相可控整流电路课件

1、相可控整流电路相可控整流电路单相可控整流电路单相相控整流电路按电路的接线型式可分为 单相半波、单相全波和单相桥式三种。不同的电路具有不同的整流特性和不同的应用领域。在实际应用中，整流电源的负载又有电 阻、电感以及反电势等不同性质。负载性质不同对整流电源的要求和影响也不同。相可控整流电路 电阻性负载电阻性负载概念：控制角控制角：在单相电路中，把晶闸管受正压起到触发导：在单相电路中，把晶闸管受正压起到触发导通之间的电角度称为控制角。通之间的电角度称为控制角。导通角导通角：晶闸管在一个周期内导通的电角度。：晶闸管在一个周期内导通的电角度。移相：改变控制角的大小即改变触发脉冲在每个周期内移相：改变控制

2、角的大小即改变触发脉冲在每个周期内出现的时刻称为移相。出现的时刻称为移相。1.1.电路电路 2 2波形波形 3 3计算：计算：电流波形的波形系数电流波形的波形系数 =0, Kf=1.57 变压器二次侧提供的有功功率变压器二次侧提供的有功功率dfIIK UIRIPd2相可控整流电路输出电压的平均值输出电压的平均值输出电流的平均值输出电流的平均值输出电压有效值输出电压有效值输出电流有效值输出电流有效值变压器二次侧的视在功率变压器二次侧的视在功率S=U2I电路的功率因数电路的功率因数 =0, 0.707, =0, 0.707, 电阻性负载，但由于存在谐波电电阻性负载，但由于存在谐波电流，功率因数不会

3、是流，功率因数不会是1 1， 越大，功率因数也会越低。越大，功率因数也会越低。 2cos145. 02UUd 2cos145. 02ddddRURUI 242sin2UU 242sinRU d2dRUI 2cosUUSP cos相可控整流电路注意：选择晶闸管、熔断器、导线截面及计算负载电阻注意：选择晶闸管、熔断器、导线截面及计算负载电阻的有功功率时电流按有效值计算。的有功功率时电流按有效值计算。例例2121有一单相半波整流电路负载电阻为有一单相半波整流电路负载电阻为1010欧姆，直接接到欧姆，直接接到220V220V，要求控制角从要求控制角从18001800移相，如图所示移相，如图所示（1 1

4、）控制角等于）控制角等于6060时，电压表、电流表的读数，及此时的电路功时，电压表、电流表的读数，及此时的电路功率因数。率因数。（2 2）如导线电流密度取）如导线电流密度取6A/mm6A/mm2 2, ,计算导线截面。计算导线截面。（3 3）计算负载电阻）计算负载电阻RdRd的功率。的功率。（4 4）电压电流考虑）电压电流考虑2 2倍裕量，选择晶闸管元件。倍裕量，选择晶闸管元件。解：(1)Ud=74.4V ；Id=Ud/Rd=7.44A； 0.635 (2) =0,Ud=0.45U2=99V Idm=Ud/Rd=9.9A Kf=I/Id=1.57 最大有效电流Im=1.57Idm=15.5AS

5、JIm SIm/J=15.5/6=2.58mm2 (3) P=Im2Rd= 15.52Rd (4) UTm=2 ，IT(AV）=215.5/1.57=20A cos 22U相可控整流电路单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路二、电感性负载二、电感性负载1 1电路电路 2 2波形波形 3 3工作原理工作原理注意：电感的作用是平波，使电流落后于电压的变化，且使导通时注意：电感的作用是平波，使电流落后于电压的变化，且使导通时间延长。间延长。三、大电感负载加续流二极管三、大电感负载加续流二极管1 1电路电路 2 2波形波形 3 3工作原理工作原理 4 4计算：晶闸管承受的最大电压计算：晶闸管承受的最

6、大电压 缺点：不用电源变压器，则交流回路中有直流电流流过，引起电缺点：不用电源变压器，则交流回路中有直流电流流过，引起电网额外的损耗、波形畸变、如采用变压器，则变压器二次绕组存网额外的损耗、波形畸变、如采用变压器，则变压器二次绕组存在直流电流分量，造成铁心直流磁化。为使变压器不饱和，必须在直流电流分量，造成铁心直流磁化。为使变压器不饱和，必须增大铁心截面。所以这种电流只适用于小容量、装置的体积小，增大铁心截面。所以这种电流只适用于小容量、装置的体积小，重量轻等技术要求不高的场合。重量轻等技术要求不高的场合。相可控整流电路 当电感量足够大时，通过负载的电流波形可以看成一当电感量足够大时，通过负载

