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整流電路是一種將交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能的電路，它通常由變壓器、整流主電路和濾波器等組成。硅整流二極管和晶閘管是常用的主電路元件。整流電路廣泛應(yīng)用于直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速、發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)、電解、電鍍等領(lǐng)域。整流電路
把交流電能轉(zhuǎn)為直流電能的電路
“整流電路”（rectifying circuit）是把交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能的電路。大多數(shù)整流電路由變壓器、整流主電路和濾波器等組成。它在直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速、發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)、電解、電鍍等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。20世紀(jì)70年代以后，主電路多用硅整流二極管和晶閘管組成。濾波器接在主電路與負(fù)載之間，用于濾除脈動(dòng)直流電壓中的交流成分。變壓器設(shè)置與否視具體情況而定。變壓器的作用是實(shí)現(xiàn)交流輸入電壓與直流輸出電壓間的匹配以及交流電網(wǎng)與整流電路之間的電隔離。
整流電路的作用是將交流降壓電路輸出的電壓較低的交流電轉(zhuǎn)換成單向脈動(dòng)性直流電，這就是交流電的整流過(guò)程，整流電路主要由整流二極管組成。經(jīng)過(guò)整流電路之后的電壓已經(jīng)不是交流電壓，而是一種含有直流電壓和交流電壓的混合電壓。習(xí)慣上稱(chēng)單向脈動(dòng)性直流電壓。
總結(jié)
對(duì)整流電路的意義有以下總結(jié)：
1、電源電路中的整流電路主要有半波整流電路、全波整流電路和橋式整流三種，倍壓整流電路用于其它交流信號(hào)的整流，例如用于發(fā)光二極管電平指示器電路中，對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行整流。
2、前三種整流電路輸出的單向脈動(dòng)性直流電特性有所不同，半波整流電路輸出的電壓只有半周，所以這種單向脈動(dòng)性直流電主要成分仍然是
的；因?yàn)檩斎虢涣魇须姷念l率是，半波整流電路去掉了交流電的半周，沒(méi)有改變單向脈動(dòng)性直流電中交流成分的頻率；全波和橋式整流電路相同，用到了輸入交流電壓的正、負(fù)半周，使頻率擴(kuò)大一倍為
，所以這種單向脈動(dòng)性直流電的交流成分主要成分是的，這是因?yàn)檎麟娐穼⑤斎虢涣麟妷旱囊粋€(gè)半周轉(zhuǎn)換了極性，使輸出的直流脈動(dòng)性電壓的頻率比輸入交流電壓提高了一倍，這一頻率的提高有利于濾波電路的濾波。
3、在電源電路的三種整流電路中，只有全波整流電路要求電源變壓器的次級(jí)線圈設(shè)有中心抽頭，其他兩種電路對(duì)電源變壓器沒(méi)有抽頭要求。另外，半波整流電路中只用一只二極管，全波整流電路中要用兩只二極管，而橋式整流電路中則要用四只二極管。根據(jù)上述兩個(gè)特點(diǎn)，可以方便地分辨出三種整流電路的類(lèi)型，但要注意以電源變壓器有無(wú)抽頭來(lái)分辨三種整流電路比較準(zhǔn)確。
