1、第第3章章 整流電路整流電路 3.1 單相可控整流電單相可控整流電路路 3.2 三相可控整流電路三相可控整流電路 3.3 變壓器漏感對整流電變壓器漏感對整流電路的影響路的影響 3.4 電容濾波的不可控整電容濾波的不可控整流電路流電路 3.5 整流電路的諧波和功整流電路的諧波和功率因數率因數 3.6 大功率可控整流電路大功率可控整流電路 3.7 整流電路的有源逆變整流電路的有源逆變任務形狀任務形狀 3.8 相控電路的驅動控制相控電路的驅動控制 本章小結本章小結 2引言引言整流電路整流電路RectifierRectifier是電力電子電路中出現是電力電子電路中出現最早的一種，它的作用是將交流電能變

2、為直流電最早的一種，它的作用是將交流電能變為直流電能供應直流用電設備。能供應直流用電設備。 整流電路的分類整流電路的分類 按組成的器件可分為不可控、半控、全控三種。按組成的器件可分為不可控、半控、全控三種。 按電路構造可分為橋式電路和零式電路。按電路構造可分為橋式電路和零式電路。 按交流輸入相數分為單相電路和多相電路。按交流輸入相數分為單相電路和多相電路。 按變壓器二次側電流的方向是單向或雙向，分按變壓器二次側電流的方向是單向或雙向，分為單拍電路和雙拍電路。為單拍電路和雙拍電路。33.1 單相可控整流電路單相可控整流電路 3.1.1 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路 3.1.2 單相橋

3、式全控整流電路單相橋式全控整流電路 3.1.3 單相全波可控整流電路單相全波可控整流電路 3.1.4 單相橋式半控整流電路單相橋式半控整流電路43.1.1 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路wwwwtTVTR0a)u1u2uVTudidwt1p2 ptttu2uguduVTaq0b)c)d)e)00圖圖3-1 單相半波可控整流電路及波形單相半波可控整流電路及波形帶電阻負載的任務情況帶電阻負載的任務情況 變壓器變壓器T起變換電壓和隔離的起變換電壓和隔離的作用，其一次側和二次側電壓瞬時作用，其一次側和二次側電壓瞬時值分別用值分別用u1和和u2表示，有效值分別表示，有效值分別用用U1和和U2表

4、示，其中表示，其中U2的大小根的大小根據需求的直流輸出電壓據需求的直流輸出電壓ud的平均值的平均值Ud確定。確定。 電阻負載的特點是電壓與電流電阻負載的特點是電壓與電流成正比，兩者波形一樣。成正比，兩者波形一樣。 在分析整流電路任務時，以為在分析整流電路任務時，以為晶閘管開關器件為理想器件，晶閘管開關器件為理想器件，即晶閘管導通時其管壓降等于零，即晶閘管導通時其管壓降等于零，晶閘管阻斷時其漏電流等于零，除晶閘管阻斷時其漏電流等于零，除非特意研討晶閘管的開通、關斷過非特意研討晶閘管的開通、關斷過程，普通以為晶閘管的開通與關斷程，普通以為晶閘管的開通與關斷過程瞬時完成。過程瞬時完成。 5改動觸發時

5、辰，改動觸發時辰，ud和和id波形隨之改動，直流輸出電壓波形隨之改動，直流輸出電壓ud為極性不變為極性不變 但瞬時值變化的脈動直流，其波形只在但瞬時值變化的脈動直流，其波形只在u2正半周內出現，故稱正半周內出現，故稱“半波半波整流。加之電路中采用了可控器件晶閘管，且交流輸入為單相，整流。加之電路中采用了可控器件晶閘管，且交流輸入為單相，故該電路稱為單相半波可控整流電路。整流電壓故該電路稱為單相半波可控整流電路。整流電壓ud波形在一個電源波形在一個電源周期中只脈動周期中只脈動1次，故該電路為單脈波整流電路。次，故該電路為單脈波整流電路。根本數量關系根本數量關系 ：從晶閘管開場接受正向陽極電壓起到

6、施加觸發脈沖止的電角：從晶閘管開場接受正向陽極電壓起到施加觸發脈沖止的電角度稱為觸發延遲角，也稱觸發角或控制角。度稱為觸發延遲角，也稱觸發角或控制角。 ：晶閘管在一個電源周期中處于通態的電角度稱為導通角。：晶閘管在一個電源周期中處于通態的電角度稱為導通角。 直流輸出電壓平均值直流輸出電壓平均值 隨著隨著增大，增大，Ud減小，該電路中減小，該電路中VT的的移相范圍為移相范圍為180。 經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經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，簡稱相控方式。控制方式，簡稱相控方式。 3.1.1 單相半波可控整流電路單相半波可控整流

7、電路paaapwwp2cos145. 0)cos1 (22)(sin221222UUttdUUd3-163.1.1 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路uwttwwtwtw20wt1p2ptug0ud0id0uVT0qab)c)d)e)f)+ + +圖圖3-2 帶阻感負載的單相半帶阻感負載的單相半波可控整流電路及其波形波可控整流電路及其波形帶阻感負載的任務情況帶阻感負載的任務情況 阻感負載的特點是電感對電流變化有抗阻感負載的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能發生突變。拒作用，使得流過電感的電流不能發生突變。 電路分析電路分析 晶閘管晶閘管VT處于斷處于斷態態,id=0,

