單相半波可控整流電路湖南鐵道李華柏課件

湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院：李華柏

單相半波可控整流電路

不控整流：以二極管作為整流器件，輸出的直流電壓大小不能調(diào)節(jié)；可控整流：以晶閘管作為整流器件，通過改變晶閘管的觸發(fā)角來調(diào)節(jié)輸出的直流電壓的大小。教學(xué)單元二、單相整流電路整流：將交流電變成直流電。根據(jù)整流后直流電壓是否可調(diào)分為不控整流與可控整流。1．整流的類型教學(xué)單元二、單相整流電路按輸入交流電相數(shù)可分為單相整流與三相整流。單相整流可分為單相半波整流與單相橋式整流。三相整流同樣可分為三相半波整流與三相橋式整流。1．整流的類型不控整流電路輸出電壓平均值：0～π期間：電源電壓U2上端為正，下端為負(fù)，二極管承受正向電壓而導(dǎo)通。忽略管壓降，燈泡兩端電壓等于電源電壓U2。π～2π期間：電源電壓U2下端為正，上端為負(fù)，二極管承受反向電壓而截止，燈泡兩端無電壓。一、單相半波整流電路0～π期間π～2π期間2．單相半波不控整流半波整流案例：調(diào)光燈（a）調(diào)光燈燈泡的亮度由燈泡從電源吸收的功率決定，功率：所以通過晶閘管調(diào)節(jié)燈泡兩端的電壓，就能調(diào)節(jié)燈泡的亮度。（b）調(diào)光燈電路原理圖2．單相半波可控整流2、單向半波可控整流帶電阻性負(fù)載名詞術(shù)語和概念：控制角α：控制角也叫觸發(fā)角或觸發(fā)延遲角，是指晶閘管從承受正向電壓開始到觸發(fā)脈沖出現(xiàn)之間的電角度。導(dǎo)通角θ：是指晶閘管在一周期內(nèi)處于導(dǎo)通的電角度。移相：移相是指改變觸發(fā)脈沖出現(xiàn)的時刻，即改變控制角的大小。移相范圍：移相范圍是指一個周期內(nèi)觸發(fā)脈沖的移動范圍，它決定了輸出電壓的變化范圍。調(diào)光燈主電路2．單相半波可控整流（1）單相半波可控整流工作過程分析輸出電壓與晶閘管兩端波形1）在0～α期間：晶閘管承受正向電壓，此時晶閘管門極沒有觸發(fā)信號，晶閘管處于正向阻斷狀態(tài)，輸出電壓和電流都等于零。2）在α?xí)r刻：晶閘管繼續(xù)承受正向電壓，門極加上觸發(fā)信號，晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通，電源電壓u2施加在負(fù)載上，忽略晶閘管管壓降，負(fù)載兩端波形與電源電壓相同，輸出電壓ud=u2。0～π期間單相半波整流主電路2．單相半波可控整流（1）工作過程分析3）在π時刻：交流電壓過零，流過晶閘管的陽極電流等于零，晶閘管關(guān)斷。π～2π期間，晶閘管承受反向電壓不能導(dǎo)通，輸出電壓與電流都等于零。4）晶閘管兩端電壓分析：在晶閘管導(dǎo)通期間，忽略晶閘管的管壓降，UVT=0，在晶閘管截止期間，管子將承受全部電源反向電壓。5)移相范圍：0～π輸出電壓與晶閘管兩端波形π～2π期間2．單相半波可控整流

時波形（a）輸出電壓波形

（b）晶閘管兩端電壓波形

觸發(fā)導(dǎo)通時刻過零關(guān)斷時刻（2）不同角度時的波形分析輸出電壓實(shí)測波形晶閘管兩端電壓實(shí)測波形2．單相半波可控整流（2）不同角度時的波形分析時的波形分析（a）輸出電壓波形（b）晶閘管兩端電壓波形輸出電壓實(shí)測波形晶閘管兩端電壓實(shí)測波形2．單相半波可控整流（2）不同角度時的波形分析時的波形分析（a）輸出電壓波形（b）晶閘管兩端電壓波形晶閘管兩端電壓實(shí)測波形輸出電壓實(shí)測波形2．單相半波可控整流（3）單相半波可控整流帶電阻性負(fù)載電路參數(shù)的計算1）輸出電壓平均值與平均電流的計算：2）晶閘管可能承受的正反向峰值電壓為：3)功率因數(shù)2．單相半波可控整流謝謝大家湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院：李華柏

