阻感性負(fù)載和反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載——看似簡(jiǎn)單的整流電路詳解

六期連載，整流電路AC/DC變換應(yīng)用非常廣泛，其中二極管整流在電機(jī)驅(qū)動(dòng)中是主流的方案，而且功率范圍很廣，所以了解二極管整流工程設(shè)計(jì)非常重要。

整流電路AC/DC變換應(yīng)用非常廣泛，比DC/AC 逆變器功率范圍更廣，數(shù)量更多。為了降低諧波電流，有源PFC應(yīng)用越來(lái)越廣泛，但二極管整流在電機(jī)驅(qū)動(dòng)中還是主流的方案，而且功率范圍很廣，所以了解二極管整流工程設(shè)計(jì)非常重要。

整流電路是電力電子課程的基礎(chǔ)內(nèi)容，占篇幅也很大，但是在書(shū)本上，工程上的重要基礎(chǔ)問(wèn)題沒(méi)有細(xì)講或沒(méi)有涉及，尤其重要的整流電容濾波負(fù)載往往被忽略了，以至于使得整流電路設(shè)計(jì)在中小功率系統(tǒng)設(shè)計(jì)中也沒(méi)有得到足夠重視，直接影響系統(tǒng)成本和可靠性。而大功率整流，譬如新能源電解氫，整流知識(shí)是必不可少的。

第二講《二極管的損耗與波形系數(shù)》講了二極管和測(cè)量技術(shù)的基本概念，從第三講開(kāi)始整流橋各種負(fù)載，包括電阻性負(fù)載，阻感性負(fù)載，帶反電勢(shì)的負(fù)載，電容濾波負(fù)載。最后以標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)試波形講解針對(duì)非線性負(fù)載的逆變器設(shè)計(jì)策略。

單相整流電路的阻感性負(fù)載分析

純電阻性負(fù)載比較簡(jiǎn)單，不再舉例了。阻感性負(fù)載還是比較常用，譬如直流電機(jī)負(fù)載，為了符合微信快速閱讀習(xí)慣，以單相電路為例分析其不連續(xù)電流模式和連續(xù)電流模式，給出一些電流波形。有需要可以讀一下阮新波老師的《電力電子技術(shù)》第二章，阮老師花了45頁(yè)篇幅非常系統(tǒng)講解了整流電路。

阻感性負(fù)載---連續(xù)電流模式

理想的連續(xù)模式負(fù)載是電流是帶一點(diǎn)紋波的方波，由于配電的電感（變壓器的漏感），方波電流的電流變化率沒(méi)有這么高，邊沿沒(méi)有這么陡。

當(dāng)VT1和VT4在ɑ角度時(shí)觸發(fā)導(dǎo)通，ud電壓就等于u2減去兩個(gè)整流管的正向?qū)▔航?，波形在整流管?dǎo)通期間跟隨輸入電壓u2，分析中假設(shè)：ud=u2.

從ɑ角開(kāi)始，電流id一直在上升，直到電阻上的電壓uR等于u2，圖中由于假設(shè)電感很大，負(fù)載電阻R很小，所以看上去電流波峰（id最大值）接近ud電壓過(guò)零處。當(dāng)uR>u2，這時(shí)電感釋放能量，電流逐漸下降，一旦u2到下半周為負(fù)，但電流還是正的，這時(shí)對(duì)電網(wǎng)反饋能量。這一現(xiàn)象在不連續(xù)電流模式下看得更清楚。

如果是二極管整流，當(dāng)輸入電壓過(guò)零時(shí)，電流就換向，如果是晶閘管換向就發(fā)生在ɑ角。換向時(shí)的電流 id(0)，即上一半周的id(θ)。電感L越大，儲(chǔ)能多，負(fù)載電阻R越小，這時(shí)id(θ)也比較大，電流紋波不大。

所以整流管上的電流也是為方波。

整流管損耗為：

二極管電流平均值id是整流橋輸出的電流平均值的一半，有效值可以通過(guò)查表獲得整流電路的方波波形系數(shù)來(lái)獲得。這樣就可以方便計(jì)算二極管上的損耗了。

其實(shí)在這里，有效值電流也很容易理解，由于穩(wěn)態(tài)時(shí)，電感上的平均為零，因此Id只是由負(fù)載電阻決定。

交流輸入有效值電流：

整流管上的有效值電流：

由于穩(wěn)態(tài)時(shí)，電感上的平均為零，因此Id只是由負(fù)載電阻決定，同時(shí)電流是方波，有效值等于平均值等于峰值，問(wèn)題就變得簡(jiǎn)單了。

阻感性負(fù)載不連續(xù)電流模式

分析過(guò)電流連續(xù)模式再看電流不連續(xù)模式，它的特征很顯得明顯，換流過(guò)程以流水賬形式列在下面。

t1=ωt1:T1,T4導(dǎo)通，ud=u2，負(fù)載電流id從零開(kāi)始上升，電網(wǎng)給電感和電阻供電，電感儲(chǔ)能；

uR=u2：電阻上電壓等于輸入電壓，電感電壓為零，電流id到達(dá)峰值；

uR>u2：電阻上電壓大于輸入電壓，電流id開(kāi)始下降，電感釋放能量，這期間電阻的能量來(lái)自電網(wǎng)和電感；

π：u2過(guò)零，走向負(fù)半周，電感電流滯后于電壓，電流還是正的，這時(shí)，電感給電網(wǎng)反饋能量和給電阻供電

t2=ωt2：電感能量放完，電流id為零，T1,T4晶閘管截止

t3=ωt3：負(fù)半周開(kāi)始

不連續(xù)電流模式電流非方波，波形系數(shù)需要通過(guò)仿真的辦法獲得。

帶反電勢(shì)的負(fù)載

這也是一種常見(jiàn)的整流器負(fù)載形式?？丛韴D，想到這是最簡(jiǎn)單的充電電路，負(fù)載可看成一個(gè)直流電壓源，對(duì)于整流電路，它們就是反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載。

帶反電動(dòng)勢(shì)的整流電路，只有在輸入電壓高于反電動(dòng)勢(shì)E時(shí)才有電流，負(fù)載電流是不連續(xù)的。

由于電流導(dǎo)通時(shí)間短，當(dāng)回路中的電阻比較小的時(shí)候（這一類電路中電阻是損耗，往往很?。?，輸出同樣平均值電流時(shí)，電流的峰值和有效值都比較大，功率因數(shù)低，所以一般設(shè)計(jì)中需要有電抗器。這種特性負(fù)載，會(huì)在下兩個(gè)單元以應(yīng)用及其廣泛的電容負(fù)載詳細(xì)講解。

下一講預(yù)告 

《整流電容濾波負(fù)載原理》

摘要：本系列的核心內(nèi)容，在交流供電的電源，家用電器，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器中，電容濾波這一非線性負(fù)載非常普遍，本講開(kāi)始詳細(xì)講解整流電容濾波的分析方法、計(jì)算方法和實(shí)例。

來(lái)源：英飛凌工業(yè)半導(dǎo)體，作者：陳子穎