电力电子技术 课件 项目1 单相可控整流电路

电力电子技术项目1单相可控整流电路知识点21.1

功率二极管和晶闸管1.2

单相可控整流电路1.3

触发电路功率二极管

功率二极管是电力电子器件中结构最简单，应用最广泛的一种器件，是传统不可控整流装置的核心器件。与普通二极管的工作原理和特性相似，具有单向导电性。外形主要有螺栓式和平板式，如图1.1所示。引脚A为阳极，K为阴极。基本结构和工作原理1.1功率二极管和晶闸管3图1.1功率二极管(a)外形(b)内部结构(c)电气图形符号基本特性图1.2功率二极管的伏安特性●静态特性伏安特性是功率二极管两端所加电压和流过电流的关系曲线，如图1.2所示。①

二极管外加正向电压必须大于门槛电压UTO后，正向电流才开始明显增加。二极管导通后，正向电流IF由外部电路参数决定，与IF相对应的二极管两端电压UF为正向压降。②

二极管外加反向电压时，反向漏电流很小且随反向电压增大变化不大。当反向电压增大到某一数值后，反向电流突然急剧增大，称二极管反向击穿，对应的电压UBR称反向击穿电压。反向击穿可分为雪崩击穿和齐纳击穿。功率二极管1.1功率二极管和晶闸管4●动态特性动态特性指功率二极管断态和通态之间转换过程的开关特性。图1.3所示为功率二极管导通和关断过程中电压、电流动态过程波形。(1-1)基本特性功率二极管

图1.3中，td为反向电流延迟时间，tf为反向电流下降时间，二极管反向恢复时间trr为：1.1功率二极管和晶闸管5图1.3二极管导通和关断过程中电压和电流的动态过程波形功率二极管主要参数●

额定正向平均电流IF在规定的管壳温度和散热条件下，功率二极管长期运行时允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。

单相工频半波整流电路中，流过二极管的电流波形如图1.4所示，该电流的平均值和有效值分别为：(1-2)(1-3)

二极管电流有效值与平均值之比为：(1-4)1.1功率二极管和晶闸管6图1.4二极管半波整流电流波形功率二极管主要参数设二极管流过任意波形电流的平均值为Id，定义电流有效值与平均值之比称为波形系数，用Kf表示：●反向重复峰值电压URRM

功率二极管反向所能承受的重复施加的最高峰值电压。一般为反向击穿电压UBR的1/2~2/3。●正向管压降UF功率二极管在规定的壳温和正向电流下工作对应的正向导通压降。●最高允许结温TjM结温(Tj)是管芯PN结的平均温度，最高允许结温是PN结正常工作时所能承受的最高平均温度。(1-5)1.1功率二极管和晶闸管7功率二极管类型功率二极管是电力电子器件中结构最简单、应用最广泛的一种器件，利用其单向导电特性可以在电路中发挥整流、续流、回馈、隔离、钳位和保护等不同的作用。按其开关频率不同，可以分为：●普通二极管

普通二极管(GPD)工作频率较低，常用于1kHz以下的整流装置中，因此又称为整流二极管。其反向恢复时间一般高于5μs，但电压、电流额定值较高，可达几千伏、几千安。例如，国产ZP系列二极管，主要用于各种设备的整流电源部分。●快恢复二极管

快恢复二极管(FRD)也称开关二极管，关断时反向恢复时间一般在5μs以下，制造工艺采用扩散法，通过掺金或铂来控制反向恢复时间。另外一种采用外延法制造的二极管开关速度更快，反向恢复时间可低于50ns，称为超快恢复二极管。ZK系列、MR系列均为快恢复二极管；MUR系列为超快恢复二极管。●肖特基二极管肖特基二极管(SBD)是由金属和N型半导体接触形成的势垒二极管，也称为面二极管。其主要优点是：不存在扩散电容，反向恢复时间很短(10ns~40ns)，正向压降较低。但存在一些缺点：漏电流较大，电压定额较低，温度特性较差。如MBR系列。1.1功率二极管和晶闸管8晶闸管如图1.5所示，晶闸管外形有螺栓型和平板型两种，每个器件引出阳极A、阴极K和门极G。基本结构和工作原理

