第三章整流電路1第一頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期四第3章整流電路·引言整流電路的分類：按組成的器件可分為不可控、半控、全控三種。按電路結(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。按變壓器二次側(cè)電流的方向是單向或雙向，又分為單拍電路和雙拍電路。整流電路：出現(xiàn)最早的電力電子電路，將交流電變?yōu)橹绷麟?。第二頁，共三十五頁，編輯?023年，星期四3.1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返回第三頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期四1.電路分析前提；2.課本中的標(biāo)識符號定義3.電路模型；4.不同負(fù)載的各類波形分析；5.重要名詞的理解掌握；6.相關(guān)數(shù)值計算；7.元器件選擇；8.習(xí)題、例題。掌握內(nèi)容3.1.1單相半波可控整流電路返回第四頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期四開關(guān)器件為理想器件，無開通、關(guān)斷延時時間，無功率損耗；iA=0，晶閘管關(guān)斷；iA>0，晶閘管不關(guān)斷；不考慮變壓器漏感在內(nèi)的交流側(cè)電感；換相過程是瞬時完成的；電源為理想的50HZ正弦波；不考慮變壓器的損耗；電路分析前提3.1.1單相半波可控整流電路返回第五頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期四瞬時值符號

u1：一次電壓瞬時值；u2：二次電壓瞬時值；

ud：直流輸出電壓瞬時值；id：直流輸出電流瞬時值；uVT：晶閘管承受的電壓瞬時值；

iVT：晶閘管流過的電流瞬時值；iVD：二極管流過的電流瞬時值；i2：變壓器二次側(cè)電流瞬時值；3.1.1單相半波可控整流電路課本中的標(biāo)識符號定義返回第六頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期四有效值符號

U1：一次電壓有效值；U2：二次電壓有效值；

U：負(fù)載輸出電壓有效值；I：負(fù)載輸出電流有效值；

IVT:流過晶閘管電流有效值；I2:變壓器二次側(cè)電流有效值;

IVDR:流過二極管電流有效值；3.1.1單相半波可控整流電路課本中的標(biāo)識符號定義返回第七頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期四平均值符號Ud：直流輸出電壓平均值；

Id：直流輸出電流平均值；IdVT:流過晶閘管電流平均值；

IdVDR:流過二極管電流平均值;3.1.1單相半波可控整流電路課本中的標(biāo)識符號定義返回第八頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期四3.1.1單相半波可控整流電路圖3-1單相半波可控整流電路及波形1）帶電阻負(fù)載的工作情況變壓器T起變換電壓和電氣隔離的作用。電阻負(fù)載的特點：電壓與電流成正比，兩者波形相同。wwwwtTVTR0a)u1u2uVTudidwt1p2ptttu2uguduVTaq0b)c)d)e)00電路模型波形分析返回第九頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期四3.1.1單相半波可控整流電路

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。

基本數(shù)量關(guān)系直流輸出電壓平均值為(3-1)VT的a移相范圍為0~180返回第十頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期四wtuda

qa：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,用a表示,也稱觸發(fā)角、觸發(fā)延遲角或控制角。q：即晶閘管在一個周期內(nèi)導(dǎo)通的電角度，稱導(dǎo)通角。3.1.1單相半波可控整流電路兩個重要的基本概念：返回第十一頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期四

思考以下問題：負(fù)載R上流過的電流平均值表達(dá)式。負(fù)載R上流過的電流有效值表達(dá)式。晶閘管上流過的電流有效值表達(dá)式。變壓器二次側(cè)流過的電流有效值表達(dá)式。變壓器（電源）供給的有功功率表達(dá)式。變壓器提供的視在功率表達(dá)式。計算這些參數(shù)的意義所在。（有效值、平均值）3.1.1單相半波可控整流電路返回第十二頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期四3.1.1單相半波可控整流電路2)帶阻感負(fù)載的工作情況圖3-2帶阻感負(fù)載的單相半波電路及其波形阻感負(fù)載的特點：電感對電流變化有抗拒作用，使得流過電感的電流不發(fā)生突變。※

