电力电子技术项目化教程配套课件22-知识点1：单相桥式可控整流电路.pptx

1、020405知识点2：单相桥式可控整流电路01知识点引入扩展知识点：三相可控整流及有源逆变电路扩展知识点：同步触发电路目目 录录Contents03知识点3：单相桥式有源逆变电路02.知识点：单相桥式可控整流电路2.2.1 2.2.1 单相桥式全控整流电单相桥式全控整流电路路 在日常生产与生活中经常需要用到电压可调的直流电源，如电机在日常生产与生活中经常需要用到电压可调的直流电源，如电机调速、同步电机励磁、电焊、电镀等。用晶闸管组成的相控整流电路，调速、同步电机励磁、电焊、电镀等。用晶闸管组成的相控整流电路，可以方便地把交流电变换成大小可调的直流电，具有体积小、重量轻、可以方便地把交流电变换成

2、大小可调的直流电，具有体积小、重量轻、效率高及控制灵敏等优点，并且已获得广泛应用。当电路所接负载性效率高及控制灵敏等优点，并且已获得广泛应用。当电路所接负载性质不同时，具有不同的工作特性，下面分别进行介绍。质不同时，具有不同的工作特性，下面分别进行介绍。（）（）电路结构电路结构单相桥式整流电路与上一课题所学习的单相半波可控整流电路相比有以下优点：单相桥式整流电路输出的直流电压、电流脉冲程度比单相半波整流电路输出的直流电压、电流小，且可以改善变压器存在的直流磁化的现象。单相桥式全控整流电路电阻性负载R Ru u2 2u ud d1 12 23 34 4a ab bi i2 2i id d1.电阻

3、性负载u u2 2ttu ud dtt22u uT1T1tt22i i2 2tt22R Ru u2 2u ud d1 12 23 34 4a ab bi i2 2i id d晶闸管承受的最大正向压降为晶闸管承受的最大正向压降为 2/22U晶闸管承受的最大反向压降为晶闸管承受的最大反向压降为22U单相桥式整流电路带电阻性负载工作波形如图所示单相桥式整流电路带电阻性负载工作波形如图所示：U Ud d I I2 2 U UT1T11.电阻性负载(2)(2)工作原理工作原理 一般利用波形图来分析变流电路的工作原理，当单相桥式全控整流电路输出端接电阻性负载Rd时，得到输出电压Ud和输出电流id波形、晶闸

4、管VT1、VT4两端电压UT1、4波形及流过变压器二次绕组电i2波形，图2-5b）所示。从图中可看出，负载上的直流电压输出波形比单相半波时多了一倍，当晶闸管的控制角可在0180的范围内调节时，输出电压在最大值到最小值之间连续可调，也就是触发脉冲的移相范围为（0180），晶闸管的导通角为。晶闸管承受的最大反向电压为，而其承受的最大正向电压为 。222U1.电阻性负载(3)(3)基本物理量基本物理量 单相全控桥式整流电路带电阻性负载电路参数的计算：单相全控桥式整流电路带电阻性负载电路参数的计算：输出电压平均值的计算公式：输出电压平均值的计算公式：负载电流平均值的计算公式：负载电流平均值的计算公式：

5、输出电压的有效值的计算公式：输出电压的有效值的计算公式：2cos19.0)(sin2122UttdUUd2cos19.02ddddRURUI2sin21)()sin2(1222UtdtUUu u2 2ttu ud dtt22i i2 2tt221.电阻性负载1.电阻性负载 负载电流有效值的计算公式：负载电流有效值的计算公式：流过一只可关断晶闸管（流过一只可关断晶闸管（GTOGTO）的电流的平均值的计算公式：）的电流的平均值的计算公式：流过一只流过一只GTOGTO的电流的有效值的计算公式：的电流的有效值的计算公式：GTOGTO可能承受的最大电压为：可能承受的最大电压为：2sin212dRUI2c

