多功能逆變電淺談電力電子技術(shù)中的整流電路

電力電子技術(shù)是20世紀(jì)后半葉發(fā)展起來的對(duì)電能進(jìn)行變換和控制的技術(shù)。它已成為電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)重要的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。面對(duì)大學(xué)課程的增加、專業(yè)課程教學(xué)學(xué)時(shí)的減少，改革教學(xué)內(nèi)容、方法、手段與實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件，對(duì)提高教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)創(chuàng)新人才具有重要意義。

關(guān)鍵詞：電力電子技術(shù)；整流電路；脈沖安排；整流輸出電壓

一、電力電子技術(shù)的應(yīng)用

??????電力電子技術(shù)是一門新興技術(shù)，它是由電力學(xué)、電子學(xué)和控制理論三個(gè)學(xué)科交叉而成的，在電氣自動(dòng)化專業(yè)中已成為一門專業(yè)基礎(chǔ)性強(qiáng)且與生產(chǎn)緊密聯(lián)系的不可缺少的專業(yè)基礎(chǔ)課。本課程體現(xiàn)了弱電對(duì)強(qiáng)電的控制，又具有很強(qiáng)的實(shí)踐性。能夠理論聯(lián)系實(shí)際，在培養(yǎng)自動(dòng)化專業(yè)人才中占有重要地位。它包括了晶閘管的結(jié)構(gòu)和分類、晶閘管的過電壓和過電流保護(hù)方法、可控整流電路、晶閘管有源逆變電路、晶閘管無源逆變電路、PWM控制技術(shù)、交流調(diào)壓、直流斬波以及變頻電路的工作原理。

??????在電力電子技術(shù)中，可控整流電路是非常重要的章節(jié)，整流電路是將交流電變?yōu)橹绷麟姷碾娐?，其?yīng)用非常廣泛。工業(yè)中大量應(yīng)用的各種直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速均采用電力電子裝置；電氣化鐵道（電氣機(jī)車、磁懸浮列車等）、電動(dòng)汽車、飛機(jī)、船舶、電梯等交通運(yùn)輸工具中也廣泛采用整流電力電子技術(shù)；各種電子裝置如通信設(shè)備中的程控交換機(jī)所用的直流電源、大型計(jì)算機(jī)所需的工作電源、微型計(jì)算機(jī)內(nèi)部的電源都可以利用整流電路構(gòu)成的直流電源供電，可以說有電源的地方就有電力電子技術(shù)的設(shè)備。

二、電力電子技術(shù)課程中的整流電路

??????整流電路按組成的器件不同，可分為不可控、半控與全控三種，利用晶閘管半導(dǎo)體器件構(gòu)成的主要有半控和全控整流電路；按電路接線方式可分為橋式和零式整流電路；按交流輸入相數(shù)又可分為單相、多相（主要是三相）整流電路。

??????根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)接受知識(shí)的規(guī)律，將知識(shí)點(diǎn)完整、準(zhǔn)確、簡明的表述出來、將原理知識(shí)盡可能簡單化、通俗化、直觀化，筆者在教學(xué)中進(jìn)行了探討和研究，依照整流電路三種形式的電路特性，負(fù)載形式，將主要的參數(shù)計(jì)算及主要特點(diǎn)分別制作成單相整流電路歸納表（見表1）和三相整流電路歸納表（見表2）。
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??????表中，α——整流電路控制角，UFM、UKM——晶閘管承受最大正反向電壓，U2——變壓器付邊電壓有效值，U4——輸出電壓均值，I4——輸出電流均位，IT——晶閘管電流仃效值，Cosθ——電路輸輸出功率因數(shù)。

三、電力電子技術(shù)中整流電路的總結(jié)歸納

??????通過歸納表，可以讓學(xué)生通過對(duì)比的學(xué)習(xí)方法，掌握整流電路以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：

