第3章-电力电子技术2整流电路课件.ppt
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- 电力 电子技术 整流 电路 课件
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1、电力电子技术及其应用概论(校选课)电力电子技术及其应用概论(校选课)1电力电子技术及其应用概论电力电子技术及其应用概论Introduction to Power Electronics and its Application机械工程及自动化学院机械工程及自动化学院 机电工程系机电工程系陈硕()办公地点:机械楼办公地点:机械楼 北北405405电力电子技术及其应用概论(校选课)电力电子技术及其应用概论(校选课)2第三章第三章 电力电子器件、变换电路及其应用电力电子器件、变换电路及其应用1.1.半导体器件的工作原理半导体器件的工作原理2.2.电力电子器件介绍电力电子器件介绍3.3.交流交流直流变换
2、电路(整流电路)直流变换电路(整流电路)4.4.直流直流交流变换电路(逆变电路)交流变换电路(逆变电路)电力电子技术及其应用概论(校选课)电力电子技术及其应用概论(校选课)3由由控制电路控制电路、驱动电路驱动电路、保护电路保护电路 和以和以电力电子器件电力电子器件为核心的为核心的主电路主电路组成。组成。电力电子器件在实际应用中的系统组成电力电子器件在实际应用中的系统组成控控制制电电路路检测检测电路电路驱动驱动电路电路RL主电路主电路V1V2保护保护电路电路在主电路在主电路和控制电和控制电路中附加路中附加一些电路,一些电路,以保证电以保证电力电子器力电子器件和整个件和整个系统正常系统正常可靠运行
3、可靠运行利用电力电子器件的系统组成利用电力电子器件的系统组成电气隔离电气隔离控控制制电电路路电力电子技术及其应用概论(校选课)电力电子技术及其应用概论(校选课)43 3 整流电路整流电路引言引言整流电路的分类: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电路桥式电路和和零式电路零式电路。按交流输入相数分为按交流输入相数分为单相电路单相电路和和多相电路多相电路。按变压器二次侧电流的方向是单向或双向,又分按变压器二次侧电流的方向是单向或双向,又分为为单拍电路单拍电路和和双拍电路双拍电路。整流电路:整流电路:出现
4、最早的电力电子电路,将出现最早的电力电子电路,将交流电变为直流电交流电变为直流电。电力电子技术及其应用概论(校选课)电力电子技术及其应用概论(校选课)5内容:内容:3.1 3.1 利用功率二极管的整流电路利用功率二极管的整流电路3.2 3.2 相控整流电路相控整流电路 3.2.1 3.2.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路 3.2.2 3.2.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路 不间断电源(不间断电源(UPSUPS)3.2.3 3.2.3 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路 3.2.4 3.2.4 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路 3.3 3.3 电容滤波的不
5、可控整流电路电容滤波的不可控整流电路3.4 3.4 整流电路的应用整流电路的应用 3.4.1 3.4.1 直流电动机调速原理直流电动机调速原理 3.4.2 3.4.2 直流变速空调工作原理直流变速空调工作原理 电力电子技术及其应用概论(校选课)电力电子技术及其应用概论(校选课)6功率二极管整流功率二极管整流3.1 利用功率二极管的整流电路利用功率二极管的整流电路功率二极管特性功率二极管特性设为理想设为理想+-+-+i电感容量足够大电感容量足够大+:D1、D4 导通导通+:D2、D3 导通导通不可控不可控电力电子技术及其应用概论(校选课)电力电子技术及其应用概论(校选课)7单相半波可控整流单相半
6、波可控整流3.2 相控整流电路相控整流电路单相半波可控整流电路及波形单相半波可控整流电路及波形1 1)带电阻负载的工作情况)带电阻负载的工作情况变压器变压器T起变换起变换电压和电气隔离电压和电气隔离的作用。的作用。电阻负载的特电阻负载的特点点:电压与电流:电压与电流成正比,两者波成正比,两者波形相同。形相同。3.2.1 单相半波可控整流电流单相半波可控整流电流TVTRa)u1u2uudidVTugw ww ww ww wt0w w t1p p2p ptttu2uguduVTa aq q0b)c)d)e)00电力电子技术及其应用概论(校选课)电力电子技术及其应用概论(校选课)8 VT VT的的a
