第8章 电力电子技术

电工电子技术III

第8章 电力电子技术8.1 半导体直流稳压电源 8.2* 晶闸管及其应用青岛大学电工电子实验教学中心 1

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学习目标 掌握直流稳压电源基本组成及各部分的作用。

掌握两种整流电路：半波和桥式整流电路的电路 结 构、工作原理及器件参数的选取。 掌握各种滤波电路的电路结构、工作原理及特点。 掌握稳压管稳压电路的组成和工作原理。 了解串联型稳压电路和集成稳压电路的工作原理。

了解开关型稳压电源。 了解晶闸管可控整流和交流调压电路。

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8.1 半导体直流稳压电源整 流 电 路 u3 滤 波 u4 电 路 稳 压 电 路 uo

u1

变 u2 压 器

电源变压器: 将交流电网电压u1变为合适的交流电压u2。 整流电路: 将交流电压u2变为脉动的直流电压u3。 滤波电路: 将脉动直流电压u3转变为平滑的直流电压u4。 稳压电路: 在电网电压波动及负载变化时,保持输出电压 u0稳定。青岛大学电工电子实验教学中心 3

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8.1.1 整流电路整流电路的仸务是把交流电压转变为 单向脉动的直流电压。常见的小功率整流 电路，有单相半波、全波、桥式整流等。 为分析简单起见，我们把二极管当作 理想元件处理，即加正向电压导通，且正 向导通电阻为零(相当于短路),加反向 电压截止，且反向电阻为无穷大(相当于 开路)。青岛大学电工电子实验教学中心 4

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1. 单相半波整流电路

Tr:整流变压器

1)电路Tru1 u2 VD

N2 U2 U1 N1u1, u2 :正弦波 VD:理想二极管 RL u0 UD >0,VD导通；UD=0,I取决于外电路； UD 0,VD截止； I =0 ,UD (负值)取决于 外电路。

RL:负载电阻青岛大学电工电子实验教学中心 5

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2)工作原理Tru1

iDu2

VD

u2i0

uD RL

wtu0

uou2>0时，二极管导通， u0=u2 , uD=0uD

iowt

u2<0时，二极管截止， 思考：D反接， uo的波形 u0= 0 , uD= u2青岛大学电工电子实验教学中心 6

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3)各电量计算输出电压平均值：U 0 0.45U 2UIO

O

2

wt

1 2 2U 2 U0 0.45U 2 0 u0dwt 2 输出电流平均值：二极管的平均电流： 二极管上承受的 最高反向电压：

Uo I0 RLI D IO

半波整流时，变 压器副边电流为 非正弦波！有效 值与最大值不满 足 2 的关系。

U DRM 2U 2青岛大学电工电子实验教学中心 7

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4)整流元件选择选择依据： 二极管上的平均电流： ID 二极管上承受的最高反向电压： UDRM 选择方法： 查手册，看参数，选型号

最大整流电流 IOM 最大反向工作电压URM

IOM > ID URM

=(2~3)UDRM

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2. 单相桥式整流电路

整流桥Tr VD4 VD1

1)电路

u1

u2VD3 VD2

RL

u0

Tr

简化 画法

u1

u2

RL

u0

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2)工作原理u2正半周时：u1

Tr

+VD4 VD1

u2VD3 VD2

u2>0,D1,D3通，D2,D4止；

RL

u0

-+u2wt

u0=u2u2负半周时：

u2<0, D2,D4通，D1,D3止；

uo

iowt10

u0=-u2青岛大学电工电子实验教学中心

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D4 u2 D1D3 D2 u2

RL

u0

wt

uowt

输出是单向脉动 的直流电压！

uD4,uD2

uD3,uD1

wt

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3)各电量计算

输出电压平均值：U 0 0.9U 2

uo

iowt

1 2 U0 0 uo dwt 0.9U 2 2 0.9U 2 I0 输出电流平均值： RL二极管的平均电流： I 1 I D O

2

二极管上承受的 最高反向电压：

U DRM 2U 2青岛大学电工电子实验教学中心 12

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变压器副边电流有效值为正弦波电流的 有效值！Io U2 I2 RL 0.9

4)整流元件选择 同半波整流。最大整流电流 IOM IOM > ID

最大反向工作电压URM

URM =(2~3)UDRM13

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几种常见的硅整流桥

~ + ~ ~ + ~ + A C -

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例1

桥式整流电路中，若D3断开、短路、 反向，会出现什么现象？

a u1 u1 u2

VD4

VD1

Su0 RL

VD3 bu2

VD2

电源短路

wt

uowt

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8.1.2 滤波电路

滤波原理:交流电压经整流电路整流后输出的是脉动直流，其中既有直流成分又有交流成仹。滤波电路 利用储能元件电容两端的电压(或通过电感中的电 流)不能突变的特性, 将电容与负载RL并联(或将电 感与负载RL串联),滤掉整流电路输出电压中的 交流成仹，保留其直流成仹，达到平滑输出电压 波形的目的。青岛大学电工电子实验教学中心 16

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1. 电容滤波电路1)电路桥式整流电容滤波电路 a u1 VD1 RL C VD3 b VD2

u1

u2

VD4

u0

滤波电容C

接在整流电路之后，与负载并联；

一般选择极性电容器。青岛大学电工电子实验教学中心 17

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2)工作原理au1

u1

u2

D4D3

D1 RL

CD2

u0

C事先未充电 0 ~ /2 /2 ~ t1

b

u20 /2

u2> uo,D1、D3通，C充电 uo正弦规律

C放电，指数规律，快！ u0 u2正弦规律， 慢！ t1 t2 u2> uo,D1、D3仍导通 有电容时的 输出波形 uo仍为正弦规律 t1 ~ t2 C放电，指数规律慢！ uc> u2,D1、D3截止， uo指数规律青岛大学电工电子实验教学中心

没有电容时 的输出波形

t

t18

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半波整流电容滤波时u2 t 有电容时的

u0 t没有电容时 的输出波形

输出波形

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滤波电容在u2> uo时充电，在u2< uo时放电。桥式 整流电容滤波时，每个周期充、放电两次；半波 整流电容滤波时，每个周期充、放电一次； u2< uo时，二极管截止，电容通过RL放电，u0逐 渐下降。电容的放电电流填补了波形的部分空白， 使输出电压的平均值增大。u2

u2 t u0tu0

t青岛大学电工电子实验教学中心

t20

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输出电压的平滑程度和平均值与电容的放 电时间常数RLC有关。 RLC越小，输出电 压越低，输出电压中含纹波成分越大。UO

RLC大

UO

RLC小若空载(RL开路),输出波形如何？青岛大学电工电子实验教学中心 21

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