第3讲可控整流电路1(单相)

1、南京工业大学自动化学院1第二章 可控整流电路南京工业大学自动化学院2本课程重点内容之一本课程重点内容之一(一般一般30%)主要内容：主要内容： 几种常用的可控几种常用的可控整流整流电路及工作原理，不同性质负电路及工作原理，不同性质负 载下电压电流波形，电量基本关系，掌握载下电压电流波形，电量基本关系，掌握分析方法分析方法 掌握各种电路掌握各种电路特点特点和应用范围，根据用电设备要求和应用范围，根据用电设备要求 正确设计可控整流电路及元件的参数正确设计可控整流电路及元件的参数南京工业大学自动化学院3主要内容主要内容 单相半波可控整流电路 单相桥式全控整流电路 单相桥式半控整流电路 南京工业大学自

2、动化学院4n承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通。n承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能开通。n晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用。n要使晶闸管关断，只能使晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下 。 晶闸管正常工作时的特性总结如下：晶闸管正常工作时的特性总结如下：复习：晶闸管的开关特性复习：晶闸管的开关特性南京工业大学自动化学院5第一节 单相半波可控整流电路一一 电阻性负载电阻性负载变压器变压器T：变换电压和隔离：变换电压和隔离的作用的作用假设假设:SCR(VT)为理想开关为理想开关nu2= U2msint单相交流电单相交流电源源u20时：时：nSCR承受正

3、向电压承受正向电压n若无门极触发信号若无门极触发信号:nSCR-正向阻断；正向阻断；n承受电压为：承受电压为：u2;nid=0, ud=0南京工业大学自动化学院6t=时：时：n加触发信号：加触发信号：nSCR导通导通niT= id = i2nud=u2 nid=ud/R=u2/Rt=时：时：niT= id = i2 =0 nSCR关断关断t = 2 时：时：nSCR承受反压阻断承受反压阻断 南京工业大学自动化学院7 电阻负载的特点：电压与电电阻负载的特点：电压与电流波形相同流波形相同ud为脉动直流，只在为脉动直流，只在u2正半正半周出现，周出现，-半波整流半波整流可控器件可控器件+交流输入为单

4、相交流输入为单相=单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路ud波形在一个电源周期中只波形在一个电源周期中只脉动脉动1次次-单脉波整流电路单脉波整流电路南京工业大学自动化学院8几个重要的基本概念：几个重要的基本概念：触发延迟角：触发延迟角：从晶闸管开始从晶闸管开始承受正向阳极电压起到施加承受正向阳极电压起到施加触发脉冲止的电角度，用触发脉冲止的电角度，用a表示，也称触发角表示，也称触发角(Trigger Angle)或控制角或控制角导通角：导通角：晶闸管在一个电源晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度，周期中处于通态的电角度，用用表示表示(Conduction Angle) 南京工业大学自动化学

5、院9n 基本数量关系：基本数量关系： VT的的a 移相范围为移相范围为180 这种通过控制触发脉冲的相位这种通过控制触发脉冲的相位来控制直流输出电压大小的方来控制直流输出电压大小的方式称为相位控制方式，简称相式称为相位控制方式，简称相控方式控方式南京工业大学自动化学院10总结：总结： SCR管触发导通，将交流电变管触发导通，将交流电变成脉动的直流电；成脉动的直流电； 改变改变角，可以改变输出电压角，可以改变输出电压电流波形和大小；电流波形和大小； SCR管可能承受的最大反向电管可能承受的最大反向电压为压为u2电压峰值，最大正向电电压峰值，最大正向电压为压为u2峰值。峰值。 SCR是否能触发导通

6、的依据是是否能触发导通的依据是电压正偏。电压正偏。 SCR从导通变关断的依据是流从导通变关断的依据是流过过SCR的电流为零的电流为零(或或AK两端电两端电压小于零压小于零)。南京工业大学自动化学院11二二、阻感性负载阻感性负载 阻感负载的特点：阻感负载的特点：n电感对电流变化有抗拒电感对电流变化有抗拒作用，使得流过电感的作用，使得流过电感的电流不能发生突变电流不能发生突变n分析方法：通过器件的分析方法：通过器件的理想化，将电路简化为理想化，将电路简化为分段线性电路，分段进分段线性电路，分段进行分析计算行分析计算2.1 单相半波可控整流电路a)u1TVTRLu2uVTudidu20t12tttt

