整流在材料加工設(shè)備中的應(yīng)用

1、西安石油大學(xué)目錄第一章 晶閘管2第二章 單相可控整流電路22.1 單相橋式半波整流電路22.2 單相橋式全控整流電路42.3 單相全波可控整流電路42.4 單相橋式半控整流電路5第三章 三相可控整流電路63.1 三相半波可控整流電路63.2 三相橋式全控整流電路7第四章 整流器工作原理94.1 橋式整流器原理電路94.2 對(duì)整流電路的意義有一下總結(jié)10參考文獻(xiàn)12第一章 晶閘管閘管在自動(dòng)控制控制，機(jī)電領(lǐng)域，工業(yè)電氣及家電等方面都有廣泛的應(yīng)用。晶閘管是一種有源開(kāi)關(guān)元件，平時(shí)它保持在非道通狀態(tài)，直到由一個(gè)較少的控制信號(hào)對(duì)其觸發(fā)或稱(chēng)“點(diǎn)火”使其道通，一旦被點(diǎn)火就算撤離觸發(fā)信號(hào)它也保持道通狀態(tài)，要使其

2、截止可在其陽(yáng)極與陰極間加上反向電壓或?qū)⒘鬟^(guò)晶閘管的電流減少到某一個(gè)值以下。晶閘管的工作原理分析：晶閘管可用兩個(gè)不同極性（p-n-p和n-p-n）晶體管來(lái)模擬，如圖g1所示。當(dāng)晶閘管的柵極懸空時(shí)，bg1和bg2都處于截止?fàn)顟B(tài)，此時(shí)電路基本上沒(méi)有電流流過(guò)負(fù)載電阻rl，當(dāng)柵極輸入一個(gè)正脈沖電壓時(shí)bg2道通，使bg1的基極電位下降，bg1因此開(kāi)始道通，bg1的道通使得bg2的基極電位進(jìn)一步升高，bg1的基極電位進(jìn)一步下降，經(jīng)過(guò)這一個(gè)正反饋過(guò)程使bg1和bg2進(jìn)入飽和道通狀態(tài)。電路很快從截止?fàn)顟B(tài)進(jìn)入道通狀態(tài)，這時(shí)柵極就算沒(méi)有觸發(fā)脈沖電路由于正反饋的作用將保持道通狀態(tài)不變。如果此時(shí)在陽(yáng)極和陰極加上反向電壓

3、，由于bg1和bg2均處于反向偏置狀態(tài)所以電路很快截止，另外如果加大負(fù)載電阻rl的阻值使電路電流減少bg1和bg2的基電流也將減少，當(dāng)減少到某一個(gè)值時(shí)由于電路的正反饋?zhàn)饔茫娐穼⒑芸鞆牡劳顟B(tài)翻轉(zhuǎn)為截止?fàn)顟B(tài)，我們稱(chēng)這個(gè)電流為維持電流。在實(shí)際應(yīng)用中，我們可通過(guò)一個(gè)開(kāi)關(guān)來(lái)短路晶閘管的陽(yáng)極和陰極從而達(dá)到晶閘管的關(guān)斷。晶閘管應(yīng)用舉例：晶閘管在實(shí)際應(yīng)用中電路花樣最多的是其柵極觸發(fā)回路，概括起來(lái)有直流觸發(fā)電路，交流觸發(fā)電路，相位觸發(fā)電路等等。晶第二章 單相可控整流電路2.1 單相橋式半波整流電路a、帶電阻負(fù)載的工作情況single phase half wave controlled rectifier.

4、變壓器t起變換電壓和隔離的作用。 電阻負(fù)載的特點(diǎn)：電壓與電流成正比，兩者波形相同結(jié)合圖2-1進(jìn)行工作原理及波形分析。幾個(gè)概念的解釋?zhuān)簎d為脈動(dòng)直流，波形只在u2正半周內(nèi)出現(xiàn)，故稱(chēng)“半波”整流。采用了可控器件晶閘管，且交流輸入為單相，故該電路為單相半波可控整流電路。ud波形在一個(gè)電源周期中只脈動(dòng)1次，故該電路為單脈波整流電路。 幾個(gè)重要的基本概念：圖2-1 單形觸發(fā)延遲角：從晶閘管開(kāi)始承受正向陽(yáng)極電壓起到施加觸發(fā)脈沖止的電角度，用a表示，也稱(chēng)觸發(fā)角或控制角。導(dǎo)通角：晶閘管在一個(gè)電源周期中處于通態(tài)的電角度稱(chēng)為，用表示。 基本數(shù)量關(guān)系。直流輸出電壓平均值為：（2-1） vt的a 移相范圍為180。這

