《电子电路》课件：第二章-单相可控整流电路.ppt

1、第二章第二章 单相可控整流电路单相可控整流电路 将交流电变为直流电称为整流，实现将交流电变为直流电称为整流，实现 AC/DC变换，变换，相应的电路称为整流电路相应的电路称为整流电路（Rectifier） 。整流电路是电力电子电路中出现最早的一种。整流电路是电力电子电路中出现最早的一种。整流电路的分类整流电路的分类 按组成的器件可分为按组成的器件可分为不可控不可控、半控半控、全控全控三种。三种。 按电路结构可分为按电路结构可分为桥式桥式电路和电路和零式（如半波）零式（如半波） 电路。电路。 按交流输入相数分为按交流输入相数分为单相单相电路和电路和多相（如三相）多相（如三相） 电路电路。第二章第二

2、章 单相可控整流电路单相可控整流电路 n第一节第一节 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路n第二节第二节 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路n第三节第三节 单相桥式半控整流电路单相桥式半控整流电路n本章小结本章小结第一节第一节 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路可控整流电路常带的负载有可控整流电路常带的负载有电阻电阻、电感电感和和反电动势反电动势三种。三种。 电阻性负载电阻性负载如电解、电镀等。如电解、电镀等。 电感性负载电感性负载如各类电机的励磁绕组、输出串接平如各类电机的励磁绕组、输出串接平 波电抗器的负载等波电抗器的负载等 。 反电动势反电动势如蓄电池、直流电动机的电枢等

3、。如蓄电池、直流电动机的电枢等。同一整流电路，负载不同，差距很大。同一整流电路，负载不同，差距很大。 第一节第一节 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路T一、电阻性负载一、电阻性负载（控制角控制角）：从晶闸管开始承受正从晶闸管开始承受正 向电压，到其加上触发向电压，到其加上触发 脉冲的这一段时间所对脉冲的这一段时间所对 应的电角度应的电角度。 （导通角导通角 ）：晶闸管在一个周期内晶闸管在一个周期内 导通的电角度导通的电角度 。T此电路中此电路中 ：tUusin222图图2-1 单相半波可控整流带电阻性负载单相半波可控整流带电阻性负载第一节第一节 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路电

4、阻负载的特点是电阻负载的特点是电压与电流成正比，两者波形形状相同电压与电流成正比，两者波形形状相同。通过控制触发脉冲的通过控制触发脉冲的相位相位来控制直流输出电压大小的方式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。称为相位控制方式，简称相控方式。 基本数量关系基本数量关系 直流输出电压平均值直流输出电压平均值 当当 =0时，时，Ud0=0.45U2 最大最大; 随着随着 增大，增大， Ud减小；减小； =180 时，时，Ud=0。 移相范围移相范围为为0180 。 21450122221222cosU.)cos(U)t(tdsinUUd（2-1）一、电阻性负载一、电阻性负载

5、第一节第一节 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路直流输出电流平均值直流输出电流平均值 2cos145. 02RURUIddd（2-2）负载上得到的直流输出电压有效值负载上得到的直流输出电压有效值U和电流有效值和电流有效值I分别为：分别为： 42sin2)()sin(221222UtdtUU42sin22ddRURUI（2-3）（2-4）一、电阻性负载一、电阻性负载第一节第一节 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路流过晶闸管的电流平均值和有效值分别为：流过晶闸管的电流平均值和有效值分别为： （2-5）（2-6）（2-8）2cos145. 02dddddTRURUII42sin222dT

6、RUIII晶闸管可能承受的正反向峰值电压均为晶闸管可能承受的正反向峰值电压均为 ：22UUTM一、电阻性负载一、电阻性负载第一节第一节 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路变压器的容量为：变压器的容量为： （2-9）电路的功率因数为：电路的功率因数为： 22IUS 42sin2cos222IUUIIUUISP例例2.1 一、电阻性负载一、电阻性负载第一节第一节 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路)(1RLtgT二、电感性负载二、电感性负载1.无续流二极管无续流二极管电感负载的特点是电感对电流变化有抗拒电感负载的特点是电感对电流变化有抗拒作用，使得流过电感的电流作用，使得流过电感的电流

