淺談電力電子技術(shù)中的整流電路

　　中心議題：

　　電力電子技術(shù)課程中的整流電路

　　整流電路輸出電壓平均值的計(jì)算

　　整流電路輸出電流平均值的計(jì)算

　　晶閘管承受最大正反向電壓的計(jì)算

　　一、電力電子技術(shù)的應(yīng)用

　　電力電子技術(shù)是一門(mén)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(zhuān)業(yè)中已成為一門(mén)專(zhuān)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(zhuān)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(zhuān)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(lèi)、晶閘管的過(guò)電壓和過(guò)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(wú)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(chē)、磁懸浮列車(chē)等)、電動(dòng)汽車(chē)、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(shuō)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(xiàn)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(jiǎn)明的表述出來(lái)、將原理知識(shí)盡可能簡(jiǎn)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(jiàn)表1)和三相整流電路歸納表(見(jiàn)表2)。

 

　　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(wú)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(wú)論是單相還是三相，無(wú)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(jiàn)，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(xiàn)電壓峰值即√6U2：(因?yàn)槭侨?，線(xiàn)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(jiàn)，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(jiàn)，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。

　　通過(guò)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。