不控整流電路工作原理

單相半波整流電路。它利用整流二極管 D的單向?qū)щ娦阅馨淹饧咏涣麟妷鹤優(yōu)橹绷麟妷骸?對于理想情況，即整流二極管既無慣性又無損耗，因為二極管的開通和關(guān)斷只需幾微秒，對于50Hz電流的半周期而言，可以看作是瞬時完成。當(dāng)電源變壓器的初級加上一正弦電壓u1時，其次級將感應(yīng)某一交流電壓u2。在u2的正半周內(nèi),D受正向電壓而導(dǎo)通，流過負載電流id，同時在負載電阻Rd上產(chǎn)生電壓ud；當(dāng)u2負半周時，D承受反向電壓而關(guān)斷,電路中沒有負載電流,因而也沒有負載電壓。

由此可見,交流電壓通過二極管的整流作用所得到的直流電壓ud是脈動的。一般負載需要供給平滑的直流電壓，因此在整流元件與負載之間常接有濾波器。濾波器對整流電流的直流分量無扼流作用，而對交流分量的感抗很大。這樣，就能在負載上得到平直的直流電壓Ud，其數(shù)值等于脈動電壓ud的平均值。由于整流電路通常是由標(biāo)準電網(wǎng)電壓（如220V，380V）供電，而負載所需直流電壓數(shù)值各不相同，因此在一般整流電路中需要有變壓器把標(biāo)準的電網(wǎng)電壓變換為所需數(shù)值的交流電壓。

常用的不控整流電路有四種。三相半波電路（圖2a）指在電源一個周期內(nèi)有三個二極管輪流導(dǎo)電，就可得到三脈波整流電壓。該電路優(yōu)點是接線簡單，但變壓器次級繞組的導(dǎo)電角僅120°，因此繞組的利用率較低，而且電流是單方向的，它的直流分量形成直流安匝的磁通勢并產(chǎn)生較大的漏磁通，因而須加大變壓器鐵心的截面積，還要引起附加損耗。因此，這種線路多用于中等偏?。ㄈ?0kW以下）的設(shè)備上。應(yīng)用最廣的是單相橋式電路、三相橋式電路（圖2b）。橋式電路的特點是整流橋中有兩組：共陰極組和共陽極組，兩組共同串聯(lián)到負載上，因此適宜在高電壓、小電流情況下運行。如果電源大小合適，可不用變壓器。在低電壓、大電流情況下運行應(yīng)是兩組三相半波電路的并聯(lián)結(jié)線（圖2d）。并聯(lián)后，利用變壓器繞組的適當(dāng)連接，消除了直流磁化，并使每組提供一半負載電流。為了解決兩組電流平衡問題，特設(shè)平衡電抗器，這樣既可發(fā)揮其元件少的優(yōu)點，又可消除三相半波電路的缺點。三相半波電路（圖2a)。

先用整流器將輸入的交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姡儆媚孀兤鲗⒅绷麟娹D(zhuǎn)變?yōu)樗桀l率的交流電。整流器采用不控整流電路或相控整流電路。在要求變頻器輸出電壓可變,而逆變器又無控制電壓的能力的場合,常采用相控整流電路；在逆變器能夠控制輸出電壓的場合，一般采用不控整流電路以降低成本。按換流方式不同，逆變電路可分為電源換流、負載換流和自換流3種。

間接變頻電路電源換流逆變電路

電路中的晶閘管利用電源電壓換流，晶閘管關(guān)斷條件好，它構(gòu)成的變頻器容量可以做得較大。主要應(yīng)用于線繞式異步電動機串級調(diào)速，高壓直流輸電，大電網(wǎng)的聯(lián)接。

間接變頻電路負載換流逆變電路

電路中的晶閘管利用負載電壓換流。主要用于同步電動機調(diào)速和感應(yīng)加熱裝置中。用于同步電動機調(diào)速的變頻電路輸出頻率不高，一般在幾赫到幾十赫范圍，可以采用普通晶閘管作為逆變器的開關(guān)元件，成本較低。在啟動時，同步電動機反電動勢為零，晶閘管不能利用負載電壓換流，常采用電源換流或輔助強迫換流。用于感應(yīng)加熱的變頻電路的輸出頻率較高，一般在幾百赫到幾萬赫的范圍。它的逆變電路種類很多，有并聯(lián)逆變電路、串聯(lián)逆變電路、串并聯(lián)逆變電路、倍頻式逆變電路和時間分割式逆變電路。并聯(lián)逆變電路負載適應(yīng)性強，適用于熔煉和透熱。串聯(lián)逆變電路可以在逆變器內(nèi)部調(diào)節(jié)輸出電壓，啟動比較方便，適用于淬火和釬焊。串并聯(lián)逆變電路、倍頻式逆變電路和時間分割式逆變電路適用于輸出頻率較高的應(yīng)用場合。

間接變頻電路自換流逆變電路

主要用于異步電動機變頻調(diào)速和恒壓恒頻裝置中。逆變器中的晶閘管需要專門的輔助換流電路換流，電路較復(fù)雜。為了簡化電路，在中、小功率的自換流逆變電路中常采用功率晶體管等自關(guān)斷元件。在簡單的控制下，自換流逆變電路本身不能控制輸出電壓，當(dāng)采用脈沖寬度控制時，自換流逆變電路不但能控制輸出電壓，還能改善輸出電壓的波形。