4、在半波整流電路中，當(dāng)整流二極管截止時(shí)，交流電壓峰值全部加到二極管兩端。對(duì)于全波整流電路而言也是這樣，當(dāng)一只二極管導(dǎo)通時(shí)，另一只二極管截止，承受全部交流峰值電壓。所以對(duì)這兩種整流電路，要求電路的整流二極管其承受反向峰值電壓的能力較高；對(duì)于橋式整流電路而言，兩只二極管導(dǎo)通，另兩只二極管截止，它們串聯(lián)起來(lái)承受反向峰值電壓，在每只二極管兩端只有反向峰值電壓的一半，所以對(duì)這一電路中整流二極管承受反向峰值電壓的能力要求較低。
整流電路
6、在全波和橋式整流電路中，都將輸入交流電壓的負(fù)半周轉(zhuǎn)到正半周或?qū)⒄胫苻D(zhuǎn)到負(fù)半周，這一點(diǎn)與半波整流電路不同，在半波整流電路中，將輸入交流電壓一個(gè)半周切除。
7、在整流電路中，輸入交流電壓的幅值遠(yuǎn)大于二極管導(dǎo)通的管壓降，所以可將整流二極管的管壓降忽略不計(jì)。
9、分析上述整流電路時(shí)；主要用二極管的單向?qū)щ娞匦?，整流二極管的導(dǎo)通電壓由輸入交流電壓提供。
分類(lèi)方式
按組成器件
可分為不可控電路、半控電路、全控電路三種
1）不可控整流電路完全由不可控二極管組成，電路結(jié)構(gòu)一定之后其直流整流電壓和交流電源電壓值的比是固定不變的。
3）在全控整流電路中，所有的整流元件都是可控的
，其輸出直流電壓的平均值及極性可以通過(guò)控制元件的導(dǎo)通狀況而得到調(diào)節(jié)，在這種電路中，功率既可以由電源向負(fù)載傳送，也可以由負(fù)載反饋給電源，即所謂的有源逆變。
按電路結(jié)構(gòu)
可分為零式電路和橋式電路
1）零式電路指帶零點(diǎn)或中性點(diǎn)的電路，又稱(chēng)半波電路。它的特點(diǎn)所有整流元件的陰極(或陽(yáng)極)都接到一個(gè)公共接點(diǎn)﹐向直流負(fù)載供電﹐負(fù)載的另一根線接到交流電源的零點(diǎn)。
2）橋式電路實(shí)際上是由兩個(gè)半波電路串聯(lián)而成，故又稱(chēng)全波電路。
3、按電網(wǎng)交流輸入相數(shù)分為單相電路、三相電路和多相電路
2）三相整流電路是交流測(cè)由三相電源供電，負(fù)載容量較大，或要求直流電壓脈動(dòng)較小，容易濾波。三相可控整流電路有三相半波可控整流電路，三相半控橋式整流電路，三相全控橋式整流電路。因?yàn)槿嗾餮b置三相是平衡的﹐輸出的直流電壓和電流脈動(dòng)小，對(duì)電網(wǎng)影響小，且控制滯后時(shí)間短，采用三相全控橋式整流電路時(shí)，輸出電壓交變分量的最低頻率是電網(wǎng)頻率的6倍，交流分量與直流分量之比也較小，因此濾波器的電感量比同容量的單相或三相半波電路小得多。另外，晶閘管的額定電壓值也較低。因此，這種電路適用于大功率變流裝置。
按電流方向
方向是單向或雙向，又分為單拍電路和雙拍電路。其中所有半波整流電路都是單拍電路，所有全波整流電路都是雙拍電路。
按控制方式
1）通過(guò)控制觸發(fā)脈沖的相位來(lái)控制直流輸出電壓大小的方式稱(chēng)為相位控制方式，簡(jiǎn)稱(chēng)相控方式。
2）斬波器就是利用晶閘管和自關(guān)斷器件來(lái)實(shí)現(xiàn)通斷控制，將直流電源電壓斷續(xù)加到負(fù)載上，通過(guò)通、斷的時(shí)間變化來(lái)改變負(fù)載電壓平均值，亦稱(chēng)直流-直流變換器。它具有效率高、體積小、重量輕、成本低等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于直流牽引的變速拖動(dòng)中，如城市電車(chē)、地鐵、蓄點(diǎn)池車(chē)等。斬波器一般分降壓斬波器，升壓斬波器和復(fù)合斬波器三種。
