1、第二章 相控整流主電路第一節 單相相控整流主電路（電阻性負載）舊課復習：1什么是整流電路？ 將交流電轉變成直流電的電路。2二極管的導通條件是什么？其它課程里學過的二極管整流主電路圖是如何設計的？其工作原理是什么？二極管導通的條件是在二極管兩端加正向陽極電壓，因此當輸入信號為正弦交流電時，二極管在輸入信號正半周導通，負半周截止，輸出信號的大小不可控不可控。新課引入：1普通晶閘管的導通條件是什么？ 普通晶閘管導通必須具備兩個條件：在晶閘管陽極和陰極之間加正向陽極電壓；在門極和陰極之間加正向門極觸發電壓。 注：普通晶閘管和二極管兩者的導通條件有什么異同點？2如果利用普通晶閘管替換二極管，主電路的設計

2、有何不同，電路又將如何工作？新課講授：一、單相半波相控整流主電路電阻性負載原理圖一、單相半波相控整流主電路電阻性負載原理圖 1、變壓器T起電壓變換和隔離的作用。2、晶閘管VT是整個電路的核心，控制整個電路的輸出直流電壓的大小。3、電阻R是電路的負載部分，它的大小影響輸出電流的大小。 根據單相半波相控整流主電路（電阻性負載）來進行工作原理分析過程中涉及到幾個基本概念，下面將涉及到的基本概念介紹如下： （1）半波輸出電壓為脈動直流，波形只在正半周內出現，故稱為“半波半波”整流（2）單相半波可控整流電路整流電路采用了可控電力電子器件晶閘管，輸入為單相交流電，輸出為脈動直流電，故該電路為單相半波可控單

3、相半波可控整流電路。（3）單脈波整流電路波形在一個電源周期中只脈動1次，故該電路為單脈波單脈波整流電路。 二、基本概念二、基本概念（4）相控方式 通過控制觸發脈沖的相位來控制直流輸出電壓大小的方式稱為相位控制方式相位控制方式，簡稱相控方式相控方式。（5）自然換相點 在單相半波整流電路中，交流電壓由負過零變正的時刻稱為自然換相點自然換相點。（6）控制角 從自然換相點起到觸發脈沖出現之間的電角度，稱為控制控制角角，用表示。（7）導通角 晶閘管在一個周期內導通的電角度稱為導通角導通角，用表示。 注：注：這幾個基本概念在以后的整流電路工作原理分析中會經常提及，希望同學們要掌握之間的聯系與區別。（1）正

4、向阻斷 交流電壓在wt從0到 期間，通過負載R加到晶閘管的陽極和陰極之間，晶閘管承受正向陽極電壓，但由于門極無觸發信號，晶閘管正向阻斷，在此期間負載R上無電流流過，負載兩端電壓為零，晶閘管VT承受全部電壓。即 。（2）正向導通 在 時刻，觸發電路送出觸發脈沖，晶閘管導通的兩個條件均滿足，晶閘管立即導通。到 時刻。在此期間，交流電壓全部加到負載R上，若忽略晶閘管上導通管壓降，則 。當 時刻，由于u2下降到零，晶閘管因流過本身的陽極電流也下降到零小于維持電流而關斷。tt20,0,ddTiuuu2duut20,0,ddTiuuut20,0,ddTiuuutt20,0,ddTiuuu 20,0,ddT

5、iuuut20,0,ddTiuuuttttt2duuttt三、工作原理三、工作原理20,0,ddTiuuu（3）反向阻斷 當wt從 到 期間，u2為負值，晶閘管因承受反向電壓而反向阻斷，在此期間由于晶閘管截止，負載R上無電流流過，負載兩端電壓為零，晶閘管VT承受全部電壓。即 。注：注：電阻性負載的特點是電壓與電流成正比，兩者波形形狀相同。20,0,ddTiuuu2 （1）輸出直流電壓、電流平均值Ud、Id 整流電路輸出端得到的是脈動直流電壓，其大小是以平均值來衡量。設交流電源電壓 ，根據平均值的定義，輸出直流電壓的平均值為：四、參數計算222sinuUt2211 cos2sin0.4522dU

