2.3-4电容滤波的不可控整流电路和大功率可控整流电路
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
整流电路(ACDC变换)
1. 带电阻负载的工作情况
变压器T
起变换电压 隔离
交流输入为单相，直流输出电压波 形只在交流输入的正半周内出现， 故称为单相半波可控整流电路。
特点： 电压与电流成正比，两者波形相同
4
两个重要的基本概念
触发延迟角
从晶闸管开始承受正向阳极电压起到施加触
发脉冲止的电角度,用a 表示,也称触发角或控制角。
21
单相全波与单相全控桥的区别 1. 单相全波中变压器结构较复杂，绕组及铁芯对铜、铁等材料
的消耗多。 2. 单相全波只用2个晶闸管，比单相全控桥少2个，相应地，门
极驱动电路也少2个；但是晶闸管承受的最大电压
为 2 2U 2 ，是单相全控桥的2倍。
3. 单相全波导电回路只含1个晶闸管，比单相桥少1个，因而管 压降也少1个。
若将器件看作理想开关，则可 将电力电子电路简化为分段线性 电路，分段进行分析计算。
图2-2 带阻感负载单相半波可控整 流电路及波形
6
VT
VT
当VT处于通态时，如下方程成立：
L
L
u2
u2
L
did dt
Rid
2U2 sin t
（2-2）
R
R
初始条件：ωt= ，id=0。求解式
（2-2）并将初始条件代入可得
➢ 从上述（2）、（3）考虑，单相全波电路有利于在低输出电 压的场合应用。
22
2.1 单相可控整流电路
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 2.1.3 单相全波全控整流电路 2.1.4 单相桥式半控整流电路
23
2.1.4 单相桥式半控整流电路
VT
2
VT 1
整流电路之不可控整流电路_图文
式中，ud(0)为VD1、VD4开始导通时刻直流侧电压值。 将u2代入并求解得： 而负载电流为：
于是
(3-38) (3-39) (3-40)
(3-41)
2-9
3.4.1 电容滤波的单相不可控整流电路
则当wt=q时，VD1和VD4关断。将id(q)=0代入式 （3-41），得：
(342)
二极管导通后u2开始向C充电时的ud与二极管关 断后C放电结束时的ud相等，故有下式成立：
1) 电容滤波的不控整流电路其输出电压平均值不是一个定数，它将随着RC 的变化而变化。 电阻R减小(负载电流增大)或电容容量C减小→输出电压降低、电压波动加大。 2) 输出电压平均值的最大值是输出电压瞬时值的峰值，输出电压平均值的 最小值是该电路在电阻负载情况下的输出电压平均值。
输出电压平均值的最大值与最小值在不同电路形式下的值
的时刻“速度相等”恰好发生，则有
（3-50）
由上式可得
电流id 断续和连续的临界条件wRC=
在轻载时直流侧获得的充电电流是断续的，重载时是连续的，
分界点就是R= /wC。
通常只有R是可变的，它的大小反映了负载的轻重，因此在轻载时直流侧获得
的充电电流是断续的，重载时是连续的。
a
a
O
wt O
wt
id
id
2) 主要的数量关系
输出电压平均值
空载时，
。
重载时，Ud逐渐趋近于0.9U2，即趋近于接近电阻负载时的特性。
在设计时根据负载的情况选择电容C值，使
,此
时输出电压为： Ud≈1.2 U2。
（3-46）
电流平均值
输出电流平均值IR为：
二极管电流iD平均值为：
《电力电子技术》课程教学大纲
电力电子技术课程教学大纲（POWERE1ECTRONIC）总学时数：40其中:实验学时数：0课外学时数：0学分数：2.5适用专业：电气工程与自动化专业一、课程的性质、目的和任务本课程是自动化专业的基础课程，它的任务是使学生掌握各类电力电子器件的工作原理，特性和主要参数及其各类变流装置发生的电磁过程，基本原理，控制方法，设计计算，实验技能以及它们的技术经济指标。
以便学生毕业后具有进一步掌握各种变流装置的能力，并为后续课“电力拖动与运动控制系统”打好基础。
二、课程教学的基本要求（一）掌握电力电子器件（主要为晶闸管，电力晶体管，可关断晶闸管、电力场效应晶体管和绝缘栅双极晶体管）的工作原理，特性和主要参数（含驱动、缓冲和保护电路）。
（二）熟练掌握单相，三相整流电路和有源逆变电路的基本原理，波形分析和各种负载对电路运行的影响，并能对上述电路进行初步的设计计算（包括触发电路与保护环节）。
（三）3.了解无源逆变、直流斩波、交流调压和交-交变频电路的工作原理，了解并掌握PWM控制技术及PW型逆变电路的基本原理和控制方法。
（四）初步了解软开关技术的基本概念和常用的组合变流电路的主要形式。
（五）初步了解电力电子学科的发展趋势。
（六）掌握基本变流装置的调试实验方法。
三、课程的教学内容、重点和难点绪论基本内容：电力电子技术的基本概念和内涵，电力电子技术发展历程，电力电子技术应用领域，本课程在国民经济中的作用意义，本课程的特点和学习方法。
