第5章AC-DC变换器(整流和有源逆变电路)
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1、第5章 AC-DC变换器（整流和有源逆变）第5 AC-DC变换器（整流和有源逆变）引言整流电路的分类整流电路的分类： 按组成的器件可分为不可控不可控、半控半控、全控全控三种。 按电路结构可分为桥式电路桥式电路和零式电路零式电路。 按交流输入相数分为单相电路单相电路和多相电路多相电路。按变压器二次侧电流的方向是单向或双向，又分为单拍电路单拍电路和双拍电路双拍电路。整流电路整流电路：出现最早的电力电子电路，将交流电变为直流电。5.1 不可控整流电路*注：加注：加*表示了解，大家自己看，课上不讲。表示了解，大家自己看，课上不讲。 利用电力二极管的单相导电性可以十分简单地实现交流直流电力变换。 由于二
2、极管整流电路输出的直流电压只与交流输入电压的大小有关，不能控制其数值，故称为不控整流电路。5.1 不控整流电路t0223二极管导通情况VD1导通VD1截止VD1导通负载电压udu20u2负载电流idu2/R0u2/R二极管端电压uVD10u20负载电压平均值Ud 电源变压器副边电压有效值为U202245. 0)(dsin221UttU5.1.1 单相不控整流电路图5-1 单相半波整流电路带电阻性负载电路及波形 表5-1 单相半波不控整流电路电阻负载时各区间工作情况图5-1不带续流二极管的单相半波整流电路带阻感负载电路及波形 t0t1t12二极管导通情况VD1导通VD1导通 VD1截止负载电压u
3、du2u20负载电流id有有0二极管端电压uVD100u25.1.1 单相不控整流电路表5-2 单相半波不控整流电路阻感负载时各区间各区间工作情况图5-1带续流二极管的单相半波整流电路带阻感负载电路及带大电感负载电流波形波形 t02二极管导通情况VD1导通、VD2截止VD1截止、VD2导通负载电压udu20负载电流id稳定直流整流二极管电流iVD1方波电流0续流二极管电流iVD20方波电流整流二极管端电压uVD10u2续流二极管端电压uVD2-|u2|05.1.1 单相不控整流电路表5-3 单相半波不控整流电路大电感负载带续流二极管时各区间工作情况除阻感负载不带续流二极管电路之外，半波整流负载
4、电压仅为交流电源的正半周电压，从而使交流电源利用率偏低，且输出脉动大，因此使用范围较窄。 若能经过变换将交流电源的负半周电压也得到利用，即获得图5-2a中的负载电压波形，则负载电压平均值Ud可提高1倍，从而使交流电源利用率成倍提高。 采用单相全波整流电路单相全波整流电路 5.1.1 单相不控整流电路图5-1（e）单相半波整流电路带电阻性负载电路及波形 图5-2a 单相全波整流电路负载电压波形 单相全波整流电路图5-2 单相全波整流电路及工作波形a)单相全波整流电路负载电压波形 b)单相全波整流电路 c)交流输入正半周整流电路工作图 d)交流输入负半周整流电路工作图 5.1.1 单相不控整流电路
5、t02二极管导通情况VD1导通、VD2截止VD2导通、VD1截止ud|u2|u2|uVD1和uVD2uVD1=0，uVD2= -2|u2|uVD1= -2|u2|，uVD2=0负载电压平均值Ud0229 . 0)(dsin21UttU5.1.1 单相不控整流电路表5-4 单相全波整流电路各区间工作情况图5-2（b） 单相全波整流电路图5-3(a) 单相桥式整流电路图5-2 (b)单相全波整流电路 5.1.1 单相不控整流电路222U单相全波整流电路必须要有一个带中心抽头的变压器，且二极管承受的最高电压为 。为获得全波整流电路的负载电压波形，并克服全波整流电路的缺点，可采用桥式整流电路图5-3
