第二章單相可控整流電路

1、單相可控整流電路單相可控整流電路第二章第二章 整流電路就是將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姷恼麟娐肪褪菍⒔涣麟娹D(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姷碾娐贰６O管元件可以實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)變（電路。二極管元件可以實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)變（AC-AC-DCDC） ，但是它的輸出量?jī)H與電路形式和輸，但是它的輸出量?jī)H與電路形式和輸入交流電壓有關(guān)，輸出量不可調(diào)。晶閘管入交流電壓有關(guān)，輸出量不可調(diào)。晶閘管元件具有單向?qū)щ姾涂煽靥匦?，可把交流元件具有單向?qū)щ姾涂煽靥匦?，可把交流電變?yōu)檩敵隽靠烧{(diào)的直流電，這就是可控電變?yōu)檩敵隽靠烧{(diào)的直流電，這就是可控整流。可控整流的輸出量受晶閘管門極信整流?？煽卣鞯妮敵隽渴芫чl管門極信號(hào)的控制。號(hào)的控制。可控整流電路概述 可控

2、整流在直流電機(jī)控制、可變直流電源、高壓直可控整流在直流電機(jī)控制、可變直流電源、高壓直流輸電流輸電 、充電機(jī)、充電機(jī) 、電化學(xué)加工處理等方面得到了廣泛、電化學(xué)加工處理等方面得到了廣泛的應(yīng)用。的應(yīng)用。 單相可控整流電路有單相半波可控整流電路及單相單相可控整流電路有單相半波可控整流電路及單相橋式可控整流電路。單相半波可控整流電路電路簡(jiǎn)單，橋式可控整流電路。單相半波可控整流電路電路簡(jiǎn)單，電源變壓器中有直流分量流過電源變壓器中有直流分量流過 ，變壓器效率差，輸出，變壓器效率差，輸出紋波大紋波大, ,因此在工程上很少應(yīng)用，單相橋式可控整流電因此在工程上很少應(yīng)用，單相橋式可控整流電路在工程上多用在路在工程上

3、多用在1KVA1KVA左右的小容量直流電源設(shè)備中，左右的小容量直流電源設(shè)備中，應(yīng)用較為廣泛應(yīng)用較為廣泛?？煽卣麟娐犯攀?可控整流電路的基本分析方法是先畫出電路工作狀態(tài)可控整流電路的基本分析方法是先畫出電路工作狀態(tài)的有關(guān)波形，然后在波形分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行各種參數(shù)的定的有關(guān)波形，然后在波形分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行各種參數(shù)的定量計(jì)算。波形分析法也是調(diào)試和維修可控整流設(shè)備必不可量計(jì)算。波形分析法也是調(diào)試和維修可控整流設(shè)備必不可少的理論基礎(chǔ)，應(yīng)學(xué)會(huì)并掌握這種分析方法少的理論基礎(chǔ)，應(yīng)學(xué)會(huì)并掌握這種分析方法。 為了分析方便，對(duì)晶閘管元件作如下理想化假設(shè)：晶閘管為了分析方便，對(duì)晶閘管元件作如下理想化假設(shè)：晶閘管正向和

4、反向阻斷時(shí)電阻為無(wú)窮大，晶閘管漏電流為零；正向?qū)д蚝头聪蜃钄鄷r(shí)電阻為無(wú)窮大，晶閘管漏電流為零；正向?qū)〞r(shí)管壓為零；開通和關(guān)斷都是瞬時(shí)完成的通時(shí)管壓為零；開通和關(guān)斷都是瞬時(shí)完成的du/dt和和di/dt 承受承受能力為無(wú)窮大。能力為無(wú)窮大。 這些假定所帶來(lái)的誤差，我們將在后續(xù)章節(jié)這些假定所帶來(lái)的誤差，我們將在后續(xù)章節(jié)中加以修正。中加以修正。基本分析方法及一些必要的假設(shè)單相可控整流電路單相可控整流電路返回1 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路 (Single Phase Half Wave Controlled Rectifier)一、電阻性負(fù)載的工作情況一、電阻性負(fù)載的工作情況 電阻負(fù)載

