1
第 2章 整流电路 (AC/DC变换）
2.1 单相可控整流电路
2.2 三相可控整流电路
2.3 变压器漏感对整流电路的影响
2.4 电容滤波的不可控整流电路
2.5 整流电路的谐波和功率因数
2.6 大功率可控整流电路
2.7 整流电路的有源逆变工作状态
2.8 晶闸管滞留电动机系统
2.9 相控电路的驱动控制
本章小结
2
第 2章 整流电路 (AC/DC变换）
?整流电路,出现最早的电力电子电路，将交流电变为直流电。
整流电路的分类,
? 按组成的器件可分为 不可控、半控、全控 三种
? 按电路结构可分为 桥式电路 和 零式电路
? 按交流输入相数分为 单相电路 和 多相电路
? 按变压器二次侧电流的方向是 单向 或 双向
3
2.1 单相可控整流电路
2.1.1 单相半波可控整流电路
2.1.2 单相桥式全控整流电路
2.1.3 单相全波全控整流电路
2.1.4 单相桥式半控整流电路
4
2.1.1 单相半波可控整流电路
1,带电阻负载的工作情况
T
VT
R
0
a) u
1
u
2
u
VT
u
d
i
d
? t
1
? 2 ? ? t
? t
? t
? t
u
2
u
g
u
d
u
VT
? ?
0
b)
c)
d)
e)
0
0
图 2-1 单相半波可控整流电路及波形
变压器 T
起变换电压
隔离
交流输入为单相，直流输出电压波
形只在交流输入的正半周内出现，
故称为单相半波可控整流电路。
特点：
电压与电流成正比，两者波形相同
5
两个重要的基本概念
触发延迟角 从晶闸管开始承受正向阳极电压起到施加触
发脉冲止的电角度,用 a 表示,也称触发角或控制角 。
导通角 晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度称
为, 用 θ 表示 。
直流输出电压平均值为
? ????? ?? ?????? 2c o s145.0)c o s1(22)(s i n22 1 222 UUttdUU d
?移相范围为 180?
?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 （ 相控方式）
（ 2-1）
6
a) u
1
T
VT
R
L
u
2
u
VT
u
d
i
d
u
2
0 ? t
1
? 2 ? ? t
? t
? t
? t
? t
u
g
0
u
d
0
i
d
0
u
VT
0
?
?
b)
c)
d)
e)
f)
+ +
图 2-2 带阻感负载单相半波可控整
流电路及波形
2.带阻感负载的工作情况
?阻感负载
当负载中感抗与电阻相比不可忽
略时
?阻感负载的特点
电感对电流变化有抗拒作用，使
得流过电感的电流不发生突变。
?电力电子电路中存在非线性的
电力电子器件，决定了电力电子
电路时非线性电路。
?若将器件看作理想开关，则可
将电力电子电路简化为分段线性
电路，分段进行分析计算。
7
VT
R
L
u2
VT
R
L
u2
图 2-3单相半波可控整流电路的分段线性等效电路
a) VT处于关断状态 b) VT处于导通状态
)s i n ()s i n ( t a n ????? ?? ???? ?e
初始条件,ωt=?, id=0。 求解式
（ 2-2） 并将初始条件代入可得
22 )( LRZ ??? RL?? a r c ta n?
其中,
tURitiL ?s i n2dd 2dd ?? （ 2-2）
当 VT处于通态时，如下方程成立：
当 ωt =θ+ a 时,id = 0，代入式（ 2-3） 并整理得
（ 2-3）
（ 2-4）
8
负载阻抗角 ?,触发角 ?,晶闸管导通角 θ的关系
? 若 ?为定值, a 越大, 在 u2正半周 L储能越少, 维持导电的
能力就越弱, θ越小
? 若 ?为定值, ? 越大, 则 L贮能越多, θ越大；且 ? 越大,
在 u2负半周 L维持晶闸管导通的时间就越接近晶闸管在 u2
正半周导通的时间, ud中负的部分越接近正的部分, 平均
值 Ud越接近零, 输出的直流电流平均值也越小 。
9
为避免 Ud太小, 在整流电路的负载两
端并联续流二极管
当 u2过零变负时, VDR导通, ud
为零 。 此时为负的 u2通过 VDR向
VT施加反压使其关断, L储存的能
量保证了电流 id在 L-R-VDR回路中
流通, 此过程通常称为 续流 。 续
流期间 ud为零, ud中不再出现负
的部分 。
a)
VT i
d
b)
c)
d)
e)
f)
g)
L
T
R
u
1
u
2
u
VT
u
d
VD
R
i
VD
R
u
VT
i
VT
I
d
? t
? t
? t
? tO
O
O
O
? - ?
? + ?
i
VD
R
u
2
u
d
i
d
I
d
? t
1
? t
? tO
O
图 2-4 单相半波带阻感负载
有续流二极管的电路及波形
10
dd V T 2 II ?
?? ??
ddVT ItdII ?
???
?
?
? 2)(2
1 2 ??? ?
dd V D II R ?
??
2
??
若近似认为 id为一条水平线，恒为 Id，则有
（ 2-5）
d
2 2
dVD 2)(2
1
R ItdII ?
???
?
??
?
??? ? ?
（ 2-6）
（ 2-7）
（ 2-8）
VT的 a 移相范围为 180?
11
单相半波可控整流电路的 特点
? 简单, 但输出脉动大, 变压器二次侧电流中含直
流分量, 造成变压器铁芯直流磁化 。
? 分析该电路的主要目的在于利用其简单易学的特
点, 建立起整流电路的基本概念 。
12
2.1 单相可控整流电路
2.1.1 单相半波可控整流电路
2.1.2 单相桥式全控整流电路
2.1.3 单相全波全控整流电路
2.1.4 单相桥式半控整流电路
13
T
i
2
a
V
T
1
V
T
3
i
d
R
?
u
1
u
2a)
b
V
T
2
V
T
4
u
d
? t
? t
? t0
0
0
i
2
u
d
i
d
b)
c)
d)
u
d
( i
d
)
? ?
u
VT
1,4
2.1.2 单相桥式全控整流电路
图 2-5 单相全控桥式
带电阻负载时的电路及波形
工作原理及波形分析
? VT1和 VT4组成一对桥臂，在 u2
正半周承受电压 u2，得到触发脉
冲即导通，当 u2过零时关断。
? VT2和 VT3组成另一对桥臂，在
u2正半周承受电压 -u2，得到触发
脉冲即导通，当 u2过零时关断。
1,带电阻负载的工作情况
14
? ????? ?? ?????? 2c o s19.02c o s122)(ds i n21 222d UUttUU
2
c o s19.0
2
c o s122 22d
d
??
?
?????
R
U
R
U
R
UI
2
c o s145.0
2
1 2
dd V T
????
R
UII
（ 2-10）
（ 2-11）
数量关系
? 角的移相范围为 180?
向负载输出的平均电流值为：
流过晶闸管的电流平均值只有输出直流平均值的一半，即
（ 2-9）
15
?
???
????
?
?
???? ? 2s i n
2
1
2)(d)s i n
2(
2
1 222
VT R
Utt
R
UI （ 2-12）
?
???
????
?
?
????? ? 2s i n
2
1)()s i n2(1 222
2 R
Utdt
R
UII （ 2-13）
II 21VT ? （ 2-14）
过晶闸管的电流有效值：
变压器二次测电流有效值 I2与输出直流电流 I有效值相等：
不考虑变压器的损耗时，要求变压器的容量 S=U2I2
由式（ 2-12）和式（ 2-13）
16
T
a
b
R
L
a)
u
1
u
2
i
2
V
T
1
V
T
3
V
T
2
V
T
4
u
d
i
d
u
2
O ? t
O
? t
O
? t
u
d
i
d
i
2
b)
O ? t
O ? t
u
VT
1,4
O ? t
O ? t
I
d
I
d
I
d
I
d
I
d
i
VT
2,3
i
VT
1,4
图 2-6 单相全控桥带
阻感负载时的电路及波形
假设电路已工作于稳态,id的平均
值不变。
假设负载电感很大，负载电流 id连
续且波形近似为一水平线。
u2过零变负时，由于电感的作用晶
闸管 VT1和 VT4中仍流过电流 id，并
不关断。
至 ωt =π+?时刻，给 VT2和 VT3加
触发脉冲，因 VT2和 VT3本已承受
正电压，故两管导通。
VT2和 VT3导通后,u2通过 VT2和
VT3分别向 VT1和 VT4施加反压使
VT1和 VT4关断，流过 VT1和 VT4的
电流迅速转移到 VT2和 VT3上，此过
程称 换相,亦称 换流 。
2,带阻感负载的工作情况
17
? ? ??? ??? ?????? c o s9.0c o s22)(ds i n21 222d UUttUU
ddT 2
1 II ?
ddT 707.02
1 III ??
数量关系
晶闸管移相范围为 90?