5、種通過(guò)控制觸發(fā)脈沖的相位來(lái)控制直流輸出電壓大小的方式稱(chēng)為相位控制方式，簡(jiǎn)稱(chēng)相控方式。直流回路的平均電流為： （2-2）回路中的電流有效值為： （2-3）由式2. 2、式2. 3可得流過(guò)晶閘管的電流波形系數(shù)： （2-4）電源供給的有功功率為： （2-5）其中u為r上的電壓有效值：電源側(cè)的輸入功率為：功率因素為： （2-6）當(dāng)=0時(shí)，越大，cos越低，=?？梢?jiàn)，盡管是電阻負(fù)載，電源的功率因素也不為1。這是單相半波電路的缺陷。2.2 單相橋式全控整流電路單相整流電路中應(yīng)用較多的a 帶電阻負(fù)載的工作情況工作原理及波形分析：vt1和vt4組成一對(duì)橋臂，在u2正半周承受電壓u2，得到觸發(fā)脈沖即導(dǎo)通，當(dāng)u2

6、過(guò)零時(shí)關(guān)斷；vt2和vt3組成另一對(duì)橋臂，在u2正半周承受電壓-u2，得到觸發(fā)脈沖即導(dǎo)通，當(dāng)u2過(guò)零時(shí)關(guān)斷。 數(shù)量關(guān)系：（2-7）a 角的移相范圍為180。2.3 單相全波可控整流電路 單相全波與單相全控橋從直流輸出端或從交流輸入端看均是基本一致的。 兩者的區(qū)別：（1）單相全波中變壓器結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，繞組及鐵芯對(duì)銅、鐵等材料的消耗多；（2）單相全波只用2個(gè)晶閘管，比單相全控橋少2個(gè)，相應(yīng)地，門(mén)極驅(qū)動(dòng)電路也少2個(gè)；但是晶閘管承受的最大電壓為 ，是單相全控橋的2倍；（3）單相全波導(dǎo)電回路只含1個(gè)晶閘管，比單相橋少1個(gè)，因而管壓降也少1個(gè)從上述（2）、（3）考慮，單相全波電路有利于在低輸出電壓的場(chǎng)合應(yīng)用

7、。2.4 單相橋式半控整流電路單相全控橋中，每個(gè)導(dǎo)電回路中有2個(gè)晶閘管，為了對(duì)每個(gè)導(dǎo)電回路進(jìn)行控制，只需1個(gè)晶閘管就可以了，另1個(gè)晶閘管可以用二極管代替，從而簡(jiǎn)化整個(gè)電路。如此即成為單相橋式半控整流電路（先不考慮vdr）。 半控電路與全控電路在電阻負(fù)載時(shí)的工作情況相同，單相半控橋帶阻感負(fù)載的情況，假設(shè)負(fù)載中電感很大，且電路已工作于穩(wěn)態(tài)。在u2正半周，觸發(fā)角a處給晶閘管vt1加觸發(fā)脈沖，u2經(jīng)vt1和vd4向負(fù)載供電u2過(guò)零變負(fù)時(shí)，因電感作用使電流連續(xù)，vt1繼續(xù)導(dǎo)通。但因a點(diǎn)電位低于b點(diǎn)電位，使得電流從vd4轉(zhuǎn)移至vd2，vd4關(guān)斷，電流不再流經(jīng)變壓器二次繞組，而是由vt1和vd2續(xù)流在u2負(fù)

8、半周觸發(fā)角a時(shí)刻觸發(fā)vt3，vt3導(dǎo)通，則向vt1加反壓使之關(guān)斷，u2經(jīng)vt3和vd2向負(fù)載供電。u2過(guò)零變正時(shí)，vd4導(dǎo)通，vd2關(guān)斷。vt3和vd4續(xù)流，ud又為零續(xù)流二極管的作用。若無(wú)續(xù)流二極管，則當(dāng)a突然增大至180或觸發(fā)脈沖丟失時(shí)，會(huì)發(fā)生一個(gè)晶閘管持續(xù)導(dǎo)通而兩個(gè)二極管輪流導(dǎo)通的情況，這使ud成為正弦半波，即半周期ud為正弦，另外半周期ud為零，其平均值保持恒定，稱(chēng)為失控。有續(xù)流二極管vdr時(shí)，續(xù)流過(guò)程由vdr完成，晶閘管關(guān)斷，避免了某一個(gè)晶閘管持續(xù)導(dǎo)通從而導(dǎo)致失控的現(xiàn)象。同時(shí)，續(xù)流期間導(dǎo)電回路中只有一個(gè)管壓降，有利于降低損耗單相橋式半控整流電路的另一種接法相當(dāng)于把圖2-4a中的vt3