5、的特點(diǎn)電阻負(fù)載的特點(diǎn)：電壓與電流成正比，兩者波形相同。 變壓器T起變換電壓和電氣隔離的作用。單相半波可控整流電路及波形單相半波可控整流電路及波形工作過程及波形分析工作過程及波形分析 幾個(gè)重要的基本概念：觸發(fā)：觸發(fā)：門極加脈沖使VT導(dǎo)通觸發(fā)延遲角觸發(fā)延遲角：從晶閘管開始承受正向陽(yáng)極電壓起到施加觸發(fā)脈沖止的電角度,用a表示,也稱觸發(fā)角或控制角。導(dǎo)通角導(dǎo)通角：晶閘管在一個(gè)電源周期中處于通態(tài)的電角度，即VT導(dǎo)通至關(guān)斷對(duì)應(yīng)的電角度，用表示 。移相移相：改變a，改變輸出同步同步：觸發(fā)脈沖頻率相位與主電路電源電壓保持一定的協(xié)調(diào)關(guān)系a) u20, 0 t a t= a b) a t p t= pc) p t0

6、 , id從0開始增加: 消耗能量 貯能 釋放能量b.id id max 即did /dt=0 之后： 耗能 釋放能量 釋放c.u2E時(shí)，才有晶閘管承 受正電壓，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 。REuidd與電阻負(fù)載時(shí)相比，晶閘管提前了電角度停止導(dǎo)電， 稱為停止導(dǎo)電角，212sinUE（2-16）在 角相同時(shí)，整流輸出電壓比電阻負(fù)載時(shí)大。當(dāng) 時(shí)，觸發(fā)脈沖到來(lái)時(shí)，晶閘管承受負(fù)電壓，不可能導(dǎo)通觸發(fā)脈沖有足夠的寬度，保證當(dāng) t= 時(shí)刻有晶閘管開始承受正電壓時(shí)，觸發(fā)脈沖仍然存在。相當(dāng)于觸發(fā)角被推遲為 。 負(fù)載為直流電動(dòng)機(jī)時(shí)，如

7、果出現(xiàn)電流斷續(xù)，則電動(dòng)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(gè)平波電抗器。當(dāng)串聯(lián)的電感足夠大是時(shí)整流電壓ud的波形和負(fù)載電流id的波形與阻感負(fù)載電流連續(xù)時(shí)的波形相同，ud的計(jì)算公式也一樣。為保證電流連續(xù)所需的電感量L可由下式求出：dmin23dmin21087.222IUIULp（2-17）返回附：附： 單相全波可控整流電路單相全波可控整流電路又稱單相雙半波可控整流電路。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。單相全波與單相全控橋的區(qū)別：?jiǎn)蜗嗳ㄅc單相全控橋的區(qū)別：?jiǎn)蜗嗳ㄖ凶儔浩鹘Y(jié)

8、構(gòu)較復(fù)雜，材料的消耗多。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，門極驅(qū)動(dòng)電路也少2個(gè)；但是晶閘管承受的最大電壓是單相全控橋的2倍。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)。從上述后兩點(diǎn)考慮，單相全波電路有利于在低輸出電壓的場(chǎng)合應(yīng)用。返回4 單相橋式半控整流電路單相橋式半控整流電路電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu) 單相全控橋中，每個(gè)導(dǎo)電回路中有2個(gè)晶閘管，2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單相橋式半控整流電路整流電路（先不考慮VDR）。 半控半控（Half-controlled）整流電路和是指整流電路的整流整流電路和是指整流電路的整流元件