8、ud=0,uVT=u2。 在在 t1時辰，即觸發角時辰，即觸發角處處 ud=u2。 L的存在使的存在使id不能突變，不能突變，id從從0開場添開場添加。加。 u2由正變負的過零點處，由正變負的過零點處，id曾經處于曾經處于減小的過程中，但尚未降到零，因此減小的過程中，但尚未降到零，因此VT仍仍處于通態。處于通態。 t2時辰，電感能量釋放終了，時辰，電感能量釋放終了，id降至降至零，零，VT關斷并立刻接受反壓。關斷并立刻接受反壓。 由于電感的存在延遲了由于電感的存在延遲了VT的關斷時辰，的關斷時辰，使使ud波形出現負的部分，與帶電阻負載時相波形出現負的部分，與帶電阻負載時相比其平均值比其平均值U

9、d下降。下降。 73.1.1 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路電力電子電路的一種根本分析電力電子電路的一種根本分析方法方法 把器件理想化，將電路簡化把器件理想化，將電路簡化為分段線性電路。為分段線性電路。 器件的每種形狀組合對應一器件的每種形狀組合對應一種線性電路拓撲，器件通斷形種線性電路拓撲，器件通斷形狀變化時，電路拓撲發生改動。狀變化時，電路拓撲發生改動。 以前述單相半波電路為例以前述單相半波電路為例 當當VT處于斷態時，相當處于斷態時，相當 于電路在于電路在VT處斷開，處斷開， id=0。當。當VT處于通時，處于通時， 相當于相當于VT短路。兩種情短路。兩種情 況的等效電路如圖況

10、的等效電路如圖3-3所所 示。示。 a)b)VTRLVTRLu2u2圖圖3-3 單相半波可控整流電單相半波可控整流電路的分段線性等效電路路的分段線性等效電路 a) VT處于關斷形狀處于關斷形狀 b) VT處于導通形狀處于導通形狀83.1.1 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路VTb)RLu2VT處于通態時，如下方程成立：處于通態時，如下方程成立： 在在VT導通時辰，有導通時辰，有 t=，id=0，這是式，這是式3-2的的初始條件。求解式初始條件。求解式3-2并將初始條件代入可得并將初始條件代入可得tURitiLwsin2dd2dd)sin(2)sin(22)(2waawwtZUeZUit

11、LRd式中， ， 。由此式可得出圖3-2e所示的id波形。當t=+時，id=0，代入式3-3并整理得 22)( LRZwRLtgw1)sin()sin(aqaqtge圖圖3-3 b) VT處于導通形狀處于導通形狀 (3-2)(3-3)(3-4)93.1.1 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路 假設假設為定值，為定值，角大，角大，越小。越小。 假設假設為定值，為定值，越大，越大，越大越大 ，且，且 平均值平均值Ud越接近零。為處理上述矛越接近零。為處理上述矛 盾，在整流電路的負載兩端并聯一盾，在整流電路的負載兩端并聯一 個二極管，稱為續流二極管，用個二極管，稱為續流二極管，用 VDR表示。

12、表示。有續流二極管的電路有續流二極管的電路 電路分析電路分析 u2正半周時，與沒有續流二極管正半周時，與沒有續流二極管 時的情況是一樣的。時的情況是一樣的。 當當u2過零變負時，過零變負時，VDR導通，導通，ud 為零，此時為負的為零，此時為負的u2經過經過VDR向向VT 施加反壓使其關斷，施加反壓使其關斷，L儲存的能量保儲存的能量保 證了電流證了電流id在在L-R-VDR回路中流通，回路中流通， 此過程通常稱為續流。此過程通常稱為續流。 假設假設L足夠大，足夠大，id延續，且延續，且id波形接波形接 近一條程度線近一條程度線 。u2udiduVTiVTIdIdwt1wtwtwtwtwtwtO

13、OOOOOp -ap +ab)c)d)e)f)g)iVDRa)圖圖3-4 單相半波帶阻感負載有單相半波帶阻感負載有續流二極管的電路及波形續流二極管的電路及波形 10 根本數量關系根本數量關系 流過晶閘管的電流平均值流過晶閘管的電流平均值IdT和有效值和有效值IT分別為：分別為： 續流二極管的電流平均值續流二極管的電流平均值IdDR和有效值和有效值IDR分別為分別為 其移相范圍為其移相范圍為180，其接受的最大正反向電壓均為，其接受的最大正反向電壓均為u2的峰值即的峰值即 。 續流二極管接受的電壓為續流二極管接受的電壓為-ud，其最大反向電壓為，其最大反向電壓為 ，亦為，亦為u2的峰值。的峰值。

14、 單相半波可控整流電路的特點是簡單，但輸出脈動大，變壓器二次側電流中單相半波可控整流電路的特點是簡單，但輸出脈動大，變壓器二次側電流中含直流分量，呵斥變壓器鐵芯直流磁化。為使變壓器鐵芯不飽和，需增大含直流分量，呵斥變壓器鐵芯直流磁化。為使變壓器鐵芯不飽和，需增大鐵芯截面積，增大了設備的容量。鐵芯截面積，增大了設備的容量。 3.1.1 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路ddTIIpap2ddTItdIIpapwppa2)(212ddDRIIpap2ddDRItdIIpapwpapp2)(2122(3-5)(3-6)(3-7)(3-8)22U22U113.1.2 單相橋式全控整流電路單相橋式

15、全控整流電路NoImageu (i )pwtwtwt000i2udidb)c)d)ddaauVT1,4圖圖3-5 單相全控橋式單相全控橋式帶電阻負載時的電路及波形帶電阻負載時的電路及波形a)帶電阻負載的任務情況帶電阻負載的任務情況 電路分析電路分析 閘管閘管VT1和和VT4組成一對橋臂，組成一對橋臂，VT2 和和VT3組成另一對橋臂。組成另一對橋臂。 在在u2正半周即正半周即a點電位高于點電位高于b點電點電位位 假設假設4個晶閘管均不導通，個晶閘管均不導通，id=0,ud=0,VT1、VT4串聯接受電壓串聯接受電壓u2。 在觸發角在觸發角處給處給VT1和和VT4加觸發加觸發 脈沖，脈沖，VT1