7、不能发生突变不能发生突变。由于电感的存在，延迟了由于电感的存在，延迟了VT的关断的关断时刻，使时刻，使ud波形出现负的部分，与带电波形出现负的部分，与带电阻负载时相比其平均值阻负载时相比其平均值Ud下降。下降。负载阻抗角：负载阻抗角：若若为定值，为定值， 愈大愈大 愈小愈小 若若 为定值为定值, , 愈大愈大 愈大愈大 T大电感负载，即大电感负载，即L Ld dR Rd d（一般一般1010倍倍以上）时，以上）时，u ud d波形中的负面积接近正面积，波形中的负面积接近正面积， Ud 0 0。 图图2-2 单相半波可控整流电路带电感性负载单相半波可控整流电路带电感性负载第一节第一节 单相半波可

8、控整流电路单相半波可控整流电路二、电感性负载二、电感性负载2. 加续流二极管加续流二极管VDR 电路分析电路分析若若电感电感足够大（大电感），足够大（大电感），id连续连续，且且id波形接近一条水平线波形接近一条水平线 。基本数量关系基本数量关系直流输出电压平均值和电流平均值直流输出电压平均值和电流平均值（2-1）2cos145. 02UUd2cos145. 02RURUIddd（2-2）与阻性负载时相同，与阻性负载时相同， 但但id波形不同。波形不同。图图2-3 单相半波可控整流电路带电感性负载单相半波可控整流电路带电感性负载 加续流流二极管加续流流二极管第一节第一节 单相半波可控整流电路单

9、相半波可控整流电路二、电感性负载二、电感性负载2. 加续流二极管加续流二极管VDR（2-10）（2-11）流过晶闸管的电流平均值和有效值分别为：流过晶闸管的电流平均值和有效值分别为： ddTdTIII222)(212ddTItdII流过续流二极管的电流平均值和有效值分别为：流过续流二极管的电流平均值和有效值分别为： ddDRdDRIII222)(2102ddDRItdII（2-13）（2-12）第一节第一节 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路二、电感性负载二、电感性负载2. 加续流二极管加续流二极管VDR晶闸管承受的最大正反向电压晶闸管承受的最大正反向电压UTM仍为仍为 ；而续流二；而续

10、流二极管承受的最大反向电压极管承受的最大反向电压UDM也为也为 。晶闸管的最大移。晶闸管的最大移相范围仍是相范围仍是0-180。 22U22U单相半波可控整流电路的特点是简单，但输出脉动大；转换单相半波可控整流电路的特点是简单，但输出脉动大；转换效率低；变压器二次侧电流中含直流分量，造成变压器铁芯效率低；变压器二次侧电流中含直流分量，造成变压器铁芯直直流磁化流磁化。为使变压器铁芯不饱和，需增大铁芯截面积，增大了。为使变压器铁芯不饱和，需增大铁芯截面积，增大了设备的容量。设备的容量。桥式电路。桥式电路。 第二节第二节 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路一、电阻性负载一、电阻性负载2cos1

11、9 . 02cos122)(sin21222UUttdUUd2cos19 . 02ddddRURUI（2-14）（2-15）是半波电路输出的两倍是半波电路输出的两倍 。 的移相范围也是的移相范围也是0-180。图图2-4 单相桥式全控整流电路带电阻性负载单相桥式全控整流电路带电阻性负载第二节第二节 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路一、电阻性负载一、电阻性负载（2-16）（2-17）22sin)()sin(21222UtdtUU22sin2ddRURUI2cos145. 0212dddTRUIIIRUtdtRUIddT2142sin2)(sin22122222sin22ddRURUII2

