第二章晶闸管可控整流电路课件.ppt

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1、第二章晶闸管可控整流电路 2.1 单相半波可控整流电路 2.2 单相全波和单相全控桥可控整 流电路 2.3 三相半波可控整流电路 2.4 三相全控桥式整流电路 2.5 变压器漏电抗对整流电路的影响第二章第二章 晶闸管可控整流电路晶闸管可控整流电路整流电路：能够直接将交流电能转换为直流电能的电路称为整流整流电路：能够直接将交流电能转换为直流电能的电路称为整流电路电路用途：直流电动机的调速，同步电机的励磁，电镀，电焊用途：直流电动机的调速，同步电机的励磁，电镀，电焊按照交流电源的相数不同，晶闸管可控整流电路可分为单相，三按照交流电源的相数不同，晶闸管可控整流电路可分为单相，三相和多相整流电路。相和

2、多相整流电路。根据整流电路的结构形式可分为半波，全波和桥式整流根据整流电路的结构形式可分为半波，全波和桥式整流整流输出端所接负载的性质对整流电路的输出电压和电流有关，整流输出端所接负载的性质对整流电路的输出电压和电流有关，常见有电阻性负载，电感性负载和反电动势负载。常见有电阻性负载，电感性负载和反电动势负载。晶闸管可控整流装置具有体积小，效率高，容量大，控制方便等晶闸管可控整流装置具有体积小，效率高，容量大，控制方便等优点。优点。2.1 2.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路1 1电阻性负载电阻性负载 在单相可控整流电路在单相可控整流电路中，定义晶闸管从承中，定义晶闸管从承受正向电压

3、起到触发受正向电压起到触发导通之间的电角度导通之间的电角度称为控制角（或移相称为控制角（或移相角），晶闸管在一个角），晶闸管在一个周期内导通的电角度周期内导通的电角度称为导通角。称为导通角。2.1 2.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路整流电路输出电压平均值为：整流电路输出电压平均值为： U Ud d=0.45U=0.45U2 2(1+cos)/2(1+cos)/2整流电路输出电压有效值为：整流电路输出电压有效值为： U=UU=U2 2sin2/4+(-)/2sin2/4+(-)/21/21/2整流输出电流的平均值为：整流输出电流的平均值为： I Id d=U=Ud d/R/Rd d

4、 有效值为：有效值为： I=U/RI=U/Rd d电流的波形系数为：电流的波形系数为： K Kf f=I/I=I/Id d整流电路的功率因数：整流电路的功率因数： cos=P/Scos=P/S=sin2/4+(-)/2=sin2/4+(-)/21/21/2所以：控制角越大，波形系数越大。所以：控制角越大，波形系数越大。功率因数越小。功率因数越小。 2.1 2.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路例：有一单相半波可控整流电路，例：有一单相半波可控整流电路，R Rd d=10=10，直接接到交流，直接接到交流220V220V电电源上，在控制角源上，在控制角60600 0时，求输出电压的平均

5、值时，求输出电压的平均值U Ud d、输出电流的、输出电流的平均值平均值I Id d和有效值和有效值I I、并选择晶闸管（考虑、并选择晶闸管（考虑2 2倍裕量）倍裕量）解：解：U Ud d=0.45U=0.45U2 2(1+cos)/2=0.45(1+cos)/2=0.45220(1+cos60220(1+cos600 0)/2=74.3V)/2=74.3VU= UU= U2 2sin2/4+(-)/2sin2/4+(-)/21/21/2=220=220sin120sin1200 0/4+(-60/4+(-600 0)/2)/21/21/2139.5V139.5VI Id d=U=Ud d/R

6、/Rd d=74.3/10=7.43A=74.3/10=7.43AI=U/RI=U/Rd d=139.5/10=13.95A=139.5/10=13.95A晶闸管承受的最大正反向电压为：晶闸管承受的最大正反向电压为：U UTMTM=2=21/21/2U U2 2=2=21/21/2220=311V 220=311V U UDRMDRM=2=2311=622V 311=622V 取取700V700V电流的有效值为：电流的有效值为：I ITnTn=1.57I=1.57IT(AV)T(AV)2I 2I I IT(AV)T(AV)2I/1.57=22I/1.57=213.95/1.57=17.3A 1

