單相半波不可控整流電路二極管導通課件

1.電壓定額1.3晶閘管的主要參數(shù)通常取晶閘管的UDRM和URRM中較小的標值作為該器件的額定電壓。選用時，額定電壓要留有一定裕量,一般取額定電壓為正常工作時晶閘管所承受峰值電壓2~3倍。1)

斷態(tài)重復峰值電壓UDRM——在門極斷路而結溫為額定值時，允許重復加在器件上的正向峰值電壓,一般為正向轉折電壓的80％。2)

反向重復峰值電壓URRM——在門極斷路而結溫為額定值時，允許重復加在器件上的反向峰值電壓，一般為反向擊穿電壓的80％。

3)

通態(tài)（峰值）電壓UTM——晶閘管通以某一規(guī)定倍數(shù)的額定通態(tài)平均電流時的瞬態(tài)峰值電壓（一般為2V）。1.電壓定額1.3晶閘管的主要參數(shù)通常取晶閘管的U12.額定電流1)通態(tài)平均電流（額定電流）IT(AV)晶閘管在環(huán)境溫度為40

C和規(guī)定的冷卻狀態(tài)下，穩(wěn)定結溫不超過額定結溫時所允許連續(xù)流過的單相工頻正弦半波電流的最大平均值。使用時應按實際電流與通態(tài)平均電流有效值相等的原則來選取晶閘管額定電流。實際使用時應留一定的裕量，一般取1.5

2倍。2.額定電流22)

維持電流IH——晶閘管處于通態(tài)時，使晶閘管維持導通所必需的最小電流一般為幾十到幾百毫安，與結溫有關，結溫越高，則IH越小3)

擎住電流IL

——晶閘管剛從斷態(tài)轉入通態(tài)并移除觸發(fā)信號后，能維持導通所需的最小電流

對同一晶閘管來說，通常IL約為IH的2~4倍4)

浪涌電流ITSM——指由于電路異常情況引起的并使結溫超過額定結溫的不重復性最大正向過載電流2)

維持電流IH33、門極觸發(fā)電流、門極觸發(fā)電壓在室溫下，晶閘管施加6V正向陽極電壓時，使元件完全開通所必須的最小門極電流，稱為門極觸發(fā)電流IGT。對應于門極觸發(fā)電流的門極電壓，稱為門極觸發(fā)電壓UGT。4、通態(tài)平均電壓在規(guī)定環(huán)境溫度、標準散熱條件下，元件通以額定電流即額定正弦半波時，陽極和陰極間電壓降的平均值，稱通態(tài)平均電壓（一般稱作管壓降）。從減小損耗和元件發(fā)熱來看，應選擇UT（AV）較小的管子。3、門極觸發(fā)電流、門極觸發(fā)電壓45.波形系數(shù)波形系數(shù)：有效值和平均值的比值。Kf=ITn/IT（AV）在額定情況下，波形系數(shù)Kf=ITn/IT（AV）=1.57對于一只額定電流IT（AV）=100A的晶閘管，允許的電流有效值應該為KfIT（AV）=157A（考慮正弦半波波形系數(shù)）。不同的電流波形，有不同的平均值與有效值，波形系數(shù)也不同。5.波形系數(shù)波形系數(shù)：有效值和平均值的比值。51）開通時間tgt：tgt=td+tr延遲時間td：從門極電流階躍時刻開始，到陽極電流上升到穩(wěn)態(tài)值的10%，這段時間稱為延遲時間td

。上升時間tr：陽極電流從10%上升到穩(wěn)態(tài)值的90%所需要的時間，稱為上升時間tr

普通晶閘管大約為6μs左右，快速晶閘管可降到1μs左右。

為了縮短開通時間與保證觸發(fā)導通時刻的正確，常采用實際觸發(fā)電流比規(guī)定觸發(fā)電流大3~5倍、前沿陡的窄脈沖來觸發(fā)，稱為強觸發(fā)。延遲時間上升時間開通時間：tgt=td+tr6.動態(tài)特性1）開通時間tgt：tgt=td+tr延遲時間上升時6trr：2）關斷時間：tq=trr+tgrutttrrURRMIRMiAqrt關斷時間tq：元件從正向電流降為零到元件恢復正向阻斷的時間。反向阻斷恢復時間trr：從正向電流降為零，到反向恢復電流衰減至接近于零的時間。正向阻斷恢復時間tgr：反向恢復過程結束后，由于截流子復合過程比較慢，晶閘管要恢復其對正向電壓的阻斷能力還需要一段時間，這段時間叫正向阻斷恢復時間。（在tgr內重新對晶閘管加正向電壓，晶閘管會重新正向導通，不受門極控制。所以實際應用中，應在tgr后才允許對晶閘管重新加正向電壓。）