12、2IUS （2-15）（2-19）（2-20）（2-21）第二节第二节 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路二、电感性负载二、电感性负载（大电感）（大电感）电路分析电路分析 负载电感很大，负载电感很大，id不能突变且波形近不能突变且波形近似为一条水平线。似为一条水平线。 在在u2正半周期正半周期, 触发角触发角 处给晶闸管处给晶闸管VT1和和VT4加触发脉冲使其开通，加触发脉冲使其开通，ud=u2。 u2过零变负时，由于电感的作用晶闸过零变负时，由于电感的作用晶闸管管VT1和和VT4中仍流过电流中仍流过电流id，并不关断。，并不关断。 t= + 时刻，触发时刻，触发VT2和和VT3，VT2

13、和和VT3导通，导通，u2通过通过VT2和和VT3 3分别向分别向VT1和和VT4施加反压使施加反压使VT1和和VT4关断，流过关断，流过VT1和和VT4的电流迅速转移到的电流迅速转移到VT2和和VT3上，上，此过程称为此过程称为换相换相，亦称，亦称换流换流。 图图2-5 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路带电感性负载带电感性负载第二节第二节 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路二、电感性负载二、电感性负载（大电感）（大电感）基本数量关系基本数量关系 直流输出电压的平均值直流输出电压的平均值Ud： 当当 =0时，时，Ud0=0.9U2; =90 时，时，Ud=0。晶闸管。晶闸管移相范

14、围移相范围为为090 。 直流输出电流的平均值直流输出电流的平均值Id为为: cos9 . 0cos22)(sin21222UUttdUUdcos9 . 02ddddRURUI（2-22）（2-23）第二节第二节 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路二、电感性负载二、电感性负载（大电感）（大电感）流过晶闸管的电流的平均值和有效值分别为流过晶闸管的电流的平均值和有效值分别为: 流过变压器二次侧绕组的电流有效值流过变压器二次侧绕组的电流有效值 晶闸管可能承受的正反向峰值电压为晶闸管可能承受的正反向峰值电压为ddTII21dTII21dII 22UUTM（2-21）（2-26）（2-25）为了扩

15、大移相范围，去掉输出电压的负值，提高为了扩大移相范围，去掉输出电压的负值，提高Ud的值，可以在的值，可以在 负载两端并联续流二极管。负载两端并联续流二极管。例例2.2 第二节第二节 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路三、三、反动势负载反动势负载 （2-27）电路分析电路分析 |u2|E时，才有晶闸管承受时，才有晶闸管承受正电压，有导通的可能。正电压，有导通的可能。 晶闸管导通之后，晶闸管导通之后，ud=u2， ，直至，直至|u2|=E，id即降至即降至0使得晶闸管关断，此后使得晶闸管关断，此后ud=E。 与电阻负载时相比，晶闸管与电阻负载时相比，晶闸管提前了提前了电角度电角度 停止导电，

16、停止导电， 称为称为停止导电角停止导电角。 REuidd22arcsinUE图图2-8 单相桥式全控整流电路带反电动势单相桥式全控整流电路带反电动势第二节第二节 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路三、三、反动势负载反动势负载 当当 时，触发脉冲到来时，晶闸管承受负电压，时，触发脉冲到来时，晶闸管承受负电压，不可能导通不可能导通。 触发脉冲有足够的宽度，保证当触发脉冲有足够的宽度，保证当 t= 时刻有晶闸管开始承受时刻有晶闸管开始承受正电压时，触发脉冲仍然存在。这样，相当于正电压时，触发脉冲仍然存在。这样，相当于触发角被推迟为触发角被推迟为 。 在在 角相同时，整流输出电压比电阻负载时大。

17、角相同时，整流输出电压比电阻负载时大。可见：可见：E 减小减小 id 断续。断续。T电流断续电流断续 id波形在一周期内有部分时间为波形在一周期内有部分时间为0的情况，称为的情况，称为电流断续电流断续。 负载为直流电动机时，如果出现电流断续，则电动机的负载为直流电动机时，如果出现电流断续，则电动机的机械特性机械特性将很软。将很软。 为了克服此缺点，一般在主电路中直流输出侧串联一个为了克服此缺点，一般在主电路中直流输出侧串联一个平波电抗平波电抗器器Ld 。第二节第二节 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路三、三、反动势负载反动势负载 Ld 够大够大 id连续。连续。电流连续时，电流连续时，U

