第3章 整流电路

第 3 章 整流电路3.1 单相可控整流电路 3.2 三相可控整流电路

3.3 变压器漏感对整流电路的影响3.4 电容滤波的不可控整流电路 3.5 整流电路的谐波和功率因数 3.6 大功率可控整流电路 3.7 整流电路的有源逆变工作状态

3.8 晶闸管直流电动机系统3.9 相控电路的驱动控制 本章小结(C )2-1

第 3 章 整流电路 ·引言《模拟电子技术基础》课中学过的几种二极管整流电路回顾

a) 单相半波整流电路

b) 单相桥式整流电路

c) 单相桥式双输出电路

d) 三相桥式整流电路2-2

(A) 注：试计算各电路输出电压和电流的平均值。

第 3 章 整流电路 ·引言整流电路出现最早的电力电子电路，将交流电变为直流电。

整流电路的分类按组成的器件可分为不可控、半控、全控三种。 按电路结构可分为桥式电路和零式电路。 按交流输入相数分为单相电路和多相电路。

按变压器二次侧电流的方向是单向或双向，又分为单拍电路和双拍电路。(C )

2-3

3.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路 ( Single Phase Half Wave Controlled Rectifier )1 ) 带电阻负载的工作情况变压器 T 起变换电压和电气隔 离的作用。 电阻负载的特点：电压与电流成 正比，两者波形相同。 SCR 的触发电路见第 2 章有关内 容。 注意：可控整流电路的输出端不能 直接接电容，否则可能会引起过 大的冲击电流。 触发电源如何接法？

图3-1 单相半波 ( 注意书中变压器符号的规范画法) 可控整流电路及波形 ( B)

2-4

3.1.1 单相半波可控整流电路基本数量关系首先引入两个重要的基本概念： 触发延迟角：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，用 a 表示，也称触发角或控制角。 导通角：晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度， 用 θ 表示。 直流输出电压平均值 Ud 为：1 Ud 2

a

VT 的 a 移相范围为 0~180 。

2U 2 1 cos a 2U 2 sin td ( t ) (1 cos a ) 0.45 U 2 2 2

(3-1)

通过控制触发脉冲的相位来控制直流输出电压大小的 方式称为相位控制方式，简称相控方式。( B)2-5

3.1.1 单相半波可控整流电路带电阻负载时各量与 a的图示关系 ( 特性曲线 )在对电力电子电路进行分析时，常用曲线表示各量之 间的变化规律和数量关系。 由图 3-1,根据式(3-1) 得直流电流平均值 Id :

负载电流即变压器次级电流的有效值 I2 为：1 I2 2 ( A)

Ud U 2 1 cos a Id 0.45 R R 21 a sin 2a 4 2 2-6

a

(

2U 2 U sin t )2 d t 2 R R

注：在相同的 Id下，随着 a 增大，SCR的发热情况会如何变化？

3.1.1 单相半波可控整流电路则 整流输出

电压 Ud 的有效值 U 为：1 U 2

sin 2a 2 ( a ) I2 Id 2 (1 cos a )

a

( 2U 2 sin t )2 d t U 2

1 a sin 2a 4 2

功率因数 λ 为： P UI 2 S U2 I2

1 a sin 2a 4 2

电压纹波因数 γu:ud 中谐波分量有效值 UR 与整流平均值 Ud 之比 —— 表征直流输出电压的平直程度。2 U 2 Ud UR U sin 2a 2 ( a ) u ( )2 1 1 2 Ud Ud Ud 2(1 cos a )

注：1、试分析图中所示各量随 a 的变化规律。( A)

2、计算 a = 0º和 a = 90º 时图中各量并与图中相应曲线值做对比。2-7

3.1.1 单相半波可控整流电路例：单相半波可控整流电路，负载为电阻性。交流电源 U2 = 220 V ,要求输出的 直流平均电压 Ud 为 50V, 最大输出直流平均电流 Id 为 20 A 。计算晶闸管的 控制角 a ,电流有效值 IT ,并选择晶闸管。( A)