7、的电流波形可以看成一条平行于横轴的直线。条平行于横轴的直线。参数计算参数计算:输出电压平均值输出电压平均值负载电流平均值负载电流平均值流过晶闸管与续流二极管的电流平均值流过晶闸管与续流二极管的电流平均值流过晶闸管与二极管的电流有效值流过晶闸管与二极管的电流有效值2cos145. 02UUd2cos145. 02ddddRURUIdTddTIII22 dDddDIII22dTII2 dDII2 相可控整流电路单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路晶闸管和续流管承受的最大电压为晶闸管和续流管承受的最大电压为移相范围为移相范围为 优点优点: :线路简单，只用一个晶闸管，调整方便。线路简单，只用一个

8、晶闸管，调整方便。缺点缺点: :带电阻负载时负载电流脉动大，电流的波形系数大，带电阻负载时负载电流脉动大，电流的波形系数大，在同样的直流电流时要求较大额定电流的晶闸管，导线的在同样的直流电流时要求较大额定电流的晶闸管，导线的截面以及变压器的电源容量增大。如不用电源变压器，则截面以及变压器的电源容量增大。如不用电源变压器，则交流回路中有直流电流流过，引起电网额外的损耗、波形交流回路中有直流电流流过，引起电网额外的损耗、波形畸变、如采用变压器，则变压器二次绕组存在直流电流分畸变、如采用变压器，则变压器二次绕组存在直流电流分量，造成铁心直流磁化。为使变压器不饱和，必须增大铁量，造成铁心直流磁化。为使

9、变压器不饱和，必须增大铁心截面。所以这种电流只适用于小容量、装置的体积小，心截面。所以这种电流只适用于小容量、装置的体积小，重量轻等技术要求不高的场合。重量轻等技术要求不高的场合。 22U 相可控整流电路单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路例例22如图所示是中小型同步发电机采用单相半波晶如图所示是中小型同步发电机采用单相半波晶闸管自激恒压的原理图，发电机相电压为闸管自激恒压的原理图，发电机相电压为220V，要求，要求激磁电压为激磁电压为45。激磁线圈的电阻为。激磁线圈的电阻为4欧，电感为欧，电感为0.2H，试决定晶闸管的导通角、流过晶闸管与续流二极管电试决定晶闸管的导通角、流过晶闸管与续流

10、二极管电流的平均值与有效值。流的平均值与有效值。解：Ld=3140.2=62.8远大于Rd=4,所以为大电感负载 Ud=45V cos=-0.09 =95.1 T=180=84.9 Id=Ud/Rd=11.25 IdT=2.66A IT=5.45A IdD=8.6A ID=9.83A相可控整流电路2-2 2-2 单相全波可控整流电路单相全波可控整流电路 整流电路输出的直流电压都是周期性的非正弦函数，整流电路输出的直流电压都是周期性的非正弦函数， 都可以用富氏级数展开成一系列不同频率的正弦或余都可以用富氏级数展开成一系列不同频率的正弦或余弦函数。如负载参数是线性的，可用迭加原理，不同弦函数。如负

11、载参数是线性的，可用迭加原理，不同频率的正弦电压，在负载中产生相应各次谐波电流，频率的正弦电压，在负载中产生相应各次谐波电流，负载电流便是各次谐波电流的合成。其中第一项为直负载电流便是各次谐波电流的合成。其中第一项为直流分量即直流平均电压，可看作零次谐波分量，第二流分量即直流平均电压，可看作零次谐波分量，第二项为最低频率的交流分量称基波分量，也为一次谐波项为最低频率的交流分量称基波分量，也为一次谐波分量；第三项为二次谐波分量分量；第三项为二次谐波分量 谐波次数愈高，其幅谐波次数愈高，其幅值愈小，工程计算时只考虑前面几项。值愈小，工程计算时只考虑前面几项。非正弦电压非正弦电压UdUd有效值是其直

12、流平均电压平方与各次谐有效值是其直流平均电压平方与各次谐波电压有效值电压平方之和的开方，非正弦电压波电压有效值电压平方之和的开方，非正弦电压UdUd有有效值效值222221202)(21nddduuuuutdUU相可控整流电路2-2 2-2 单相全波可控整流电路单相全波可控整流电路单相全波整流可控整流是由二次侧带中心抽头的整流变单相全波整流可控整流是由二次侧带中心抽头的整流变压器和两只晶闸管组成。压器和两只晶闸管组成。一、电阻性负载一、电阻性负载1 1电路及波形图电路及波形图abu2相可控整流电路2-2 2-2 单相全波可控整流电路单相全波可控整流电路2 2、工作原理、工作原理 一旦出现触发脉