6、Utd tU2cos145. 02ddddRURUI（2）輸出電壓有效值和電流有效值 由于輸出直流電壓與電流是脈動的，所以它們的有效值和平均值并不相等。 由于晶閘管與負載串聯接在變壓器副邊，所以輸出的負載的電流與流過晶閘管的電流及流過變壓器副邊的電流相等，因此三者的有效值也相等。 21sin 22sin22224UUtdtU 2212sin22sin 2224UIIItdtTRdUURdRd（4）有功功率、視在功率、功率因數 電源供給的有功功率等于負載電阻上消耗的有功功率（注意有功功率不是直流功率）， 。 變壓器副邊的視在功率 所以電源的功率因數 。 以上是單相半波相控整流電路電阻性負載的輸出

7、參數，為了讓學生能靈活的掌握應用，下面利用例題來進行強化。22dPI RUIUI22SU IUIsin2cos24PS五、例題講解見課本例2-1第一節 單相相控整流主電路（電感性負載）復習：1、幾個基本概念2、單相半波相控整流電路電阻性負載工作原理3、輸出直流平均電壓、平均電流的計算 一、原理圖 電感性負載電路中既有電阻又有電感，且感抗與電阻的大小相比不可忽略。其特點是電感對電流變化有抗拒作用，使得流過電感的電流不發生突變。 1、不接續流二極管 當電感足夠大時，負載所得到的電壓波形正負面積近似相等，整流輸出的直流平均電壓接近于零，電路將無法工作。 2、接續流二極管 單相半波帶大電感負載并接續流

8、二極管，整流電路輸出電壓波形和電阻性負載時一樣。由于大電感作用，電流不但連續而且基本保持不變，接近于一條水平線，有效值與平均值近似相等。三、參數計算 1、輸出直流電壓平均值 2、流過晶閘管的電流平均值和有效值3、流過續流二極管的電流平均值和有效值 2211 cos2sin0.4522dUUtd tU dTddTIIII22dDddDIIII22例題第一節 單相全控橋整流電路（電阻性負載） 一、原理圖 電路如圖所示，四只晶閘管VT1、VT2、VT3、VT4組成橋路，其中VT1、VT2陰極相連，為共陰極接法，VT3、VT4陽極相連，為共陽極接法。TVT1di dudR1u2uVT2VT3VT4 二

9、、工作原理 1、在電源電壓正半周時，VT1、VT3承受正壓，VT2、VT4承受反壓。在時刻VT1、VT3獲得觸發脈沖而被觸發導通，加到負載兩端，極性上正下負，電流從a點經VT1、Rd、VT3流到b點，交流側電流從b流向a。 2、當電源電壓由正值降為0時，VT1、VT3關斷，直到負半周時刻，VT2、VT4被觸發導通。電流從b點經VT2、Rd、VT4流到a點，負載兩端電壓仍然上正下負，大小與相同，但方向相反，交流側電流從a流向b。 ttt000ioudidab)cuVT1、4udid三、參數計算1、整流輸出直流電壓2、負載電流平均值為 3、負載電流有效值與交流側電流有效值相等2cos19 . 0s

10、in2122UttdUUdddddRURUI2cos19 . 02aRUtdtRUIIdd2sin21sin2122224、流過晶閘管電流的有效值5、電源的功率因數22121IIIT2sin21cos222UUIUUISP 四、例題 1、某單相橋式全控整流電路給電阻性負載供電，要求整流輸出電壓Ud能在0100V內連續可調，負載最大電流為20A。（1）由220V交流電網直接供電時，計算晶閘管的控制角和電流有效值、電源容量及Ud=30V時電源的功率因數。（2）采用降壓變壓器供電，并考慮最小控制角 時，求變壓器變比K及時電源的功率因數 。 30mincos第一節 單相全控橋整流電路單相全控橋整流電路

11、（電感性負載）（電感性負載） 復習：1、單相全控橋整流電路電阻性負載電路圖2、單相全控橋整流電路電阻性負載工作原理3、單相全控橋整流電路電阻性負載參數計算 一、原理圖 在負載端串入電感量足夠大的平波電抗器并在負載兩端并連續流二極管，即為大電感負載接續流二極管電路。 二、工作原理 1、在電源電壓正半周時，VT1、VT3承受正壓，VT2、VT4承受反壓。在時刻VT1、VT3獲得觸發脈沖而被觸發導通，加到負載兩端，極性上正下負，電流從a點經VT1、Rd、VT3流到b點，交流側電流從b流向a。 2、當電源電壓由正變零時，由于電感釋放能量，電流尚未下降到零，VD導通。VT1、VT3因承受反壓而關斷,電流

