单相可控整流电路

1、第1页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二通过本章的学习可以达到：教学目标： 1、熟悉电力二极管、晶闸管、单结晶体管的结构，理解各管子的工作原理；能够使用万用表对管子进行简单测试；能够根据要求进行管子型号的选择； 2、理解单相可控整流电路的工作原理，掌握波形分析的方法，能够运用理论知识对实测波形进行分析；掌握单相可控控整流电路参数计算的地方法，能够进行整流器件的选择； 3、理解单结晶体管触发电路、锯齿波触发电路的工作原理，能够运用理论知识对实测波形进行分析。 4、熟悉KJ001集成触发器各引脚功能，掌握其典型电路连接方式；掌握脉冲变压器的作用。第2页，共122页，2022年

2、，5月20日，18点5分，星期二 （a）螺栓型 （b）平板型 图1-1 常见电力二极管实物图1.1 电力二极管1.1.1 电力二极管的内部结构 图1-1所示为常见电力二极管的实物图。电力二极管属于不可控器件，由电源主回路控制通断状态。由于其结构和工作原理简单，工作可靠，因而目前凡在将交流电变为直流电且不需要调压的场合仍广泛使用功率二极管，如交一直一交变频的整流、大功率直流电源等，特别是快速恢复二极管和肖特基二极管，仍在中、高频整流和逆变以及低压高频整流场合广泛应用。第3页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二（a）结构 （b）图形符号图1-2 电力二极管机构与图形符号1.1

3、电力二极管 电力二极管是以PN结为基础的，实际上就是由一个面积较大的PN结和两端引线封装组成的。功率二极管的结构和图形符号如图1-2所示。 电力二极管和电子电路中的二极管工作原理一样，即若二极管处于正向电压作用下，则PN结导通，正向管压降很小；反之，若二极管处于反向电压作用下，则PN结截止，仅有极小的可忽略的漏电流流过二极管。第4页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二图1-3 电力二极管的伏安特性曲线1.1 电力二极管第5页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二1.1 电力二极管第6页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二1.1 电力二极

4、管第7页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二图1-4 黑表笔接A，红表笔接K图1-5 黑表笔接K，红表笔接A1.1 电力二极管第8页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二图1-6 常见晶闸管实物图（a）塑封型 （b）（c）螺栓型 （d）平板型 （e）图形符号1.2 晶闸管第9页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二图 1-7 晶闸管的结构1.2 晶闸管第10页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二图1-8 晶闸管工作原理等效电路1.2 晶闸管第11页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二1.2 晶闸管第

5、12页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二UDRM正向断态重复峰值电压 URRM反向断态重复峰值电压UDSM正向断态不重复峰值电压 URSM反向断态不重复峰值电压UBO正向转折电压 URO反向击穿电压1.2 晶闸管图1-9 阳极伏安特性曲线第13页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二1.2 晶闸管第14页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二1.2 晶闸管第15页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二1.2 晶闸管第16页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二1.2 晶闸管第17页，共122页，202

6、2年，5月20日，18点5分，星期二1.2 晶闸管第18页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二级别正反向重复峰值电压（V）级别正反向重复峰值电压（V）级别正反向重复峰值电压（V）1100880020200022009900222200330010100024240044001215002626005500141400282800660016160030300077001818001.2 晶闸管第19页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二1.2 晶闸管第20页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二1.2 晶闸管第21页，共122页，202

7、2年，5月20日，18点5分，星期二图1-11 红表笔接阳极，黑表笔接阴极测试图1-12 黑表笔接阳极，红表笔接阴极测试1.2 晶闸管第22页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二图1-13 红表笔接控制极，黑表笔接阴极测试图1-14 黑表笔接控制极，红表笔接阴极测试1.2 晶闸管第23页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二图1-15 单相半波可控整流电阻性负载原理图1.3 单相半波可控整流电路第24页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二1.3 单相半波可控整流电路第25页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二1.3