7、 a 移相范围为移相范围为180。通过控制触发脉冲的相位来控制直流输出电压大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小的方式称为相位控制方式相位控制方式,简称,简称相控方式相控方式。首先,引入两个重要的基本概念:首先,引入两个重要的基本概念:触发延迟角触发延迟角:从晶闸管开始承受正向阳极电压起:从晶闸管开始承受正向阳极电压起到施加触发脉冲止的电角度到施加触发脉冲止的电角度,用用a a表示表示,也称也称触发角触发角或或控制角控制角。导通角导通角:晶闸管在一个电源周期中处于通态的电:晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度,用角度,用 表示表示。基本数量关系基本数量关系直流输出电压平均
8、值为直流输出电压平均值为单相半波可控整流单相半波可控整流paaapwwp2cos145.0)cos1(22)(sin221222dUUttdUU电力电子技术及其应用概论(校选课)电力电子技术及其应用概论(校选课)92)2)带阻感负载的工作情况带阻感负载的工作情况带阻感负载的单相半波电路波形带阻感负载的单相半波电路波形阻感负载的特点阻感负载的特点:电感对电流变化有电感对电流变化有抗拒作用,使得流抗拒作用,使得流过电感的电流不发过电感的电流不发生突变。生突变。讨论负载阻抗角讨论负载阻抗角j j、触发角、触发角a a、晶、晶闸管导通角闸管导通角 的的关系。关系。单相半波可控整流单相半波可控整流w w
9、ttw ww wtw wtw wu20w wt1p p2p ptug0ud0id0uVT0q qa ab)c)d)e)f)+电力电子技术及其应用概论(校选课)电力电子技术及其应用概论(校选课)10续流二极管续流二极管带阻感负载有续流二极管的电路及波形带阻感负载有续流二极管的电路及波形 当当u2过零变负过零变负时,时,VDVDR R导通,导通,ud为零,为零,VTVT承受反压关断。承受反压关断。L L储存的能量储存的能量保证了电流保证了电流id在在L-R-VDL-R-VDR R回回路中流通,此路中流通,此过程通常称为过程通常称为续流续流。a)单相半波可控整流单相半波可控整流u2udiduVTiV
10、TIdIdw wt1w wtw wtw wtw wtw wtw wtOOOOOOp p-a ap p+a ab)c)d)e)f)g)iVDR电力电子技术及其应用概论(校选课)电力电子技术及其应用概论(校选课)11VTVT的的a a 移相范围为移相范围为180180。简单,但输出脉动大,变压器二次侧电流中简单,但输出脉动大,变压器二次侧电流中含直流分量,造成变压器铁芯含直流分量,造成变压器铁芯直流磁化直流磁化。实际上很少应用此种电路。实际上很少应用此种电路。分析该电路的主要目的建立起整流电路的基分析该电路的主要目的建立起整流电路的基本概念。本概念。单相半波可控整流电路的特点单相半波可控整流电路的
11、特点单相半波可控整流单相半波可控整流电力电子技术及其应用概论(校选课)电力电子技术及其应用概论(校选课)123.2.2 3.2.2 单相桥式全控整流电流单相桥式全控整流电流1)带电阻负载的工作情况带电阻负载的工作情况单相全控桥式带电阻负载时的电路及波形单相全控桥式带电阻负载时的电路及波形工作原理及波形分析工作原理及波形分析VTVT1 1和和VTVT4 4组成一对桥组成一对桥臂,在臂,在u2正半周正半周承受电承受电压压u2,得到触发脉冲即,得到触发脉冲即导通,当导通,当u2过零时关断。过零时关断。VTVT2 2和和VTVT3 3组成另一对组成另一对桥臂,在桥臂,在u2负半周负半周承受承受电压电压
12、-u2,得到触发脉冲,得到触发脉冲即导通,当即导通,当u2过零时关过零时关断。断。电路结构电路结构a)单相全控桥式整流单相全控桥式整流+p pw wtw wtw wt000i2udidb)c)d)u(i)dda aa auVT1,4电力电子技术及其应用概论(校选课)电力电子技术及其应用概论(校选课)13数量关系数量关系2d2212 21cos1cos2sind()0.922UUUttUp pa aa aa aw ww wp pp p a a 角的移相范围为角的移相范围为180。向负载输出的平均电流向负载输出的平均电流值为:值为:流过晶闸管的电流平均值流过晶闸管的电流平均值 只有输出直流平均值的
13、一半(只有输出直流平均值的一半(一个周期内每个晶闸一个周期内每个晶闸管只有半个管只有半个 周期导通周期导通),即:),即:2dVTd11cos0.4522UIIRa a d2d1cos0.92UUIRRa a 单相全控桥式整流单相全控桥式整流p pw wtw wtw wt000i2udidb)c)d)u(i)dda aa auVT1,4电力电子技术及其应用概论(校选课)电力电子技术及其应用概论(校选课)142)带阻感负载的工作情况)带阻感负载的工作情况单相全控桥带阻感负载时的电路及波形单相全控桥带阻感负载时的电路及波形 假设电路已工作于稳态,假设电路已工作于稳态,id的平均值不变。的平均值不变