截至20世紀80年代，已發(fā)展了多種調(diào)壓方式以適應(yīng)不同場合的要求，主要有直流端調(diào)壓和逆變器內(nèi)部調(diào)壓兩類。

直流端調(diào)壓 　逆變輸出電壓的調(diào)節(jié)由直流電壓為可調(diào)來實現(xiàn)。這時逆變器僅具有變頻功能，而直流側(cè)則具有可控整流的功能（見相控整流電路和直流變換電路）。該功能可由以下電路結(jié)構(gòu)實現(xiàn)：①相控整流電路；②不控整流電路加直流斬波電路；③斬控整流電路；④交流調(diào)壓電路加不控整流電路。較常用的是前兩種。

逆變器內(nèi)部調(diào)壓 　直流端采用不控整流電路。直流電壓不變，逆變輸出電壓的調(diào)節(jié)在逆變器內(nèi)部實現(xiàn)。這時逆變器兼具變頻和調(diào)壓兩種功能。這種調(diào)壓方式較之直流端調(diào)壓具有主電路結(jié)構(gòu)簡單、電網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)高、電壓調(diào)節(jié)動態(tài)響應(yīng)快等優(yōu)點，因而得到更多的應(yīng)用。

逆變電路內(nèi)部調(diào)壓功能以調(diào)壓范圍和線性度等工作指標(biāo)來衡量。但由于在調(diào)壓過程中也會影響逆變輸出電壓的諧波含量，而諧波含量的高低對逆變器出端濾波器容量、體積和重量、整機效率、輸出功率都有影響，因此在評價各種調(diào)壓方式時，除了考慮上述調(diào)壓功能之外，還要兼顧諧波含量的影響。

常見的逆變器內(nèi)部調(diào)壓方式有以下兩種。

①橋內(nèi)移相調(diào)壓方式：圖1a為電壓型單相逆變電路(見自換流式電壓型逆變電路)。各橋臂用自關(guān)斷元件的通用符號表示，其控制極脈沖分布狀態(tài)如圖1b。由圖可見，ug1和ug4、ug2和ug3保持相位互補關(guān)系, 但ug3和ug2分別引前于ug1和ug4某一電角度θ，該角度在0°～180°范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。圖1a中虛線框A內(nèi)兩臂稱為基準臂，B內(nèi)兩臂則稱為移相臂。改變移相臂對基準臂的相位差θ即可改變輸出電壓波形，從而改變輸出電壓基波方均根值。對輸出電壓進行分析，可得式中n為正奇數(shù),τ為脈沖寬度。上式表明，改變參數(shù)τ（相當(dāng)于改變相移角θ）,即可改變各次諧波幅值。其中基波方均根值可表示為橋內(nèi)移相調(diào)壓方式的優(yōu)點是控制簡單,調(diào)壓線性度好,但輸出電壓諧波含量較大。

②正弦脈寬調(diào)制(SPWM)調(diào)壓方式：仍以單相電壓型逆變電路為例（圖2a），為簡單計，各橋臂仍用自關(guān)斷元件（如GTO、 GTR和Power MOSFET等，若采用普通晶閘管則需附加換流電路），顯然，主電路結(jié)構(gòu)與圖1完全相同，脈寬調(diào)制（英文縮寫 PWM）控制方式是高頻電力電子電路常用的控制方式。在逆變電路的范圍內(nèi)，它可視為頻控方式與斬控方式的結(jié)合，其基本思路是使電路中可控元件以遠高于逆變器輸出頻率f的載波頻率fc開關(guān)工作,而可控元件在每一載波周期 (Tc=1/fc)中的占空比D(D=τ/Tc，τ為元件導(dǎo)通時間，即控制極脈沖寬度)則受控于控制信號ug的幅值，因此所謂正弦波脈寬調(diào)制（英文縮寫SPWM）是指在一個逆變周期T(T=1/f)中,脈寬τ隨時間按正弦規(guī)律變化，即式中K為比例常數(shù)，是控制信號幅值。圖2b為門極脈沖的形成方式，其脈寬τ由載波信號uc（三角波）和調(diào)制信號ug（正弦波）的交點決定。圖2a橋左側(cè)虛線框A的導(dǎo)電臂稱為頻控臂（含T1和T4），由調(diào)制頻率f控制；虛線框B的臂（含T2和T3）稱為斬控臂,由載波頻率fc控制。逆變橋輸出電壓u0的波形如圖2c。由圖可見，u0的脈沖個數(shù)由比值fc/f決定，u0的脈寬隨時間按正弦變化,τ(t)值則取決于比值/Ucm，Ucm為載波電壓信號幅值。改變的值即可改變τ(t),從而改變逆變輸出電壓基波方均根值,實現(xiàn)調(diào)壓的目的。

SPWM調(diào)壓方式的優(yōu)點是低次諧波含量低、調(diào)壓線性度好，但輸出電壓低，即在同一直流電壓Ud值下,值比橋內(nèi)移相調(diào)壓方式時低。2100433B

功率驅(qū)動單元首先通過三相全橋整流電路對輸入的三相電或者市電進行整流，得到相應(yīng)的直流電。

經(jīng)過整流好的三相電或市電，再通過三相正弦PWM電壓型逆變器變頻來驅(qū)動三相永磁式同步交流伺服電機。

功率驅(qū)動單元的整個過程可以簡單的說就是AC-DC-AC的過程。

整流單元（AC-DC）主要的拓撲電路是三相全橋不控整流電路。