6、a)单相桥式整流电路 b)交流输入正半周单相桥式整流电路工作图 c)交流输入负半周单相桥式整流电路工作图 5.1.1 单相不控整流电路t02二极管导通情况VD1和VD4导通、VD2和VD3截止VD2和VD3导通、VD1和VD4截止ud|u2|u2|uVDuVD1,4=0， uVD2,3= -|u2|uVD3=0， uVD1,4= -|u2|Ud0229 . 0)(dsin21UttU5.1.1 单相不控整流电路表5-5 单相桥式整流电路各区间工作情况 图5-3(a) 单相桥式整流电路 在单相输入的AC-DC整流电路中，单相桥式整流电路应用极为广泛。 半波整流电路交流电源电流是单方向的，电源变压
7、器存在直流磁化现象，是半波整流电路的应用不广泛的主要原因之一。 而桥式和全波电路电源电流双向流动，使交流电源得到充分利用，也不存在电源变压器直流磁化现象。5.1.1 单相不控整流电路 单相交流整流电路的功率通常限制在数个kW以下，因此要求更大功率直流电源的设备就需要利用三相交流电源和三相整流电路，其中应用最广泛的是三相桥式整流电路。 由于三相桥式整流电路多用于中、大功率场合，因此很少采用单个二极管进行组合，而多采用三相整流模块，如图5-4a所示。图5-4 三相桥式整流电路和整流模块 5.2.2 三相不控整流电路三相不控整流电路 5.1.1 单相不控整流电路共阴极组的3个二极管中阳极所接交流电压
8、瞬时值最高的一个二极管导通共阳极组的3个二极管中阴极所接交流电压瞬时值最低的一个二极管导通即任意时刻共阳极组和共阴极组中各有1个二极管处于导通状态。图5-4 三相桥式整流电路和负载电压波形 5.1.2 三相不控整流电路 时时 段段IIIIIIIVVVI共阴极组中导通的二极管VD1VD1VD3VD3VD5VD5共阳极组中导通的二极管VD6VD2VD2VD4VD4VD6整流输出电压uduabuacubcubaucaucb整流电压平均值Ud2323234. 2)(dsin2331UttU表5-6 三相桥式整流电路各区间工作情况 5.1.2 三相不控整流电路 将负载电压ud波形中的一个周期分成6段，每
9、段60，每段导通的二极管及输出整流电压的情况如表5-6所示。 交流电经过二极管整流后多为方向单一的直流电，但是大小还是处在不断地变化之中。这种脉动直流一般不能直接给装置供电。要把脉动直流变成波形平滑的直流，还需要再做一番“填平取齐”的工作，这便是滤波。 滤波的任务，就是把整流器输出电压或电流中的波动成分尽可能地减小，使其输出接近恒定值的直流电。 常用的滤波电路有电容滤波电路、电感滤波电路和复式滤波电路。 5.2.3 整流滤波电路整流滤波电路 5.1.2 三相不控整流电路 5.1.3 整流滤波电路 1电容滤波电路电容滤波电路将电容作为储能元件,利用了电容两端电压不能突变的特点。目前大量普及的微机
10、、电视机等家电产品中所采用的开关电源中，通常都是在单相桥式不控整流桥后面并联一个较大容值的滤波电容以平滑其输出直流电压，如图5-5a所示。图5-5（a） 电容滤波的单相桥式不可控整流电路 5.1.3 整流滤波电路 2电感滤波电路电感滤波电路*电容滤波电路利用了电容两端电压不能突变的特点，可实现电压平滑。电感滤波电路则是利用流进电感中的电流不能突变的特点，使输出电流平滑。电感有电流平波作用。电感滤波电路及对应的负载电流波形如图5-6所示。图5-6 电感滤波的单相桥式不可控整流电路及工作波形注：加注：加*表示了解，大家自己看，课上不讲。表示了解，大家自己看，课上不讲。 5.1.3 整流滤波电路 对
11、于负载而言，采用大电容滤波的整流电路相当于直流电压源，而采用大电感滤波的整流电路相当于直流电流源。注：加注：加*表示了解，大家自己看，课上不讲。表示了解，大家自己看，课上不讲。 5.1.3 整流滤波电路 3复式滤波电路复式滤波电路*复式滤波器的组成。图5-7所示是由电感与电容组成的2阶LC滤波器，其滤波效果比单一电容所构成的一阶滤波器的滤波效果有显著提高 ，适用于负载电流较大、要求纹波很小的场合。但是由于电感体积和重量相对较大（高频时可减小） ，成本也较高，一般情况下使用得不多。图5-7 电感和电容组成的复式滤波的单相桥式不可控整流电路及工作波形注：加注：加*表示了解，大家自己看，课上不讲。表
