第二章单相可控整流电路

1、单相可控整流电路单相可控整流电路第二章第二章 整流电路就是将交流电转变为直流电的整流电路就是将交流电转变为直流电的电路。二极管元件可以实现这种转变（电路。二极管元件可以实现这种转变（AC-AC-DCDC） ，但是它的输出量仅与电路形式和输，但是它的输出量仅与电路形式和输入交流电压有关，输出量不可调。晶闸管入交流电压有关，输出量不可调。晶闸管元件具有单向导电和可控特性，可把交流元件具有单向导电和可控特性，可把交流电变为输出量可调的直流电，这就是可控电变为输出量可调的直流电，这就是可控整流。可控整流的输出量受晶闸管门极信整流。可控整流的输出量受晶闸管门极信号的控制。号的控制。可控整流电路概述 可控

2、整流在直流电机控制、可变直流电源、高压直可控整流在直流电机控制、可变直流电源、高压直流输电流输电 、充电机、充电机 、电化学加工处理等方面得到了广泛、电化学加工处理等方面得到了广泛的应用。的应用。 单相可控整流电路有单相半波可控整流电路及单相单相可控整流电路有单相半波可控整流电路及单相桥式可控整流电路。单相半波可控整流电路电路简单，桥式可控整流电路。单相半波可控整流电路电路简单，电源变压器中有直流分量流过电源变压器中有直流分量流过 ，变压器效率差，输出，变压器效率差，输出纹波大纹波大, ,因此在工程上很少应用，单相桥式可控整流电因此在工程上很少应用，单相桥式可控整流电路在工程上多用在路在工程上

3、多用在1KVA1KVA左右的小容量直流电源设备中，左右的小容量直流电源设备中，应用较为广泛应用较为广泛。可控整流电路概述 可控整流电路的基本分析方法是先画出电路工作状态可控整流电路的基本分析方法是先画出电路工作状态的有关波形，然后在波形分析的基础上进行各种参数的定的有关波形，然后在波形分析的基础上进行各种参数的定量计算。波形分析法也是调试和维修可控整流设备必不可量计算。波形分析法也是调试和维修可控整流设备必不可少的理论基础，应学会并掌握这种分析方法少的理论基础，应学会并掌握这种分析方法。 为了分析方便，对晶闸管元件作如下理想化假设：晶闸管为了分析方便，对晶闸管元件作如下理想化假设：晶闸管正向和

4、反向阻断时电阻为无穷大，晶闸管漏电流为零；正向导正向和反向阻断时电阻为无穷大，晶闸管漏电流为零；正向导通时管压为零；开通和关断都是瞬时完成的通时管压为零；开通和关断都是瞬时完成的du/dt和和di/dt 承受承受能力为无穷大。能力为无穷大。 这些假定所带来的误差，我们将在后续章节这些假定所带来的误差，我们将在后续章节中加以修正。中加以修正。基本分析方法及一些必要的假设单相可控整流电路单相可控整流电路返回1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路 (Single Phase Half Wave Controlled Rectifier)一、电阻性负载的工作情况一、电阻性负载的工作情况 电阻负载

5、的特点电阻负载的特点：电压与电流成正比，两者波形相同。 变压器T起变换电压和电气隔离的作用。单相半波可控整流电路及波形单相半波可控整流电路及波形工作过程及波形分析工作过程及波形分析 几个重要的基本概念：触发：触发：门极加脉冲使VT导通触发延迟角触发延迟角：从晶闸管开始承受正向阳极电压起到施加触发脉冲止的电角度,用a表示,也称触发角或控制角。导通角导通角：晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度，即VT导通至关断对应的电角度，用表示 。移相移相：改变a，改变输出同步同步：触发脉冲频率相位与主电路电源电压保持一定的协调关系a) u20, 0 t a t= a b) a t p t= pc) p t0

6、 , id从0开始增加: 消耗能量 贮能 释放能量b.id id max 即did /dt=0 之后： 耗能 释放能量 释放c.u2E时，才有晶闸管承 受正电压，有导通的可能。导通之后， ud=u2， ， 直至|u2|=E，id即降至0使得 晶闸管关断，此后ud=E 。REuidd与电阻负载时相比，晶闸管提前了电角度停止导电， 称为停止导电角，212sinUE（2-16）在 角相同时，整流输出电压比电阻负载时大。当 时，触发脉冲到来时，晶闸管承受负电压，不可能导通触发脉冲有足够的宽度，保证当 t= 时刻有晶闸管开始承受正电压时，触发脉冲仍然存在。相当于触发角被推迟为 。 负载为直流电动机时，如

