电力电子技术第3章整流电路.ppt

第三第三章章 整流电路整流电路AC to DC Converters(Rectifiers)1本章主要内容本章主要内容单相可控整流电路单相可控整流电路三相可控整流电路三相可控整流电路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整流电路的谐波和功率因数整流电路的谐波和功率因数大功率可控整流电路大功率可控整流电路整流电路的有源逆变工作状态整流电路的有源逆变工作状态2本章主要内容本章主要内容本章重点应掌握：本章重点应掌握：各种整流电路的电路形式各种整流电路的电路形式分析各种整流电路的工作原理分析各种整流电路的工作原理会计算各种电路的参数会计算各种电路的参数分析各种波形分析各种波形整流电路产生有源逆变状态的条件及发生整流电路产生有源逆变状态的条件及发生逆变颠覆的原因逆变颠覆的原因功率因数的概念功率因数的概念本章难点：本章难点：整流电路的波形分析和参数计算整流电路的波形分析和参数计算3整流电路的定义：整流电路的定义：一种把交流电源电压转换一种把交流电源电压转换成所需的直流电压的一种电路。出现最早的成所需的直流电压的一种电路。出现最早的电力电子电路电力电子电路整流电路的性能指标：整流电路的性能指标：直流输出电压的平均值直流输出电压的平均值直流输出中的交流分量直流输出中的交流分量功率因数功率因数网侧谐波电流等网侧谐波电流等整流电路的概念整流电路的概念4按电路结构分按电路结构分按电路结构分按电路结构分 半波电路：每根电源进线流过单向电流，又称为零半波电路：每根电源进线流过单向电流，又称为零半波电路：每根电源进线流过单向电流，又称为零半波电路：每根电源进线流过单向电流，又称为零 式电路或单拍电路式电路或单拍电路式电路或单拍电路式电路或单拍电路 全波电路：每根电源进线流过双向电流，又称为桥全波电路：每根电源进线流过双向电流，又称为桥全波电路：每根电源进线流过双向电流，又称为桥全波电路：每根电源进线流过双向电流，又称为桥 式电路或双拍电路式电路或双拍电路式电路或双拍电路式电路或双拍电路 按电源相数分类按电源相数分类按电源相数分类按电源相数分类 单相电路：单脉波或双脉波单相电路：单脉波或双脉波单相电路：单脉波或双脉波单相电路：单脉波或双脉波 三相电路：三脉波或六脉波三相电路：三脉波或六脉波三相电路：三脉波或六脉波三相电路：三脉波或六脉波 多相电路：多脉波多相电路：多脉波多相电路：多脉波多相电路：多脉波按电路的工作范围分类按电路的工作范围分类按电路的工作范围分类按电路的工作范围分类 单象限电路单象限电路单象限电路单象限电路 多象限电路多象限电路多象限电路多象限电路 整流电路的分类整流电路的分类5 按电路控制特点分类按电路控制特点分类按电路控制特点分类按电路控制特点分类不不不不可可可可控控控控电电电电路路路路：电电电电路路路路的的的的直直直直流流流流输输输输出出出出电电电电压压压压平平平平均均均均值值值值同同同同交交交交流流流流电电电电源源源源电电电电压压压压的的的的比比比比值值值值固固固固定定定定不不不不变变变变，且且且且功功功功率率率率流流流流向向向向只只只只能能能能由由由由电电电电源源源源流流流流向向向向负负负负载载载载，为为为为单单单单向向向向变变变变流流流流器器器器。这这这这种种种种电电电电路路路路的的的的控控控控制制制制器器器器件件件件一一一一般是二极管。般是二极管。般是二极管。般是二极管。半控电路：半控电路：半控电路：半控电路：电路的直流输出电压平均值与交流电源电电路的直流输出电压平均值与交流电源电电路的直流输出电压平均值与交流电源电电路的直流输出电压平均值与交流电源电 压压压压的的的的比比比比值值值值可可可可以以以以改改改改变变变变，但但但但功功功功率率率率流流流流向向向向仍仍仍仍为为为为单单单单向向向向，只只只只能能能能由由由由电电电电源源源源侧侧侧侧流流流流向向向向负负负负载载载载侧侧侧侧。这这这这种种种种电电电电路路路路的的的的控控控控制制制制器器器器件件件件一一一一般般般般是晶闸管和二极管同时存在。是晶闸管和二极管同时存在。是晶闸管和二极管同时存在。是晶闸管和二极管同时存在。全控电路：全控电路：全控电路：全控电路：电路的直流输出电压值可以改变，且功率电路的直流输出电压值可以改变，且功率电路的直流输出电压值可以改变，且功率电路的直流输出电压值可以改变，且功率 流向是双向的。全控整流电路中控制器件主要为流向是双向的。全控整流电路中控制器件主要为流向是双向的。全控整流电路中控制器件主要为流向是双向的。