第5章 整流电路1

U2。
4）在一个周期内每组晶闸管各导通180°，两组轮流导通， 变压器次级中的电流是正负对称的方波，电流的平均值Id和 有效值I相等，其波形系数为１。
5.2.2 单相桥式相控整流电路
2．大电感负载参数计算：
5）在电流连续的情况下整流输出电压的平均值为
(5.2.29)
(5.2.30)
6）结论：
单相全控桥式整流电路具有输出电流脉动小，功率因数高， 变压器次级中电流为两个等大反向的半波，没有直流磁化问题， 变压器的利用率高。 在大电感负载情况下，α接近π/2时，输出电压的平均值接 近于零，负载上的电压太小。且理想的大电感负载是不存在的， 故实际电流波形不可能是一条直线，而且在α＝π之前，电流就 出现断续。电感量越小，电流开始断续的α值就越小。


（5.1.4）
式中Isn为n次谐波电流有效值。
4、 输入功率因数PF
定义交流电源输入有功功率平均值P与其视在功率S之比为输入 功率因数PF（Power factor）, 即
（5.1.5）
对于无畸变的正弦波，谐波电流在一个周期内的平均功率为零， 只有基波电流Is1形成有功功率
上式中φ1是输入电压与输入电流基波分量之间的相位角。则
整流器的输出电压是脉动的，其中除了有主要的直流成分外， 还有一定的交流谐波成分。定义整流器的输出电压的交流纹波有 效值UH与直流平均值UD之比为电压纹波系数γu。即
（5.1.1）
如果直流输出电压有效值用U表示，则
， 因此有：
（5.1.2）
2、电压脉动系数Sn
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，
（5.1.3）
5.1 整流器的性能指标
3、 输入电流总畸变率THD
整流电路输入断为各次谐波电流之和。 输入电流总畸变率THD（Total Harmonic Distortion） 又称谐波因数HF（Harmonic Factor），是指除基波电流 以外的所有谐波电流有效值与基波电流有效值之比，即
（5.2.16） （5.2.17）
晶闸管与续流管承受的最大电压均为
5.2.1 单相半波相控整流电路
3、单相半波可控整流电路特点：



1）优点： 线路简单，调整方便； 2）缺点： （1）输出电压脉动大，负载电流脉动大（电阻性负 载时）。 （2）整流变压器次级绕组中存在直流电流分量， 使铁芯磁化，变压器容量不能充分利用。若不用变压器， 则交流回路有直流电流，使电网波形畸变引起额外损耗。 3）应用： 单相半波可控整流电路只适于小容量、波形要求不 高的场合。
1. 电阻性负载
图5.2.1 单相半波可控整流
在单相相控整流电路中，定义晶闸管从承受正向电压起到触 发导通之间的电角度α 称为控制角(或移相角)，晶闸管在一个周期 内导通的电角度称为导通角，用θ 表示。
（5.2.2）
5.2.1 单相半波相控整流电路
1. 电阻性负载时参数计算：
根据波形图5.2.1 (b)，可求出整流输出电压平均值为：
上式(5.2.3)表明，只要改变控制角α(即改变触发时 刻)，就可以改变整流输出电压的平均值，达到相控 整流的目的。 这种通过控制触发脉冲的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。
当α=0时，Ud=0，当α=π时，Ud=0.45U2为最大值。
移相范围：整流输出电压Ud的平均值从最大值变 化到零时，控制角α的变化范围为移相范围。
5.2.2 单相桥式相控整流电路
1、阻性负载
（α 的移相范围是0°～180°）
工作原理分析：
图5.2.6 单相全控桥式整流电路 带电阻性负载的电路与工作波形
5.2.2 单相桥式相控整流电路
1、阻性负载参数计算：
1）整流输出电压的平均值
（5.2.18）
即Ud为最小值时，α =180°，Ud为最大值时α =0°，所以单相全控 桥式整流电路带电阻性负载时，α 的移相范围是0°～180°。 2）整流输出电压的有效值为
（5.2.19）
3）输出电流的平均值和有效值分别为
（5.2.20）
（5.2.21）
5.2.2 单相桥式相控整流电路
1、阻性负载参数计算：
4）流过每个晶闸管的平均电流为输出电流平均值的一半，即
（5.2.22）
5）流过每个晶闸管的电流有效值为
（5.2.23）
6）晶闸管承受的最大反向电压为
U2。
7）在一个周期内每个晶闸管只导通一次，流过晶闸管的电流 波形系数为
称为基波位移因数(或基波功率因数)，于是输入功率因数为:
（5.1.6）
4、 输入功率因数PF(续)
式 中 称为基波因数，且有
（5.1.6）
所以
（5.1.7）
上式表明：功率因数由基波电流相移和电流波形畸变这两个因素 共同决定。φ 1越小，基波功率因数 越大，相应的PF也越大。另 一方面，输入电流总畸变率THD越小，功率因数PF也越大。
图5.2.1 单相半波可控 整流波形图
单相半波相控整流电路带电阻性负载时移相范围为π。
5.2.1 单相半波相控整流电路
1. 电阻性负载时参数计算（续）：
根据有效值的定义，整流输出电压的有效值为
（5.2.4）
那么，整流输出电流的平均值Id和有效值I分别为
（5.2.5） （5.2.6）
电流的波形系数Kf为
第五章：整流电路