※回顧電路阻抗角、電感儲能特性、感應(yīng)電動勢、二極管“續(xù)流”等知識。返回第十三頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期四3.1.1單相半波可控整流電路2)帶阻感負(fù)載的工作情況圖3-2帶阻感負(fù)載的單相半波電路及其波形電路中加接一續(xù)流二極管?。?！若φ為定值，a

越大，在u2正半周L儲能越少，維持導(dǎo)電的能力就越弱，θ越小?！?/p>

分析負(fù)載阻抗角φ

、觸發(fā)角a、晶閘管導(dǎo)通角θ的關(guān)系若a為定值，φ

越大，則L貯能越多，θ越大；※在u2負(fù)半周L維持晶閘管導(dǎo)通的時間若越接近晶閘管在u2正半周導(dǎo)通的時間，則ud中負(fù)的部分越接近正的部分，則平均值Ud越接近零。該電路不好，不實用！??！需改進(jìn)電路形式。如何改？？？返回第十四頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期四3.1.1單相半波可控整流電路3）加續(xù)流二極管的u2udiduVTiVTIdIdwt1wtwtwtwtwtwtOOOOOOp-ap+ab)c)d)e)f)g)iVDRa)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當(dāng)u2過零變負(fù)時，VDR導(dǎo)通，ud為零，VT承受反壓關(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。

數(shù)量關(guān)系(id近似恒為Id）（2-5）（2-6）（2-7）（2-8）返回第十五頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期四3.1.1單相半波可控整流電路VT的a移相范圍為0~180。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。實際上很少應(yīng)用此種電路。分析該電路的主要目的建立起整流電路的基本概念。單相半波可控整流電路的特點：返回第十六頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期四3.1.2單相橋式全控整流電路1)帶電阻負(fù)載的工作情況a)u(i)pwtwtwt000i2udidb)c)d)ddaauVT1,4圖3-5單相全控橋式帶電阻負(fù)載時的電路及波形工作原理及波形分析VT1和VT4組成一對橋臂，在u2正半周承受電壓u2，得到觸發(fā)脈沖即導(dǎo)通，當(dāng)u2過零時關(guān)斷。VT2和VT3組成另一對橋臂，在u2正半周承受電壓-u2，得到觸發(fā)脈沖即導(dǎo)通，當(dāng)u2過零時關(guān)斷。電路結(jié)構(gòu)動畫演示返回第十七頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期四3.1.2單相橋式全控整流電路數(shù)量關(guān)系（3-9）a角的移相范圍為0~180。向負(fù)載輸出的平均電流值為：流過晶閘管的電流平均值只有輸出直流平均值的一半，即：（3-10）(3-11)pwtwtwt000i2udidb)c)d)ddaauVT1,4返回第十八頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期四3.1.2單相橋式全控整流電路流過晶閘管的電流有效值：變壓器二次測電流有效值I2與輸出直流電流I有效值相等：由式（2-12）和式（2-13）得：不考慮變壓器的損耗時，要求變壓器的容量S=U2I2。（3-12）（3-13）（2-14）pwtwtwt000i2udidb)c)d)ddaauVT1,4返回第十九頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期四3.1.2單相橋式全控整流電路2）帶阻感負(fù)載的工作情況

u2OwtOwtOwtudidi2b)OwtOwtuVT1,4OwtOwtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4圖3-6單相全控橋帶阻感負(fù)載時的電路及波形假設(shè)電路已工作于穩(wěn)態(tài)，id的平均值不變。假設(shè)負(fù)載電感很大，負(fù)載電流id連續(xù)且波形近似為一水平線。u2過零變負(fù)時，晶閘管VT1和VT4并不關(guān)斷。至ωt=π+a時刻，晶閘管VT1和VT4關(guān)斷，VT2和VT3兩管導(dǎo)通。VT2和VT3導(dǎo)通后，VT1和VT4承受反壓關(guān)斷，流過VT1和VT4的電流迅速轉(zhuǎn)移到VT2和VT3上，此過程稱換相，亦稱換流。動畫演示返回第二十頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期四3.1.2單相橋式全控整流電路