8、单相半波可控整流电路第26页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二1.3 单相半波可控整流电路第27页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二1.3 单相半波可控整流电路第28页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二1.3 单相半波可控整流电路第29页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二1.3 单相半波可控整流电路第30页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二图1-18 单相半波可控整流电感性负载电路原理图1.3 单相半波可控整流电路第31页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二1.3

9、单相半波可控整流电路第32页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二1.3 单相半波可控整流电路 由以上分析可知，由于电感的储能作用，使线路在电源电压过零时无法关断，输出电压出现负值的现象，造成输出平均电压下降。且电感量越大，负值出现的时间越长，输出平均电压越小。第33页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二图1-22 电感性负载两端并联续流二极管1.3 单相半波可控整流电路第34页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二图1-23 单相全控桥式整流电阻性负载原理图1.4 单相全控桥式整流电路第35页，共122页，2022年，5月20日，18点

10、5分，星期二1.4 单相全控桥式整流电路第36页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二1.4 单相全控桥式整流电路第37页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二1.4 单相全控桥式整流电路第38页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二1.4 单相全控桥式整流电路第39页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二1.4 单相全控桥式整流电路第40页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二1.4 单相全控桥式整流电路第41页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二1.4 单相全控桥式整流电路第42页

11、，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二图1-28 单相全控桥式整流大电感负载主电路1.4.2 电感性负载波形分析与电路参数计算单相全控桥式整流大电感负载主电路部分如图1-28所示。1.4 单相全控桥式整流电路第43页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二1.4 单相全控桥式整流电路第44页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二1.4 单相全控桥式整流电路第45页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二1.4 单相全控桥式整流电路第46页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二1.4 单相全控桥式整流电路第47

12、页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二1.4 单相全控桥式整流电路第48页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二1.4 单相全控桥式整流电路第49页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二1.4 单相全控桥式整流电路第50页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二 图1-35 单相全控桥式整流大电感负载接续流二极管电路1.4.3 电感性带续流二极管负载波形分析与电路参数计算1.4 单相全控桥式整流电路第51页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二1.4 单相全控桥式整流电路第52页，共122页，2022年，

13、5月20日，18点5分，星期二1.4 单相全控桥式整流电路第53页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二1.4 单相全控桥式整流电路第54页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二图1-38 单相半控桥式整流电阻性负载原理图1.5 单相半控桥式整流电路1.5.1 电阻性负载波形分析与电路参数计算第55页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二1.5 单相半控桥式整流电路第56页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二1.5 单相半控桥式整流电路第57页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二1.5 单相半控桥式整

14、流电路第58页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二1.5 单相半控桥式整流电路第59页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二由以上的测试和分析可以得出：1.5 单相半控桥式整流电路第60页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二图1-43 单相半控桥式整流大电感负载主电路1.5.2 电感性负载波形分析与电路参数计算1.5 单相半控桥式整流电路第61页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二1.5 单相半控桥式整流电路第62页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二1.5 单相半控桥式整流电路第63页，共122

15、页，2022年，5月20日，18点5分，星期二1.5 单相半控桥式整流电路第64页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二1.5 单相半控桥式整流电路第65页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二1.5 单相半控桥式整流电路第66页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二由以上的测试和分析可以得出：1.5 单相半控桥式整流电路第67页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二1.5.3 电感性带续流二极管负载波形分析与电路参数计算1.5 单相半控桥式整流电路第68页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二1.5 单

16、相半控桥式整流电路第69页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二1.5 单相半控桥式整流电路第70页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二1.5 单相半控桥式整流电路第71页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二1.5 单相半控桥式整流电路第72页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二1.5 单相半控桥式整流电路第73页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二1.5 单相半控桥式整流电路第74页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二1.5 单相半控桥式整流电路第75页，共122页，2022

