電力電子技術(shù)主講：王軍棟Email:386930416@QQ.comCellph.:182814566462023/3/9電力電子技術(shù)12023/3/9電力電子技術(shù)2第3章整流電路■整流電路（Rectifier）是電力電子電路中出現(xiàn)最早的一種，它的作用是將交流電能變?yōu)橹绷麟娔芄┙o直流用電設(shè)備。

■整流電路的分類

◆按組成的器件可分為不可控、半控、全控三種?！舭措娐方Y(jié)構(gòu)可分為橋式電路和零式電路。

◆按交流輸入相數(shù)分為單相電路和多相電路?！舭醋儔浩鞫蝹?cè)電流的方向是單向或雙向，分為單拍電路和雙拍電路。2023/3/9電力電子技術(shù)33.1單相可控整流電路

3.1.1單相半波可控整流電路

3.1.2單相橋式全控整流電路

3.1.3單相全波可控整流電路

3.1.4單相橋式半控整流電路2023/3/9電力電子技術(shù)43.1.1單相半波可控整流電路wwwwtTVTR0a)u1u2uVTudidwt1p2ptttu2uguduVTaq0b)c)d)e)00圖3-1單相半波可控整流電路及波形■帶電阻負(fù)載的工作情況

◆變壓器T起變換電壓和隔離的作用，其一次側(cè)和二次側(cè)電壓瞬時值分別用u1和u2表示，有效值分別用U1和U2表示，其中U2的大小根據(jù)需要的直流輸出電壓ud的平均值Ud確定。

◆電阻負(fù)載的特點(diǎn)是電壓與電流成正比，兩者波形相同。

◆在分析整流電路工作時，認(rèn)為晶閘管（開關(guān)器件）為理想器件，即晶閘管導(dǎo)通時其管壓降等于零，晶閘管阻斷時其漏電流等于零，除非特意研究晶閘管的開通、關(guān)斷過程，一般認(rèn)為晶閘管的開通與關(guān)斷過程瞬時完成。

2023/3/9電力電子技術(shù)5◆改變觸發(fā)時刻，ud和id波形隨之改變，直流輸出電壓ud為極性不變但瞬時值變化的脈動直流，其波形只在u2正半周內(nèi)出現(xiàn)，故稱“半波”整流。加之電路中采用了可控器件晶閘管，且交流輸入為單相，故該電路稱為單相半波可控整流電路。整流電壓ud波形在一個電源周期中只脈動1次，故該電路為單脈波整流電路?！艋緮?shù)量關(guān)系

?：從晶閘管開始承受正向陽極電壓起到施加觸發(fā)脈沖止的電角度稱為觸發(fā)延遲角，也稱觸發(fā)角或控制角。?：晶閘管在一個電源周期中處于通態(tài)的電角度稱為導(dǎo)通角。

?直流輸出電壓平均值

?隨著增大，Ud減小，該電路中VT的移相范圍為180。

◆通過控制觸發(fā)脈沖的相位來控制直流輸出電壓大小的方式稱為相位控制方式，簡稱相控方式。

3.1.1單相半波可控整流電路（3-1）2023/3/9電力電子技術(shù)63.1.1單相半波可控整流電路uwttwwtwtw20wt1p2ptug0ud0id0uVT0qab)c)d)e)f)++圖3-2帶阻感負(fù)載的單相半波可控整流電路及其波形■帶阻感負(fù)載的工作情況

◆阻感負(fù)載的特點(diǎn)是電感對電流變化有抗拒作用，使得流過電感的電流不能發(fā)生突變。

◆電路分析?晶閘管VT處于斷態(tài),id=0,ud=0,uVT=u2。

?在t1時刻，即觸發(fā)角處

√ud=u2。√L的存在使id不能突變，id從0開始增加。?u2由正變負(fù)的過零點(diǎn)處，id已經(jīng)處于減小的過程中，但尚未降到零，因此VT仍處于通態(tài)。

?t2時刻，電感能量釋放完畢，id降至零，VT關(guān)斷并立即承受反壓。

?由于電感的存在延遲了VT的關(guān)斷時刻，使ud波形出現(xiàn)負(fù)的部分，與帶電阻負(fù)載時相比其平均值Ud下降。

2023/3/9電力電子技術(shù)73.1.1單相半波可控整流電路VTb)RLu2√VT處于通態(tài)時，如下方程成立：

在VT導(dǎo)通時刻，有t=，id=0，這是式（3-2）的初始條件。求解式（3-2）并將初始條件代入可得式中，，。由此式可得出圖3-2e所示的id波形。當(dāng)t=+時，id=0，代入式（3-3）并整理得

圖3-3b)VT處于導(dǎo)通狀態(tài)

(3-2)(3-3)(3-4)2023/3/9電力電子技術(shù)8u2udiduVTiVTIdIdwt1wtwtwtwtwtwtOOOOOOp-ap+ab)c)d)e)f)g)iVDRa)3.1.1單相半波可控整流電路√若為定值，角大，越小。若為定值，越大，越大，且平均值Ud越接近零。為解決上述矛盾，在整流電路的負(fù)載兩端并聯(lián)一個二極管，稱為續(xù)流二極管，用VDR表示?！粲欣m(xù)流二極管的電路