單相半波可控整流電路帶電感性負(fù)載電感中電流與感應(yīng)電動勢的關(guān)系：當(dāng)電感中電流發(fā)生變化，電感產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢將阻止電流變化趨勢。電感中電流愈大其儲存的能量愈大。當(dāng)電流增大時，電感將產(chǎn)生左正右負(fù)的自感電勢，阻礙電流的增大。電流的方向與電壓方向相同，電感儲存能量。1．電感中電流與感應(yīng)電動勢的關(guān)系當(dāng)電流減小時，電感將產(chǎn)生左負(fù)右正的自感電勢，阻礙電流的減小，電流的方向與電壓方向相反，電感釋放能量。1．電感中電流與感應(yīng)電動勢的關(guān)系2.無續(xù)流二極管時1）在0～α期間：晶閘管陽極承受正向電壓，此時晶閘管門極沒有觸發(fā)信號，晶閘管處于正向阻斷狀態(tài)，輸出電壓和電流都等于零。2）在α?xí)r刻：晶閘管繼續(xù)承受正向電壓，當(dāng)門極加上觸發(fā)信號時，晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通，電源電壓u2施加在負(fù)載上，忽略晶閘管的管壓降，輸出電壓ud=u2。2單相半波整流帶電感性負(fù)載0～π期間3）在π時刻：交流電壓過零，由于電感釋放儲存的能量，由于此時電感L感應(yīng)電勢極性是上負(fù)下正，使電流方向不變，只要該感應(yīng)電動勢比u2大，VT仍承受正向電壓，且流過晶閘管的陽極電流仍大于維持電流，晶閘管會繼續(xù)導(dǎo)通。直到電感的能量全部釋放完后，晶閘管在u2的反壓作用下而截止。L兩端的電壓何時變?yōu)樯县?fù)下正，如何判斷？電感中電流為何會滯后電壓到達(dá)最大值？2.電感性負(fù)載無續(xù)流二極管時（1）無續(xù)流二極管時結(jié)論：由于電感的存在，晶閘管在過零點(diǎn)不能關(guān)斷，出現(xiàn)負(fù)的電壓，所以不管如何調(diào)節(jié)控制角，Ud值總是很小，電流平均值Id也很小，沒有實(shí)用價值。實(shí)際的單相半波可控整流電路在帶有電感性負(fù)載時，都在負(fù)載兩端并聯(lián)有續(xù)流二極管。2.電感性負(fù)載無續(xù)流二極管時（2）單相半波整流帶電感性負(fù)載接續(xù)流二極管時

電感性負(fù)載接續(xù)流二極管時的電路

晶閘管在電源電壓過零點(diǎn)時，該管能為電感性負(fù)載負(fù)載提供續(xù)流回路，確保晶閘管可靠關(guān)斷，故稱續(xù)流二極管。作用：使負(fù)載不出現(xiàn)負(fù)電壓2.電感性負(fù)載接續(xù)流二極管時（2）帶電感性負(fù)載接續(xù)流二極管時