晶闸管的内部4层半导体(P1、N1、P2和N2)形成了3个PN结(J1、J2和J3)，可等效成PNP和NPN两只晶体管的互联电路。1.1功率二极管和晶闸管9图1.5晶闸管的外形、结构、电气符号和等效电路(a)外形(b)结构(c)电气符号(d)等效电路晶闸管基本结构和工作原理●当晶闸管阳极与阴极之间外加正向电压时，J2结反偏，流过很小的漏电流，称为晶闸管正向阻断状态；●当晶闸管阳极与阴极之间外加反向电压时，J1和J3结反偏，流过的漏电流同样很小，称为晶闸管反向阻断状态。●当晶闸管外加正向电压时，如果门极也加上足够的正向电压，有门极电流IG流入NPN管基极，使其导通，产生的集电极电流IC2流入PNP管基极，它导通后的集电极电流IC1又流入NPN管基极，形成强烈的正反馈过程，两只晶体管迅速进入饱和导通状态，

晶闸管由阻断状态转为导通状态。以上分析表明，晶闸管的导通条件为阳极和门极均正偏，即uAK>0且uGK>0。●晶闸管导通后，即使去掉门极控制信号，即IG=0，晶闸管仍然维持原来的阳极电流继续导通，门极不再起控制作用，可见，晶闸管是一种只能控制导通而不能控制关断的半控型器件。●关断晶闸管，必须使阳极电压减小或反向，阳极电流减小到维持电流以下，α1+α2迅速减小，晶闸管才能重新恢复阻断状态。1.1功率二极管和晶闸管10晶闸管基本特性●阳极伏安特性即晶闸管阳极电压UAK与阳极电流IA之间的关系，如图1.6所示。●门极伏安特性

即门极电压UGK与门极电流IG的关系，其特性与二极管伏安特性基本一致。如图1.7所示。受门极正向峰值电流IFGM，门极正向峰值电压UFGM和门极最大耗散功率PGM限制，所包围的阴影部分是晶闸管门极触发电压、电流的正常工作区域。1.1功率二极管和晶闸管11图1.6晶闸管的阳极伏安特性图1.7晶闸管的门极伏安特性晶闸管基本特性●开关特性①

开通特性晶闸管阳极加正向电压，门极施加理想触发脉冲信号。开通时，内部正反馈的建立需要一定的时间，阳极电流和电压的变化过程如图1.8(a)所示。开通过程可分为三个阶段，分别是延迟时间td、上升时间tr和扩展时间ts，晶闸管的开通时间为延迟时间和上升时间之和，即ton=td+tr。②

关断特性在原来导通的晶闸管上，改变阳极与阴极之间的电压极性，晶闸管会被强迫关断。关断时阳极电压和电流波形如图1.8(b)所示。这是导通时积累的非平衡载流子消散的过程，需要经过两个阶段。分别为反向恢复时间trr和门极恢复时间tgr。晶闸管关断时间为二者之和，即toff=trr+tgr。1.1功率二极管和晶闸管12图1.8晶闸管的开通与关断工作波形晶闸管主要参数●电压参数①

额定电压UTN在门极开路和晶闸管正向阻断的条件下，可重复加在晶闸管两端的正向峰值电压称为正向重复峰值电压UDRM，可以重复加在晶闸管两端的反向峰值电压称为反向重复峰值电压URRM。一般把UDRM和URRM中较小的那个值按百位取整后作为该晶闸管的额定电压值。在实际应用中一般应按工作电路中可能承受到的最大瞬时值电压UTM的2~3倍来选择，即：②

通态平均电压UT(AV)当流过正弦半波电流并达到稳定的额定结温时，晶闸管阳极与阴极之间电压降的平均值称为通态平均电压。额定电流大小相同的元件，通态平均电压越小，耗散功率越小，元件质量就越高。晶闸管通态平均电压分为9个等级，分别用字母A~I表示。(1-10)1.1功率二极管和晶闸管13晶闸管主要参数●电流参数①

