第3章晶闸管可控整流电路1(单相)

1、晶闸管的工作原理 几点结论：几点结论：u具有单向导电性，承受反向电压时，不论门极具有单向导电性，承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通。是否有触发电流，晶闸管都不会导通。u在承受正向电压时，可通过门极控制开通。在承受正向电压时，可通过门极控制开通。u晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用。晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用。u要使晶闸管关断，只能使晶闸管的电流降到接要使晶闸管关断，只能使晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下近于零的某一数值以下 。常用电力电子开关器件性能对比常用电力电子开关器件性能对比符号可控性驱动信号额定电压、电流工作频率饱和压降二极管不可控无 最大有高有低小

2、晶闸管半控脉冲电流（开通）最大最低中GTO全控正、负脉冲电流大较低小 GTR全控正电流中中小IGBT全控正电压较大较高小MOSFET全控正电压小最高大BECBEC第三章 晶闸管相控整流电路 3.1 整流电路的构成原理 3.2 单相可控整流电路分析 3.3 三相可控整流电路分析 3.4 电容滤波不可控整流电路分析 3.5 交流电源回路电感效应 3.6 全控变流电路的有源逆变工作状态 3.7 谐波和无功功率分析基础 3.8 晶闸管相控触发电路3.1 整流电路的构成原理整流电路的构成原理 整流电路的整流原理 整流电路的基本类型 整流电路的换相规律 负载性质对电路工作的影响 分析整流电路的假设条件 整

3、流电路研究、学习的基本内容一. 整流电路的整流原理整流电路主要分为相控整流电路和PWM整流电路相控整流原理： 利用整流管和晶闸管的单相导电开关特性，构成输出单一极性的电力变换电路，从而将输入的交流电能转换为输出的直流电能。 整流电路通常先由整流变压器将电源电压变换为幅值适宜的交流电压，再由直流变换电路变换后得到负载所需要的直流电压。二. 整流电路的基本类型划分划分依据依据电源相数电源相数变压器次变压器次级绕组工级绕组工作制作制组成器件组成器件负载性质负载性质基本基本类型类型单相单相三相三相多相多相半波半波桥式桥式不可控不可控可控可控半控半控电阻负载电阻负载阻感负载阻感负载反电动势反电动势阻容负

4、载阻容负载图图1：单相半波不可控整流电路：单相半波不可控整流电路图图2：单相半波可控整流电路：单相半波可控整流电路图图4：三相半波不可控整流电路：三相半波不可控整流电路图图5：三相半波可控整流电路：三相半波可控整流电路图图6：三相全桥可控整流电路：三相全桥可控整流电路图图3：单相全桥半控整流电路：单相全桥半控整流电路整流电路的原理图整流电路的原理图1半波整流电路据整流电路中开关元件的连接方式，可分为共阴极组接法和共阳极组接法。 当整流电路中各开关元件的阴极接于一 点，而阳极分别接于各相电源时，称为共阴极组接法。 共阴极组接法为高通电路，输出电压极性为共阴极点为正，变压器次级中点为负。 当整流电

5、路中各开关元件的阳极接于一点，而阴极分别接于各相电源时，称为共阳极组接法。 共阳极组接法为低通电路，输出电压极性为共阳极点为负，变压器次级中点为正。三相半波电路a)共阴极接法b)共阳极接法三相半波公阴级电路分析三相半波公阴级电路分析2. 桥式整流电路u半波整流电路的电源变压器次级绕组只通过单方向电流，变压器利用率低，且有的电路存在直流磁势，造成铁芯直流磁化。u利用开关器件的单向导电开关特性可构成整流桥，可使电源变压器次级绕组通过正反两个方向的电流。u由于变压器次级绕组正负半周都工作，从而提高了变压器的利用率。三. 整流电路的换相规律对电源系统电压的要求对电源系统电压的要求 整流电路在工作过程中