5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 5.9
整流器的性能指标 单相相控整流电路 三相相控整流电路 大容量相控整流电路 相控整流电路的换相压降 整流电路的谐波分析 有源逆变电路 晶闸管相控电路的驱动控制 PWM整流电路
5.2.1 单相半波相控整流电路
电路控制角的移相范围 为0～π/2
图5.2.8
单相全控桥式整流电路带电感性负载电路与波形图
5.2.2 单相桥式相控整流电路
2．大电感负载参数计算：
1）在电流连续的情况下整流输出电压的平均值为
(5.2.27)
(0°≤α ≤90°) 2）整流输出电压有效值为
(5.2.28)
3）晶闸管承受的最大正反向电压为

相控整流电路:电压可调； 二极管整流电路:电压固定；
整流电路；交流转换为直流

整流电路的类型 ：

按照输入交流电源的相数:单相、三相和多相整流电路；
按电路中组成的电力电子器件控制特性:不可控、半控和 全控整流电路； 根据整流电路的结构形式:半波、全波和桥式整流电路等 类型。
5.1 整流器的性能指标
1、定义：
利用电力电子器件的可控开关特性把交流电能 变为直流电能的整流电路构成的系统称为整流器。 2、整流器电路性能和控制方式必须满足的要求：
（1）输出的直流电压大小可以控制； （2）输出直流侧电压和交流侧电流中的纹波都 必须限制在允许范围内； （3）整流器的效率要高。
5.1 整流器的性能指标
1、电压纹波系数γu
第五章：整流电路

5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 5.9
整流器的性能指标 单相相控整流电路 三相相控整流电路 大容量相控整流电路 相控整流电路的换相压降 整流电路的谐波分析 有源逆变电路 晶闸管相控电路的驱动控制 PWM整流电路
第五章：整流电路
5.2.2 单相桥式相控整流电路
3．反电势负载工作原理
反电动势负载：对于可控整流
电路来说，被充电的蓄电池、电容 器、正在运行的直流电动机的电枢 （电枢旋转时产生感应电动势E） 等本身是一个直流电压的负载。
图5.2.9 单相全控桥式整流电路带反电势负载电路与波形图
5.2.2 单相桥式相控整流电路
3．反电势负载工作原理
图5.2.5
大电感负载接续流管的单相 半波整流电路及电流电压波形
5.2.1 单相半波相控整流电路
2. 电感性负载（大电感）参数计算
若设θT和θD分别为晶闸管和续流二极管在一个周期内的导通角， 则容易得出晶闸管的电压平均值为
（5.2.14）
流过续流二极管的电流平均值为
（5.2.15）
流过晶闸管和续流管的电流有效值分别为
导电角θ＜π时，整流电流波形出 现断流。其波形如图5.2.9(c)所示， 图中的δ为停止导电角。也就是说 与电阻负载时相比，晶闸管提前了 δ电角度停止导电。
(5.2.31)
α＜δ时，若触发脉冲到来，晶闸 管因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 时刻晶闸管开始承受正电压时，触 发脉冲仍然存在。这样就要求触发 角α≥δ。
（5.2.13）
5.2.1 单相半波相控整流电路
2. 电感性负载（大电感）
图5.2.4
ωL>>R 时不同α时的电流波形
由于负载中存在电感，使负载电压波形出现负值部分，晶闸管的 流通角θ 变大，且负载中L越大，θ 越大，输出电压波形图上负压的 面积越大，从而使输出电压平均值减小。在大电感负载ω L>>R的情况 下，负载电压波形图中正负面积相近，即不论α 为何值， ， 都有 。
5.2.1 单相半波相控整流电路
2. 电感性负载（大电感）
大电感负载时输出平均 电压为零，解决的办法是在 负载两端并联续流二极管D， 如图5.2.5(a)所示。

在电源电压正半周， 负载电流由晶闸管导通提 供； 电源电压负半周时， 续流二极管D维持负载电流； 因此负载电流是一个 连续且平稳的直流电流。 大电感负载时，负载电流 波形是一条平行于横轴的 直线，其值为Id；
（5.2.24）
5.2.2 单相桥式相控整流电路
1、阻性负载参数计算：
8）负载电流Biblioteka 波形系数为（5.2.25）