13、冲，承受正压的晶闸管导通，处于反一旦出现触发脉冲，承受正压的晶闸管导通，处于反压的晶闸管承受全部压的晶闸管承受全部UabUab电压。电压。3 3、参数计算、参数计算（1 1）晶闸管承受的最大正向电压为）晶闸管承受的最大正向电压为 ，而最大反向而最大反向电压为电压为. . （2 2）在在00；在在00之间。之间。（3 3）输出电压平均值）输出电压平均值 22U222U2cos19 . 0)(sin2122UttdUUd相可控整流电路2-2 2-2 单相全波可控整流电路单相全波可控整流电路（4 4）输出电压有效值）输出电压有效值（5 5）负载电流平均值）负载电流平均值 （6 6）负载电流有效值）负

14、载电流有效值 （7 7）负载电流有波形系数）负载电流有波形系数 22sin2UU 2cos19 . 02ddRUI 22sin2RUIdfIIK =0 Kf全=K f半/1.414=1.57/1.414=1.11相可控整流电路2-2 2-2 单相全波可控整流电路单相全波可控整流电路（8 8）电路的功率因数）电路的功率因数 说明在同样的输出平均电流下，全波整流时有效电流说明在同样的输出平均电流下，全波整流时有效电流为半波时整流的为半波时整流的 ，因此全波整流时的导线截面、，因此全波整流时的导线截面、负载电阻的功耗也相应减小。负载电阻的功耗也相应减小。 相同时全波整流时功相同时全波整流时功率因数比

15、半波时提高率因数比半波时提高 倍。倍。IUUISP2cos21 2相可控整流电路2-2 2-2 单相全波可控整流电路单相全波可控整流电路二、电感性负载二、电感性负载1 1、电路及波形图、电路及波形图相可控整流电路2-2 2-2 单相全波可控整流电路单相全波可控整流电路2 2、工作原理、工作原理909090，负载上得到断续电流波形，负载上得到断续电流波形Ud 0Ud 0。导通角。导通角=2=222在在090090时时 所以控制角只需工作在所以控制角只需工作在090090晶闸管承受的最大正向电压为晶闸管承受的最大正向电压为 为了消除输出电压中负电压部分，同时使输出电流更为了消除输出电压中负电压部分

16、，同时使输出电流更加平直，加续流二极管。加平直，加续流二极管。cos9 . 0)(sin2122UttdUUd 222U 相可控整流电路2-2 2-2 单相全波可控整流电路单相全波可控整流电路3 3、加续流二极管电路及波形图、加续流二极管电路及波形图 变压器两个二次绕组的直流安匝是相互抵销的，故不变压器两个二次绕组的直流安匝是相互抵销的，故不会引起铁心的直流磁化，但电路要求有带中心抽头的会引起铁心的直流磁化，但电路要求有带中心抽头的整流变压器，每个二次绕组一周期内只工作一半时间，整流变压器，每个二次绕组一周期内只工作一半时间，利用率低，所用晶闸管正反向耐压要求较高，只适用利用率低，所用晶闸管正

17、反向耐压要求较高，只适用于较小容量的可控整流。于较小容量的可控整流。 相可控整流电路2-3 2-3 单相桥式可控整流电路单相桥式可控整流电路一、单相半控桥式整流电路（中、小容量场合一、单相半控桥式整流电路（中、小容量场合）1 1电阻性负载电阻性负载电路及波形图电路及波形图工作原理工作原理 VT1VT1、VT2VT2共阴接连接、共阴接连接、VD1VD1、VD2VD2共阳极连接；共阳极连接；VT1VT1、VT2VT2均不导通，均不导通，VT2-Rd-VD1VT2-Rd-VD1回路存在漏电流回路存在漏电流参数计算参数计算 输出电压平均值为输出电压平均值为 输出电流平均值为输出电流平均值为 2cos1

