（高职)2.2 单相相控整流电路ppt课件.ppt

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1、2.2 单相相控整流电路 2.2 单相相控整流电路单相相控整流电路 电力电子技术电力电子技术( (第第5 5版版) )第第2 2章章 相控整流电路相控整流电路 在单相相控整流电路中，定义晶闸管从承受正向电压起到触发导在单相相控整流电路中，定义晶闸管从承受正向电压起到触发导通之间的电角度通之间的电角度称为控制角称为控制角(或移相角或移相角)，晶闸管在一个周期内导通，晶闸管在一个周期内导通的电角度称为导通角，用的电角度称为导通角，用表示。表示。 单相半波相控整流电路单相半波相控整流电路tUu sin222图图 2.2.1 单相半波相控整流电路及其波形单相半波相控整流电路及其波形 1. 电阻性负载电

2、阻性负载 （）（）图中的图中的Tr称为整流变压器，其二次输出电压为称为整流变压器，其二次输出电压为（）（）2.2.1 单相半波相控整流电路单相半波相控整流电路 上式上式(2.2.3)表明，只要改变控制角表明，只要改变控制角(即改变触发时即改变触发时刻刻)，就可以改变整流输出电压的平均值，达到相控，就可以改变整流输出电压的平均值，达到相控整流的目的。整流的目的。 1. 电阻性负载电阻性负载根据波形图根据波形图2.2.1 (b)，可求出整流输出电压平均值为：，可求出整流输出电压平均值为：2cos145. 02cos12)(sin221222 UUttdUUd 移相范围：移相范围：整流输出电压整流输

3、出电压Ud的平均值从最大值变的平均值从最大值变化到零时，控制角化到零时，控制角的变化范围为移相范围。的变化范围为移相范围。当当=时，时，Ud=0，当，当=0时，时，Ud=0.45U2为最大值。为最大值。 这种通过控制触发脉冲的相位来控制直流输出电压这种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。大小的方式称为相位控制方式，简称相控方式。 单相半波相控整流电路带电阻性负载时移相范围为单相半波相控整流电路带电阻性负载时移相范围为。图图2.2.1 单相半波相控单相半波相控 整流波形图整流波形图 （）（）2.2.1 单相半波相控整流电路单相半波相控整流电路 1.

4、电阻性负载电阻性负载 图图2.2.1 单相半波相控单相半波相控 整流波形图整流波形图 242sin)()sin2(21222 UtdtUU根据有效值的定义，整流输出电压的有效值为根据有效值的定义，整流输出电压的有效值为 （）（）整流输出电流的平均值整流输出电流的平均值Id和有效值和有效值I分别为分别为RUI RUIdd 电流的波形系数电流的波形系数Kf为为 )cos1(2)(22sin2cos12242sin dfIIK（）（）（）（）（）（）上式上式(4.2.7)表明，控制角表明，控制角越大，波形系数越大，波形系数Kf越大。越大。 2.2.1 单相半波相控整流电路单相半波相控整流电路 1.

5、电阻性负载电阻性负载 图图2.2.1 单相半波相控单相半波相控 整流波形图整流波形图（）（） 如果忽略晶闸管如果忽略晶闸管T的损耗，则变压器二次侧输的损耗，则变压器二次侧输出的有功功率为出的有功功率为 电源输入的视在功率为电源输入的视在功率为（）（）（）（） 从上式可知，功率因数是控制角从上式可知，功率因数是控制角的函数，且越的函数，且越大，大，相控整流输出电压越低，功率因数相控整流输出电压越低，功率因数PF越小。越小。 当当=0时，时，PF=0.707为最大值。这是因为电路的输为最大值。这是因为电路的输出电流中不仅存在谐波，而且基波电流与基波电压出电流中不仅存在谐波，而且基波电流与基波电压(

