第2章 相控整流电路
2.1 整流电路的性能指标 2.2 单相相控整流电路 2.3 三相相控整流电路 2.4 相控整流电路的换相压降 2.5 整流电路的有源逆变 2.6 相控电路的驱动控制
第2章 相控整流电路
➢ 整流电路；交流转换为直流
➢ 相控整流电路:电压可调； ➢ 二极管整流电路:电压固定；
相控整流电路的类型 ：
2.2.1 单相半波相控整流电路-RL负载
感性负载上的输出电压平均值Ud
1
U d U dR U dL 2
uR d (t )
1
2
uLd(t )
1
U dL 2
uL d (t )
1 2
L di d(t) L
dt
2
0
di 0
0
（2.2.11） （2.2.12）
故
U d
器
晶闸管
触发电路
主电路
任务一 认识晶闸管
晶闸管按外形封装形式可分为小电流塑封式（小容量，一般额定电流10A 以下）、小电流螺旋式、大电流螺旋式（螺旋式额定电流一般介于10A至 200A之间）和大电流平板式（额定电流在200A以上）
任务一 认识晶闸管
任务一 认识晶闸管
任务一 认识晶闸管
任务一 认识晶闸管
➢ 按照输入交流电源的相数:单相、三相和多相整流电路； ➢ 按电路中组成的电力电子器件控制特性:不可控、半控整流电路； ➢ 根据整流电路的结构形式:半波、全波和桥式整流电路等类型。
2.1 整流器的性能指标
定义：
利用电力电子器件的可控开关特性把交流电能 变为直流电能的整流电路构成的系统称为整流器。
整流器电路性能和控制方式必须满足的要求： （1）输出的直流电压大小可以控制； （2）输出直流侧电压和交流侧电流中的纹波都必 须限制在允许范围内； （3）整流器的效率要高。
任务二 认识单结晶体管
单结晶体管结构
（a）结构 （b）等效电路 （c）图形符号 （d）外形管脚排列 图1-13 单结晶体管
触发电路常用的国产单结晶体管的型号主要有BT31、BT33、BT35。
任务二 认识单结晶体管
单结晶体管特性
UA
rb1U bb rb1 rb2
U bb
式中η——分压比，是单结晶体管的主要参数，η一般为0.3～0.9。
1.一般取额定电压为正常工作时晶闸管所承受 峰值电压2～3倍。 2.将UDRM和URRM中的较小值按百位取整后作为 该晶闸管的额定值。例如：一晶闸管实测UDRM ＝812V，URRM＝756V，将两者较小的756V， 再查表取700V。
维持电流IH 擎住电流 ❖（2）门极参数 ❖（3）动态参数
➢ 整流设备的输出端所接负载常用平均电流来表示， 晶闸管额定电流采用的是平均电流，而不是有效值 。
2.7：某电阻性负载，Rd=50Ω,要求Ud在0~600V可调，试用 单相半波整流电路来供给，分别计算： （1）晶闸管额定电压、电流值； （2）连接负载的导线截面积(导线允许电流密度j=6A/mm2)； （3）负载电阻上消耗的最大功率。
2.2.1 单相半波相控整流电路-RL负载
1、工作原理
图2.2.3 感性负载单相半波可控整流电路及其波形
移相范围：整流输出电压Ud的平均值从最大值变化到零时，控制 角α的变化范围为移相范围。
单相半波相控整流电路带电阻性负载时移相范围为π。
2.2.1 单相半波相控整流电路-电阻性负载
根据有效值的定义，整流输出电压的有效值为
U
1 2
(
2U2 sin t)2 d (t) U 2
sin 2 4 2
2.2.1 单相半波相控整流电路-电阻性负载
2.6：某电阻性负载要求0~24V直流电压，最大负载电流 Id=30A，如采用由220V交流直接供电和由变压器降压到60V 供电的单相半波相控整流电路，是否两种方案都能满足要求 ?试比较两种供电方案的晶闸管的导通角、额定电压、额定 电流。
2.2.1 单相半波相控整流电路-电阻性负载
➢1）定义：在环境温度为40℃和规定的冷却条件下, 晶闸管在电阻性负载导通角不小于170°的单相工频 正弦半波电路中, 当结温稳定且不超过额定结温时 所允许的最大通态平均电流。
任务一 认识晶闸管
2） IT(AV)计算方法：
额定电流(平均电流)为：
IT ( AV )
1
2
0
Im
sin tdt
Im
（1.3.3）
1
2
＋
uRd(t )
（2.2.13）
式(2.2.13)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。
2.2.1 单相半波相控整流电路-RL负载
2. 大电感性负载（ωL＞＞R ）
电力电子技术
古越龙山电气自动化技术
课程介绍
《电力电子技术》是电气自动化技术专业的一门专业核心课程， 横跨“电子”、“电力”和“控制”三个领域，运用弱电（电子技术） 控制强电（电力技术），是强弱电相结合的新学科。
1957年第一只晶闸管诞生； 快速晶闸管、逆导晶闸管、 双向晶闸管、不对称晶闸管； 8000V、6000A； 新型半导体器件：GTR、GTO、 MOSFET、IGBT、MCT；
IT = Kf IT(AV) = 157A。
晶闸管的选取:
❖晶闸管在实际选择时，其额定电流的确定一般按以下原则：管子在额定 电流时的电流有效值大于其所在电路中可能流过的最大电流的有效值，同 时取1.5～2倍的余量，即：
1.57 IT ( AV ) IT (1.5 ~ 2)ITM
所以：
IT ( AV )
某晶闸管型号规格为KP200-8D，试问型号规格代表什么意义?