6、，要按照电源电压的变化规律周期性地切换整流工作回路。为保证在稳定工作状态下能均衡工作，使输出电压电流波形变化尽可能小，要求电源系统为对称的，且电压波动在一定范围之内。 2 2自然换相与自然换相点（书上没有）自然换相与自然换相点（书上没有）自然换相点在不可控整流电路中，整流管将按电源电压变化规律自然换相，自然换相的时刻称为自然换相点。控制角 ：从自然换相点计起，到发出控制脉冲使晶闸管导通为止的时间间隔，以电角度表示，称为控制角。四四. .负载性质对电路工作的影响负载性质对电路工作的影响、电阻负载、电阻负载 特点：特点：电压、电流的波形形状相同、电感性负载、电感性负载（主要指电感与电阻串联的电路）

7、 特点：特点：负载电流不能突变，波形分为连续和不连续两种情况。四四. .负载性质对电路工作的影响负载性质对电路工作的影响、电容性负载、电容性负载（整流输出接大电容滤波） 特点：特点：由于电容电压也不能突变，所以晶闸管刚一触发导通时，电容电压为零，相当于短路，因而就有很大的充电电流流过晶闸管，电流波形呈尖峰状。 因此为了避免晶闸管遭受过大的电流上升率而损坏，一般不宜在整流输出端直接接大电容。负载性质对电路工作的影响负载性质对电路工作的影响、反电势负载、反电势负载 （整流输出供蓄电池充电或直流电动机，即负载（整流输出供蓄电池充电或直流电动机，即负载有反电势）有反电势） 特点：特点：只有当输出电压大

8、于反电动势时才有电只有当输出电压大于反电动势时才有电流流通，电流波形也呈较大的脉动。流流通，电流波形也呈较大的脉动。五五. .分析整流电路的假设条件分析整流电路的假设条件1、假定开关元件的开关特性是理想的的开关特性、假定开关元件的开关特性是理想的的开关特性 饱和压降为零饱和压降为零, ,漏电流为零漏电流为零 2、电源变压器是理想变压器、电源变压器是理想变压器 内阻为零，漏抗为零内阻为零，漏抗为零3、电源为理想电动势、电源为理想电动势 内阻为零内阻为零 在理想条件下所得出的结论，大都适用于实在理想条件下所得出的结论，大都适用于实际的电路。对因与假定理想条件不符合而产生的际的电路。对因与假定理想条

9、件不符合而产生的影响，可进一步根据实际特性进行修正。影响，可进一步根据实际特性进行修正。 六六. . 整流电路研究、学习的基本内容整流电路研究、学习的基本内容依据开关元件的理想开关特性和负载性质，分析电路的工作过程。据电路工作过程得出波形分析，包括输出电压 ud 、各晶闸管端电压 uVT、负载电流 id 、通过各晶闸管电流 iVT 、以及变压器次级和初电流 i2 和 i1 等。 在波形分析基础上，求得一系列电量间的基本数量关系，以便对电路进行定量分析。在设计整流电路时，数量关系可作为选择变压器和开关元件的依据。 3.2 单相可控整流电路分析 3.2.2 单相桥式全控整流电路 3.2.1 单相半

10、波可控整流电路 3.2.3 单相桥式半控整流电路 3.2.4 单相整流电路电动势负载单相可控整流电路基本特点：交流侧接单相电源重点注意： 主电路形式、工作过程及波形分析、数量关系、不同负载的影响。3.2.1 单相半波可控整流电路 单相半波可控整流电路是组成各种类型可控整流电路的基础，所有可控整流电路的工作回路都可等效为单相半波可控整流电路。因此，对于单相半波可控整流电路的分析是十分重要的，可作为研究各种可控整流电流的基础。单相半波可控整流电路可以为各种性质的负载供电。以下主要介绍电阻性负载和阻感负载。 单相半波可控整流电路及波形1.主电路 输入为单相正弦交流电压源，经整流变压器变压，设次级电压

