第二章单相可控整流电路

1、第二章单相可控整流电路>将交流电变为直流电称为整流,实现AC/DC变换, 相应的电路称为整流电路（Rectifier）。整流电路是电力电子电路中出现最早的一种。整流电路的分类按组成的器件可分为不可控、半控、全控三种。按电路结构可分为桥式电路和零式（如半波） 电路。按交流输入相数分为单相电路和多相（如三相） 电路。第二章单相可控整流电路第一节单相半波可控整流电路E第二节单相桥式全控整流电路E第三节单相桥式半控整流电路E 本章小结E第一节 单相半波可控整流电路可控整流电路常带的负载有电阻.电感和反电动势三种。电阻性负载如电解、电镀等。电感性负载一如各类电机的励磁绕组、输出串接平波电抗器的负载

2、等O反电动如蓄电池、直流电动机的电枢等。同一整流电路，负载不同，差距很大。第一节 单相半波可控整流电路第一节 单相半波可控整流电路、电阻性负载u2 - 41U2 sin cot3（控制角）:从晶闸管开始承受正向电压，到其加上触发 脉冲的这一段时间所对 应的电角度。%（导通角）:晶闸管在一个周期内导通的电角度。此电路中:0T图21单相半波可控整流带电阻性负载第一节 单相半波可控整流电路、电阻性负载第一节 单相半波可控整流电路电阻负载的特点是电压与电流成正比，两者波形形状相同。通过控制触发脉冲的相位来控制直流输出电压大小的方式 称为相位控制方式，简称相控方式。基本数量关系歹直流输出电压平均值(2-

3、1)Ud - r2U2 sin cotd( cot)-(1 + cosa ) - 0.45t/? " + "°血271JaZ7T2当o=0时，Udo=0.45U2最大;随着理大，/减小；0=180°时，t/j=0oa移相范围为0180。、电阻性负载歹直流输出电流平均值代= 045冬1±叱心R 2(2-2)第一节 单相半波可控整流电路第一节 单相半波可控整流电路负载上得到的直流输出电压有效值U和电流有效值/分别为:第一节 单相半波可控整流电路第一节 单相半波可控整流电路27Tn-a sin la+(2-3)(2-4)第一节 单相半波可控整流电路第

4、一节 单相半波可控整流电路一、电阻性负载第一节 单相半波可控整流电路1 + C0S6Z2(2-5)(2-6)(2-8)歹流过晶闸管的电流平均值和有效值分别为:U2兀 _cxsin2«Rd V 27T4乃孑晶闸管可能承受的正反向峰值电压均为:第一节 单相半波可控整流电路、电阻性负载歹变压器的容量为:S 二 U2I2歹电路的功率因数为:7i-a sin la12兀4%(2-9)丄 P IHU1COS0 =S U2I2U2I例21第一节 单相半波可控整流电路第一节 单相半波可控整流电路二、电感性负载1 无续流二极管第一节 单相半波可控整流电路电感负载的特点是电感对电流变化有抗拒第一节 单相

5、半波可控整流电路作用，使得流过电感的电流不能发生突变。由于电感的存在，延迟了VT的关断 时刻，使叫波形出现负的部分，与带电 阻负载时相比其平均值匕下降。负载阻抗角：妇b®%）若<P为定值，愈大f &T愈小图22单相半波可控整流电路带电感性负载若*为定值，（P愈大一&了愈大大电感负载，即wLd>>Rd （一般10倍以上）时，4波形中的负面积接近正面积, 匕0。第一节单相半波可控整流电路二、电感性负载图23单相半波可控整流电路带电感性负i加续流流二极管2.加续流二极管VDr电路分析孑若电感足够大（大电感），乙连续, 且乙波形接近一条水平线。基本数量关系歹

