电力电子技术第二章单相整流课件.ppt

1、2022-12-30电力电子技术第二章单相整流电力电子技术第二章单电力电子技术第二章单相整流相整流电力电子技术第二章单相整流2.1 单相可控整流电路单相可控整流电路2.2 三相可控整流电路三相可控整流电路2.3 变压器漏感对整流电路的影响变压器漏感对整流电路的影响2.4 电容滤波的不可控整流电路电容滤波的不可控整流电路2.5 整流电路的谐波和功率因数整流电路的谐波和功率因数2.6 大功率可控整流电路大功率可控整流电路2.7 整流电路的有源逆变状态整流电路的有源逆变状态2.8 晶闸管直流电动机系统晶闸管直流电动机系统2.9 相控电路的驱动控制相控电路的驱动控制电力电子技术第二章单相整流 本章首先

2、要学习几种常用的晶闸管可控整流电路本章首先要学习几种常用的晶闸管可控整流电路,包括它们的电路组成包括它们的电路组成,工工作原理作原理,数量关系及特点和适用范围数量关系及特点和适用范围.其中其中,最基本的电路就是最基本的电路就是单相半波可控整单相半波可控整流电路流电路.（1）电阻性负载）电阻性负载（2）电感性负载）电感性负载（3）反电动势负载）反电动势负载（4）电容性负载）电容性负载v重点注意重点注意：工作原理（波形分析）、定量计算、不同负载的影响。不同性质的负载对于整流电路输出的电压电流波形均有很大的影响。交流侧接单相电源电力电子技术第二章单相整流2.1 单相可控整流电路单相可控整流电路2.1

3、.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路一一.电阻性负载电阻性负载特点：特点：负载两端的电压和流过负载的电流成一定的比例关系，且负载两端的电压和流过负载的电流成一定的比例关系，且两者的波形相似；负载电压和电流均允许突变。两者的波形相似；负载电压和电流均允许突变。如电阻加热炉、电解、电镀和电焊等都属于电阻性负载。如电阻加热炉、电解、电镀和电焊等都属于电阻性负载。1.电路电路电力电子技术第二章单相整流 变压器变压器T主要用来主要用来变换电压变换电压,其次它其次它还有还有隔离隔离一、二次侧的作用。一、二次侧的作用。2.工作原理工作原理 0t1：u2为正，为正，uT为正，但因无为正，但因无ug，

4、故，故VT不会导通，此时，不会导通，此时，t1：uT为正，且有为正，且有ug，满足，满足VT导通的两个条件，导通的两个条件，VT导通，则，导通，则，2：至：至时过零，因为是阻性负时过零，因为是阻性负载，载，id波形与波形与ud一致，故此时流过一致，故此时流过VT的电流也过零，的电流也过零，VT关断关断,则则电力电子技术第二章单相整流3.几个概念几个概念（1）控制角控制角（也叫移相角）：单相电路中，从晶闸管开始承受正向电压，到（也叫移相角）：单相电路中，从晶闸管开始承受正向电压，到 其加上触发脉冲的这一段时间所对应的电角度（其加上触发脉冲的这一段时间所对应的电角度（0t1）。）。（2 2）导通角

5、导通角 晶闸管在一个周期内导通的电角度（晶闸管在一个周期内导通的电角度（t1）。）。（3）移相移相 改变控制角的过程，即改变触发脉冲出现的时刻的过程。这种通改变控制角的过程，即改变触发脉冲出现的时刻的过程。这种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相位控制方式相位控制方式，简称简称相控方式相控方式。几个概念的解释：几个概念的解释：ud为脉动直流，波形只在为脉动直流，波形只在u2正半周内出现，故称正半周内出现，故称“半波半波”整流整流 采用了可控器件晶闸管，且交流输入为单相，故该电路为采用了可控器件晶闸管，且交流输入为单相，故该

6、电路为单相半波可单相半波可控控整流电路整流电路 ud波形在一个电源周期中只脉动波形在一个电源周期中只脉动1次，故该电路为次，故该电路为单脉波单脉波整流电路整流电路电力电子技术第二章单相整流4.数量关系数量关系（1 1）直流输出电压的平均值）直流输出电压的平均值U Ud d 为为当当 时时，Ud=Ud0=0.45U2 随着随着的增大，的增大，Ud 将减小，至将减小，至 时，时，Ud=0。直流输出电流的平均值直流输出电流的平均值I Id d 为为（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 分别为分别为电力电子技术第二章单相整流（3 3）

