整流电路思维导图

电力电子技术第三章整流电路的思维导图（全），包括：单相全波可控整流电路、单相桥式半控整流电路、三相桥式全控整流电路、变压器漏感对整流电路的影响、整流电路的谐波和功率因数、单相半波可控整流电路、单相桥式全控整流电路、三相半波可控整流电路。

整流电路

• 单相全波可控整流电路
  • 电路原理图及波形图
  • 知识点及公式
    • • 单相全波与单相全控桥从直流输出端或从交流输入端看均是基本一致的。两者的区别在于: 1.单相全波可控整流电路中变压器为二次绕组带中心抽头，结构较复杂。绕组及铁心对铜、铁等材料的消耗比单相全控桥多，在如今有色金属资源有限的情况下，这是不利的。 2.单相全波可控整流电路中只用俩个晶闸管，比单相全控桥式可控整流电路少两个，相应地，晶闸管的门极驱动电路也少两个。但是在单相全波可控整流电路中，晶闸管承受的最大电压为2√2U₂，是单相全控桥式整流电路的两倍。 3.单相全波可控整流电路中，导电回路只含一个晶闸管，比单相桥少一个，因而管压降也少一个。 从上述2.3考虑，单相全波电路有利于在低输出电压的场合应用。
• 单相桥式半控整流电路
  • 电路原理图及波形图
  • 知识点及公式
    • 1.触发角移相范围为：0-180° 2该电路在实际应用中需加设续流二极管VDR，以避免可能发生的失控现象
• 三相桥式全控整流电路
  • 电路原理图及波形图
    • 带电阻负载时：
    • 带阻感负载时：
  • 知识点及公式
    • 一、带电阻负载： 1.触发角移相范围为：0-120° 2.晶闸管承受的最大正反向电压为2.45U₂ 二、带阻感负载： 1.触发角移相范围为：0-90° 2.晶闸管承受的最大正反向电压为2.45U₂ 3.当α≤60°时输出电压平均值Ud＝2.34U₂cosα 4.当α＞60°时输出电压平均值Ud＝2.34U₂[1+cos（π/3+α）] 5.输出电流有效值I₂＝0.816Id 6.Ia＝√（2/3）·Id 7.IvT＝1/√3Id→（1.5-2）IvT（Av）
• 变压器漏感对整流电路的影响
  • 电路原理图及波形图
  • 各种整流电路换相压降和换相重叠角的计算
  • 知识点及公式
    • 1.换相过程持续的时间用电角度γ表示，称为换相重叠角 2.整流输出电压瞬时值Ud＝（Ua+Ub）/2 3.换相压降△Ud＝3Xb·Id/2π，式中Xb是漏感为Lb的变压器每相折算到二次侧的漏抗，Xb＝ωLb＝2πf 4.Id越大，则γ越大。Xb越大，γ越大。当α≤90°时，α越小，γ越大。
• 整流电路的谐波和功率因数
  • 一、无功的危害： 1.无功功率会导致电流增大和视在功率增加，导致设备容量增加。 电流波形逐 2.无功功率增加，会使总电流增加，从而使设备和线路的损耗增加 3.无功功率使线路压降增大，冲击性无功负载还会使电压剧烈波动 二、谐波的危害： 1.谐波使电网中的元件产生附加的谐波损耗，降低发电、输电及用电设备的效率，大量的三次谐波流过中性线会使线路过热甚至发生火灾。 2.谐波影响各种电气设备的正常工作，使电机发生机械振动、噪声和过热，使变压器局部严重过执，使电容器、电缆等设备过热、使绝缘老化、寿命缩短以至损坏。 3.谐波会引起电网中局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大，会使上述1)和二项的危害大大增加，甚至引起严重事故。 4.谐波会导致继电保护和自动装置的误动作，并使电气测量仪表计量不准确。 5.谐波会对邻近的通信系统产生干扰，轻者产生噪声，降低通信质量，重者导致信息失，使通信系统无法正常工作。 三、单相桥式全控整流电路的功率因数λ＝0.9cosα，三相桥式全控整流电路的功率因数λ＝0.955cosα
• 单相半波可控整流电路
  • 电路原理图及波形图
    • • 带电阻负载
    • • 带阻感负载
    • • 带续流二极管
  • 知识点及公式