1.8型号为KP100-3，维持电流IH=4mA的晶闸管，使用在图题1.8所示 电路中是否合理，为什么?(暂不考虑电压电流裕量)
项目1 调光灯电路的安装与调试
调光电位器
单结晶体管
同
步
变
压
器
晶闸管
触发电路
主电路
任务二 认识单结晶体管
单结晶体管实物图
2.2.1 单相半波相控整流电路-电阻性负载
如果忽略晶闸管T的损耗，则变压器二次侧输出的有功功率为
P I 2 Rd UI
（2.2.8）
电源输入的视在功率为 S U2I
电路的功率因数
（2.2.9）
PF P UI U sin 2
S U2I U2
4 2
（2.2.10）
从上式可知，功率因数是控制角α的函数，且越α大，相控整流输出电压 越低，功率因数PF越小。
当α=0时，PF=0.707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(即电源输入正弦电压)也不同相，即是使电阻性负 载，PF也不会等于1。
2.2 单相半波可控整流电路中，如果： （1）晶闸管门极不加触发脉冲； （2）晶闸管内部短路； （3）晶闸管内部断开； 试分析上述三种情况负载两端电压ud的波形。
（2.2.4）
那么，整流输出电流的平均值Id和有效值I分别为
Id
Ud R
（2.2.5）
IU R
电流的波形系数Kf为
（
4
2
2 1 cos
2
sin2 2 ( ) 2(1 cos )
（2.2.7）
上式(2.2.7)表明，控制角α越大，波形系数Kf越大。
(1.5
~
2) ITM 1.57
例1-1 一晶闸管接在220V交流电路中，通过晶闸管电流的有效值为50A， 问如何选择晶闸管的额定电压和额定电流？
提示：一般取额定电压为正常工作时晶闸管所承受峰值电压2～3倍。
任务一 认识晶闸管
1.9 图题1.9中实线部分表示流过晶闸管的电流波形，其最大值均为Im，试 计算各图的电流平均值．电流有效值和波形系数。
（a）单结晶体管测试电路 b）单结晶体管伏安特性 （c）特性曲线族 图1-14 单结晶体管伏安特性
任务三 单结晶体管触发电路
单结晶体管张驰振荡电路
（a）电路图
（b）波形图
图1-15 单结晶体管张驰振荡电路电路图和波形图
任务三 单结晶体管触发电路
任务一 认识晶闸管
晶闸管的测试
（1）A： 选用万用表R×100Ω档或R×1kΩ档，分别测量各电极间的正反向
2、 电阻性负载时参数计算：
根据波形图2.2.1 (b)，可求出整流输出电压平均值为：
U
＝
d
1 2
2U 2 sintd(t)
2
U
2
1
cos 2
＝0.45U
2
1
cos 2
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。
当α=0时，Ud=0，当α=π时，Ud=0.45U2为最大值。
2.2.1 单相半波相控整流电路-电阻性负载
1、电路图
u2 2U 2 sin t
图2.2.1 单相半波可控整流
定义晶闸管从承受正向电压起到触发导通之间的电角度α称为控制
角(或移相角)，晶闸管在一个周期内导通的电角度称为导通角，用θ
表示。
（2.2.2）
2.2.1 单相半波相控整流电路-电阻性负载
将频率固定的交流电变为频率可调的交流电
应用：交流电机变频调速、感应加热、不间断电源等。
电力电子技术的应用
五、直流斩波 将固定的直流电变为可调的直流电
在直流传动系统、充电蓄电电路、开关电源、电力电子变换装置及各种 用电设备中得到普通的应用.
项目1 调光灯电路的安装与调试
调光电位器
单结晶体管
同
步
变
压
额定电流有效值为： IT
1
2
(Im