7、3.95/1.57=17.3A 取取20A20A2.1 2.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路2 2电感性负载电感性负载当正半周时，当正半周时，t t=t1t1=时触发时触发晶闸管晶闸管T T，u2u2加到感性负载上，由加到感性负载上，由于电感中的感应电动势的作用，于电感中的感应电动势的作用，电流电流idid只能从零开始上升，到只能从零开始上升，到t t=t2t2时刻达到最大值，随后时刻达到最大值，随后idid开始减小。到开始减小。到t t=t3t3时刻时刻u u2 2过零过零变负时，变负时，i id d并未下降到零，而在并未下降到零，而在继续减小，此时负载上的电压继续减小，此时负载

8、上的电压u ud d为负。直到，为负。直到，t t=t4t4时刻，电感时刻，电感上的感应电动势与电源电压相等，上的感应电动势与电源电压相等，i id d下降到零，晶闸管下降到零，晶闸管T T关断。关断。感性负载上的电压平均值等于负感性负载上的电压平均值等于负载电阻上的电压平均值。载电阻上的电压平均值。2.1 2.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路 在单相半波可控整流电在单相半波可控整流电路中，由于电感的存在，路中，由于电感的存在，整流输出电压的平均值整流输出电压的平均值将减小，特别在大电感将减小，特别在大电感时，输出电压平均值接时，输出电压平均值接近于零，负载上得不到近于零，负载上得

9、不到应有的电压。解决的办应有的电压。解决的办法是在负载两端并接续法是在负载两端并接续流二极管流二极管D D。 晶闸管和续流二极管承晶闸管和续流二极管承受的最大电压均为受的最大电压均为2 21/21/2U U2 22.1 2.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路 在单相半波可控整流电在单相半波可控整流电路中，由于电感的存在，路中，由于电感的存在，整流输出电压的平均值整流输出电压的平均值将减小，特别在大电感将减小，特别在大电感时，输出电压平均值接时，输出电压平均值接近于零，负载上得不到近于零，负载上得不到应有的电压。解决的办应有的电压。解决的办法是在负载两端并接续法是在负载两端并接续流二极

10、管流二极管D D。 晶闸管和续流二极管承晶闸管和续流二极管承受的最大电压均为受的最大电压均为2 21/21/2U U2 22.1 2.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路设设T T和和D D分别为晶闸管和续流分别为晶闸管和续流二极管在一个周期内的导通角，二极管在一个周期内的导通角，则晶闸管的电流平均值为：则晶闸管的电流平均值为： I IdTdT=T TI Id d/2=(-)I/2=(-)Id d/2/2流过续流二极管的电流平均值为：流过续流二极管的电流平均值为： I IdDdD=D DI Id d/2=(+)I/2=(+)Id d/2/2流过晶闸管的电流有效值为：流过晶闸管的电流有效

11、值为： I IT T=(=(T T/2)/2)1/21/2IdId(-)/2(-)/21/21/2I Id d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： I ID D=(=(D D/2)/2)1/21/2I Id d(+)/2(+)/21/21/2I Id d2.2 2.2 单相全波和全控桥可控整流单相全波和全控桥可控整流电路电路 2.2.1 单相全波可控整流电路 当UaUb的半周，在某一时刻可以触通VT1，输出电压与Uab同向 当UaI/J=27.75/6=4.6mmSI/J=27.75/6=4.6mm2 2，选，选BU-70BU-70铜线。铜线。3 3考虑到考虑到I IT

12、 T=I=Id d/2/21/21/2，则晶闸管的额定电流为，则晶闸管的额定电流为: :I IT(AV)T(AV)IIT T/1.57=27.75/2/1.57=27.75/21/21/21.57=12.5A1.57=12.5A考虑考虑2 2倍裕量，取倍裕量，取30A30A。晶闸管承受最大电压为：晶闸管承受最大电压为：U UTmTm=2=21/21/2U U2 2=157V=157V，取，取400V. 400V. 选选KP30-4KP30-4的的晶闸管。晶闸管。4.S=U4.S=U2 2I I2 2=U=U2 2I=111I=111* *27.75=3.08kVA27.75=3.08kVA5.

