《电力电子技术》课件(高职高专第6版) 2.2 单相相控整流电路

2.2单相相控整流电路

电力电子技术(第5版)第2章相控整流电路

在单相相控整流电路中，定义晶闸管从承受正向电压起到触发导通之间的电角度α称为控制角(或移相角)，晶闸管在一个周期内导通的电角度称为导通角，用θ表示。

2.2.1单相半波相控整流电路图2.2.1单相半波相控整流电路及其波形

1.电阻性负载（2.2.2）图中的Tr称为整流变压器，其二次输出电压为（2.2.1）2.2.1单相半波相控整流电路上式(2.2.3)表明，只要改变控制角α(即改变触发时刻)，就可以改变整流输出电压的平均值，达到相控整流的目的。

1.电阻性负载根据波形图2.2.1(b)，可求出整流输出电压平均值为：

移相范围：整流输出电压Ud的平均值从最大值变化到零时，控制角α的变化范围为移相范围。当α=π时，Ud=0，当α=0时，Ud=0.45U2为最大值。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式称为相位控制方式，简称相控方式。单相半波相控整流电路带电阻性负载时移相范围为π。图2.2.1单相半波相控整流波形图

（2.2.3）2.2.1单相半波相控整流电路

1.电阻性负载

图2.2.1单相半波相控整流波形图

根据有效值的定义，整流输出电压的有效值为

（2.2.4）整流输出电流的平均值Id和有效值I分别为电流的波形系数Kf为

（2.2.7）（4.2.5）（2.2.6）上式(4.2.7)表明，控制角α越大，波形系数Kf越大。

2.2.1单相半波相控整流电路

1.电阻性负载

图2.2.1单相半波相控整流波形图（2.2.8）如果忽略晶闸管T的损耗，则变压器二次侧输出的有功功率为

电源输入的视在功率为（2.2.10）（2.2.9）从上式可知，功率因数是控制角α的函数，且越α大，相控整流输出电压越低，功率因数PF越小。当α=0时，PF=0.707为最大值。这是因为电路的输出电流中不仅存在谐波，而且基波电流与基波电压(即电源输入正弦电压)也不同相，即是使电阻性负载，PF也不会等于1。电路的功率因数2.2.1单相半波相控整流电路

2.电感性负载（等效为电感L和电阻R串联）图2.2.3感性负载单相半波相控整流电路及其波形工作原理

2.电感性负载2.2.1单相半波相控整流电路感性负载上的输出电压平均值Ud为故

（2.2.11）（2.2.12）（2.2.13）式(4.2.13)表明,感性负载上的电压平均值等于负载电阻上的电压平均值。

由于负载中存在电感，使负载电压波形出现负值部分，晶闸管的流通角θ变大，且负载中L越大，θ越大，输出电压波形图上负压的面积越大，从而使输出电压平均值减小。在大电感负载ωL>>R的情况下，负载电压波形图中正负面积相近，即不论α为何值，，都有，其波形如图2.2.4所示。

2.电感性负载（大电感）2.2.1单相半波相控整流电路图2.2.4ωL>>R时不同α时的电压、电流波形

2.电感性负载（大电感）2.2.1单相半波相控整流电路

大电感负载时输出平均电压为零，解决的办法是在负载两端并联续流二极管D，如图2.2.5(a)所示。图2.2.5大电感负载接续流管的单相半波整流电路及电流电压波形

在电源电压正半周，负载电流由晶闸管导通提供；电源电压负半周时，续流二极管D维持负载电流；因此负载电流是一个连续且平稳的直流电流。大电感负载时，负载电流波形是一条平行于横轴的直线，其值为Id；

晶闸管与续流管承受的最大电压均为2.2.1单相半波相控整流电路

2.电感性负载（大电感）

若设θT和θD分别为晶闸管和续流二极管在一个周期内的导通角，则容易得出晶闸管的电压平均值为流过续流二极管的电流平均值为流过晶闸管和续流管的电流有效值分别为

（2.2.17）（2.2.14）（2.2.15）（2.2.16）1）优点：线路简单，调整方便；2）缺点：（1）输出电压脉动大，负载电流脉动大（电阻性负载时）。（2）整流变压器次级绕组中存在直流电流分量，使铁芯磁化，变压器容量不能充分利用。若不用变压器，则交流回路有直流电流，使电网波形畸变引起额外损耗。3）应用：单相半波可控整流电路只适于小容量、波形要求不高的场合。单相半波可控整流电路特点：2.2.1单相半波相控整流电路