额定电流IT(AV)晶闸管的额定电流也称为额定通态平均电流。在环境温度小于40℃和标准散热及晶闸管全导通(不小于170°)的条件下，晶闸管允许通过的工频正弦半波电流平均值并按晶闸管标准电流系列取值后，称为该晶闸管的额定电流。如果正弦半波电流的最大值为IM，则额定电流为：(1-11)额定电流有效值ITN为：(1-12)根据(1-11)和(1-12)式可求出晶闸管额定电流有效值ITN与额定通态平均电流IT(AV)关系为：(1-13)1.1功率二极管和晶闸管14晶闸管主要参数●电流参数②

维持电流IH在门极开路和室温条件下，能使晶闸管维持通态所必需的最小阳极电流，一般为十几毫安到几百毫安。它与结温有关，结温越高，维持电流越小。③

擎住电流IL指晶闸管一经触发导通就去掉门极触发信号，能保持晶闸管继续导通所需要的最小阳极电流。同一晶闸管的IL是IH的2~4倍。●门极参数①门极触发电流IGT在规定的环境温度，阳极与阴极加一定正向电压(一般为6V)的条件下，使晶闸管从阻断状态变为导通状态所需的最小门极直流电流。②门极触发电压UGT能够产生门极触发电流IGT所对应的最小门极直流电压。②门极反向峰值电压UGRM门极所能承受的反向最大电压，一般不超过10V。1.1功率二极管和晶闸管15晶闸管主要参数●动态参数①断态电压临界上升率du/dt在额定结温和门极开路情况下，晶闸管保持阻断状态所能承受的最大电压上升率。如果du/dt数值过大，内部结电容产生的位移电流会造成管子误导通，其单位是V/μs。为了限制断态电压上升率可以通过在元件两端并接阻容电路，利用电容两端电压不能突变的性质来限制电压上升率。②通态电流临界上升率di/dt

在正常工作条件下，晶闸管用门极触发信号开通时，所能承受而不会引起损坏的通态电流最大上升率。其值过大，会使内部半导体材料局部过流发热而损坏，其单位是A/μs。为限制通态电流临界上升率，可以在阳极回路中串入小电感，来对增长过快的电流进行限制。1.1功率二极管和晶闸管16晶闸管型号1.1功率二极管和晶闸管国产晶闸管通常采用两种命名标准，一种为KP型，另一种为CT型。命名如下：KP[额定电流等级]-[额定电压等级][通态平均电压组别]3CT[额定电流等级]/[额定电压]其中K和3CT代表晶闸管；P代表类型为普通型，可以替代为S(双向型)，G(可关断型)，N(逆导型)。额定电压值为额定电压等级乘以100；当额定电流小于100A时，通态平均电压组别可以不标。例如：KP100-12G，表示额定电流为100A，额定电压为1200V，通态平均电压小于1V的普通型晶闸管。又如3CT50/500V，表示额定电流为50A，额定电压为500V的普通型晶闸管。17整流电路概述整流电路的分类1.2单相可控整流电路整流就是将交流电转变为直流电的过程，而完成整流过程的电力电子电路称为整流电路。●根据所采用的器件，可分为不可控整流电路、半控整流电路和全控整流电路。●根据电路结构，可分为半波整流电路和桥式整流电路。●根据输入交流电源相数，可分为单相整流电路、三相整流电路和多相整流电路。●根据整流电路输出电压与电流方向及功率流向，可分为单象限整流电路、两象限整流电路和四象限整流电路。●电压根据控制方式，可分为不可控整流电路、可控整流电路和PWM整流电路。整流电路的性能指标●电压波形系数●变压器利用系数●电压纹波系数●输入电流总畸变率●电压脉动系数●输入功率因数18整流电路概述分析整流电路的理想条件●理想电源交流电网相对于整流电路可看作具有无穷大容量，因此整流电路的输入电源电压为无畸变的正弦波。●理想器件

整流电路中所有器件均具有理想特性。即所采用的电力电子器件阻断时，阻值为无穷大，漏电流为零；导通时，管压降为零；开通与关断过程瞬时完成；du/dt和di/dt的承受能力为无穷大。同时，整流电路中的变压器漏抗为零、绕组的电阻为零、励磁电流为零。●理想运行状态分析过程中假设电路已经达到稳态工作状态。直流负载的性质●电阻性负载电解、电镀和电焊等都属于电阻性负载，它的特点是电流与电压成正比，波形形状相同且同相位，电流可以突变。●阻感性负载此类负载有各种电机的励磁绕组和输出串接电抗器的负载等。大电感负载是指串联电感于电阻负载回路中，电抗值比电阻值大很多，其特点是负载电流波形连续，并接近一条直线。●反电势负载整流装置输出供蓄电池充电或给直流电动机供电时，因负载有反电势，所以只有当整流输出电压大于反电势时才有电流流通，电流波形也呈较大的脉动。1.2单相可控整流电路19单相半波可控整流电路电阻性负载图1.9(a)