7、tug0ud0id0uVT0b)c)d)e)f)+ + +南京工业大学自动化学院12a)u1TVTRLu2uVTudidu20t12tttttug0ud0id0uVT0b)c)d)e)f)+ + +对单相半波电路：对单相半波电路：当当VT处于断态时，处于断态时，id=0。VT处于通态时，处于通态时，VT短短接接初始条件：初始条件：t=时，时，id=0tURitiLsin2dd2dd南京工业大学自动化学院13)sin(2)sin(22)(2tZUeZUitLRd)sin()sin(tge22)( LRZRLtg1南京工业大学自动化学院14负载阻抗角负载阻抗角j、触发角、触发角a、晶闸管导通角的关

8、系、晶闸管导通角的关系若若j为定值，为定值，a越大，在越大，在u2正半周正半周L储能越少，维持导电的储能越少，维持导电的能力就越弱，能力就越弱，越小越小若若a为定值，为定值，j越大，则越大，则L贮能越多，贮能越多，越大；且越大；且j越大越大在在u2负半周负半周L维持晶闸管导通的时间就越接近晶闸管在维持晶闸管导通的时间就越接近晶闸管在u2正半周导通的时间，正半周导通的时间，ud中负的部分越接近正的部分，平均中负的部分越接近正的部分，平均值值Ud越接近零，输出的直流电流平均值也越小。越接近零，输出的直流电流平均值也越小。为避免为避免Ud太小，在整流电路的负载两端并联续流二极管太小，在整流电路的负载

9、两端并联续流二极管南京工业大学自动化学院15a)LTVTRu1u2uVTudVDRidu2udiduVTiVTIdIdt1ttttttOOOOOO - +b)c)d)e)f)g)iVDRiVDR与没有续流二极管的情况与没有续流二极管的情况比较比较在在u u2 2正半周时两者工作情正半周时两者工作情况一样况一样当当u u2 2过零变负时，过零变负时，VDVDR R导通，导通，u ud d为零。此时为负的为零。此时为负的u u2 2通通过过VDVDR R向向VTVT施加反压使其施加反压使其关断，关断，L L储存的能量保证储存的能量保证了电流了电流i id d在在L-R-VDL-R-VDR R回路中

10、回路中流通，此过程通常称为流通，此过程通常称为续续流流。续流期间。续流期间u ud d为为0 0，u ud d中中不再出现负的部分不再出现负的部分南京工业大学自动化学院16数量关系数量关系若近似认为若近似认为id为一条水平线，为一条水平线，恒为恒为Id，则有，则有ddDRII2ddTII2ddTItdII2)(212ddDRItdII2)(2122a)LTVTRu1u2uVTudVDRidu2udiduVTiVTIdIdt1ttttttOOOOOO - +b)c)d)e)f)g)iVDRiVDR南京工业大学自动化学院17单相半波可控整流电路的特点单相半波可控整流电路的特点:简单，但输出脉动大，

11、变压器二次侧电流中含直简单，但输出脉动大，变压器二次侧电流中含直流分量，造成变压器铁芯直流磁化流分量，造成变压器铁芯直流磁化实际上很少应用此种电路实际上很少应用此种电路分析该电路的主要目的在于利用其简单易学的特分析该电路的主要目的在于利用其简单易学的特点，建立起整流电路的基本概念点，建立起整流电路的基本概念南京工业大学自动化学院182.2 单相桥式可控整流电路2.2.1电阻性负载 SCR为理想开关为理想开关 u2= U2msint VT1、VT4一对桥臂一对桥臂 电路结构电路结构：南京工业大学自动化学院19工作原理工作原理lu20时时VT1、VT4承受正向电压承受正向电压若若无门极触发信号无门

12、极触发信号 VT1、VT4 正向阻断正向阻断 承受电压为：承受电压为：u2/2 VT2、VT3反向阻断反向阻断 承受电压为：承受电压为：-u2/2 id=0 ud=0南京工业大学自动化学院20 t=时，时，给给T1T4同时加同时加 触发信号触发信号 VT1、VT4导通导通 iT1= iT4= id = i2 ud=u2 uT1= uT4= 0 id=ud/R=u2/R VT2 、VT3反向阻断反向阻断 承受电压：承受电压：-u2南京工业大学自动化学院21 t=时时 iT1= iT4= id =0 T1 T4关断关断l u2 0)L储能储能，id上升速度受限上升速度受限nud=u2电网供能量给电

13、网供能量给R和和L L较小，控制角较小，控制角较大较大 t=时，时， （给（给T1T4同时加触发信号）同时加触发信号）南京工业大学自动化学院33n当当u2由峰值开始下降后，由峰值开始下降后，ud下降但下降但id仍上升仍上升 一段一段,但但上升速度开始下降上升速度开始下降L吸收能量直到吸收能量直到id上升速率上升速率0， id =idmax ，后，后id开始开始下降下降，L释放释放能量能量南京工业大学自动化学院34nid仍仍0，T1T4继续导通继续导通电网和电网和L供能量给供能量给R 当当t= ，u2=0时时南京工业大学自动化学院35 当当t= wt1时时 u2=0,L供能量给供能量给R同时回馈

