第二章 相控整流电路 March 3, 2000 北方交通大学电气工程系

要求及重点 理解和掌握单相桥式、三相半波、三相桥式等整流电路的电路结构、工作原理、波形分析、电气性能、分析方法和参数计算。 重点：波形分析和基本电量计算的方法。 难点：不同负载对工况的影响和整流器交流侧电抗对整流电路的影响 March 3, 2000 北方交通大学电气工程系

整流电路的分类 不可控整流电路 直流整流电压和交流电源电压的比固定 全控整流电路 直流整流电压的平均值和极性可调 半控整流电路 负载电压平均值可调、极性不能改变 March 3, 2000 北方交通大学电气工程系

可控整流电路的分类 按电路结构分类 桥式电路（又称全波电路或双拍电路） 零式电路（又称半波电路或单拍电路） 按输出电压脉波数分类 单脉波电路 双脉波电路 三脉波电路 多脉波电路 March 3, 2000 北方交通大学电气工程系

可控整流电路的分类（续） 按控制方式分类 相控式电路 斩控式电路 按组成器件分类 全控型电路 半控型电路 按工作范围分类 单象限电路 多象限电路 按电网相数分类 单相电路 三相电路 多相电路 March 3, 2000 北方交通大学电气工程系

可控整流电路的一般结构 整流电路在应用中，应满足的基本技术要求 整流电路的理想条件： 理想器件 理想电源 March 3, 2000 北方交通大学电气工程系

整流电路的分析方法 波形分析法： 根据电源电压 u2 和控制角 以及负载性质，作出负载电压 ud 、负载电流 id 、和整流元件的电压、电流波形图，从而导出基本电量的计算公式及数量关系。 具体步骤： 1、绘出主电路原理图，标出各电量和元件序号； 2、画出相（线）电压波形图，确定自然换相点； March 3, 2000 北方交通大学电气工程系

整流电路的分析方法（续） 3、根据控制角 在相应位置上绘出触发脉冲，并 标明相应序号； 3、根据控制角 在相应位置上绘出触发脉冲，并 标明相应序号； 4、根据可控整流电路的工作原理，绘出负载电压 ud、负载电流 id 、SCR电流 iT 等波形； 5、根据波形图，导出基本电量的计算式； 6、对整流电路进行综合评价。例如：电路的优、 缺点；电路的可控移相范围；负载电流是否连 续；整流元件承受的最大正、反向电压值；整 流电压 ud 的纹波系数  w 和脉动系数  m 等。 March 3, 2000 北方交通大学电气工程系

整流电路的基本概念 控制角  从晶闸管开始承受正向电压到被触发导通这一角度。 导通角  晶闸管在一个周期内导通的电角度。 移相 改变控制角的大小，即改变触发脉冲出现的相位。 移相控制 March 3, 2000 北方交通大学电气工程系

整流电路的基本概念（续） 移相范围 控制角的允许调节范围。 同步 触发脉冲信号和晶闸管电压（即电源电压）在频率和相位上的协调配合关系。 自然换相点 当电路中的可控元件全部由不可控元件代替时，各元件的导电转换点。 March 3, 2000 北方交通大学电气工程系

单相半波可控整流电路 工作原理 波形分析 March 3, 2000 北方交通大学电气工程系

单相半波整流电路的基本电量 直流平均电压 Ud 与控制角  的关系: Ud = f () 直流平均电流 Id 与  的关系: I d = f () 负载两端的电压有效值U与的关系： U = f () March 3, 2000 北方交通大学电气工程系

单相半波整流电路的基本电量（续） 副边绕组电流有效值 I2 与  的关系：I d = f () 流过SCR的电流有效值 IT 和平均值 IdT SCR承受的最大正向电压UDM和最大反向电压URM March 3, 2000 北方交通大学电气工程系

单相半波整流电路的基本电量（续） 电路的功率因数 cos 与  的关系 P---有效输出功率 S---次级视在功率 March 3, 2000 北方交通大学电气工程系

单相半波整流电路的基本电量（续） 整流电压的纹波系数  w（  = 0 º） 整流电压的脉动系数  m（  = 0 º） March 3, 2000 北方交通大学电气工程系

单相半波整流电路的特点 结构简单 单脉波电路 电压脉动率高 变压器利用率低 变压器存在直流磁化问题 March 3, 2000 北方交通大学电气工程系

单相全控桥式整流电路（R负载） 工作原理 波形分析 March 3, 2000 北方交通大学电气工程系

单相全控桥式电路（R负载）电量计算 输出平均电压 Ud 移相范围 0 º ～ 180º 输出平均电流 Id SCR平均电流 IdT = Id / 2 March 3, 2000 北方交通大学电气工程系