18、9 . 0)(sin2122UttdUUd 2cos19.02ddRUI相可控整流电路2-3 2-3 单相桥式可控整流电路单相桥式可控整流电路负载电流有效值负载电流有效值流过每个晶闸管的平均电流为流过每个晶闸管的平均电流为流过每个晶闸管的有效电流为流过每个晶闸管的有效电流为 负载上的有效功率即发热消耗功率负载上的有效功率即发热消耗功率 P=UIP=UI晶闸管承受的最大正反向电压为电源峰值的晶闸管承受的最大正反向电压为电源峰值的 倍倍22sin2dRUI ddTII21IIT212相可控整流电路2-3 2-3 单相桥式可控整流电路单相桥式可控整流电路57. 1Im21注意：当注意：当VT1VT1

19、、VT2VT2均不导通时，由于经均不导通时，由于经VT2RVD1 VT2RVD1 回路存在漏电流，而回路存在漏电流，而VT2VT2的的正向漏电阻远大于正向漏电阻远大于VD1VD1的正向电阻与的正向电阻与RdRd之和，所以在此期间，之和，所以在此期间，VT1VT1管两端电压管两端电压近似为零。近似为零。 变压器二次电流为正负对称的缺角正弦，无直流分量，但存在奇次谐波，控变压器二次电流为正负对称的缺角正弦，无直流分量，但存在奇次谐波，控制角为制角为9090时谐波分量最大，对电网有不利影响。时谐波分量最大，对电网有不利影响。例例23 23 某单相桥式半控整流电路，电阻负载某单相桥式半控整流电路，电阻

20、负载Rd=4Rd=4欧，要求欧，要求IdId在在025A025A之间变化，如图之间变化，如图所示求：所示求：（1 1）整流变压器）整流变压器TRTR的变比（不考虑的变比（不考虑的余量）。的余量）。（2 2）如导线允许电流密度）如导线允许电流密度J=6A/mmJ=6A/mm2 2, ,求连接负载导线的截面积。求连接负载导线的截面积。（3 3）计算晶闸管电流、电压定额，考虑）计算晶闸管电流、电压定额，考虑2 2倍余量，选择晶闸管的型号规格。倍余量，选择晶闸管的型号规格。（4 4）忽略变压器激磁功率，变压器应选多大容量？）忽略变压器激磁功率，变压器应选多大容量？（5 5）计算负载电阻的功率。（）计算

21、负载电阻的功率。（6 6）计算电路最大功率因数）计算电路最大功率因数。 解：（1）Udmax=IdmaxR=254=100V =0 U2=Ud/0.9=111V；所以变压器的变比K=U1/U2=220/111=2 （2）Im=1.11*25=27.75A,S27.75/6=4.6mm2 (3) UTn=1.414U2=157V 实际取400V； IT（AV）=(Im/1.414)/1.57 =12.5A 取30A (4) S=U2I2=11127.75=3.08kWA（5）P=I2Rd=(27.75) 24=3.08kW(6) =0时 cos=1相可控整流电路2-3 2-3 单相桥式可控整流电

22、路单相桥式可控整流电路2电感性负载电感性负载 电路及波形图电路及波形图 工作原理工作原理 晶闸管在触发时刻换流，二极管则在电源过零时换流。晶闸管在触发时刻换流，二极管则在电源过零时换流。上述电路在实际运行时上述电路在实际运行时, ,突然把控制角增大到突然把控制角增大到180180或突或突然切断触发电路时会发生一个晶闸管导通而两个二极然切断触发电路时会发生一个晶闸管导通而两个二极管轮流导通的失控现象，管轮流导通的失控现象， 改进方法加入续流二极管改进方法加入续流二极管大电感负载加续流二极管电路及波形图大电感负载加续流二极管电路及波形图相可控整流电路2-3 2-3 单相桥式可控整流电路单相桥式可控

23、整流电路大电感负载加续流二极管电路及波形图大电感负载加续流二极管电路及波形图 工作原理工作原理加续流管续流时，桥路输出端只有加续流管续流时，桥路输出端只有1V1V左右压降，使晶左右压降，使晶闸管的电流减小到维持电流以下，晶闸管关断，不会闸管的电流减小到维持电流以下，晶闸管关断，不会出现失控现象。为使续流管可靠工作，其接线要短而出现失控现象。为使续流管可靠工作，其接线要短而粗，接触电阻要小，且不易串接熔断器。粗，接触电阻要小，且不易串接熔断器。 参数计算参数计算控制角为控制角为，导通角为，导通角为-；流经晶闸管的平均电流为流经晶闸管的平均电流为流经晶闸管的有效电流为流经晶闸管的有效电流为 ddTdTIII360180360 dTI