反向阻斷恢復時間正向阻斷恢復時間T1時刻起在反壓作用下，瞬時出現(xiàn)反向陽極電流。T2時刻，反向電流達到最大值。再反方向衰減。在恢復電流快速衰減時，由于外電路電感的作用，會在晶閘管兩端引起反向的尖峰電壓URRM。t1t2t3trr：2）關斷時間：tq=trr+tgrutttrrURR7晶閘管的開通和關斷過程波形延遲時間上升時間反向阻斷恢復時間正向阻斷恢復時間開通時間：tgt=td+tr關斷時間：tq=trr+tgr晶閘管的開通和關斷過程波形延遲時間上升時間反向阻斷恢復時間正8——指在額定結溫和門極開路的情況下，不導致晶閘管從斷態(tài)到通態(tài)轉換的外加電壓最大上升率。——指在規(guī)定條件下，晶閘管能承受而無有害影響的最大通態(tài)電流上升率。如果電流上升太快，則晶閘管剛一開通，便會有很大的電流集中在門極附近的小區(qū)域內，從而造成局部過熱而使晶閘管損壞。(2)通態(tài)電流臨界上升率di/dt在阻斷的晶閘管兩端施加的電壓具有正向的上升率時，相當于一個電容的J2結會有充電電流流過，被稱為位移電流。此電流流經J3結時，起到類似門極觸發(fā)電流的作用。如果電壓上升率過大，使充電電流足夠大，就會使晶閘管誤導通。(1)斷態(tài)電壓臨界上升率du/dt除開通時間tgt和關斷時間tq外，還有：——指在額定結溫和門極開路的情況下，不導致晶閘管從斷態(tài)到通態(tài)9晶閘管的型號:根據(jù)國家的有關規(guī)定，普通晶閘管的型號及含義如下:

7.晶閘管的型號晶閘管的型號:根據(jù)國家的有關規(guī)定，普通晶閘管的型號及含義如下10第二章單相可控整流電路2.1單相半波可控整流電路■整流電路（Rectifier）是電力電子電路中出現(xiàn)最早的一種，它的作用是將交流電能變?yōu)橹绷麟娔芄┙o直流用電設備。

■整流電路的分類

◆按組成的器件可分為不可控、半控、全控三種。◆按電路結構可分為橋式電路和零式電路。

◆按交流輸入相數(shù)分為單相電路和多相電路?！舭醋儔浩鞫蝹入娏鞯姆较蚴菃蜗蚧螂p向，分為單拍電路和雙拍電路。第二章單相可控整流電路■整流電路（Rectifier）111、單相半波不可控整流電路二極管導通，忽略二極管正向壓降，

uo=u2為分析簡單起見，把二極管當作理想元件處理，即二極管的正向導通電阻為零，反向電阻為無窮大。二極管截止,

uo=0u2>0時:u2<0時:u1u2aTbDRLuouDioio1、單相半波不可控整流電路二極管導通，忽略二極管正向壓降，為12單相半波不可控整流電路電壓波形u2uouD

t

2340u1u2aTbDRLuouDio單相半波不可控整流電路電壓波形u2uouDt23413輸出電壓平均值（Uo）,輸出電流平均值（Io)：()ò=pwp2021tduUoo=()òpwp

021tdsinwt22U

p2245.02UU=Io=Uo/RL=0.45U2/RL

uo

20tu1u2aTbDRLuouDio輸出電壓平均值（Uo）,輸出電流平均值（Io)：()ò=p14二極管上的平均電流及承受的最高反向電壓：u1u2aTbDRLuouDiouD

20tUDRM二極管上的平均電流：ID=IOUDRM=22U承受的最高反向電壓:二極管上的平均電流及承受的最高反向電壓：u1u2aTbDRL152、單相半波可控整流電路1)帶電阻負載的工作情況

◆變壓器T起變換電壓和隔離的作用，其一次側和二次側電壓瞬時值分別用u1和u2表示，有效值分別用U1和U2表示，其中U2的大小根據(jù)需要的直流輸出電壓ud的平均值Ud確定。