6、即即电源输入正弦电压电源输入正弦电压)也不同相，即是使电阻性负载，也不同相，即是使电阻性负载，PF也不会等于也不会等于1。UIRIPd 2IUS2 电路的功率因数电路的功率因数 242sin22 UUIUUISPPF2.2.1 单相半波相控整流电路单相半波相控整流电路 2. 电感性负载电感性负载（等效为电感（等效为电感L和电阻和电阻R串联）串联）图图2.2.3 感性负载单相半波相控整流电路及其波形感性负载单相半波相控整流电路及其波形工作原理工作原理 2. 电感性负载电感性负载2.2.1 单相半波相控整流电路单相半波相控整流电路感性负载上的输出电压平均值感性负载上的输出电压平均值U Ud d为为

7、 )(21)(21tdutduUUULRdLdRd02)(21)(2100 diLtddtdiLtduULdL )(21tduURd故故 （）（）（）（）（）（）式式(4.2.13)表明表明, 感性负载上的电压平均值等于负载电阻上的电压平均值。感性负载上的电压平均值等于负载电阻上的电压平均值。由于负载中存在电感，使负载电压波形出现负值部分，晶闸管的流由于负载中存在电感，使负载电压波形出现负值部分，晶闸管的流通角通角变大，且负载中变大，且负载中L越大，越大，越大，输出电压波形图上负压的面积越越大，输出电压波形图上负压的面积越大，从而使输出电压平均值减小。在大电感负载大，从而使输出电压平均值减小。

8、在大电感负载LR的情况下，负载的情况下，负载电压波形图中正负面积相近，即不论电压波形图中正负面积相近，即不论为何值，为何值， ，都有，都有 ，其波形如图所示。，其波形如图所示。 2. 电感性负载（大电感）电感性负载（大电感）2.2.1 单相半波相控整流电路单相半波相控整流电路图图2.2.4 LR 时不同时不同时的电压、电流波形时的电压、电流波形 22 0 dU 2. 电感性负载（大电感）电感性负载（大电感）2.2.1 单相半波相控整流电路单相半波相控整流电路大电感负载时输出平均电大电感负载时输出平均电压为零，解决的办法是在负压为零，解决的办法是在负载两端并联续流二极管载两端并联续流二极管D，如

9、图如图2.2.5(a)所示。所示。图图2.2.5 大电感负载接续流管的单相大电感负载接续流管的单相 半波整流电路及电流电压波形半波整流电路及电流电压波形 在电源电压正半周，负载在电源电压正半周，负载电流由晶闸管导通提供；电流由晶闸管导通提供； 电源电压负半周时，续流电源电压负半周时，续流二极管二极管D D维持负载电流；维持负载电流； 因此负载电流是一个连续因此负载电流是一个连续且平稳的直流电流。大电感且平稳的直流电流。大电感负载时，负载电流波形是一负载时，负载电流波形是一条平行于横轴的直线，其值条平行于横轴的直线，其值为为I Id； 晶闸管与续流管承受的最大电压均为晶闸管与续流管承受的最大电压

10、均为2.2.1 单相半波相控整流电路单相半波相控整流电路 2. 电感性负载（大电感）电感性负载（大电感）若设若设T和和D分别为晶闸管和续流二极管在一个周期内的导通角，分别为晶闸管和续流二极管在一个周期内的导通角，则容易得出晶闸管的电压平均值为则容易得出晶闸管的电压平均值为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流过晶闸管和续流管的电流有效值分别为流过晶闸管和续流管的电流有效值分别为 22UddTdTIII 22 ddDdDIII 22 ddDDIII 22 ddTTIII 22 （）（）（）（）（）（）（）（）1）优点：）优点： 线路简单，调整方便；线路简单，调整方便；2）缺点