按引出方式
二級(jí)電路
2）橋式整流電路分：兩脈波（單相）橋式，六脈波（三相）橋式
3）帶平衡電抗器整流電路分：一次星形聯(lián)結(jié)的六脈波帶平衡電抗器電路（即雙反星帶平衡電抗器電路），一次角形聯(lián)結(jié)的六脈波帶平衡電抗器電路
4）十二相整流電路分：二次星、三角聯(lián)結(jié)，橋式并聯(lián)（帶
平衡電抗器）單機(jī)組十二脈波整流電路；二次星、三角聯(lián)結(jié)，橋式串聯(lián)十二脈波整流電路；橋式并聯(lián)等值十二脈波整流電路；雙反星形帶平衡電抗器等值十二脈波整流電路。
作用原理
半波整流電路
三相橋式全控電路
這種除去半周、圖下半周的整流方法，叫半波整流。不難看出，半波整流是以"犧牲"一半交流為代價(jià)而換取整流效果的，電流利用率很低（計(jì)算表明，整流得出的半波電壓在整個(gè)周期內(nèi)的平均值，即負(fù)載上的直流電壓
，此處注意是變壓器二次端口的有效值，而不是最大值。如變壓器得到
,取值為20 ）因此常用在高電壓、小電流的場(chǎng)合，而在一般無(wú)線電裝置中很少采用。
整流電路
全波整流電路
如果把整流電路的結(jié)構(gòu)作一些調(diào)整，可以得到一種能充分利用電能的全波整流電路。圖5-3 是全波整流電路的電原理圖。
圖片
全波整流電路的工作原理，可用圖5-4 所示的波形圖說(shuō)明。在
間內(nèi)， 對(duì)
為正向電壓， 導(dǎo)通，在上得到上正下負(fù)的電壓； 對(duì)為反向電壓， 不導(dǎo)通。在
時(shí)間內(nèi)， 對(duì)為正向電壓，導(dǎo)通，在
上得到的仍然是上正下負(fù)的電壓； 對(duì)D1為反向電壓，D1 不導(dǎo)通。
橋式整流電路
橋式整流電路是使用最多的一種整流電路。這種電路，只要增加兩只二極管口連接成“橋”式結(jié)構(gòu)，便具有全波整流電路的優(yōu)點(diǎn)，而同時(shí)在一定程度上克服了它的缺點(diǎn)。
整流電路
如此重復(fù)下去，結(jié)果在Rfz ，上便得到全波整流電壓。其波形圖和全波整流波形圖是一樣的。從圖5-6中還不難看出，橋式電路中每只二極管承受的反向電壓等于變壓器次級(jí)電壓的最大值，比全波整流電路小一半。
三相橋式全控電路TR為三相整流變壓器，其接線組別采用Y/Y-12。VT1~VT6為晶閘管元件，F(xiàn)U1~FU6為快速熔斷器。TS為三相同步變壓器，其接線組別采用△/Y-11。P端為集成化六脈沖觸發(fā)電路+24V電源輸出端，接脈沖變壓器一次繞組連接公共端。P1~P6端為集成化六脈沖觸發(fā)電路功放管V1~V6集電極輸出端，分別接脈沖變壓器一次繞組的另一端。UC端為移相控制電壓輸入端。
三相橋式半控電路
元件選擇
需要特別指出的是，二極管作為整流元件，要根據(jù)不同的整流方式和負(fù)載大小加以選擇。如選擇不當(dāng)，則或者不能安全工作，甚至燒了管子；或者大材小用，造成浪費(fèi)。
另外，在高電壓或大電流的情況下，如果手頭沒(méi)有承受高電壓或整定大電流的整流元件，可以把二極管串聯(lián)或并聯(lián)起來(lái)使用。
圖片
圖片
相控整流電路
采用相位控制方式以實(shí)現(xiàn)負(fù)載端直流電能控制的可控整流電路?？煽厥且?yàn)檎髟褂镁哂锌刂乒δ艿木чl管。在這種電路中，只要適當(dāng)控制晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通瞬間的相位角，就能夠控制直流負(fù)載電壓的平均值。故稱(chēng)為相控。