基本要求：使学生了解电力电子技术的基本概念和内涵，了解本课程的重要性，认识到他所学的内容仅是电力电子学科中的最基本的内容,而本学科还有很多重要的课题有待去学习，去解决。
第一章电力电子器件一、电力电子器件概述基本内容：电力电子器件的概念和特征；电力电子系统的构成；电力电子器件的分类。
基本要求：1、了解电力电子器件的基本概念、主要特征以及主要类型；2、了解应用电力电子器件构成的系统的主要组成部分及各部分功能。
电力电子技术复习习题解析华北电力大学
第一章电力电子器件一、本章主要内容及重点与难点【主要内容】本章主要讨论电力电子器件的分类以及典型电力电子器件的结构、电气符号、工作原理、基本特性与主要参数。
在学习过程中，主要应掌握以下内容：1．电力电子器件的概念与特征；2. 电力电子器件的分类；3. 电力二极管的工作原理、基本特性与主要参数；4. 晶闸管（SCR）的工作原理、基本特性与主要参数；5. 几种典型全控型电力电子器件（GTO；GTR；PowerMOSFET；IGBT）的工作原理、基本特性与主要参数；6. 上述全控型电力电子器件的性能比较。
【重点与难点】本章重点在于半控型器件——晶闸管，要重点掌握晶闸管的的结构、电气符号、开关规律、静态特性以及主要参数。
（重点应该再加上MOS和IGBT，因为这2种器件应用应用很广很重要。
）本章难点在于晶闸管额定电流、额定电压的定义以及实际使用中如何选择晶闸管的参数。
二、典型习题解析例1-1 下列对晶闸管特性的叙述中，正确的是（）。
A 晶闸管属于电流驱动双极型器件 C 晶闸管触发导通后，门极就失去了控制作用B 晶闸管具有单向导电性 D 晶闸管的擎住电流大于维持电流【答案】A、B、C、D【解析】本题主要考察对晶闸管特性的熟悉程度，四个选项的描述均正确。
A选项考察晶闸管的分类；B选项考察半导体器件的特点；C选项考察晶闸管的开关特性；D选项考察晶闸管的主要参数例1-2 双向晶闸管的额定电流是以（）定义的；GTO的额定电流是以（）定义的。
A 平均值B 有效值C 最大值D 瞬时值【答案】B，C【解析】本题主要考察双向晶闸管与GTO额定电流的定义，双向晶闸管的正向伏安特性与反向伏安特性相同，用于交流电路中，其额定电流是以有效值定义的。
GTO的阳极电流如过大，可能会出现无法由门极控制关断的情况，因此其额定电流是以最大可关断阳极电流定义的。
例1-3 下列电力电子器件中，存在电导调制效应的是（）。
A GTOB GTRC PowerMOSFETD IGBT【答案】A、B、D【解析】本题主要考察对电导调制效应的理解，电导调制效应仅在双极型器件中起作用，单极型器件仅有一种载流子参与导电，因此不存在电导调制效应。
2.3-4电容滤波的不可控整流电路和大功率可控整流电路
整流电路的工作状态增多。 晶闸管的di/dt 减小，有利于晶闸管的安全开通。 有时人为串入进线电抗器以抑制晶闸管的di/dt。 换相时晶闸管电压出现缺口，产生正的du/dt，可 能使晶闸管误导通，为此必须加吸收电路。 换相使电网电压出现缺口，成为干扰源。
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好学力行 2.4 带电容滤波的二极管整流电路 明德任责
小结
重点：1）带电容滤波的二极管整流电路的输出 电压范围；
2）该电路的RC经验取值范围以及对应 的输出电压；
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2.5 整流电路的谐波和功率因数 明德任责
2.5.1 谐波和无功功率分析基础 2.5.2 带阻感负载时可控整流电路交流侧 谐波
2.4.2电容滤波的三相不可控整流电路 明德任责
由 “电压下降速度相等”的原则，可以确定临界条件。
假设在wt+d =2/3的时刻“速度相等”恰好发生，则有
duab / d(t)
dud / d(t)
d[ 6U 2sin( t + q )]
d
6U 2sin
2
3
1 [t -( 2 -d )]
e RC
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明德任责
电力电子技术
Power Electronics Technology
河南理工大学电气学院 朱艺锋
Email:zyfny@
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第2章 整流电路 内容提要
❖ 2.1 单相可控整流电路 ❖ 2.2 三相可控整流电路 ❖ 2.3 变压器漏感对整流电路的影响 ❖ 2.4 电容滤波的不可控整流电路 ❖ 2.6 整流电路的谐波和功率因数 ❖ 2.6 大功率可控整流电路 ❖ 2.7 整流电路的有源逆变工作状态 ❖ 2.8 整流电路相位控制的实现
《电力电子技术 》复习资料