2.电感性负载（大电感）2.2.2单相桥式相控整流电路

1、电阻性负载图2.2.6单相全控桥式整流电路带电阻性负载的电路与工作波形（α的移相范围是0°～180°）工作原理分析：2.2.2单相桥式相控整流电路

1、电阻性负载3）输出电流的平均值和有效值分别为2）整流输出电压的有效值为

即Ud为最小值时，α=180°，Ud为最大值时α=0°，所以单相全控桥式整流电路带电阻性负载时，α的移相范围是0°～180°。1）整流输出电压的平均值

（2.2.18）（2.2.19）（2.2.20）（2.2.21）2.2.2单相桥式相控整流电路

1、电阻性负载4）流过每个晶闸管的平均电流为输出电流平均值的一半，即5）流过每个晶闸管的电流有效值为（2.2.23）（2.2.22）6）晶闸管承受的最大反向电压为U2

7）在一个周期内每个晶闸管只导通一次，流过晶闸管的电流波形系数为

（2.2.24）2.2.2单相桥式相控整流电路

1、电阻性负载9）在一个周期内电源通过变压器Ｔr两次向负载提供能量，因此负载电流有效值Ｉd与变压器次级电流有效值I2相同。那么电路的功率因数可以按下式计算8）负载电流的波形系数为（2.2.26）（2.2.25）2.2.2单相桥式相控整流电路

①的移相范围相等，均为0～180°；②输出电压平均值Ud是半波整流电路的２倍；③在相同的负载功率下，流过晶闸管的平均电流减小一半；④功率因数提高了倍。

通过上述数量关系的分析，电阻负载时，对单相全控桥式整流电路与半波整流电路可作如下比较：2.2.2单相桥式相控整流电路

2．电感性负载

图2.2.8单相全控桥式整流电路带电感性负载电路与波形图工作原理分析：电路控制角的移相范围为0～π/22.2.2单相桥式相控整流电路

2．电感性负载1）在电流连续的情况下整流输出电压的平均值为2）整流输出电压有效值为3）晶闸管承受的最大正反向电压为U2。(0°≤α≤90°)(2.2.27)(2.2.28)4）在一个周期内每组晶闸管各导通180°，两组轮流导通，变压器次级中的电流是正负对称的方波，电流的平均值Id和有效值I相等，其波形系数为１。2.2.2单相桥式相控整流电路

2．电感性负载5）在电流连续的情况下整流输出电压的平均值为(2.2.29)(2.2.30)单相全控桥式整流电路具有输出电流脉动小，功率因数高，变压器次级中电流为两个等大反向的半波，没有直流磁化问题，变压器的利用率高。在大电感负载情况下，α接近π/2时，输出电压的平均值接近于零，负载上的电压太小。且理想的大电感负载是不存在的，故实际电流波形不可能是一条直线，而且在α＝π之前，电流就出现断续。电感量越小，电流开始断续的α值就越小。

6）结论：图2.2.9单相全控桥式整流电路带反电势负载电路与波形图3．反电势负载2.2.2单相桥式相控整流电路

反电动势负载：对于可控整流电路来说，被充电的蓄电池、电容器、正在运行的直流电动机的电枢（电枢旋转时产生感应电动势E）等本身是一个直流电压的负载。图2.2.9单相全控桥式整流电路带反电势负载电路波形图3．反电势负载2.2.2单相桥式相控整流电路

导电角θ＜π时，整流电流波形出现断流。其波形如图2.2.9(c)所示，图中的δ为停止导电角。也就是说与电阻负载时相比，晶闸管提前了δ电角度停止导电。(2.2.31)α＜δ时，若触发脉冲到来，晶闸管因承受负电压不可能导通。为了使晶闸管可靠导通，要求触发脉冲有足够的宽度，保证当时刻晶闸管开始承受正电压时，触发脉冲仍然存在。这样就要求触发角α≥δ。3．反电势负载2.2.2单相桥式相控整流电路

(2.2.33)(2.2.32)1）整流器输出端直流电压平均值2）整流电流平均值1．大电感负载时的工作情况

2.2.3单相桥式半控整流电路

图2.2.10单相半控桥式整流电路带大电感负载时的电压、电流波形图

晶闸管在触发时刻被迫换流，二极管则在电源电压过零时自然换流；由于自然续流的作用，整流输出电压ud的波形没有负半波的部分，与全控桥电路带电阻性负载相同。

α的移相范围为0～180°，Ud、Ｉd的计算公式和全控桥带电阻性负载时相同；流过晶闸管和二极管的电流都是宽度为180°的方波且与无关，交流侧电流为正负对称的交变方波。工作特点：1．大电感负载时的工作情况

2.2.3单相桥式半控整流电路

图2.2.11单相半控桥式整流带大电感负载并联续流二极管的电路及其波形图

在实际运行中，当突然把控制角增大到180°以上或突然切断触发电路时，会发生正在导通的晶闸管一直导通两个二极管轮导通的失控现象。此时触发信号对输出电压失去了控制作用，失控在使用中是不允许的，为了消除失控，带电感性负载的半控桥式整流电路还需加接续流二极管Ｄ。

续流二极管的作用：消除失控2．大电感负载时参数计算

2.2.3