16、和和VT4即導通，電流從電源即導通，電流從電源a端端經經VT1、R、VT4流回電源流回電源b端。端。 當當u2過零時，流經晶閘管的電流也過零時，流經晶閘管的電流也降到零，降到零，VT1和和VT4關斷。關斷。 在在u2負半周，仍在觸發角負半周，仍在觸發角處觸發處觸發VT2和和VT3，VT2和和VT3導通，電流從電源導通，電流從電源b端流出，經端流出，經VT3、R、VT2流回電源流回電源a端。端。 到到u2過零時，電流又降為零，過零時，電流又降為零，VT2和和VT3關斷。關斷。 VT2和和VT3的的=0處為處為t=12根本數量關系根本數量關系 晶閘管接受的最大正向電壓和反向電壓分別為晶閘管接受的最

17、大正向電壓和反向電壓分別為 和和 。 整流電壓平均值為：整流電壓平均值為： =0時，時，Ud= Ud0=0.9U2。=180時，時，Ud=0。可見，。可見，角的移相范圍為角的移相范圍為180。 向負載輸出的直流電流平均值為：向負載輸出的直流電流平均值為： 3.1.2 單相橋式全控整流電路單相橋式全控整流電路222U22Upaaapwwp2cos19 . 02cos122)( dsin21222UUttUUd2cos19 . 02cos12222aapRURURUIdd(3-9)(3-10)13流過晶閘管的電流平均值流過晶閘管的電流平均值 ： 流過晶閘管的電流有效值為：流過晶閘管的電流有效值為：

18、 變壓器二次側電流有效值變壓器二次側電流有效值I2與輸出直流電流有效值與輸出直流電流有效值I相等，相等，為為 由式由式3-12和和3-13可見：可見：不思索變壓器的損耗時，要求變壓器的容量為不思索變壓器的損耗時，要求變壓器的容量為S=U2I2。3.1.2 單相橋式全控整流電路單相橋式全控整流電路2cos145. 0212aRUIIddTpapapwwppa2sin212)(d)sin2(21222RUttRUITpapapwwppa2sin21)()sin2(12222RUtdtRUIIIIT21(3-11)(3-12)(3-13)(3-14)143.1.2 單相橋式全控整流電路單相橋式全控整

19、流電路2OwtOwtOwtudidi2OwtOwtuVT1,4OwtOwtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4u圖圖3-6 單相橋式全控整流電流帶單相橋式全控整流電流帶阻感負載時的電路及波形阻感負載時的電路及波形帶阻感負載的任務情況帶阻感負載的任務情況 電路分析電路分析 在在u2正半周期正半周期 觸發角觸發角處給晶閘管處給晶閘管VT1和和VT4加觸發脈沖使其開通，加觸發脈沖使其開通，ud=u2。 負載電感很大，負載電感很大，id不能突變且波不能突變且波形近似為一條程度線。形近似為一條程度線。 u2過零變負時，由于電感的作用過零變負時，由于電感的作用晶閘管晶閘管VT1和和VT4中仍流過電

20、流中仍流過電流id，并，并不關斷。不關斷。 t=+時辰，觸發時辰，觸發VT2和和VT3，VT2和和VT3導通，導通，u2經過經過VT2和和VT3分分別向別向VT1和和VT4施加反壓使施加反壓使VT1和和VT4關斷，流過關斷，流過VT1和和VT4的電流迅速轉移的電流迅速轉移到到VT2和和VT3上，此過程稱為換相，亦上，此過程稱為換相，亦稱換流。稱換流。 153.1.2 單相橋式全控整流電路單相橋式全控整流電路根本數量關系根本數量關系 整流電壓平均值為：整流電壓平均值為： 當當=0時，時，Ud0=0.9U2。=90時，時，Ud=0。晶閘管移。晶閘管移相范圍為相范圍為90。 晶閘管接受的最大正反向電

21、壓均為晶閘管接受的最大正反向電壓均為 。 晶閘管導通角晶閘管導通角與與無關，均為無關，均為180，其電流平均值，其電流平均值和有效值分別為：和有效值分別為： 和和 。 變壓器二次側電流變壓器二次側電流i2的波形為正負各的波形為正負各180的矩形波，的矩形波，其相位由其相位由角決議，有效值角決議，有效值I2=Id。 apaaapwwpcos9 . 0cos22)( dsin21222dUUttUU22UddT21IIddT707. 021III(3-15)16帶反電動勢負載時的任務情況帶反電動勢負載時的任務情況 當負載為蓄電池、直流電動機的電樞忽略其中的電感等時，負載可看當負載為蓄電池、直流電動

22、機的電樞忽略其中的電感等時，負載可看成一個直流電壓源，對于整流電路，它們就是反電動勢負載。成一個直流電壓源，對于整流電路，它們就是反電動勢負載。 電路分析電路分析 |u2|E時，才有晶閘管接受正電壓，有導通的能夠。時，才有晶閘管接受正電壓，有導通的能夠。 晶閘管導通之后，晶閘管導通之后，ud=u2， ，直至，直至|u2|=E，id即降至即降至0使得晶閘使得晶閘管關斷，以后管關斷，以后ud=E。 與電阻負載時相比，晶閘管提早了電角度與電阻負載時相比，晶閘管提早了電角度停頓導電，停頓導電，稱為停頓導電稱為停頓導電角。角。 當當30 當導通一相的相電壓過零變負時，該相晶閘管關斷，但下一相晶閘管因未當

