由于平衡电抗器的作用使得两 组三相半波整流电路同时导电 的原理分析：
•平衡电抗器Lp承担了n1、n2间的电
位差，它补偿了u’b和ua的电动势差， 使得u’b和ua两相的晶闸管能同时导
电。
•t1时 ， u’b>ua ， VT6 导 通 ， 此 电
2020/8/17
当 =30、60、90时，双反星
形电路的输出电压波形
电力电子技术
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➢ 整流电压平均值与三相半波整流电路的相等，为:
Ud=1.17 U2 cos
➢ 将双反星形电路与三相桥式电路进行比较可得出 以下结论：
（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。
2020/8/17
太原工业学院自动化系
ua
1 2
uP
n LP
n2- + - +n1
iP
ub' ud2 ud
L ud1
VT6
R
平衡电抗器作用下两个晶
闸管同时导电的情况
电力电子技术
➢原理分析(续)：
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•虽然 u d 1 u d 2 ，但由于Lp的平衡 作用，使得晶闸管VT6和VT1同时 导通。
2020/8/17
带平衡电抗器的双反星形可控整流电路
电力电子技术
➢电路结构的特点
•变 压 器 二 次 侧 为 两 组 匝 数 相 同 极性相反的绕阻，分别接成两组 三相半波电路。 • 变压器二次侧两绕组的极性相 反可消除铁芯的直流磁化。 • 设置电感量为Lp的平衡电抗器 是为保证两组三相半波整流电路 能同时导电，每组承担一半负载。 •与 三 相 桥 式 电 路 相 比 ， 在 采 用 相同晶闸管的条件下，双反星形 电路的输出电流可大一倍。
1. 移相多重联结
T
1
LP
VT
c1
b1 a1
2
c2
L
b2 M
a2
并联多重联结的12脉波整流电路
➢电的原➢不流谐理有使2仅个来波与并用可三说并双联了减相，提反多平少桥二高星重衡输并者 纹 形联电入联效波电结抗电而果频路和器流成相率中串来谐的同，是联平波1。因一多衡2，脉而样重2组也波可的联整可整减。结流减流小，器小电平对的输路波于电出。电交流电抗流，压器输其中。入
（2）当U2相等时，双反星形的Ud是三相桥的1/2，而Id是单 相桥的2倍。
（3）两种电路中，晶闸管的导通及触发脉冲的分配关系一样，
ud和id的波形形状一样。
2020/8/17
电力电子技术
3.6.2 多重化整流，所产生的谐波、 无功功率等对电网的干扰也随之加大，为减 轻干扰，可采用多重化整流电路。
2020/8/17
VT5 VT3 VT1 VT4 VT6 VT2
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T abc
iP n LP n2 n1
L
a'
b'
c' ud
R
id
电力电子技术
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➢ 绕组的极性相反的目的：消除直流磁通势
➢ 如何实现？
• 如图可知，虽然两组相电流的瞬时值不同，但是平均电流相 等而绕组的极性相反，所以直流安匝互相抵消。
2020/8/17
电力电子技术
➢ 3重晶闸管整流桥顺序控制
太原工业学院自动化系
•• 需当要需输要出的电输压出为电三压分达 低之到 于一三 二到分 最三之 高分一 电之最 压二高 以最电 上高压 时电时，压，第时第只I、，对I组II第组I桥组桥
的出桥的导电的通角角压，固固角为角这定定进零为样为为行，0第00控仅。I，I，制、对第仅，I第III对I连组III组组第续桥桥桥I触的I的I的发输组VV出桥T角T3电的32进和3、压行V角V就T控进T为324制4行维、零。控持V。制导T33。通、，V使T34其使输其
脉动12次，故该电路为12脉波整流电路。
a1
Ⅰ 0° 1
ia1 ua1b1
iA
A▲
*
c1
b1
1
▲
C
*
B▲ c2
a2
iab2
3
ua2b2
Ⅱ
滞后30°
* b2
id
a)
Ⅰ
L
b)
ud c)
R Ⅱ
d)
ia1
0
ia2 iab2
0 ia'b2
1 3
Id
3 3
Id
0
Id
2 3
Id
2 3 3 Id
180° Id
iA
(1+ 2 33 )Id
•当 α=0o 时 ， Ud 为
1.35U2 ， 比 三 相 半 波 时 的1.17U2略大些。 •六 相 半 波 整 流 电 路 因 晶闸管导电时间短，变 压器利用率低，极少采 用。
电力电子技术
太原工业学院自动化系
➢ 双反星形电路与六相半波电路的区别——有无平 衡电抗器。
➢ 平衡电抗器的作用：
• 使得两组三相半波整流电路同时导电。 • 实现均流（电流尽可能平均分配）。
0
3 3
Id
(1+
3 3
)Id
3 6 0 °t t t
t
移相30串联2重联结电路
2020/8/17
移相30串联2重联结电路电流波形
电力电子技术
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I m1
43
Id
Imn
1 n
4
3
Id
(单 桥 时 为
2
3
Id )
n 12k 1, k 1,2,3,
2020/8/17
电力电子技术
VT6
R
• 直到 u’c > u’b ，电流才从VT6
换至VT2。此时变成VT1、VT2同 时导电。
•每一组中的每一个晶闸管仍按三 相半波的导电规律而各轮流导电。
2020/8/17
平衡电抗器作用下两个晶 闸管同时导电的情况
电力电子技术
太原工业学院自动化系
➢由上述分析可得：
•平衡电抗器中点作为整流电压输出的负端，其输出的整流电压瞬
流 在 流 经 LP 时 ， LP 上 要 感 应 一 电 动
势 up ， 其 方 向 是 要 阻 止 电 流 增 大 。
VT1
可 导 出 Lp 两 端 电 压 、 整 流 输 出 电 压
的数学表达式如下：
up ud2 ud1
1
1
1
ud ud2 2 up ud1 2 U p 2 (ud1 ud2 )
2. 电机快速正反转的调速过程中，首先要使电机 迅速制动，然后再反向加速。制动时可使电机做发电 机运行，将电机的动能变为直流电能，然后逆变为交 流送回电网。
了总的功率因数。
2020/8/17
电力电子技术
3.7 整流电路的有源逆变 工作状态
3.7.1 逆变的概念
太原工业学院自动化系
1. 什么是逆变？为什么要逆变？
➢ 逆变（invertion）——把直流电转变成交流电，整流的 逆过程。
• 实例：1.电力机车下坡行驶，往往使直流电动机工作 在发电制动状态，从而将机车的位能转变为电能反送 到交流电网中去，这样既产生了制动转矩，又充分利 用了位能。
3.6.1 带平衡电抗器的双反星形可控整流电路
➢电解电镀等工业中应用
•低电压大电流（例如几十伏，几千至几万安）可调直流电源。