?電路分析

√u2正半周時，與沒有續(xù)流二極管時的情況是一樣的。

√當(dāng)u2過零變負(fù)時，VDR導(dǎo)通，ud

為零，此時為負(fù)的u2通過VDR向VT施加反壓使其關(guān)斷，L儲存的能量保證了電流id在L-R-VDR回路中流通，此過程通常稱為續(xù)流。

√若L足夠大，id連續(xù)，且id波形接近一條水平線。圖3-4單相半波帶阻感負(fù)載有續(xù)流二極管的電路及波形

2023/3/9電力電子技術(shù)9

?基本數(shù)量關(guān)系

√流過晶閘管的電流平均值IdT和有效值IT分別為：

√續(xù)流二極管的電流平均值IdDR和有效值IDR分別為

√其移相范圍為180，其承受的最大正反向電壓均為u2的峰值即。續(xù)流二極管承受的電壓為-ud，其最大反向電壓為，亦為u2的峰值?！鰡蜗喟氩煽卣麟娐返奶攸c(diǎn)是簡單，但輸出脈動大，變壓器二次側(cè)電流中含直流分量，造成變壓器鐵芯直流磁化。為使變壓器鐵芯不飽和，需增大鐵芯截面積，增大了設(shè)備的容量。

3.1.1單相半波可控整流電路(3-5)(3-6)(3-7)(3-8)2023/3/9電力電子技術(shù)103.1.2單相橋式全控整流電路u(i)pwtwtwt000i2udidb)c)d)ddaauVT1,4圖3-5單相全控橋式帶電阻負(fù)載時的電路及波形■帶電阻負(fù)載的工作情況

◆電路分析

?閘管VT1和VT4組成一對橋臂，VT2

和VT3組成另一對橋臂。

?在u2正半周（即a點(diǎn)電位高于b點(diǎn)電位）

√若4個晶閘管均不導(dǎo)通，id=0,ud=0,VT1、VT4串聯(lián)承受電壓u2。

√在觸發(fā)角處給VT1和VT4加觸發(fā)脈沖，VT1和VT4即導(dǎo)通，電流從電源a端經(jīng)VT1、R、VT4流回電源b端。

?當(dāng)u2過零時，流經(jīng)晶閘管的電流也降到零，VT1和VT4關(guān)斷。

?在u2負(fù)半周，仍在觸發(fā)角處觸發(fā)VT2和VT3，VT2和VT3導(dǎo)通，電流從電源b端流出，經(jīng)VT3、R、VT2流回電源a端。

?到u2過零時，電流又降為零，VT2和VT3關(guān)斷。

VT2和VT3的=0處為t=2023/3/9電力電子技術(shù)11◆基本數(shù)量關(guān)系

?晶閘管承受的最大正向電壓和反向電壓分別為和。

?整流電壓平均值為：

α=0時，Ud=Ud0=0.9U2。α=180時，Ud=0。可見，α角的移相范圍為180。?向負(fù)載輸出的直流電流平均值為：

3.1.2單相橋式全控整流電路(3-9)(3-10)2023/3/9電力電子技術(shù)12?流過晶閘管的電流平均值：

?流過晶閘管的電流有效值為：?變壓器二次側(cè)電流有效值I2與輸出直流電流有效值I相等：

由式（3-12）和（3-13）可見：?不考慮變壓器的損耗時，要求變壓器的容量為S=U2I2。3.1.2單相橋式全控整流電路(3-11)(3-12)(3-13)(3-14)2023/3/9電力電子技術(shù)133.1.2單相橋式全控整流電路2OwtOwtOwtudidi2OwtOwtuVT1,4OwtOwtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4u圖3-6單相橋式全控整流電流帶阻感負(fù)載時的電路及波形■帶阻感負(fù)載的工作情況

◆電路分析?在u2正半周期√觸發(fā)角處給晶閘管VT1和VT4加觸發(fā)脈沖使其開通，ud=u2?！特?fù)載電感很大，id不能突變且波形近似為一條水平線。

?u2過零變負(fù)時，由于電感的作用晶閘管VT1和VT4中仍流過電流id，并不關(guān)斷。?t=+時刻，觸發(fā)VT2和VT3，VT2和VT3導(dǎo)通，u2通過VT2和VT3分別向VT1和VT4施加反壓使VT1和VT4關(guān)斷，流過VT1和VT4的電流迅速轉(zhuǎn)移到VT2和VT3上，此過程稱為換相，亦稱換流。

2023/3/9電力電子技術(shù)143.1.2單相橋式全控整流電路◆基本數(shù)量關(guān)系

?整流電壓平均值為：

當(dāng)=0時，Ud0=0.9U2。=90時，Ud=0。晶閘管移相范圍為90。?晶閘管承受的最大正反向電壓均為。?晶閘管導(dǎo)通角與無關(guān)，均為180，其電流平均值和有效值分別為：和。

?變壓器二次側(cè)電流i2的波形為正負(fù)各180的矩形波，其相位由角決定，有效值I2=Id。

(3-15)2023/3/9電力電子技術(shù)15■帶反電動勢負(fù)載時的工作情況

◆當(dāng)負(fù)載為蓄電池、直流電動機(jī)的電樞（忽略其中的電感）等時，負(fù)載可看成一個直流電壓源，對于整流電路，它們就是反電動勢負(fù)載。

◆電路分析?|u2|>E時，才有晶閘管承受正電壓，有導(dǎo)通的可能。

?晶閘管導(dǎo)通之后，ud=u2，，直至|u2|=E，id即降至0使得晶閘管關(guān)斷，此后ud=E。

?與電阻負(fù)載時相比，晶閘管提前了電角度停止導(dǎo)電，稱為停止導(dǎo)電角。?當(dāng)<時，觸發(fā)脈沖到來時，晶閘管承受負(fù)電壓，不可能導(dǎo)通。3.1.2單相橋式全控整流電路b)idOEudwtIdOwtaqd圖3-7單相橋式全控整流電路接反電動勢—電阻負(fù)載時的電路及波形(3-16)2023/3/9電力電子技術(shù)163.1.2單相橋式全控整流電路?觸發(fā)脈沖有足夠的寬度，保證當(dāng)t=時刻有晶閘管開始承受正電壓時，觸發(fā)脈沖仍然存在。這樣，相當(dāng)于觸發(fā)角被推遲為。