6、os145.0212dddTRUIIIRUtdtRUIddT2122sin41)()sin2(2122222UUTM 将图将图2-5a2-5a）电路结构）电路结构中的负载改为一个电阻与中的负载改为一个电阻与一个电感串联，则可成为一个电感串联，则可成为单相桥式全控整流电路带单相桥式全控整流电路带阻感性负载的电路，如图阻感性负载的电路，如图2-6a2-6a）所示。我们假设电）所示。我们假设电路电感很大，输出电流连路电感很大，输出电流连续，电路处于稳态。续，电路处于稳态。2.电感性负载 负载电流有效值的计算公式：负载电流有效值的计算公式：流过一只可关断晶闸管（流过一只可关断晶闸管（GTOGTO）的电

7、流的平均值的计算公式：）的电流的平均值的计算公式：流过一只流过一只GTOGTO的电流的有效值的计算公式：的电流的有效值的计算公式：GTOGTO可能承受的最大电压为：可能承受的最大电压为：2sin212dRUI2cos145.0212dddTRUIIIRUtdtRUIddT2122sin41)()sin2(2122222UUTM2.电感性负载2.电感性负载 为了扩大移相范围，去掉输出电压的负值，提高Ud的值，也可以在负载两端并联续流二极管，如图27所示。接了续流二极管以后，的移相范围可以扩大到0180。例2-1 单相全控桥式整流电路接大电感负载，已知U2=100V，R=10，=45，负载端不接续

8、流二极管，计算输出整流电压、电流平均值及晶闸管电流有效值。解：单相全控桥式整流电路接大电感负载，负载端不接续流二极管 输出电压平均值为：0.91000.70763.7(V)输出直流电流平均值为 (A)晶闸管电流的有效值为 =4.5(A)2.电感性负载cos9.0cos22.sin222222UUtdtUUd37.6RUIddtdIIdV.2121dI213.反电动势负载 反电动势负载的整流电路结构及其工作波形如图反电动势负载的整流电路结构及其工作波形如图2-82-8所示，下面介绍整所示，下面介绍整流电路中负载为反电动势负载时的工作情况有什么不同。流电路中负载为反电动势负载时的工作情况有什么不同

9、。反电动势负载可控整流电路反电动势负载可控整流电路 a)a)反电动势负载的整流电路结构反电动势负载的整流电路结构 b)b)反电动势时的波形反电动势时的波形 b)idE3.反电动势负载 实际电路中的负载可能不仅仅含有电阻和电感，也有可能是一个直流电动实际电路中的负载可能不仅仅含有电阻和电感，也有可能是一个直流电动势，当负载为蓄电池、直流电动机的电枢（忽略其中的电感）等时，负载可看成势，当负载为蓄电池、直流电动机的电枢（忽略其中的电感）等时，负载可看成一个直流电压源，对于整流电路，它们就是反电动势负载。反电动势负载还出现一个直流电压源，对于整流电路，它们就是反电动势负载。反电动势负载还出现在电磁线

10、圈中，如继电器线圈、电磁阀、接触器线圈等。通常情况下，只要存在在电磁线圈中，如继电器线圈、电磁阀、接触器线圈等。通常情况下，只要存在电能与磁能转化的电气设备中，在断电的瞬间，均会有反电动势，反电动势有许电能与磁能转化的电气设备中，在断电的瞬间，均会有反电动势，反电动势有许多危害，如果控制不好，可能会损坏电气元件。多危害，如果控制不好，可能会损坏电气元件。如果电动机工作中由于机械阻力过大而停止转动，这时没有了反电动势，如果电动机工作中由于机械阻力过大而停止转动，这时没有了反电动势，电阻很小的线圈直接接在电源两端，电流会很大，很容易烧毁电动机。电阻很小的线圈直接接在电源两端，电流会很大，很容易烧毁