14、给电网同时回馈给电网id继续下降继续下降,直到直到0T1T4关断（关断（ L中能量释放完）中能量释放完）t： wt1 -（ + ） 四管均断态，四管均断态，id=0,ud=0南京工业大学自动化学院36当当t= + 时类似正半周期时类似正半周期南京工业大学自动化学院37In带带RL负载负载后后ud出现负值出现负值;nid变化滞后于变化滞后于ud;n导通角导通角大于阻性负载大于阻性负载;n L较小较小较大时，较大时，L储能储能较小，在较小，在id下降过程中不下降过程中不足以维持足以维持T1T4导通至导通至T2T3触发导通时刻，触发导通时刻，n导通角导通角 R ） id脉动幅度很小，脉动幅度很小，近

15、似为一近似为一直流直流Id； 导通角导通角 = 波形：波形： iT:矩形波矩形波(幅值幅值 Id) i2:矩形波矩形波(正负幅值均为正负幅值均为 Id) 南京工业大学自动化学院40* Ud=0.9 U2 cos * 移相范围移相范围90度度* Id=Ud/R* IT=Id /1.414* Itav=Id/2* I2=Id ，U= U 数量关系数量关系南京工业大学自动化学院41例如图单相桥式全控整流电路接大电感负载，试计算当时，输出电压电流的平均值？如果负载端并接续流二极管，输出电压电流平均值又为多少？并求流过晶闸管和续流二极管的电流平均值、有效值2200 ,4UV Rd 60南京工业大学自动化

16、学院42解1)6020.9cos0.9220cos 6099dUUV9924.84dddUIAR时，由于是大电感负载南京工业大学自动化学院43反电势负载反电势负载南京工业大学自动化学院44只有当只有当u2绝对值大于绝对值大于E时，时，SCR才能触发导通才能触发导通停止导通角停止导通角 ：与电阻负载时相比，晶闸与电阻负载时相比，晶闸管提前了电角度管提前了电角度停止导电停止导电。南京工业大学自动化学院45a角相同时，整流输出电压比电阻角相同时，整流输出电压比电阻负载时大。负载时大。id波形在一周期内有部分时间为波形在一周期内有部分时间为0的情况，称为的情况，称为电流断续电流断续。与此对应，。与此对

17、应，若若id波形不出现为波形不出现为0的点的情况，称的点的情况，称为为电流连续电流连续。当当a 时，触发脉冲到来时，晶闸时，触发脉冲到来时，晶闸管承受负电压，不可能导通。为了使管承受负电压，不可能导通。为了使晶闸管可靠导通，要求触发脉冲有足晶闸管可靠导通，要求触发脉冲有足够的宽度，保证当够的宽度，保证当wt= 时刻有晶闸时刻有晶闸管开始承受正电压时，触发脉冲仍然管开始承受正电压时，触发脉冲仍然存在。这样，相当于触发角被推迟存在。这样，相当于触发角被推迟 。 南京工业大学自动化学院46阻性负载阻性负载与全控桥相同与全控桥相同感性负载感性负载2.3 单相桥式半控整流电路设设L足够大足够大 不带续流

18、不带续流D 波形分析：波形分析： 移相范围：移相范围：0-180度度 导通角导通角： 失控现象：失控现象：南京工业大学自动化学院47例: 单相桥式半控整流电路,电阻性负载,画出整流二极管在一周内承受的电压波形。南京工业大学自动化学院48思考: 单相桥式半控整流电路,电阻性负载,如果一个晶闸管阴阳极之间被烧断，画出整流二极管在一周内承受的电压波形。南京工业大学自动化学院49若无续流二极管，则当若无续流二极管，则当 突然增大至突然增大至180180 或触发脉冲丢失时，或触发脉冲丢失时， 会发生一个晶闸管持续导通而两个二极管轮流导通的情况，这使会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u ud d成为正弦半波，即半周期成为正弦半波，即半周期u ud d为正弦，另外半周期为正弦，另外半周期u ud d为零，其平为零，其平均值保持恒定，称为均值保持恒定，称为失控失控南京工业大学自动化学院50 有续流二极管有续流二极管VDR时，续流过程由时，续流过程由VDR完成，晶闸管完成，晶闸管 关断，避免了某一个晶闸管持续导通从而导致失控的关断，避免了某一个晶闸管持续导通从而导致失控的 现象。同时，续流期