單相可控整流電路

關(guān)于單相可控整流電路第一頁，共二十六頁，2022年，8月28日11、電阻性負(fù)載單相半波可控整流電路及波形變壓器T變換電壓隔離交流輸入為單相，直流輸出電壓波形只在交流輸入的正半周內(nèi)出現(xiàn)，故稱為單相半波可控整流電路。特點(diǎn)：電壓與電流成正比，兩者波形相同§2.1單相半波可控整流電路wwwwtTVTR0a)u1u2uVTudidwt1p2ptttu2uguduVTaq0b)c)d)e)00（SinglePhaseHalfWaveControlledRectifier)第二頁，共二十六頁，2022年，8月28日2兩個重要的基本概念觸發(fā)延遲角

從晶閘管開始承受正向陽極電壓起到施加觸發(fā)脈沖止的電角度,用α表示,也稱觸發(fā)角或控制角。導(dǎo)通角

晶閘管在一個電源周期中處于通態(tài)的電角度稱為，用θ表示。直流輸出電壓平均值為

輸出電壓、晶閘管承受電壓隨觸發(fā)角的變化而變化，a移相范圍為180

這種通過控制觸發(fā)脈沖的相位來控制直流輸出電壓大小的方式稱為相位控制方式（相控方式）第三頁，共二十六頁，2022年，8月28日3帶阻感負(fù)載單相半波可控整流電路及波形2、阻感負(fù)載阻感負(fù)載的特點(diǎn)電感對電流變化有抗拒作用，使得流過電感的電流不發(fā)生突變。電力電子電路中存在非線性的電力電子器件，決定了電力電子電路是非線性電路。若將器件看作理想開關(guān)，則可將電力電子電路簡化為分段線性電路，分段進(jìn)行分析計(jì)算。wttwwtwtwu20wt1p2ptug0ud0id0uVT0qab)c)d)e)f)++第四頁，共二十六頁，2022年，8月28日4VTRLu2VTRLu2單相半波可控整流電路的分段線性等效電路a)VT處于關(guān)斷狀態(tài)

b)VT處于導(dǎo)通狀態(tài)初始條件：ωt=

a

，id=0。求解式（2-2）并將初始條件代入可得其中

，（2-2）當(dāng)VT處于通態(tài)時，如下方程成立：當(dāng)ωt=θ+a時，id=0，代入式（2-3）并整理得（2-3）（2-4）由此公式計(jì)算出導(dǎo)通角。第五頁，共二十六頁，2022年，8月28日5負(fù)載阻抗角φ、觸發(fā)角a、晶閘管導(dǎo)通角θ的關(guān)系若φ為定值，a越大，在u2正半周L儲能越少，維持導(dǎo)電的能力就越弱，θ越小若a為定值，φ越大，則L貯能越多，θ越大；且φ越大，在u2負(fù)半周L維持晶閘管導(dǎo)通的時間就越接近晶閘管在u2正半周導(dǎo)通的時間，ud中負(fù)的部分越接近正的部分，平均值Ud越接近零，輸出的直流電流平均值也越小。由于電感的存在導(dǎo)致輸出直流電壓減小。第六頁，共二十六頁，2022年，8月28日6單相半波帶阻感負(fù)載有續(xù)流二極管的電路及波形u2udiduVTiVTIdIdwt1wtwtwtwtwtwtOOOOOOp-ap+ab)c)d)e)f)g)iVDRa)

為避免Ud太小，在整流電路的負(fù)載兩端并聯(lián)續(xù)流二極管當(dāng)u2過零變負(fù)時，VDR導(dǎo)通，ud為零。此時為負(fù)的u2通過VDR向VT施加反壓使其關(guān)斷，L儲存的能量保證了電流id在L-R-VDR回路中流通，此過程通常稱為續(xù)流。續(xù)流期間ud為零，ud中不再出現(xiàn)負(fù)的部分。第七頁，共二十六頁，2022年，8月28日7若近似認(rèn)為id為一條水平線，恒為Id，則有（2-5）（2-6）（2-7）（2-8）VT的α移相范圍為0°～180第八頁，共二十六頁，2022年，8月28日8VT的α移相范圍為180。簡單，但輸出脈動大，變壓器二次側(cè)電流中含直流分量，造成變壓器鐵芯直流磁化。實(shí)際上很少應(yīng)用此種電路。分析該電路的主要目的建立起整流電路的基本概念。單相半波可控整流電路的特點(diǎn)第九頁，共二十六頁，2022年，8月28日9單相半波相控觸發(fā)電阻型負(fù)載仿真電路圖第十頁，共二十六頁，2022年，8月28日10單相半波相控觸發(fā)電阻型負(fù)載仿真結(jié)果第十一頁，共二十六頁，2022年，8月28日11