所示为单相半波可控整流电路带电阻性负载情形，由晶闸管VT、负载电阻R及单相整流变压器TR组成。TR起电压变换和电气隔离的作用，u1和u2分别为变压器一次侧和二次侧正弦电压瞬时值，ud,、id分别为整流输出电压瞬时值和负载电流瞬时值；uT，iT分别为晶闸管两端电压瞬时值和流过晶闸管的电流瞬时值；i1、i2分别为流过整流变压器一次侧绕组和二次侧绕组电流的瞬时值。1.2单相可控整流电路●电路结构20图1.9单相半波可控整流电路电阻性负载(a)电路图单相半波可控整流电路电阻性负载①0~ωt1期间，晶闸管承受正向电压，但没有触发信号，晶闸管处于正向阻断状态，输出电压ud和负载电流id都等于零。1.2单相可控整流电路●工作原理②ωt1时刻，晶闸管被触发导通。负载电阻R两端电压ud的波形为变压器二次侧u2的波形，负载电流id的波形与ud相似。由于二次侧绕组、晶闸管以及负载电阻是串联的，故id波形也就是iT及i2的波形。③π时刻，u2下降到零，流过晶闸管阳极电流也下降到零，晶闸管关断，输出电压ud下降到零。④π~2π期间，晶闸管承受反向电压而处于关断状态，负载电流id为零，负载上没有输出电压。21图1.9(b)工作波形单相半波可控整流电路电阻性负载①半波整流

整流输出电压ud为脉动直流，且波形只在u2正半周内出现，故将上述电能变换称为半波整流。1.2单相可控整流电路●整流电路相关的几个专业术语②相控方式通过控制触发脉冲与输入交流电压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③控制角u2过零变正时刻为自然换流点。从自然换流点开始到触发脉冲出现这段时间对应的电角度称为控制角，也称触发角或延迟角，用α表示。④导通角

整流晶闸管在交流电源一个工作周期中处于通态的时间所对应的电角度，用θ表示。⑤移相范围

改变控制角α，便可以改变输出电压ud的大小，能使输出电压平均值从最大值降到最小值的

控制角α的变化范围称为移相范围。⑥同步

要使整流输出电压稳定，则要求每个周期中控制角α都相同，所以要求触发脉冲信号与电源电压在频率和相位上要协调配合，这种相互协调配合的关系称为同步。22单相半波可控整流电路电阻性负载①改变控制角α的大小，直流输出电压ud的波形发生变化，负载上输出电压平均值Ud发生变化；1.2单相可控整流电路●工作原理②α=180º时，Ud=0。所以单相半波可控整流器电阻性负载时的移相范围是0º~180º：③闸管的导通角θ＝180º-α。由波形图可以得出：23图1.9(b)工作波形单相半波可控整流电路电阻性负载①直流输出电压平均值Ud与输出电流平均值Id1.2单相可控整流电路●数量关系(1-15)(1-16)②输出电压有效值U与输出电流有效值I(1-17)(1-18)③晶闸管电流有效值IT和晶闸管承受的最大正、反向电压UTM(1-19)(1-20)24单相半波可控整流电路阻感性负载