◆電阻負載的特點是電壓與電流成正比，兩者波形相同。

◆在分析整流電路工作時，認為晶閘管（開關器件）為理想器件，即晶閘管導通時其管壓降等于零，晶閘管阻斷時其漏電流等于零，除非特意研究晶閘管的開通、關斷過程，一般認為晶閘管的開通與關斷過程瞬時完成。

wwwwtTVTR0a)u1u2uVTudidwt1p2ptttu2uguduVTaq0b)c)d)e)002、單相半波可控整流電路1)帶電阻負載的工作情況wwwwtT16

tO

控制角

t1

tO

tO

t22

tO導通角(2)工作波形阻性負載單相半波可控整流電路電壓、電流波形tO控制角t1tOtOt22tO導17工作過程和特點：（1）在U2的正半周，VT承受正向電壓，0～ωt1期間，無觸發(fā)脈沖，VT處于正向阻斷狀態(tài)，UVT＝U2，Ud=0;（2）ωt1以后，VT由于觸發(fā)脈沖UG的作用而導通，則Ud=U2,UVT=0,Id=U2/R，一直到π時刻；（3）π～2π期間，U2反向，VT由于承受反向電壓而關斷,UVT=U2,Ud=0。以后不斷重復以上過程。特點：為單拍電路，易出現(xiàn)變壓器直流磁化，應用較少。工作過程和特點：18◆改變觸發(fā)時刻，ud和id波形隨之改變，直流輸出電壓ud為極性不變但瞬時值變化的脈動直流，其波形只在u2正半周內出現(xiàn)，故稱“半波”整流。加之電路中采用了可控器件晶閘管，且交流輸入為單相，故該電路稱為單相半波可控整流電路。整流電壓ud波形在一個電源周期中只脈動1次，故該電路為單脈波整流電路?！艋緮?shù)量關系

?

：從晶閘管開始承受正向陽極電壓起到施加觸發(fā)脈沖止的電角度稱為觸發(fā)延遲角，也稱觸發(fā)角或控制角。?

：晶閘管在一個電源周期中處于通態(tài)的電角度稱為導通角。在半波電路中，θ＋α＝π?直流輸出電壓平均值

?隨著

增大，Ud減小，該電路中VT的

移相范圍為180

?！敉ㄟ^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，簡稱相控方式。

◆改變觸發(fā)時刻，ud和id波形隨之改變，直流輸出電壓ud為極19〔若干概念〕單拍電路：指變壓器副邊在工作過程中只流過一個方向的電流；雙拍電路：指變壓器副邊在工作過程中流過正反雙向電流；“半波”整流：ud為脈動直流，波形只在u2正半周內出現(xiàn)，故稱之。α的移相范圍：指觸發(fā)角α可以變化的角度范圍。在不同的電路中，α有不同的角度范圍。如在單相半波電路中，α的移相角度范圍是0～π。角度a

0°

30°

45°

60°

90°

180°sina

0

1/2

√2/2

√3/2

1

0cosa

1

√3/2

√2/2

1/2

0

-1〔若干概念〕角度a

0°

30°

20

〔基本數(shù)量關系〕直流輸出電壓平均值Ud

說明：使用萬用表直流檔測量Ud即為該數(shù)值；U2為電源電壓有效值（220V）；α＝π時，Ud=0，可見可以通過調整α來調整Ud。直流輸出電壓有效值U

=0，U0=0.45U2；

=180，U0=0；

〔基本數(shù)量關系〕=0，U0=0.45U221

SCR的若干參數(shù)關系：(1)IdT（流過SCR電流的平均值）

(2)

IT（流過SCR電流的有效值）

(3)

UVT（SCR承受的正反向峰值電壓）為〔注〕同學們對于這些符號定義，可以參看教材前面的符號說明。

SCR的若干參數(shù)關系：22有功功率又叫平均功率。交流電的瞬時功率不是一個恒定值，功率在一個周期內的平均值叫做有功功率，它是指在電路中電阻部分所消耗的功率，對電動機來說是指它的出力，以字母P表示，單位為千瓦（ｋW）。

無功功率：在具有電感（或電容）的電路里，電感（或電容）在半周期的時間里把電源的能量變成磁場（或電場）的能量貯存起來，在另外半周期的時間里又把貯存的磁場（或電場）能量送還給電源。它們只是與電源進行能量交換，并沒有真正消耗能量。我們把與電源交換能量的振幅值叫做無功功率，以字母Q表示，單位干乏（kvar）。

