聊城大学机械与汽车工程学院机电传动第8章2.ppt

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1、8.2 可控整流电路可控整流电路整流整流将交流电变为直流电的过程；将交流电变为直流电的过程；整流电路整流电路将交流电变为直流电的电路；将交流电变为直流电的电路；整流整流单相单相 三相三相 2021/9/2318.2.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路1.带阻性负载带阻性负载的可控整流电路的可控整流电路u2输入电压输入电压；ud输出电压输出电压；控制角控制角；晶闸管元件承受正晶闸管元件承受正向电压起始点到触发脉冲的作向电压起始点到触发脉冲的作用点之间的电角度。用点之间的电角度。导通角导通角；是晶闸管在一周是晶闸管在一周期时间内导通的电角度。期时间内导通的电角度。对单相半波可控整流电路：

2、对单相半波可控整流电路：2021/9/232不不加加触触发发脉脉冲冲时时，VS不不导导通通，u2全全部部加加在在VS上上，R上上电电压压ud为为0，VS上上承承受受的的最最大大正正向向与与反向电压为反向电压为 当当t时时，控控制制极极加加触触发发脉脉冲冲，VS导通，导通，u2 全部加在全部加在R上。上。改改变变大大小小，就就可可以以改改变变负负载载上上电压的大小电压的大小。当当t时时，u20，VS流流过过的的电电流流小小于于维维持持电电流流而而关关断断，之之后后，u2全全部部由由VS承承受受，直直至至下下一一个个脉脉冲冲加加到到控控制制极极上上，VS重重新新导通。导通。2021/9/233输出

3、电压平均值输出电压平均值 负载电流平均值负载电流平均值 2021/9/2342.带感性负载带感性负载的可控整流电路的可控整流电路电感性负载电感性负载:电动机的励磁线圈、整流输出接电抗器的负载等。电动机的励磁线圈、整流输出接电抗器的负载等。2021/9/235当当VS触发导通时，触发导通时，自感电势自感电势eL要阻碍要阻碍id，id只能从只能从0开始开始 随随着着id，eL逐逐渐渐，这这时时在在电电感感中中便便储储存存了了磁磁场场能能量。量。2021/9/236 当当u2、过过零零、变变负负，id，eL反向，阻碍反向，阻碍id，只只要要eL大大于于电电源源负负电电压压，id将将继继续续流流通通，

4、继继续续导导通通，电电感感储存能量储存能量电阻和电源电阻和电源 负负载载电电压压瞬瞬时时值值出出现现负负值值。当当id-，负负载载电电感感，每每周周期期负负载载上上负负电电压压比比重重，ud和和id平均值平均值。2021/9/237负负载载并并联联二二极极管管V，电电源源负负电电压压不加于负载不加于负载输出平均电压输出平均电压。当当u2 为为正正、VS 导导通通时时，V不不通通，负载电压波形与不加二极管相同；负载电压波形与不加二极管相同；当当u2变变负负，V导导通通，VS承承受受反反压压关关断断，负负载载上上由由电电感感L维维持持的的电流经过电流经过V，V叫叫续流续流二极管。二极管。3.续流二

5、极管续流二极管的作用的作用2021/9/238 V导导通通，没没有有电电流流电电源源，uduV0，L放放出出能能量量电阻。电阻。VS导导通通，电电源源提提供供id；VS关关断断，L通通过过V提提供供id。当当LR，id脉动很小。脉动很小。2021/9/239设设id的的平平均均值值为为Id，则则流流过过晶晶闸管的电流平均值闸管的电流平均值 流过流过二极管二极管的电流平均值的电流平均值 2021/9/2310当当1端端为为正正的的某某时时刻刻，触触发发VS1，idVS1RV22端，端，VS2 和和V1 均受反压而截止；均受反压而截止；8.2.2 单相桥式单相桥式可控整流电路可控整流电路1）阻性负

6、载）阻性负载2021/9/2311当当2端端为为正正的的某某时时刻刻，触触发发VS2，idVS2RV11端，端，VS1和和V2 均受反压而截止。均受反压而截止。2021/9/2312输出电压平均值输出电压平均值 电流平均值电流平均值 元件承受的元件承受的最大正反向最大正反向电压电压为为2021/9/2313加续流二极管加续流二极管V3。当当u2=0，idV3，晶晶闸闸管管因因电电流流为为零零而而关关断断，不不会失控。会失控。2）感性负载感性负载2021/9/2314流过流过每只晶闸管每只晶闸管的平均电流的平均电流 流过流过续流二极管续流二极管的平均电流的平均电流 2021/9/2315不不加加