带阻感性负载的单相半波可控整流电路如图1.10(a)所示。1.2单相可控整流电路●电路结构

工作波形如图1.10(b)所示。●工作原理①

0~ωt1期间：晶闸管承受正向电压，此时没有触发信号，晶闸管处于正向阻断状态，输出电压和电流都等于零。②

ωt1时刻，门极加触发信号，晶闸管触发导通，电源电压u2加到负载两端。由于电感的存在，负载电流id从零按指数规律逐渐上升。③

ωt1~ωt2期间：输出电流id从零增至最大值。在id的增长过程中，电感产生的感应电动势限制电流增大，电源提供的能量一部分供给负载电阻，一部分为电感的储能。④

ωt2~ωt3期间：负载电流从最大值开始下降，电感电压改变方向，电感释放能量，阻止电流变化。在π时刻，交流电压u2过零变负，由于感应电压的存在，晶闸管两端电压uAK仍大于零，晶闸管继续导通，此时电感储存的能量一部分释放变成电阻的热能，另一部分能量变成电能送回电网，在ωt3时刻，电感的储能全部释放完后，id＝0，晶闸管在u2反压作用下而截止。25图1.10单相半波可控整流电路电阻性负载

(a)电路图(b)工作波形单相半波可控整流电路大电感负载加续流二极管

大电感负载加绪论二极管的单相半波可控整流电路如图1.11(a)所示。1.2单相可控整流电路●电路结构

工作波形如图1.11(b)所示。●工作原理①

电源电压正半波，晶闸管承受正向电压，在ωt1时刻触发晶闸管，使其导通，形成负载电流id，负载上有输出电压和电流，此间续流二极管VD承受反向电压不导通。②

电源电压变负时，由于电流减少，负载上电感L产生的自感电势使续流二极管VD承受正向电压而导通，形成续流回路。此时，电源电压u2通过续流二极管VD使晶闸管承受反向电压而关断，负载两端的输出电压为续流二极管的管压降，接近于零，因此不出现负电压。如果电感足够大，续流二极管一直导通到下一周期晶闸管导通，使id连续，且id波形近似为一条直线。26图1.11单相半波可控整流电路大电感负载加续流二极管

(a)电路图(b)工作波形单相半波可控整流电路大电阻感负载加续流二极管

综上所述，电感性负载加续流二极管后1.2单相可控整流电路●工作原理①

移相范围和输出电压波形与电阻性负载相同；②

在电源电压正半波时，负载电流的通路由晶闸管提供，交流电源向负载提供能量，电感L储存能量；在电源电压负半波时，负载电流的通路由续流二极管提供，电感L释放能量。由于电感的作用，负载电流波形比电阻性负载时平稳的多，在负载电感足够大的情况下，负载电流波形连续且近似为一条直线，其值为Id。流过晶闸管的电流波形和流过续流二极管的电流波形均是矩形波；③

晶闸管的导通角θT为180°–α，续流管的导通角θD为180°+α。●数量关系①

输出电压平均值Ud与输出电流平均值Id(1-21)(1-22)②

晶闸管的电流平均值IdT与有效值IT(1-23)(1-24)③

续流二极管的电流平均值IdD与有效值ID(1-25)(1-26)④

晶闸管和续流二极管承受的最大正反向电压均为：(1-27)27电阻性负载单相桥式全控整流电路带电阻性负载的电路如图1.12(a)所示。四只晶闸管组成整流桥，其中，VT1、VT4组成一对桥臂，VT2、VT3组成另一对桥臂，VT1和VT3两只晶闸管为共阴极接法，VT2和VT4两只晶闸管为共阳极接法，变压器二次侧电压u2接在a、b两点之间。1.2单相可控整流电路●电路结构

u2正半波期间，a端电位高于b端电位，VT1和VT4同时承受正向电压，VT2和VT3同时承受反向电压；u2负半波期间的情况正好相反。单相桥式全控整流电路28图1.12单相桥式全控整流电路电阻性负载(a)电路图电阻性负载1.2单相可控整流电路●工作原理①

0~ωt1期间，VT1和VT4门极没有触发脉冲处于正向阻断状态。电路中没有晶闸管导通，整流输出电压ud=0。VT1和VT4共同承受正向电压u2，各分担u2/2，VT2和VT3承受反向电压−u2，各分担

−u2/2。②

ωt1~π期间，VT1和VT4同时被触发导通，电流从电源a端经过VT1、R、VT4流回b端，整流输出电压ud=u2，负载电流id=u2/R。VT2和VT3分别承受反向电压−u2。π时刻，u2=0，id=0，VT1和VT4自然关断。③

π~ωt2期间，VT2和VT3门极没有触发脉冲处于正向阻断状态。电路中没有晶闸管导通，输出电压ud=0。VT2和VT3共同承受正向电压−u2，各分担−u2/2，VT1和VT4承受反向电压u2，各分担u2/2。④

