第5章 AC／DC变换

改变控制角α，就可以改变整流输出电压的平均值，达到相控整流的目的。 这种通过改变触发脉冲相位来控制直流输出电压大小的方式，称为相位控 制方式，简称相控方式。 单相半波可控整流电路带电阻性负载时的移相范围为0～180°。
整流输出电压的有效值为：
U
1 2


2U 2 sin t d (t ) U 2
当α＞30°时，ud波形断续
Ud 2 1 3


6
2U 2 sin t d (t )
3 2 U 2 [1 cos( )] 2 6
0.675 2 [1 cos( )] U 6

负载电流平均值：
Id Ud R
流过晶闸管的平均电流为：
I dT
π sin 2 2 π( π ) 2 (1 cos )
负载电流的波形系数为：
I Kf Id
π sin 2 2π( π ) 2(1 cos )
有功功率为：
2 P I 2 R UI2
电路功率因数为：
P UI2 sin 2 π PF S U2I2 2π π

2
sin 2 π 2π π
流过晶闸管的电流平均值：
I dT
π Id 2π
流过晶闸管的电流有效值：
IT
π Id 2π
流过续流二极管的电流平均值：
I dD

π
Id
流过续流二极管的电流有效值：
ID

π
Id
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5.3
三相相控整流电路
A
B B C C
5.3.1 三相半波可控整流电路
2 s1 n2 2 sn

1 1 I
n2 2 sn
I s1
1 1 THD2
PF
cos1 1 THD2
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5.2 单相相控整流电路
5.2.1 单相半波可控整流电路
１．电阻性负载
改变晶闸管触发脉冲到来的时刻，ud、id的波形也跟着变化，输出电压ud是 极性不变但幅值变化的脉动直流电压，它的波形只在电源电压正半周出现， 因此称为单相半波可控整流电路。 晶闸管承受电压uT波形如图所示，晶闸管承受的最大正反向电压为
2
U u U 1 D
２．电压脉动系数：若第n次谐波峰值为Unm，则定义Unm与UD之比为电压 脉动系数
Sn
U nm UD
３．输入电流总畸变率：是除基波电流以外的所有谐波电流有效值与基波 电流有效值之比
THD
I I I s1
2 s
2 s1
I 2 s 1 I s1
1 2
2 I sn n2

I s1
４．输入功率因数：交流电源输入有功功率平均值P与视在功率S之比为输 入功率因数
P PF S
S Us Is
P U s I s1 cos1
P U s I s1 cos1 I s1 PF cos1 S Us Is Is
I s1 Is I s1 I I
变压器二次绕组电流有效值：
1 2U 2 sin t U d(t ) 2 π R R
π 2
I 2
sin 2 π 2π π
流过每个晶闸管的电流平均值为：
I dT
1 U 2 1 cos I d 0.45 2 R 2
流过每个晶闸管的电流有效值为：
3
D2
4
并联续流二极管的单相桥式半控整流电路带感性负载时
输出电压平均值：
1 π 2 2 1 cos U d 2U 2 sin t d (t ) U2 π π 2 1 cos 0.9U 2 2
输出电压有效值：
U
1 π π

2U 2 sin t d(t ) U 2
变压器二次侧输出有功功率为：
PF
P RI 2 UI
功率因数为：
P UI sin 2 S U2I 4流不能突变。当流过电 抗器的电流变化时，在电抗器的两端会产生一个感应电动势，它的极 性是阻止电流变化的。当电流增加时，电动势的方向是阻止电流增加； 当电流减小时，电动势的方向是阻止电流减小。
1 U d 2


u R d (t )
由于负载中存在电感，使负载电压波形出现负值部分，晶闸管导通角θ变大， 且负载中L越大，θ越大，输出电压波形图上负值的面积越大，从而使输出电 压平均值减小。在大电感负载时，负载电压波形中正负面积相等，Ud≈0。
由于电感的存在，使整流输出电压平均值减小，特别是大电感负载时，输出 电压平均值接近于零。为了解决这个问题，可在负载两端并联续流二极管
整流输出电压的有效值为：
U
1 π π