工作原理及波形分析

VT1和VT4組成一對橋臂，在u2正半周承受電壓u2，得到觸發(fā)脈沖即導(dǎo)通，當(dāng)u2過零時關(guān)斷。

VT2和VT3組成另一對橋臂，在u2正半周承受電壓-u2，得到觸發(fā)脈沖即導(dǎo)通，當(dāng)u2過零時關(guān)斷。1、電阻性負(fù)載§2.2單相橋式全控整流電路a)u(i)pwtwtwt000i2udidb)c)d)ddaauVT1,4單相全控橋式帶電阻負(fù)載時的電路及波形（SinglePhaseBridgeControlledRectifier)第十二頁，共二十六頁，2022年，8月28日12（2-10）（2-11）整流電壓平均值:α角的移相范圍為180負(fù)載輸出的平均電流值為：流過晶閘管的電流平均值只有輸出直流平均值的一半，即（2-9）第十三頁，共二十六頁，2022年，8月28日13（2-12）（2-13）（2-14）流過晶閘管的電流有效值：變壓器二次測電流有效值I2與輸出直流電流I有效值相等：不考慮變壓器的損耗時，要求變壓器的容量S=U2I2由式（2-12）和式（2-13）

為選擇晶閘管、變壓器容量、導(dǎo)線截面積等參數(shù)，需要考慮發(fā)熱問題，因此需要計(jì)算有效值。第十四頁，共二十六頁，2022年，8月28日14單相全控橋帶阻感負(fù)載時的電路及波形

假設(shè)電路已工作于穩(wěn)態(tài)，id的平均值不變。假設(shè)負(fù)載電感很大，負(fù)載電流id連續(xù)且波形近似為一水平線。

u2過零變負(fù)時，由于電感的作用晶閘管VT1和VT4中仍流過電流id，并不關(guān)斷。至ωt=π+α?xí)r刻，給VT2和VT3加觸發(fā)脈沖，因VT2和VT3本已承受正電壓，故兩管導(dǎo)通。

VT2和VT3導(dǎo)通后，u2通過VT2和VT3分別向VT1和VT4施加反壓使VT1和VT4關(guān)斷，流過VT1和VT4的電流迅速轉(zhuǎn)移到VT2和VT3上，此過程稱換相，亦稱換流。2、阻感負(fù)載2OwtOwtOwtudidi2b)OwtOwtuVT1,4OwtOwtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4第十五頁，共二十六頁，2022年，8月28日15

晶閘管移相范圍為0～90晶閘管承受的最大正反向電壓均為晶閘管導(dǎo)通角θ與α無關(guān)，均為180，平均值和有效值分別為：

變壓器二次側(cè)電流i2的波形為正負(fù)各180的矩形波，其相位由α角決定，α愈大，功率因數(shù)越低有效值I2=Id。整流電壓平均值:第十六頁，共二十六頁，2022年，8月28日16單相橋式全控整流電路接R—E負(fù)載時的電路及波形

3、反電動勢負(fù)載|u2|>E時，晶閘管承受正電壓，才有導(dǎo)通的可能。導(dǎo)通之后

ud=u2

，直至|u2|=E，id即降至0使得晶閘管關(guān)斷，此后ud=E與電阻負(fù)載時相比，晶閘管提前了電角度δ停止導(dǎo)電，δ稱為停止導(dǎo)電角（2-16）在a角相同時，整流輸出電壓比電阻負(fù)載時大。電流續(xù)斷id波形在一周期內(nèi)有部分時間為0的情況電流連續(xù)id波形在一周期內(nèi)不出現(xiàn)為0的情況當(dāng)a