??????（一）各種電路對(duì)脈沖的安排要求

??????這是最重要的一點(diǎn)，因?yàn)橐粋€(gè)整流電路能否正常工作，其脈沖安排是否正確尤為重要。對(duì)于單相電路按一周期360°，如電路為半波即由一個(gè)晶閘管構(gòu)成，隔360°發(fā)一個(gè)脈沖；如電路為半控橋時(shí)，即由兩個(gè)晶閘管和兩個(gè)二極管構(gòu)成，隔180°（360°÷2=180°）發(fā)一個(gè)脈沖；電路為全控橋時(shí)，由四個(gè)晶閘管組成，分兩組工作，與半控橋一樣，隔180°發(fā)一次脈沖（注意此處“一次”是指同時(shí)給兩個(gè)晶閘管發(fā)脈沖）；而對(duì)于三相整流電路，其供電相數(shù)為單相的3倍，所以脈沖安排為單相的1/3倍，如三相半波是隔120°（360°÷3＝120）發(fā)一個(gè)脈沖；三相全控橋是由6個(gè)晶閘管組成，輪流導(dǎo)通，需保證同一時(shí)間兩個(gè)晶閘管一起導(dǎo)通，所以隔60°（360°÷6=60°）發(fā)一次脈沖，同時(shí)發(fā)給兩個(gè)晶閘管。
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??????表中，α——整流電路控制角，UFM、UKM——晶體管承受最大正反向電壓，U2——變壓器付邊電壓有效值，I2——變壓器付邊電流有效值，Ud——輸出電壓平均值，Id——輸出電流平均值。IT——晶體管電流有效值，θ——晶體管的導(dǎo)通角。

??????（二）整流電路輸出電壓平均值的計(jì)算

??????整流電路輸出電壓是指電路輸出的平均電壓，該參數(shù)反映了電路輸出的大小，通常我們是以此選擇整流電路，因此是一個(gè)很重要的參數(shù)。要讓學(xué)生記住輸出整流電壓的計(jì)算公式，從表中可發(fā)現(xiàn)，對(duì)于單相整流電路無論是電阻性負(fù)載還是電感性負(fù)載，其輸出電壓均可表示為Ud＝AU2（1+Cosα）/2,其中A為系數(shù)，若是單相半波，A=0.45，若是單相橋式，A=0.9（為半波的兩倍），只有單相全控橋電感性負(fù)載是特殊情況，其輸出電壓為Ud=0.9u2Cosα。同樣對(duì)于三相整流電路，在Ud波形連續(xù)（Ud波形連續(xù)是指在一個(gè)周期內(nèi)均有整流電壓輸出，未出現(xiàn)Ud=0）時(shí)，輸出電壓Ud=AU2Cosα。A為系數(shù)，當(dāng)電路為半波時(shí)，A=1.17,當(dāng)電路為全控橋時(shí)，A=2.34（為半波的兩倍），只有三相半控橋是特殊情況，其輸出電壓為Ud＝2.34U2（1+Cosα）/2。

??????（三）整流電路輸出電流平均值的計(jì)算

??????無論是單相還是三相，無論是電阻性負(fù)載還是電感性負(fù)載，整流電路輸出電流均為
Id=Ud/Rd（Rd為負(fù)載中的電阻值）。

??????（四）晶閘管承受最大正反向電壓的計(jì)算

??????該參數(shù)是選擇晶閘管的一個(gè)重要參數(shù)，從表中可見，對(duì)單相整流電路，晶閘管承受最大電壓為電源相電壓峰值即√2U2，而對(duì)三相電路，晶閘管承受最大電壓為電源線電壓峰值即√6U2：（因?yàn)槭侨?，線電壓與相電壓相差了√3倍）。

??????（五）輸出電壓Ud波形連續(xù)與否

??????從表1中可見，對(duì)于單相整流電路當(dāng)晶閘管的控制角α＞0°時(shí)，ud的波形就不連續(xù)，只有單相全控橋電感性負(fù)載，α＞90°時(shí)，ud的波形不連續(xù)。同樣從表2可見，對(duì)于三相整流電路，三相半波電路是以α＝30°。作為輸出電壓波形連續(xù)與否的分界點(diǎn)；而三相橋式整流電路（包括半控橋和全控橋）均是以α＝60°作為輸出電壓波形連續(xù)與否的分界點(diǎn)。
從表中還可找出其它參數(shù)的計(jì)算規(guī)律，因篇幅有限，在這就不一一列舉。

四、結(jié)語

??????通過這組單相、三相整流電路的歸納表，可幫助學(xué)生較快地掌握各種整流電路的結(jié)構(gòu)、電路特點(diǎn)、不同負(fù)載時(shí)的有關(guān)計(jì)算公式，為更好地掌握電力電子技術(shù)基礎(chǔ)理論知識(shí)提供了很好的幫助。

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