ωt2~2π期间，VT2和VT3同时被触发导通，电流从电源b端经过VT3、R、VT2流回a端，整流输出电压ud=−u2，负载电流id=−u2/R。VT1和VT4分别承受反向电压

u2。2π时刻，u2=0，id=0，VT2和VT3自然关断。单相桥式全控整流电路29图1.12(b)工作波形单相桥式全控整流电路电阻性负载1.2单相可控整流电路①直流输出电压平均值Ud与输出电流平均值Id●数量关系(1-28)(1-29)②输出电压有效值U、输出电流有效值I和变压器二次侧电流I2(1-30)(1-31)③

晶闸管的电流平均值IdT与有效值IT(1-32)(1-33)④

晶闸管承受的最大正反向电压UTM(1-34)30单相桥式全控整流电路阻感性负载1.2单相可控整流电路●电路结构●工作原理①0~ωt1期间，晶闸管VT1、VT4承受正压，但无触发脉冲，处于关断状态。假设电路已工作在稳定状态，这期间由于电感释放能量，晶闸管VT2、VT3维持导通。②

ωt1~π期间，晶闸管VT1、VT4被触发其导通，电流从电源a端经过VT1、L、R、VT4流回b端，整流输出电压ud=u2。电源电压反向加到晶闸管VT2、VT3上，使其承受反压而处于关断状态。③

π~π+ωt1期间，电源电压u2自然过零，感应电动势使晶闸管VT1、VT4继续导通。在电压负半波，晶闸管VT2、VT3承受正压，因无触发脉冲，VT2、VT3处于关断状态。④

π+ωt1

~2π期间，晶闸管VT2、VT3被触发其导通，电流从电源b端经过VT3、L、R、VT2流回b端，整流输出电压ud=−u2。此时VT1、VT4承受反向电压而变为关断状态。晶闸管VT2、VT3一直要导通到下一电源周期晶闸管VT1、VT4被再次触发导通为止。从波形可以看出，α=90º时，输出电压ud的波形正负面积相等，平均值Ud为零，所以移相范围是0º~90º。31图1.12单相桥式全控整流电路阻感性负载(a)电路图(b)工作波形单相桥式全控整流电路阻感性负载1.2单相可控整流电路●数量关系①

输出电压平均值Ud与输出电流平均值Id(1-36)(1-37)②

变压器二次侧电流I2(1-38)③

晶闸管的电流平均值IdT与有效值IT(1-39)(1-40)④

晶闸管承受的最大正反向电压UTM(1-41)32单相桥式全控整流电路大电感性负载加续流二极管1.2单相可控整流电路●电路结构和工作原理为扩大移相范围，增大输出电压，可以在负载两端反并联续流二极管。电路结构和工作波形如图1.14所示。接上续流二极管VD后，当电源电压降到零时，负载电流经续流二极管VD流通，使原导通的晶闸管电流等于零而关断。忽略续流二极管管压降，直流输出电压ud=0。一个电源周期中，晶闸管的导通角θT为π−α，续流管的导通角θD为2α。33图1.14单相桥式全控整流电路大电感负载加续流二极管(a)电路图(b)工作波形单相桥式全控整流电路大电感性负载加续流二极管1.2单相可控整流电路●数量关系由于输出电压波形与电阻性负载相同，所以Ud、Id的计算公式与电阻性负载相同。①