一卷一、选择题1．单相半控桥电感性负载电路中，在负载两端并联一个续流二极管的作用是（ D ）。
A、增加晶闸管导电能力；B、抑制温漂；C、增加输出稳定性；D、防止失控现象产生。
2．三相桥式PWM逆变电路中的六个光耦需要隔离电源的个数为（ C ）A．6个 B． 3个 C．4个D．1个3．三相桥式可控整流电路带阻感负载时角α的移相范围是（ B ）A．0-120° B．0-90° C．0-180° D．0-150°4．对于IGBT为功率器件的两电平电压型三相逆变电路，当控制其各相对直流电源中点电压波形为方波时，其换流方式为（ A ）A．纵向换流 B．横向换流 C．强迫换流 D．电网换流5．基本DC-DC斩波电路中，功率开关器件与输入直流电源共地的是（ B ）A．BUCK斩波电路 B．Cuk斩波电路 C．升降压斩波电路 D．Zeta斩波电路6．单相交流调压电路，阻感负载参数为R=0.5Ω，L=2mH，其α移相范围为（ D ）A．0－180° B．27.62°－180° C．30°－180° D．51.49°－180°7．PN结正向电流较小时表现为较高的欧姆电阻，正向电流较大时，由于载流子浓度骤升表现为很小的非线性电阻，PN结的这种特性称为（ C ）A．齐纳击穿 B．雪崩击穿 C．电导调制D．电容效应8．下列器件属于电压驱动型功率器件的是（ D ）A．SCR B．GTO C．GTR D．IGBT9．同步整流电路中通常利用具有低导通电阻性质的（ B ）来替代高频整流二极管。
A．IGBT B．MOSFET C．肖特基二极管D．快恢复二极管10．在PWM逆变电路的正弦波调制信号为鞍形波的目的在于（ B ）。
A、消除谐波分量；B、提高直流电压利用率；C、减少开关次数；D、削弱直流分量。
二、填空题1．请在空格内写出下面元件的字母简称：晶闸管SCR；绝缘栅双极晶体管IGBT ；智能功率模块 IPM ；功率因数校正 PFC 。
电容滤波的不控整流电路
电容滤波的不控整流电路在交—直—交变频器等电力电子电路中，大多采用不可控整流电路经电容滤波后提供直流电源给后级的逆变器，因此有必要对电容滤波的不控整流电路开展研究。
一、带电容滤波的单相不控整流电路图1为电容滤波的单相不可控整流电路，这种电路常使用在开关电源的整流环节中。
仅用电容滤波的单相不可控整流电路如图1a)所示。
在分析时将时间坐标取在u2正半周和ud的交点处，见图3-29c)。
当u2ud，VD1、VD4导通，交流电源向电容C充电，同时也向负载Rd供电。
设u2正半周过零点与VD1、VD2开始导通时刻相差的角度为δ，则VD1、VD2导通后(1)ωt=0时，u20=uc0=ud0=，电容电流为（2）负载电流为（3）整流桥输出电流（4）0，向电容C充电，uc随u2而上升，到达u2峰值后，uc 又随u2下降，id减小，直至ωt=θ时，id=0，VD1、VD4关断，即θ为VD1、VD4的导通角。
令id=0，可求得二极管导通角θ与初始相位角δ的关系为（5）由上式可知θ＋δ是位于第二象限的角，故（6）ωt>θ后，电容C向负载R供电，uc从t=θ/ω的数值按指数规律下降（7）ωt=π时，电容C放电结束，电压uc的数值与ωt=0是的电压数值相等，即（8）将式（6）和的关系式代入上式，可得（9）整流电路的输出直流电压可按下式计算（10）在已知ωRC的条件下，可通过式（9）求起始导电角δ，在由式（6）计算导通角θ，最后可由式（10）求出整流电路输出直流电压平均值Ud。
3.4.2 带电容滤波的三相不控整流电路图2所示的是带电容滤波的三相桥式不控整流电路及其电压、电流波形。
a) b)c) L=0，ωRC= d) L>0，ωRC=e) L=0，ωRC0，ωRC<图2 带电容滤波的三相桥式不控整流电路及其电压、电流波形。
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2.4.1带平衡电抗器的双反星形整流电路
明德任责
电解电镀领域需用低电压大 电流可调直流电源. 思考：采用什么样的拓扑？ 单相/三相？半波还是全控桥 ？ 采用三相半波电路的并联， 电压不变，电流增倍。
& U
c
& ¢ U
b
为消除直流磁化，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 相半波整流电路。
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2.4
大功率可控整流电路· 引言
采用大功率器件、器件串并联、整流电路串并联
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，简称双反星型电路。
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。
ud u ab u uac d ia
d
0 q
p 3
p
wt