11、电动机。当电动机所接电源电压比正常电压低很多时，此时电动机线圈也不转动，当电动机所接电源电压比正常电压低很多时，此时电动机线圈也不转动，无反电动势产生，电动机也很容易烧坏。无反电动势产生，电动机也很容易烧坏。3.反电动势负载 （1 1）纯电阻纯电阻+反电势负载反电势负载 停止导电角停止导电角 当当时，为了使晶闸管可靠导通，要求触发脉冲有足够的宽度，时，为了使晶闸管可靠导通，要求触发脉冲有足够的宽度，保证保证t t=时，触发脉冲仍然存在。时，触发脉冲仍然存在。R Ru u2 2u ud d1 12 23 34 4a ab bi i2 2i id dE Eu ud dtt2 2E E212sinU

12、E3.反电动势负载（2 2）阻感）阻感+反电势负载反电势负载 u ud dtt2 2u u2 2ttE ER Ru u2 2u ud d1 12 23 34 4a ab bi i2 2i id dE EL L+-cosU9.0U2dREUIdd/2.2.2 2.2.2 单相桥式半控整流电路单相桥式半控整流电路 在单相桥式全控整流电路中，由于每次都要同时触发两只晶闸管，在单相桥式全控整流电路中，由于每次都要同时触发两只晶闸管，因此线路较为复杂。为了简化电路，实际上可以采用一只晶闸管来控因此线路较为复杂。为了简化电路，实际上可以采用一只晶闸管来控制导电回路，然后用一只整流二极管来代替另一只晶闸管。

13、所以把图制导电回路，然后用一只整流二极管来代替另一只晶闸管。所以把图2 25 5中的中的VT3VT3和和VT4VT4换成二极管换成二极管VD3VD3和和VD4VD4，就形成了单相桥式半控整流，就形成了单相桥式半控整流电路，下面介绍单相桥式半控整流电路带不同负载时的工作情况。电路，下面介绍单相桥式半控整流电路带不同负载时的工作情况。单相桥式半控整流电路带电阻性负载时的电路如图单相桥式半控整流电路带电阻性负载时的电路如图2 21111所示。工作所示。工作情况同桥式全控整流电路相似，两只晶闸管仍是共阳极连接，即使同时触情况同桥式全控整流电路相似，两只晶闸管仍是共阳极连接，即使同时触发两只管子，也只能

14、是阳极电位高的晶闸管导通。而两只二极管是共阳极发两只管子，也只能是阳极电位高的晶闸管导通。而两只二极管是共阳极连接，总是阴极电位低的二极管导通，因此，在电源连接，总是阴极电位低的二极管导通，因此，在电源u2u2正半周一定是正半周一定是VD4VD4正偏，在正偏，在u2u2负半周一定是负半周一定是VD3VD3正偏。所以，在电源正半周时，触发晶闸管正偏。所以，在电源正半周时，触发晶闸管VT1VT1导通，二极管导通，二极管VD4VD4正偏导通，电流由电源正偏导通，电流由电源a a端经端经VT1VT1和负载和负载RdRd及及VD4VD4，回，回电源电源b b端，若忽略两管的正向导通压降，则负载上得到的直

15、流输出电压就端，若忽略两管的正向导通压降，则负载上得到的直流输出电压就是电源电压是电源电压u2u2，即，即ud=u2ud=u2。在电源负半周时，触发。在电源负半周时，触发VT2VT2导通，电流由电源导通，电流由电源b b端经端经VT2VT2和负载和负载RdRd及及VD3VD3，回电源，回电源a a端，输出仍是端，输出仍是ud=u2ud=u2，只不过在负载上的，只不过在负载上的方向没变。在负载上得到的输出波形（如图方向没变。在负载上得到的输出波形（如图2 211b)11b)所示）与全控桥带电所示）与全控桥带电阻性负载时是一样的。阻性负载时是一样的。1.电阻性负载 由图由图2-112-11与图与图