7、续续流流二二极极管管，V1和和V2起到续流作用。起到续流作用。2021/9/2316 整整流流装装置置体体积积减减小小，但但VS1和和VS2阴阴极极没没有有公公共共点点，故故用用一一套套触触发发电电路路触触发发时时，必必须须采采用用具具有有两两个个线线圈圈的的脉脉冲冲变变压压器器供供电电；且且V1、V2 的电流增大了：的电流增大了：2021/9/2317缺缺点点：五五只只整整流流二二极极管管，尺尺寸寸大大，Id要要同同时时经经过过三三个个整整流流元元件件，故故压压降降、损耗较大。损耗较大。晶晶闸闸管管关关断断：电电源源电电压压0的短暂时间内。的短暂时间内。四四只只二二极极管管单单相相桥桥式式整

8、整流流电电路路，用用一一只只晶晶闸闸管管控控制制，改改变变控控制制角角，可可改改变变输输出出电压。节省了晶闸管。电压。节省了晶闸管。优优点点：晶晶闸闸管管用用得得少少，控控制制线线路路简简单单，晶晶闸闸管管不承受反向电压；不承受反向电压；2021/9/2318输出接有反电势输出接有反电势E的负载的负载只有只有当当u2E，同时又有，同时又有触发脉冲触发脉冲时，晶闸管才能时，晶闸管才能导通导通3）反电动势负载反电动势负载 2021/9/2319在晶闸管关断的时间内，在晶闸管关断的时间内，负载上保留原有的反电负载上保留原有的反电势势负载两端的电压平均值比负载两端的电压平均值比电阻性负载时高电阻性负载

9、时高2021/9/2320输出平均电流为输出平均电流为(UdE)为阴影部分的面为阴影部分的面积对一周期取平均值积对一周期取平均值2021/9/2321导通角小，导电时间短，导通角小，导电时间短，回路电阻小，回路电阻小，电流的幅电流的幅值与平均值之比很大值与平均值之比很大晶闸管工作条件差。晶闸管工作条件差。如前所知，必须降低电如前所知，必须降低电流定额使用流定额使用2021/9/2322 另另外外，对对直直流流电电动动机机换换向向易易产产生生火火花花，对对于于电电源源，则因电流有效值大，要求的则因电流有效值大，要求的容量容量也大。也大。2021/9/2323对于大容量电动机或蓄对于大容量电动机或

10、蓄电池负载，常常电池负载，常常串联电串联电抗器抗器，以平滑电流的脉，以平滑电流的脉动动因为电抗器，续流二因为电抗器，续流二极管起到续流作用极管起到续流作用得到的平滑电流得到的平滑电流2021/9/2324例：例：欲装一台白炽灯泡调光电路，需要可调的直流电源，欲装一台白炽灯泡调光电路，需要可调的直流电源，调节范围：电压调节范围：电压U0=0V180V,电流电流I0=010A。现采用单相。现采用单相半控桥式整流电路，试求最大输入交流电压和电流有效半控桥式整流电路，试求最大输入交流电压和电流有效值，并选择整流元件。值，并选择整流元件。解解:设设在在晶晶闸闸管管导导通通角角为为(控控制制角角为为0)时

11、时输输出出电电压压值值为为最大（最大（180V），），则对应的输入交流电压有效值为最大。则对应的输入交流电压有效值为最大。实实际际上上还还要要考考虑虑电电网网电电压压波波动动、管管压压降降以以及及导导通通角角常常常常到到不不了了1800，交交流流电电压压要要比比上上述述计计算算而而得得到到的的值值适适当当加加大大10%左左右右，即即大大约约为为220V。因因此此，在在本本例例中中可可以以不不用用整整流变压器，直接接到流变压器，直接接到220V的交流电源上。的交流电源上。2021/9/2325 交流电流有效值交流电流有效值：晶晶闸闸管管所所承承受受的的最最大大正正向向电电压压、最最大大反反向向电

12、电压压和和二二极极管管所承受的最大反向电压相等，即：所承受的最大反向电压相等，即：流过晶闸管和二极管的平均电流流过晶闸管和二极管的平均电流：2021/9/2326为保证晶闸管在出现瞬时过电压时不致损坏，通常为保证晶闸管在出现瞬时过电压时不致损坏，通常根据下式选择晶闸管的根据下式选择晶闸管的UDRM和和U：根据上面的计算，晶闸管可选用根据上面的计算，晶闸管可选用CT10/600，考，考虑留有余量，故额定电流采用虑留有余量，故额定电流采用10A。二极管可选。二极管可选用用2CZ10/300，因为二极管的最高反向电压一般，因为二极管的最高反向电压一般是取反向击穿电压的一半，已有较大余量，所以是取反向