7、果出现电流断续，则电动机 的机械特性将很软 。为了克服此缺点，一般在主电路中直流输出侧串联一个平波电抗器。当串联的电感足够大是时整流电压ud的波形和负载电流id的波形与阻感负载电流连续时的波形相同，ud的计算公式也一样。为保证电流连续所需的电感量L可由下式求出：dmin23dmin21087.222IUIULp（2-17）返回附：附： 单相全波可控整流电路单相全波可控整流电路又称单相双半波可控整流电路。又称单相双半波可控整流电路。单相全波与单相全控桥从直流输出端或从交流输入端看均是基本一致的。变压器不存在直流磁化的问题。单相全波与单相全控桥的区别：单相全波与单相全控桥的区别：单相全波中变压器结

8、构较复杂，材料的消耗多。单相全波只用2个晶闸管，比单相全控桥少2个，相应地，门极驱动电路也少2个；但是晶闸管承受的最大电压是单相全控桥的2倍。单相全波导电回路只含1个晶闸管，比单相桥少1个，因而管压降也少1个。从上述后两点考虑，单相全波电路有利于在低输出电压的场合应用。返回4 单相桥式半控整流电路单相桥式半控整流电路电路结构电路结构 单相全控桥中，每个导电回路中有2个晶闸管，2个晶闸管可以用二极管代替，从而简化整个电路。 如此即成为单相桥式半控单相桥式半控整流电路整流电路（先不考虑VDR）。 半控半控（Half-controlled）整流电路和是指整流电路的整流整流电路和是指整流电路的整流元件

9、中有半数是二极管，其余半数是晶闸管。半控整流电路元件中有半数是二极管，其余半数是晶闸管。半控整流电路的输出也是完全可以连续平滑控制的。的输出也是完全可以连续平滑控制的。电阻负载电阻负载uAT2u2uduAT1uVD2uVD2 VT1VT2 VT1VT2门极触发脉冲相门极触发脉冲相位差位差 当当tt= =a a时，时，u u2 2的电位是的电位是A A正正B B负，触发负，触发VT1VT1导通，则负导通，则负载电流载电流i id d从从 VT1-R-VD2VT1-R-VD2流过；流过； 当当t=t=时，由于电源过时，由于电源过零变负零变负 ，VT1VT1关断关断 u ud d波形与单相全控桥式电

10、波形与单相全控桥式电阻负载电路相同阻负载电路相同 VT1VT1关断后，由于关断后，由于VT2VT2在在(-+a)(-+a)区间仍关断，区间仍关断，udud为零，这时为零，这时B B点电位高于点电位高于A A点电位则点电位则u2=uVD2+uVD1u2=uVD2+uVD1，而，而VD2VD2反偏，反偏，VD1VD1正偏，因此这正偏，因此这时时 VD2 VD2 承受电压承受电压 ，VD1VD1不承受电压不承受电压 ，由于，由于uVD1uVD1，udud均为零，则均为零，则uAK1uAK1变为零。所以变为零。所以VD1VD1、VT1VT1端不承受电压，电源电压端不承受电压，电源电压u2u2只加于只加

11、于VT2VT2、VD2VD2上，因此上，因此 ，晶闸管端电压与单相全控桥式电阻，晶闸管端电压与单相全控桥式电阻负载电路时不同。负载电路时不同。单相半控桥带单相半控桥带阻感负载阻感负载的情况的情况在u2正半周，u2经VT1和VD4向负载供电。 u2过零变负时，因电感作用电流不再流经变压器二次绕组，而是由VT1和VD2续流。在u2负半周触发角时刻触发VT3， VT3导通， u2经VT3和VD2向负载供电。u2过零变正时，VD4导通，VD2关断。VT3和VD4续流，ud又为零。图2-10续流二极管的作用续流二极管的作用避免可能发生的失控现象。 若无续流二极管，则当突然增大至180或触发脉冲丢失时，会

12、发生一个晶闸管持续导通而两个二极管轮流导通的情况，这使ud成为正弦半波，其平均值保持恒定，称为失控失控。有续流二极管VDR时，续流过程由VDR完成，避免了失控的现象。续流期间导电回路中只有一个管压降，有利于降低损耗。 因为半控电路本身具有续流因为半控电路本身具有续流作用，所以从电能转换看，半控作用，所以从电能转换看，半控电路只能将交流电能转变为直流电路只能将交流电能转变为直流电能，而直流电能不能反回到交电能，而直流电能不能反回到交流电能中去，即能量只能单方向流电能中去，即能量只能单方向传递。带续流二极管的全控电路传递。带续流二极管的全控电路能量也只能单方向传递。能量也只能单方向传递。数量关系：数量关系：LR?带VDRpaaapp2cos19 . 02cos122)( ds