18、d的计算与电感负载时的计算与电感负载时一样。一样。为保证电流连续，所需回路的电感量：为保证电流连续，所需回路的电感量： 电流连续电流连续min23min21087. 222ddIUIUL（2-29）REUIdd（2-28）图图2-9 单相桥式全控整流电路带反电动势负载单相桥式全控整流电路带反电动势负载串平波电抗器串平波电抗器第二节第二节 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路三、三、反动势负载反动势负载 例：单相桥式全控整流电路，例：单相桥式全控整流电路，U2=100V，负载中，负载中R=2，L值极大，值极大，反电势反电势E=60V，当，当 =30 时，要求：时，要求： 作出作出ud、id和

19、和i2的波形；的波形； 求整流输出平均电压求整流输出平均电压Ud、电流、电流Id，变压器二次侧电流有效，变压器二次侧电流有效I2； 考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。解：解：ud、id和和i2的波形如图所示：的波形如图所示： u2OtOtOtudidi2OtIdIdId 第二节第二节 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路22三、三、反动势负载反动势负载 整流输出平均电压整流输出平均电压Ud、电流、电流Id，变压器二次侧电流有效值，变压器二次侧电流有效值I2分别为分别为 Ud0.9 U2 cos 0.9100cos3077.97(A)

20、 Id (UdE)/R(77.9760)/29(A) I2Id9(A) 晶闸管承受的最大反向电压为：晶闸管承受的最大反向电压为： U2100 141.4（V） 流过每个晶闸管的电流的有效值为：流过每个晶闸管的电流的有效值为： IVTId 6.36（A） 故晶闸管的额定电压为：故晶闸管的额定电压为： UN(23)141.4283424（V） 晶闸管的额定电流为：晶闸管的额定电流为： IN(1.52)6.361.5768（A） 晶闸管额定电压和电流的具体数值可按晶闸管产品系列参数选取。晶闸管额定电压和电流的具体数值可按晶闸管产品系列参数选取。2第三节第三节 单相桥式半控整流电路单相桥式半控整流电路

21、一、电阻性负载一、电阻性负载（2-30） （2-31）计算公式与全控桥带电阻性负载时一样。计算公式与全控桥带电阻性负载时一样。不同点：不同点： （1）晶闸管所承受的最大正、反向）晶闸管所承受的最大正、反向电压均为电压均为 。 （2）流过整流二极管的电流平均值）流过整流二极管的电流平均值和有效值与流过晶闸管的电流平均值和和有效值与流过晶闸管的电流平均值和有效值是一样的。即：有效值是一样的。即：22U2cos145. 02RUIIdTdDIRUIITD2142sin22图图2-10 单相桥式半控整流电路带电阻性负载单相桥式半控整流电路带电阻性负载第三节第三节 单相桥式半控整流电路单相桥式半控整流电

22、路二、电感性负载二、电感性负载电路分析电路分析 每一个每一个导电回路导电回路由由1个晶闸管个晶闸管和和1个二极管个二极管构成。构成。 晶闸管在触发时刻换流，二极管晶闸管在触发时刻换流，二极管则在则在u2过零时换流；电路本身就具有过零时换流；电路本身就具有自然续流作用。所以，即使没有续流自然续流作用。所以，即使没有续流二极管，输出也没有负电压，与全控二极管，输出也没有负电压，与全控桥电路时不一样。桥电路时不一样。 在触发不正常时，电路会发生在触发不正常时，电路会发生失失控现象控现象。 图图2-11 单相桥式半控整流电路带电感性负载单相桥式半控整流电路带电感性负载第三节第三节 单相桥式半控整流电路