23、導通一相的相電壓過零變負時，該相晶閘管關斷，但下一相晶閘管因未觸發而不導通，此時輸出電壓電流為零。觸發而不導通，此時輸出電壓電流為零。 負載電流斷續，各晶閘管導通角小于負載電流斷續，各晶閘管導通角小于120。 313.2.1 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路根本數量關系根本數量關系電阻負載時電阻負載時角的移相范圍為角的移相范圍為150。 整流電壓平均值整流電壓平均值 30時，負載電流延續，有時，負載電流延續，有 當當=0時，時，Ud最大，為最大，為Ud=Ud0=1.17U2。 30時，負載電流斷續，晶閘管導通角減小，此時，負載電流斷續，晶閘管導通角減小，此時有時有 aapwwpapap

24、cos17.1cos263)(sin2321226562UUttdUUd)6cos(1675.0)6cos(1223)(sin2321262apappwwppapUttdUUd(3-18)(3-19)323.2.1 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路Ud/U2隨隨變化的規律變化的規律 03060901201501.17321a/( )Ud/U2圖圖3-16 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路Ud/U2與與的關系的關系電阻電阻負載負載電感電感負載負載電阻電電阻電感負載感負載333.2.1 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路負載電流平均值為負載電流平均值為晶閘管

25、接受的最大反向電壓為變壓器二次線電壓峰值晶閘管接受的最大反向電壓為變壓器二次線電壓峰值,即即 晶閘管陽極與陰極間的最大電壓等于變壓器二次相電壓晶閘管陽極與陰極間的最大電壓等于變壓器二次相電壓的峰值，即的峰值，即 RUIdd22245. 2632UUUURM22UUFM(3-20)(3-21)(3-22)343.2.1 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路阻感負載阻感負載 電路分析電路分析 L值很大，整流電流值很大，整流電流id的的波形根本是平直的，流過晶波形根本是平直的，流過晶閘管的電流接近矩形波。閘管的電流接近矩形波。 30時，整流電壓波時，整流電壓波形與電阻負載時一樣。形與電阻負載時一

26、樣。 30時，當時，當u2過零過零時，由于電感的存在，阻止時，由于電感的存在，阻止電流下降，因此電流下降，因此VT1繼續導繼續導通，直到下一相晶閘管通，直到下一相晶閘管VT2的觸發脈沖到來，才發生換的觸發脈沖到來，才發生換流，由流，由VT2導通向負載供電，導通向負載供電，同時向同時向VT1施加反壓使其關施加反壓使其關斷。斷。 uuuudiaabcibiciduacOwtOwtOOwtOOwtawtwtu圖圖3-17 三相半波可控整流電路，阻三相半波可控整流電路，阻感負載時的電路及感負載時的電路及=60時的波時的波形形353.2.1 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路根本數量關系根本數量關

27、系 的移相范圍為的移相范圍為90。 整流電壓平均值整流電壓平均值 Ud/U2與與的關系的關系 L很大，如曲線很大，如曲線2所示。所示。 L不是很大，那么當不是很大，那么當30后，后，ud中負的部中負的部分能夠減少，整流電壓分能夠減少，整流電壓平均值平均值Ud略為添加，如略為添加，如曲線曲線3 所示。所示。acos17.12dUU03060901201501.17321a/( )Ud/U2圖圖3-16 三相半波可控整三相半波可控整流電路流電路Ud/U2與與的關系的關系363.2.1 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路 變壓器二次電流即晶閘管電流的有效值為變壓器二次電流即晶

28、閘管電流的有效值為 晶閘管的額定電流為晶閘管的額定電流為 晶閘管最大正反向電壓峰值均為變壓器二次線電壓峰晶閘管最大正反向電壓峰值均為變壓器二次線電壓峰值，即值，即 三相半波可控整流電路的主要缺陷在于其變壓器二次電流三相半波可控整流電路的主要缺陷在于其變壓器二次電流中含有直流分量，為此其運用較少。中含有直流分量，為此其運用較少。ddTIIII577. 0312ddAVTIII368. 057. 1)(245. 2UUURMFM(3-23)(3-24)(3-25)373.2.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路原理圖原理圖 陰極銜接在一同的陰極銜接在一同的3個個晶閘管晶閘管VT1，VT3，

29、VT5稱為共陰極組；陽極銜接在稱為共陰極組；陽極銜接在一同的一同的3個晶閘管個晶閘管VT4，VT6，VT2稱為共陽極組。稱為共陽極組。 共陰極組中與共陰極組中與a，b，c三相電源相接的三相電源相接的3個晶閘管個晶閘管分別為分別為VT1，VT3，VT5，共陽極組中與共陽極組中與a，b，c三相三相電源相接的電源相接的3個晶閘管分別個晶閘管分別為為VT4，VT6，VT2。 晶閘管的導照射序為晶閘管的導照射序為VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6。 圖圖3-18 三相橋式全控整流電路原理圖三相橋式全控整流電路原理圖383.2.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路帶電阻負載時的任務情況