11、：）缺点： （1）输出电压脉动大，负载电流脉动大（电阻性负载时）。）输出电压脉动大，负载电流脉动大（电阻性负载时）。 （2）整流变压器次级绕组中存在直流电流分量，）整流变压器次级绕组中存在直流电流分量， 使铁芯磁使铁芯磁化，变压器容量不能充分利用。若不用变压器，则交流回化，变压器容量不能充分利用。若不用变压器，则交流回路有直流电流，使电网波形畸变引起额外损耗。路有直流电流，使电网波形畸变引起额外损耗。3）应用：）应用： 单相半波可控整流电路只适于小容量、波形要求不高的单相半波可控整流电路只适于小容量、波形要求不高的场合。场合。单相半波可控整流电路特点：单相半波可控整流电路特点：2.2.1 单相

12、半波相控整流电路单相半波相控整流电路 2. 电感性负载（大电感）电感性负载（大电感）2.2.2 单相桥式相控整流电路单相桥式相控整流电路 1、电阻性负载、电阻性负载图图2.2.6 单相全控桥式整流电路带电阻性负单相全控桥式整流电路带电阻性负载的电路与工作波形载的电路与工作波形（的移相范围是的移相范围是0 0180180）工作原理分析：工作原理分析：2.2.2 单相桥式相控整流电路单相桥式相控整流电路 1、电阻性负载、电阻性负载3 3）输出电流的平均值和有效值分别为）输出电流的平均值和有效值分别为2 2）整流输出电压的有效值为）整流输出电压的有效值为 即即U Ud d为最小值时，为最小值时，=1

13、80=180，U Ud d为最大值时为最大值时=0=0，所以单相全控，所以单相全控桥式整流电路带电阻性负载时，桥式整流电路带电阻性负载时，的移相范围是的移相范围是0 0180180。1 1）整流输出电压的平均值）整流输出电压的平均值 2cos19.0)cos1(2)(sin21222 UUttdUUd 22sin)()sin2(1222UtdtUU2cos19 . 02 ddddRURUI 22sin2ddRURUI（）（）（）（）（）（）（）（）2.2.2 单相桥式相控整流电路单相桥式相控整流电路 1、电阻性负载、电阻性负载4 4）流过每个晶闸管的平均电流为输出电流平均值的一半，即）流过每个

14、晶闸管的平均电流为输出电流平均值的一半，即5 5）流过每个晶闸管的电流有效值为）流过每个晶闸管的电流有效值为2cos145. 0212 dddTRUII222sin2)()sin2(21222IRUtdtRUIddT （）（）（）（）26 6）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 U U2 2 7 7）在一个周期内每个晶闸管只导通一次，流过晶闸管的电流波形系数为）在一个周期内每个晶闸管只导通一次，流过晶闸管的电流波形系数为 )cos1(2)(22sin2cos1222sin222 dddTTfTRURUIIK（）（）2.2.2 单相桥式相控整流电路单相桥式相控整流电路 1、电

15、阻性负载、电阻性负载9） 在一个周期内电源通过变压器在一个周期内电源通过变压器r两次向负载提供能量，因此负载两次向负载提供能量，因此负载电流有效值电流有效值d d与变压器次级电流有效值与变压器次级电流有效值I2相同。那么电路的功率因数相同。那么电路的功率因数可以按下式计算可以按下式计算8 8）负载电流的波形系数为）负载电流的波形系数为)cos1(2)(22sin dfIIK 22sin2222UUUUIUIUSPPFddd（）（）（）（）2.2.2 单相桥式相控整流电路单相桥式相控整流电路 的移相范围相等，均为的移相范围相等，均为0 0180180；输出电压平均值输出电压平均值U Ud是半波整

16、流电路的倍；是半波整流电路的倍；在相同的负载功率下，流过晶闸管的平均电流减在相同的负载功率下，流过晶闸管的平均电流减 小一半；小一半；功率因数提高了功率因数提高了 倍。倍。2 通过上述数量关系的分析，通过上述数量关系的分析，电阻负载时，电阻负载时，对单相全控桥对单相全控桥式整流电路与半波整流电路可作如下比较：式整流电路与半波整流电路可作如下比较：2.2.2 单相桥式相控整流电路单相桥式相控整流电路 2电感性负载电感性负载 图图 2.2.8 2.2.8 单相全控桥式整流电路带电感性负载电路与波形图单相全控桥式整流电路带电感性负载电路与波形图工作原理分析：工作原理分析：电路控制角的电路控制角的移相