23、单相桥式半控整流电路二、电感性负载二、电感性负载失控现象失控现象 当当 突然增大至突然增大至180 或触发脉冲丢失或触发脉冲丢失时，会发生一个晶闸时，会发生一个晶闸管持续导通而两个二极管轮流导通的情况，这使管持续导通而两个二极管轮流导通的情况，这使ud成为成为正弦半正弦半波波，即半周期，即半周期ud为正弦，另外半周期为正弦，另外半周期ud为零，其平均值保持恒为零，其平均值保持恒定，相当于单相半波不可控整流电路时的波形，称为定，相当于单相半波不可控整流电路时的波形，称为失控失控。相。相应波形如应波形如图图2-12所示。所示。 为解决失控现象为解决失控现象并接续流二极管并接续流二极管VDR 。加加

24、续流二极管续流二极管VDR后，续流过程由后，续流过程由VDR完成，避免了失控的现象。完成，避免了失控的现象。图图2-12 单相桥式半控整流电路带电感性负载时的失控现象单相桥式半控整流电路带电感性负载时的失控现象第三节第三节 单相桥式半控整流电路单相桥式半控整流电路二、电感性负载二、电感性负载加续流二极管加续流二极管VDR Ud和和Id的计算与阻性负载时一样的计算与阻性负载时一样ddDdTIII2dDTIII2dddDRIII22dDRII（2-32）（2-33）（2-34）（2-35）图图2-13 单相桥式半控整流电路带电感性负载单相桥式半控整流电路带电感性负载加续流二极管加续流二极管第三节第

25、三节 单相桥式半控整流电路单相桥式半控整流电路三、反电动势负载三、反电动势负载电流连续电流连续 电流连续电流连续电流断续电流断续2cos19 . 02UUdDddREUI例例2.3 图图2-14 单相桥式半控整流电路带反电动势负载单相桥式半控整流电路带反电动势负载第三节第三节 单相桥式半控整流电路单相桥式半控整流电路单相桥式半控整流电路的另一种接法单相桥式半控整流电路的另一种接法 相当于把图相当于把图2-4(a)中的中的VT3和和VT4换为二极管换为二极管VD3和和VD4，这样可以，这样可以省去续流二极管省去续流二极管VDR，续流由续流由VD3和和VD4来实现来实现。 这种接法的两个晶闸管这种

26、接法的两个晶闸管阴极电位阴极电位不同，二者的触发电路需要不同，二者的触发电路需要隔离隔离。图图2-15 晶闸管串联的单相桥式晶闸管串联的单相桥式 半控整流电路半控整流电路图图2-4 (a)单相桥式单相桥式全控整流全控整流电路电路本章小结本章小结主讲了单相半波可控、单相桥式全控和单相桥式半控整流电路。其主讲了单相半波可控、单相桥式全控和单相桥式半控整流电路。其中最基本的是单相半波可控整流电路，而最常用的是单相桥式全控整中最基本的是单相半波可控整流电路，而最常用的是单相桥式全控整流电路。流电路。 分析了可控整流电路带不同负载时的工作情况，重点要掌握工作波分析了可控整流电路带不同负载时的工作情况，重

27、点要掌握工作波形的特点。形的特点。 可控整流电路的输出电压波形为脉动直流，半波电路一个电源可控整流电路的输出电压波形为脉动直流，半波电路一个电源周期输出周期输出1个个波头（波头（Ud0=0.45U2），桥式电路一个电源周期输出），桥式电路一个电源周期输出2个个波波头（头（Ud0=0.9U2）。在触发换相时输出电压波形发生突变。）。在触发换相时输出电压波形发生突变。 电阻性负载的输出电流与电压波形相同，电阻性负载的输出电流与电压波形相同，可以突变可以突变。 电感性负载的输出电流不能突变，大电感时近似为电感性负载的输出电流不能突变，大电感时近似为一条直线一条直线。 反电动势负载加足够大的平波电抗器后与大电感负载时的工作反电动势负载加足够大的平波电抗器后与大电感负载时的工作波形相同波形相同。可控整流电路需要计算的基本参量有可控整流电路需要计算的基本参量有Ud、Id、IdT、IT、IdD、ID、IdDR 、 IDR 、UTM 、UDM 、I2 、S2 、cos。