晶闸管承受的最大正反向电压均为
晶闸管导通角 θ与 ?无关，均为 180?，平均值和有效值分别为：
变压器二次侧电流 i2 的波形为正负各 180?的矩形波，其相位由 ?角决定，
有效值 I2 = Id 。
（ 2-15）
22U
和
18
R
Eui ?? d
d
22
a r c s in UE??
a) b)
R
E
i
d
u
d i
d
O
E
u
d
? t
I
d
O ? t
? ? ?
图 2-7 单相桥式全控整流电路接反
电动势 — 电阻负载时的电路及波形
3.带反电动势负载时的工作情况 |u2| > E 时，晶闸管承受正电压，
才有导通的可能。导通之后
ud=u2,
直至 |u2| = E,id 即降至 0 使得晶闸
管关断，此后 ud = E
与电阻负载时相比，晶闸管提前了
电角度 δ 停止导电,δ 称为 停止导
电角
（ 2-16）
在 ? 角相同时,整流输出电压比
电阻负载时大。
电流续断 id 波形在一周期内有
部分时间为 0 的情况
电流连续 id 波形在一周期内不
出现为 0 的情况
当 ?﹤ δ 时,触发脉冲到来时，晶
闸管承受 负 电压，不能导通。
为使晶闸管可靠导通，触发脉冲需足
够的宽度，
保证当 ωt = δ 时,晶闸管承受 正 电
压，触发脉冲仍然存在，相当于触发
角被推迟为 δ,即 ? =δ
19
O
u
d
0
E
i
d
? t
? t
?
?
? ? = ?
图 2-8 单相桥式全控整流电路带反电动势负载
串平波电抗器，电流连续的临界情况
? 负载为直流电动机时，如果
出现电流断续则电动机 的机械
特性将很软 。
? 为了克服此缺点，一般在主
电路中直流输出侧串联一个平波
电抗器，用来减少电流的脉动和
延长晶闸管导通的时间。
这时整流电压 ud的波形和负载电
流 id的波形与电感负载电流连续
时的波形相同,ud的计算公式亦
一样。
为保证电流连续所需的电感量 L
可由下式求出
d m i n
23
d m i n
2 1087.222
I
U
I
UL ????
??
（ 2-17）
20
2.1 单相可控整流电路
2.1.1 单相半波可控整流电路
2.1.2 单相桥式全控整流电路
2.1.3 单相全波全控整流电路
2.1.4 单相桥式半控整流电路
21
2.1.3 单相全波可控整流电路
a)
b)
u
1
T
R
u
2
u
2
i
1
VT
1
VT
2
u
d
u
d
i
1
O
O
?
?t
?t
图 2-9 单相全波可控整流电路及波形
?单相 全波可控整流电
路又称 单相双半波可控
整流电路
?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。
?变压器不存在直流磁
化的问题。
22
单相全波与单相全控桥的 区别
1,单相全波中变压器结构较复杂, 绕组及铁芯对铜, 铁等材料
的消耗多 。
2,单相全波只用 2个晶闸管, 比单相全控桥少 2个, 相应地, 门
极 驱 动 电 路 也 少 2 个 ； 但 是 晶 闸 管 承 受 的 最 大 电 压
为, 是单相全控桥的 2倍 。
3,单相全波导电回路只含 1个晶闸管, 比单相桥少 1个, 因而管
压降也少 1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 。
222 U
23
2.1 单相可控整流电路
2.1.1 单相半波可控整流电路
2.1.2 单相桥式全控整流电路
2.1.3 单相全波全控整流电路
2.1.4 单相桥式半控整流电路
24
2.1.4 单相桥式半控整流电路
a)
T
a
b R
L
O
b)
u
2
i
2
u
d
i
dV
T
1
V
T
2
V
D
3
V
D
4
V
D
R
u
2
O
u
d
i
d
I
d
O
O
O
O
O
i
2
I
d
I
d
I
d
I
d
I
d
?
? t
? t
? t
? t
? t
? t
? t
?
? ? ?
? ? ?
i
VT
1i
VD
4
i
VT
2i
VD
3
i
VD
R
图 2-10 单相桥式半控整流电路，有续
流二极管，阻感负载时的电路及波形
假设负载中电感很大，且电路已工作
于稳态
在 u2正半周，触发角 ?处给晶闸管 VT1
加触发脉冲,u2经 VT1和 VD4向负载供电。
u2过零变负时，因电感作用使电流连续，
VT1继续导通。
但因 ?点电位低于 b点电位，使得电流从
VD4转移至 VD2,VD4关断，
电流不再流经变压器二次绕组，而是由
VT1和 VD2续流。
带阻感负载的情况
在 负半周触发角 ? 时刻触发 VT3,VT3
导通，则向 VT1加反压使之关断,u2经
VT3和 VD2向负载供电。 u2过零变正时，
VD4导通,VD2关断。 VT3和 VD4续流,ud
又为零。
25
续流二极管的作用
? 若无续流二极管, 则当 ? 突然增大至 180?或触发脉冲丢失时, 会
发生一个晶闸管持续导通而两个二极管轮流导通的情况, 这使 ud成
为正弦半波, 即半周期 ud为正弦, 另外半周期 ud为零, 其平均值保
持恒定, 称为 失控 。
? 有续流二极管 VDR时, 续流过程由 VDR完成, 晶闸管关断, 避免
了某一个晶闸管持续导通从而导致失控的现象 。 同时, 续流期间导
电回路中只有一个管压降, 有利于降低损耗 。
26
负
载
T
u
2
V
D
3
V
D
4
V
T
1
V
T
2
图 2-11 单相桥式半控整流电路的另一接法
单相桥式半控整流电路的另一
种接法
? 相当于把 图 2-5a中的 VT3和 VT4
换为二极管 VD3和 VD4,这样可以
省去续流二极管 VDR,续流由 VD3
和 VD4来实现 。
T
i 2
a
V
T
1
V
T
3 i
d
Ru 1 u 2
b
V
T
2
V
T
4
u d
图 2-5 单相全控桥式带电阻负载时的电路
27
第 2章 整流电路 (AC/DC变换）
2.1 单相可控整流电路
2.2 三相可控整流电路
2.3 变压器漏感对整流电路的影响
2.4 电容滤波的不可控整流电路
2.5 整流电路的谐波和功率因数
2.6 大功率可控整流电路
2.7 整流电路的有源逆变工作状态
2.8 晶闸管滞留电动机系统
2.9 相控电路的驱动控制
本章小结
28
2.2 三相可控整流电路
2.2.1 三相半波可控整流电路
2.2.2 三相桥式全控整流电路
29
?交流测由三相电源供电
?负载容量较大, 或要求直流电压脉动较小, 易滤
波时用 。
?基本的是三相半波可控整流电路, 三相桥式全控
整流电路, 双反星形可控整流电路, 十二脉波可
控整流电路等, 均可在此基础上进行分析 。
2.2 三相可控整流电路
30
2,2.1 三相半波可控整流电路
a)
b)
c)
d)
e)
f)
u
2
a
b
c
T
R
u
d
i
d
VT
2
VT
1
VT
3
u
a
u
b
u
c? =0
O ? t
1
? t
2
? t
3
u
G
O
u
d
O
O
u
ab
u
ac
O
i
VT
1
u
VT
1
? t
? t
? t
? t
? t
图 2-12 三相半波可控整流电路共
阴极接法电阻负载时的电路及 a =0?