全控整流电路中控制器件主要为晶闸管晶闸管晶闸管晶闸管 整流电路的分类整流电路的分类6单相可控整流电路单相可控整流电路整流电路形式整流电路形式单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路单相桥式全控整流电路单相桥式全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桥式半控整流电路单相桥式半控整流电路负载形式：负载形式：阻性负载，阻感负载，反电动势负载阻性负载，阻感负载，反电动势负载7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)(Single Phase Half Wave Controlled Rectifier)假定：假定：假定：假定：电路中开关器件为理想器件，即器件通态压电路中开关器件为理想器件，即器件通态压电路中开关器件为理想器件，即器件通态压电路中开关器件为理想器件，即器件通态压降为零，阻断状态下电流为零，动态响应是瞬时的，降为零，阻断状态下电流为零，动态响应是瞬时的，降为零，阻断状态下电流为零，动态响应是瞬时的，降为零，阻断状态下电流为零，动态响应是瞬时的，也不考虑变压器漏抗对电路的影响也不考虑变压器漏抗对电路的影响也不考虑变压器漏抗对电路的影响也不考虑变压器漏抗对电路的影响 电路的工作状态电路的工作状态电路的工作状态电路的工作状态 阻性负载阻性负载阻性负载阻性负载 感性负载感性负载感性负载感性负载 反电动势负载反电动势负载反电动势负载反电动势负载8单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路阻性负载阻性负载(Single Phase Half Wave Controlled Rectifier(Single Phase Half Wave Controlled Rectifier Resistive Load)Resistive Load)变变变变压压压压器器器器T T起起起起变变变变换换换换电电电电压压压压和和和和电气隔离的作用。电气隔离的作用。电气隔离的作用。电气隔离的作用。电电电电阻阻阻阻负负负负载载载载的的的的特特特特点点点点：电电电电压压压压与与与与电电电电流流流流成成成成正正正正比比比比，两两两两者者者者波波波波形相同。形相同。形相同。形相同。注注注注意意意意：输输输输出出出出电电电电压压压压和和和和电电电电流流流流波波波波形形形形，晶晶晶晶闸闸闸闸管管管管承承承承受受受受的的的的电电电电压波形压波形压波形压波形9单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路阻性负载阻性负载几个基本概念：几个基本概念：几个基本概念：几个基本概念：触触触触 发发发发 延延延延 迟迟迟迟 角角角角(Triggering(Triggeringdelaydelay angle)angle)：从从从从晶晶晶晶闸闸闸闸管管管管开开开开始始始始承承承承受受受受正正正正向向向向阳阳阳阳极极极极电电电电压压压压起起起起到到到到施施施施加加加加触触触触发发发发脉脉脉脉冲冲冲冲止止止止的的的的电电电电角角角角度度度度,用用用用 表表表表示示示示,也也也也称称称称触触触触发发发发角角角角(firing(firingangle)angle)或控制角或控制角或控制角或控制角(controlangle)(controlangle)。导通角：导通角：导通角：导通角：晶闸管在一个电源晶闸管在一个电源晶闸管在一个电源晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度，周期中处于通态的电角度，周期中处于通态的电角度，周期中处于通态的电角度，用用用用 表示表示表示表示。10单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路阻性负载阻性负载同步：同步：同步：同步：要使整流输出电压稳定，则要求每个周期要使整流输出电压稳定，则要求每个周期要使整流输出电压稳定，则要求每个周期要使整流输出电压稳定，则要求每个周期中触发角都相同，所以要求触发脉冲信号与电源中触发角都相同，所以要求触发脉冲信号与电源中触发角都相同，所以要求触发脉冲信号与电源中触发角都相同，所以要求触发脉冲信号与电源电压在频率和相位上要协调配合，这种相互协调电压在频率和相位上要协调配合，这种相互协调电压在频率和相位上要协调配合，这种相互协调电压在频率和相位上要协调配合，这种相互协调配合的关系，称之为同步。配合的关系，称之为同步。配合的关系，称之为同步。配合的关系，称之为同步。移相：移相：移相：移相：改变触发角改变触发角改变触发角改变触发角的大小，即改变触发脉冲电的大小，即改变触发脉冲电的大小，即改变触发脉冲电的大小，即改变触发脉冲电压压压压出现的相位，称为移相。出现的相位，称为移相。出现的相位，称为移相。出现的相位，称为移相。移相范围：移相范围：移相范围：移相范围：触发角触发角触发角触发角从从从从开始到最大触发电角度开始到最大触发电角度开始到最大触发电角度开始到最大触发电角度的区间称为移相范围。