id
O a) b)
wt
图2-28 电容滤波的三相桥式不可控整流电路及其波形 河南理工大学
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2.3.2电容滤波的三相不可控整流电路
明德任责
由 “电压下降速度相等”的原则，可以确定临界条件。 假设在wt+d =2p/3的时刻“速度相等”恰好发生，则有
id VD 1 i2 u1 u2 VD 2 VD 3 iC ud + i ,ud iR C R 0 i ud
q
p
2p
wt
VD 4
d
b)
a)
图2-24 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 河南理工大学
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2.3.1电容滤波的单相不可控整流电路
导通角θ的确定：
i ,ud i ud
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2.4.1带平衡电抗器的双反星形整流电路
明德任责
双反星型整流电路—带平衡电抗器
平衡电抗器：带有中心抽头， 数值一般较大；接在两个星 形的中点间； 平衡电抗器作用：平衡两组 三相半波整流电路瞬时电压， 保证两组三相半波整流电路 能同时导通，实现并联运行。 与三相桥式电路相比，双反 星形电路的输出电流可大一 倍。
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2.3.1电容滤波的单相不可控整流电路
i ,u
d
明德任责
u i
d
感容滤波的二极 管整流电路:
0
q
p
2p
wt
d
b)
i2,u2,ud u 2 i2
ud
d
0
q
p
wt
a)
b)
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2.3.2电容滤波的三相不可控整流电路
明德任责
1） 基本原理
某一对二极管导通时，输出电压等于交流侧线电压中最 大的一个，该线电压既向电容供电，也向负载供电。 当没有二极管导通时，由电容向负载放电，ud按指数规 律下降。
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第2章 整流电路 内容提要
单相整流电路 三相整流电路 电容滤波的不可控整流电路 大功率可控整流电路 有源逆变电路 整流电路的谐波及功率因数 晶闸管-直流电动机系统 相控电路的驱动电路 PWM整流电路
明德任责
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9
明德任责
0
q
p
2p
wt
d
b)
u2过了峰值之后， u2和电容电压uC 都开始下降。 VD1和 VD4的关断时刻，从物理意义上讲，就是 两个电压下降速度相等的时刻。
du2 / d (wt )
dud / d (wt ) P
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2.3.1电容滤波的单相不可控整流电路
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2) 主要的数量关系
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2.4.1带平衡电抗器的双反星形整流电路
明德任责
平衡电抗器使得两组三相半波整流电路同时导电 的原理分析： 以VT1和VT6同时导通为例；在wt1处，
脉冲。控制角α=0°。
' ub ua 0 ，给两管门极同时加触发
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2.4.1带平衡电抗器的双反星形整流电路
明德任责
3
电流id 断续和连续的临界条件wRC= 3 3
在轻载时直流侧获得的充电电流是断续的，重载时 是连续的， 分界点就是R= 3/wC。
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2.3.2电容滤波的三相不可控整流电路
明德任责
在轻载时直流侧获得的充电电流是断续的，重载时 是连续的，分界点就是R= 3 /wC。 a O id O a) a wt O id wt O b)
O ud
90。 u' c
wt
ub
' ua
uc
' ub
O
wt
图2-37 当 =30、60、90时， 双反星形电路的输出电压波形 河南理工大学
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2.4.1带平衡电抗器的双反星形整流电路
明德任责