11、为：2.工作过程及波形分析： 分为三个阶段：正向阻断、正向导通、反向阻断(1)控制角：控制角：从晶闸管开始承受正向电压到开始导通的这一角度，以 表示。222s inuUt220,00,0,ddVTtuVTuiuu当时，正向阻断2,0tuVT当时 ，触 发 导 通电阻性负载电阻性负载222,0,0ddVTtuVTuuuiuR当时，正向导通2,00dtuiVT 当 时 ， 自 然 关 断222 ,00,0,ddVTtuVTuiuu 当时，反向阻断(2)(3)单相半波可控整流电路及波形导通角：导通角：晶闸管在一个周期中处于导通的电角度，以表示。电阻性负载电阻性负载单相半波可控整流电路及波形相位控制：

12、相位控制： 周期性控制，通过控制触发角 的大小（也是控制导通角 ）实现调压相位控制特点：相位控制特点： 需要知道主电路的电压相位3.数量关系22sin202dUttuTt输出电压瞬时值：2211c o s2s in()0 .4 522dUUtdtU21co s0 .4 52ddUUIRR输 出 电 流 平 均 值 ：22222sin11()()sin2242VTUtUIIIdtRR:输出电流有效值电阻性负载电阻性负载 22DMRMUUU晶闸管承受的峰值电压：移相范围：控制角 的有效变化范围。移相范围：0电力电子电路特点电力电子电路特点1、电力电子电路的输出一般是非正弦周期量2、电力电子电路的电

13、网侧输入的正弦电压，非正弦周期电流3、电力电子电路会带来严重谐波和无功问题(即使是纯电阻负载情况下)，是非线性装置。011kmkk 2I( t)Iin(t)Isin(kt)I s112s inuUt阻感负载的波形单相半波可控整流电路22,0,0,0ddVTtuVTuuiu当时，触发导通222,0,0,ddVTddtuVTdiuuuui RLdtiRL当时，正向导通为正弦电压输入，负载，零初始条件下的电流响应 1.主电路 负载中含有储能元件电感，电路中电流不能突变。2. 工作过程及波形分析： 分为三个阶段(1)阻感负载阻感负载(2)(3)222,000,0,0dddVTtuiVTituuuu当

14、时，由于电感的存在，继续导通，直至 时。当时，0dtiVT当时，自然关断max20ddddLiidiiuLdt由 于 的 存 在 ，从下 降 到时 ，220 ,0,ddV TtV Tuiuu当时 ，阻 断 阻感负载阻感负载022移相范围：22DMRMUUU晶闸管承受的峰值电压：阻感负载阻感负载3.3.纯电感负载纯电感负载（LL R R ）0322322330特点：特点： 电源不做功 因为Ud=0，改变不能控制Ud,但可控制Id的大小。阻感负载阻感负载（数量关系）22sin202dUttTut 输出电压瞬时值：2022sin2VTtTuUtt晶闸管电压瞬时值：22022()11()2sin()2

15、2222coscossinsin222ddUu dtUtdtUU 输出电压平均值：4.4.数量关系数量关系电力电子电路的一种基本分析方法 通过器件的理想化，将电路简化为分段线性电路，分段进行分析计算。对单相半波电路的分析可基于上述方法进行：当VT处于断态时，相当于电路在VT处断开，id=0。当VT处于通态时，相当于VT短路。单相半波可控整流电路的分段线性等效电路a)VT处于关断状态b)VT处于导通状态阻感负载阻感负载4.4.数量关系数量关系、关系关系arctanwLR当当VT处于通态时，如下方程成立：处于通态时，如下方程成立：VTRLu2VT处于导通状态tURitiLsin2dd2dd（3-1

16、）)sin(2)sin(22)(2dtZUeZUitLR（3-2）)sin()sin(tane（3-3）初始条件：t= ，id=0。求解式（3-1）并将初始条件代入可得当t=+ 时，id=0，代入式（3-2）并整理得22)( LRZRLarctan其中，阻感负载阻感负载阻感负载阻感负载负载负载阻抗角 、触发角、触发角 、晶闸管导通角晶闸管导通角 的关系的关系若 为定值，越大，在u2正半周L储能越少，维持导电的能力就越弱， 越小。若a为定值， 越大，则L贮能越多， 越大；且 越大，在u2负半周L维持晶闸管导通的时间就越接近晶闸管在u2正半周导通的时间，ud中负的部分越接近正的部分，平均值Ud越接