的区间称为移相范围。的区间称为移相范围。的区间称为移相范围。几个基本概念：几个基本概念：几个基本概念：几个基本概念：11单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路阻性负载阻性负载 移相范围为移相范围为移相范围为移相范围为180180 通通通通过过过过控控控控制制制制触触触触发发发发脉脉脉脉冲冲冲冲的的的的相相相相位位位位来来来来控控控控制制制制直直直直流流流流输输输输出出出出电电电电压压压压大大大大小小小小的方式称为相位控制方式，简称的方式称为相位控制方式，简称的方式称为相位控制方式，简称的方式称为相位控制方式，简称相控方式相控方式相控方式相控方式。基本数量关系基本数量关系基本数量关系基本数量关系直流输出电压平均值为直流输出电压平均值为直流输出电压平均值为直流输出电压平均值为12单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路阻性负载阻性负载基本数量关系基本数量关系基本数量关系基本数量关系负载电流有效值负载电流有效值负载电流有效值负载电流有效值 负载电流平均值负载电流平均值负载电流平均值负载电流平均值整流输出电压有效值整流输出电压有效值整流输出电压有效值整流输出电压有效值13单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路阻性负载阻性负载单相半波电路中，流过晶闸管的电流有效值单相半波电路中，流过晶闸管的电流有效值单相半波电路中，流过晶闸管的电流有效值单相半波电路中，流过晶闸管的电流有效值 基本数量关系基本数量关系基本数量关系基本数量关系晶闸管选用原则：晶闸管选用原则：晶闸管选用原则：晶闸管选用原则：a a a a）按有效值相等的原则选用，并考虑一定裕量按有效值相等的原则选用，并考虑一定裕量按有效值相等的原则选用，并考虑一定裕量按有效值相等的原则选用，并考虑一定裕量 晶闸管额定电流有效值平均值之间的关系晶闸管额定电流有效值平均值之间的关系晶闸管额定电流有效值平均值之间的关系晶闸管额定电流有效值平均值之间的关系 b b b b）考虑散热，选择与之相应的散热器考虑散热，选择与之相应的散热器考虑散热，选择与之相应的散热器考虑散热，选择与之相应的散热器流过晶闸管的电流平均值为流过晶闸管的电流平均值为流过晶闸管的电流平均值为流过晶闸管的电流平均值为14单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路阻性负载阻性负载晶闸管器件承受的最大正晶闸管器件承受的最大正晶闸管器件承受的最大正晶闸管器件承受的最大正向和反向电压均为电源电向和反向电压均为电源电向和反向电压均为电源电向和反向电压均为电源电压最大值压最大值压最大值压最大值基本数量关系基本数量关系基本数量关系基本数量关系15例例例例2 2 2 21.1.1.1.单相半波可控整流电路，电阻性负载，不经整流变压单相半波可控整流电路，电阻性负载，不经整流变压单相半波可控整流电路，电阻性负载，不经整流变压单相半波可控整流电路，电阻性负载，不经整流变压器直接与器直接与器直接与器直接与220V220V220V220V交流电源相接，要求输出的直流平均电压为交流电源相接，要求输出的直流平均电压为交流电源相接，要求输出的直流平均电压为交流电源相接，要求输出的直流平均电压为85V85V85V85V，最大输出直流平均电流为最大输出直流平均电流为最大输出直流平均电流为最大输出直流平均电流为20A20A20A20A，求此电路中求此电路中求此电路中求此电路中 、R R R R、U U U U、I I I I2 2 2 2、I I I IT T T T、I I I IdTdTdTdT和和和和 ，并选择晶闸管（考虑，并选择晶闸管（考虑，并选择晶闸管（考虑，并选择晶闸管（考虑2 2 2 2倍裕量）。倍裕量）。倍裕量）。倍裕量）。解：解：解：解：1.1.1.1.已知已知已知已知 ,根据公式根据公式根据公式根据公式 2.2.2.2.已知已知已知已知 ，可计算负载电阻，可计算负载电阻，可计算负载电阻，可计算负载电阻单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路阻性负载阻性负载3.3.3.3.整流输出电压有效值整流输出电压有效值整流输出电压有效值整流输出电压有效值164.4.4.4.交流侧电流有效值交流侧电流有效值交流侧电流有效值交流侧电流有效值单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路阻性负载阻性负载5.5.5.5.