时的波形
电路的特点：
? 变压器二次侧接成星
形得到零线，而一次侧
接成三角形避免 3次谐波
流入电网。
? 三个晶闸管分别接入
a,b,c三相电源，其阴
极连接在一起为 共阴极
接法 。
自然换相点：
假设将电路中的晶闸管换作二极
管，用 VD表示，成为三相半波不
可控整流电路。
一周期中
? 在 ?t1~?t2期间，
VD1导通,ud=ua
? 在 ?t2~?t3期间，
VD2导通,ud=ub
? 在 ?t3~?t4期间，
VD3导通, ud=uc
1.电阻负载
31
二极管换相时刻为 自然换相点,
是各相晶闸管能触发导通的最早
时刻, 将其作为计算各晶闸管触
发角 ?的起点, 即 ?=0?。
a)
b)
c)
d)
e)
f)
u
2
a
b
c
T
R
u
d
i
d
VT
2
VT
1
VT
3
u
a
u
b
u
c? =0
O
? t
1
? t
2
? t
3
u
G
O
u
d
O
O
u
ab
u
ac
O
i
VT
1
u
VT
1
? t
? t
? t
? t
? t
图 2-12 三相半波可控整流电路共
阴极接法电阻负载时的电路及 a =0?
时的波形
? =0?时的工作原理分析：
变压器二次侧 a相绕组和晶闸管 VT1的电流
波形, 变压器二次绕组电流有直流分量 。
晶闸管的电压波形, 由 3段组成：
? 第 1段, VT1导通期间, 为一管压降,
可近似为 uT1=0
? 第 2段, 在 VT1关断后, VT2导通期间,
uT1=ua-ub=uab,为一段线电压 。
? 第 3段, 在 VT3导通期间,
uT1=ua-uc=uac 为另一段线电压 。
32
u
2 u
a
u
b
u
c
O ? t
O
? t
O ? t
O
? t
O ? t
u
G
u
d
u
ab
u
ac
? t
1
i
VT
1
u
VT
1
u
ac
? = ?30
图 2-13 三相半波可控整流电路，电阻负载,? ?30?时的波形
? ? 30?时的波形
负载电流处于连续
和断续之间的临界
状态，各相仍导电
60?
33
? > 30?的情况
负载电流断续, 晶
闸 管 导 通 角 小 于
120? 。
? t
? t
? t
? t
u
2
u
a
u
b
u
c
O
O
O
O
u
G
u
d
i
VT
1
? = ?60
图 2-14 三相半波可控整流电路，电阻负载,? ?60?时的波形
34
整流电压平均值的计算：
（ 1） a ≤30?时，负载电流连续，有：
??
?
??? ?
?
??
c o s17.1c o s
2
63)(s i n2
3
2
1
22
6
5
6
2d UUttdUU ??? ?
?
?
（ 2-18）
当 a =0时,Ud最大，为 Ud = Ud0 = 1.17U2
（ 2） a >30?时，负载电流断续，晶闸管导通角减小，此时有：
??
?
??
? ???
??
?
??
? ???? ?
?
)6c o s (1675.0)6c o s (12 23)(s i n2
3
2
1
2
6
2 ?
???
????
?
??
UttdUU d
（ 2-19）
35
R
UI d
d ?
222RM 45.2632 UUUU ????
22 UU ?FM
负载电流平均值为
晶闸管承受的最大反向电压，
为变压器二次线电压峰值，即
晶闸管阳极与阴极间的最大正向电压等于变压器二次相电压的峰值，即
（ 2-20）
（ 2-21）
（ 2-22）
图 2-15 三相半波可控整流
0 30 60 90 120 150
0.4
0.8
1.2
1.17
3
2
1
?/(° )
U d
/U
2
36
a
b
c
T
R
L
u
2
u
d
e
L
i
d
VT
1
VT
2
VT
3
u
d
i
a
u
a
u
b
u
c
i
b
i
c
i
d
u
ac
u
ab
u
ac
O ? t
O ? t
O ? t
O ? t
O ? t
O ? t
?
u
VT
1
图 2-16 三相半波可控整流电路，阻感负载
时的电路及 ? =60?时的波形
特点,阻感负载,L值很大,id波形
基本平直。
?? ≤30?时
整流电压波形与电阻负载时相同
?? >30?时
u2过零时,VT1不关断，直到 VT2 的
脉冲到来，才换流，由 VT2导通向负
载供电，同时向 VT1施加反压使其关
断 —— ud波形中出现负的部分。
? id波形有一定的脉动，但为简化分
析及定量计算，可将 id近似为一条水
平线。
阻感负载时的移相范围为 90?
2.阻感负载
37
数量关系
由于负载电流连续, Ud可由式 （ 2－ 18） 求出, 即
ddVT2 5 7 7.03
1 IIII ???
2d0d 17.1 UUU ??
变压器二次电流即晶闸管电流的有效值为
dVTV T ( A V ) 3 6 8.057.1 I
II ??
晶闸管的额定电流为
晶闸管最大正、反向电压峰值均为变压器二次线电压峰值
2RMFM 45.2 UUU ??
三相半波的主要缺点在于其变压器二次电流中含有直流分量，为此其应用较少。
（ 2-23）
（ 2-24）
（ 2-25）
38
2.2 三相可控整流电路
2.2.1 三相半波可控整流电路
2.2.2 三相桥式全控整流电路
39
2.2.2 三相桥式全控整流电路
b
a
c
T
n
负
载
i
a i
d
u
d
VT
1
VT
3
VT
5
VT
4
VT
6
VT
2
d
2
d
1
三相桥是应用最为广泛的整流电路
图 2-17 三相桥式全控整流电路原理图
共阴极组 阴极连接在一起的
3个晶闸管（ VT1,VT3,VT5）
共阳极组 阳极连接在一起的
3个晶闸管（ VT4,VT6,VT2）
导通顺序,
VT1－ 〉 VT2－ 〉 VT3－ 〉 VT4－ 〉
VT5－ 〉 VT6
自然换向时，每时刻导通的两个
晶闸管分别对应阳极所接交流电
压值最高的一个和阴极所接交流
电压值最低的一个。
40
1,带电阻负载时的工作情况
假设将电路中的晶闸管换作二极管，相当于晶闸管触发角 ? =0 时，
共 阴 极组的 3个晶闸管，阳极所接交流电压值最 高 的一个导通。
共 阳 极组的 3个晶闸管，阴极所接交流电压值最 低 的一个导通。
任意时刻共阳极组和共阴极组中各有一个晶闸管处于导通状态，
施加于负载上的电压为某一线电压。
41
u
2
u
d1
u
d2
u
2L
u
d
u
ab
u
ac
u
ab
u
ac
u
bc
u
ba
u
ca
u
cb
u
ab
u
ac
u
ab
u
ac
u
bc
u
ba
u
ca
u
cb
u
ab
u
ac
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ
u
a
u
c
u
b
? t
1
O ? t
O ? t
O ? t
O ? t
? = 0
i
VT
1
u
VT
1
a =0时，各晶闸管均在
自然换相点换相
分析 Ud 波形，
可从相电压波形分析，
也可从线电压波形分析
从相电压波形
共阴极组晶闸管导通时，
整流输出电压 ud1为相电
压在正半周的包络线
共阳极组晶闸管导通时，
整流输出电压 ud2为相电
压在负半周的包络线
总的整流输出电压
ud=ud1-ud2
是两条包络线的差值
将其对应在线电压波形上，
即为线电压在正半周的包
络线
从线电压波形
共阴极组处于通态的晶闸
管对应最 大 的相电压
共阳极组处于通态的晶闸
管对应最 小 的相电压
输出整流电压 ud为这两个
相电压相减
输出整流电压 ud波形为线
电压在正半周的包络线
图 2-18 三相桥式全控整流电路带电阻负载 ? = 0 时的波形
返回
42