30、帶電阻負載時的任務情況 電路分析電路分析 各自然換相點既是相電壓的交點，同時也是線電壓的交點。各自然換相點既是相電壓的交點，同時也是線電壓的交點。 當當60時時 ud波形均延續，對于電阻負載，波形均延續，對于電阻負載，id波形與波形與ud波形的外形是一樣波形的外形是一樣的，也延續。的，也延續。 =0時，時，ud為線電壓在正半周的包絡線。波形見為線電壓在正半周的包絡線。波形見圖圖3-19時段時段共陰極組中導通的晶閘管共陰極組中導通的晶閘管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共陽極組中導通的晶閘管共陽極組中導通的晶閘管VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流輸出電壓整流輸出電壓udua-ub=ua

31、bua-uc=uacub-uc=ubcub-ua=ubauc-ua=ucauc-ub=ucb表表3-1 三相橋式全控整流電路電阻負載三相橋式全控整流電路電阻負載=0時晶閘管任務情時晶閘管任務情況況393.2.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路wwwwu2ud1ud2u2Luduabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuaucubwt1OtOtOtOta = 0iVT1uVT1圖圖3-19 三相橋式全控整流電路帶電阻負載三相橋式全控整流電路帶電阻負載=0時的波形時的波形403.2.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流

32、電路 =30時，晶閘管起始導通時辰推遲了時，晶閘管起始導通時辰推遲了30，組成，組成ud的每一段線電壓因此推遲的每一段線電壓因此推遲30，ud平均值降低，波形見平均值降低，波形見圖圖3-20。413.2.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路wwwwud1ud2a = 30iaOtOtOtOtuduabuacuaubucwt1uabuacubcubaucaucbuabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuVT1圖圖3-20 三相橋式全控整流電路帶電阻負載三相橋式全控整流電路帶電阻負載=30時的波時的波形形423.2.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路 =60時

33、，ud波形中每段線電壓的波形繼續向后移，ud平均值繼續降低。=60時ud出現了為零的點，波形見圖3-21。433.2.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路wwwa = 60ud1ud2uduacuacuabuabuacubcubaucaucbuabuacuaubucOtwt1OtOtuVT1圖圖3-21 三相橋式全控整流電路帶電阻負載三相橋式全控整流電路帶電阻負載=60時的波時的波形形443.2.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路當當60時時 由于由于id與與ud一致，一旦一致，一旦ud降為至零，降為至零，id也降至零，晶閘也降至零，晶閘管關斷，輸出整流電壓管關斷，輸出整流電

34、壓ud為零，為零，ud波形不能出現負值。波形不能出現負值。 =90時的波形見時的波形見圖圖3-22。 453.2.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路ud1ud2uduaubucuaubwtOwtOwtOwtOwtOiaiduabuacubcubaucaucbuabuacubcubaiVT1圖圖3-22 三相橋式全控整流電路帶電阻負載三相橋式全控整流電路帶電阻負載=90時的波時的波形形 463.2.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路的一些特點三相橋式全控整流電路的一些特點 每個時辰均需每個時辰均需2個晶閘管同時導通，構成向負載供電的個晶閘管同時導通，構成向

35、負載供電的回路，共陰極組的和共陽極組的各回路，共陰極組的和共陽極組的各1個，且不能為同一相個，且不能為同一相的晶閘管。的晶閘管。 對觸發脈沖的要求對觸發脈沖的要求 6個晶閘管的脈沖按個晶閘管的脈沖按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的順的順序，相位依次差序，相位依次差60 。 共陰極組共陰極組VT1、VT3、VT5的脈沖依次差的脈沖依次差120，共陽，共陽極組極組VT4、VT6、VT2也依次差也依次差120 。 同一相的上下兩個橋臂，即同一相的上下兩個橋臂，即VT1與與VT4，VT3與與VT6，VT5與與VT2，脈沖相差，脈沖相差180 。473.2.2 三相橋式全控整流電路三相橋

36、式全控整流電路整流輸出電壓整流輸出電壓ud一周期脈動一周期脈動6次，每次脈動的波形都一樣，次，每次脈動的波形都一樣，故該電路為故該電路為6脈波整流電路。脈波整流電路。在整流電路合閘啟動過程中或電流斷續時，為確保電路在整流電路合閘啟動過程中或電流斷續時，為確保電路的正常任務，需保證同時導通的的正常任務，需保證同時導通的2個晶閘管均有脈沖個晶閘管均有脈沖 寬脈沖觸發寬脈沖觸發 ：使脈沖寬度大于：使脈沖寬度大于60普通取普通取80100 雙脈沖觸發雙脈沖觸發 ：用兩個窄脈沖替代寬脈沖，兩個窄脈沖的：用兩個窄脈沖替代寬脈沖，兩個窄脈沖的前沿相差前沿相差60，脈寬普通為，脈寬普通為2030 。 常用的是

37、雙脈沖觸發。常用的是雙脈沖觸發。 晶閘管接受的電壓波形與三相半波時一樣，晶閘管接受晶閘管接受的電壓波形與三相半波時一樣，晶閘管接受最大正、反向電壓的關系也一樣。最大正、反向電壓的關系也一樣。483.2.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路阻感負載時的任務情況阻感負載時的任務情況 電路分析電路分析 當當60時時 ud波形延續，電路的任務情況與帶電阻負載時非常波形延續，電路的任務情況與帶電阻負載時非常類似，各晶閘管的通斷情況、輸出整流電壓類似，各晶閘管的通斷情況、輸出整流電壓ud波形、晶波形、晶閘管接受的電壓波形等都一樣。閘管接受的電壓波形等都一樣。 區別在于電流，當電感足夠大的時候，區別