2-8

3.1.1 单相半波可控整流电路解： 1 cos a 已知 U2 = 220V,由公式 U d 0.45U 2 计算当输 2 出 Ud = 50V 时的控制角 a 。

2U d 2 50 cosa 1 1 0 0.45U 2 0.45 220 所以控制角： a ≈ π / 2 Im 1 Id 20 A 由 I m sin td ( t ) 2 2 2 得此时的电流峰值： Im= 2π Id = 126A1 电流有效值：IT 2 ( A)

I2

m

sin t d ( t ) 2

Im 2 2

44.4 A2-9

3.1.1 单相半波可控整流电路考虑 (1.5~2) 倍的安全裕量和有效值的折合关系，则晶闸管 的通态平均电流 IT(AV) 为:IT(AV) = (1.5~2) IT / 1.57 = 42~56 A,取 50 A 。 晶闸管承受的最大正反向电压为 2 220 311V 。 考虑 (2~3) 倍的裕量后，晶闸管的断态重复峰值电压 UDRM 和反向重复峰值电压 URRM 可取： UDRM =( 2~3 )×311 URRM =( 2~3 )×311 取 UDRM =700 V 取 URRM =700 V

可选 50 A / 700 V 的普通晶闸管 ( 国产型号为 KP50 - 7 )。 2 R IT R 44.4 50 / 20 P IT 0.505 功率因数： S I 2U 2 U 2 220( A)

注：试查 KP50-7或其他晶闸管资料，了解其参数、曲线。

2-10

3.1.1 单相半波可控整流电路2 ) 带阻感负载的工作情况阻感负载的特点：电感对电 流变化有抗拒作用，使得流 过电感的电流不发生突变。u2 b) 0 ug c) 0 ud + 0 id 0 u VT f) +

t 1

t2

2

t

t

讨论负载阻抗角 j 、触发角 a 、 晶闸管导通角 θ 的关系。 电感 L 的引入造成： 能量有回送的过程； 输出电压平均值 Ud 减小。( B)

d)

a

t

e)

q

t

0

t

图2-2 带阻感负载的单相半波 可控整流电路及其波形2-11

3.1.1 单相半波可控整流电路电力电子电路的一种基本分析方法 通过器件的理想化，将电路简化为分段线性电路。 器件的每种状态对应于一种线性电路拓扑。

对单相半波电路的

分析可基于 上述方法进行当 VT 处于断态时，相当 于电路在 VT处断开，id = 0。 当 VT 处于通态时，相当 于 VT 短路。u2

VT L R a) u2

VT id L R b)

did L R id dt(C )

2U 2 sin

详细分析见教材第 46 页(超越方程)。

图3-3 单相半波可控整流 t (3-2)电路的分段线性等效电路 a) VT 处于关断状态 b) VT 处于导通状态2-12

3.1.1 单相半波可控整流电路续流二极管 当 u2 过零变负时，VDR 导通， ud 为零，VT 承受反压关断。 L 储存的能量保证了电流 id 在 L - R - VDR 回路中流通，此过程 通常称为续流。(若L足够大) 数量关系 ( id 近似恒为 Id )I dVT a)

u2 b) O ud c) O id Id O i VT

t1

t

t

d) Id -a

a Id 2

t +a

(3-5)

e)

1 2 a I VT I d ( t ) I d (3-6) d 2 a 2 a I dVD R Id (3-7) 2 1 2 a 2 a (3-8) I VD R I d ( t ) I d d 2 2

O i VD O u VT

t

R

f)

t

g) O

t

图3-4 单相半波带阻感负载 有续流二极管的电路及波形2-13

(B) 电路简单，输出脉动大，变压器有直流磁化，实际很少应用。

3.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路 ( Single Phase Bridge Contrelled Rectifier ) 1 ) 带电阻负载的工作情况a)

电路结构和工作原理

VT1和 VT4 组成一对桥臂，在 u2正 半周共同承受电压+u2 ,得到触发 b) 脉冲即导通， u2 过零时关断。 VT2 和 VT3 组成另一对桥臂，在 …… 此处隐藏：2606字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……