17、近零，输出的直流电流平均值也越小。有续流二极管电流断续三三. .有续流二极管的阻感负载有续流二极管的阻感负载1.主电路2.工作过程及波形分析有电流断续和电流连续两种情况。电流断续：L作用较小或控制角较大时，在VD续流期间，Id衰减较快，等到下次触发VT时，Id已经下降到零。(1)22,0,0,0ddVTdtuVTuuiuiRL当时，触发导通：正弦电压输入，零初始条件下电路响应222, 0,0,uuuuuVTutVDVTd正向导通时，当有续流二极管的阻感负载有续流二极管的阻感负载00,02 Iiutd时，当22,00,0,0ddVTVDddtuVDVTdiuuuui RLdtiRL当时，自然导通

18、，反向关断：零输入，非零初始条件下的电路响应dtiVD当 时， 开始下降直到零，截止2, 0,02uuiutVTdd时，当(2)(3)有续流二极管电流断续20ddLLitVTi当 作用较大， 较小时， 贮存的能量较多， 衰减很慢，到再一次触发时，。电流连续：有续流二极管电流连续(1)(2)(3)0,0,0122VTdduIiuuVTut触发导通时，当222,0,0,dVTVDdtuVTuuuuuiRL 当时，正向导通即为正弦电压输入，非零初始条件下的电路响应0220,Iiutd时，当222 ,00,0,0ddVTVDddtuVDVTdiuuuui RLdtiRL当时，自然导通，反向关断：零输入

19、，非零初始条件下的电路响应2220,dVTtVTuuu当 时，正向阻断有续流二极管的阻感负载有续流二极管的阻感负载3. 数量关系电流断续：L作用较小或控制角较大时，在VD续流期间，Id衰减较快，等到下次触发VT时，Id已经下降到零。20202sin tsin22sinsinRtLdRtLRLUetZiI etUIeZ 式中，注意：不管断续连续一个周期内，电感电压的平均值为零，不做功能有续流二极管的阻感负载有续流二极管的阻感负载3. 数量关系电流连续：20ddLLitVTi当 作用较大， 较小时， 贮存的能量较多，衰减很慢，到再一次触发时，。22010222sinsin2RtLdRtLUUtIe

20、tZZiI et 202201022sinsin1RLRLRLUeZIeII e有续流二极管的阻感负载有续流二极管的阻感负载可可0202dVTVDRdItittiIt有续流二极管的阻感负载有续流二极管的阻感负载2IIdVTd2IIRdVDd21()22II dtIVTdd221()22II dtI RVDdd单相半波可控整流电路的特点单相半波可控整流电路的特点简单，但输出脉动大，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。实际上很少应用此种电路。分析该电路的主要目的在于利用其简单易学的特点，建立起整流电路的基本概念。 复习复习: :自然换相与自然换相点（书上没有）自然换相与自然换相点

21、（书上没有）自然换相点在不可控整流电路中，整流管将按电源电压变化规律自然换相，自然换相的时刻称为自然换相点。控制角 ：从自然换相点计起，到发出控制脉冲使晶闸管导通为止的时间间隔，以电角度表示，称为控制角。复习：共阴极和共阳极接法复习：共阴极和共阳极接法复习：单相半波电路复习：单相半波电路单相半波可控整流电路及波形相位控制：相位控制： 周期性控制，通过控制触发角 的大小（也是控制导通角 ）实现调压相位控制特点：相位控制特点： 需要知道主电路的电压相位控制角控制角：从晶闸管开始承受正向电压到开始导通的这一角度，以 表示。导通角：导通角：晶闸管在一个周期中处于导通的电角度，以表示。复习：电力电子电路