流过晶闸管的电流有效值和平均值流过晶闸管的电流有效值和平均值流过晶闸管的电流有效值和平均值流过晶闸管的电流有效值和平均值晶闸管电流定额，应选额定电流为晶闸管电流定额，应选额定电流为晶闸管电流定额，应选额定电流为晶闸管电流定额，应选额定电流为50A50A50A50A的晶闸管；的晶闸管；的晶闸管；的晶闸管；6.6.6.6.功率因数功率因数功率因数功率因数7.7.7.7.选择晶闸管定额选择晶闸管定额选择晶闸管定额选择晶闸管定额晶闸管的电压定额，应选额定电压为晶闸管的电压定额，应选额定电压为晶闸管的电压定额，应选额定电压为晶闸管的电压定额，应选额定电压为700V700V700V700V左右的晶闸管。左右的晶闸管。左右的晶闸管。左右的晶闸管。17单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路感性负载感性负载当负载的感抗（当负载的感抗（）与电阻）与电阻R R相比不可忽略时相比不可忽略时称为称为感性负载感性负载，例如各种电机的励磁绕组、电，例如各种电机的励磁绕组、电磁铁线圈等。磁铁线圈等。电感存在对电路的影响：电感存在对电路的影响：对电流的变化起抗拒对电流的变化起抗拒作用，流过电感器件的电流不能突变，当作用，流过电感器件的电流不能突变，当电感中电流增加时，电感产生一自感电势电感中电流增加时，电感产生一自感电势阻止电流增加，而当电感中电流减小时，阻止电流增加，而当电感中电流减小时，自感电势又将阻止电流的减小。自感电势又将阻止电流的减小。18单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路感性负载感性负载讨讨讨讨论论论论负负负负载载载载阻阻阻阻抗抗抗抗角角角角j j j j、触触触触发发发发角角角角 、晶晶晶晶闸闸闸闸管管管管导导导导通通通通角角角角 的的的的关关关关系。系。系。系。单相半波可控整流电路带大电单相半波可控整流电路带大电单相半波可控整流电路带大电单相半波可控整流电路带大电感负载时，不管怎样调节控制感负载时，不管怎样调节控制感负载时，不管怎样调节控制感负载时，不管怎样调节控制角，其输出直流电压平均值总角，其输出直流电压平均值总角，其输出直流电压平均值总角，其输出直流电压平均值总是很小，平均电流值也很小。是很小，平均电流值也很小。是很小，平均电流值也很小。是很小，平均电流值也很小。所以此电路是无法使用的。为所以此电路是无法使用的。为所以此电路是无法使用的。为所以此电路是无法使用的。为了解决这个问题，通常是在整了解决这个问题，通常是在整了解决这个问题，通常是在整了解决这个问题，通常是在整流电路的负载两端并联一个硅流电路的负载两端并联一个硅流电路的负载两端并联一个硅流电路的负载两端并联一个硅整流二极管整流二极管整流二极管整流二极管D D D DR R R R，称为称为称为称为续流二极续流二极续流二极续流二极管管管管 19单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路感性负载感性负载带续流二极管电路带续流二极管电路带续流二极管电路带续流二极管电路当当当当u u2 2过过过过零零零零变变变变负负负负时时时时，VDVDR R导导导导通通通通，u ud d为为为为零零零零，VTVT承承承承受受受受反反反反压关断。压关断。压关断。压关断。L L储储储储存存存存的的的的能能能能量量量量保保保保证证证证了了了了电电电电流流流流i id d在在在在L-R-VDL-R-VDR R回回回回路路路路中中中中流流流流通通通通，此过程通常称为续流。此过程通常称为续流。此过程通常称为续流。此过程通常称为续流。20若晶闸管触发角为若晶闸管触发角为若晶闸管触发角为若晶闸管触发角为 ，则导通，则导通，则导通，则导通角为角为角为角为 ，续流二极管导，续流二极管导，续流二极管导，续流二极管导通角即为通角即为通角即为通角即为 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路感性负载感性负载带续流二极管电路带续流二极管电路带续流二极管电路带续流二极管电路整流输出电压平均值整流输出电压平均值整流输出电压平均值整流输出电压平均值与阻性负载时相同与阻性负载时相同与阻性负载时相同与阻性负载时相同电路的移相范围仍为电路的移相范围仍为电路的移相范围仍为电路的移相范围仍为21单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路感性负载感性负载带续流二极管电路带续流二极管电路带续流二极管电路带续流二极管电路流过晶闸管电流平均值流过晶闸管电流平均值流过晶闸管电流平均值流过晶闸管电流平均值流过续流二极管的电流平均值流过续流二极管的电流平均值流过续流二极管的电流平均值流过续流二极管的电流平均值22晶闸管可能承受的最大正、反晶闸管可能承受的最大正、反晶闸管可能承受的最大正、反晶闸管可能承受的最大正、反向电压均为向电压均为向电压均为向电压均为 ，续流二极管可，续流二极管可，续流二极管可，续流二极管可能承受的最大反向电压也为能承受的最大反向电压也为能承受的最大反向电压也为能承受的最大反向电压也为 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路感性负载感性负载流过晶闸管的电流有效值为流过晶闸管的电流有效值为流过晶闸管的电流有效值为流过晶闸管的电流有效值为流过续流二极管的电流有效值为流过续流二极管的电流有效值为流过续流二极管的电流有效值为流过续流二极管的电流有效值为带续流二极管电路带续流二极管电路带续流二极管电路带续流二极管电路23当整流电路中接有当整流电路中接有大电感负载大电感负载时，由于晶闸管时，由于晶闸管触发导通的瞬间，电流从零开始缓慢上升，如触发导通的瞬间，电流从零开始缓慢上升，如触发脉冲宽度不够，有可能发生电流未上升到触发脉冲宽度不够，有可能发生电流未上升到晶闸管的擎住电流触发脉冲就已消失的情况，晶闸管的擎住电流触发脉冲就已消失的情况，从而使晶闸管在触发脉冲消失后又恢复正向阻从而使晶闸管在触发脉冲消失后又恢复正向阻断状态，所以断状态，所以要求触发脉冲有足够的宽度要求触发脉冲有足够的宽度。单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路感性负载感性负载24VT的的 移相范围为移相范围为180 简简单单，但但输输出出脉脉动动大大，变变压压器器二二次次侧侧电电流流中中含含直直流流分分量量，造造成成变变压压器器铁铁芯芯直直流流磁磁化化，为为使使变变压压器器铁铁芯芯不不饱饱和和，需需加加大大铁铁芯芯的的截截面面积积，所以设备容量大。所以设备容量大。实际上很少应用此种电路实际上很少应用此种电路分分析析该该电电路路的的主主要要目目的的建建立立起起整整流流电电路路的的基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特点25单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路-阻性负载阻性负载Single Phase Bridge Single Phase Bridge ContrelledContrelled Rectifier Rectifier工作原理及波形分析工作原理及波形分析工作原理及波形分析工作原理及波形分析VTVT1 1和和和和VTVT4 4组组组组成成成成一一一一对对对对桥桥桥桥臂臂臂臂，在在在在u u2 2正正正正半半半半周周周周承承承承受受受受电电电电压压压压u u2 2，得得得得到到到到触触触触发发发发脉脉脉脉冲冲冲冲即即即即导导导导通通通通，当当当当u u2 2过零时关断。过零时关断。过零时关断。过零时关断。VTVT2 2和和和和VTVT3 3组组组组成成成成另另另另一一一一对对对对桥桥桥桥臂臂臂臂，在在在在u u2 2负负负负半半半半周周周周承承承承受受受受电电电电压压压压-u-u2 2，即即即即正正正正向向向向阳阳阳阳极极极极电电电电压压压压，得得得得到到到到触触触触发发发发脉脉脉脉冲冲冲冲即即即即导导导导通通通通，当当当当u u2 2过零时关断。过零时关断。过零时关断。过零时关断。电路结构电路结构电路结构电路结构26当当当当 时，晶闸管全通，时，晶闸管全通，时，晶闸管全通，时，晶闸管全通，相当于不可控整流相当于不可控整流相当于不可控整流相当于不可控整流 ；时，时，时，时，故电路移相范围是故电路移相范围是故电路移相范围是故电路移相范围是 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路-阻性负载阻性负载数量关系数量关系数量关系数量关系整流输出电压平均值整流输出电压平均值整流输出电压平均值整流输出电压平均值 其值是单相半波整流电路的其值是单相半波整流电路的其值是单相半波整流电路的其值是单相半波整流电路的2 2 2 2倍倍倍倍 27单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路-阻性负载阻性负载数量关系数量关系数量关系数量关系向负载输出的平均电流值为：向负载输出的平均电流值为：向负载输出的平均电流值为：向负载输出的平均电流值为：流过晶闸管的电流平均值只有输出直流平均值的一流过晶闸管的电流平均值只有输出直流平均值的一流过晶闸管的电流平均值只有输出直流平均值的一流过晶闸管的电流平均值只有输出直流平均值的一半，即：半，即：半，即：半，即：晶闸管承受的最大正向电压晶闸管承受的最大正向电压晶闸管承受的最大正向电压晶闸管承受的最大正向电压 为电源电压峰值的一半，最为电源电压峰值的一半，最为电源电压峰值的一半，最为电源电压峰值的一半，最 