13、击穿电压的一半，已有较大余量，所以选选300V已足够。已足够。2021/9/2327把把半控桥中的两只二半控桥中的两只二极管用两只晶闸管代极管用两只晶闸管代替替电阻性电阻性负载：负载：电电流流和和电电压压波波形形与与半半控控桥桥没没区区别别，移移相相范范围围0，输输出出平平均均电电压压、电电流流的的计计算算公公式式也也与与半半桥桥相同。相同。但但每每半半周周期期要要求求触触发发两只晶闸管两只晶闸管。2.单相全控桥式整流电路单相全控桥式整流电路2021/9/2328电感性电感性负载：没有负载：没有续流二极管，输出续流二极管，输出电压的瞬时值会出电压的瞬时值会出现负值现负值2021/9/2329输

14、出电压输出电压平均值平均值：2021/9/2330元件承受元件承受最大正反向电压最大正反向电压 2021/9/2331 工作过程工作过程：当当u120，触触发发VS1、VS2，二二者者导导通通，u12加加于于负载；负载；2021/9/2332 当当u120，L反反电电势势维维持持id通通过过VS1、VS2、电电源源，VS1、VS2继继续续导导通通，直直到到u120，且且VS3、VS4导通，导通，VS1、VS2因受反压关断。因受反压关断。2021/9/2333 同样，同样，VS3、VS4要导通到触发要导通到触发VS1、VS2才关断。才关断。当当=0/2时时，Ud=0.9U20，id连连续续；当当

15、/2时时，Ud0，id断续且很小。断续且很小。2021/9/2334为为整流电压，也可并联续流二极管。整流电压，也可并联续流二极管。一一般般电电阻阻性性负负载载时时，本本线线路路不不比比半半控控桥桥优优越越，且且线线路路复复杂杂，一一般般采采用用半半控控桥桥。它它主主要要用用于于电电动动机机需要正反转的逆变电路需要正反转的逆变电路中。中。2021/9/23358.2.3 三相半波三相半波可控整流电路可控整流电路 变变压压器器副副边边星星形形，uA、uB、uC=相相电电压压u2p，通通过过VS1、VS2、VS3向负载向负载R供直流电。供直流电。2021/9/23361.阻性阻性负载负载 三相电源

16、电压波形：三相电源电压波形：1、2、3点为相邻相点为相邻相电压波形交点，也是不控电压波形交点，也是不控整流的整流的自然换向点自然换向点，就就从该点算起从该点算起。2021/9/2337没有触发信号时，晶闸管没有触发信号时，晶闸管承受的承受的最大正向电压是：最大正向电压是：可能承受的最大反向电压：可能承受的最大反向电压：2021/9/2338如：当如：当VS1导通，而导通，而VS2不导不导通时，加在通时，加在VS2上的反向电上的反向电压为压为UAB，即线电压的有效，即线电压的有效值值线电压的最大值为：线电压的最大值为：2021/9/23391）当当0时时在在t1t2内内，uA uB、uC，在在t

17、1触触发发VS1，R上上得得到到uA，电电流流VS1R0点点。在在t2 触触发发VS2，VS1受受反反压压关关断断，R上得到上得到uB，。2021/9/2340一一个个周周期期每每只只晶晶闸闸管管导导通通角角为为2/3，要要求求触触发发脉冲间隔也是脉冲间隔也是2/3。2021/9/2341当当三三只只晶晶闸闸管管共共阴阴极极连连接接时时：哪哪一一相相电电压压最最高高，则则来来触触发发脉脉冲冲时时，与与那那一一相相相相连连接接的的晶晶闸闸管管就就导导通通，这这只只管管子子导导通通后后，其它管子承受反向电压而阻断其它管子承受反向电压而阻断。2021/9/2342输出电压平均值输出电压平均值：202

18、1/9/23432）当当0/6时时每只晶闸管导通角为每只晶闸管导通角为120。在在，虽，虽uBuA，但，但VS2未触发，不导通，未触发，不导通，故故VS1不不关关断断，直直到到t2，VS2触触发发导导通通，VS1受受反反压压而而关断，关断，。2021/9/2344输出电压平均值输出电压平均值：2021/9/23453）当当/6/6时，三相半波时，三相半波可控整流电压可控整流电压ud波形波形2021/9/2349当当tt1，uA0，但，但eLid0，VS1维维持导通，若持导通，若L足够大，足够大，VS1要一直导通到要一直导通到VS2导通为止。导通为止。2021/9/2350当当VS2触发导通，触