9、和vt4換為二極管vd3和vd4，這樣可以省去續(xù)流二極管vdr，續(xù)流由vd3和vd4來(lái)實(shí)現(xiàn)。第三章 三相可控整流電路 3.1 三相半波可控整流電路a 電阻負(fù)載 電路的特點(diǎn)：變壓器二次側(cè)接成星形得到零線(xiàn)，而一次側(cè)接成三角形避免3次諧波流入電網(wǎng)三個(gè)晶閘管分別接a、b、c三相電源，其陰極連接在一起共陰極接a =0時(shí)的工作原理分析假設(shè)將電路中的晶閘管換作二極管，成為三相半波不可控整流電路。此時(shí)，相電壓最大的一個(gè)所對(duì)應(yīng)的二極管導(dǎo)通，并使另兩相的二極管承受反壓關(guān)斷，輸出整流電壓即為該相的相電壓一周期中，在t1wt2期間，vd1導(dǎo)通，ud=ua在wt2wt3期間， vd2導(dǎo)通，ud=ub在wt3 wt4期間

10、，vd3導(dǎo)通，ud=uc二極管換相時(shí)刻為自然換相點(diǎn)，是各相晶閘管能觸發(fā)導(dǎo)通的最早時(shí)刻，將其作為計(jì)算各晶閘管觸發(fā)角a的起點(diǎn)，即a =0變壓器二次側(cè)a相繞組和晶閘管vt1的電流波形，變壓器二次繞組電流有直流分量晶閘管的電壓波形，由3段組成：第1段，vt1導(dǎo)通期間，為一管壓降，可近似為ut1=0第2段，在vt1關(guān)斷后，vt2導(dǎo)通期間，ut1=ua-ub=uab，為一段線(xiàn)電壓第3段，在vt3導(dǎo)通期間，ut1=ua-uc=uac為另一段線(xiàn)電壓增大a值，將脈沖后移，整流電路的工作情況相應(yīng)地發(fā)生變化 a=30時(shí)的波形負(fù)載電流處于連續(xù)和斷續(xù)之間的臨界狀態(tài) a30的情況。特點(diǎn)：負(fù)載電流斷續(xù)，晶閘管導(dǎo)通角小于12

11、0電阻負(fù)載時(shí)a角的移相范圍為150整流電壓平均值的計(jì)算（1）a30時(shí)，負(fù)載電流連續(xù)當(dāng)a=0時(shí)，ud最大，為 。（2）a30時(shí)，負(fù)載電流斷續(xù)， 晶閘管導(dǎo)通角減小，此時(shí)有：負(fù)載電流平均值為：晶閘管承受的最大反向電壓，不難看出為變壓器二次線(xiàn)電壓峰值，即： 由于晶閘管陰極與零點(diǎn)間的電壓即為整流輸出電壓ud，其最小值為零，而晶閘管陽(yáng)極與零點(diǎn)間的最高電壓等于變壓器二次相電壓的峰值，因此晶閘管陽(yáng)極與陰極間的最大電壓等于變壓器二次相電壓的峰值，即b 阻感負(fù)載特點(diǎn)：阻感負(fù)載，l值很大，id波形基本平直： a30時(shí)：整流電壓波形與電阻負(fù)載時(shí)相同； a 30時(shí)，u2過(guò)零時(shí)，vt1不關(guān)斷，直到vt2的脈沖到來(lái)，才換流

12、，由vt2導(dǎo)通向負(fù)載供電，同時(shí)向vt1施加反壓使其關(guān)斷ud波形中出現(xiàn)負(fù)的部分阻感負(fù)載時(shí)的移相范圍為90。 數(shù)量關(guān)系：ud/u2與a成余弦關(guān)系。如果負(fù)載中的電感量不是很大，則當(dāng)a30后，ud中負(fù)的部分減少， ud略為增加，ud/u2與a的關(guān)系將介于曲線(xiàn)1和2之間。變壓器二次電流即晶閘管電流的有效值為晶閘管的額定電流為晶閘管最大正反向電壓峰值均為變壓器二次線(xiàn)電壓峰值id波形有一定的脈動(dòng)，但為簡(jiǎn)化分析及定量計(jì)算，可將id近似為一條水平線(xiàn)。 三相半波的主要缺點(diǎn)在于其變壓器二次電流中含有直流分量，為此其應(yīng)用較少。3.2 三相橋式全控整流電路應(yīng)用最為廣泛，共陰極組陰極連接在一起的3個(gè)晶閘管（vt1，vt3