波形圖分析：①在電源電壓正半周（0～π區(qū)間），晶閘管承受正向電壓，觸發(fā)脈沖在時刻觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通，負(fù)載上有輸出電壓和電流。晶閘管導(dǎo)通期間，續(xù)流二極管VD承受反向電壓而關(guān)斷。0～π區(qū)間2.電感性負(fù)載接續(xù)流二極管時②在電源電壓負(fù)半周（π～2π區(qū)間），電感釋放儲存的能量，感應(yīng)電壓下正上負(fù)，使二極管VD承受正向電壓導(dǎo)通，維持負(fù)載電流通過VD構(gòu)成回路，而不通過變壓器，稱為續(xù)流。此時電源電壓u2＜0，u2通過續(xù)流二極管使晶閘管承受反向電壓而關(guān)斷，負(fù)載兩端的輸出電壓僅為續(xù)流二極管的管壓降。如果電感足夠大，續(xù)流二極管一直導(dǎo)通到下一周期晶閘管導(dǎo)通，使電流id連續(xù)，且id波形近似為一條直線。（2）帶電感性負(fù)載接續(xù)流二極管時π～2π區(qū)間2.電感性負(fù)載接續(xù)流二極管時（3）帶電感性負(fù)載接續(xù)流二極管時電路參數(shù)計算①輸出電壓平均值Ud與輸出電流平均值Id。2.電感性負(fù)載接續(xù)流二極管時（3）接續(xù)流二極管時電路參數(shù)計算晶閘管和續(xù)流二極管承受的最大正反向電壓都為電源電壓的峰值，即：2.電感性負(fù)載接續(xù)流二極管時謝謝大家湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院：李華柏

單相橋式全控整流帶電阻性負(fù)載三、單相橋式整流電路單相橋式整流電路帶電阻性負(fù)載時主電路如下圖：共陽極組晶閘管VT3與VT4：當(dāng)有觸發(fā)脈沖時，陰極電位低的先導(dǎo)通1.單相橋式整流主電路三、單相橋式整流電路單相橋式整流電路帶電阻性負(fù)載時主電路如下圖：共陰極組晶閘管VT1與VT2：當(dāng)有觸發(fā)脈沖時，陽極電位高的先導(dǎo)通。1.單相橋式整流主電路（1）0～α:U2為正，VT1和VT4無觸發(fā)脈沖截止，VT1和VT4分擔(dān)U2/2的正向電壓，VT2和VT3分擔(dān)U2/2的反向電壓,Ud=0;（2）α～π:U2為正，VT1和VT4由于觸發(fā)脈沖UG的作用而導(dǎo)通，VT2和VT3承受U2的反向電壓，id=U2/R；2.單相橋式整流波形分析（3）π～π+α

：U2為負(fù)，VT2和VT3無觸發(fā)脈沖截止，VT2和VT3分擔(dān)U2/2的正向電壓，VT1和VT4分擔(dān)U2/2的反向電壓,Ud=0;（4）（π+α)～2π:U2為負(fù)，VT2和VT3由于觸發(fā)脈沖UG的作用而導(dǎo)通，VT1和VT4承受U2的反向電壓，id=U2/R，且方向保持不變。2.單相橋式整流波形分析（1）單相橋式全控整流電路帶電阻性負(fù)載①、輸出電壓平均值的計算公式：

②、負(fù)載電流平均值的計算公式：

3.參數(shù)的計算謝謝大家湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院：李華柏

單相橋式全控整流帶電感性負(fù)載假設(shè)電感很大，則輸出電流連續(xù)，分析時，認(rèn)為電路已處于穩(wěn)態(tài)。由前面的分析可知，由于電感的存在，晶閘管在過零點(diǎn)不能關(guān)斷，因此會出現(xiàn)負(fù)的電壓，所以不管如何調(diào)節(jié)控制角，Ud值總是很小，電流平均值Id也很小1.電感性負(fù)載主電路

（2）單相橋式全控整流電路帶電感性負(fù)載1.電感性負(fù)載主電路

①、輸出電壓平均值的計算公式：移相范圍是0°～90°。②、負(fù)載電流平均值的計算公式：

③、晶閘管可能承受的最大電壓為：

2.參數(shù)計算為了擴(kuò)大移相范圍，去掉輸出電壓的負(fù)值，提高Ud的值，可以在負(fù)載兩端并聯(lián)續(xù)流二極管，接了續(xù)流二極管以后，在過零點(diǎn)時，通過續(xù)流二極管形成約翰續(xù)流回路，使晶閘管在過零點(diǎn)可靠關(guān)斷。因此移相范圍可以擴(kuò)大到0°～180°。3.并聯(lián)續(xù)流二極管四單相橋式半控整流帶電感性負(fù)載半控整流主電路工作特點(diǎn)是：晶閘管在觸發(fā)時刻換流，二極管則在電源過零時刻換流；電路本身就具有自然續(xù)流作用，負(fù)載電流可以在電路內(nèi)部換流，所以