时 段 I II III IV V VI
共阴极组中导通的
晶闸管
VT1 VT1 VT3 VT3 VT5 VT5
共阳极组中导通的
晶闸管
VT6 VT2 VT2 VT4 VT4 VT6
整流输出电压 ud ua-ub
=uab
ua-uc
=uac
ub-uc
=ubc
ub-ua
=uba
uc-ua
=uca
uc-ub
=ucb
晶闸管及输出整流电压的情况如表 2－ 1所示
6个晶闸管导通顺序 VT1 － VT2 － VT3 － VT4 － VT5 － VT6
表 2-1 三相桥式全控整流电路电阻负载 ? = 0 时晶闸管工作情况
43
三相桥式全控整流电路的特点
（ 1） 2个晶闸管同时通形成供电回路, 其中共阴极组和共阳极
组 各 1个, 且不能为同 1相器件
（ 2） 对触发脉冲的要求：
? 按 VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序, 相位依次差 60?。
? 共阴极 组 VT1,VT3,VT5的脉冲依次差 120?。
? 共阳极组 VT4,VT6,VT2也依次差 120?。
? 同一相的上下两个桥臂,
即 VT1与 VT4,VT3与 VT6,VT5与 VT2,脉冲相差 180?。
44
（ 3） ud一周期脉动 6次, 每次脉动的波形都一样,
故该电路为 6脉波整流电路 。
（ 4） 需保证同时导通的 2个晶闸管均有脉冲
宽脉冲触发
双脉冲触发（常用）可采用两种方法
（ 5） 晶闸管承受的电压波形与三相半波时相同,
晶闸管承受最大正, 反向电压的关系也相同 。
?晶闸管一周期中有 1200处于通态, 2400处于断态, 由于负载为电
阻, 故晶闸管处于通态时的电流波形与相应时段的 Ud波形相同 。
45
u
d1
u
d2
? = 3 0
i
a
O ? t
O ? t
O ? t
O ? t
u
d
u
ab
u
ac
u
a
u
b
u
c
? t
1
u
ab
u
ac
u
bc
u
ba
u
ca
u
cb
u
ab
u
ac
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ
u
ab
u
ac
u
bc
u
ba
u
ca
u
cb
u
ab
u
ac
u
VT
1
每一段导通晶闸
管的编号仍符合
表 2-1的规律
区别在于：
晶闸管起始导通
时刻推迟了 300,组
成 ud的每一段线
电压因此推迟 300，
ud平均值降低。
图 2-19 三相桥式全控整流电路带电阻负载 ? = 300 时的波形
返回
46
? = 6 0
u
d1
u
d2
u
d
u
ac
u
ac
u
ab
u
ab
u
ac
u
bc
u
ba
u
ca
u
cb
u
ab
u
ac
u
a
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ
u
b
u
c
O ? t
? t
1
O ? t
O ? t
u
VT
1
Ud波形中每段线电
压的波形继续向后
移，平均值降低。
a = 600 时 Ud出现了
零点
图 2-20 三相桥式全控整流电路带电阻负载 a = 600 时的波形
返回
47
当 a ≤60?时,ud波形均连续，对于电阻负载,id波形与 ud波
形形状一样，也连续
波形图,a =0 （ 图 2－ 18 ）
a =30?（ 图 2－ 19）
a =60?（ 图 2－ 20）
48
u
d1
u
d2
u
d
u
a
u
b
u
c
u
a
u
b
? tO
? tO
? tO
? tO
? tO
i
a
i
d
u
ab
u
ac
u
bc
u
ba
u
ca
u
cb
u
ab
u
ac
u
bc
u
ba
i
VT
1
a >60?时,ud波
形每 600中有一
段为零
一旦 ud降为零，
id也降为零，流
过晶闸管的电流
即降为零，晶闸
管关断，输出整
流电压 ud为零，
波形 ud不能出现
负值。
带电阻负载时三
相桥式全控整流
电路 a角的移相
范围是 120?
图 2-21 三相桥式全控整流电路带电阻负载 a = 900 时的波形
49
图 2-22 三相桥式全控整流电路带阻感负载 a = 0时的波形
u
d1
u
2
u
d2
u
2L
u
d
i
d
? tO
? tO
? tO
? tO
u
a
? = 0
u
b
u
c
? t
1
u
ab
u
ac
u
bc
u
ba
u
ca
u
cb
u
ab
u
ac
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ
i
VT
1
晶闸管 VT1
导通段，
iVT!波形由
负载电流
波 id形 决定，
与 ud波形
不同
2．阻感负载时的工作情况
返回
50
u
d1
u
a
u
b
u
c
? = 3 0
u
d2
u
d
u
ab
u
ac
u
bc
u
ba
u
ca
u
cb
u
ab
u
ac
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ
? tO
? tO
? tO
? tO
i
d
i
a
? t
1
给出了变
压器二次
侧 a相电
流 id波形
图 2-23 三相桥式全控整流电路带阻感负载 a = 300 时的波形
返回
51
当 a ≤60?时，见 图 2－ 22 ? =0? ； 图 2－ 23 ? =30?
ud波形均连续，电路的工作情况与带电阻负载十分相似
各晶闸管的通断情况
输出整流电压 ud波形
晶闸管承受的电压波形
区别,
?负载不同时，同样的整流输出电压加在负载上，得到的负载电流 id波
形不同，电阻负载时 id波形与的 ud波形形状一样。
?组感负载时，由于电感的作用，使得负载电流波形变得平直，当电感
足够大的时候，负载电流 id的波形可近似为一条水平线。
一样
52
? = 9 0
u
d1
u
d2
u
ac
u
bc
u
ba
u
ca
u
cb
u
ab
u
ac
u
ab
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ
u
d
u
ac
u
ab
u
ac
? tO
? tO
? tO
u
b
u
c
u
a
? t
1
u
VT
1
若电感知
足够大，
中正负面
积相等，
平均值近
似为零
图 2-24 三相桥式全控整流电路带阻感负载 a = 900 时的波形
返回
53
? >60?时, 见 ? =90?图 2－ 24
?阻感负载时的工作情况与电阻负载时不同 。
电阻负载时, ud波形不会出现负的部分
阻感负载时, ud波形会出现负的部分 。
?带阻感负载时, 三相桥式全控整流电路的 ?角移相范围为 90?
54
当整流输出电压连续时 （ 即带阻感负载时, 或带电阻负载 ? ≤60?时 ） 的
平均值为：
带电阻负载且 ? >60?时, 整流电压平均值为：
输出电流平均值为, Id=Ud /R
????
??
??
c o s34.2)(s i n32
3
1
2
3
2
3
2 UttdUU ??? ?
?
?d
?????? ???? ? ? )3c o s (134.2)(s i n63 23 2d ?????
?
?? UttdUU
（ 2-26）
（ 2-27）
3．定量分析
55
当整流变压器为图 2-17中所示采用星形接法, 带阻感负载时, 变压器二次
侧电流波形如图 2-23中所示, 为正负半周各宽 120?,前沿相差 180?的矩形
波, 其有效值为：
dddd IIIII 816.03
2
3
2)(
3
2
2
1 22
2 ????
??
?
? ????? ??
?