14、。假设负载电感很大,负载电假设负载电感很大,负载电流流id连续且波形近似为一水连续且波形近似为一水平线平线。u2过零变负时过零变负时,晶闸管,晶闸管VT1和和VT4并并不关断不关断。至至 t=+a a 时刻时刻,晶闸管,晶闸管VT1和和VT4关断,关断,VT2和和VT3两管导通两管导通。VT2和和VT3导通后,导通后,VT1和和VT4承受反压关断,流过承受反压关断,流过VT1和和VT4的电流迅速转移的电流迅速转移到到VT2和和VT3上,上,此过程称此过程称换相换相,亦称,亦称换流换流。单相全控桥式整流单相全控桥式整流+2w wtw wtw wtudidi2w wtw wtuVT1,4w wtw
15、 wtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4u电力电子技术及其应用概论(校选课)电力电子技术及其应用概论(校选课)15 数量关系数量关系d2221222sind()cos0.9cosUUttUUp pa aa aw ww wa aa ap pp p 晶闸管移相范围为晶闸管移相范围为90。晶闸管导通角晶闸管导通角与与a a无关,均无关,均为为180。电流的平均值和有。电流的平均值和有效值:效值:变压器二次侧电流变压器二次侧电流i2的波形为正负各的波形为正负各180 的矩形波,其相位的矩形波,其相位由由a a角决定,有效值角决定,有效值I2=Id。dTd 12II,Tdd10.7072III
16、 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 均为均为 。22U单相全控桥式整流单相全控桥式整流2w wtw wtw wtudidi2w wtw wtuVT1,4w wtw wtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4u电力电子技术及其应用概论(校选课)电力电子技术及其应用概论(校选课)16单相全波可控整流电路单相全波可控整流电路单相全波可控整流电路单相全波可控整流电路(Single Phase Full Wave Controlled Rectifier),又称单相双半波可控整流电路又称单相双半波可控整流电路。单相全波与单相全控桥从直流输出端或从交流输单相全波与单相全控桥从直流
17、输出端或从交流输入端看均是基本一致的。入端看均是基本一致的。变压器不存在直流磁化的问题。变压器不存在直流磁化的问题。单相全波可控整流电路及波形单相全波可控整流电路及波形+单相全波可控整流单相全波可控整流w wtw wa audi1t电力电子技术及其应用概论(校选课)电力电子技术及其应用概论(校选课)17单相全波与单相全控桥的区别:单相全波与单相全控桥的区别:单相全波中变压器结构较复杂,材料的消耗多。单相全波中变压器结构较复杂,材料的消耗多。单相全波只用单相全波只用2个晶闸管,比单相全控桥少个晶闸管,比单相全控桥少2个,个,相应的,门极驱动电路也少相应的,门极驱动电路也少2个;但是晶闸管承个;但
18、是晶闸管承受的最大电压是单相全控桥的受的最大电压是单相全控桥的2倍。倍。单相全波导电回路只含单相全波导电回路只含1个晶闸管,比单相桥少个晶闸管,比单相桥少1个,因而管压降也少个,因而管压降也少1个。个。从上述后两点考虑,单相全波电路有利于从上述后两点考虑,单相全波电路有利于在在低输出电压低输出电压的场合应用。的场合应用。单相全波可控整流单相全波可控整流电力电子技术及其应用概论(校选课)电力电子技术及其应用概论(校选课)18整流电路应用:恒压恒频整流电路应用:恒压恒频(CVCF)电源电源 UPS基本工作原理基本工作原理:UPS基本结基本结构原理图构原理图市电正常时,由市电供电,市电经整流器整流为
19、直流,再逆市电正常时,由市电供电,市电经整流器整流为直流,再逆变为变为50Hz恒频恒压的交流电向负载供电。同时,整流器输出恒频恒压的交流电向负载供电。同时,整流器输出给蓄电池充电,保证蓄电池的电量充足。给蓄电池充电,保证蓄电池的电量充足。此时负载可得到的高质量的交流电压,具有稳压、稳频性能,此时负载可得到的高质量的交流电压,具有稳压、稳频性能,也称为也称为稳压稳频电源稳压稳频电源。市电异常乃至停电时,蓄电池的直流电经逆变器变换为恒频市电异常乃至停电时,蓄电池的直流电经逆变器变换为恒频恒压交流电继续向负载供电,供电时间取决于蓄电池容量的恒压交流电继续向负载供电,供电时间取决于蓄电池容量的大小。大
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