整流電路

“整流電路”（rectifying circuit）是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。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。

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和交流電壓的混合電壓。習慣上稱單向脈動性直流電壓。

基本介紹

• 中文名：整流電路
• 外文名：rectifying circuit
• 解釋：把交流電能轉換為直流電能的電路
• 構成：變壓器、整流主電路和濾波器等
• 套用：發電機的勵磁調節、電解等
• 作用：交流電壓與直流輸出電壓間匹配

總結

對整流電路的意義有以下總結：

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，使頻率擴大一倍為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。

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（SCR、GTR、GTO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。

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、按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。

帶平衡電抗器的雙反星型可控整流電路

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。

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

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。

按引出方式

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（三相全波）

二級電路

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。

作用原理

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，可以把方向和大小改變的交流電變換為直流電。下面介紹利用晶體二極體組成的各種整流電路。

半波整流電路

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2π～3π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。

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，此處注意e2是變壓器二次連線埠的有效值，而不是最大值。如變壓器得到e2=,e2取值為20 ）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。

整流電路

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。

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。

帶平衡電抗器的雙反星型可控整流電路帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路是將整流變壓器的兩組二次繞組都接成星形，但兩組接到晶閘管的同名端相反；兩組二次繞組的中性點通過平衡電控器LB連線在一起。

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。

整流電路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流電壓，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。

整流電路

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，其接線組別採用Y/Y-12。VT1~VT6為晶閘管元件，FU1~FU6為快速熔斷器。TS為三相同步變壓器，其接線組別採用△/Y-11。P端為集成化六脈衝觸發電路+24V電源輸出端，接脈衝變壓器一次繞組連線公共端。P1~P6端為集成化六脈衝觸發電路功放管V1~V6集電極輸出端，分別接脈衝變壓器一次繞組的另一端。UC端為移相控制電壓輸入端。

三相橋式半控電路三相橋式半控整流電路與三相橋式全控整流電路基本相同，僅將共陽極組VT4，VT6，VT2的晶閘管元件換成了VD4，VD6，VD2整流二極體，以構成三相橋式半控整流電路。

三相橋式半控電路

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

整流電路圖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，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，會使有的管子因為負擔過重而燒毀。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。

圖片

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。

圖片

相控整流電路

採用相位控制方式以實現負載端直流電能控制的可控整流電路。可控是因為整流元件使用具有控制功能的晶閘管。在這種電路中，只要適當控制晶閘管觸發導通瞬間的相位角，就能夠控制直流負載電壓的平均值。故稱為相控。

簡介

分類

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控範圍要大，脈動要小，對交流電源、器件導電性能都有影響，而且變壓器也需要注意。

相控整流電路是通過交流側輸入的相數的控制來進行整流控制的電路，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

單相整流電路

圖1a為單相半波可控整流電路。圖中ug為晶閘管的觸發脈衝，其工作過程如下：當u2負半周時，晶閘管不導通。在u2正半周時，不加觸發脈衝之前，晶閘管也不導通，只有加觸發脈衝之後，晶閘管才導通，這時負載Rd上流過電流。在電流為零時刻，晶閘管自動關斷，為下一次觸發導通作好準備，如此循環往復，負載上得到脈動的直流電壓ud。晶閘管從開始承受正向電壓起到開始導通這一角度稱為控制

相控電路圖

角，以α表示。這樣，只要改變控制角α的大小，即改變觸發脈衝出現的時刻，就改變了直流輸出電壓的平均值。觸發脈衝總是在電源周期的同一特定時刻加到晶閘管的控制極上，所以，觸發脈衝和電源電壓在頻率和相位上要配合好，這種協調配合的關係稱為同步。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，其變壓器利用係數較高，直流側脈動的基波頻率為交流基波的二倍，故為小功率場合常用的整流電路之一。 這裡，脈波數P的概念很重要。所謂脈波數就是在交流電源的一個周期之內直流側輸出波形的重複次數。通常脈波數越多，直流側輸出越平滑，交流側電流越接近正弦波。為了增加脈波數，可以增加交流側相數,但是， 一般相數增加越多，各相的通電時間變得越短，這樣會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，由於可控的晶閘管與不控的二極體混合組成,故稱半控。F稱續流二極體，若直流電壓變為負值，它成為直流側環流的路徑，維持輸出電壓為零。

單相整流電路比較簡單,對觸發電路的要求較低,相位同步問題很簡單，調整也比較容易。但它的輸出直流電壓的紋波係數較大。由於它接在電網的一相上，易造成電網負載不平衡,所以一般只用於4kW以下的中小容量的設備上。如果負載較大，一般都用三相電路。

三相整流電路

當整流容量較大，要求直流電壓脈動較小,對快速性有特殊要求的場合,應考慮採用三相可控整流電路。這是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。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，電路在任何時刻都必須有兩個晶閘管導通，一個是共陽極組的,另一個是共陰級組的,只有它們同時導通才能形成導電迴路。T1、T2、T3、T4、T5、T6的觸發脈衝互差60°。因此,電路每隔60°有一個晶閘管換流，導通次序為1→2→3→4→5→6，每個晶閘管導通120°。在整流電路合閘後,共陰極和共陽級組各有一個晶閘管導通。因此,每個觸發脈衝的寬度應大於60°、小於120°,或用兩個窄脈衝等效地代替大於60°的寬脈衝，即在向某一個晶閘管送出觸發脈衝的同時,向前一個元件補送一個脈衝,稱雙脈衝觸發。整流輸出電壓波形如圖2 所示。當T1、T6導通時,ud=uab；T1、T2導通時，ud=uac；同理，依次為ubc，uba，uca，ucb,均為線電壓的一部分，脈動頻率為300Hz,晶閘管T1上的電壓uT1波形分為三段，在T1導電的120°中，uT1=0（僅管壓降）；當T3導通，T1受反向電壓關斷,uT1=uab；T5導通時,T3關斷，uT1=uac。因此晶閘承受的最大正、反向電壓為線電壓的峰值。

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。

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

多相整流電路

路。圖3a為兩組三相橋串聯組成的十二相整流電路。為了獲得十二相波形，每個波頭應該錯開30°。所以採用三繞組變壓器，次級的兩個繞組一個接成星形，另一個接成三角形，分別供給兩組三相橋。兩組整流橋串聯後再接到負載。由於兩組整流橋輸出的電壓的相位彼此差30°，因此在負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600Hz，輸出電壓ud=ud1+ud2,電流id=id1=id2。圖3b是兩組三相橋並聯組成大電流的十二相整流電路。兩橋變壓器次級繞組電壓依次相差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,就可以並聯運行。但是兩組整流電壓的瞬時值是不等的，兩組電源間會出現交流環流。為了限止環流,延長晶閘管的導通時間,需要加入平衡電抗器,輸出電壓ud=(ud1+ud2)/2,電流id=id1+id2。

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。但這樣做增加了設備費用，在技術上對精確地得到相同的控制角提出了較嚴格的要求。因而需對方案的技術經濟指標進行全面分析，最後作出選擇。

選擇整流電路

選擇整流電路時，主要從電性能好、結構簡單、經濟實用、對電網影響小等方面考慮，合理選用。