负载电压有效值 U 变压器副边绕组电流有效值 I2 流过晶闸管的电流有效值 功率因数 cos March 3, 2000 北方交通大学电气工程系

课堂思考（一） 试分析下面电路的输出电压波形： March 3, 2000 北方交通大学电气工程系

单相全控桥式整流电路（L负载） 工作原理 波形分析 March 3, 2000 北方交通大学电气工程系

单相全控桥式电路（L）电量计算 输出平均电压 Ud 移相范围 0 º ～ 90º 输出平均电流 Id March 3, 2000 北方交通大学电气工程系

单相全控桥式电路（L）电量计算（续） SCR平均电流 IdT = Id / 2 流过晶闸管的电流有效值 IT March 3, 2000 北方交通大学电气工程系

电流断续时特性分析 负载电流断续时整流电压、电流波形 电流断续时、、的关系：  越大，  越小  越大，  越大  越大，  越小  越大，  越大 March 3, 2000 北方交通大学电气工程系

单相全控桥式整流电路（反电势负载） 工作原理 波形分析 March 3, 2000 北方交通大学电气工程系

单相全控桥式电路（E）电量计算 最小起始导电角  >  时  <  时 March 3, 2000  >  时  <  时 March 3, 2000 北方交通大学电气工程系

单相全控桥式整流电路（R、L、E） 工作原理 波形分析 电量计算 和电感型负载相同 March 3, 2000 北方交通大学电气工程系

单相桥式半控整流电路（L） 工作原理 波形分析 March 3, 2000 北方交通大学电气工程系

单相桥式半控整流（L）电量计算 Ud 、Id、 U 计算公式与全控桥（R）一样 流过变压器副边绕组的电流有效值 I2 流过SCR和整流管的电流平均值和有效值 March 3, 2000 北方交通大学电气工程系

失 控 现 象 分 析 产生原因 突然将触发脉冲切断 将  角增大到 180 º 实质： 对晶闸管的工作失去控制作用 避免方法： 加续流二极管 March 3, 2000 北方交通大学电气工程系

失 控 现 象 分 析（续） 工作原理 波形分析 March 3, 2000 北方交通大学电气工程系

失 控 现 象 分 析（续） 其它形式的单相桥式半控电路 March 3, 2000 北方交通大学电气工程系

反电势负载单相半控桥式整流电路 波形分析 （ b）电流连续时的电压电流波形 （ c）电流断续时的电压电流波形 March 3, 2000 北方交通大学电气工程系

单相整流电路的优、缺点 优点： 结构简单 对触发电路的要求较低 缺点： 输出直流电压脉动大 易造成电网负载不平衡 March 3, 2000 北方交通大学电气工程系

三相半波可控整流电路（R负载） 工作原理 波形分析（＝0º） March 3, 2000 北方交通大学电气工程系

三相半波可控整流（R）（续） ＝30º的工作情况 此时负载电流 处于连续和断 续的临界状态。 March 3, 2000 北方交通大学电气工程系

三相半波可控整流（R）（续）  > 30º的工作情况 移相范围为150 º 触发失败的原因 触发脉冲在自然换 相点之前且很窄  角过小 解决措施 限制  min March 3, 2000 北方交通大学电气工程系

三相半波可控整流（R）电量计算 0 º    30 º 30 º    150 º March 3, 2000 北方交通大学电气工程系

三相半波可控整流电路（L负载） 工作原理 波形分析（  30º） March 3, 2000 北方交通大学电气工程系

三相半波可控整流（L）电量计算 整流电压 Ud 整流电流 Id 变压器的相电流 I2 ，SCR的电流有效值 IT March 3, 2000 北方交通大学电气工程系

三相半波可控整流（L）电量计算 变压器副边容量 S2 = 3U2I2 = 1.48 Pd 变压器原边容量 S2 = 3U1I1 = 3U2I1 = 1.21 Pd (假设W1=W2） 变压器容量 March 3, 2000 北方交通大学电气工程系

三相半波可控整流电路的优、缺点 优点： 输出电压脉动小 输出功率大 三相负载平衡 缺点 变压器利用率低 容易出现直流磁化现象 零线上通过较大的负载电流 March 3, 2000 北方交通大学电气工程系

三相桥式全控整流电路 March 3, 2000 北方交通大学电气工程系

三相桥式全控整流电路（续） 结构： 由两个（一个为共阴极，一个为共阳极） 三相半波整流电路组成。 优点： 变压器绕组无直流磁势； 变压器绕组正负半周都工作，效率高。 March 3, 2000 北方交通大学电气工程系

三相桥式全控整流电路的触发要求 本组内SCR每隔 120换流一次； 共阴极与共阳极组的换流点相隔 60 。 SCR的导通顺序： (6-1)  (1-2)  (2-3)  (3-4)  (4-5)  (5-6) 自然换相点为相电压（或线电压）的交点。 必须使用双窄脉冲或宽脉冲（见下页）。 March 3, 2000 北方交通大学电气工程系