17、范围为移相范围为0 0/2/22.2.2 单相桥式相控整流电路单相桥式相控整流电路 2电感性负载电感性负载1 1）在电流连续的情况下整流输出电压的平均值为）在电流连续的情况下整流输出电压的平均值为2 2）整流输出电压有效值为）整流输出电压有效值为3 3）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 U2 2。 cos22)(sin2122UttdUUd cos9 . 02U (0(09090) )222)()sin2(1UtdtUU 2(2.2.27) (2.2.28) 4）在一个周期内每组晶闸管各导通）在一个周期内每组晶闸管各导通180180，两组轮流导通，变压器，两组轮流

18、导通，变压器次级中的电流是正负对称的方波，电流的平均值次级中的电流是正负对称的方波，电流的平均值I Id d和有效值和有效值I I相等，相等，其波形系数为。其波形系数为。2.2.2 单相桥式相控整流电路单相桥式相控整流电路 2电感性负载电感性负载5 5）在电流连续的情况下整流输出电压的平均值为）在电流连续的情况下整流输出电压的平均值为(2.2.29) (2.2.30) 单相全控桥式整流电路具有输出电流脉动小，功率因数高，变压器单相全控桥式整流电路具有输出电流脉动小，功率因数高，变压器次级中电流为两个等大反向的半波，没有直流磁化问题，变压器的利用次级中电流为两个等大反向的半波，没有直流磁化问题，

19、变压器的利用率高。率高。 在大电感负载情况下，在大电感负载情况下，接近接近/2时，输出电压的平均值接近于零，时，输出电压的平均值接近于零，负载上的电压太小。且理想的大电感负载是不存在的，故实际电流波形负载上的电压太小。且理想的大电感负载是不存在的，故实际电流波形不可能是一条直线，而且在不可能是一条直线，而且在之前，电流就出现断续。电感量越小，之前，电流就出现断续。电感量越小，电流开始断续的电流开始断续的值就越小。值就越小。dddTdTIIII2122 dddTTIIII2122 6）结论：）结论：图图2.2.9 单相全控桥式整流电路带反电势负载电路与波形图单相全控桥式整流电路带反电势负载电路与

20、波形图3反电势负载反电势负载2.2.2 单相桥式相控整流电路单相桥式相控整流电路 反电动势负载：反电动势负载：对于可控整流电路来说，被充电的蓄电池、电容器、正对于可控整流电路来说，被充电的蓄电池、电容器、正在运行的直流电动机的电枢（电枢旋转时产生感应电动势在运行的直流电动机的电枢（电枢旋转时产生感应电动势E）等本身是一）等本身是一个直流电压的负载。个直流电压的负载。图图2.2.9 单相全控桥式整流电路单相全控桥式整流电路带反电势负载电路波形图带反电势负载电路波形图3 3反电势负载反电势负载2.2.2 单相桥式相控整流电路单相桥式相控整流电路 导电角导电角时，整流电流波形时，整流电流波形出现断流

21、。其波形如图出现断流。其波形如图2.2.9(c)2.2.9(c)所所示，图中的示，图中的为停止导电角。也就为停止导电角。也就是说与电阻负载时相比，晶闸管提是说与电阻负载时相比，晶闸管提前了前了电角度停止导电。电角度停止导电。22arcsinUE (2.2.31) 时，若触发脉冲到来，晶时，若触发脉冲到来，晶闸管因承受负电压不可能导通。为闸管因承受负电压不可能导通。为了使晶闸管可靠导通，要求触发脉了使晶闸管可靠导通，要求触发脉冲有足够的宽度，保证当冲有足够的宽度，保证当 时刻晶闸管开始承受正电压时，触时刻晶闸管开始承受正电压时，触发脉冲仍然存在。这样就要求触发发脉冲仍然存在。这样就要求触发角角。