13、，vt5）共陽(yáng)極組陽(yáng)極連接在一起的3個(gè)晶閘管（vt4，vt6，vt2）圖2-1 三相橋式全控整流電路原理圖編號(hào)：1、3、5，4、6、2a 帶電阻負(fù)載時(shí)的工作情況 a =0時(shí)的情況假設(shè)將電路中的晶閘管換作二極管進(jìn)行分析對(duì)于共陰極阻的3個(gè)晶閘管，陽(yáng)極所接交流電壓值最大的一個(gè)導(dǎo)通對(duì)于共陽(yáng)極組的3個(gè)晶閘管，陰極所接交流電壓值最低（或者說(shuō)負(fù)得最多）的導(dǎo)通任意時(shí)刻共陽(yáng)極組和共陰極組中各有1個(gè)晶閘管處于導(dǎo)通狀態(tài)從相電壓波形看，共陰極組晶閘管導(dǎo)通時(shí)，ud1為相電壓的正包絡(luò)線(xiàn)，共陽(yáng)極組導(dǎo)通時(shí)，ud2為相電壓的負(fù)包絡(luò)線(xiàn)，ud=ud1 - ud2是兩者的差值，為線(xiàn)電壓在正半周的包絡(luò)線(xiàn)直接從線(xiàn)電壓波形看， ud為線(xiàn)電

14、壓中最大的一個(gè)，因此ud波形為線(xiàn)電壓的包絡(luò)線(xiàn)。 三相橋式全控整流電路的特點(diǎn)：（1）2管同時(shí)通形成供電回路，其中共陰極組和共陽(yáng)極組各1，且不能為同1相器件。（2）對(duì)觸發(fā)脈沖的要求：按vt1-vt2-vt3-vt4-vt5-vt6的順序，相位依次差60。共陰極組vt1、vt3、vt5的脈沖依次差120，共陽(yáng)極組vt4、vt6、vt2也依次差120同一相的上下兩個(gè)橋臂，即vt1與vt4，vt3與vt6，vt5與vt2，脈沖相差180。（3）ud一周期脈動(dòng)6次，每次脈動(dòng)的波形都一樣，故該電路為6脈波整流電路。 （4）需保證同時(shí)導(dǎo)通的2個(gè)晶閘管均有脈沖可采用兩種方法：一種是寬脈沖觸發(fā)另一種方法是雙脈沖觸

15、發(fā)（常用）。（5）晶閘管承受的電壓波形與三相半波時(shí)相同，晶閘管承受最大正、反向電壓的關(guān)系也相同 a=30時(shí)的工作情況從wt1開(kāi)始把一周期等分為6段，ud波形仍由6段線(xiàn)電壓構(gòu)成，每一段導(dǎo)通晶閘管的編號(hào)等仍符合表2-1的規(guī)律區(qū)別在于：晶閘管起始導(dǎo)通時(shí)刻推遲了30，組成ud的每一段線(xiàn)電壓因此推遲30變壓器二次側(cè)電流ia波形的特點(diǎn)：在vt1處于通態(tài)的120期間，ia為正，ia波形的形狀與同時(shí)段的ud波形相同，在vt4處于通態(tài)的120期間，ia波形的形狀也與同時(shí)段的ud波形相同，但為負(fù)值。a=60時(shí)工作情況ud波形中每段線(xiàn)電壓的波形繼續(xù)后移，ud平均值繼續(xù)降低。a=60時(shí)ud出現(xiàn)為零的點(diǎn)。第四章 整流器

16、工作原理4.1 橋式整流器原理電路 橋式整流電路是使用最多的一種整流電路。這種電路，只要增加兩只二極管口連接成橋式結(jié)構(gòu)，便具有全波整流電路的優(yōu)點(diǎn)，而同時(shí)在一定程度上克服它的缺點(diǎn)。 橋式整流電路的工作原理如下：e2為正半周時(shí)，對(duì)d1、d3和方向電壓，dl，d3導(dǎo)通；對(duì)d2、d4加反向電壓，d2、d4截止。電路中構(gòu)成e2、dl、rfz、d3通電回路，在rfz，上形成上正下負(fù)的半波整洗電壓，e2為負(fù)半周時(shí)，對(duì)d2、d4加正向電壓，d2、d4導(dǎo)通；對(duì)d1、d3加反向電壓，d1、d3截止。電路中構(gòu)成e2、d2rfz、d4通電回路，同樣在rfz上形成上正下負(fù)的另外半波的整流電壓。以上兩種工作狀態(tài)分別如圖4