（ 2-28）
?晶闸管电压, 电流等的定量分析与三相半波时一致 。
? 三相桥式全控整流电路接反电势阻感负载时, 在负载电感足够大足以使负
载电流连续的情况下, 电路工作情况与电感性负载时相似, 电路中各处电压,
电流波形均相同, 仅在计算 Id时有所不同, 接反电势阻感负载时的 Id为：
R
EUI ?? d
d
（ 2-29）
56
第 2章 整流电路 (AC/DC变换）
2.1 单相可控整流电路
2.2 三相可控整流电路
2.3 变压器漏感对整流电路的影响
2.4 电容滤波的不可控整流电路
2.5 整流电路的谐波和功率因数
2.6 大功率可控整流电路
2.7 整流电路的有源逆变工作状态
2.8 晶闸管滞留电动机系统
2.9 相控电路的驱动控制
本章小结
第 2章 整流电路 (AC/DC变换）
2.1 单相可控整流电路
2.2 三相可控整流电路
2.3 变压器漏感对整流电路的影响
2.4 电容滤波的不可控整流电路
2.5 整流电路的谐波和功率因数
2.6 大功率可控整流电路
2.7 整流电路的有源逆变工作状态
2.8 晶闸管滞留电动机系统
2.9 相控电路的驱动控制
本章小结
2
第 2章 整流电路 (AC/DC变换）
?整流电路,出现最早的电力电子电路，将交流电变为直流电。
整流电路的分类,
? 按组成的器件可分为 不可控、半控、全控 三种
? 按电路结构可分为 桥式电路 和 零式电路
? 按交流输入相数分为 单相电路 和 多相电路
? 按变压器二次侧电流的方向是 单向 或 双向
3
2.1 单相可控整流电路
2.1.1 单相半波可控整流电路
2.1.2 单相桥式全控整流电路
2.1.3 单相全波全控整流电路
2.1.4 单相桥式半控整流电路
4
2.1.1 单相半波可控整流电路
1,带电阻负载的工作情况
T
VT
R
0
a) u
1
u
2
u
VT
u
d
i
d
? t
1
? 2 ? ? t
? t
? t
? t
u
2
u
g
u
d
u
VT
? ?
0
b)
c)
d)
e)
0
0
图 2-1 单相半波可控整流电路及波形
变压器 T
起变换电压
隔离
交流输入为单相，直流输出电压波
形只在交流输入的正半周内出现，
故称为单相半波可控整流电路。
特点：
电压与电流成正比，两者波形相同
5
两个重要的基本概念
触发延迟角 从晶闸管开始承受正向阳极电压起到施加触
发脉冲止的电角度,用 a 表示,也称触发角或控制角 。
导通角 晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度称
为, 用 θ 表示 。
直流输出电压平均值为
? ????? ?? ?????? 2c o s145.0)c o s1(22)(s i n22 1 222 UUttdUU d
?移相范围为 180?
?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 （ 相控方式）
（ 2-1）
6
a) u
1
T
VT
R
L
u
2
u
VT
u
d
i
d
u
2
0 ? t
1
? 2 ? ? t
? t
? t
? t
? t
u
g
0
u
d
0
i
d
0
u
VT
0
?
?
b)
c)
d)
e)
f)
+ +
图 2-2 带阻感负载单相半波可控整
流电路及波形
2.带阻感负载的工作情况
?阻感负载
当负载中感抗与电阻相比不可忽
略时
?阻感负载的特点
电感对电流变化有抗拒作用，使
得流过电感的电流不发生突变。
?电力电子电路中存在非线性的
电力电子器件，决定了电力电子
电路时非线性电路。
?若将器件看作理想开关，则可
将电力电子电路简化为分段线性
电路，分段进行分析计算。
7
VT
R
L
u2
VT
R
L
u2
图 2-3单相半波可控整流电路的分段线性等效电路
a) VT处于关断状态 b) VT处于导通状态
)s i n ()s i n ( t a n ????? ?? ???? ?e
初始条件,ωt=?, id=0。 求解式
（ 2-2） 并将初始条件代入可得
22 )( LRZ ??? RL?? a r c ta n?
其中,
tURitiL ?s i n2dd 2dd ?? （ 2-2）
当 VT处于通态时，如下方程成立：
当 ωt =θ+ a 时,id = 0，代入式（ 2-3） 并整理得
（ 2-3）
（ 2-4）
8
负载阻抗角 ?,触发角 ?,晶闸管导通角 θ的关系
? 若 ?为定值, a 越大, 在 u2正半周 L储能越少, 维持导电的
能力就越弱, θ越小
? 若 ?为定值, ? 越大, 则 L贮能越多, θ越大；且 ? 越大,
在 u2负半周 L维持晶闸管导通的时间就越接近晶闸管在 u2
正半周导通的时间, ud中负的部分越接近正的部分, 平均
值 Ud越接近零, 输出的直流电流平均值也越小 。
9
为避免 Ud太小, 在整流电路的负载两
端并联续流二极管
当 u2过零变负时, VDR导通, ud
为零 。 此时为负的 u2通过 VDR向
VT施加反压使其关断, L储存的能
量保证了电流 id在 L-R-VDR回路中
流通, 此过程通常称为 续流 。 续
流期间 ud为零, ud中不再出现负
的部分 。
a)
VT i
d
b)
c)
d)
e)
f)
g)
L
T
R
u
1
u
2
u
VT
u
d
VD
R
i
VD
R
u
VT
i
VT
I
d
? t
? t
? t
? tO
O
O
O
? - ?
? + ?
i
VD
R
u
2
u
d
i
d
I
d
? t
1
? t
? tO
O
图 2-4 单相半波带阻感负载
有续流二极管的电路及波形
10
dd V T 2 II ?
?? ??
ddVT ItdII ?
???
?
?
? 2)(2
1 2 ??? ?
dd V D II R ?
??
2
??
若近似认为 id为一条水平线，恒为 Id，则有
（ 2-5）
d
2 2
dVD 2)(2
1
R ItdII ?
???
?
??
?
??? ? ?
（ 2-6）
（ 2-7）
（ 2-8）
VT的 a 移相范围为 180?
11
单相半波可控整流电路的 特点
? 简单, 但输出脉动大, 变压器二次侧电流中含直
流分量, 造成变压器铁芯直流磁化 。
? 分析该电路的主要目的在于利用其简单易学的特
点, 建立起整流电路的基本概念 。
12
2.1 单相可控整流电路
2.1.1 单相半波可控整流电路
2.1.2 单相桥式全控整流电路
2.1.3 单相全波全控整流电路
2.1.4 单相桥式半控整流电路
13
T
i
2
a
V
T
1
V
T
3
i
d
R
?
u
1
u
2a)
b
V
T
2
V
T
4
u
d
? t
? t
? t0
0
0
i
2
u
d
i
d
b)
c)
d)
u
d
( i
d
)
? ?
u
VT
1,4
2.1.2 单相桥式全控整流电路
图 2-5 单相全控桥式
带电阻负载时的电路及波形
工作原理及波形分析
? VT1和 VT4组成一对桥臂，在 u2
正半周承受电压 u2，得到触发脉
冲即导通，当 u2过零时关断。
? VT2和 VT3组成另一对桥臂，在
u2正半周承受电压 -u2，得到触发
脉冲即导通，当 u2过零时关断。
1,带电阻负载的工作情况
14
? ????? ?? ?????? 2c o s19.02c o s122)(ds i n21 222d UUttUU
2
c o s19.0
2
c o s122 22d
d
??
?
?????
R
U
R
U
R
UI
2
c o s145.0
2
1 2
dd V T
????
R
UII
（ 2-10）
（ 2-11）
数量关系
? 角的移相范围为 180?
向负载输出的平均电流值为：
流过晶闸管的电流平均值只有输出直流平均值的一半，即
（ 2-9）
15
?
???
????
?
?
???? ? 2s i n
2
1
2)(d)s i n
2(
2
1 222
VT R
Utt
R
UI （ 2-12）
?
???
????
?
?
????? ? 2s i n
2
1)()s i n2(1 222
2 R
Utdt
R
UII （ 2-13）
II 21VT ? （ 2-14）
过晶闸管的电流有效值：
变压器二次测电流有效值 I2与输出直流电流 I有效值相等：
不考虑变压器的损耗时，要求变压器的容量 S=U2I2
由式（ 2-12）和式（ 2-13）
16
T
a
b
R
L
a)
u
1
u
2
i
2
V
T
1
V
T
3
V
T
2
V
T
4
u
d
i
d
u
2
O ? t
O
? t
O
? t
u
d
i
d
i
2
b)
O ? t
O ? t
u
VT
1,4
O ? t
O ? t
I
d
I
d
I
d
I
d
I
d
i
VT
2,3
i
VT
1,4
图 2-6 单相全控桥带
阻感负载时的电路及波形
假设电路已工作于稳态,id的平均
值不变。
假设负载电感很大，负载电流 id连
续且波形近似为一水平线。
u2过零变负时，由于电感的作用晶
闸管 VT1和 VT4中仍流过电流 id，并
不关断。
至 ωt =π+?时刻，给 VT2和 VT3加
触发脉冲，因 VT2和 VT3本已承受
正电压，故两管导通。
VT2和 VT3导通后,u2通过 VT2和
VT3分别向 VT1和 VT4施加反压使
VT1和 VT4关断，流过 VT1和 VT4的
电流迅速转移到 VT2和 VT3上，此过
程称 换相,亦称 换流 。
2,带阻感负载的工作情况
17
? ? ??? ??? ?????? c o s9.0c o s22)(ds i n21 222d UUttUU
ddT 2
1 II ?
ddT 707.02
1 III ??
数量关系
晶闸管移相范围为 90?