?在角相同時，整流輸出電壓比電阻負(fù)載時大?！綦娏鲾嗬m(xù)

?id波形在一周期內(nèi)有部分時間為0的情況，稱為電流斷續(xù)。

?負(fù)載為直流電動機(jī)時，如果出現(xiàn)電流斷續(xù)，則電動機(jī)的機(jī)械特性將很軟。2023/3/9電力電子技術(shù)17twwOud0Eidtpdaq=p3.1.2單相橋式全控整流電路?為了克服此缺點(diǎn)，一般在主電路中直流輸出側(cè)串聯(lián)一個平波電抗器。?電感量足夠大使電流連續(xù)，晶閘管每次導(dǎo)通180，這時整流電壓ud的波形和負(fù)載電流id的波形與電感負(fù)載電流連續(xù)時的波形相同，ud的計算公式亦一樣。?為保證電流連續(xù)所需的電感量L可由下式求出：圖3-8單相橋式全控整流電路帶反電動勢負(fù)載串平波電抗器，電流連續(xù)的臨界情況

(3-17)2023/3/9電力電子技術(shù)183.1.2單相橋式全控整流電路■例：單相橋式全控整流電路，U2=100V，負(fù)載中R=2Ω，L值極大，反電勢E=60V，當(dāng)=30時，要求：①作出ud、id和i2的波形；②求整流輸出平均電壓Ud、電流Id，變壓器二次側(cè)電流有效值I2；③考慮安全裕量，確定晶閘管的額定電壓和額定電流。解：①ud、id和i2的波形如圖3-9：

圖3-9ud、id和i2的波形圖2023/3/9電力電子技術(shù)193.1.2單相橋式全控整流電路②整流輸出平均電壓Ud、電流Id，變壓器二次側(cè)電流有效值I2分別為

Ud＝0.9U2cos＝0.9×100×cos30°＝77.97(A)

Id

＝(Ud－E)/R＝(77.97－60)/2＝9(A)

I2＝Id＝9(A)③晶閘管承受的最大反向電壓為：

U2＝100＝141.4（V）流過每個晶閘管的電流的有效值為：

IVT＝Id∕＝6.36（A）故晶閘管的額定電壓為：

UN＝(2~3)×141.4＝283~424（V）晶閘管的額定電流為：

IN＝(1.5~2)×6.36∕1.57＝6~8（A）晶閘管額定電壓和電流的具體數(shù)值可按晶閘管產(chǎn)品系列參數(shù)選取。2023/3/9電力電子技術(shù)20作業(yè)：P95.第5題。2023/3/9電力電子技術(shù)213.1.3單相全波可控整流電路a)wtwab)udi1OOt圖3-10單相全波可控整流電路及波形■帶電阻負(fù)載時

◆電路分析

?變壓器T帶中心抽頭。

?在u2正半周，VT1工作，變壓器二次繞組上半部分流過電流。?u2負(fù)半周，VT2工作，變壓器二次繞組下半部分流過反方向的電流。?變壓器也不存在直流磁化的問題。

2023/3/9電力電子技術(shù)223.1.3單相全波可控整流電路◆單相全波與單相全控橋的區(qū)別

?單相全波中變壓器結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，材料的消耗多。?單相全波只用2個晶閘管，比單相全控橋少2個，相應(yīng)地，門極驅(qū)動電路也少2個；但是晶閘管承受的最大電壓是單相全控橋的2倍。?單相全波導(dǎo)電回路只含1個晶閘管，比單相橋少1個，因而管壓降也少1個。◆從上述后兩點(diǎn)考慮，單相全波電路有利于在低輸出電壓的場合應(yīng)用。2023/3/9電力電子技術(shù)233.1.4單相橋式半控整流電路圖3-11單相橋式半控整流電路，有續(xù)流二極管，阻感負(fù)載時的電路及波形■與全控電路在電阻負(fù)載時的工作情況相同?！鰩щ姼胸?fù)載

◆電路分析（先不考慮VDR

）?每一個導(dǎo)電回路由1個晶閘管和1個二極管構(gòu)成。?在u2正半周，處觸發(fā)VT1，u2經(jīng)VT1和VD4向負(fù)載供電。?u2過零變負(fù)時，因電感作用使電流連續(xù)，VT1繼續(xù)導(dǎo)通，但因a點(diǎn)電位低于b點(diǎn)電位，電流是由VT1和VD2續(xù)流，ud=0。

?在u2負(fù)半周，處觸發(fā)觸發(fā)VT3，向VT1加反壓使之關(guān)斷，u2經(jīng)VT3和VD2向負(fù)載供電。

?u2過零變正時，VD4導(dǎo)通，VD2關(guān)斷。VT3和VD4續(xù)流，ud又為零。

Ob)2OudidIdOOOOOi2IdIdIdIIdawtwtwtwtwtwtwtap-ap-aiVT1iVD4iVT2iVD3iVDRu2023/3/9電力電子技術(shù)243.1.4單相橋式半控整流電路◆續(xù)流二極管VDR

?若無續(xù)流二極管，則當(dāng)突然增大至180或觸發(fā)脈沖丟失時，會發(fā)生一個晶閘管持續(xù)導(dǎo)通而兩個二極管輪流導(dǎo)通的情況，這使ud成為正弦半波，即半周期ud為正弦，另外半周期ud為零，其平均值保持恒定，相當(dāng)于單相半波不可控整流電路時的波形，稱為失控。?有續(xù)流二極管VDR時，續(xù)流過程由VDR完成，避免了失控的現(xiàn)象。

?續(xù)流期間導(dǎo)電回路中只有一個管壓降，少了一個管壓降，有利于降低損耗。

2023/3/9電力電子技術(shù)253.1.4單相橋式半控整流電路■單相橋式半控整流電路的另一種接法

◆相當(dāng)于把圖3-5(a)中的VT3和VT4換為二極管VD3和VD4，這樣可以省去續(xù)流二極管VDR，續(xù)流由VD3和VD4來實(shí)現(xiàn)。