大反向电压为电源电压峰值大反向电压为电源电压峰值大反向电压为电源电压峰值大反向电压为电源电压峰值28流过晶闸管的电流有效值：流过晶闸管的电流有效值：流过晶闸管的电流有效值：流过晶闸管的电流有效值：变压器二次测电流有效值变压器二次测电流有效值变压器二次测电流有效值变压器二次测电流有效值I I2 2与输出直流电流与输出直流电流与输出直流电流与输出直流电流I I有效有效有效有效值相等：值相等：值相等：值相等：单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路-阻性负载阻性负载数量关系数量关系数量关系数量关系不考虑变压器的损耗时，不考虑变压器的损耗时，不考虑变压器的损耗时，不考虑变压器的损耗时，要求变压器的容量要求变压器的容量要求变压器的容量要求变压器的容量S=US=U2 2I I2 229例例例例2 2 2 22.2.2.2.单单单单相相相相全全全全控控控控桥桥桥桥式式式式整整整整流流流流电电电电路路路路，阻阻阻阻性性性性负负负负载载载载，要要要要求求求求输输输输出出出出直直直直流流流流电电电电压压压压 连连连连续续续续可可可可调调调调，负负负负载载载载平平平平均均均均电电电电流流流流恒恒恒恒定定定定为为为为20A20A20A20A，晶晶晶晶闸闸闸闸管管管管最最最最小小小小触触触触发发发发角角角角限限限限制制制制为为为为，计计计计算算算算变变变变压压压压器器器器二二二二次次次次侧侧侧侧电电电电压压压压、电电电电流流流流值值值值，估估估估算算算算其其其其容容容容量量量量以以以以及及及及晶晶晶晶闸闸闸闸管管管管导导导导通通通通角角角角的变化范围并选择晶闸管。的变化范围并选择晶闸管。的变化范围并选择晶闸管。的变化范围并选择晶闸管。单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路-阻性负载举例阻性负载举例解：解：解：解：1.1.1.1.已知已知已知已知对应的对应的对应的对应的所以所以所以所以30晶闸管导通角的变化范围为晶闸管导通角的变化范围为晶闸管导通角的变化范围为晶闸管导通角的变化范围为当当当当一定时，一定时，一定时，一定时，越大，所需越大，所需越大，所需越大，所需越大，越大，越大，越大，时有时有时有时有2.2.在整个可调电压范围内，在整个可调电压范围内，在整个可调电压范围内，在整个可调电压范围内，恒为恒为恒为恒为20A20A，考虑严重情，考虑严重情，考虑严重情，考虑严重情况，即在况，即在况，即在况，即在时，电路仍能输出时，电路仍能输出时，电路仍能输出时，电路仍能输出20A20A电流，据电流，据电流，据电流，据此可求出最大触发角此可求出最大触发角此可求出最大触发角此可求出最大触发角所以变压器二次侧绕组的电流为所以变压器二次侧绕组的电流为所以变压器二次侧绕组的电流为所以变压器二次侧绕组的电流为单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路-阻性负载举例阻性负载举例31本题中应注意，若按本题中应注意，若按本题中应注意，若按本题中应注意，若按计算，则变压器二次计算，则变压器二次计算，则变压器二次计算，则变压器二次侧绕组中电流侧绕组中电流侧绕组中电流侧绕组中电流，较上面的，较上面的，较上面的，较上面的42.8A42.8A小得多，据此计算的变压器容量偏小，显然无法满小得多，据此计算的变压器容量偏小，显然无法满小得多，据此计算的变压器容量偏小，显然无法满小得多，据此计算的变压器容量偏小，显然无法满足运行要求。足运行要求。足运行要求。足运行要求。单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路-阻性负载举例阻性负载举例3.3.变压器容量估算变压器容量估算变压器容量估算变压器容量估算32晶闸管承受的最大反向电压为晶闸管承受的最大反向电压为晶闸管承受的最大反向电压为晶闸管承受的最大反向电压为若考虑若考虑若考虑若考虑2 2倍裕量为倍裕量为倍裕量为倍裕量为338V338V，则可选取型号为，则可选取型号为，则可选取型号为，则可选取型号为KP50-5KP50-5的晶闸管，其通态平均电流为的晶闸管，其通态平均电流为的晶闸管，其通态平均电流为的晶闸管，其通态平均电流为50A50A，正向重复峰值，正向重复峰值，正向重复峰值，正向重复峰值电压为电压为电压为电压为5 5级（级（级（级（500V500V）单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路-阻性负载举例阻性负载举例4.4.