數(shù)量關(guān)系（3-15）晶閘管移相范圍為0~90。晶閘管導(dǎo)通角θ與a無關(guān)，均為180。電流的平均值和有效值：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a角決定，有效值I2=Id。晶閘管承受的最大正反向電壓均為。2OwtOwtOwtudidi2b)OwtOwtuVT1,4OwtOwtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4返回第二十一頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期四3.1.2單相橋式全控整流電路3）帶反電動勢負(fù)載時的工作情況圖3-7單相橋式全控整流電路接反電動勢—電阻負(fù)載時的電路及波形在|u2|>E時，才有晶閘管承受正電壓，有導(dǎo)通的可能。在a

角相同時，整流輸出電壓比電阻負(fù)載時大。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δ停止導(dǎo)電，δ稱為停止導(dǎo)電角，（2-16）b)idOEudwtIdOwtaqd返回第二十二頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期四3.1.2單相橋式全控整流電路當(dāng)α

<d時，觸發(fā)脈沖到來時，晶閘管承受負(fù)電壓，不可能導(dǎo)通。圖3-7b單相橋式全控整流電路接反電動勢—電阻負(fù)載時的波形電流斷續(xù)觸發(fā)脈沖有足夠的寬度，保證當(dāng)wt=d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d。如圖2-7b所示id波形所示：電流連續(xù)ub)idOEdwtIdOwtαqd返回第二十三頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期四3.1.2單相橋式全控整流電路負(fù)載為直流電動機時，如果出現(xiàn)電流斷續(xù)，則電動機的機械特性將很軟。為了克服此缺點，一般在主電路中直流輸出側(cè)串聯(lián)一個平波電抗器。這時整流電壓ud的波形和負(fù)載電流id的波形與阻感負(fù)載電流連續(xù)時的波形相同，ud的計算公式也一樣。為保證電流連續(xù)所需的電感量L可由下式求出：（3-17）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twwOud0Eidtpdaq=p返回第二十四頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期四3.1.3單相全波可控整流電路單相全波與單相全控橋從直流輸出端或從交流輸入端看均是基本一致的。變壓器不存在直流磁化的問題。圖3-9單相全波可控整流電路及波形a)wtwab)udi1OOt返回第二十五頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期四3.1.3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。從上述后兩點考慮，單相全波電路有利于在低輸出電壓的場合應(yīng)用。返回第二十六頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期四3.1.4單相橋式半控整流電路電路結(jié)構(gòu)

單相全控橋中，每個導(dǎo)電回路中有2個晶閘管，1個晶閘管可以用二極管代替，從而簡化整個電路。如此即成為單相橋式半控整流電路。ud1）電阻負(fù)載情況

※單相橋式半控電路與單相橋式全控電路在電阻負(fù)載時的工作情況相同。2）阻感負(fù)載（無VDR）請同學(xué)分析以下波形：ud，id，ivt，ivD，i2返回第二十七頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期四3.1.4單相橋式半控整流電路3）阻感負(fù)載（有VDR）的情況

圖3-10單相橋式半控整流電路，有續(xù)流二極管，阻感負(fù)載時的電路及波形在u2正半周，u2經(jīng)VT1和VD4向負(fù)載供電。

u2過零變負(fù)時，因電感作用電流不再流經(jīng)變壓器二次繞組，而是由VT1和VD2續(xù)流。在u2負(fù)半周觸發(fā)角a時刻觸發(fā)VT3，VT3導(dǎo)通，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-aiVT1iVD4iVT2iVD3iVDR動畫演示返回第二十八頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期四3.1.4單相橋式半控整流電路續(xù)流二極管的作用避免可能發(fā)生的失控現(xiàn)象。若無續(xù)流二極管，則當(dāng)a

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，其平均值保持恒定，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，有利于降低損耗。返回第二十九頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期四3.1.4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2-5a中的VT3和VT4換為二極管VD3和VD4，這樣可以省