22、特点复习：电力电子电路特点1、电力电子电路的输出一般是非正弦周期量2、电力电子电路的电网侧输入的正弦电压，非正弦周期电流3、电力电子电路会带来严重谐波和无功问题，是非线性装置222s inuUt011kmkk 2I( t)Iin(t)Isin(kt)I s电阻负载波形阻感负载的波形21c o s0 .4 52dUU0 022222sinsin22dUU复习：单相半波电路复习：单相半波电路有续流二极管电流断续有续流二极管电流连续21c o s0 .4 52dUU0 复习：单相半波电路复习：单相半波电路复习：有续流二极管的阻感负载复习：有续流二极管的阻感负载2IIdVTd2IIRdVDd21()2

23、2II dtIVTdd221()22II dtI RVDdd单相半波可控整流电路的特点单相半波可控整流电路的特点简单，但输出脉动大，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。实际上很少应用此种电路。分析该电路的主要目的在于利用其简单易学的特点，建立起整流电路的基本概念。 3.2.2 单相桥式全控整流电路单相全控桥式带电阻负载时的电路及波形一一. . 电阻性负载电阻性负载1.主电路2.工作过程及波形分析 分为四个阶段 VT1和VT4组成一对桥臂，在u2正半周承受电压u2，得到触发脉冲时导通，当u u2 2过零时关断。 VT2和VT3组成另一对桥臂，在u2负负半周承受电压-u2，得到触

24、发脉冲时导通，当u2过零时关断。VT1、VT2 、VT3、VT4关断VT1、VT4 导通，VT2、VT3关断VT1、VT2 、VT3、VT4关断VT1、VT4 关断，VT2、VT3导通触发触发VT1、VT4 触发触发VT2、VT3 电压过零电压过零电电压压过过零零VT3、VT4共阳极连接VT1、VT2共阴极连接3.2.2 单相桥式全控整流电路单相全控桥式带电阻负载时的电路及波形一一. . 电阻性负载电阻性负载2.工作过程及波形分析：分为四个阶段224321221,21, 0, 0,0,03241uuuuuuiuVTVTVTVTutVTVTVTVTdd均不导通时，当(1) VT1、VT2 、VT

25、3、VT4关关断断(2) VT1、VT4 导通，导通，VT2、VT3关断关断触发导通和时，当4120,VTVTu0,0,dddVTVTVTVTtuVT VTVT VTuuuiuuuuuR 当时 ， 和 导 通 ， 和 关 断2电阻性负载单相全控桥式带电阻负载时的电路及波形(3) VT1、VT2 、VT3、VT4关断关断214,00,0,ddtuuiVTVT当 时，和自然关0,10 ,0,212ddVTVTVTVTtuVT VTVTVTuiuuuuuu 当时 ，均 不 导 通(4) VT1、VT4 关断，关断，VT2、VT3导通导通触发导通和时

26、，当3220,VTVTut142322314222 ,0,0dddVTVTVTVTtuVTVTVTVTuuuiRuuuuu 当时，和导通，和关断2电阻性负载3.数量关系2002sindtuTUtt输出电压瞬时值：1422210202122VTVTuttTuuutut晶 闸 管 两 端 电 压 瞬 时 值 ：2202102122232TttututuuuVTVT2电阻性负载（数量关系）数量关系）2cos19 . 02cos122)(dsin21222UUttUUd输出电压平均值：2cos19 . 02cos12222RURURUIdd输出电流平均值：2cos145. 0212RUIIddVT值：

27、流过晶闸管的电流平均2222211(sin)()sin22UUIItdtRR负载电流有效值：222211(sin) d()sin 22222UUIIttRRVT晶闸管通过电流有效值:T =2T =2电阻性负载（数量关系）数量关系）22221sin22PI RIRSU IU功率因数：0移相范围：导通角：2222,2RMDMUUUU晶闸管承受的峰值电压：221sin22UIIR2单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路1.主电路2.工作过程及波形分析根据L作用不同，分电流断续和电流连续电流断续：L作用较小，阻感负载电流断续 ,arctanLR 即其中： 负载阻抗角工作过程仍然分为四个阶段VT1、V