38、在于電流，當電感足夠大的時候，id、iVT、ia的波形在導通段都可近似為一條程度線。的波形在導通段都可近似為一條程度線。 =0時的波形見時的波形見圖圖3-23，493.2.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路ud1u2ud2u2LudidwtOwtOwtOwtOuaa = 0ubucwt1uabuacubcubaucaucbuabuaciVT1圖圖3-23 三相橋式全控整流電路帶阻感負載三相橋式全控整流電路帶阻感負載=0時的波時的波形形503.2.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路a a=30 時的波形見時的波形見 圖圖3-24。ud1a = 30ud2uduabuacubc

39、ubaucaucbuabuacwtOwtOwtOwtOidiawt1uaubuc圖圖3-24 三相橋式全控整流電路帶阻感負載三相橋式全控整流電路帶阻感負載=30時的波形時的波形ud1a = 30ud2uduabuacubcubaucaucbuabuacwtOwtOwtOwtOidiawt1uaubuc圖圖3-24 三相橋式全控整流電路帶阻感負載三相橋式全控整流電路帶阻感負載=30時的波形時的波形523.2.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路 當當a a60 時時 由于電感由于電感L的作用，的作用，ud波形會出現負的部分。波形會出現負的部分。 a a=90 時的波形見時的波形見 圖圖3

40、-25。 533.2.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路a = 90ud1ud2uacubcubaucaucbuabuacuabuduacuabuacwtOwtOwtOubucuawt1uVT1圖圖3-25 三相橋式整流電路帶阻感負載，三相橋式整流電路帶阻感負載，=90時的波形時的波形543.2.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路根本數量關系根本數量關系 帶電阻負載時三相橋式全控整流電路帶電阻負載時三相橋式全控整流電路角的移相范圍角的移相范圍是是120，帶阻感負載時，三相橋式全控整流電路的，帶阻感負載時，三相橋式全控整流電路的角角移相范圍為移相范圍為90。 整流輸出電壓平均

41、值整流輸出電壓平均值 帶阻感負載時，或帶電阻負載帶阻感負載時，或帶電阻負載60時時 帶電阻負載且帶電阻負載且60時時awwpapapcos34.2)(sin63123232UttdUUd)3cos(134. 2)(sin63232apwwppapUttdUUd(3-26)(3-27)553.2.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路輸出電流平均值為輸出電流平均值為Id=Ud/R。當整流變壓器為圖當整流變壓器為圖3-17中所示采用星形接法，帶阻感負中所示采用星形接法，帶阻感負載時，變壓器二次側電流波形如圖載時，變壓器二次側電流波形如圖3-23中所示，為正負中所示，為正負半周各寬半周各寬12

42、0、前沿相差、前沿相差180的矩形波，其有效值為：的矩形波，其有效值為： 晶閘管電壓、電流等的定量分析與三相半波時一致。晶閘管電壓、電流等的定量分析與三相半波時一致。三相橋式全控整流電路接反電勢阻感負載時的三相橋式全控整流電路接反電勢阻感負載時的Id為：為： 式中式中R和和E分別為負載中的電阻值和反電動勢的值。分別為負載中的電阻值和反電動勢的值。 2221222()0.8162333ddddIIIIIppp REUIdd(3-28)(3-29)563.3 變壓器漏感對整流電路的影響變壓器漏感對整流電路的影響變壓器漏感變壓器漏感 實踐上變壓器繞組總有漏感，該漏感可用一個實踐上變壓器繞組總有漏感，

43、該漏感可用一個集中的電感集中的電感LB表示，并將其折算到變壓器二次表示，并將其折算到變壓器二次側。側。 由于電感對電流的變化起妨礙作用，電感電流由于電感對電流的變化起妨礙作用，電感電流不能突變，因此換相過程不能瞬間完成，而是會不能突變，因此換相過程不能瞬間完成，而是會繼續一段時間。繼續一段時間。 現以三相半波為例來分析，然后將其結論推行現以三相半波為例來分析，然后將其結論推行 假設負載中電感很大，負載電流為程度線。假設負載中電感很大，負載電流為程度線。 573.3 變壓器漏感對整流電路的影響變壓器漏感對整流電路的影響udidwtOwtOgiciaibiciaIduaubuca分析從分析從VT1

44、換相至換相至VT2的過的過程程 在在 t1時辰之前時辰之前VT1導通，導通， t1時辰觸發時辰觸發VT2，因，因a、b兩相兩相均有漏感，故均有漏感，故ia、ib均不能突變，均不能突變，于是于是VT1和和VT2同時導通，相同時導通，相當于將當于將a、b兩相短路，兩相間兩相短路，兩相間電壓差為電壓差為ub-ua，它在兩相組成，它在兩相組成的回路中產生環流的回路中產生環流ik如下圖。如下圖。 ik=ib是逐漸增大的，而是逐漸增大的，而 ia=Id-ik是逐漸減小的。是逐漸減小的。 當當ik增大到等于增大到等于Id時，時，ia=0，VT1關斷，換流過程終了。關斷，換流過程終了。 換相過程繼續的時間用電

45、換相過程繼續的時間用電角度角度表示，稱為換相重疊角。表示，稱為換相重疊角。 w wt1時辰時辰 圖圖3-26 思索變壓器漏感時的三思索變壓器漏感時的三相半波可控整流電路及波形相半波可控整流電路及波形 583.3 變壓器漏感對整流電路的影響變壓器漏感對整流電路的影響根本數量關系根本數量關系 換相過程中，整流輸出電壓瞬時值為換相過程中，整流輸出電壓瞬時值為 換相壓降：與不思索變壓器漏感時相比，換相壓降：與不思索變壓器漏感時相比，ud平均值降平均值降低的多少，即低的多少，即 2ddddbabaduutiLutiLuukBkB556655dbdbbB66565BBB d06d13()d()()d()2