19、发导通，VS1承受反压关断承受反压关断。由于。由于L大，大，id脉动小，近似脉动小，近似为水平线。每只晶闸为水平线。每只晶闸管导通角管导通角2/3。2021/9/2351输出电压的平均值：输出电压的平均值：2021/9/2352带电感性负载，当带电感性负载，当/2时，时，ud波形，波形，Ud0结结论论：三三相相半半波波整整流流带带电电感感性性负负载载，要要求求脉脉冲冲的的移移相相范范围围为为0/2。晶晶闸闸管管可可能能承承受的最大正向电压为受的最大正向电压为，而电阻性，而电阻性负载承受负载承受2021/9/2353加续流二加续流二极管极管Ud与与的关系和的关系和R负载时一样负载时一样(/3)i

20、d与电感性负载时一样，与电感性负载时一样，当当LR，接近于水平，接近于水平线线2021/9/2354三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路优点优点：只只用用三三只只晶晶闸闸管管，接接线线简简单单，直直接接380V电电源源，稍加控制，可满足稍加控制，可满足220V直流负载直流负载的要求。的要求。2021/9/2355三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路缺点缺点：晶闸管承受反压高；晶闸管承受反压高；利利用用率率低低：在在电电流流连连续续时时，每每周周期期变变压压器器副副边边绕绕组组和和晶闸管都只有晶闸管都只有1/3时间导通；时间导通；直直流流分分量量引引起起很很大大零零线线电电流流：流流过过

21、变变压压器器的的电电流流是是单单方方向向的的脉脉动动电电流流，其其直直流流分分量量引引起起很很大大的的零零线线电电流流，在在铁铁心心中中产产生生直直流流磁磁势势，易易于于造造成成变变压压器器铁铁心心饱饱和和，引起附加损耗和发热。引起附加损耗和发热。2021/9/23568.2.4 三相桥式全控三相桥式全控整流电路整流电路 共阳极组共阳极组整整流电路流电路共阳极组与共阴极共阳极组与共阴极组串联组串联，ud为两组为两组输出电压之和输出电压之和2021/9/2357三相全控整流电路：三相全控整流电路：变压器的两组次极绕变压器的两组次极绕组共用一个绕组组共用一个绕组2021/9/2358共阴极组：共阴

22、极组：VS1、VS3、VS5共阳极共阳极组：组：VS2、VS4、VS62021/9/2359与与电电动动机机(反反电电势势负负载载)连连接接，总总串串联联一一定定电电感感，以以减减小小电电流流脉脉动动、保保证证电电流流连连续续，即即负负载载性性质质为为电电感感性性的。的。2021/9/2360两组串联，两组串联，Ud比式比式大一倍。大一倍。即即Ud2.34U2P cos (0/2)2021/9/2361三相桥式全控整流三相桥式全控整流电压、电流和触发电压、电流和触发脉冲波形图脉冲波形图(0时时)2021/9/2362交流电源电压交流电源电压相电流相电流输出电压输出电压触发顺序触发顺序2021/

23、9/2363t1时时，uA较正，较正，uB较负较负输出电压为输出电压为UAB触发触发VS1、VS6，使其，使其导通导通在在t1t2内的相电流内的相电流iA和和iB2021/9/2364电流电流i回路回路:从从A相相VS1负载负载VS6B相相2021/9/2365t2时时，uC比比uB更负更负输出电压为输出电压为UAC触发触发VS1(维持导通维持导通)、VS2，使其导通，使其导通在在t2t3内的相电流内的相电流iA和和iCVS6受反压关受反压关断断2021/9/2366电流电流i回路回路:从从A相相VS1负载负载VS2C相相2021/9/2367t3时，时，uB开始开始比比uA为正为正输出电压为

24、输出电压为UBC触发触发VS2(维持导通维持导通)、VS3，使其导通，使其导通在在t3t4内的相电流内的相电流iB和和iCVS1受反压关受反压关断断2021/9/2368电流电流i回路回路:从从B相相VS3负载负载VS2C相相2021/9/2369 当当移移相相时时，ud波波形形和和Ud将跟着变。将跟着变。2021/9/2370可控整流电路小结可控整流电路小结n单相半波电路简单，指标差，只适用于小功率要单相半波电路简单，指标差，只适用于小功率要求不高的场合。求不高的场合。n单相桥式电路性能指标好，电压脉动频率大单相桥式电路性能指标好，电压脉动频率大,适适用小功率电路。用小功率电路。n三相半波可控整流电路，指标一般，较少采用。三相半波可控整流电路，指标一般，较少采用。n三相桥式可控电路，各项指标好，最适合大功率三相桥式可控电路，各项指标好，最适合大功率高压电路。高压电路。n三相全控桥可工作在整流状态，同时还能工作在三相全控桥可工作在整流状态，同时还能工作在逆变状态。逆变状态。2021/9/2371作业：作业：8.8、8.16、8.17、8.18、8.20、8.222021/9/2372