晶闸管承受的最大正反向电压均为
晶闸管导通角 θ与 ?无关，均为 180?，平均值和有效值分别为：
变压器二次侧电流 i2 的波形为正负各 180?的矩形波，其相位由 ?角决定，
有效值 I2 = Id 。
（ 2-15）
22U
和
18
R
Eui ?? d
d
22
a r c s in UE??
a) b)
R
E
i
d
u
d i
d
O
E
u
d
? t
I
d
O ? t
? ? ?
图 2-7 单相桥式全控整流电路接反
电动势 — 电阻负载时的电路及波形
3.带反电动势负载时的工作情况 |u2| > E 时，晶闸管承受正电压，
才有导通的可能。导通之后
ud=u2,
直至 |u2| = E,id 即降至 0 使得晶闸
管关断，此后 ud = E
与电阻负载时相比，晶闸管提前了
电角度 δ 停止导电,δ 称为 停止导
电角
（ 2-16）
在 ? 角相同时,整流输出电压比
电阻负载时大。
电流续断 id 波形在一周期内有
部分时间为 0 的情况
电流连续 id 波形在一周期内不
出现为 0 的情况
当 ?﹤ δ 时,触发脉冲到来时，晶
闸管承受 负 电压，不能导通。
为使晶闸管可靠导通，触发脉冲需足
够的宽度，
保证当 ωt = δ 时,晶闸管承受 正 电
压，触发脉冲仍然存在，相当于触发
角被推迟为 δ,即 ? =δ
19
O
u
d
0
E
i
d
? t
? t
?
?
? ? = ?
图 2-8 单相桥式全控整流电路带反电动势负载
串平波电抗器，电流连续的临界情况
? 负载为直流电动机时，如果
出现电流断续则电动机 的机械
特性将很软 。
? 为了克服此缺点，一般在主
电路中直流输出侧串联一个平波
电抗器，用来减少电流的脉动和
延长晶闸管导通的时间。
这时整流电压 ud的波形和负载电
流 id的波形与电感负载电流连续
时的波形相同,ud的计算公式亦
一样。
为保证电流连续所需的电感量 L
可由下式求出
d m i n
23
d m i n
2 1087.222
I
U
I
UL ????
??
（ 2-17）
20
2.1 单相可控整流电路
2.1.1 单相半波可控整流电路
2.1.2 单相桥式全控整流电路
2.1.3 单相全波全控整流电路
2.1.4 单相桥式半控整流电路
21
2.1.3 单相全波可控整流电路
a)
b)
u
1
T
R
u
2
u
2
i
1
VT
1
VT
2
u
d
u
d
i
1
O
O
?
?t
?t
图 2-9 单相全波可控整流电路及波形
?单相 全波可控整流电
路又称 单相双半波可控
整流电路
?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。
?变压器不存在直流磁
化的问题。
22
单相全波与单相全控桥的 区别
1,单相全波中变压器结构较复杂, 绕组及铁芯对铜, 铁等材料
的消耗多 。
2,单相全波只用 2个晶闸管, 比单相全控桥少 2个, 相应地, 门
极 驱 动 电 路 也 少 2 个 ； 但 是 晶 闸 管 承 受 的 最 大 电 压
为, 是单相全控桥的 2倍 。
3,单相全波导电回路只含 1个晶闸管, 比单相桥少 1个, 因而管
压降也少 1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 。
222 U
23
2.1 单相可控整流电路
2.1.1 单相半波可控整流电路
2.1.2 单相桥式全控整流电路
2.1.3 单相全波全控整流电路
2.1.4 单相桥式半控整流电路
24
2.1.4 单相桥式半控整流电路
a)
T
a
b R
L
O
b)
u
2
i
2
u
d
i
dV
T
1
V
T
2
V
D
3
V
D
4
V
D
R
u
2
O
u
d
i
d
I
d
O
O
O
O
O
i
2
I
d
I
d
I
d
I
d
I
d
?
? t
? t
? t
? t
? t
? t
? t
?
? ? ?
? ? ?
i
VT
1i
VD
4
i
VT
2i
VD
3
i
VD
R
图 2-10 单相桥式半控整流电路，有续
流二极管，阻感负载时的电路及波形
假设负载中电感很大，且电路已工作
于稳态
在 u2正半周，触发角 ?处给晶闸管 VT1
加触发脉冲,u2经 VT1和 VD4向负载供电。
u2过零变负时，因电感作用使电流连续，
VT1继续导通。
但因 ?点电位低于 b点电位，使得电流从
VD4转移至 VD2,VD4关断，
电流不再流经变压器二次绕组，而是由
VT1和 VD2续流。
带阻感负载的情况
在 负半周触发角 ? 时刻触发 VT3,VT3
导通，则向 VT1加反压使之关断,u2经
VT3和 VD2向负载供电。 u2过零变正时，
VD4导通,VD2关断。 VT3和 VD4续流,ud
又为零。
25
续流二极管的作用
? 若无续流二极管, 则当 ? 突然增大至 180?或触发脉冲丢失时, 会
发生一个晶闸管持续导通而两个二极管轮流导通的情况, 这使 ud成
为正弦半波, 即半周期 ud为正弦, 另外半周期 ud为零, 其平均值保
持恒定, 称为 失控 。
? 有续流二极管 VDR时, 续流过程由 VDR完成, 晶闸管关断, 避免
了某一个晶闸管持续导通从而导致失控的现象 。 同时, 续流期间导
电回路中只有一个管压降, 有利于降低损耗 。
26
负
载
T
u
2
V
D
3
V
D
4
V
T
1
V
T
2
图 2-11 单相桥式半控整流电路的另一接法
单相桥式半控整流电路的另一
种接法
? 相当于把 图 2-5a中的 VT3和 VT4
换为二极管 VD3和 VD4,这样可以
省去续流二极管 VDR,续流由 VD3
和 VD4来实现 。
T
i 2
a
V
T
1
V
T
3 i
d
Ru 1 u 2
b
V
T
2
V
T
4
u d
图 2-5 单相全控桥式带电阻负载时的电路
27
第 2章 整流电路 (AC/DC变换）
2.1 单相可控整流电路
2.2 三相可控整流电路
2.3 变压器漏感对整流电路的影响
2.4 电容滤波的不可控整流电路
2.5 整流电路的谐波和功率因数
2.6 大功率可控整流电路
2.7 整流电路的有源逆变工作状态
2.8 晶闸管滞留电动机系统
2.9 相控电路的驱动控制
本章小结
28
2.2 三相可控整流电路
2.2.1 三相半波可控整流电路
2.2.2 三相桥式全控整流电路
29
?交流测由三相电源供电
?负载容量较大, 或要求直流电压脉动较小, 易滤
波时用 。
?基本的是三相半波可控整流电路, 三相桥式全控
整流电路, 双反星形可控整流电路, 十二脉波可
控整流电路等, 均可在此基础上进行分析 。
2.2 三相可控整流电路
30
2,2.1 三相半波可控整流电路
a)
b)
c)
d)
e)
f)
u
2
a
b
c
T
R
u
d
i
d
VT
2
VT
1
VT
3
u
a
u
b
u
c? =0
O ? t
1
? t
2
? t
3
u
G
O
u
d
O
O
u
ab
u
ac
O
i
VT
1
u
VT
1
? t
? t
? t
? t
? t
图 2-12 三相半波可控整流电路共
阴极接法电阻负载时的电路及 a =0?