28、T2 、VT3、VT4关断VT1、VT4 导通，VT2、VT3关断VT1、VT2 、VT3、VT4关断VT1、VT4 关断，VT2、VT3导通触发触发VT1、VT4 触发触发VT2、VT3 L吸收能量消耗完毕吸收能量消耗完毕L吸收能量消耗完毕吸收能量消耗完毕2单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路触发导通和时，当412, 00,VTVTiutd214232221423,0,0ddVTVTVTVTdddiuuuuuuuui R LdttuVTVTVTVTiRL 当时，和导通，和关断：正弦电压输入，零初始条件下的 电路响应1.主电路2.工作过程及波形分析根据L作用不同，分电流断续和电流连续电流断

29、续：L作用较小，(1)阻感负载电流断续 ,arctanLR 即其中： 负载阻抗角2单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路1.主电路2.工作过程及波形分析根据L作用不同，分电流断续和电流连续电流断续：L作用较小，2142,00,0dddtuiVT VTuui 当 时 ，和不 关 断 ，直 至时214232,0,dVTVTVTVTtuuuuuuu 当时 ，(2)阻感负载电流断续 ,arctanLR 即其中： 负载阻抗角2阻感负载（电流断续）阻感负载（电流断续）阻感负载电流断续 140,dtiVTVT当时，和自然关断1234142232,11,22VTVTVTVTtVT VT VT VTuuuuu

30、u 当 时，均不导通230dtVTVTi当时，和触发导通，2314222,ddddtVTVTdiVTVTuui RLudtiRL当时，和导通，和关断，：正弦电压输入，零初始条件下的电路响应(3)(4)2 阻感负载（电流断续）阻感负载（电流断续）阻感负载电流断续 23220,0dddtiVTVTuui当时，和不关断，直至时2142232,0dVTVTVTVTtuuuuuuu当时，230,dtiVTVT当时，和自然关断12341422322,11,220,0VTVTVTVTddtVT VT VT VTuuuuuuui 当时，均不导通(5)(6)2阻感负载（电流断续）阻感负载（电流断续） 3.数量关

31、系数量关系22sin tsin0RtLdUetiTZt20dutuTt输出电压瞬时值：22()11()2sin()2coscosddUu dtUtdtU 输出电压平均值：导通角：0移项范围： 0LddUUIR输出电流平均值：电力电子电路稳态工作时，一个周期内电感上的电压平均值为零，即不做功。阻感负载（电流连续）阻感负载电流连续电流连续：作用较大，即L工作过程分为二个阶段VT1、VT4 导通，VT2、VT3关断VT1、VT4 关断，VT2、VT3导通触发触发VT1、VT4 触发触发VT2、VT3 22阻感负载（电流连续）阻感负载电流连续电流连续：作用较大，即L(1)触发导通和时，当410,VTV

32、TIit0,dVTVTVTVTdddtVTVTVTVTuuuuuuudiui RLdtiRL 当时，和导通，和关断：正弦电压输入，非零初始条件下的电路响应(2)仍导通和时，当412, 00,VTVTiutd214232,0,dVTVTVTVTtuuuuuuu 当 时，22阻感负载（电流连续）（电流连续）阻感负载电流连续电流连续：23140dtVTVTVTVTiI当时，和触发导通，和反向关断，(3)231421422322,0dVTVTVTVTdddtVTVTVTVTuuuuuuudii RLudtiRL当时，和导通，和关断，：正弦电压输入，非零初始条件下的电路响应(4

33、)仍导通和时，当32, 02VTVTitd21422322,0dVTVTVTVTtuuuuuuu当 时，22阻感负载（电流连续）3.数量关系d22212sind()2 2cos0.9cosUUttUU 输出电压平均值：22sinduUttT输出电压瞬时值： 200.902ddUUU时，；时，导通角： 020 有效移相范围：要使id连续:22阻感负载（电流连续）数量关系22022sinsinRtLdUUitIeZZ202sin1()1RLRLUeZIe切换时刻电流当 时，I00，id连续0222阻感负载（电流连续）数量关系,ddLRiI当电感很大，时，则：12IIdVTd流过晶闸管的电流平均值：

