电力电子技术教学课件作者殷刚第2章交流-直流变换电路.ppt

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1、第2章交流-直流变换电路2.1单相可控整流电路2.2三相可控整流电路2.3相控整流电路的换相压降2.4有源逆变电路2.5无源逆变电路2.6逆变器的SPWM控制技术返回2.1单相可控整流电路2.1.1单相半波可控整流电路(电阻性负载)能实现将交流电能转换为直流电能的电路称为整流电路。在直流电动机的调速、同步电机的励磁、电焊等场合往往需要电压大小可调的直流电源。利用晶闸管的可控单向导电性，控制其移向角能把交流电能变换成大小可调的直流电能，这种整流电路称为相控整流电路。1.电路结构图2一1(a)是单相半波可控整流电路原理图，晶闸管作为开关元件，变压器T

2、r起变换电压和隔离的作用，用u1和u2分别表示一次和二次电压瞬时值，二次电压u2为50Hz正弦波，波形如图2一1(b)所示，其有效值为UZ。下一页返回2.1单相可控整流电路2.工作原理在电源电压正半波(0-π区间)，晶闸管承受正向电压，脉冲Ug在wt=a处触发晶闸管，晶闸管开始导通，形成负载电流id，负载上有输出电压ud。2)在wt=π时刻，电源电压过零，晶闸管电流小于维持电流而关断，负载电流为零。3)在电源电压负半波，uAK<0，晶闸管承受反向电压而处于关断状态，负载电流为零。3.波形图2-1(b)给出了直流输出电压ud和晶闸管两端电压UT的波

3、形，其中负载电流id和ud的波形相位相同。上一页下一页返回2.1单相可控整流电路4.基本数量关系(1)整流输出电压平均值Ud根据波形图2一1(b)，可求出整流输出电压平均值为上式表明，只要改变控制角a(即改变触发时刻)，就可以改变整流输出电压的平均值，达到相控整流的目的。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。(2)整流输出电压的有效值u根据有效值的定义，整流输出电压的有效值为上一页下一页返回2.1单相可控整流电路(3)整流输出电流的平均值去Id和有效值I(4)变压器二次侧输出的有功功率P、视在功率S

4、和功率因数PF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电源输人的视在功率为上一页下一页返回2.1单相可控整流电路电路的功率因数2.1.2单相半波可控整流电路(阻一感性负载)1.电路结构单相半波阻一感性负载整流电路如图2-2(a)所示，当负载中感抗远远大于电阻时称为阻一感性负载。阻一感性负载的等效电路可以用一个电感和电阻的串联电路来表示。2.工作原理1)在期间:晶闸管阳一阴极间的电压UAK大于零，此时没有触发信号，晶闸管处于正向关断状态，输出电压、电流都等于零。上一页下一页返回2.1单相可控整流电路2)在时刻，门极加触发信号，晶闸管触发

5、导通，电源电压U2加到负载上，输出电压等于U2。由于电感的存在，负载电流i.逐渐上升。3)在期间:输出电流i，从零增至最大值。在i,，的增长过程中，电感产生的感应电势限制电流增大，电源提供的能量一部分供给负载电阻，一部分转换为电感的储能。4)在期间:负载电流从最大值开始下降，电感电压改变方向，电感释放能量，企图维持电流不变。5)在时，交流电压u2过零，由于感应电压的存在，晶闸管阳极、阴极间的电压叭K仍大于零，晶闸管继续导通，此时电感储存的磁能一部分释放变成电阻的热能，另一部分磁能变成电能送回电网，电感的储能全部释放完后，晶闸管在u2反压作用下而截

6、止。直到下一个周期的正半周，即时，晶闸管再次被触发导通，如此循环。上一页下一页返回2.1单相可控整流电路3.波形输出电压、电流及元件的电压波形如图2-2(b)所示。给出了单相半波整流电路带阻一感性负载、大电感负载时的负载电压、电流和晶闸管两端电压的波形。4.电路评价与电阻性负载相比，负载电感的存在，使得晶闸管的导通角增大，在电源电压由正到负的过零点也不会关断，输出电压出现了负波形，输出电压和电流的平均值减小;大电感负载时输出电压正、负波形的面积趋于相等，输出电压平均值趋于零。上一页下一页返回2.1单相可控整流电路2.1.3单相半波可控整流电路(感

7、性负载加续流二极管)1.电路结构为了解决电感性负载存在的问题，必须在负载两端并联续流二极管，把输出电压的负波形去掉。2.工作原理1)在电源电压正半波，电压u2>0，晶闸管uAK>U。在wt=a处触发晶闸管，使其导通，形成负载电流id，负载上有输出电压和电流，此间续流二极管VD承受反向阳极电压而关断。上一页下一页返回2.1单相可控整流电路2)在电源电压负半波，电感感应电压使续流二极管VD导通续流，此时电压u2<0，u2通过续流二极管VD使晶闸管承受反向电压而关断，负载两端的输出电压为续流二极管的管压降，如果电感足够大，续流二极管一直导通到下一周期晶

8、闸管导通，使id连续，且id波形近似为一条直线。3.基本数量关系若设θT和θD分别为晶闸管和续流二极管在一个周期内的导通角，则容易得出晶