三相桥式全控整流的触发要求（续） （a）变压器副边 三相电压波形 （b）宽脉冲触发 （c）双窄脉冲触发 March 3, 2000 北方交通大学电气工程系

三相桥式全控整流电路（L） 工作原理 波形分析（ = 0º） March 3, 2000 北方交通大学电气工程系

三相桥式全控整流电路（L）（续）  = 30º  = 60º March 3, 2000 北方交通大学电气工程系

三相桥式全控整流电路（L）（续）  = 90º  = 120º March 3, 2000 北方交通大学电气工程系

三相桥式全控整流（L）电量计算 整流电压 Ud 变压器的相电流 I2 March 3, 2000 北方交通大学电气工程系

三相桥式全控整流电路（R） 工作原理 波形分析 （a） = 60 º （b） 60 º   120 º March 3, 2000 北方交通大学电气工程系

三相桥式全控整流（R）电量计算 整流电压 Ud 0 º   60 º 60 º   120 º March 3, 2000 60 º   120 º March 3, 2000 北方交通大学电气工程系

三相桥式半控整流电路 工作原理 由一个三相半 波不控整流电 路与一个三相 半波可控整流 电路串联而成 March 3, 2000 北方交通大学电气工程系

三相桥式半控整流电路（R负载）  = 30º  = 120º March 3, 2000 北方交通大学电气工程系

三相桥式半控整流（R）电量计算 整流电压 Ud 输出电压为不可控半波电路输出电压 与可控的三相半波电路输出电压之和 March 3, 2000 北方交通大学电气工程系

三相桥式半控整流电路（L负载）   60 º 60 º    180 º March 3, 2000 北方交通大学电气工程系

三相桥式半控整流（L）电量计算 整流电压 Ud 同电阻性负载 输出电压为不可控半波电路输出电压 与可控的三相半波电路输出电压之和 March 3, 2000 北方交通大学电气工程系

三相桥式半控（L）电量计算（续） SCR电流的有效值 IT、整流管电流有效值 ID SCR电流的平均值 IdD 、整流管电流平均值 IdT March 3, 2000 北方交通大学电气工程系

三相桥式半控（L）电量计算（续） 变压器副边绕组电流有效值 I2   60 º 60 º    180 º   60 º 60 º    180 º March 3, 2000 北方交通大学电气工程系

三相桥式半控整流的失控现象 产生原因 突然将触发脉冲切断 将  角增大到 180 º 实质： 对晶闸管的工作 失去控制作用 避免方法： 加续流二极管 March 3, 2000 北方交通大学电气工程系

整流器交流侧电抗的影响 原因 变压器存在一定的漏电感 交流回路存在一定的电感 结果 出现重迭导通现象（两条支路同时导电） 简化考虑 把所有交流侧的电感都折算到变压器副边，用集中电感 LB 表示。 March 3, 2000 北方交通大学电气工程系

换流期间电压电流波形分析 以电感负载，三相半波可控整流电路为例 March 3, 2000 北方交通大学电气工程系

换流期间电压电流波形分析（续） 换相过程：Id  0 或 0  Id 换相重叠角  ：换相过程所对应的相角 换相重叠角  ：换相过程所对应的相角 换相电压：换相过程中两相间电位差瞬时值 uba = ub - ua 换相电压的作用： 强制导通元件中的电流下降为零； 保证退出导通的元件恢复阻断能力。 March 3, 2000 北方交通大学电气工程系

换流期间电压电流波形分析（续） 重迭对输出波形的影响 换相过程中，整流电压的瞬时值 与  = 0时相比，产生了换相压降  Ud March 3, 2000 北方交通大学电气工程系

换相压降的计算 整流输出电压的平均值   对于单相全控桥，必须用 2Id 代替 Id 式中符号定义见下页 March 3, 2000 北方交通大学电气工程系

换相压降的计算（续） xB  整流电路交流侧每相电抗值 uK%  变压器的短路电压比 符号定义: m  输出电压在一个周期的波头数。 I2  变压器二次绕组额定相电流（星接） uK%  变压器的短路电压比 March 3, 2000 北方交通大学电气工程系

考虑  时的整流器输出特性 输出电压的平均值 Ud 整流电路的输出特性 如右图所示 March 3, 2000 北方交通大学电气工程系

换相重叠角  的计算 m  输出电压在一个周期的波头数。   对于单相全控桥，必须用 2Id 代替 Id 换相重叠角  的计算 m  输出电压在一个周期的波头数。   对于单相全控桥，必须用 2Id 代替 Id   对于三相全控桥，用 线电压（即 ）代替 March 3, 2000 北方交通大学电气工程系

变压器漏感的作用 利： 限制短路电流，使电流变化相对缓和，对 di/dt 和 du/dt 值的限制有利。 弊： 使电网波形畸变，加大干扰； 使功率因数降低。 March 3, 2000 北方交通大学电气工程系