◆這種接法的兩個晶閘管陰極電位不同，二者的觸發(fā)電路需要隔離。圖2-11單相橋式半控整流電路的另一接法圖3-4(a)單相全控橋式電路2023/3/9電力電子技術(shù)263.2三相可控整流電路

3.2.1三相半波可控整流電路

3.2.2三相橋式全控整流電路2023/3/9電力電子技術(shù)273.2三相可控整流電路·引言■其交流側(cè)由三相電源供電。

■當(dāng)整流負(fù)載容量較大，或要求直流電壓脈動較小、易濾波時，應(yīng)采用三相整流電路?！鲎罨镜氖侨喟氩煽卣麟娐??！鰬?yīng)用最為廣泛的三相橋式全控整流電路、以及雙反星形可控整流電路、十二脈波可控整流電路等。

2023/3/9電力電子技術(shù)283.2.1三相半波可控整流電路

b)c)d)e)f)u2Riduaubuca=0Owt1wt2wt3uGOudOOuabuacOiVT1uVT1wtwtwtwtwta)圖3-13三相半波可控整流電路共陰極接法電阻負(fù)載時的電路及=0時的波形

■電阻負(fù)載

◆電路分析

?為得到零線，變壓器二次側(cè)必須接成星形，而一次側(cè)接成三角形，避免3次諧波流入電網(wǎng)。

?三個晶閘管按共陰極接法連接,這種接法觸發(fā)電路有公共端，連線方便。

?假設(shè)將晶閘管換作二極管，三個二極管對應(yīng)的相電壓中哪一個的值最大，則該相所對應(yīng)的二極管導(dǎo)通，并使另兩相的二極管承受反壓關(guān)斷，輸出整流電壓即為該相的相電壓。

?自然換相點(diǎn)

√在相電壓的交點(diǎn)t1、t2、t3處，均出現(xiàn)了二極管換相，稱這些交點(diǎn)為自然換相點(diǎn)。

√將其作為的起點(diǎn)，即=0。2023/3/9電力電子技術(shù)293.2.1三相半波可控整流電路a=30°u2uaubucOwtOwtOwtOwtOwtuGuduabuacwt1iVT1uVT1uac?=0(波形見上頁)

√三個晶閘管輪流導(dǎo)通120

，ud波形為三個相電壓在正半周期的包絡(luò)線。

√變壓器二次繞組電流有直流分量。

√晶閘管電壓由一段管壓降和兩段線電壓組成，隨著增大，晶閘管承受的電壓中正的部分逐漸增多。?=30

√負(fù)載電流處于連續(xù)和斷續(xù)的臨界狀態(tài)，各相仍導(dǎo)電120。圖3-14三相半波可控整流電路，電阻負(fù)載，=30時的波形2023/3/9電力電子技術(shù)303.2.1三相半波可控整流電路wwttwtwta=60°u2uaubucOOOOuGudiVT1圖3-15三相半波可控整流電路，電阻負(fù)載，=60時的波形?>30

√當(dāng)導(dǎo)通一相的相電壓過零變負(fù)時，該相晶閘管關(guān)斷，但下一相晶閘管因未觸發(fā)而不導(dǎo)通，此時輸出電壓電流為零。

√負(fù)載電流斷續(xù)，各晶閘管導(dǎo)通角小于120。

2023/3/9電力電子技術(shù)313.2.1三相半波可控整流電路◆基本數(shù)量關(guān)系?電阻負(fù)載時角的移相范圍為150。

?整流電壓平均值

√≤30時，負(fù)載電流連續(xù)，有

當(dāng)=0時，Ud最大，為Ud=Ud0=1.17U2。

√>30時，負(fù)載電流斷續(xù)，晶閘管導(dǎo)通角減小，此時有

(3-18)(3-19)2023/3/9電力電子技術(shù)323.2.1三相半波可控整流電路?Ud/U2隨變化的規(guī)律

圖3-16三相半波可控整流電路Ud/U2與的關(guān)系電阻負(fù)載電感負(fù)載電阻電感負(fù)載2023/3/9電力電子技術(shù)333.2.1三相半波可控整流電路?負(fù)載電流平均值為?晶閘管承受的最大反向電壓為變壓器二次線電壓峰值,即

?晶閘管陽極與陰極間的最大電壓等于變壓器二次相電壓的峰值，即

(3-20)(3-21)(3-22)2023/3/9電力電子技術(shù)343.2.1三相半波可控整流電路■阻感負(fù)載

◆電路分析

?L值很大，整流電流id的波形基本是平直的，流過晶閘管的電流接近矩形波。

?≤30時，整流電壓波形與電阻負(fù)載時相同。

?＞30時，當(dāng)u2過零時，由于電感的存在，阻止電流下降，因而VT1繼續(xù)導(dǎo)通，直到下一相晶閘管VT2的觸發(fā)脈沖到來，才發(fā)生換流，由VT2導(dǎo)通向負(fù)載供電，同時向VT1施加反壓使其關(guān)斷。

uuuudiaabcibiciduacOwtOwtOOwtOOwtawtwtu圖3-17三相半波可控整流電路，阻感負(fù)載時的電路及=60時的波形2023/3/9電力電子技術(shù)353.2.1三相半波可控整流電路◆基本數(shù)量關(guān)系

?的移相范圍為90。

?整流電壓平均值

?Ud/U2與的關(guān)系√L很大，如曲線2所示。

√L不是很大，則當(dāng)>30后，ud中負(fù)的部分可能減少，整流電壓平均值Ud略為增加，如曲線3所示。圖3-16三相半波可控整流電路Ud/U2與的關(guān)系2023/3/9電力電子技術(shù)363.2.1三相半波可控整流電路?變壓器二次電流即晶閘管電流的有效值為