22、 t3 3反电势负载反电势负载2.2.2 单相桥式相控整流电路单相桥式相控整流电路 (2.2.33) (2.2.32) 1）整流器输出端直流电压平均值）整流器输出端直流电压平均值 2）整流电流平均值）整流电流平均值 )()cos(cos21)()sin2(122 EUEtdEtUEUd EU )cos(cos2212 dddREtUtdiIsin21)(12 EURd )cos(cos2121 1大电感负载时的工作情况大电感负载时的工作情况 2.2.3 单相桥式半控整流电路单相桥式半控整流电路 图图2.2.10 单相半控桥式整流电路带大单相半控桥式整流电路带大电感负载时的电压、电流波形图电感负

23、载时的电压、电流波形图 晶闸管在触发时刻被迫换流，晶闸管在触发时刻被迫换流，二极管则在电源电压过零时自二极管则在电源电压过零时自然换流；由于自然续流的作用，然换流；由于自然续流的作用，整流输出电压整流输出电压u ud的波形没有负的波形没有负半波的部分，与全控桥电路带半波的部分，与全控桥电路带电阻性负载相同。电阻性负载相同。 的移相范围为的移相范围为0 0180180，U Ud、d d的计算公式和全控桥带电的计算公式和全控桥带电阻性负载时相同；流过晶闸管阻性负载时相同；流过晶闸管和二极管的电流都是宽度为和二极管的电流都是宽度为180180的方波且与无关，交流的方波且与无关，交流侧电流为正负对称的

24、交变方波。侧电流为正负对称的交变方波。工作特点：工作特点：1 1大电感负载时的工作情况大电感负载时的工作情况 2.2.3 单相桥式半控整流电路单相桥式半控整流电路 图图2.2.11 单相半控桥式整流带大电感负载并单相半控桥式整流带大电感负载并联续流二极管的电路及其波形图联续流二极管的电路及其波形图 在实际运行中，当突在实际运行中，当突然把控制角然把控制角 增大到增大到180以上或突然切断触发电路以上或突然切断触发电路时，会发生正在导通的晶时，会发生正在导通的晶闸管一直导通两个二极管闸管一直导通两个二极管轮导通的失控现象。此时轮导通的失控现象。此时触发信号对输出电压失去触发信号对输出电压失去了控

25、制作用，失控在使用了控制作用，失控在使用中是不允许的，为了消除中是不允许的，为了消除失控，带电感性负载的半失控，带电感性负载的半控桥式整流电路还需加接控桥式整流电路还需加接续流二极管。续流二极管。 续流二极管的作用：续流二极管的作用：消除失控消除失控2 2大电感负载时参数计算大电感负载时参数计算 2.2.3 单相桥式半控整流电路单相桥式半控整流电路 输出电压平均值为输出电压平均值为2cos19 . 0)cos1 (2)(sin21222 UUttdUUd输出电压有效值为输出电压有效值为 22sin)()sin21222UtdtUU（(2.2.36) (2.2.35) 2.2.3 单相桥式半控整流电路单相桥式半控整流电路 在控制角为在控制角为时，每个晶闸管一周期内的导通角为时，每个晶闸管一周期内的导通角为 ，续，续流管的流通角为流管的流通角为 ，2 2大电感负载时参数计算大电感负载时参数计算 ddTdTIII 22 ddTTIII 22 ddDdDIII 2ddDDIII 2流经续流二极管的平均电流和有效电流分别为流经续流二极管的平均电流和有效电流分别为(2.2.38) (2.2.37) (2.2.40) (2.2.39) 则流过晶闸管的电流平均值和有效值分别为则流过晶闸管的电流平均值和有效值分别为 T 2 D