17、-1（a）和（b）所示。圖4-1橋式整流電路的工作原理示意圖如此重復(fù)下去，結(jié)果在rfz，上便得到全波整流電壓。其波形圖和全波整流波形圖是一樣的。從圖4-1中還不難看出，橋式電路中每只二極管承受的反向電壓等于變壓器次級(jí)電壓的最大值，比全波整流電路小一半。橋式整流電路的整流效率和直流輸出與全波整流電路相同，變壓器的利用率最高?，F(xiàn)在常用的全橋整流，不用單獨(dú)的四只二極管而用一只全橋，其中包括四只二極管，但是要標(biāo)清符號(hào)，有交流符號(hào)的兩端接變壓器輸出，+、-兩端接入整流電路。 需要特別指出的是，二極管作為整流元件，要根據(jù)不同的整流方式和負(fù)載大小加以選擇。如選擇不當(dāng)，則或者不能安全工作，甚至燒了管子；或者大

18、材小用，造成浪費(fèi)。另外，在高電壓或大電流的情況下，如果手頭沒(méi)有承受高電壓或整定大電濾的整流元件，可以把二極管串聯(lián)或并聯(lián)起來(lái)使用。 兩只二極管并聯(lián)、每只分擔(dān)電路總電流的一半口三只二極管并聯(lián)，每只分擔(dān)電路總電流的三分之一?？傊袔字欢O管并聯(lián)，流經(jīng)每只二極管的電流就等于總電流的幾分之一。但是，在實(shí)際并聯(lián)運(yùn)用時(shí)，由于各二極管特性不完全一致，不能均分所通過(guò)的電流，會(huì)使有的管子困負(fù)擔(dān)過(guò)重而燒毀。因此需在每只二極管上串聯(lián)一只阻值相同的小電阻器，使各并聯(lián)二極管流過(guò)的電流接近一致。這種均流電阻r一般選用零點(diǎn)幾歐至幾十歐的電阻器。電流越大，r應(yīng)選得越小。在二極管串聯(lián)的情況。顯然在理想條件下，有幾只管子串聯(lián)，每

19、只管子承受的反向電壓就應(yīng)等于總電壓的幾分之一。但因?yàn)槊恐欢O管的反向電阻不盡相同，會(huì)造成電壓分配不均：內(nèi)阻大的二極管，有可能由于電壓過(guò)高而被擊穿，并由此引起連鎖反應(yīng)，逐個(gè)把二極管擊穿。在二極管上并聯(lián)的電阻r，可以使電壓分配均勻。均壓電阻要取阻值比二極管反向電阻值小的電阻器，各個(gè)電阻器的阻值要相等。4.2 對(duì)整流電路的意義有一下總結(jié)1、電源電路中的整流電路主要有半波整流電路、全波整流電路和橋式整流三種，倍壓整流電路用于其它交流信號(hào)的整流，例如用于發(fā)光二極管電平指示器電路中，對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行整流。 2、前三種整流電路輸出的單向脈動(dòng)性直流電特性有所不同，半波整流電路輸出的電壓只有半周，所以這種單向脈動(dòng)

20、性直流電主要成分仍然是50hz的，因?yàn)檩斎虢涣魇须姷念l率是50hz，半波整流電路去掉了交流電的半周，沒(méi)有改變單向脈動(dòng)性直流電中交流成分的頻率；全波和橋式整流電路相同，用到了輸入交流電壓的正、負(fù)半周，使頻率擴(kuò)大在倍為100hz，所以這種單向脈動(dòng)性直流電的交流成分主要成分是100hz的，這是因?yàn)檎麟娐穼⑤斎虢涣麟妷旱囊粋€(gè)半周轉(zhuǎn)換了極性，使輸出的直流脈動(dòng)性電壓的頻率比輸入交流電壓提高了一倍，這一頻率的提高有利于濾波電路的濾波。 3、在電源電路的三種整流電路中，只有全波整流電路要求電源變壓器的次級(jí)線(xiàn)圈設(shè)有中心抽頭，其他兩種電路對(duì)電源變壓器沒(méi)有抽頭要求。另外，半波整流電路中只用一只二極管，全波整流電路中要用兩只二極管，而橋式整流電路中則要用四只二極管。根據(jù)上述兩個(gè)特點(diǎn)，可以方便地分辨出三種整流電路的類(lèi)型，但要注意以電源變壓器有無(wú)抽頭來(lái)分辨三種整流電路比較