?晶閘管的額定電流為

?晶閘管最大正反向電壓峰值均為變壓器二次線電壓峰值，即

■三相半波可控整流電路的主要缺點(diǎn)在于其變壓器二次電流中含有直流分量，為此其應(yīng)用較少。(3-23)(3-24)(3-25)2023/3/9電力電子技術(shù)373.2.2三相橋式全控整流電路■原理圖

◆陰極連接在一起的3個晶閘管（VT1，VT3，VT5）稱為共陰極組；陽極連接在一起的3個晶閘管（VT4，VT6，VT2）稱為共陽極組。

◆共陰極組中與a，b，c三相電源相接的3個晶閘管分別為VT1，VT3，VT5，共陽極組中與a，b，c三相電源相接的3個晶閘管分別為VT4，VT6，VT2。

◆晶閘管的導(dǎo)通順序?yàn)閂T1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6。

圖3-18三相橋式全控整流電路原理圖2023/3/9電力電子技術(shù)383.2.2三相橋式全控整流電路■帶電阻負(fù)載時的工作情況

◆電路分析

表3-1三相橋式全控整流電路電阻負(fù)載=0時晶閘管工作情況2023/3/9電力電子技術(shù)393.2.2三相橋式全控整流電路■帶電阻負(fù)載時的工作情況

◆電路分析?各自然換相點(diǎn)既是相電壓的交點(diǎn)，同時也是線電壓的交點(diǎn)。?當(dāng)≤60時√ud波形均連續(xù)，對于電阻負(fù)載，id波形與ud波形的形狀是一樣的，也連續(xù)。

√=0時，ud為線電壓在正半周的包絡(luò)線。

時段ⅠⅡⅢⅣⅤⅥ共陰極組中導(dǎo)通的晶閘管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共陽極組中導(dǎo)通的晶閘管VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流輸出電壓udua-ub=uabua-uc=uacub-uc=ubcub-ua=ubauc-ua=ucauc-ub=ucb表3-1三相橋式全控整流電路電阻負(fù)載=0時晶閘管工作情況2023/3/9電力電子技術(shù)403.2.2三相橋式全控整流電路√=30時，晶閘管起始導(dǎo)通時刻推遲了30，組成ud的每一段線電壓因此推遲30，ud平均值降低，波形見左下圖。

√=60時，ud波形中每段線電壓的波形繼續(xù)向后移，ud平均值繼續(xù)降低。=60時ud出現(xiàn)了為零的點(diǎn)，波形見右下圖。

2023/3/9電力電子技術(shù)413.2.2三相橋式全控整流電路?當(dāng)>60時

√因?yàn)閕d與ud一致，一旦ud降為至零，id也降至零，晶閘管關(guān)斷，輸出整流電壓ud為零，ud波形不能出現(xiàn)負(fù)值。

√=90時的波形如圖。

2023/3/9電力電子技術(shù)423.2.2三相橋式全控整流電路◆三相橋式全控整流電路的一些特點(diǎn)

?每個時刻均需2個晶閘管同時導(dǎo)通，形成向負(fù)載供電的回路，共陰極組的和共陽極組的各1個，且不能為同一相的晶閘管。

?對觸發(fā)脈沖的要求

√6個晶閘管的脈沖按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的順序，相位依次差60

。√共陰極組VT1、VT3、VT5的脈沖依次差120，共陽極組VT4、VT6、VT2也依次差120

?！掏幌嗟纳舷聝蓚€橋臂，即VT1與VT4，VT3與VT6，VT5與VT2，脈沖相差180

。2023/3/9電力電子技術(shù)433.2.2三相橋式全控整流電路?整流輸出電壓ud一周期脈動6次，每次脈動的波形都一樣，故該電路為6脈波整流電路。?在整流電路合閘啟動過程中或電流斷續(xù)時，為確保電路的正常工作，需保證同時導(dǎo)通的2個晶閘管均有脈沖

√寬脈沖觸發(fā)：使脈沖寬度大于60（一般取80~100）

√雙脈沖觸發(fā)：用兩個窄脈沖代替寬脈沖，兩個窄脈沖的前沿相差60，脈寬一般為20~30

?！坛Ｓ玫氖请p脈沖觸發(fā)。?晶閘管承受的電壓波形與三相半波時相同，晶閘管承受最大正、反向電壓的關(guān)系也一樣。2023/3/9電力電子技術(shù)443.2.2三相橋式全控整流電路■阻感負(fù)載時的工作情況

◆電路分析

?當(dāng)≤60時

√ud波形連續(xù)，電路的工作情況與帶電阻負(fù)載時十分相似，各晶閘管的通斷情況、輸出整流電壓ud波形、晶閘管承受的電壓波形等都一樣。

√區(qū)別在于電流，當(dāng)電感足夠大的時候，id、iVT、ia的波形在導(dǎo)通段都可近似為一條水平線。

√=0時的波形見圖3-23，=30時的波形見圖3-24。

?當(dāng)>60時√由于電感L的作用，ud波形會出現(xiàn)負(fù)的部分。

√=90時的波形見圖3-25。

2023/3/9電力電子技術(shù)453.2.2三相橋式全控整流電路■基本數(shù)量關(guān)系

◆帶電阻負(fù)載時三相橋式全控整流電路角的移相范圍是120，帶阻感負(fù)載時，三相橋式全控整流電路的角移相范圍為90?！粽鬏敵鲭妷浩骄?/p>

?帶阻感負(fù)載時，或帶電阻負(fù)載≤60時

?帶電阻負(fù)載且>60時

(3-26)(3-27)2023/3/9電力電子技術(shù)463.2.2三相橋式全控整流電路◆輸出電流平均值為Id=Ud/R?！舢?dāng)整流變壓器為圖3-17中所示采用星形接法，帶阻感負(fù)載時，變壓器二次側(cè)電流波形如圖3-23中所示，為正負(fù)半周各寬120、前沿相差180的矩形波，其有效值為：晶閘管電壓、電流等的定量分析與三相半波時一致。◆三相橋式全控整流電路接反電勢阻感負(fù)載時的Id為：式中R和E分別為負(fù)載中的電阻值和反電動勢的值。