17、年，5月20日，18点5分，星期二1.5 单相半控桥式整流电路第76页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二1.6 单结晶体管触发电路1.6.1 对晶闸管触发电路的要求1触发信号应有足够的功率（电压与电流） 晶闸管是电流控制型器件，在门极必须注入足够的电流才能触发导通。触发电路提供的触发电压与电流必须大于产品参数提供的门极触发电压与触发电流值，但不得超过规定的门极最大允许峰值电压与峰值电流。2对触发信号的波形要求 脉冲应有一定宽度以保证在触发期间阳极电流能达到掣住电流而维持导通，触发脉冲的前沿尽可能陡，为了快速而可靠地触发大功率晶闸管，常在脉冲的前沿叠加一个强触发脉冲，如图1

18、-56所示。1-56 触发信号的波形第77页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二3触发脉冲的同步及移相范围 为使晶闸管在每个周期都在相同的控制角a触发导通，这就要求触发脉冲的频率与阳极电压的频率一致，且触发脉冲的前沿与阳极电压应保持固定的相位关系，这叫做触发脉冲与阳极电压同步。不同的电路或者相同的电路在不同负载、不同用途时，要求的变化范围（移相范围）亦即触发脉冲前沿与阳极电压的相位变化范围不同，所用触发电路的脉冲移相范围必须能满足实际的需要。4防止干扰与误触发 晶闸管的误导通往往是由于干扰信号进入门极电路而引起，因此需要对触发电路进行屏蔽、隔离等抗干扰措施。1.6 单结晶体

19、管触发电路第78页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二图1-57 单结晶体管的内部结构与等效电路图1-58单结晶体管的图形符号 单结晶体管又称为双基极二极管，具有一个PN结，其内部结构如图1-57a）所示，其等效电路如图1-57b）所示，单结晶体管的图形符号如图1-58所示。 1.6.2 单结晶体管结构符号及伏安特性曲线1.6 单结晶体管触发电路第79页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二图1-59 单结晶体管实验电路1.6 单结晶体管触发电路第80页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二图1-60 单结晶体管的伏安特性曲线图1.6 单

20、结晶体管触发电路第81页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二1.6 单结晶体管触发电路第82页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二图1-61 单结晶体管自激振荡电路1.6.3 单结晶体管触发电路与参数选择1单结晶体管触发电路 利用单结晶体管的负阻特性和RC电路的充放电特性，可以组成单结晶体管自激振荡电路，如图1-61所示。1.6 单结晶体管触发电路第83页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二 假定接通直流电源之前，电容上没有电压，一旦接通电源，电源立即对电容充电，电容两端的电压按指数规律上升。 当电容两端的电压上升到峰值电压时，管子进

21、入负阻区，发射极电流由几微安剧增到几十毫安，单结晶体管立即导通，于是电容就向输出电阻放电，由于输出电阻很小，所以放电非常快，在输出电阻上形成尖脉冲电压。电容两端的电压随着放电而迅速减小。 当电容电压下降到古点电压后，如果再降，但结晶体管流过的电流小于谷点电流，无法维持导通而关断。发射极电流突降到几乎为零。输出尖脉冲停止。 如此周而复始，在电容两端就形成了类似锯齿的波形成锯齿波，而在输出电阻两端形成了一系列的尖脉冲。1.6 单结晶体管触发电路第84页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二图1-62 单结晶体管触发电路 在整流电路中，应设法使触发电路与主电路能够通过一定的方式联系

22、，时步调一致起来。这种联系方式称为触发电路与主电路取得同步。常用单结晶体管触发电路，如图1-62所示。1.6 单结晶体管触发电路第85页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二图1-63 桥式整流后脉动电压的理论波形图1-64 稳压管削波后梯形电压的理论波形 图1-62中“a”点波形是由与主电路统一电源的同步变压器二次测电压，单相桥式整流后脉动电压的波形，如图1-63所示。 图1-62中“B”点波形是整流后的脉动波形经稳压管削波而得到的梯形波电压。削波的目的在于可增大移相范围，同时还能使输出的触发脉冲的幅度基本一样。输出的梯形电压波形如图1-64所示。1.6 单结晶体管触发电路

