第二章单相可控整流电路.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二章 单相可控整流电路,将交流电变为直流电称为整流，实现,AC/DC,变换，相应的电路称为整流电路,（,Rectifier,）,。,整流电路是电力电子电路中出现最早的一种。,整流电路的分类,按组成的器件可分为,不可控,、,半控,、,全控,三种。,按电路结构可分为,桥式,电路和,零式（如半波）,电路。,按交流输入相数分为,单相,电路和,多相（如三相）,电路,。,第二章 单相可控整流电路,第一节 单相半波可控整流电路,第二节 单相桥式全控整流电路,第三节 单相桥式半控整流电路,本章小结,第一节 单相半波可控整流电路,可控整流电路常带的负载有,电阻,、,电感,和,反电动势,三种。,电阻性负载,如电解、电镀等。,电感性负载,如各类电机的励磁绕组、输出串接平,波电抗器的负载等,。,反电动势,如蓄电池、直流电动机的电枢等。,同一整流电路，,负载不同，差距很大。,第一节 单相半波可控整流电路,一、电阻性负载,（,控制角,）,：,从晶闸管开始承受正,向电压，到其加上触发,脉冲的这一段时间所对,应的电角度,。,（,导通角,）,：,晶闸管在一个周期内,导通的电角度,。,此电路中,：,图,2-1,单相半波可控整流带电阻性负载,第一节 单相半波可控整流电路,电阻负载的特点是,电压与电流成正比，两者波形形状相同,。,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。,基本数量关系,直流输出电压平均值,当,=0,时，,U,d0,=0.45,U,2,最大,;,随着,增大，,U,d,减小；,=180,时，,U,d,=0,。,移相范围,为,0180,。,（,2-1,）,一、电阻性负载,第一节 单相半波可控整流电路,直流输出电流平均值,（,2-2,）,负载上得到的直流输出电压有效值,U,和电流有效值,I,分别为：,（,2-3,）,（,2-4,）,一、电阻性负载,第一节 单相半波可控整流电路,流过晶闸管的电流平均值和有效值,分别为：,（,2-5,）,（,2-6,）,（,2-8,）,晶闸管可能承受的正反向峰值电压均为,：,一、电阻性负载,第一节 单相半波可控整流电路,变压器的容量,为：,（,2-9,）,电路的功率因数为：,例,2.1,一、电阻性负载,第一节 单相半波可控整流电路,二、电感性负载,1.,无续流二极管,电感负载的特点是,电感对电流变化有抗拒作用，使得流过电感的电流,不能发生突变,。,由于电感的存在，延迟了,VT,的关断,时刻，使,u,d,波形出现负的部分，与带电阻负载时相比其平均值,U,d,下降。,负载阻抗角：,若,为定值，愈大 愈小,若 为定值,愈大,愈大,大电感负载，即,L,d,R,d,（,一般,10,倍以上）时，,u,d,波形中的负面积接近正面积，,U,d,0,。,图,2-2,单相半波可控整流电路带电感性负载,第一节 单相半波可控整流电路,二、电感性负载,2.,加续流二极管,VD,R,电路分析,若,电感,足够大（大电感），,i,d,连续,，且,i,d,波形接近一条水平线。,基本数量关系,直流输出电压平均值和电流平均值,（,2-1,）,（,2-2,）,与阻性负载时相同，但,i,d,波形不同。,图,2-3,单相半波可控整流电路带电感性负载,加续流流二极管,第一节 单相半波可控整流电路,二、电感性负载,2.,加续流二极管,VD,R,（,2-10,）,（,2-11,）,流过晶闸管的电流平均值和有效值,分别为：,流过续流二极管的电流平均值和有效值,分别为：,（,2-13,）,（,2-12,）,第一节 单相半波可控整流电路,二、电感性负载,2.,加续流二极管,VD,R,晶闸管承受的最大正反向电压,U,TM,仍为 ；而续流二极管承受的最大反向电压,U,DM,也为 。晶闸管的最大移相范围仍是,0-180,。,单相半波可控整流电路的特点是简单，但输出脉动大；转换效率低；变压器二次侧电流中含直流分量，造成变压器铁芯,直流磁化,。