簡(jiǎn)介
分類(lèi)
相控整流電路分為單相、三相、多相整流電路3種。
基本要求
相控整流電路要求輸出電壓的可調(diào)控范圍要大，脈動(dòng)要小，對(duì)交流電源、器件導(dǎo)電性能都有影響，而且變壓器也需要注意。
相控整流電路是通過(guò)交流側(cè)輸入的相數(shù)的控制來(lái)進(jìn)行整流控制的電路，整流兀件使用具有控制作用的晶閘管所以帶有可控性。
分類(lèi)
單相整流電路
圖1a為單相半波可控整流電路。圖中ug為晶閘管的觸發(fā)脈沖，其工作過(guò)程如下：當(dāng)u2負(fù)半周時(shí)，晶閘管不導(dǎo)通。在u2正半周時(shí)，不加觸發(fā)脈沖之前，晶閘管也不導(dǎo)通，只有加觸發(fā)脈沖之后，晶閘管才導(dǎo)通，這時(shí)負(fù)載Rd上流過(guò)電流。在電流為零時(shí)刻，晶閘管自動(dòng)關(guān)斷，為下一次觸發(fā)導(dǎo)通作好準(zhǔn)備，如此循環(huán)往復(fù)，負(fù)載上得到脈動(dòng)的直流電壓ud。晶閘管從開(kāi)始承受正向電壓起到開(kāi)始導(dǎo)通這一角度稱(chēng)為控制
相控電路圖
角，以α表示。這樣，只要改變控制角α的大小，即改變觸發(fā)脈沖出現(xiàn)的時(shí)刻，就改變了直流輸出電壓的平均值。觸發(fā)脈沖總是在電源周期的同一特定時(shí)刻加到晶閘管的控制極上，所以，觸發(fā)脈沖和電源電壓在頻率和相位上要配合好，這種協(xié)調(diào)配合的關(guān)系稱(chēng)為同步。圖1b為單相橋式可控整流電路。它與單相半波可控整流電路相比，其變壓器利用系數(shù)較高，直流側(cè)脈動(dòng)的基波頻率為交流基波的二倍，故為小功率場(chǎng)合常用的整流電路之一。這里，脈波數(shù)P的概念很重要。所謂脈波數(shù)就是在交流電源的一個(gè)周期之內(nèi)直流側(cè)輸出波形的重復(fù)次數(shù)。通常脈波數(shù)越多，直流側(cè)輸出越平滑，交流側(cè)電流越接近正弦波。為了增加脈波數(shù)，可以增加交流側(cè)相數(shù)，但是，一般相數(shù)增加越多，各相的通電時(shí)間變得越短，這樣會(huì)使整流元件與整流變壓器副邊繞組的利用率變壞，使裝置體積變大，成本提高。圖1c為單相橋式半控整流電路，由于可控的晶閘管與不控的二極管混合組成，故稱(chēng)半控。F稱(chēng)續(xù)流二極管，若直流電壓變?yōu)樨?fù)值，它成為直流側(cè)環(huán)流的路徑，維持輸出電壓為零。
單相整流電路比較簡(jiǎn)單，對(duì)觸發(fā)電路的要求較低，相位同步問(wèn)題很簡(jiǎn)單，調(diào)整也比較容易。但它的輸出直流電壓的紋波系數(shù)較大。由于它接在電網(wǎng)的一相上，易造成電網(wǎng)負(fù)載不平衡，所以一般只用于
以下的中小容量的設(shè)備上。如果負(fù)載較大，一般都用三相電路。
三相整流電路
當(dāng)整流容量較大，要求直流電壓脈動(dòng)較小，對(duì)快速性有特殊要求的場(chǎng)合，應(yīng)考慮采用三相可控整流電路。這是因?yàn)槿嗾餮b置三相是平衡的，輸出的直流電壓和電流脈動(dòng)小，對(duì)電網(wǎng)影響小，且控制滯后時(shí)間短。圖2為三相橋式全控整流電路及其輸出電壓波形。在理想情況下，電路在任何時(shí)刻都必須有兩個(gè)晶閘管導(dǎo)通，一個(gè)是共陽(yáng)極組的，另一個(gè)是共陰級(jí)組的，只有它們同時(shí)導(dǎo)通才能形成導(dǎo)電回路。