12、經續流二極管流通，直到時，VT2、VT4被觸發導通而換流。 3、同理VT2、VT4導通到下一個周期時因電流經續流二極管而關斷。 三、參數計算1、整流輸出直流電壓 2cos19 . 0sin2122UttdUUd2、負載電流平均值為 ddddRURUI2cos19 . 023、負載電流有效值與交流側電流有效值相等 dIII24、流過晶閘管電流的有效值 dTII215、電源的功率因數cos9 . 0cos222UUIUUISP四、例題四、例題第一節 單相全控橋式整流電路單相全控橋式整流電路（反電動勢負載）（反電動勢負載） 復習： 1、單相全控橋整流電路電感性負載電路圖 2、單相全控橋整流電路電感性

13、負載工作原理 3、單相全控橋整流電路電感性負載參數計算 一、反電動勢負載一、反電動勢負載 當相控整流電路的負載是蓄電池或直流電動機的電樞時，由于負載本身是一個直流電源，所以稱為反電動勢負載。TVT1di dudR1u2uVT2VT3VT4E二、工作原理二、工作原理四、例題四、例題 第一節 單相半控橋整流電路單相半控橋整流電路 單相半控橋式電路采用共陰接法的是兩只晶閘管VT1、VT2，而采用共陽極的是兩只大功率的二極管VD1、VD2，電路在電阻性負載時的工作情況與全控橋電路完全相同，本節課只討論電感性負載時的工作情況。 一、原理圖TVT1di dudR1u2uVT2VD1VD2dL二、工作原理

14、二極管的導通與截止只取決于加在其陽極、陰極間的電壓是正還是負。 （1）在u2正半周，VD1導通，VD2截止，在 時刻觸發VT1導通，電流經VT1、負載、VD1變壓器副邊流通， （2）在u2電壓下降到零進而變負時，由于電感電勢的作用，電流仍將繼續，但此時VD1截止，VD2導通，所以電流經VT1、VD2流通，不經過變壓器副邊，此階段為續流階段， 。dDTdiiiiuu122,0, 0, 012Ddiiu（3）在u2負半周，VD1截止，VD2導通，在 時觸發VT2，VT2此時承受正壓-u2而導通，同時VT1因VT2導通后承受反壓u2而關斷，VD2繼續導通， 經VT2、負載、VD2、變壓器副邊流通，

15、。（4）在u2過零變正時，VD1與VD2換流，改由VT2、VD1續流。tdi2uud三、參數計算1、輸出直流平均電壓Ud2、負載電流平均值2cos19 . 0sin2122UttdUUd2cos19 . 02ddddRURUI四、單相半控橋電感性負載的失控現象 1、失控 在電路的實際運行中，如果突然丟失觸發脈沖（或將控制角移到大于180），就會出現某一晶閘管一直導通，兩個二極管輪流導通的異常現象。這種現象稱為“失控”。 2、續流二極管的作用 續流過程由續流二極管完成，晶閘管關斷，避免了某一個晶閘管持續導通從而導致失控的現象，同時，續流期間導電回路中只有一個管壓降，有利于降低損耗。第二節 三相半

16、波相控整流電路（電阻性負載） 一、三相半波不可控整流電路1、電路圖 UVWRdUdid 三只二極管依次輪流導通，分別在1、3、5點進行換相，由后一相管子導通替換前一相管子導通，每只管子導通120，除換相任何時刻只有一只二極管導通，所以1、3、5點稱作U、V、W三相在正半周的自然換相點。 2、工作原理（1）從1點到3點之間U相電壓最高，VD1導通，VD2承受的陽極電壓 ，VD3承受的陽極電壓 ，VD2、VD3截止。（2）從3點到5點之間V相電壓最高，VD2導通，VD1承受的陽極電壓 ，VD3承受的陽極電壓 ，VD1、VD3截止。（3）從5點到1點之間W相電壓最高，VD3導通，VD1承受的陽極電壓

17、 ，VD2承受的陽極電壓 ，VD2、VD3截止。0VUu0WUu0UVu0WVu0UWu0VWu3、參數計算（1）負載兩端電壓的平均值（2）電流的平均值 26/56/217. 1sin23/21UttdUUddddRUI二、三相半波相控整流電路（電阻性負載） 1、電路圖UVWRdUdid 2、工作原理 三相半控電阻性負載整流電路主要使用的電力電子器件為普通晶閘管（以 為例）（1）在wt1時刻送出觸發脈沖給VT1，此時VT1承受U相正電壓而被觸發導通，負載兩端電壓 。（2）在wt3時刻送出觸發脈沖給VT3，此時VT3承受V相正電壓而被觸發導通，VT3導通后使VT1承受反壓關斷而完成換相，負載兩端