选择晶闸管选择晶闸管选择晶闸管选择晶闸管流过晶闸管的电流有效值流过晶闸管的电流有效值流过晶闸管的电流有效值流过晶闸管的电流有效值所以，考虑所以，考虑所以，考虑所以，考虑2 2倍裕量时晶闸管额定电流倍裕量时晶闸管额定电流倍裕量时晶闸管额定电流倍裕量时晶闸管额定电流33单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路-感性负载感性负载假假设设电电路路已已工工作作于于稳稳态态，id的平均值不变。的平均值不变。假假设设负负载载电电感感很很大大，负负载载电电流流id连连续续且且波波形形近近似似为为一一水水平线平线。u2过过零零变变负负时时，晶晶闸闸管管VT1和和VT4并不关断。并不关断。至至t=+时时刻刻，晶晶闸闸管管VT1和和VT4关关断断，VT2和和VT3两两管管导通导通。VT2和和 VT3导导 通通 后后，VT1和和VT4承承受受反反压压关关断断，流流过过VT1和和VT4的的电电流流迅迅速速转转移移到到VT2和和VT3上上，此此过过程程称称换换相相，亦称换流。亦称换流。34单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路-感性负载感性负载 数量关系数量关系数量关系数量关系晶闸管移相范围为晶闸管移相范围为晶闸管移相范围为晶闸管移相范围为90909090 晶闸管承受的最大正反晶闸管承受的最大正反晶闸管承受的最大正反晶闸管承受的最大正反向电压均为向电压均为向电压均为向电压均为 整流输出电压为整流输出电压为整流输出电压为整流输出电压为35单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路-感性负载感性负载晶闸管导通角晶闸管导通角晶闸管导通角晶闸管导通角 与与与与 无关，均为无关，均为无关，均为无关，均为180180 晶闸管电流的平均值和有效值：晶闸管电流的平均值和有效值：晶闸管电流的平均值和有效值：晶闸管电流的平均值和有效值：变压器二次侧电流变压器二次侧电流变压器二次侧电流变压器二次侧电流i i2 2的波的波的波的波形为正负各形为正负各形为正负各形为正负各180180 的矩形的矩形的矩形的矩形波，其相位由波，其相位由波，其相位由波，其相位由a a角决定，角决定，角决定，角决定，有效值有效值有效值有效值I I2 2=I=Id d 数量关系数量关系数量关系数量关系36单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路-带反电动势负载带反电动势负载在在在在|u u2 2|E|E时，才有晶闸管承时，才有晶闸管承时，才有晶闸管承时，才有晶闸管承受正电压，有导通的可能。受正电压，有导通的可能。受正电压，有导通的可能。受正电压，有导通的可能。导通之后，导通之后，导通之后，导通之后，u ud d=u=u2 2，直至直至直至直至|u|u2 2|=E|=E，i id d即降至即降至即降至即降至0 0使得使得使得使得晶闸管关断，此后晶闸管关断，此后晶闸管关断，此后晶闸管关断，此后u ud d=E=E。Electro-motive-force(EMF)loadElectro-motive-force(EMF)load在在在在 角相同时，整流输出电压比电阻负载时大。角相同时，整流输出电压比电阻负载时大。角相同时，整流输出电压比电阻负载时大。角相同时，整流输出电压比电阻负载时大。与电阻负载时相比，晶闸管提与电阻负载时相比，晶闸管提与电阻负载时相比，晶闸管提与电阻负载时相比，晶闸管提前了电角度前了电角度前了电角度前了电角度 停止导电，停止导电，停止导电，停止导电，称为称为称为称为停止导电角，停止导电角，停止导电角，停止导电角，37单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路-带反电动势负载带反电动势负载当当当当 30a30 时的波形分析时的波形分析时的波形分析时的波形分析三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路-阻性负载阻性负载特点：负载电流断特点：负载电流断特点：负载电流断特点：负载电流断续，晶闸管导通角续，晶闸管导通角续，晶闸管导通角续，晶闸管导通角小于小于小于小于120120 ，为，为，为，为电阻负载时移相范电阻负载时移相范电阻负载时移相范电阻负载时移相范围为围为围为围为150150 59 电流波形断续，各相晶闸管导通至该电流波形断续，各相晶闸管导通至该电流波形断续，各相晶闸管导通至该电流波形断续，各相晶闸管导通至该相相电压为零的时刻相相电压为零的时刻相相电压为零的时刻相相电压为零的时刻三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路-阻性负载阻性负载基本数量关系基本数量关系基本数量关系基本数量关系整流输出电压平均值整流输出电压平均值整流输出电压平均值整流输出电压平均值电流波形连续，各相晶闸管均导通电流波形连续，各相晶闸管均导通电流波形连续，各相晶闸管均导通电流波形连续，各相晶闸管均导通120120120120度度度度当当当当 =0=0时，时，时，时，U Ud d最大，为最大，为最大，为最大，为 60U Ud d/U/U2 2随随随随a a变化的规律变化的规律变化的规律变化的规律如如如如图图图图2-152-15中的曲线中的曲线中的曲线中的曲线1 1所示所示所示所示。