的觸發(fā)脈沖互差60°。因此，電路每隔60°有一個(gè)晶閘管換流，導(dǎo)通次序?yàn)?→2→3→4→5→6，每個(gè)晶閘管導(dǎo)通120°。在整流電路合閘后，共陰極和共陽(yáng)級(jí)組各有一個(gè)晶閘管導(dǎo)通。因此，每個(gè)觸發(fā)脈沖的寬度應(yīng)大于60°、小于120°,或用兩個(gè)窄脈沖等效地代替大于60°的寬脈沖，即在向某一個(gè)晶閘管送出觸發(fā)脈沖的同時(shí)，向前一個(gè)元件補(bǔ)送一個(gè)脈沖，稱(chēng)雙脈沖觸發(fā)。整流輸出電壓波形如圖2 所示。當(dāng)
導(dǎo)通時(shí),
；
導(dǎo)通時(shí)，
；同理，依次為ubc，uba，uca，ucb,均為線電壓的一部分，脈動(dòng)頻率為300Hz,晶閘管
上的電壓u波形分為三段，在 導(dǎo)電的120°中，
（僅管壓降）；當(dāng)
導(dǎo)通， 受反向電壓關(guān)斷,
；T5導(dǎo)通時(shí),T3關(guān)斷，
。因此晶閘承受的最大正、反向電壓為線電壓的峰值。
多相整流電路
隨著整流電路的功率進(jìn)一步增大(如軋鋼電動(dòng)機(jī)，功率達(dá)數(shù)兆瓦)，為了減輕對(duì)電網(wǎng)的干擾，特別是減輕整流電路高次諧波對(duì)電網(wǎng)的影響，可采用十二相、十八相、二十四相，乃至三十六相的多相整流電
多相整流電路
路。圖3a為兩組三相橋串聯(lián)組成的十二相整流電路。為了獲得十二相波形，每個(gè)波頭應(yīng)該錯(cuò)開(kāi)30°。所以采用三繞組變壓器，次級(jí)的兩個(gè)繞組一個(gè)接成星形，另一個(gè)接成三角形，分別供給兩組三相橋。兩組整流橋串聯(lián)后再接到負(fù)載。由于兩組整流橋輸出的電壓的相位彼此差
，因此在負(fù)載上得到十二脈波的整流電壓，合成電壓中最低次諧波頻率為
，輸出電壓
,電流
。圖3b是兩組三相橋并聯(lián)組成大電流的十二相整流電路。兩橋變壓器次級(jí)繞組電壓依次相差30°。若兩組橋的交流線電壓相等，各自的控制角也相等，則兩組橋的整流平均電壓也相等，只要極性相符合，就可以并聯(lián)運(yùn)行。但是兩組整流電壓的瞬時(shí)值是不等的，兩組電源間會(huì)出現(xiàn)交流環(huán)流。為了限止環(huán)流，延長(zhǎng)晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間，需要加入平衡電抗器，輸出電壓
,電流
。
采用多相整流電路能改善功率因數(shù)，提高脈動(dòng)頻率，使變壓器初級(jí)電流的波形更接近正弦波，從而顯著減少諧波的影響。理論上，隨著相數(shù)的增加，可進(jìn)一步削弱諧波的影響。但這樣做增加了設(shè)備費(fèi)用，在技術(shù)上對(duì)精確地得到相同的控制角提出了較嚴(yán)格的要求。因而需對(duì)方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行全面分析，最后作出選擇。
選擇整流電路
選擇整流電路時(shí)，主要從電性能好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、對(duì)電網(wǎng)影響小等方面考慮，合理選用。
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尚可名片
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作者