視在功率：在具有電阻和電抗的電路內，電壓與電流的乘積叫視在功率，以字母S或符號Pｓ表示，單位為千伏安（kVA）。

有功功率、無功功率、視在功率三者關系可以用功率三角形表示

有功功率又叫平均功率。交流電的瞬時功率不是一23

整流電路的功率因數(shù)cosφ：cosφ＝（有功功率P）/（電源視在功率S）P=負載的電壓有效值×負載的電流有效值S＝電源的電壓有效值×電源的電流有效值

cosφ是α的函數(shù)，α=0時，cosφ最大。這說明盡管是電阻性負載，由于存在諧波電流，電源的功率因數(shù)也不會是1，而且當越大時，功率因數(shù)越低。

整流電路的功率因數(shù)cosφ：cosφ24◆阻感負載的特點是電感對電流變化有抗拒作用，使得流過電感的電流不能發(fā)生突變。

◆電路分析?晶閘管VT處于態(tài)id=0ud=0uVT=u2

?在

t1時刻，即觸發(fā)角

處

ud=u2L的存在使id不能突變，id從0開始增加。?u2由正變負的過零點處，id已經處于減小的過程中，但尚未降到零，因此VT仍處于通態(tài)。

?

t2時刻，電感能量釋放完畢，id降至零，VT關斷并立即承受反壓。

?由于電感的存在延遲了VT的關斷時刻，使ud波形出現(xiàn)負的部分，與帶電阻負載時相比其平均值Ud下降。

2)帶電感負載的工作情況◆阻感負載的特點是電感對電流變化有抗拒作用，使得流過電感的電25電流增大電流減小+--+eLeL電流增大電流減小+--+eLeL26工作過程和特點：（1）在U2的正半周，VT承受正向電壓，0～ωt1期間，無觸發(fā)脈沖，VT處于正向阻斷狀態(tài)，UVT＝U2，Ud=0;（2）ωt1以后，VT由于觸發(fā)脈沖UG的作用而導通，則Ud=U2,UVT=0，一直到π時刻。但由于L的作用，在π時刻，Ud=0，而L中仍蓄有磁場能，id>0；（3）π～ωt2期間，L釋放磁場能，使id逐漸減為0，此時負載反給電源充電，電感L感應電勢極性是上負下正，使電流方向不變，只要該感應電動勢比U2大，VT仍承受正向電壓而繼續(xù)維持導通，直至L中磁場能量釋放完畢，VT承受反向電壓而關斷；ωt2ωt2ωt2ωt2工作過程和特點：ωt2ωt2ωt2ωt227◆電力電子電路的一種基本分析方法

?把器件理想化，將電路簡化為分段線性電路。

?器件的每種狀態(tài)組合對應一種線性電路拓撲，器件通斷狀態(tài)變化時，電路拓撲發(fā)生改變。?以前述單相半波電路為例當VT處于斷態(tài)時，相當于電路在VT處斷開，

id=0。當VT處于通時，相當于VT短路。單相半波可控整流電路的分段線性等效電路a)VT處于關斷狀態(tài)b)VT處于導通狀態(tài)◆電力電子電路的一種基本分析方法單相半波可控整流電路的分段線28

〔基本數(shù)量關系〕直流輸出電壓平均值Ud

由于從ud的波形可以看出，此時輸出的平均電壓Ud和電阻負載相比，有所下降。

考慮一種極端情況：如果為大電感負載，則ud中的負面積接近正面積，輸出的直流平均電壓Ud≈0，則id也很小，這樣的電路無實際用途。所以，實際的大感電路中，常常在負載兩端并聯(lián)一個續(xù)流二極管。

〔基本數(shù)量關系〕考慮一種極端情況：如果29√若

為定值，

角大，

越小。若

為定值，

越大，

越大，且平均值Ud越接近零。為解決上述矛盾，在整流電路的負載兩端并聯(lián)一個二極管，稱為續(xù)流二極管，用

VDR表示?！粲欣m(xù)流二極管的電路

?電路分析

√u2正半周時，與沒有續(xù)流二極管時的情況是一樣的。

√當u2過零變負時，VDR導通，ud為零，此時為負的u2通過VDR向VT施加反壓使其關斷，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。

√若L足夠大，id連續(xù)，且id波形接近一條水平線。u2udiduVTiVTIdIdwt1wtwtwtwtwtwtOOOOOOp-ap+ab)c