电力电子技术中的整流电路结构及特点分析

关键词：电力电子技术；整流电路；脉冲安排；整流输出电压

一、电力电子技术的应用

      电力电子技术是一门新兴技术，它是由电力学、电子学和控制理论三个学科交叉而成的，在电气自动化专业中已成为一门专业基础性强且与生产紧密联系的不可缺少的专业基础课。本课程体现了弱电对强电的控制，又具有很强的实践性。能够理论联系实际，在培养自动化专业人才中占有重要地位。它包括了晶闸管的结构和分类、晶闸管的过电压和过电流保护方法、可控整流电路、晶闸管有源逆变电路、晶闸管无源逆变电路、PWM控制技术、交流调压、直流斩波以及变频电路的工作原理。

      在电力电子技术中，可控整流电路是非常重要的章节，整流电路是将交流电变为直流电的电路，其应用非常广泛。工业中大量应用的各种直流电动机的调速均采用电力电子装置；电气化铁道（电气机车、磁悬浮列车等）、电动汽车、飞机、船舶、电梯等交通运输工具中也广泛采用整流电力电子技术；各种电子装置如通信设备中的程控交换机所用的直流电源、大型计算机所需的工作电源、微型计算机内部的电源都可以利用整流电路构成的直流电源供电，可以说有电源的地方就有电力电子技术的设备。

二、电力电子技术课程中的整流电路

      整流电路按组成的器件不同，可分为不可控、半控与全控三种，利用晶闸管半导体器件构成的主要有半控和全控整流电路；按电路接线方式可分为桥式和零式整流电路；按交流输入相数又可分为单相、多相（主要是三相）整流电路。

      根据学生学习接受知识的规律，将知识点完整、准确、简明的表述出来、将原理知识尽可能简单化、通俗化、直观化，笔者在教学中进行了探讨和研究，依照整流电路三种形式的电路特性，负载形式，将主要的参数计算及主要特点分别制作成单相整流电路归纳表（见表1）和三相整流电路归纳表（见表2）。
 

      表中，α——整流电路控制角，UFM、UKM——晶闸管承受最大正反向电压，U2——变压器付边电压有效值，U4——输出电压均值，I4——输出电流均位，IT——晶闸管电流仃效值，Cosθ——电路输输出功率因数。

三、电力电子技术中整流电路的总结归纳

      通过归纳表，可以让学生通过对比的学习方法，掌握整流电路以下几个方面的内容：

      （一）各种电路对脉冲的安排要求

      这是最重要的一点，因为一个整流电路能否正常工作，其脉冲安排是否正确尤为重要。对于单相电路按一周期360°，如电路为半波即由一个晶闸管构成，隔360°发一个脉冲；如电路为半控桥时，即由两个晶闸管和两个二极管构成，隔180°（360°÷2=180°）发一个脉冲；电路为全控桥时，由四个晶闸管组成，分两组工作，与半控桥一样，隔180°发一次脉冲（注意此处“一次”是指同时给两个晶闸管发脉冲）；而对于三相整流电路，其供电相数为单相的3倍，所以脉冲安排为单相的1/3倍，如三相半波是隔120°（360°÷3＝120）发一个脉冲；三相全控桥是由6个晶闸管组成，轮流导通，需保证同一时间两个晶闸管一起导通，所以隔60°（360°÷6=60°）发一次脉冲，同时发给两个晶闸管。
 

      表中，α——整流电路控制角，UFM、UKM——晶体管承受最大正反向电压，U2——变压器付边电压有效值，I2——变压器付边电流有效值，Ud——输出电压平均值，Id——输出电流平均值。IT——晶体管电流有效值，θ——晶体管的导通角。

      （二）整流电路输出电压平均值的计算

      整流电路输出电压是指电路输出的平均电压，该参数反映了电路输出的大小，通常我们是以此选择整流电路，因此是一个很重要的参数。要让学生记住输出整流电压的计算公式，从表中可发现，对于单相整流电路无论是电阻性负载还是电感性负载，其输出电压均可表示为Ud＝AU2（1+Cosα）/2,其中A为系数，若是单相半波，A=0.45，若是单相桥式，A=0.9（为半波的两倍），只有单相全控桥电感性负载是特殊情况，其输出电压为Ud=0.9u2Cosα。同样对于三相整流电路，在Ud波形连续（Ud波形连续是指在一个周期内均有整流电压输出，未出现Ud=0）时，输出电压Ud=AU2Cosα。A为系数，当电路为半波时，A=1.17,当电路为全控桥时，A=2.34（为半波的两倍），只有三相半控桥是特殊情况，其输出电压为Ud＝2.34U2（1+Cosα）/2。

      （三）整流电路输出电流平均值的计算

      无论是单相还是三相，无论是电阻性负载还是电感性负载，整流电路输出电流均为
Id=Ud/Rd（Rd为负载中的电阻值）。

      （四）晶闸管承受最大正反向电压的计算

      该参数是选择晶闸管的一个重要参数，从表中可见，对单相整流电路，晶闸管承受最大电压为电源相电压峰值即√2U2，而对三相电路，晶闸管承受最大电压为电源线电压峰值即√6U2：（因为是三相，线电压与相电压相差了√3倍）。

      （五）输出电压Ud波形连续与否

      从表1中可见，对于单相整流电路当晶闸管的控制角α＞0°时，ud的波形就不连续，只有单相全控桥电感性负载，α＞90°时，ud的波形不连续。同样从表2可见，对于三相整流电路，三相半波电路是以α＝30°。作为输出电压波形连续与否的分界点；而三相桥式整流电路（包括半控桥和全控桥）均是以α＝60°作为输出电压波形连续与否的分界点。
从表中还可找出其它参数的计算规律，因篇幅有限，在这就不一一列举。

四、结语

      通过这组单相、三相整流电路的归纳表，可帮助学生较快地掌握各种整流电路的结构、电路特点、不同负载时的有关计算公式，为更好地掌握电力电子技术基础理论知识提供了很好的帮助。