9、中有半數(shù)是二極管，其余半數(shù)是晶閘管。半控整流電路元件中有半數(shù)是二極管，其余半數(shù)是晶閘管。半控整流電路的輸出也是完全可以連續(xù)平滑控制的。的輸出也是完全可以連續(xù)平滑控制的。電阻負(fù)載電阻負(fù)載uAT2u2uduAT1uVD2uVD2 VT1VT2 VT1VT2門極觸發(fā)脈沖相門極觸發(fā)脈沖相位差位差 當(dāng)當(dāng)tt= =a a時(shí)，時(shí)，u u2 2的電位是的電位是A A正正B B負(fù)，觸發(fā)負(fù)，觸發(fā)VT1VT1導(dǎo)通，則負(fù)導(dǎo)通，則負(fù)載電流載電流i id d從從 VT1-R-VD2VT1-R-VD2流過；流過； 當(dāng)當(dāng)t=t=時(shí)，由于電源過時(shí)，由于電源過零變負(fù)零變負(fù) ，VT1VT1關(guān)斷關(guān)斷 u ud d波形與單相全控橋式電

10、波形與單相全控橋式電阻負(fù)載電路相同阻負(fù)載電路相同 VT1VT1關(guān)斷后，由于關(guān)斷后，由于VT2VT2在在(-+a)(-+a)區(qū)間仍關(guān)斷，區(qū)間仍關(guān)斷，udud為零，這時(shí)為零，這時(shí)B B點(diǎn)電位高于點(diǎn)電位高于A A點(diǎn)電位則點(diǎn)電位則u2=uVD2+uVD1u2=uVD2+uVD1，而，而VD2VD2反偏，反偏，VD1VD1正偏，因此這正偏，因此這時(shí)時(shí) VD2 VD2 承受電壓承受電壓 ，VD1VD1不承受電壓不承受電壓 ，由于，由于uVD1uVD1，udud均為零，則均為零，則uAK1uAK1變?yōu)榱恪Ｋ宰優(yōu)榱?。所以VD1VD1、VT1VT1端不承受電壓，電源電壓端不承受電壓，電源電壓u2u2只加于只加

11、于VT2VT2、VD2VD2上，因此上，因此 ，晶閘管端電壓與單相全控橋式電阻，晶閘管端電壓與單相全控橋式電阻負(fù)載電路時(shí)不同。負(fù)載電路時(shí)不同。單相半控橋帶單相半控橋帶阻感負(fù)載阻感負(fù)載的情況的情況在u2正半周，u2經(jīng)VT1和VD4向負(fù)載供電。 u2過零變負(fù)時(shí)，因電感作用電流不再流經(jīng)變壓器二次繞組，而是由VT1和VD2續(xù)流。在u2負(fù)半周觸發(fā)角時(shí)刻觸發(fā)VT3， VT3導(dǎo)通， u2經(jīng)VT3和VD2向負(fù)載供電。u2過零變正時(shí)，VD4導(dǎo)通，VD2關(guān)斷。VT3和VD4續(xù)流，ud又為零。圖2-10續(xù)流二極管的作用續(xù)流二極管的作用避免可能發(fā)生的失控現(xiàn)象。 若無(wú)續(xù)流二極管，則當(dāng)突然增大至180或觸發(fā)脈沖丟失時(shí)，會(huì)

12、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，其平均值保持恒定，稱為失控失控。有續(xù)流二極管VDR時(shí)，續(xù)流過程由VDR完成，避免了失控的現(xiàn)象。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。 因?yàn)榘肟仉娐繁旧砭哂欣m(xù)流因?yàn)榘肟仉娐繁旧砭哂欣m(xù)流作用，所以從電能轉(zhuǎn)換看，半控作用，所以從電能轉(zhuǎn)換看，半控電路只能將交流電能轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娐分荒軐⒔涣麟娔苻D(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娔埽绷麟娔懿荒芊椿氐浇浑娔?，而直流電能不能反回到交流電能中去，即能量只能單方向流電能中去，即能量只能單方向傳遞。帶續(xù)流二極管的全控電路傳遞。帶續(xù)流二極管的全控電路能量也只能單方向傳遞。能量也只能單方向傳遞。數(shù)量關(guān)系：數(shù)量關(guān)系：LR?帶VDRpaaapp2cos19 . 02cos122)( ds