13、P5.PR R=U=U2 22 2/R/Rd d=27.75=27.752 24=3.08kVA4=3.08kVA6 6cos=P/S= sin2/2+(-)/cos=P/S= sin2/2+(-)/1/21/21 1（当（当0 00 0时）时）2.2 2.2 单相全波和全控桥可控整流电路单相全波和全控桥可控整流电路2 2大电感负载大电感负载 移相范围为：移相范围为：0 00 090900 0在电流连续的情况下整流输出电压在电流连续的情况下整流输出电压平均值为：平均值为：U Ud d=0.9U=0.9U2 2cos(0cos(00 09030300 0时，负载电流断续，时，负载电流断续，=15

14、0=1500 0- -，输出电压平均值为，输出电压平均值为U Ud d=1.17U=1.17U2 21+cos(301+cos(300 0+ +)/3)/31/21/2 (30 (300 0 30300 0时时, ,（如右图为（如右图为=60=600 0的波形）的波形）T T1 1导通到导通到w wt1t1时，其阳极时，其阳极电压电压u uA A已过零开始变负，但由于已过零开始变负，但由于电感电感L Ld d感应电势的作用，使感应电势的作用，使T T1 1继继续导通，直到续导通，直到wtwt2 2时刻，触发时刻，触发T T2 2导通，导通，T T1 1才承受反压而关断，从才承受反压而关断，从而

15、使而使u ud d波形出现部分负压。尽管波形出现部分负压。尽管30300 0仍然使各相晶闸管道通仍然使各相晶闸管道通1201200 0，保证了电流连续。，保证了电流连续。2.3.1 2.3.1 三相可控整流电路三相可控整流电路从上图可知：输出电压平均从上图可知：输出电压平均值为：值为：U Ud d=1.17U=1.17U2 2coscos移相范围为移相范围为0 00 090900 0。因为是大电感负载，电流波因为是大电感负载，电流波形近似于直线，即形近似于直线，即i id d=I=Id d. .I IdTdT=I=Id d/3/3，I IT T=I=Id d/3/31/21/2注意：大电感负载

16、时，晶闸注意：大电感负载时，晶闸管可能承受的最大正反向电管可能承受的最大正反向电压均为压均为6 61/21/2U U2 2三相半波可控整流电路带大三相半波可控整流电路带大电感负载时，利用续流二极电感负载时，利用续流二极管解决管解决接近接近90900 0时，时，U Ud d=0=0的的问题。问题。加接续流二极管的大电感负加接续流二极管的大电感负载的输出电压波形与电阻性载的输出电压波形与电阻性负载一样，负载一样，U Ud d的计算公式也一的计算公式也一样，一周期内晶闸管的导通样，一周期内晶闸管的导通角为角为T T=150=1500 0- -, ,续流二极管续流二极管的导通角的导通角D D=3(=3

17、(-30-300 0) )I IdTdT=(150=(1500 0- -)I)Id d/360/3600 0I IT T=(150=(1500 0- -)/360)/3600 0 1/21/2I Id dI IdDdD=(=(-30-300 0)I)Id d/120/1200 0I ID D= (= (-30-300 0) /120) /1200 0 1/21/2I Id d2.3.2 2.3.2 三相全控桥式整流电路三相全控桥式整流电路三相全控桥式整流电路是由三相全控桥式整流电路是由一组共阴极接法的三相半波一组共阴极接法的三相半波可控整流电路和一组共阳极可控整流电路和一组共阳极接法的三相半波

18、可控整流电接法的三相半波可控整流电路串联起来组成的。如图所路串联起来组成的。如图所示为示为=0=00 0的波形的波形1.1.工作原理；设工作原理；设t=0t=0，T T5 5,T,T6 6同同时导通，电流波形已形成时导通，电流波形已形成在在w wt1t1-w-wt2t2期间，期间，A A相电压为正相电压为正最大值，最大值，w wt1t1时刻触发时刻触发T T1 1，T T1 1导导通通T T5 5承受反压而关断，承受反压而关断，T T1 1,T,T6 6同时导通，电流从同时导通，电流从A A相流出，相流出，经经T T1 1，负载，负载，T T6 6流回流回B B相，负相，负载上得到载上得到A,

19、BA,B线电压线电压u uABAB。2.3.2 2.3.2 三相全控桥式整流电路三相全控桥式整流电路在在w wt2t2-w-wt3t3期间，期间，A A相电压仍为相电压仍为正最大值，正最大值，C C相变为最负在相变为最负在w wt2t2时刻触发时刻触发T T2 2，T T2 2导通导通T T6 6承受反承受反压而关断，压而关断，T T1 1,T,T2 2同时导通，同时导通，负载上得到负载上得到A,CA,C线电压线电压u uACAC。在。在w wt3t3-w-wt4t4期间，期间，B B相电压变为正相电压变为正最大值，最大值，C C相仍为最负，在相仍为最负，在w wt3t3时刻触发时刻触发T T