2U 2 sin t d(t ) U 2
U 2 1 cos R 2

2
sin 2 π 2π π
输出直流电流平均值： 输出直流电流有效值：
I d U d R 0.9
I U R
U2 R
sin 2 π 2π π
I T
1 π 2U 2 sin t U sin 2 π I d(t ) 2 2π R 2π π 2R 2
2
流过晶闸管的电流波形系数为：
K fT
IT I dT
U 2 sin 2 π 2π π 2R 2U 2 1 cos πR 2
1 Id 3
当α≤30°时，流过晶闸管的电流有效值
IT
1 2

5 6
6
2U 2 sin t U d (t ) 2 R R
2
1 2 3 ( cos2 ) 2 3 2
当α＞30°时，流过晶闸管的电流有效值
2U 2 sin t 1 d (t ) IT 6 2 R
Id 2
5.2.2 单相桥式全控整流电路 １．电阻性负载
uT1,4
2
4
晶闸管承受的最大反向电压为 2U2 ，承受的最大正向压降为
2U 2 2 。
整流输出电压的平均值为：
Ud
1 π 2 2 1 cos 2U 2 sin t d (t ) U2 π π 2 1 cos 0.9U 2 2

2
sin 2 4 2
输出直流电流平均值：
Id Ud R
输出直流电流有效值：
电流的波形系数Kf为：
I U R
I Kf Id
sin 2 4 2 sin 2 2 ( ) 2 1 cos 2 (1 cos ) 2
感性负载上所得到的输出电压平均值：
U d U dR U dL U dL 1 2 1 2


1 u R d (t ) 2


u L d (t )


u L d (t )
1 2


L
did L 0 d (t ) 0 did dt 2
E 2U 2
整流电压平均值：
1 π U d E ( 2U 2 sin t E ) d (t ) π 1 [2 2U 2 (cos cos )] E π π
负载电流平均值：
Ud E Id R
针对电动机在低速轻载运行时电流连续的临界情况，所需电感量L为：
第5章 AC/DC变换电路
5.1 整流电路的性能指标 5.2 单相相控整流电路 5.3 三相相控整流电路
5.4 变压器漏感对相控整流电路的影响
5.5 整流电路的谐波分析
5.6 相控整流电路的有源逆变工作状态
5.7 相控整流电路的晶闸管触发电路 5.8 PWM整流电路
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将交流电能（AC）转换为直流电能（DC）是电 力电子技术中应用的重要领域。按控制方式， AC/DC变换分为相控整流和PWM整流两种形式。 相控整流电路结构简单、控制方便、性能稳定， 利用它可以方便地得到大、中、小各种容量的直流电 能，是目前获得直流电能的主要方法，得到了广泛的 应用。PWM整流技术是一种新型AC/DC变换技术， 它采用全控型功率器件和现代控制技术，使输入电流 波形接近正弦波，功率因数接近１，性能优良，具有 广泛的应用前景。 本章主要介绍常用的单相、三相相控整流电路， 以及大容量相控整流电路。根据整流电路的基本工作 原理分析不同性质负载时整流电路输出电压、电流波 形，说明各种整流电路的特点，并介绍了PWM整流 电路的基本工作原理。
2．电感性负载
2
4
晶闸管承受的最大正反向电压都是
2U2 。
负载电流连续时，整流输出电压的平均值为：
1 π 2 2 Ud 2U 2 sin t d (t ) U 2 cos 0.9U 2 cos π π
整流输出电压有效值为：
U
1 π π

2U 2 sin t d(t ) U 2
加了续流二极管以后
流过晶闸管的平均电流：
I dT
Id 2
流过续流二极管的平均电流：
I dD
Id 2
流过晶闸管电流的有效值：
IT
1 2 1 2


2 I d d (t )
Id 2
流过续流二极管电流的有效值：
ID

2
2 I d d (t )
5.1 整流电路的性能指标
利用半导体开关器件的通、断控制，将交流电能变为直流电能称为整 流。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。