﹤δ

時，觸發(fā)脈沖到來時，晶閘管承受負(fù)電壓，不能導(dǎo)通。為使晶閘管可靠導(dǎo)通，觸發(fā)脈沖需足夠的寬度，保證當(dāng)ωt=δ

時，晶閘管承受正電壓，觸發(fā)脈沖仍然存在，相當(dāng)于觸發(fā)角被推遲為δ，即a=δ

b)idOEudwtIdOwtaqd第十七頁，共二十六頁，2022年，8月28日17

負(fù)載為直流電動機(jī)時，如果出現(xiàn)電流斷續(xù)則電動機(jī)的機(jī)械特性將很軟。為了克服此缺點(diǎn)，一般在主電路中直流輸出側(cè)串聯(lián)一個平波電抗器，用來減少電流的脈動和延長晶閘管導(dǎo)通的時間。這時整流電壓ud的波形和負(fù)載電流id的波形與電感負(fù)載電流連續(xù)時的波形相同，ud的計(jì)算公式亦一樣。為保證電流連續(xù)所需的電感量L可由下式求出（2-17）單相橋式全控整流電路帶反電動勢負(fù)載串平波電抗器，電流連續(xù)的臨界情況twwOud0Eidtpdaq=p第十八頁，共二十六頁，2022年，8月28日18■例：單相橋式全控整流電路，U2=100V，負(fù)載中R=2Ω，L值極大，反電勢E=60V，當(dāng)=30時，要求：①作出ud、id和i2的波形；②求整流輸出平均電壓Ud、電流Id，變壓器二次側(cè)電流有效值I2；③考慮安全裕量，確定晶閘管的額定電壓和額定電流。解：①ud、id和i2的波形如圖

ud、id和i2的波形圖第十九頁，共二十六頁，2022年，8月28日19②整流輸出平均電壓Ud、電流Id，變壓器二次側(cè)電流有效值I2分別為

Ud＝0.9U2cos＝0.9×100×cos30°＝77.97(A)

Id

＝(Ud－E)/R＝(77.97－60)/2＝9(A)

I2＝Id＝9(A)③晶閘管承受的最大反向電壓為：

U2＝100＝141.4（V）流過每個晶閘管的電流的有效值為：

IVT＝Id∕＝6.36（A）故晶閘管的額定電壓為：

UN＝(2~3)×141.4＝283~424（V）晶閘管的額定電流為：

IN＝(1.5~2)×6.36∕1.57＝6~8（A）晶閘管額定電壓和電流的具體數(shù)值可按晶閘管產(chǎn)品系列參數(shù)選取。第二十頁，共二十六頁，2022年，8月28日20單相全波可控整流電路及波形

單相全波可控整流電路又稱單相雙半波可控整流電路。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。變壓器不存在直流磁化的問題。

§2.3單相全波可控整流電路（SinglePhaseFullWaveControlledRectifier)wtwaudi1OOt第二十一頁，共二十六頁，2022年，8月28日21單相全波與單相全控橋的區(qū)別單相全波中變壓器結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，繞組及鐵芯對銅、鐵等材料的消耗多。單相全波只用2個晶閘管，比單相全控橋少2個，相應(yīng)地，門極驅(qū)動電路也少2個；但是晶閘管承受的最大電壓為，是單相全控橋的2倍。單相全波導(dǎo)電回路只含1個晶閘管，比單相橋少1個，因而管壓降也少1個。從上述考慮，單相全波電路有利于在低輸出電壓的場合應(yīng)用。阻感負(fù)載阻感負(fù)載+續(xù)流二極管第二十二頁，共二十六頁，2022年，8月28日22單相橋式半控整流電路，有續(xù)流二極管，阻感負(fù)載時的電路及波形

假設(shè)負(fù)載中電感很大，且電路已工作于穩(wěn)態(tài)。§2.4單相橋式半控整流電路O2OudidIdOOOOOi2IdIdIdIIdawtwtwtwtwtwtwtap-ap-aiVT1iVD4iVT2iVD3iVDR電路分析（先不考慮VDR

）?每一個導(dǎo)電回路由1個晶閘管和1個二極管構(gòu)成。?在u2正半周，處觸發(fā)VT1，u2經(jīng)VT1和VD4向負(fù)載供電。?u2過零變負(fù)時，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，電流是由VT1和VD2續(xù)流，ud=0。第二十三頁，共二十六頁，2022年，8月28日23單相橋式半控整流電路，有續(xù)流二極管，阻感負(fù)載時的電路