20、3 3，T T3 3导通，导通，T T1 1承受承受反压而关断，反压而关断，T T2 2,T,T3 3同时导通，同时导通，负载上得到负载上得到B,CB,C线电压线电压u uBCBC。以。以此类推，在一个周期，负载此类推，在一个周期，负载上得到的输出波形是线电压上得到的输出波形是线电压的正半部分的包络线。的正半部分的包络线。2.3.2 2.3.2 三相全控桥式整流电路三相全控桥式整流电路当当000 0时，波形会发生变化时，波形会发生变化U Ud d=2.34U=2.34U2 2coscos0 00 090900 0I Id d=U=Ud d/R/Rd d=2.34U=2.34U2 2coscos

21、/R/Rd dI IdTdT= =T TI Id d/2/2=I=Id d/3/3，I IT T=(=(T T/2/2) )1/21/2I Id d=(1/3)=(1/3)1/21/2I Id d=0.577I=0.577Id dI I2 2=(2/3)=(2/3)1/21/2I Id d=0.816I=0.816Id dU UTMTM=6=61/21/2U U2 2=30=300 0时的波形如右图：时的波形如右图：2.3.2 2.3.2 三相全控桥式整流电路三相全控桥式整流电路=90=900 0时的波形如下图时的波形如下图2.2.对触发脉冲的要求对触发脉冲的要求从原理的分析可知，在全控桥从原

22、理的分析可知，在全控桥启动或电流断续之后，需要再启动或电流断续之后，需要再触发导通时，由于全控桥的六触发导通时，由于全控桥的六个晶闸管全部处于关断，要使个晶闸管全部处于关断，要使负载中有电流流过，共阳极和负载中有电流流过，共阳极和共阴极组中必须各有一个晶闸共阴极组中必须各有一个晶闸管同时导通，才能实现全控桥管同时导通，才能实现全控桥的起动。的起动。采用的方法：采用的方法：1.1.宽脉冲触发宽脉冲触发( (脉冲宽度脉冲宽度 60 600 0) )2.2.双窄脉冲双窄脉冲2.3.3 带平衡电抗器的双反星型可控整流电路2.4 2.4 可控整流电路的换相压降可控整流电路的换相压降由于整流变压器有漏抗，

23、晶闸管的换流不能瞬时完成，会出现参与换流的由于整流变压器有漏抗，晶闸管的换流不能瞬时完成，会出现参与换流的两个晶闸管同时导通的现象，同时导通的时间对应的电角度称为换相重叠两个晶闸管同时导通的现象，同时导通的时间对应的电角度称为换相重叠角角。当当t1t1时刻触发时刻触发T2T2时，时，B B相电流不能瞬时上升到相电流不能瞬时上升到IdId，A A相电流不能瞬时下降到相电流不能瞬时下降到零，电流换相需要时间零，电流换相需要时间t=/t=/（换相重叠角所对应的时间）。在重叠角（换相重叠角所对应的时间）。在重叠角期间，期间，T T1 1、T T2 2同时导通，产生一个虚拟电流同时导通，产生一个虚拟电流

24、iKiK，故：，故：u uB B-u-uA A=2L=2L1 1didiK K/dt/dt而整流输出电压为：而整流输出电压为：u ud d=u=uB B-L-L1 1didiK K/dt=u/dt=uA A+L+L1 1didiK K/dt=(u/dt=(uA A+u+uB B)/2)/2在在期间，直流输出电比期间，直流输出电比uAuA或或uBuB都小，使输出电压减少了一块阴影面积，都小，使输出电压减少了一块阴影面积，降低的电压值为降低的电压值为u uB B-u-ud d=(u=(uB B-u-uA A)/2=L)/2=L1 1didiK K/dt/dt，而阴影部分面积为：，而阴影部分面积为：

25、S=LS=L1 1I Id d1 1、换相压降、换相压降U U在三相半波可控整流电路中，整流输出电压为三相波形的组合，每个周期在三相半波可控整流电路中，整流输出电压为三相波形的组合，每个周期有有3 3个阴影面积，这些阴影面积之和个阴影面积，这些阴影面积之和3S3S除以除以22，即为换相重叠角期间输出，即为换相重叠角期间输出平均电压的减少量，称换相压降。平均电压的减少量，称换相压降。 U U=3S/2=3X=3S/2=3X1 1I Id d/2/22 2、换相重叠角、换相重叠角：arccos(cos-2Xarccos(cos-2X1 1I Id d/6/61/21/2U U22)-)-精品课件精品课件！精品课件精品课件！第二章 全部讲完谢谢 谢谢