6、直流输出电压平均值和电流平均值Ucl =0A5U21 + COSQ2(2-1)W呼(2-2)V与阻性负载时相同，但獗形不同。第一节 单相半波可控整流电路第一节 单相半波可控整流电路二、电感性负载2加续流二极管VDr歹流过晶闸管的电流平均值和有效值分别为:7T OC27V d(2-10)2川d畑i-a2龙(2-11)令流过续流二极管的电流平均值和有效值分别为:(2-12)(2-13)第一节 单相半波可控整流电路二、电感性负载2.加续流二极管VDr歹晶闸管承受的最大正反向电压C/册仍为血2；而续流二极管承受的最大反向电压U晌也为冋2。晶闸管的最大移相范围仍是0-180°单相半波可控整流电

7、路的特点是简单，但输出脉动大；转换 效率低；变压器二次侧电流中含直流分量，造成变压器铁芯直 流磁化。为使变压器铁芯不饱和，需增大铁芯截面积，增大了 设备的容量。一桥式电路。、电阻性负载第二节单相桥式全控整流电路Ud =丄血；2 sin cotd(cot) - 2丘5 1 + cosa(2-14)=0.9/“是半波电路输出的两倍o7 Q的移相范围也是0-180°。Id= 0.9 匕l+cosa2(2-15)图24单相桥式全控整流电路带电阻性负载第二节单相桥式全控整流电路、电阻性负载d (cot) = U 27i-a sin 2a1712乃(2-16)7T-a sin 21712乃(2-

8、17)(2-15)if2sin 曲1Rd V 7i 4兀 Ji7i-a sin 2a +(2-19)Rd R(i a | si® (2J0)712S 二 U2I2(2-21)iaZf r第二节单相桥式全控整流电路二.电感性负载（大电感）图25单相桥式全控整流电路带电感性负载电路分析b负载电感很大，°不能突变且波形近 似为一条水平线。歹在“2正半周期，触发角Q处给晶闸管 VT和VT4加触发脉冲使其开通，"戶 审2过零变负时，由于电感的作用晶闸 管VT1和VT4中仍流过电流诂 并不关断。歹奴二科a时刻，触发VT?和VT3, VT2 和VT3导通，“2通过VT?和VT3

9、分别向VT 和VT4施加反压使VT和VT4关断，流过 VT和VT4的电流迅速转移到VT2和VT3上, 此过程称为换相，亦称换流。第二节单相桥式全控整流电路二、电感性负载（大电感）基本数量关系歹直流输出电压的平均值匕:i=11(2-22)当 *0时，Ud0=Q.9U2; *90。时,匕=0。晶闸管移相范围为090。厂12a/2Q2Ur sin 曲d(曲)=m cosa = 0.91A cosa71歹直流输出电流的平均值打为:(2-23)第二节单相桥式全控整流电路二、电感性负载（大电感）歹流过晶闸管的电流的平均值和有效值分别为:h流过变压器二次侧绕组的电流有效值(2-25)(2-21)歹晶闸管可能

10、承受的正反向峰值电压为(2-26)可以在为了扩大移相范围，去掉输出电压的负值，提高匕的值, 负载两端并联续流二极管。例22第二节 单相桥式全控整流电路三、反动势负载电路分析歹1如£时，才有晶闸管承受 正电压，有导通的可能。歹晶闸管导通之后，ud=u29 zd =,直u2=E9 id即降至0使得晶闸管关断，此后歹与电阻负载时相比，晶闸管 提前了电角度/停止导电，5称为 停止导电角。arc sin y/2U2VTtZf Z&t2 *1vZ|f t4(2-27)2-8单相桥式全控整流电路带反电动势5 =第二节 单相桥式全控整流电路三、反动势负载歹当QVS时，触发脉冲到来时，晶闸管承

11、受负电压，不可能导通。b触发脉冲有足够的宽度，保证当皿=5时刻有晶闸管开始承受 正电压时，触发脉冲仍然存在。这样，相当于触发角被推迟为&b在曲相同时，整流输出电压比电阻负载时大。歹可见：E"t减小一0断续。电流断续审波形在一周期内有部分时间为0的情况，称为电流断续。孑负载为直流电动机时，如果出现电流断续，则电动机的机械特性 将很软。b为了克服此缺点，一般在主电路中直流输出侧串联一个平波电抗 器乙。三、反动势负载电流连续 够大-> 乙连续。歹电流连续时，匕的计算与电感负载时 一样。(2-28)孑为保证电流连续，所需回路的电感量:G)tL = 2血2 = 2.87 x 10

