整流電路

整流電路

整流電路(rectifying circuit)把交流電能轉換為直流電能的電路。大多數整流電路由變壓器、整流主電路和濾波器等組成。它在直流電動機的調速、發電機的勵磁調節、電解、電鍍等領域得到廣泛套用。整流電路通常由主電路、濾波器和變壓器組成。20世紀70年代以後,主電路多用矽整流二極體和晶閘管組成。濾波器接在主電路與負載之間,用於濾除脈動直流電壓中的交流成分。變壓器設定與否視具體情況而定。變壓器的作用是實現交流輸入電壓與直流輸出電壓間的匹配以及交流電網與整流電路之間的電隔離。

基本信息

簡介

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換成單向脈動性直流電,這就是交流電的整流過程,整流電路主要由整流二極體組成。經過整流電路之後的電壓已經不是交流電壓,而是一種含有直流電壓交流電壓混合電壓,習慣上稱單向脈動性直流電壓。

使用的意義

整流電路整流電路

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,倍壓整流電路用於其它交流信號的整流,例如用於發光二極體電平指示器電路中,對音頻信號進行整流。

2、前三種整流電路輸出的單向脈動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,所以這種單向脈動性直流電主要成分仍然是50Hz的,因為輸入交流市電的頻率是50Hz,半波整流電路去掉了交流電的半周,沒有改變單向脈動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、負半周,使頻率擴大在倍為100Hz,所以這種單向脈動性直流電的交流成分主要成分是100Hz的,這是因為整流電路將輸入交流電壓的一個半周轉換了極性,使輸出的直流脈動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於濾波電路的濾波。

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線圈設有中心抽頭,其他兩種電路對電源變壓器沒有抽頭要求。另外,半波整流電路中只用一隻二極體,全波整流電路中要用兩隻二極體,而橋式整流電路中則要用四隻二極體。根據上述兩個特點,可以方便地分辨出三種整流電路的類型,但要注意以電源變壓器有無抽頭來分辨三種整流電路比較準確。

4、在半波整流電路中,當整流二極體截止時,交流電壓峰值全部加到二極體兩端。對於全波整流電路而言也是這樣,當一隻二極體導通時,另一隻二極體截止,承受全部交流峰值電壓。所以對這兩種整流電路,要求電路的整流二極體其承受反向峰值電壓的能力較高;對於橋式整流電路而言,兩隻二極體導通,另兩隻二極體截止,它們串聯起來承受反向峰值電壓,在每隻二極體兩端只有反向峰值電壓的一半,所以對這一電路中整流二極體承受反向峰值電壓的能力要求較低。

5、在要求直流電壓相同的情況下,對全波整流電路而言,電源變壓器次級線圈抽頭到上、下端交流電壓相等,且等於橋式整流電路中電源變壓器次級線圈的輸出電壓,這樣在全波整流電路中的電源變壓器相當於繞了兩組次級線圈。

6、在全波和橋式整流電路中,都將輸入交流電壓的負半周轉到正半周或將正半周轉到負半周,這一點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半周切除。

7、在整流電路中,輸入交流電壓的幅值遠大於二極體導通的管壓降,所以可將整流二極體的管壓降忽略不計。

8、對於倍壓整流電路,它能夠輸出比輸入交流電壓更高的直流電壓,但這種電路輸出電流的能力較差,所以具有高電壓,小電流的輸出特性。

9、分析上述整流電路時,主要用二極體的單嚮導電特性,整流二極體的導通電壓由輸入交流電壓提供。

分類

整流電路整流電路
1、按組成的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體組成,電路結構一定之後其直流整流電壓和交流電源電壓值的比是固定不變的。

2)半控整流電路由可控元件和二極體混合組成,在這種電路中,負載電源極性不能改變,但平均值可以調節。

3)在全控整流電路中,所有的整流元件都是可控的(SCRGTRGTO 等),其輸出直流電壓的平均值及極性可以通過控制元件的導通狀況而得到調節,在這種電路中,功率既可以由電源向負載傳送,也可以由負載反饋給電源,即所謂的有源逆變。