23、第86页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二图165 电容冲放电形成的锯齿波1.6 单结晶体管触发电路第87页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二图1-66 理论上的脉冲波形 图1-62中“d”点是输出脉冲的波形，如图1-66所示。由单结晶体管组成的触发电路，电容充电的速度越快，其两端所形成的锯齿波就越密，送出的第一个触发脉冲的时间就越早，即移相角就越小。反之，移相角变大。 综上所述，单结晶体管触发电路，具有电路简单、调试方便、脉冲前沿陡以及抗干扰能力强等优点，但存在着脉冲脚在、触发功率小以及移相范围小等缺点。所以他多用于50A以下晶闸管中、小容量单相可

24、控整流电路。 1.6 单结晶体管触发电路第88页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二2触发电路各元件的选择1.6 单结晶体管触发电路第89页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二1.6 单结晶体管触发电路第90页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二图1-67 单结晶体管外观识别1.6.4 单结晶体管外观与测试 单结晶体管其实物图管脚分布如图1-67所示，面对单结晶体管的引脚，从凸起处顺时针旋转，其三个引脚分别为发射极e、第一基极b1、第二基极b2。国产单结晶体管的型号主要有BT31、BT33、BT35等。 1.6 单结晶体管触发电路第9

25、1页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二1.6 单结晶体管触发电路第92页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二1.6 单结晶体管触发电路第93页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二1.6 单结晶体管触发电路第94页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二图1-74 同步信号为锯齿波的触发电路1.7 锯齿波触发电路1.7.1 锯齿波触发电路工作原理 同步信号为锯齿波的触发电路及工作波形图，如图1-74、图1-75所示。锯齿波触发电路，由锯齿波形成、同步移相环节与脉冲放大两部分组成，具有强触发、双脉冲和脉冲封锁功能，由于采

26、用锯齿波作为同步电压，不直接受电网波动影响，在中大容量晶闸管系统中广泛使用。第95页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二图1-75 同步信号为锯齿波的触发电路工作波形图1.7 锯齿波触发电路第96页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二1锯齿波形成、同步移相环节 （1）锯齿波形成1.7 锯齿波触发电路第97页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二1.7 锯齿波触发电路第98页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二（2) 同步移相环节初始位1.7 锯齿波触发电路第99页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期

27、二2同步环节 1.7 锯齿波触发电路第100页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二3脉冲形成放大环节 1.7 锯齿波触发电路第101页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二1.7 锯齿波触发电路第102页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二4双窄脉冲形成环节 5强触发环节1.7 锯齿波触发电路第103页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二图1-80 常见脉冲变压器 在触发电路的输出级中常采用脉冲变压器，常见脉冲变压器如图1-80所示，其主要作用是： 阻抗匹配，降低脉冲电压增大输出电流，更好触发晶闸管； 可改变脉冲正负

28、极性或同时送出两组独立脉冲； 将触发电路与主电路在电气上隔离有利于防干扰更安全。1.7 锯齿波触发电路第104页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二表1-2 KJ001（KC01）引脚功能表1.7.2 KJ001集成触发器 KJ001（KC01）集成触发器采用双列直插18脚封装形式，其电路由锯齿波形成环节、移相与偏置综合比较放大环节、脉冲宽度调节环节等三个环节组成。1.7 锯齿波触发电路第105页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二1.7 锯齿波触发电路第106页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二1.8 晶闸管串并联使用和保护1.8

29、.1 晶闸管串联均压和并联均流1晶闸管的串联使用 当要求晶闸管应有的电压值大于单个晶闸管的额定电压时，可以用两个以上同型号的晶闸管相串联。由于器件特性的分散性，同型号管子串联后正反向阻断时流过反向漏电流虽然一样，但分配的反向电压不一样，图1-83a)所示，因此晶闸管和其它电力电子器件串联时必须考虑均压措施。第107页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二（1）静态均压（正反向阻断状态下的均压）1.8 晶闸管串并联使用和保护第108页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二（2）动态均压（开通过程与关断过程的均压）1.8 晶闸管串并联使用和保护第109页，共12