18、電壓 。（3）在wt5時刻送出觸發脈沖給VT5，此時VT5承受W相正電壓而被觸發導通，VT5導通后使VT3承受反壓關斷而完成換相，負載兩端電壓 。 30UduuVduu wduu3、參數計算（1）整流輸出的平均直流電壓)60(cos17. 1sin23/216/56/22UttdUUd)656()6cos(1 675. 0sin23/2126/2UttdUUd（2）負載電流的平均值dddRUI流過晶閘管的平均電流流過晶閘管電流的有效值：ddTII312cos43321222dTRUII)32sin(41212521222dTRUII第二節 三相半波相控整流電路（電感性負載） 一、電路圖 二、工

19、作原理 1、當控制角 ，Ud波形與電阻性負載時相同，只是id波形近似為一條水平線 2、當控制角 ，電感性負載兩端電壓波形與電流波形連續，電壓波形出現負值。 以 為例，在wt1時刻送出脈沖1，VT1觸發導通，到wt2時，其陽極電位下降到零開始變負，但由于大電感釋放能量，電流id并未下降到零，所以VT1繼續保持導通，直到wt3時因觸發導通VT3，將反向電壓加 到VT1兩端令其關斷，實現換流，一個周期之內三個晶閘管輪流導通 。606563UVu3/2三、參數計算 1、整流輸出的直流電壓 2、輸出電流近似為恒定的直流電流 3、流過晶閘管電流的平均值和有效值分別為 cos17. 1sin23/216/5

20、6/22UttdUUddddRUIIddTII31ddTIII577. 031四、例題解析 第二節 三相全控橋整流電路 一、共陽極接法與共陰極接法1、共陽極接法 U、V、W三相的自然換相點分別為三相電壓正半周的交點1、3、5，換相時看哪一相的陽極電位最高。2、共陰極接法 U、V、W三相的自然換相點分別為三相電壓負半周的交點2、4、6，換相時看哪一相的陰極電位最低。二、電路圖 三、工作原理 在電路中，對共陰極組和共陽極組同時進行控制，且控制角相同，VT1與VT4接U相，VT3與VT6接V相，VT5與VT2接W相，觸發順序為VT1VT2VT3 VT4 VT5 VT6。v當 時，分別在每周期wt1、

21、wt2、wt3、wt4、wt5、wt6時刻送出觸發脈沖ug1、ug2、ug3、ug4、ug5、ug6分別給VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6，在wt1時刻，VT1承受正壓，如果是剛啟動工作則必須再送一個脈沖ug6給VT6，二者同時導通，則輸出電壓 ，在wt2時刻送脈沖ug2給VT2，此時VT2導通，VT6承受反壓關斷，實現換流，使得 ，再經過60度后在wt3時刻送ug3給VT3，實現VT3與VT1的換流，使得 。同理依次類推，電路中六只晶閘管道通的順序及輸出電壓的波形如上圖（b）所示。從上面分析可看出每次換相發生在同組晶閘管之間（即相鄰橋臂上的兩個晶閘管換相），每兩次換相間隔30度

22、，每只管子在一個周期內導通60度（電流連續時）。 0UVduu UWduuVWduu620例題：第四節 晶閘管的保護 晶閘管具有容量大、可控性好等優點，但與其它電子元件相比，它承受購電壓與過電流的能力較差，且能承受的電壓上升率，電流上升率也較低。在實際應用中，總不可避免會遇到瞬時過電壓、過電流，甚至短路。所以，為了使電力電子器件正常使用，提高線路工作的可靠性，除了合理選擇器件，還必須設置必要的保護。 一、過電流保護 過電流是指工作電流超過允許值，廣義上包含過載和短路兩種情況。過載時電流超過允許值倍數小，允許時間長；反之，超過倍數大，允許時間短。短路時則會很迅速地產生很大的電流，使器件燒壞。負載觸發電路開關電路過電流繼電器交流斷路器動作電流整定值短路器電流檢測電子保護電路快速熔斷器 變流器直流快速斷路器電流互感器變壓器圖1-37v（一）產生過電流的原因v（1）由于電網電壓波動大，拖動負載超過了允許值v（2）由于電路中晶閘管誤導通或器件故障，使得相鄰橋臂的晶閘管引起兩相電源短路。v（3）整流電路直流輸出端短路；逆變電路發生換流失敗引起逆變失敗v（二）過電流保護方法v 晶閘管過電流