(3-28)(3-29)2023/3/9電力電子技術(shù)473.3變壓器漏感對整流電路的影響■變壓器漏感

◆實(shí)際上變壓器繞組總有漏感，該漏感可用一個集中的電感LB表示，并將其折算到變壓器二次側(cè)。

◆由于電感對電流的變化起阻礙作用，電感電流不能突變，因此換相過程不能瞬間完成，而是會持續(xù)一段時間?！霈F(xiàn)以三相半波為例來分析，然后將其結(jié)論推廣

◆假設(shè)負(fù)載中電感很大，負(fù)載電流為水平線。

2023/3/9電力電子技術(shù)483.3變壓器漏感對整流電路的影響udidwtOwtOgiciaibiciaIduaubuca◆

?換相過程持續(xù)的時間用電角度表示，稱為換相重疊角。

圖3-26考慮變壓器漏感時的三相半波可控整流電路及波形

2023/3/9電力電子技術(shù)493.3變壓器漏感對整流電路的影響◆變壓器漏感對整流電路影響的一些結(jié)論:

?出現(xiàn)換相重疊角，整流輸出電壓平均值Ud降低。

?整流電路的工作狀態(tài)增多。?晶閘管的di/dt減小，有利于晶閘管的安全開通，有時人為串入進(jìn)線電抗器以抑制晶閘管的di/dt。?換相時晶閘管電壓出現(xiàn)缺口，產(chǎn)生正的du/dt，可能使晶閘管誤導(dǎo)通，為此必須加吸收電路。?換相使電網(wǎng)電壓出現(xiàn)缺口，成為干擾源。2023/3/9電力電子技術(shù)503.6大功率可控整流電路3.6.1帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路

3.6.2多重化整流電路

2023/3/9電力電子技術(shù)513.6大功率可控整流電路·引言■帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路的特點(diǎn)

◆適用于低電壓、大電流的場合?！龆嘀鼗麟娐返奶攸c(diǎn)：

◆在采用相同器件時可達(dá)到更大的功率?！艨蓽p少交流側(cè)輸入電流的諧波或提高功率因數(shù)，從而減小對供電電網(wǎng)的干擾。2023/3/9電力電子技術(shù)523.6.1帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路■電路分析

◆電路結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

?二次側(cè)為兩組匝數(shù)相同極性相反的繞阻，分別接成兩組三相半波電路。

?二次側(cè)兩繞組的極性相反可消除鐵芯的直流磁化，如圖3-38，雖然兩組相電流的瞬時值不同，但是平均電流相等而繞組的極性相反，所以直流安匝互相抵消。

?平衡電抗器保證兩組三相半波整流電路能同時導(dǎo)電。

?與三相橋式電路相比，雙反星形電路的輸出電流可大一倍。圖3-37帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路2023/3/9電力電子技術(shù)53繞組的極性相反的目的：消除直流磁通勢如何實(shí)現(xiàn)？如圖可知，雖然兩組相電流的瞬時值不同，但是平均電流相等而繞組的極性相反，所以直流安匝互相抵消。雙反星形電路，=0時兩組整流電壓、電流波形2023/3/9電力電子技術(shù)543.6.1帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路◆平衡電抗器

?接平衡電抗器的原因

√兩個直流電源并聯(lián)運(yùn)行時，只有當(dāng)電壓平均值和瞬時值均相等時，才能使負(fù)載均流，在雙反星形電路中，兩組整流電壓平均值相等，但瞬時值不等。

√兩個星形的中點(diǎn)n1和n2間的電壓等于ud1和ud2之差，該電壓加在Lp上，產(chǎn)生電流ip，它通過兩組星形自成回路，不流到負(fù)載中去，稱為環(huán)流或平衡電流。

√為了使兩組電流盡可能平均分配，一般使Lp值足夠大，以便限制環(huán)流在負(fù)載額定電流的1%～2%以內(nèi)?！屉p反星形電路中如不接平衡電抗器，即成為六相半波整流電路。

√六相半波整流電路中，只能有一個晶閘管導(dǎo)電，其余五管均阻斷，每管最大導(dǎo)通角為60

，平均電流為Id/6；當(dāng)=0時，Ud為1.35U2，比三相半波時的1.17U2略大些；因晶閘管導(dǎo)電時間短，變壓器利用率低，極少采用。2023/3/9電力電子技術(shù)553.6.1帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路tupud1,ud2OO60°360°t1

tb)a)uaubucuc'ua'ub'ub'圖3-39平衡電抗器作用下輸出電壓的波形和平衡電抗器上電壓的波形圖3-40平衡電抗器作用下兩個晶閘管同時導(dǎo)電的情況?平衡電抗器的工作原理分析