为使变压器铁芯不饱和，需增大铁芯截面积，增大了设备的容量。,桥式电路。,第二节 单相桥式全控整流电路,一、电阻性负载,（,2-14,）,（,2-15,）,是半波电路输出的两倍,。,的移相范围也是,0-180,。,图,2-4,单相桥式全控整流电路带电阻性负载,第二节 单相桥式全控整流电路,一、电阻性负载,（,2-16,）,（,2-17,）,（,2-15,）,（,2-19,）,（,2-20,）,（,2-21,）,第二节 单相桥式全控整流电路,二、电感性负载,（大电感）,电路分析,负载电感很大，,i,d,不能突变且波形近似为一条水平线。,在,u,2,正半周期,触发角,处给晶闸管,VT,1,和,VT,4,加触发脉冲使其开通，,u,d,=,u,2,。,u,2,过零变负时，由于电感的作用晶闸管,VT,1,和,VT,4,中仍流过电流,i,d,，并不关断。,t,=,+,时刻，触发,VT,2,和,VT,3,，,VT,2,和,VT,3,导通，,u,2,通过,VT,2,和,VT,3,分别向,VT,1,和,VT,4,施加反压使,VT,1,和,VT,4,关断，流过,VT,1,和,VT,4,的电流迅速转移到,VT,2,和,VT,3,上，此过程称为,换相,，亦称,换流,。,图,2-5,单相桥式全控整流电路,带电感性负载,第二节 单相桥式全控整流电路,二、电感性负载,（大电感）,基本数量关系,直流输出电压的平均值,U,d,：,当,=0,时，,U,d0,=0.9,U,2,;,=90,时，,U,d,=0,。晶闸管,移相范围,为,0,90,。,直流输出电流的平均值,I,d,为,:,（,2-22,）,（,2-23,）,第二节 单相桥式全控整流电路,二、电感性负载,（大电感）,流过晶闸管的电流的平均值和有效值分别为,:,流过变压器二次侧绕组的电流有效值,晶闸管可能承受的正反向峰值电压为,（,2-21,）,（,2-26,）,（,2-25,）,为了扩大移相范围，去掉输出电压的负值，提高,U,d,的值，可以在,负载两端并联续流二极管。,例,2.2,第二节 单相桥式全控整流电路,三、,反动势负载,（,2-27,）,电路分析,|,u,2,|,E,时，才有晶闸管承受正电压，有导通的可能。,晶闸管导通之后，,u,d,=,u,2,，直至,|,u,2,|=,E,，,i,d,即降至,0,使得晶闸管关断，此后,u,d,=,E,。,与电阻负载时相比，晶闸管提前了,电角度,停止导电，,称为,停止导电角,。,图,2-8,单相桥式全控整流电路带反电动势,第二节 单相桥式全控整流电路,三、,反动势负载,当,时，触发脉冲到来时，晶闸管承受负电压，,不可能导通,。,触发脉冲有足够的宽度，保证当,t,=,时刻有晶闸管开始承受正电压时，触发脉冲仍然存在。这样，相当于,触发角被推迟为,。,在,角相同时，整流输出电压比电阻负载时大。,可见：,E,减小,i,d,断续。,电流断续,i,d,波形在一周期内有部分时间为,0,的情况，称为,电流断续,。,负载为直流电动机时，如果出现电流断续，则电动机的,机械特性,将很软。,为了克服此缺点，一般在主电路中直流输出侧串联一个,平波电抗器,L,d,。,第二节 单相桥式全控整流电路,三、,反动势负载,L,d,够大,i,d,连续。,电流连续时，,U,d,的计算与电感负载时一样。,为保证电流连续，所需回路的电感量：,电流连续,（,2-29,）,（,2-28,）,图,2-9,单相桥式全控整流电路带反电动势负载,串平波电抗器,第二节 单相桥式全控整流电路,三、,反动势负载,例：单相桥式全控整流电路，,U,2,=100V,，负载中,R=2,，,L,值极大，反电势,E,=60V,，当,=30,时，要求：,作出,u,d,、,i,d,和,i,2,的波形；,求整流输出平均电压,U,d,、电流,I,d,，变压器二次侧电流有效,I,2,；,考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。