    • 一、带电阻负载： 1.触发角移相范围为：0-180° 2.直流输出电压平均值Ud＝0.45U₂（1+cosα）/2 二、带阻感负载： 1.触发角移相范围为：0-180° 三、带续流二极管： 1.触发角移相范围为：0-180° 2.流过晶闸管的电流平均值IdvT＝Id·（π-α）/2π 3.流过晶闸管的电流有效值IvT＝Id·√[（π-α）/2π] 4.续流二极管的电流平均值IdvDR＝Id·（π+α）/2π 5.续流二极管的电流有效值IvDR＝Id·√[（π+α）/2π] 6.能承受的最大正方向电压均为u₂的峰值即√2·U₂ 四、特点：单相半波可控整流电路的特点就是简单，但输出脉动大，变压器二次电流中含直流分量，造成变压器铁心直流磁化。为使变压器铁心不饱和，需增大铁心截面积，增大了设备的容量。
• 单相桥式全控整流电路
  • 电路原理图及波形图
    • • 带电阻负载
    • • 带阻感负载
  • 知识点及公式
    • 一、带电阻负载： 1.触发角移相范围为：0-180° 2晶闸管承受的最大正向电压为√2U₂/2 3.晶闸管承受的最大反向电压为√2U₂ 4.一个周期内，整流电压波形脉动2次 5.整流电压平均值Ud＝0.9U₂（1+cosα）/2 6.向负载输出的直流电流平均值Id＝Ud/R 7.流过晶闸管的电流平均值IdvT＝Id/2 8.流过晶闸管的电流有效值IvT＝U₂/R·√[sin2α/2π+（π-α）/π] 9.变压器二次侧电流有效值与输出直流电流有效值相等：I＝I₂＝√2·IvT 二、带阻感负载： 1.触发角移相范围为：0-90° 2.晶闸管承受的最大正反向电压均为√2·U₂ 3.整流电压平均值Ud＝0.9U₂cosα 4.流过晶闸管的电流平均值IdvT＝Id/2 5.流过晶闸管的电流有效值IvT＝Id/√2＝0.707Id
• 三相半波可控整流电路
  • 电路原理图及波形图
    • • 带电阻负载
    • • 带阻感负载
  • 知识点及公式
    • 一、带电阻负载： 1.触发角移相范围为：0-150° 2.晶闸管承受的最大反向电压为2.45U₂ 3.晶闸管承受的最大正向电压为√2U₂ 4.负载电流平均值Id＝Ud/R 5.α≤30°时，Ud＝1.17U₂cosα 6.α＞30°时，Ud＝0.675U₂[1+cos（π/6+α）] 二、带阻感负载： 1.触发角移相范围为：0-90° 2.晶闸管承受的最大正反向电压为2.45U₂ 3.由于负载电流连续，Ud＝1.17U₂cosα 4.晶闸管电流的有效值I₂＝IvT＝1/√3·Id＝0.577Id 5.晶闸管的额定电流为IvT（Av）＝0.368Id
• 整流电路的有源逆变
  • 逆变的知识点
    • 如果变流电路的交流侧不与电网连接，而直接接到负载，即把直流电逆变为某一频率或可调频率的交流电供给到负载，称为无源逆变
    • 为了防止过电流，同样应满足Em≈Ud条件，Em的大小取决于电动机转速的高低，而Ud可通过改变α来进行调节，由于逆变状态时Ud为负值，故α在逆变时的范围应在π/2-π之间。
    • 产生逆变的条件： 1.要有直流电动势，其极性需和晶闸管的导通方向一致，其值应大于变流器直流侧的平均电压。 2.要求晶闸管的控制角α＞π/2，使Ud为负值。
  • 三相桥式整流电路的有源逆变工作状态
    • 整流和逆变的区别仅仅是控制角α的不同。0＜α＜π/2时，电路工作在整流状态。π/2＜α＜π时，电路工作在逆变状态
    • Ud＝-2.34U₂cosβ
    • 输出电流的平均值Id＝（Ud-Em）/RΣ
    • 流过晶闸管的电流有效值IvT＝0.577Id
    • 变压器二次线电流的有效值I₂＝√2IvT＝0.816Id
  • 逆变失败的原因
    • 1.触发电路工作不可靠，不能适时准确的给各晶闸管分配脉冲。如脉冲就是脉冲延时等，致使晶闸管不能正常换相，使交流电源电压和直流电动势顺向串联。形成短路 2.晶闸管发生故障，在应该阻断期间器件失去阻断能力。或在应该导通时，器件不能导通，造成逆变失败。 3.在那边工作时，交流电源发生缺相或者突然消失，由于直流电动势Em的存在，晶闸管仍可导通。此时交流器的交流侧由于失去了同直流电动势极性相反的交流电压。因此，直流电动势将通过晶闸管使电路短路。 4.换相的裕量角不足引起换相失败，应考虑变压器漏抗引起重叠角对逆变电路换相的影响。