7、流过流过VT及变压器二次侧的电流及变压器二次侧的电流（4 4）流过晶闸管的电流的波形系数）流过晶闸管的电流的波形系数Kf 为为当当 时，即为单相半波波形，有时，即为单相半波波形，有 ，与晶闸管额定电，与晶闸管额定电 流定义的情况一致。流定义的情况一致。（5 5）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（6 6）电路的功率因数为）电路的功率因数为（7）移相范围）移相范围 0 0180180。电力电子技术第二章单相整流二二.电感性负载和带续流二极管的电路电感性负载和带续流二极管的电路特别当负载的特别当负载的L比比R的数值大得多（的数值大得多（1010倍以上倍以上）时，

8、就认为是大电感负载）时，就认为是大电感负载，其特点是负载电流波形连续，并接近一条直线。，其特点是负载电流波形连续，并接近一条直线。像各种电机的励磁绕组以及经电抗器滤波的负载都属于此类负载。像各种电机的励磁绕组以及经电抗器滤波的负载都属于此类负载。特点：特点：由于电感本身为储能元件，而能量的储存与释放是不能瞬间完成的，由于电感本身为储能元件，而能量的储存与释放是不能瞬间完成的，因而流过电感的因而流过电感的电流是不能突变的电流是不能突变的。当电感中流过的电流发生变化时，在其两端就会产生自感电动势当电感中流过的电流发生变化时，在其两端就会产生自感电动势eL，以阻碍电流的变化。以阻碍电流的变化。负载中

9、既有电阻又有电感负载中既有电阻又有电感,且负载的且负载的L与与R的数值相比不可忽略的数值相比不可忽略;电力电子技术第二章单相整流1.电路电路2.工作原理工作原理0-t1：无：无ug,VT不导通不导通,同电阻性负载同电阻性负载 t1-t2：加：加ug,VT导通导通,ud=u2,uT=0,电电感产生自感电动势感产生自感电动势eL阻碍电流的增大阻碍电流的增大,电源提供能量电源提供能量电阻消耗的能量电阻消耗的能量+电感电感吸收的磁场能吸收的磁场能 t2：电流：电流id开始减小，开始减小，电源提供能量电源提供能量+电感释放的能量电感释放的能量电阻电阻消耗的能量消耗的能量 t3：至电源电压虽然过零变负，：

10、至电源电压虽然过零变负，但电流但电流id还没有降低为零，还存在还没有降低为零，还存在eL。只要只要eL比比u2大，晶闸管就仍受正压而大，晶闸管就仍受正压而处于通态。处于通态。电感释放的能量电感释放的能量电阻消耗的能量电阻消耗的能量+电电源源(变压器二次侧变压器二次侧)吸收的能量吸收的能量至电流降为零，电感能释放完毕。至电流降为零，电感能释放完毕。VT关断关断电力电子技术第二章单相整流 特点特点：电压平均值降低电压平均值降低(因为负载电因为负载电压出现负值压出现负值););大电感负载时，即大电感负载时，即LR(10倍以上倍以上),输出电压波形正负输出电压波形正负半周半周面积近似相等，面积近似相等

11、，。改进措施：改进措施：加续流二极管加续流二极管3.加加续流二极管的电路续流二极管的电路 在电源在电源u u2 正半周工作同前，续流正半周工作同前，续流二极管二极管VDR 受反压不通。在负半周受反压不通。在负半周时，时，VDR 承受正向电压而导通。电承受正向电压而导通。电感经感经VDR 续流不再经电源，故此时续流不再经电源，故此时输出为输出为VDR 的管压降。的管压降。VT承受反压承受反压关断。关断。此时，此时，电力电子技术第二章单相整流4.4.数量关系（加数量关系（加VDR）（1 1）输出电压、电流平均值）输出电压、电流平均值Ud 和和 Id（2）流过）流过VT的电流平均值的电流平均值 Id

12、T 和有效值和有效值 IT（3 3）流过）流过VDR 的电流平均值的电流平均值IdRD 和有效值和有效值 IRD（4 4）VT、VDR 承受的最大电压承受的最大电压（5）移相范围仍是）移相范围仍是 0180。电力电子技术第二章单相整流2.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路一一.电阻性负载电阻性负载 1.电路电路晶闸管晶闸管VTI 和和VT4 为一组桥臂，而为一组桥臂，而VT2 和和VT3 组成了另一组桥臂。组成了另一组桥臂。2.工作原理工作原理 u2 正半周正半周,VTI和和VT4同时加触发同时加触发脉冲，则脉冲，则VTI和和VT4会导通。会导通。u2 负半周负半周,VT2 和和