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：
wt
wt
图2-29 电容滤波的三相桥式整流电路当wRC等于和小于 3 时的电流波形 a）wRC= 3 b）wRC< 3
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2.3.2电容滤波的三相不可控整流电路
明德任责
考虑实际电路中存在的交流侧电感以及为抑制冲击 电流而串联的电感时的工作情况： 电流波形的前沿平缓了许多，有利于电路的正常 工作。 随着负载的加重，电流波形与电阻负载时 的交流侧电流波形逐渐接近。
duab / d (wt )
dud / d (wt )
1 2p 2p wRC [wt -( 3 -d )] d 6U 2sin e 3 d (wt)
d[ 6U 2sin( wt + q )] d (wt ) 2p w t +d =
（2-50）
w t +d =
2p 3
由上式可得
图2-36 平衡电抗器作用下 两个晶闸管同时导电的情况
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2.4.1带平衡电抗器的双反星形整流电路 由上述分析可得，并联运行时有：
1 ud ud2 up 2
d1
明德任责
d2' u'c ub ua
uc
' ub
1 ud ud1 up 2 1 ud (ud1 ud2 ) 2
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2.3 带电容滤波的二极管整流电路
明德任责
小
结
重点：1）带电容滤波的二极管整流电路的输出 电压范围； 2）该电路的RC经验取值范围以及对应 的输出电压；
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2.4
大功率可控整流电路
2.4.1 带平衡电抗器的双反星形 可控 整流电路
2.4.2 多重化整流电路
在wt1处，给两管门极同时加触 发脉冲。控制角α=0°。等效电 路如右。
' ua 0 ，VT6先导通， 由于 ub 形成负载电流，此电流在 Lp上 感应一电动势，左负右正，其值 设为up/2 ，同时在 另一侧感应 出 up/2 ，极性如图。
两管VT1和VT6共阴极，现以中 心抽头为参考点，分析两管的阳 极电位。
时间推迟至 ub′ 与 ua 的交点时， ub′ = ua ， u p 0。 之后 ub′ < ua ，则流经 ub′相的电流要 减小，但 Lp有阻止此电流减小的作用， up 的极性反向， Lp仍起平衡的作用， 使VT6继续导通。 直到 uc′ > ub′ ，电流才从 VT6 换至 VT2。此时VT1、VT2同时导通。 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通。
图2-33 带平衡电抗器的 双反星形可控整流电路 河南理工大学
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2.4.1带平衡电抗器的双反星形整流电路
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绕组的极性相反的目的： 消除直流磁通势
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。i1、i2’的
正负半周对称。
图 双反星形电路， =0时 两组整流电压、电流波形 河南理工大学
& U & ¢ U
a
a
& ¢ U
c
& U
b
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2.4.1带平衡电抗器的双反星形整流电路
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两组三相半波整流电路直接 并联----六相半波整流电路。 任何时刻仅有一只管导通， 每管最大的导通角为 60o 。 =0o时，输出电压波形为 6 相正弦的包络线； Ud =1.35 U2cos 6 相半波整流电路晶闸管导 电时间短，变压器利用率低， 故极少采用。
分析输出波形时，可先求出ud1
做出波形( ud1+ud2 ) / 2。
ub
' ua
uc
' ub
和ud2波形，然后根据式（3-98）
O
ud
60。
wt
' uc
ub
' ua
uc
' ub
输出电压波形与三相半波电路 比较，脉动程度减小了，脉动 频率加大一倍，f=300Hz。
电感负载情况下，移相范围是 90。 电阻负载情况下，移相范围为 120。
二极管承受的电压
2U 2
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2.3.1电容滤波的单相不可控整流电路 感容滤波的二极管整流电路