时的波形
电路的特点：
? 变压器二次侧接成星
形得到零线，而一次侧
接成三角形避免 3次谐波
流入电网。
? 三个晶闸管分别接入
a,b,c三相电源，其阴
极连接在一起为 共阴极
接法 。
自然换相点：
假设将电路中的晶闸管换作二极
管，用 VD表示，成为三相半波不
可控整流电路。
一周期中
? 在 ?t1~?t2期间，
VD1导通,ud=ua
? 在 ?t2~?t3期间，
VD2导通,ud=ub
? 在 ?t3~?t4期间，
VD3导通, ud=uc
1.电阻负载
31
二极管换相时刻为 自然换相点,
是各相晶闸管能触发导通的最早
时刻, 将其作为计算各晶闸管触
发角 ?的起点, 即 ?=0?。
a)
b)
c)
d)
e)
f)
u
2
a
b
c
T
R
u
d
i
d
VT
2
VT
1
VT
3
u
a
u
b
u
c? =0
O
? t
1
? t
2
? t
3
u
G
O
u
d
O
O
u
ab
u
ac
O
i
VT
1
u
VT
1
? t
? t
? t
? t
? t
图 2-12 三相半波可控整流电路共
阴极接法电阻负载时的电路及 a =0?
时的波形
? =0?时的工作原理分析：
变压器二次侧 a相绕组和晶闸管 VT1的电流
波形, 变压器二次绕组电流有直流分量 。
晶闸管的电压波形, 由 3段组成：
? 第 1段, VT1导通期间, 为一管压降,
可近似为 uT1=0
? 第 2段, 在 VT1关断后, VT2导通期间,
uT1=ua-ub=uab,为一段线电压 。
? 第 3段, 在 VT3导通期间,
uT1=ua-uc=uac 为另一段线电压 。
32
u
2 u
a
u
b
u
c
O ? t
O
? t
O ? t
O
? t
O ? t
u
G
u
d
u
ab
u
ac
? t
1
i
VT
1
u
VT
1
u
ac
? = ?30
图 2-13 三相半波可控整流电路，电阻负载,? ?30?时的波形
? ? 30?时的波形
负载电流处于连续
和断续之间的临界
状态，各相仍导电
60?
33
? > 30?的情况
负载电流断续, 晶
闸 管 导 通 角 小 于
120? 。
? t
? t
? t
? t
u
2
u
a
u
b
u
c
O
O
O
O
u
G
u
d
i
VT
1
? = ?60
图 2-14 三相半波可控整流电路，电阻负载,? ?60?时的波形
34
整流电压平均值的计算：
（ 1） a ≤30?时，负载电流连续，有：
??
?
??? ?
?
??
c o s17.1c o s
2
63)(s i n2
3
2
1
22
6
5
6
2d UUttdUU ??? ?
?
?
（ 2-18）
当 a =0时,Ud最大，为 Ud = Ud0 = 1.17U2
（ 2） a >30?时，负载电流断续，晶闸管导通角减小，此时有：
??
?
??
? ???
??
?
??
? ???? ?
?
)6c o s (1675.0)6c o s (12 23)(s i n2
3
2
1
2
6
2 ?
???
????
?
??
UttdUU d
（ 2-19）
35
R
UI d
d ?
222RM 45.2632 UUUU ????
22 UU ?FM
负载电流平均值为
晶闸管承受的最大反向电压，
为变压器二次线电压峰值，即
晶闸管阳极与阴极间的最大正向电压等于变压器二次相电压的峰值，即
（ 2-20）
（ 2-21）
（ 2-22）
图 2-15 三相半波可控整流
0 30 60 90 120 150
0.4
0.8
1.2
1.17
3
2
1
?/(° )
U d
/U
2
36
a
b
c
T
R
L
u
2
u
d
e
L
i
d
VT
1
VT
2
VT
3
u
d
i
a
u
a
u
b
u
c
i
b
i
c
i
d
u
ac
u
ab
u
ac
O ? t
O ? t
O ? t
O ? t
O ? t
O ? t
?
u
VT
1
图 2-16 三相半波可控整流电路，阻感负载
时的电路及 ? =60?时的波形
特点,阻感负载,L值很大,id波形
基本平直。
?? ≤30?时
整流电压波形与电阻负载时相同
?? >30?时
u2过零时,VT1不关断，直到 VT2 的
脉冲到来，才换流，由 VT2导通向负
载供电，同时向 VT1施加反压使其关
断 —— ud波形中出现负的部分。
? id波形有一定的脉动，但为简化分
析及定量计算，可将 id近似为一条水
平线。
阻感负载时的移相范围为 90?
2.阻感负载
37
数量关系
由于负载电流连续, Ud可由式 （ 2－ 18） 求出, 即
ddVT2 5 7 7.03
1 IIII ???
2d0d 17.1 UUU ??
变压器二次电流即晶闸管电流的有效值为
dVTV T ( A V ) 3 6 8.057.1 I
II ??
晶闸管的额定电流为
晶闸管最大正、反向电压峰值均为变压器二次线电压峰值
2RMFM 45.2 UUU ??
三相半波的主要缺点在于其变压器二次电流中含有直流分量，为此其应用较少。
（ 2-23）
（ 2-24）
（ 2-25）
38
2.2 三相可控整流电路
2.2.1 三相半波可控整流电路
2.2.2 三相桥式全控整流电路
39
2.2.2 三相桥式全控整流电路
b
a
c
T
n
负
载
i
a i
d
u
d
VT
1
VT
3
VT
5
VT
4
VT
6
VT
2
d
2
d
1
三相桥是应用最为广泛的整流电路
图 2-17 三相桥式全控整流电路原理图
共阴极组 阴极连接在一起的
3个晶闸管（ VT1,VT3,VT5）
共阳极组 阳极连接在一起的
3个晶闸管（ VT4,VT6,VT2）
导通顺序,
VT1－ 〉 VT2－ 〉 VT3－ 〉 VT4－ 〉
VT5－ 〉 VT6
自然换向时，每时刻导通的两个
晶闸管分别对应阳极所接交流电
压值最高的一个和阴极所接交流
电压值最低的一个。
40
1,带电阻负载时的工作情况
假设将电路中的晶闸管换作二极管，相当于晶闸管触发角 ? =0 时，
共 阴 极组的 3个晶闸管，阳极所接交流电压值最 高 的一个导通。
共 阳 极组的 3个晶闸管，阴极所接交流电压值最 低 的一个导通。
任意时刻共阳极组和共阴极组中各有一个晶闸管处于导通状态，
施加于负载上的电压为某一线电压。
41
u
2
u
d1
u
d2
u
2L
u
d
u
ab
u
ac
u
ab
u
ac
u
bc
u
ba
u
ca
u
cb
u
ab
u
ac
u
ab
u
ac
u
bc
u
ba
u
ca
u
cb
u
ab
u
ac
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ
u
a
u
c
u
b
? t
1
O ? t
O ? t
O ? t
O ? t
? = 0
i
VT
1
u
VT
1
a =0时，各晶闸管均在
自然换相点换相
分析 Ud 波形，
可从相电压波形分析，
也可从线电压波形分析
从相电压波形
共阴极组晶闸管导通时，
整流输出电压 ud1为相电
压在正半周的包络线
共阳极组晶闸管导通时，
整流输出电压 ud2为相电
压在负半周的包络线
总的整流输出电压
ud=ud1-ud2
是两条包络线的差值
将其对应在线电压波形上，
即为线电压在正半周的包
络线
从线电压波形
共阴极组处于通态的晶闸
管对应最 大 的相电压
共阳极组处于通态的晶闸
管对应最 小 的相电压
输出整流电压 ud为这两个
相电压相减
输出整流电压 ud波形为线
电压在正半周的包络线
图 2-18 三相桥式全控整流电路带电阻负载 ? = 0 时的波形
返回
42
时 段 I II III IV V VI
共阴极组中导通的
晶闸管
VT1 VT1 VT3 VT3 VT5 VT5
共阳极组中导通的
晶闸管
VT6 VT2 VT2 VT4 VT4 VT6
整流输出电压 ud ua-ub
=uab
ua-uc
=uac
ub-uc
=ubc
ub-ua
=uba
uc-ua
=uca
uc-ub
=ucb