13、VT3 同时加触发同时加触发脉冲，则脉冲，则VT2 和和VT3会导通。会导通。在正负半周四只管子都不导通的区间在正负半周四只管子都不导通的区间电力电子技术第二章单相整流3.数量关系数量关系（1 1）直流输出电压、电流平均值）直流输出电压、电流平均值Ud 和和 Id（2 2）直流输出电压有效值）直流输出电压有效值U和电流有效值和电流有效值I（3 3）流过一只晶闸管的电流的平均值、有效值）流过一只晶闸管的电流的平均值、有效值 电力电子技术第二章单相整流（3 3）电路的功率因数为）电路的功率因数为（4 4）晶闸管可能承受的反向电压为）晶闸管可能承受的反向电压为晶闸管承受的最大正向电压为晶闸管承受的最

14、大正向电压为（5 5）移相范围是）移相范围是 0 0180180。二二.电感性负载电感性负载 2.工作原理工作原理 两组管子轮流导通，且电流连续两组管子轮流导通，且电流连续，VT导通时间延长。导通时间延长。与与无关。无关。1.电路电路电力电子技术第二章单相整流3.数量关系数量关系 （1 1）直流输出电压、电流平均值）直流输出电压、电流平均值Ud 和和 Id 当当=0=0时，输出时，输出Ud最大，最大，Ud0=0.9 U2，至，至=90=90时，输出时，输出Ud最小，等于零。最小，等于零。（3 3）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（4 4）晶闸管可能承受的正反向

15、峰值电压为）晶闸管可能承受的正反向峰值电压为（5）角的有效移相范围是角的有效移相范围是090。为了扩大移相范围，且去掉输出电压的负值，提高的为了扩大移相范围，且去掉输出电压的负值，提高的Ud值，也可以在负载两端值，也可以在负载两端并联续流二极管。并联续流二极管。（2 2）流过一只晶闸管的电流平均值、有效值）流过一只晶闸管的电流平均值、有效值电力电子技术第二章单相整流三三.带反电动势负载带反电动势负载 指本身含有直流电动势指本身含有直流电动势E，且其方向，且其方向对电路中的晶闸管而言是反向电压的对电路中的晶闸管而言是反向电压的负载。负载。1.电路电路2.工作原理工作原理0 0t t1 1 ：u

16、u2 2为正，但由于为正，但由于E Eu u2 2 ，晶，晶闸管仍承受反向电压，反向阻断。闸管仍承受反向电压，反向阻断。t t1 1 t t2 2：u u2 2 E E，承受正向电承受正向电压，无压，无u ug g，故，故VTVT不会导通。不会导通。t t2 2t t3 3：加：加u ug1g1、4 4，VTVT1 1、4 4导通导通。t t3 3：在：在u u2 2=E=E 的时刻，的时刻，i id d降为零降为零VTVT提前提前角关断。角关断。电力电子技术第二章单相整流为获得连续的负载电流，一般要在负载侧为获得连续的负载电流，一般要在负载侧串接足够大的平波电抗器。分析同带大电串接足够大的平

17、波电抗器。分析同带大电感负载时一样。感负载时一样。Ud的计算也同电感负载一的计算也同电感负载一样，只是样，只是所需电感量为：所需电感量为：其他的电量也是一样的。其他的电量也是一样的。电力电子技术第二章单相整流2.1.3 单相全波可整流电路单相全波可整流电路1.电路电路2.工作原理工作原理3.特点（与全控桥相比）特点（与全控桥相比）（1）全波电路变压器要带中心抽头）全波电路变压器要带中心抽头（2）全波电路简单，器件少，但）全波电路简单，器件少，但电电压容量大压容量大。（3）导通损耗小。）导通损耗小。电力电子技术第二章单相整流2.1.4 单相桥式半控整流电路单相桥式半控整流电路1.电路（电感性负载，不加电路（电感性负载，不加VDR）2.工作原理工作原理有自然续流作用，无负电压输出。有自然续流作用，无负电压输出。半控电路与全控电路在电阻负载时的半控电路与全控电路在电阻负载时的工作情况相同工作情况相同电力电子技术第二章单相整流3.失控现象失控现象电力电子技术第二章单相整流4.加续流二极管加续流二极管VDR电路电路电力电子技术第二章单相整流5.另一种半控桥电路另一种半控桥电路其他电路：其他电路：2022-12-30电力电子技术第二章单相整流