√平衡電抗器Lp承擔(dān)了n1、n2間的電位差，它補(bǔ)償了ub'和ua的電動勢差，使得ub'和ua兩相的晶閘管能同時導(dǎo)電。√t1時，ub'>ua，VT6導(dǎo)通，此電流在流經(jīng)LP時，LP上要感應(yīng)一電動勢up，其方向是要阻止電流增大?？蓪?dǎo)出Lp兩端電壓、整流輸出電壓的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：(3-97)(3-98)t1時刻2023/3/9電力電子技術(shù)563.6.1帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路圖3-39平衡電抗器作用下輸出電壓的波形和平衡電抗器上電壓的波形圖3-40平衡電抗器作用下兩個晶閘管同時導(dǎo)電的情況√雖然ud1<ud2，但由于Lp的平衡作用，使得晶閘管VT6和VT1同時導(dǎo)通?！虝r間推遲至ub'與ua的交點(diǎn)時，ub'=ua，up=0?！讨髐b'<ua，則流經(jīng)b'相的電流要減小，但Lp有阻止此電流減小的作用，up的極性反向，Lp仍起平衡的作用，使VT6繼續(xù)導(dǎo)電?！讨钡絬c'>ub'，電流才從VT6換至VT2，此時VT1、VT2同時導(dǎo)電?！堂恳唤M中的每一個晶閘管仍按三相半波的導(dǎo)電規(guī)律而各輪流導(dǎo)電。√平衡電抗器中點(diǎn)作為整流電壓輸出的負(fù)端，其輸出的整流電壓瞬時值為兩組三相半波整流電壓瞬時值的平均值。tupud1,ud2OO60°360°t1

tb)a)uaubucuc'ua'ub'ub'2023/3/9電力電子技術(shù)573.6.1帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路■諧波分析◆將圖3-38中ud1和ud2的波形用傅氏級數(shù)展開，可得當(dāng)=0時的ud1、ud2，即由式（3-97）和（3-98）可得

◆負(fù)載電壓ud中的諧波分量比直流分量要小得多，而且最低次諧波為六次諧波。

◆直流平均電壓為

(3-99)(3-100)(3-101)(3-102)2023/3/9電力電子技術(shù)583.6.1帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路。90=a。60=a。30=audududwtOwtOwtOuaubucuc'ua'ub'ubucuc'ua'ub'ubucuc'ua'ub'■=30、=60和=90時輸出電壓的波形分析

◆當(dāng)需要分析各種控制角時的輸出波形時，可根據(jù)式（3-98）先求出兩組三相半波電路的ud1和ud2波形，然后做出波形(ud1+ud2)/2。

◆輸出電壓波形與三相半波電路比較，脈動程度減小了，脈動頻率加大一倍，f=300Hz。

◆在電感負(fù)載情況下，移相范圍是90。

◆在電阻負(fù)載情況下，移相范圍為120。

◆整流電壓平均值為Ud=1.17圖3-41當(dāng)=30、60、90時，雙反星形電路的輸出電壓波形U2cos2023/3/9電力電子技術(shù)593.6.1帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路■將雙反星形電路與三相橋式電路進(jìn)行比較可得出以下結(jié)論◆三相橋?yàn)閮山M三相半波串聯(lián)，而雙反星形為兩組三相半波并聯(lián)，且后者需用平衡電抗器。

◆當(dāng)U2相等時，雙反星形的Ud是三相橋的1/2，而Id是單相橋的2倍?！魞煞N電路中，晶閘管的導(dǎo)通及觸發(fā)脈沖的分配關(guān)系一樣，ud和id的波形形狀一樣。2023/3/9電力電子技術(shù)603.6.2多重化整流電路■可采用多重化整流電路減輕整流裝置所產(chǎn)生的諧波、無功功率等對電網(wǎng)的干擾，將幾個整流電路多重聯(lián)結(jié)可以減少交流側(cè)輸入電流諧波，而對晶閘管多重整流電路采用順序控制的方法可提高功率因數(shù)?！鲆葡喽嘀芈?lián)結(jié)

◆有并聯(lián)多重聯(lián)結(jié)和串聯(lián)多重聯(lián)結(jié)。

◆可減少輸入電流諧波，減小輸出電壓中的諧波并提高紋波頻率，因而可減小平波電抗器。

◆使用平衡電抗器來平衡2組整流器的電流?！魣D3-42的電路是2個三相橋并聯(lián)而成的12脈波整流電路。圖3-42并聯(lián)多重聯(lián)結(jié)的12脈波整流電路2023/3/9電力電子技術(shù)613.6.2多重化整流電路圖3-43移相30串聯(lián)2重聯(lián)結(jié)電路◆移相30構(gòu)成的串聯(lián)2重聯(lián)結(jié)電路

?整流變壓器二次繞組分別采用星形和三角形接法構(gòu)成相位相差30、大小相等的兩組電壓，接到相互串聯(lián)的2組整流橋。

?因繞組接法不同，變壓器一次繞組和兩組二次繞組的匝比如圖所示，為1:1:。

?該電路為12脈波整流電路。

星形接法三角形接法2023/3/9電力電子技術(shù)62?其他特性如下：

√直流輸出電壓3.6.2多重化整流電路?對圖3-44波形iA進(jìn)行傅里葉分析，可得其基波幅值Im1和n次諧波幅值Imn分別如下：即輸入電流諧波次數(shù)為12k±1，其幅值與次數(shù)成反比而降低?！坦β室驍?shù)(3-103)(3-104)√位移因數(shù)（基波功率因數(shù)）（單橋時相同）2023/3/9電力電子技術(shù)633.6.2多重化整流電路◆采用多重聯(lián)結(jié)的方法并不能提高位移因數(shù)，但可使輸入電流諧波大幅減小，從而也可以在一定程度上提高功率因數(shù)。2023/3/9電力電子技術(shù)643.6.2多重化整流電路db)c)iId2IduOap+aa)圖3-45單相串聯(lián)3重聯(lián)結(jié)電路及順序控制時的波形

■多重聯(lián)結(jié)電路的順序控制

◆只對一個橋的角進(jìn)行控制，其余各橋的工作狀態(tài)則根據(jù)需要輸出的整流電壓而定，或者不工作而使該橋輸出直流電壓為零，或者=0而使該橋輸出電壓最大。

