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第3音餐泫电路
3.1单相可控整流电路
3.2三相可控整流电路
3.3变压器漏感对整流电路的影响 3.4电容滤波的不可控整流电路
3.5整流电路的谐波和功率因数
3.6大功率可控整流电路
3.7整流电路的有源逆变工作状态
3.8相控电路的驱动控制
本章小结
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引言
■整流电路(Rectifier)是电力电子电路中出现最
早的一种,它的作用是将交流电能变为直流电能 供给直流用电设备。
■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电路。
♦按交流输入相数分为单相电路和多相电路。
♦按变压器二次侧电流的方向是单向或双向,分
为单拍电路和双拍电路。
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3.1.1单相半波可控整流电路
3.1.1单相半波可控整流电路
3.1.2单相桥式全控整流电路
3.1.3单相全波可控整流电路
3.1.4单相桥式半控整流电路
■带电阻负载的工作情况
♦变压器T起变换电压和隔离的 作用,其一次侧和二次侧电压瞬时 值分别用&和表示,有效值分别 用久和[/2表示,其中的大小根据 需要的直流输出电压%的平均值仏 确定。
♦电阻负载的特点是电压与电流 成正比,两者波形相同。
♦在分析整流电路工作时,认为 晶闸管(开关器件)为理想器件, 即晶闸管导通时其管压降等于零, 晶闸管阻断时其漏电流等于零,除 非特意研究晶闸管的开通、关断过 程,一般认为晶闸管的开通与关断 过程瞬时完成。
♦改变触发时刻,形随之改变,直流输出电压为极性不变 但瞬时值变化的脉动直流,其波形只在&正半周内出现,故称“半 波”整流。加之电路中采用了可控器件M闸管,且交流输入为单相, 故该电路称为中相半波可控整流电路。整流电压《>形在一个电源 周期中只脉动1次,故该电路为中.脉波整流电路。
♦基本数量关系
脑鵬臟的电角
^3:晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度称为导通角。 @直流输出电压平均值
Ud = -^― sin cotd{cot} = 乙(1 + cos a) = 0.45t72 + cosa
9 TT. ''
@随着tz增大,减小,该电路中VT的a移相范围为180%
♦儲豐虫耀目控制直流输出电压大小的方式称为撇
图3-2带阻感负载的单相半
波可控整流电路及其波形
■带阻感负载的工作情况
♦阻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。 ♦电路分析
穿晶闸管VT处于断态,kOwfO,!/ vf=u 2 o 度在冰7时刻,即触发角a处
Vl的存在使能突变,G从0开始增 加。
牙七由正变负的过零点处,G己经处于 减小的过程中,但尚未降到零,因此VT仍 处于通态。
时刻,电感能量释放完毕,~降至 零,VT关断并立即承受反压。
@由于电感的存在延迟了 VT的关断时刻, 使以>形出现负的部分,与带电阻负载时相 比其平均值下降。
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3.1.1单相半波可控整流电路
♦电&电子电路的一种基本分析
@把器件理想化,将电路简化 为分段线性电路。
@器件的每种状态组合对应一 种_性电路拓竓,f侁通断迖 态变化时,电稔拓扑发生改变。 以前述单相半波电路为例
V当VT处于断态时,相当 于电路在VT处断开, /d=0o当VT处于通时, 相当于VT短路。两种情
L
VT
b)
图3-3单相半波可控整流电 路的分段线性等效电路
a) VT处于关断状态
b) VT处于导通状态
况的等效电路如图3-3所
VVT处于通态时,如下方程成立:
L
R
b)
图3-3 b) VT处于导通状态
1 •
(3-2)
L —+ Rid = y[2U2 sin cot At
e aL' +^^-sm(6)r-^) (3-3)
R O-a)
在VT导通时刻,有^⑷f^=0,这是式(3-2)的初 始条件。求解式(3-2)并将初始条件代入可得
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I _! cbL
式中,Z = jR2 + (a)L):,史=tg I。由此式可得出图3-2e所示的形。 当⑺/=许^7时,i/=0,代入式(3-3)并整理得
(3-4)
sin(cr — cp)e tg(p = sin(沒oc — cp)
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3.1.1单相半波可控整流电路
V若为定值,6Z角大,6越小。
若6Z为定值,0越大,6越大,且 平均值越接近零。为解决上述矛 盾,在整流电路的负载两端并联一 个二极称为续流二极管,用
vdr表示。
♦有续流二极管的电路
@电路分析
么2正半周时,与没有续流二极管
时的情况是一样的。
々当过零变负时,VDR导通,ud
为零,此时为负的心通过VDR向VT 施加反压使其关断,L储存的能量保 证了电流<^L-R-VDr回路中流通, 此过程通常称为续流。
图3-4单相半波带阻感负载有
续流二极管的电路及波形
V若L足够大,~连续,且/>形接 近一条水平线。
@基本数量关系
V流过晶闸管的电流平均值和有效值4分别为:
V续流二极管的电流平均值心^和有效值/^分别为
(3-5)
(3-6)
(3-7)
(3-8)
V其移相范围为180°,其承受的最大正反向电压均为心的峰值即V2t7? 续流二极管承受的电压为-My其最大反向电压为万^,亦为〃2的峰值。 ■单相半波可控整流电路的特点是简单,但输出脉动大,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。
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3.1.2单相桥式全控整流电路
■带电阻负载的工作情况
♦电路分析
琢闸管VT^tlVT^f.成一对桥臂,VT2 和VT3组成另一对桥臂。
@在正半周(即a点电位高于b点电 位)
V若4个晶闸管均不导通,
VTP VT4串联承受电压w2。
々在触发角a处给VTdDVT4加触发脉 冲,VTjaVT/P导通,电流从电源a端经
VTP R、又1\流回电源b端。
@当心过零时,流经晶闸管的电流也 降到零,VTjt!VT4关断。
@在心负半周,仍在触发角a处触发 VT2^nVT3, VT#VT3导通,电流从电源b 端流出,经VT3、R、乂12流回电源a端。
图3-5单相全控桥式
带电阻负载时的电路及波形
衝到A过零时,电流又降为零, VT3关断。
♦基本数量关系
@晶闸管承受的最大正向电压和反向电压分别为 也U: 和75b2。 2
流电压平均值为:
Ud =丄sm 福㈣=g 咚 1115! = 0.9(/,(3-9)
“0时,u尸 Ufl戶.9U2。(x=180°时,f/尸0。可见;a角 的移相范幽为沒0。。
@向负载输出的直流电流平均值为:
(3-10)
T _Ud _ 25/2^2 1 + cos a _ n n % 1 + cos a 1 d= = = = u.y ■
R tiR 2 R
@流过晶闸管的电流平均值:
& =【£(,祕产+ n
(3-12)
3压器二次侧电流有效奉直流电流有效值職
1 h R」諸W⑻」2,n2a+兀
(3-13)
(3-11)
过^闸管的电流有效
由式(3-12)和(3-13)可见:"=去, (3-14)
@不考虑变压器的损耗时,要求变压器的容量为知^7/2。
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3.1.2单相桥式全控整流电路
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■a
必t
厂_ t
L t
图3-6单相桥式全控整流电流带
阻感负载时的电路及波形
■带阻感负载的工作情况
♦电路分析
@在《2正半周期
触发角cr处给晶闸管VTjD VT4W 触发脉冲使其开通,U((=u2。
W负载电感很大,&不能突变且波 形近似为一条水平线。
过零变负时,由于电感的作用 晶闸管VTddVT4中仍流过电流心,并不 关断。
^(Dt=7^c^刻,触发VTjnVT3, VTjl]VT3导通,w2通过VTjnVT3分别 向VTjnvTj_n反压使VTjn vt4关断, 流过VTjDVT4的电流迅速转移到VTjD VT3上,此过程称为换相,亦称换流。
♦基本数量关系
@整流电压平均值为:
(3-15)
UA= — p "" sin^d(6)?) = ^^-U2 cos a = 0.9t/2 cos a
冗71
当a=0时,Ud(^Q.9U2。a=90Q时,t/rf=0。晶闸管移相范围 为90%
@晶闸管承受的最大正反向电压均为
@晶闸管导通角0与a无关,_匀为180°,其电流平均值和 有效值分别为:^T=|/d和A =^d=0-7077d。
@变压器二次侧电流^的波形为正负各180"的矩形波,其 相位由a角决定,有效值/2=人。
图3-7单相桥式全控整流电路接反电动势一电阻负载时的电路及波形
■带反电动势负载时的工作情况
♦当负载为蓄电池、直流电动机的电枢(忽略其中的电感)等时,负载可看 成一个直流电压源,对于整流电路,它们就是反电动势负载。
♦电路分析
^\u2\>E时,才有晶闸管承受正电压,有导通的可能。 氓晶闸管导通之后,U戶2, id=i^,直至\u2\=E, 卩降至0使得晶闸管
关断,此后%=E。
@与电阻负载时相比,晶闸管提前了电角度初亭止导电,濟尔为停止导电角。
3 = (3-16)
@当6/<卻寸,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,保证当奴=卻寸刻有晶 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么
@在6^角相同时,整流输出电压比电阻负载时
♦电流断续
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。
@电感量足够大使电流连续,晶 闸管每次导通180°,这时整流 电压的波形和负载电流id的 波形与电感负载电流连续时的
图3-8单相桥式全控整流电路
带反电动势负载串平波电抗器,
电流连续的临界情况
波形相同,的计算公式亦一样。
@为保证电流连续所需的电感量L可由下式求出:
(3-17)
dm in
2^g- = 2.87xl0-3-^2 腿1 dmin 1
■例:单相桥式全控整流电路,t/2=100V,负载中R=2£2, L值极大,反电势 E=60V,当 «=30°时,要求:
① 作出^1^2的波形;
② 求整流输出平均电压电流Ar变压器二次侧电流有效值
③ 考虑安全裕量,确定晶闸管的额定电压和额定电流。
解:①i/口乙的波形如图3-9