2、按電路結構可分為零式電路和橋式電路
1)零式電路指帶零點或中性點的電路,又稱半波電路。它的特點所有整流元件的陰極(或陽極)都接到一個公共接點﹐向直流負載供電﹐負載的另一根線接到交流電源的零點。
2)橋式電路實際上是由兩個半波電路串聯而成,故又稱全波電路。

3、電網交流輸入相數分為單相電路、三相電路和多相電路
1)對於小功率整流器常採用單相供電。單相整流電路分為半波整流,全波整流,橋式整流及倍壓整流電路等。

2)三相整流電路是交流測由三相電源供電,負載容量較大,或要求直流電壓脈動較小,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。因為三相整流裝置三相是平衡的﹐輸出的直流電壓和電流脈動小,對電網影響小,且控制滯後時間短,採用三相全控橋式整流電路時,輸出電壓交變分量的最低頻率是電網頻率的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,這種電路適用於大功率變流裝置。

3)多相整流電路 隨著整流電路的功率進一步增大(如軋鋼電動機功率達數兆瓦),為了減輕對電網的干擾﹐特別是減輕整流電路高次諧波對電網的影響,可採用十二相﹑十八相﹑二十四相,乃至三十六相的多相整流電路。採用多相整流電路能改善功率因數,提高脈動頻率,使變壓器初級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,隨著相數的增加,可進一步削弱諧波的影響。多相整流常用在大功率整流領域,最常用的有雙反星中性點帶平衡電抗器接法和三相橋式接法。

4、 按變壓器二次側電流的方向是單向或雙向,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

5、按控制方式可分為相控式電路和斬波式電路(斬波器);
1)通過控制觸發脈衝的相位來控制直流輸出電壓大小的方式稱為相位控制方式,簡稱相控方式。

2)斬波器就是利用晶閘管和自關斷器件來實現通斷控制,將直流電源電壓斷續加到負載上,通過通、斷的時間變化來改變負載電壓平均值,亦稱直流-直流變換器。它具有效率高、體積小、重量輕、成本低等優點,廣泛套用於直流牽引的變速拖動中,如城市電車捷運蓄點池車等。斬波器一般分降壓斬波器,升壓斬波器和複合斬波器三種。

6、 按引出方式的不同分中點引出整流電路,橋式整流電路,帶平衡電抗器整流電路,環形整流電路,十二相整流電路。

1)中點引出整流電路分:單脈波(單相半波),兩脈波(單相全波),三脈波(三相半波),六脈波(六相半波)
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:一次星形聯結的六脈波帶平衡電抗器電路(即雙反星帶平衡電抗器電路),一次角形聯結的六脈波帶平衡電抗器電路
4)十二相整流電路分:二次星、三角聯結,橋式並聯(帶6f平衡電抗器)單機組十二脈波整流電路;二次星、三角聯結,橋式串聯十二脈波整流電路;橋式並聯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。

工作原理

半波整流電路半波整流電路
整流電路整流電路
單相型整流電路單相型整流電路
電力網供給用戶的是交流電,而各種無線電裝置需要用直流電。整流,就是把交流電變為直流電的過程。利用具有單嚮導電特性的器件,可以把方向和大小交變的電流變換為直流電。下面介紹利用晶體二極體組成的各種整流電路。
一、半波整流電路
半波整流電路是一種最簡單的整流電路。它由電源變壓器B 、整流二極體D 和負載電阻Rfz ,組成。變壓器把市電電壓(多為220伏)變換為所需要的交變電壓e2,D 再把交流電變換為脈動直流電。

變壓器砍級電壓e2,是一個方向和大小都隨時間變化的正弦波電壓,它的波形如圖5-2(a)所示。在0~K時間內,e2為正半周即變壓器上端為正下端為負。此時二極體承受正向電壓面導通,e2通過它加在負載電阻Rfz上,在π~2π 時間內,e2為負半周,變壓器次級下端為正,上端為負。這時D承受反向電壓,不導通,Rfz,上無電壓。在π~2π時間內,重複0~π 時間的過程,而在3π~4π時間內,又重複π~2π時間的過程…這樣反覆下去,交流電的負半周就被"削"掉了,只有正半周通過Rfz,在Rfz上獲得了一個單一右向(上正下負)的電壓,如圖5-2(b)所示,達到了整流的目的,但是,負載電壓Usc。以及負載電流的大小還隨時間而變化,因此,通常稱它為脈動直流。