30、2页，2022年，5月20日，18点5分，星期二2晶闸管的并联使用 当要求晶闸管应有的电流值大于单个晶闸管的额定电流时，就需要将同型号的晶闸管并联使用。器件并联时由于正向导通的伏安特性不可能完全一致，在相同管压降时，使导通的晶闸管电流分配不均，如图1-84a) 所示。因此要采取均流措施。1.8 晶闸管串并联使用和保护第110页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二（1）电阻均流 如图1-84b)所示，在并联的各晶闸管中串入一小电阻R是最简便的均流方法。均流电阻R由下式决定： 串入均流电阻R后，电流分配不均匀度可大大地改善，但因电阻上有损耗，并且对动态均流不起作用，只适用于小功

31、率场合。对于大电流器件的并联，均流可领先各并联支路的快熔电阻、电抗器电阻和连接导线电阻的总和来达到。（2）电抗均流 如图1-84c)所示，用一个均流电抗器（铁芯上带有两个相同的线圈）同各端相反接在并联的晶闸管电路中，均流的原理是，利用电抗器中感应电动势的作用达到均流。即：当两器件中电流均匀一致时铁心内励磁安匝相互抵消，电抗不起作用，若电流不相等合成励磁安匝产生电感，在两管与电抗回路中产生环流，使电流小的增大、电流大的减小，从而达到均流目的。电抗均流可以起到动态均流的作用。1.8 晶闸管串并联使用和保护第111页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二3晶闸管串、并联使用时的注意

32、事项晶在实际使用当中，若要将晶闸管串联或并联使用应注意以下几点：（1）筛选管子，尽量选用特性一致的管子，管子的开通时间也要尽量一致。 （2）采用强触发脉冲，前沿要陡，幅值要大。 （3）串联时要采取均压措施，并联时要采取均流措施。需要同时采用串联和并联晶闸管的时候，通常采用先串后并的方法。（4）降低电压（串联时）或电流（并联时）额定值的10%使用。1.8 晶闸管串并联使用和保护第112页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二 凡超过正常工作时晶闸管应承受的最大峰值电压称为过电压。电路中过电压的种类主要有：1.8.2 晶闸管的过电压保护由于电网遭受雷击或从电网侵入的干扰过电压，称

33、为浪涌过电压。 由于电路中某个部位线路发生通断使电感元件积聚的能量骤然释放而引起的过电压，又叫操作过电压。1.8 晶闸管串并联使用和保护第113页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二1交流侧过电压及其保护（1）交流侧过电压的产生 交流侧电路在接通、断开时会出现过电压，通常发生在下列几种情况： 由于雷击等原因由电网侵入，产生幅值高达变压器额定电压的510倍浪涌电压； 由高压电源供电或电压比很大的变压器供电，在一次侧合闸瞬间，由于一、二次绕组之间存在分布电容使高压耦合到低压而产生的操作过电压 与整流装置并联的其它负载切断时或整流装置的直流侧快速开关遮断时，因电源回路电感产生感应

34、电动势造成过电压。 整流变压器空载且电源电压过零时一次侧断电，因变压器励磁电流突变导致二次侧感应瞬时过电压。 1.8 晶闸管串并联使用和保护第114页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二（2）交流侧过电压保护器件 RC阻容吸收电路交流侧阻容吸收电路的几种接法如图1-85所示。图1-85 交流侧阻容吸收电路的几种接法a）、e）单相连接 b）三相Y型连接 c）三相连接 d）三相整流连接1.8 晶闸管串并联使用和保护第115页，共122页，2022年，5月20日，18点5分，星期二 非线性电阻保护 硒堆由成组串联的硒整流片构成，如图1-86所示为硒堆保护几种接法。(a)图为单相时的接法。单相时用两组对接后再与电源并联；(b)、(c)为三相的接法，三相时用三组对接成Y形或用六组结成D形。 图1-86 硒堆保护几种接法a）单相连接 b）三相Y型连接 c）三相连接 采用