12、2-(2-29)71 CO1 口伽【d minnun图29单相桥式全控整流电路带反电动势负身 串平波电抗器三、反动势负载例：单相桥式全控整流电路，t/2=100V,负载中R=2Q, L值极大, 反电势E=60V,当30。时，要求： 作出岛、乙和乙的波形； 求整流输出平均电压匕、电流乙 变压器二次侧电流有效厶； 考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。解：叫、-和$的波形如图所示：第二节单相桥式全控整流电路三、反动势负载 整流输出平均电压匕、电流厶，变压器二次侧电流有效值厶分别为Ud=Q.9 U2 cosa=0.9X100Xcos30° = 77.97(A)Id = (Ud-E)

13、/R=(77.97 - 60)/2=9( A)<2=A/=9(A) 晶闸管承受的最大反向电压为:72 = 1002 =141.4 (V)流过每个晶闸管的电流的有效值为:jvt=i/ 芒6.36 (A) 故晶闸管的额定电压为:C/n=(23)X1414=283424 (V)晶闸管的额定电流为：7n=(152)X636/L57=68 (A)晶闸管额定电压和电流的具体数值可按晶闸管产品系列参数选取O第三节 单相桥式半控整流电路、电阻性负载计算公式与全控桥带电阻性负载时一样。不同点:(1) 晶闸管所承受的最大正、反向 电压均为逅S。(2) 流过整流二极管的电流平均值和有效值与流过晶闸管的电流平均

14、值和有效值是一样的。即:“45冬匕竺R 2(2-30)U2 tt-q 丄 sin2a亍4 2兀* 4兀(2-31)图210单相桥式半控整流电路带电阻性负载VTfvez K Z Kvd4II II II II、【111111/< 7! !1 1ri Ar 'JTown r ；川；i li iiLoH- T2 AiI* iLi!l!;rlI II匕！ 1 L11 1JJrj111rirni1i:Jor<>lIL11ir1r!乙“ii1 11TirAiiiitiibli ii匕；对il11f111111uJI¥c"第三节 单相桥式半控整流电路二、电感性负

15、载电路分析b每一个导电回路由1个晶闸管和1 个二极管构成。孑晶闸管在触发时刻换流，二极管 则在112过零时换流；电路本身就具有 自然续流作用。所以，即使没有续流 二极管，输出也没有负电压，与全控 桥电路时不一样。孑在触发不正常时，电路会发生失 控现象。第三节单相桥式半控整流电路二、电感性负载失控现象歹当a突然增大至180。或触发脉冲丢失时，会发生一个晶闸 管持续导通而两个二极管轮流导通的情况，这使叫成为正弦半 波，即半周期叫为正弦，另外半周期心为零，其平均值保持恒 定，相当于单相半波不可控整流电路时的波形，称为失控。相 应波形如图2-12所示oh为解决失控现象一并接续流二极管VDr O加续流二

16、极管 VDr后，续流过程由VDr完成，避免了失控的现象。图212单相桥式半控整流电路带电感性负载时的失控现象0图213单相桥式半控整流电路带电感性负载 加续流二极管第三节单相桥式半控整流电路二、电感性负载加续流二极管VDrb 5和Id的计算与阻性负载时一样(2-32)(2-33)(2-34)(2-35)电流连续电流断续Z 11图214单相桥式半控整流电路带反电动势负载第三节单相桥式半控整流电路三、反电动势负载电流连续Ud=0.9(/21 + cos a"25-E例23A图215晶闸管串联的单相桥式 半控整流电路OT 2第三节单相桥式半控整流电路单相桥式半控整流电路的另一种接法图24 (a)单相桥式全控整流电路相当于把图24(时中的Vg和VT4换为二极管VD3和VD“这样可 以省去续流二极管VDr,续流由VD3和VD4来实现。这种接法的两个晶闸管阴极电位不同，二者的触发电路需要隔离。本章小结主讲了单相半波可控、单相桥式全控和单相桥式半控整流电路。 其中最基本的是单相半波可控整流电路，而最常用的是单相桥式全 控整流电路