46、 /32dd333d()d2d22dkIkkiUuutuuLttiLtL iX Itppa ga gppaapa gpawwppwwppp (3-30)(3-31)593.3 變壓器漏感對整流電路的影響變壓器漏感對整流電路的影響換相重疊角換相重疊角 由式由式3-30得出：得出： 由上式得：由上式得： 進而得出：進而得出： 當當 時，時， ，于是，于是 B2Bab2)65(sin62)(ddLtULuutikpw2Bd65sin ()d26kiUttXpww2256BB6655sin()d()coscos()2626tkUUitttXXwpappwwawgawtdIik)cos(cos26B2d

47、gaaXUI2dB62)cos(cosUIXgaa(3-32)(3-33)(3-34)(3-35)(3-36)603.3 變壓器漏感對整流電路的影響變壓器漏感對整流電路的影響 隨其它參數變化的規律：隨其它參數變化的規律： Id越大那么越大那么越大；越大； XB越大越大越大；越大； 當當90時，時，越小越小越大。越大。其它整流電路的分析結果其它整流電路的分析結果 電路形式電路形式單相全波單相全波單相全控橋單相全控橋三相半波三相半波三相全控橋三相全控橋m脈波整流電路脈波整流電路 dU)cos(cosgaadBIXpdB2IXpdB23IXpdB3IXpdB2ImXp2Bd2UXI2Bd22UXI2

48、dB62UIX2dB62UIXmUXIpsin22Bd注：單相全控橋電路中，注：單相全控橋電路中，XB在一周期的兩次換相中都起作用，等效為在一周期的兩次換相中都起作用，等效為m=4； 三相橋等效為相電壓等于三相橋等效為相電壓等于 的的6脈波整流電路，故其脈波整流電路，故其m=6，相電壓按，相電壓按 代入。代入。23U23U表表3-2 各種整流電路換相壓降和換相重疊角的計算各種整流電路換相壓降和換相重疊角的計算 613.3 變壓器漏感對整流電路的影響變壓器漏感對整流電路的影響變壓器漏感對整流電路影響的一些結論變壓器漏感對整流電路影響的一些結論: 出現換相重疊角出現換相重疊角，整流輸出電壓平均值，

49、整流輸出電壓平均值Ud降低。降低。 整流電路的任務形狀增多。整流電路的任務形狀增多。 晶閘管的晶閘管的di/dt減小，有利于晶閘管的平安開通，有時人為串入進減小，有利于晶閘管的平安開通，有時人為串入進線電抗器以抑制晶閘管的線電抗器以抑制晶閘管的di/dt。 換相時晶閘管電壓出現缺口，產生正的換相時晶閘管電壓出現缺口，產生正的du/dt，能夠使晶閘管誤導，能夠使晶閘管誤導 通，為此必需加吸收電路。通，為此必需加吸收電路。 換相使電網電壓出現缺口，成為干擾源。換相使電網電壓出現缺口，成為干擾源。623.3 變壓器漏感對整流電路的影響變壓器漏感對整流電路的影響例：三相橋式不可控整流電路，阻感負載，例

50、：三相橋式不可控整流電路，阻感負載，R=5，L=，U2=220V，XB=0.3，求，求Ud、Id、IVD、I2和和的值并作出的值并作出ud、iVD和和i2的波形。的波形。解：三相橋式不可控整流電路相當于三相橋式可控整流電路解：三相橋式不可控整流電路相當于三相橋式可控整流電路0時的情況。時的情況。 Ud3.34U2cosUd Ud3XBId IdUdR 解方程組得：解方程組得： Ud3.34U2cos13XB/R486.9V Id97.38A 又又 =2 U2 即得出即得出 =0.892 換流重疊角換流重疊角26.93 二極管電流和變壓器二次測電流的有效值分別為二極管電流和變壓器二次測電流的有效

51、值分別為 IVDId397.38333.46A I2a Id79.51A ud、iVD1和和i2a的波形如的波形如圖圖3-27所示。所示。acos)cos(gaBdXI6gcos32633.3 變壓器漏感對整流電路的影響變壓器漏感對整流電路的影響u2udiVD1wtOwtOwtOwtOuaubucwt1uabuacubcubaucaucbuabuaci2aIdId圖圖3-27 ud、iVD1和和i2a的波形的波形 643.4 電容濾波的不可控整流電路電容濾波的不可控整流電路 3.4.1 電容濾波的單相不可控整流電路電容濾波的單相不可控整流電路 3.4.2 電容濾波的三相不可控整流電路電容濾波的

52、三相不可控整流電路 653.4 電容濾波的不可控整流電路電容濾波的不可控整流電路引言引言交交直直交變頻器、不延續電源、開關電交變頻器、不延續電源、開關電源等運用場所大都采用不可控整流電路。源等運用場所大都采用不可控整流電路。最常用的是單相橋式和三相橋式兩種接法。最常用的是單相橋式和三相橋式兩種接法。 由于電路中的電力電子器件采用整流二極由于電路中的電力電子器件采用整流二極管，故也稱這類電路為二極管整流電路。管，故也稱這類電路為二極管整流電路。663.4.1 電容濾波的單相不可控整流電路電容濾波的單相不可控整流電路任務原理及波形分析任務原理及波形分析 根本任務過程根本任務過程 在在u2正半周過零