图图图图2-152-15 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路U Ud d/U/U2 2随随随随a a变化的关系变化的关系变化的关系变化的关系1 1电阻负载电阻负载电阻负载电阻负载2 2电感负载电感负载电感负载电感负载3 3电阻电感负载电阻电感负载电阻电感负载电阻电感负载三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路-阻性负载阻性负载61三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路-阻性负载阻性负载 负载电流平均值为负载电流平均值为负载电流平均值为负载电流平均值为 晶闸管承受的最大反向电压，为变压器二次线晶闸管承受的最大反向电压，为变压器二次线晶闸管承受的最大反向电压，为变压器二次线晶闸管承受的最大反向电压，为变压器二次线电压峰值，即电压峰值，即电压峰值，即电压峰值，即晶闸管阳极与阴极间的最大正向电压等于变晶闸管阳极与阴极间的最大正向电压等于变晶闸管阳极与阴极间的最大正向电压等于变晶闸管阳极与阴极间的最大正向电压等于变压器二次相电压的峰值，即压器二次相电压的峰值，即压器二次相电压的峰值，即压器二次相电压的峰值，即6263整流变压器二次侧各相绕组电流有效值整流变压器二次侧各相绕组电流有效值整流变压器二次侧各相绕组电流有效值整流变压器二次侧各相绕组电流有效值 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路-阻性负载阻性负载晶闸管的电流有效值晶闸管的电流有效值晶闸管的电流有效值晶闸管的电流有效值电流连续时电流连续时电流连续时电流连续时 电流断续时电流断续时电流断续时电流断续时晶闸管的电流平均值晶闸管的电流平均值晶闸管的电流平均值晶闸管的电流平均值 64三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路-阻感负载阻感负载特特特特点点点点：阻阻阻阻感感感感负负负负载载载载，L L值值值值很很很很大，大，大，大，i id d波形基本平直波形基本平直波形基本平直波形基本平直 3030 时时时时：整整整整流流流流电电电电压压压压波波波波形形形形与电阻负载时相同。与电阻负载时相同。与电阻负载时相同。与电阻负载时相同。3030 时时时时u u2 2过过过过零零零零时时时时，VTVT1 1不不不不关关关关断断断断，直直直直到到到到VTVT2 2的的的的脉脉脉脉冲冲冲冲到到到到来来来来，才才才才换换换换流流流流，u ud d波波波波形形形形中中中中出现负的部分出现负的部分出现负的部分出现负的部分i id d波波波波形形形形有有有有一一一一定定定定的的的的脉脉脉脉动动动动，但但但但为为为为简简简简化化化化分分分分析析析析及及及及定定定定量量量量计计计计算算算算，可可可可将将将将i id d近近近近似似似似为为为为一一一一条条条条水平线水平线水平线水平线阻阻阻阻感感感感负负负负载载载载时时时时的的的的移移移移相相相相范范范范围围围围为为为为9090 电电电电 流流流流 连连连连 续续续续 各各各各 管管管管 均均均均 导导导导 通通通通120120 65三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路-阻感负载阻感负载数量关系数量关系数量关系数量关系由于负载电流连续，由于负载电流连续，由于负载电流连续，由于负载电流连续，输出电压为输出电压为输出电压为输出电压为当当当当 0 0 0 00 0 0 0时，时，时，时，U Ud d/U/U2 2与与与与 成成成成余余余余弦弦弦弦关关关关系系系系，如如如如图图图图2-152-15中中中中的的的的曲曲曲曲线线线线2 2所所所所示示示示。若若若若负负负负载载载载电电电电感感感感量量量量不不不不是是是是很很很很大大大大，U Ud d/U/U2 2与与与与a a的的的的关关关关系系系系介介介介于于于于曲曲曲曲线线线线1 1和和和和2 2之间之间之间之间图图图图2-152-15三相半波可控整流三相半波可控整流三相半波可控整流三相半波可控整流电路电路电路电路U Ud d/U/U2 2随随随随a a变化的关系变化的关系变化的关系变化的关系1 1电阻负载电阻负载电阻负载电阻负载2 2电感负载电感负载电感负载电感负载3 3