,解：,u,d,、,i,d,和,i,2,的波形如图所示：,第二节 单相桥式全控整流电路,三、,反动势负载,整流输出平均电压,U,d,、电流,I,d,，变压器二次侧电流有效值,I,2,分别为,U,d,0.9,U,2,cos,0.9100cos30,77.97(A),I,d,(,U,d,E,)/R,(77.97,60)/2,9(A),I,2,I,d,9(A),晶闸管承受的最大反向电压为：,U2,100,141.4,（,V,）,流过每个晶闸管的电流的有效值为：,I,VT,I,d,6.36,（,A,）,故晶闸管的额定电压为：,U,N,(23)141.4,283424,（,V,）,晶闸管的额定电流为：,I,N,(1.52)6.361.57,68,（,A,）,晶闸管额定电压和电流的具体数值可按晶闸管产品系列参数选取。,第三节 单相桥式半控整流电路,一、电阻性负载,（,2-30,）,（,2-31,）,计算公式与全控桥带电阻性负载时一样。,不同点：,（,1,）晶闸管所承受的最大正、反向,电压均为 。,（,2,）流过整流二极管的电流平均值,和有效值与流过晶闸管的电流平均值和,有效值是一样的。即：,图,2-10,单相桥式半控整流电路带电阻性负载,第三节 单相桥式半控整流电路,二、电感性负载,电路分析,每一个,导电回路,由,1,个晶闸管,和,1,个二极管,构成。,晶闸管在触发时刻换流，二极管则在,u,2,过零时换流；电路本身就具有自然续流作用。所以，即使没有续流二极管，输出也没有负电压，与全控桥电路时不一样。,在触发不正常时，电路会发生,失控现象,。,图,2-11,单相桥式半控整流电路带电感性负载,第三节 单相桥式半控整流电路,二、电感性负载,失控现象,当,突然增大至,180,或触发脉冲丢失,时，会发生一个晶闸管持续导通而两个二极管轮流导通的情况，这使,u,d,成为,正弦半波,，即半周期,u,d,为正弦，另外半周期,u,d,为零，其平均值保持恒定，相当于单相半波不可控整流电路时的波形，称为,失控,。相应波形如,图,2-12,所示。,为解决失控现象并接续流二极管,VD,R,。,加,续流二极管,VD,R,后，续流过程由,VD,R,完成，避免了失控的现象。,图,2-12,单相桥式半控整流电路带电感性负载时的失控现象,第三节 单相桥式半控整流电路,二、电感性负载,加续流二极管,VD,R,U,d,和,I,d,的计算与阻性负载时一样,（,2-32,）,（,2-33,）,（,2-34,）,（,2-35,）,图,2-13,单相桥式半控整流电路带电感性负载,加续流二极管,第三节 单相桥式半控整流电路,三、反电动势负载,电流连续,电流连续,电流断续,例,2.3,图,2-14,单相桥式半控整流电路带反电动势负载,第三节 单相桥式半控整流电路,单相桥式半控整流电路的另一种接法,相当于把图,2-4(a,),中的,VT,3,和,VT,4,换为二极管,VD,3,和,VD,4,，这样可以省去续流二极管,VD,R,，,续流由,VD,3,和,VD,4,来实现,。,这种接法的两个晶闸管,阴极电位,不同，二者的触发电路需要,隔离,。,图,2-15,晶闸管串联的单相桥式,半控整流电路,图,2-4,(a),单相桥式,全控整流,电路,本章小结,主讲了单相半波可控、单相桥式全控和单相桥式半控整流电路。其中最基本的是单相半波可控整流电路，而最常用的是单相桥式全控整流电路。,分析了可控整流电路带不同负载时的工作情况，重点要掌握工作波形的特点。,可控整流电路的输出电压波形为脉动直流，半波电路一个电源周期输出,1,个,波头（,U,d0,=,0.45,U,2,），桥式电路一个电源周期输出,2,个,波头（,U,d0,=,0.9,U,2,）。在触发换相时输出电压波形发生突变。,电阻性负载的输出电流与电压波形相同，,可以突变,。,电感性负载的输出电流不能突变，大电感时近似为,一条直线,。,反电动势负载加足够大的平波电抗器后与大电感负载时的工作,波形相同,。,可控整流电路需要计算的基本参量有,U,d,、,I,d,、,I,dT,、,I,T,、,I,dD,、,I,D,、,I,dDR,、,I,DR,、,U,TM,、,U,DM,、,I,2,、,S,2,、,cos,。,