16、2-52-5对比可见，带电阻性对比可见，带电阻性负载时，单相桥式半负载时，单相桥式半控整流电路与单相桥控整流电路与单相桥式全控整流电路的式全控整流电路的UdUd、idid、i2i2等物理量的波等物理量的波完全相同，计算公式完全相同，计算公式也相同，这里不再重也相同，这里不再重复说明。复说明。1.电阻性负载单相桥式半控整流电路带电阻性负载图 单相桥式半控整流电单相桥式半控整流电路带电感性负载时的电路路带电感性负载时的电路如图如图2 21212所示。在交流电所示。在交流电源的正半周区间内，二极源的正半周区间内，二极管管VD4VD4处于正偏状态，在相处于正偏状态，在相当于控制角的时刻给晶闸当于控制角

17、的时刻给晶闸管加脉冲，则电源由管加脉冲，则电源由a a端经端经VT1VT1和和VD4VD4向负载供电，负向负载供电，负载上得到的电压载上得到的电压ud=u2ud=u2，方，方向为上正下负。向为上正下负。2.电感性负载单相桥式半控整流电路带电感性负载图a)电路图 b)波形图 这个电路输出电压的波形这个电路输出电压的波形与带电阻性负载时一样。但直流与带电阻性负载时一样。但直流输出电流的波形由于电感的平波输出电流的波形由于电感的平波作用而变为一条直线。因此可知作用而变为一条直线。因此可知单相桥式半控整流电路带大电感单相桥式半控整流电路带大电感负载时的工作特点是：晶闸管在负载时的工作特点是：晶闸管在触

18、发时刻换流，二极管则在电源触发时刻换流，二极管则在电源过零时刻换流；电路本身就具有过零时刻换流；电路本身就具有自然续流作用，负载电流可以在自然续流作用，负载电流可以在电路内部换流，所以，即使没有电路内部换流，所以，即使没有续流二极管，输出也没有负电压，续流二极管，输出也没有负电压，与全控桥电路时不一样。与全控桥电路时不一样。2.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图a)电路图 b)波形图加了续流二极管后，单相全控桥式整流电路带电感性负载电路参数计算如下：加了续流二极管后，单相全控桥式整流电路带电感性负载电路参数计算如下：输出电压平均值的计算公式：输出电压平均值的计算公式：的移

19、相范围是的移相范围是0 0180180。负载电流平均值的计算公式：负载电流平均值的计算公式：流过一只晶闸管和整流二极管的电流的平均值和有效值的计算公式：流过一只晶闸管和整流二极管的电流的平均值和有效值的计算公式：2.电感性负载2cos19.02UUd2cos19.02ddddRURUIddDdTIII2dDTIII2 流过续流二极管的电流的平均值和有效值分别为：流过续流二极管的电流的平均值和有效值分别为：晶闸可能承受的最大电压为：晶闸可能承受的最大电压为：2.电感性负载dddDRIII22dDRII22UUTM 例2-2 桥式半控整流电路接大电感负载，负载端接续流二极管V4，已知U2=100V

20、，R=10，=45：(1)计算输出整流电压、电流平均值及晶闸管、续流二级管电流有效值；(2)画出ud、id、iT1、iDR及变压器次级电流i2的波形。解：负载端接续流二极管V4时 输出电压平均值 输出直流电流平均值为 晶闸管与整流二极管电流的有效值IT为 续流二极管电流的有效值IVD为 =变压器二次电流的有效值I2为 2.电感性负载8.76854.01009.02cos19.0.sin22222UttdUUd68.7RUIddddTTItdIII2.2122170.468.7360135ddVDItdII02.2284.368.718045dddItdIII.2122265.670.4221VI2.2.电感性负载电感性负载L LR Ru u2 2u ud d1 12 23 34 4a ab bi i2 2i id d+-u u2 2ttu ud dtt2 2u ud dtt2 2失控现象失控现象2.2.电感性负载电感性负载R Ru u2 21 12 23 34 4a ab bi i2 2i id dL L+-VDVDR Ru ud dttu ud dtt2 2T T1414T T1414T T2323V VDRDRV VDRDRV VDRDR加续流二极管克服失控现象加续流二极管克服失控现象u u2 2tt谢谢 谢谢