晶闸管的电流平均值IdT与有效值IT(1-42)(1-43)②

续流二极管的电流平均值IdD与有效值

ID(1-44)(1-45)③

晶闸管与续流管承受的最大电压(1-46)34单相桥式全控整流电路反电动势负载1.2单相可控整流电路●电阻性反电势负载当整流电路带蓄电池、直流电动机电枢等工作时，则相当于反电势负载。电路结构和工作波形如图1.15所示。只有当电源电压的瞬时值u2大于反电势E时，晶闸管才能够承受正向电压被触发导通，当晶闸管导通时，负载电流id=(ud–E)/R。当整流电压的瞬时值u2小于反电势E时，晶闸管承受反压而关断，这使得晶闸管导通角减小。晶闸管关断时，输出电压ud=E。与电阻负载相比晶闸管提前了电角度δ停止导电，δ称作停止导电角，计算式：(1-47)●阻感性反电势负载若负载为直流电动机时，此时负载性质为反电动势阻感性负载，电感不足够大，输出电流波形断续。在负载回路串接平波电抗器可以减小电流脉动，如果电感足够大，电流就能连续，在这种条件下其工作情况与大电感负载相同。35图1.15单相桥式全控整流电路反电动势负载(a)电路图(b)工作波形单相桥式半控整流电路阻感性负载1.2单相可控整流电路●电路结构和工作原理如图1.16(a)所示，单相桥式半控整流电路带大电感负载时，必须接续流二极管，否则将会出现失控，使电路无法正常工作。负载电感L足够大，则可以认为负载电流连续，电流波形近似为一条直线。①

ωt1时刻，晶闸管VT1被触发导通，VT2承受反向电压而关断，电流沿a→VT1→L→R→VD1→b→TR的二次绕组→a的路径流通，此时负载上电压ud=u2。②

u2过零变负时，因电感L上的感应电动势作用使续流二极管VD导通，晶闸管VT1承受反向电压而关断，电感L释放能量使电流沿L→R→VD→L路径流通，形成续流通路。此阶段，忽略续流二极管管压降，则整流输出电压ud=0。③

ωt2时刻，晶闸管VT2被触发导通，VT1承受反向电压而关断，电流沿b→VT2→L→R→VD2→a→Tr的二次绕组→b的路径流通，此时负载上电压ud=−u2。④

u2过零变正时，续流二极管VD的导通形成续流通路，输出电压ud=0。该电路控制角α的移相范围为0

~180°，晶闸管导通角θT=180°−α。36图1.16单相桥式半控整流电路阻感性负载(a)电路图(b)工作波形单相桥式半控整流电路阻感性负载1.2单相可控整流电路●失控现象单相桥式半控整流电路不接续流二极管带大电感性负载时的电路和失控时电压、电流波形如图1.17所示。电路在实际运行中，当突然把控制角α增大到180º或突然切断触发电路时，会发生导通的晶闸管一直导通而两个二极管轮流导通的失控现象。例如在u2的正半波当VT1触发导通后，如欲停止工作而停发触发脉冲，此后VT2无触发脉冲而处于关断状态，u2过零变负时，因电感L的作用，使电流通过VT1、VD2形成续流。L中的能量如在整个负半周都没有释放完，就使VT1在整个负半周都保持导通。当u2过零变正时VT1承受正压继续导通，同时VD2关断，VD1导通。因此即使不加触发脉冲，负载上仍保留了正弦半波的输出电压，此时触发脉冲对输出电压失去了控制作用，称为失控。这在实际中是不允许的。因此，单相桥式半控整流电路带大电感性负载时还需要加续流二极管VD，以避免可能发生的失控现象。37图1.17单相桥式半控整流电路电感性负载失控现象分析

(a)失控时id的流通路径(b)失控时的ud波形单相桥式半控整流电路单相桥式半控整流电路的另一种接法1.2单相可控整流电路电路如图1.18(a)所示，二极管VD3和VD4可取代续流二极管，续流由VD3和VD4实现。因此即使不接续流二极管，电路也不会出现失控现象。但两只晶闸管阴极电位不同，VT1和VT2触发电路要隔离。这种电路的电流和电压波形如图1.18(b)所示。38图1.18另一种接法的单相桥式半控整流电路(a)电路图(b)工作波形1.3触发电路触发电路的作用是产生触发信号来控制晶闸管的导通。由晶闸管的导通性能可知，触发信号可以是交流、直流和脉冲形式，常见触发信号的电压波形如图1.19所示。晶闸管的触发脉冲应满足下列基本要求：●触发脉冲应有一定的功率；●触发脉冲电压的前沿要陡，且要有足够的宽度；●触发脉冲与主电路电源必须同步；●触发脉冲的移相范围应满足主电路移相范围的要求。39图1.19常见触发信号的波形(a)正弦波(b)尖脉冲(c)方脉冲(d)强触发脉冲(e)脉冲列单结晶体管单结晶体管的结构1.3触发电路单结晶体管的结构及其图形符号如图1.20