◆根據(jù)所需總直流輸出電壓從低到高的變化，按順序依次對各橋進(jìn)行控制，因而被稱為順序控制。

◆以用于電氣機(jī)車的3重晶閘管整流橋順序控制為例

?當(dāng)需要輸出的直流電壓低于三分之一最高電壓時，只對第I組橋的角進(jìn)行控制，同時VT23、VT24、VT33、VT34保持導(dǎo)通，這樣第II、III組橋的直流輸出電壓就為零。

2023/3/9電力電子技術(shù)653.6.2多重化整流電路?當(dāng)需要輸出的直流電壓達(dá)到三分之一最高電壓時，第I組橋的角為0。?需要輸出電壓為三分之一到三分之二最高電壓時，第I組橋的角固定為0，VT33和VT34維持導(dǎo)通，僅對第II組橋的角進(jìn)行控制。?需要輸出電壓為三分之二最高電壓以上時，第I、II組橋的角固定為0，僅對第III組橋的角進(jìn)行控制。db)c)iId2IduOap+a圖3-45單相串聯(lián)3重聯(lián)結(jié)電路及順序控制時的波形

a）2023/3/9電力電子技術(shù)663.6.2多重化整流電路圖3-45a)單相串聯(lián)3重聯(lián)結(jié)電路

◆使直流輸出電壓波形不含負(fù)的部分，可采取如下控制方法

?以第I組橋?yàn)槔?，?dāng)電壓相位為時，觸發(fā)VT11、VT14使其導(dǎo)通并流過直流電流。

?在電壓相位為時，觸發(fā)VT13，則VT11關(guān)斷，通過VT13、VT14續(xù)流，橋的輸出電壓為零而不出現(xiàn)負(fù)的部分。

?電壓相位為+時，觸發(fā)VT12，則VT14關(guān)斷，由VT12、VT13導(dǎo)通而輸出直流電壓。

?電壓相位為2時，觸發(fā)VT11，則VT13關(guān)斷，由VT11和VT12續(xù)流，橋的輸出電壓為零?！繇樞蚩刂频碾娏鞑ㄐ沃?，正（或負(fù)）半周期內(nèi)前后四分之一周期波形不對稱，因此含有一定的偶次諧波，但其基波分量比電壓的滯后少，因而位移因數(shù)高，從而提高了總的功率因數(shù)。

2023/3/9電力電子技術(shù)6767/1313.7整流電路的有源逆變工作狀態(tài)

3.7.1逆變的概念

3.7.2三相橋整流電路的有源逆變工作狀態(tài)

3.7.3逆變失敗與最小逆變角的限制

2023/3/9電力電子技術(shù)683.7.1逆變的概念■什么是逆變？為什么要逆變？

◆逆變（invertion）：把直流電轉(zhuǎn)變成交流電的過程?！裟孀冸娐罚喊阎绷麟娔孀兂山涣麟姷碾娐?。

?當(dāng)交流側(cè)和電網(wǎng)連結(jié)時，為有源逆變電路。?變流電路的交流側(cè)不與電網(wǎng)聯(lián)接，而直接接到負(fù)載，即把直流電逆變?yōu)槟骋活l率或可調(diào)頻率的交流電供給負(fù)載，稱為無源逆變?！魧τ诳煽卣麟娐?，滿足一定條件就可工作于有源逆變，其電路形式未變，只是電路工作條件轉(zhuǎn)變。既工作在整流狀態(tài)又工作在逆變狀態(tài)，稱為變流電路。2023/3/9電力電子技術(shù)693.7.1逆變的概念圖3-46直流發(fā)電機(jī)—電動機(jī)之間電能的流轉(zhuǎn)a）兩電動勢同極性EG>EMb）兩電動勢同極性EM>EG

c）兩電動勢反極性，形成短路■直流發(fā)電機(jī)—電動機(jī)系統(tǒng)電能的流轉(zhuǎn)

◆M作電動運(yùn)轉(zhuǎn)，EG>EM，電流Id從G流向M，電能由G流向M，轉(zhuǎn)變?yōu)镸軸上輸出的機(jī)械能。

◆回饋制動狀態(tài)中，M作發(fā)電運(yùn)轉(zhuǎn)，EM>EG，電流反向，從M流向G，M軸上輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芊此徒oG。

◆兩電動勢順向串聯(lián)，向電阻R供電，G和M均輸出功率，由于R一般都很小，實(shí)際上形成短路，在工作中必須嚴(yán)防這類事故發(fā)生?！魞蓚€電動勢同極性相接時，電流總是從電動勢高的流向電動勢低的，由于回路電阻很小，即使很小的電動勢差值也能產(chǎn)生大的電流，使兩個電動勢之間交換很大的功率，這對分析有源逆變電路是十分有用的。2023/3/9電力電子技術(shù)703.7.1逆變的概念EM■逆變產(chǎn)生的條件

◆以單相全波電路代替上述發(fā)電機(jī)來分析

?電動機(jī)M作電動機(jī)運(yùn)行，全波電路應(yīng)工作在整流狀態(tài)，的范圍在0~/2間，直流側(cè)輸出Ud為正值，并且Ud>EM，交流電網(wǎng)輸出電功率，電動機(jī)則輸入電功率。

?電動機(jī)M作發(fā)電回饋制動運(yùn)行，由于晶閘管器件的單向?qū)щ娦?，電路?nèi)Id的方向依然不變，而M軸上輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芊此徒oG，只能改變EM的極性，為了避免兩電動勢順向串聯(lián)，Ud的極性也必須反過來，故的范圍在/2~，且|EM|>|Ud|。

uuua)b)u10udu20u10aOOwtIdidUd>EM10ud2010OOIdidUd<aVT1VT2VT2id=iVT+iVT12id=iVT+iVT12iVT1iVT2iVT1iiiwtwtwt圖3-47單相全波電路的整流和逆變

2023/3/9電力電子技術(shù)713.7.1逆變的概念◆產(chǎn)生逆變的條件

?要有直流電動勢，其