晶闸管及输出整流电压的情况如表 2－ 1所示
6个晶闸管导通顺序 VT1 － VT2 － VT3 － VT4 － VT5 － VT6
表 2-1 三相桥式全控整流电路电阻负载 ? = 0 时晶闸管工作情况
43
三相桥式全控整流电路的特点
（ 1） 2个晶闸管同时通形成供电回路, 其中共阴极组和共阳极
组 各 1个, 且不能为同 1相器件
（ 2） 对触发脉冲的要求：
? 按 VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序, 相位依次差 60?。
? 共阴极 组 VT1,VT3,VT5的脉冲依次差 120?。
? 共阳极组 VT4,VT6,VT2也依次差 120?。
? 同一相的上下两个桥臂,
即 VT1与 VT4,VT3与 VT6,VT5与 VT2,脉冲相差 180?。
44
（ 3） ud一周期脉动 6次, 每次脉动的波形都一样,
故该电路为 6脉波整流电路 。
（ 4） 需保证同时导通的 2个晶闸管均有脉冲
宽脉冲触发
双脉冲触发（常用）可采用两种方法
（ 5） 晶闸管承受的电压波形与三相半波时相同,
晶闸管承受最大正, 反向电压的关系也相同 。
?晶闸管一周期中有 1200处于通态, 2400处于断态, 由于负载为电
阻, 故晶闸管处于通态时的电流波形与相应时段的 Ud波形相同 。
45
u
d1
u
d2
? = 3 0
i
a
O ? t
O ? t
O ? t
O ? t
u
d
u
ab
u
ac
u
a
u
b
u
c
? t
1
u
ab
u
ac
u
bc
u
ba
u
ca
u
cb
u
ab
u
ac
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ
u
ab
u
ac
u
bc
u
ba
u
ca
u
cb
u
ab
u
ac
u
VT
1
每一段导通晶闸
管的编号仍符合
表 2-1的规律
区别在于：
晶闸管起始导通
时刻推迟了 300,组
成 ud的每一段线
电压因此推迟 300，
ud平均值降低。
图 2-19 三相桥式全控整流电路带电阻负载 ? = 300 时的波形
返回
46
? = 6 0
u
d1
u
d2
u
d
u
ac
u
ac
u
ab
u
ab
u
ac
u
bc
u
ba
u
ca
u
cb
u
ab
u
ac
u
a
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ
u
b
u
c
O ? t
? t
1
O ? t
O ? t
u
VT
1
Ud波形中每段线电
压的波形继续向后
移，平均值降低。
a = 600 时 Ud出现了
零点
图 2-20 三相桥式全控整流电路带电阻负载 a = 600 时的波形
返回
47
当 a ≤60?时,ud波形均连续，对于电阻负载,id波形与 ud波
形形状一样，也连续
波形图,a =0 （ 图 2－ 18 ）
a =30?（ 图 2－ 19）
a =60?（ 图 2－ 20）
48
u
d1
u
d2
u
d
u
a
u
b
u
c
u
a
u
b
? tO
? tO
? tO
? tO
? tO
i
a
i
d
u
ab
u
ac
u
bc
u
ba
u
ca
u
cb
u
ab
u
ac
u
bc
u
ba
i
VT
1
a >60?时,ud波
形每 600中有一
段为零
一旦 ud降为零，
id也降为零，流
过晶闸管的电流
即降为零，晶闸
管关断，输出整
流电压 ud为零，
波形 ud不能出现
负值。
带电阻负载时三
相桥式全控整流
电路 a角的移相
范围是 120?
图 2-21 三相桥式全控整流电路带电阻负载 a = 900 时的波形
49
图 2-22 三相桥式全控整流电路带阻感负载 a = 0时的波形
u
d1
u
2
u
d2
u
2L
u
d
i
d
? tO
? tO
? tO
? tO
u
a
? = 0
u
b
u
c
? t
1
u
ab
u
ac
u
bc
u
ba
u
ca
u
cb
u
ab
u
ac
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ
i
VT
1
晶闸管 VT1
导通段，
iVT!波形由
负载电流
波 id形 决定，
与 ud波形
不同
2．阻感负载时的工作情况
返回
50
u
d1
u
a
u
b
u
c
? = 3 0
u
d2
u
d
u
ab
u
ac
u
bc
u
ba
u
ca
u
cb
u
ab
u
ac
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ
? tO
? tO
? tO
? tO
i
d
i
a
? t
1
给出了变
压器二次
侧 a相电
流 id波形
图 2-23 三相桥式全控整流电路带阻感负载 a = 300 时的波形
返回
51
当 a ≤60?时，见 图 2－ 22 ? =0? ； 图 2－ 23 ? =30?
ud波形均连续，电路的工作情况与带电阻负载十分相似
各晶闸管的通断情况
输出整流电压 ud波形
晶闸管承受的电压波形
区别,
?负载不同时，同样的整流输出电压加在负载上，得到的负载电流 id波
形不同，电阻负载时 id波形与的 ud波形形状一样。
?组感负载时，由于电感的作用，使得负载电流波形变得平直，当电感
足够大的时候，负载电流 id的波形可近似为一条水平线。
一样
52
? = 9 0
u
d1
u
d2
u
ac
u
bc
u
ba
u
ca
u
cb
u
ab
u
ac
u
ab
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ
u
d
u
ac
u
ab
u
ac
? tO
? tO
? tO
u
b
u
c
u
a
? t
1
u
VT
1
若电感知
足够大，
中正负面
积相等，
平均值近
似为零
图 2-24 三相桥式全控整流电路带阻感负载 a = 900 时的波形
返回
53
? >60?时, 见 ? =90?图 2－ 24
?阻感负载时的工作情况与电阻负载时不同 。
电阻负载时, ud波形不会出现负的部分
阻感负载时, ud波形会出现负的部分 。
?带阻感负载时, 三相桥式全控整流电路的 ?角移相范围为 90?
54
当整流输出电压连续时 （ 即带阻感负载时, 或带电阻负载 ? ≤60?时 ） 的
平均值为：
带电阻负载且 ? >60?时, 整流电压平均值为：
输出电流平均值为, Id=Ud /R
????
??
??
c o s34.2)(s i n32
3
1
2
3
2
3
2 UttdUU ??? ?
?
?d
?????? ???? ? ? )3c o s (134.2)(s i n63 23 2d ?????
?
?? UttdUU
（ 2-26）
（ 2-27）
3．定量分析
55
当整流变压器为图 2-17中所示采用星形接法, 带阻感负载时, 变压器二次
侧电流波形如图 2-23中所示, 为正负半周各宽 120?,前沿相差 180?的矩形
波, 其有效值为：
dddd IIIII 816.03
2
3
2)(
3
2
2
1 22
2 ????
??
?
? ????? ??
?
（ 2-28）
?晶闸管电压, 电流等的定量分析与三相半波时一致 。
? 三相桥式全控整流电路接反电势阻感负载时, 在负载电感足够大足以使负
载电流连续的情况下, 电路工作情况与电感性负载时相似, 电路中各处电压,
电流波形均相同, 仅在计算 Id时有所不同, 接反电势阻感负载时的 Id为：
R
EUI ?? d
d
（ 2-29）
56
第 2章 整流电路 (AC/DC变换）
2.1 单相可控整流电路
2.2 三相可控整流电路
2.3 变压器漏感对整流电路的影响
2.4 电容滤波的不可控整流电路
2.5 整流电路的谐波和功率因数
2.6 大功率可控整流电路
2.7 整流电路的有源逆变工作状态
2.8 晶闸管滞留电动机系统
2.9 相控电路的驱动控制
本章小结