53、點至正半周過零點至 t=0期間，因期間，因u2 和和 RC 分別是電流分別是電流id斷續和延續的條件。斷續和延續的條件。 通常只需通常只需R是可變的，它的大小反映了負載的輕重，因此在輕載時直流側是可變的，它的大小反映了負載的輕重，因此在輕載時直流側獲得的充電電流是斷續的，重載時是延續的。獲得的充電電流是斷續的，重載時是延續的。 32=+t)-32( - tRC1232=+t2t)(d32sin6d)(d)+tsin(6dpdwdpwwpdwwpwqweUtU333a)b)wtwtwtwtaidaidOOOO圖圖3-33電容濾波的三相電容濾波的三相橋式整流電路當橋式整流電路當RC等于等于和小于時

54、和小于時 的電流波形的電流波形aRC= bRCua，VT6導導通，此電流在流經通，此電流在流經LP時，時，LP上要感應一電動勢上要感應一電動勢up，其方，其方向是要阻止電流增大。可導向是要阻止電流增大。可導出出Lp兩端電壓、整流輸出電兩端電壓、整流輸出電壓的數學表達式如下：壓的數學表達式如下：12ddpuuu2112111()222ddpdpdduuuuuuu(3-97)(3-98)w wt1時辰時辰1003.6.1 帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路圖圖3-39 平衡電抗器作用下輸出電壓的平衡電抗器作用下輸出電壓的波形和平衡電抗器上電壓的波形波形和平衡電抗器

55、上電壓的波形圖圖3-40 平衡電抗器作用下兩平衡電抗器作用下兩個晶閘管同時導電的情況個晶閘管同時導電的情況雖然雖然ud1ud2，但由于，但由于Lp的平衡作的平衡作用，使得晶閘管用，使得晶閘管VT6和和VT1同時導通。同時導通。時間推遲至時間推遲至ub與與ua的交點時，的交點時，ub =ua，up=0。之后之后ub ub，電流才從，電流才從VT6換至換至VT2，此時，此時VT1、VT2同時導電。同時導電。每一組中的每一個晶閘管仍按三相每一組中的每一個晶閘管仍按三相半波的導電規律而各輪番導電。半波的導電規律而各輪番導電。平衡電抗器中點作為整流電壓輸出平衡電抗器中點作為整流電壓輸出的負端，其輸出的整

56、流電壓瞬時值為的負端，其輸出的整流電壓瞬時值為兩組三相半波整流電壓瞬時值的平均兩組三相半波整流電壓瞬時值的平均值。值。w wt tupud1,ud2OO60360w wt1 t1 w wt tb)a)uaubucucuaubub1013.6.1 帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路諧波分析諧波分析 將圖將圖3-38中中ud1和和ud2的波形用傅氏級數展開，可得當的波形用傅氏級數展開，可得當=0時的時的ud1、ud2，即，即9cos4016cos3523cos411 26321 tttUudwwwp9cos4016cos3523cos411 263)60(9cos

57、401)60(6cos352)60( 3cos411 263222 tttUtttUudwwwpwwwp由式由式3-97和和3-98可得可得 9cos2013cos212632 ttUupwwp6cos3521 2632 tUudwp 負載電壓負載電壓ud中的諧波分量比直流分量要小得多，而且最低次諧波為六次諧中的諧波分量比直流分量要小得多，而且最低次諧波為六次諧波。波。 直流平均電壓為直流平均電壓為 22017. 1)2(63UUUdp(3-99)(3-100)(3-101)(3-102)1023.6.1 帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路。90a。60a。3

58、0audududwtOwtOwtOuaubucucuaububucucuaububucucuaub=30、=60和和=90時時輸出電壓的波形分析輸出電壓的波形分析 當需求分析各種控制角時的當需求分析各種控制角時的輸出波形時，可根據式輸出波形時，可根據式3-98先求出兩組三相半波電路的先求出兩組三相半波電路的ud1和和ud2波形，然后做出波形波形，然后做出波形(ud1+ud2)/2。 輸出電壓波形與三相半波電輸出電壓波形與三相半波電路比較，脈動程度減小了，脈動路比較，脈動程度減小了，脈動頻率加大一倍，頻率加大一倍，f=300Hz。 在電感負載情況下，移相范在電感負載情況下，移相范圍是圍是90。

59、在電阻負載情況下，移相范在電阻負載情況下，移相范圍為圍為120。 整流電壓平均值為整流電壓平均值為Ud=1.17圖圖3-41 當當 =30、60、90時，時，雙反星形電路的輸出電壓波形雙反星形電路的輸出電壓波形U2cos1033.6.1 帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路將雙反星形電路與三相橋式電路進展比較將雙反星形電路與三相橋式電路進展比較可得出以下結論可得出以下結論 三相橋為兩組三相半波串聯，而雙反星三相橋為兩組三相半波串聯，而雙反星形為兩組三相半波并聯，且后者需用平衡形為兩組三相半波并聯，且后者需用平衡電抗器。電抗器。 當當U2相等時，雙反星形的相等時，

60、雙反星形的Ud是三相橋的是三相橋的1/2，而，而Id是單相橋的是單相橋的2倍。倍。 兩種電路中，晶閘管的導通及觸發脈沖兩種電路中，晶閘管的導通及觸發脈沖的分配關系一樣，的分配關系一樣，ud和和id的波形外形一樣。的波形外形一樣。1053.6.2 多重化整流電路多重化整流電路可采用多重化整流電路減輕整流安可采用多重化整流電路減輕整流安裝所產生的諧波、無功功率等對電網裝所產生的諧波、無功功率等對電網的干擾，將幾個整流電路多重結合可的干擾，將幾個整流電路多重結合可以減少交流側輸入電流諧波，而對晶以減少交流側輸入電流諧波，而對晶閘管多重整流電路采用順序控制的方閘管多重整流電路采用順序控制的方法可提高功