這種除去半周、圖下半周的整流方法,叫半波整流。不難看出,半波整說是以"犧牲"一半交流為代價而換取整流效果的,電流利用率很低(計算表明,整流得出的半波電壓在整個周期內的平均值,即負載上的直流電壓Usc =0.45e2 )因此常用在高電壓、小電流的場合,而在一般無線電裝置中很少採用。

二、全波整流電路
如果把整流電路的結構作一些調整,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。

全波整流電路,可以看作是由兩個半波整流電路組合成的。變壓器次級線圈中間需要引出一個抽頭,把次組線圈分成兩個對稱的繞組,從而引出大小相等但極性相反的兩個電壓e2a 、e2b ,構成e2a 、D1、Rfz與e2b 、D2、Rfz ,兩個通電迴路

全波整流電路的工作原理,可用圖5-4 所示的波形圖說明。在0~π間內,e2a 對Dl為正向電壓,D1 導通,在Rfz 上得到上正下負的電壓;e2b 對D2為反向電壓,D2 不導通。在π-2π時間內,e2b 對D2為正向電壓,D2導通,在Rfz 上得到的仍然是上正下負的電壓;e2a 對D1為反向電壓,D1 不導通。

三、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,只要增加兩隻二極體口連線成“橋”式結構,便具有全波整流電路的優點,而同時在一定程度上克服了它的缺點。

橋式整流電路的工作原理如下:e2為正半周時,對D1、D3和方向電壓,Dl,D3導通;對D2、D4加反向電壓,D2、D4截止。電路中構成e2、Dl、Rfz 、D3通電迴路,在Rfz ,上形成上正下負的半波整洗電壓,e2為負半周時,對D2、D4加正向電壓,D2、D4導通;對D1、D3加反向電壓,D1、D3截止。電路中構成e2、D2Rfz 、D4通電迴路,同樣在Rfz 上形成上正下負的另外半波的整流電壓。

如此重複下去,結果在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,橋式電路中每隻二極體承受的反向電壓等於變壓器次級電壓的最大值,比全波整洗電路小一半。

元件選擇

需要特別指出的是,二極體作為整流元件,要根據不同的整流方式和負載大小加以選擇。。如選擇不當,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。

另外,在高電壓大電流的情況下,如果手頭沒有承受高電壓或整定大電濾的整流元件,可以把二極體串聯或並聯起來使用。

圖5-7 示出了二極體並聯的情況:兩隻二極體並聯、每隻分擔電路總電流的一半口三隻二極體並聯,每隻分擔電路總電流的三分之一。總之,有幾隻二極體並聯,"流經每隻二極體的電流就等於總電流的幾分之一。但是,在實際並聯運用時",由於各二極體特性不完全一致,不能均分所通過的電流,會使有的管子困負擔過重而燒毀。因此需在每隻二極體上串聯一隻阻值相同的小電阻器,使各並聯二極體流過的電流接近一致。這種均流電阻R一般選用零點幾歐至幾十歐的電阻器。電流越大,R應選得越小。 圖5-8示出了二極體串聯的情況。顯然在理想條件下,有幾隻管子串聯,每隻管子承受的反向電壓就應等於總電壓的幾分之一。但因為每隻二極體的反向電阻不盡相同,會造成電壓分配不均:內阻大的二極體,有可能由於電壓過高而被擊穿,並由此引起連鎖反應,逐個把二極體擊穿。在二極體上並聯的電阻R,可以使電壓分配均勻。均壓電阻要取阻值比二極體反向電阻值小的電阻器,各個電阻器的阻值要相等。

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節約用電對發展國民經濟有重要意義。電能是由一次能源(煤、石油、天然氣、水利資源等)轉換而成的二次能源。耗電量的減少可以使發電、輸變電所需要的設備容量減少,節約能源方面的投資。

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