34、2dII：晶闸管通过电流有效值VTdII 2：变压器次级电流有效值22220.9cosdUPI RSU IU功率因数：2l为了提高平均值可以负载两为了提高平均值可以负载两端反并联二极管端反并联二极管l周期触发时周期触发时VT3由于驱动电由于驱动电路原因脉冲丢失路原因脉冲丢失,得到什么结得到什么结果？果？l课后作业，分连续和断续画课后作业，分连续和断续画出相关波形出相关波形单相桥式阻感电路 例例1 某电源装置采用单相桥式全控整流电路某电源装置采用单相桥式全控整流电路, ,向电阻负载供电向电阻负载供电, ,若该装若该装置可输出在置可输出在12v 30v 连续可调平均电压连续可调平均电压; ;触发电

35、路最小控制角触发电路最小控制角min=20;输输出平均电流出平均电流Id均可达均可达20A。按下列两种条件求变压器次级电压和电流定。按下列两种条件求变压器次级电压和电流定 额、额、晶闸管电压和电流定额：晶闸管电压和电流定额：理想条件；理想条件；整流回路两只晶闸管总通态平均整流回路两只晶闸管总通态平均压降压降2V、线路电压损失线路电压损失1V、电源电压波动范围、电源电压波动范围5%U2。 电阻性负载题目电阻性负载题目21 cos0.92UUd输出电压平均值：221sin22UIIR变压器电流有效值: 例例1 某电源装置采用单相桥式全控整流电路某电源装置采用单相桥式全控整流电路, ,向电阻负载供电

36、向电阻负载供电, ,若该装若该装置可输出在置可输出在12v 30v 连续可调平均电压连续可调平均电压; ;触发电路最小控制角触发电路最小控制角min=20;输输出平均电流出平均电流Id均可达均可达20A。按下列两种条件求变压器次级电压和电流定。按下列两种条件求变压器次级电压和电流定 额、额、晶闸管电压和电流定额：晶闸管电压和电流定额：理想条件；理想条件；整流回路两只晶闸管总通态平均整流回路两只晶闸管总通态平均压降压降2V、线路电压损失线路电压损失1V、电源电压波动范围、电源电压波动范围5%U2。 电阻性负载题目电阻性负载题目21cos0.92UUd输出电压平均值：21sin 2222UIIRV

37、T晶闸管通过电流有效值:221sin22UIIR变压器电流有效值：()2 1+fdIkI sin2 +2波形系数公式（cos ） 例例2 某电源装置采用单相桥式全控整流电路某电源装置采用单相桥式全控整流电路, ,向阻感负载供电，向阻感负载供电，wLwLR,R,若该装置可输出在若该装置可输出在12v 30v 连续可调平均电压连续可调平均电压; ;触发电路最小控制角触发电路最小控制角min=20;输出平均电流输出平均电流Id均可达均可达20A。按下列两种条件求变压器次级电压。按下列两种条件求变压器次级电压和电流定和电流定 额、晶闸管电压和电流定额：额、晶闸管电压和电流定额：理想条件；理想条件；整流

38、回路两只晶闸整流回路两只晶闸管总通态平均压降管总通态平均压降2V、线路电压损失线路电压损失1V、电源电压波动范围、电源电压波动范围5%U2。 阻感性负载题目阻感性负载题目d20.9cosUU输出电压平均值：dII 2：变压器次级电流有效值2dII：晶闸管通过电流有效值VT3.2.3 单相桥式半控整流电路阻感负载电路及波形1.主电路半控：将全控中的VT3,VT4换成VD3,VD4；这样，VT1和VT2控制换相， VD3和VD4自然换相。 VT1和VD4 构成一整流回路，VT2和VD3构成一整流回路。2.工作过程及波形分析a.自然续流现象：（以id连续为例）2,01tuVT在时，触发导通(1)21

39、4214232,0,0,dVTVDVTVDdtuVTVDuuuuuuuiRL当时，和导通即为正弦电压输入，非零初始条件下的电路响应.222单相全桥半控电路等效图单相全桥半控电路等效图自然续流:VD3和VD4随着电源的正负变化自然交替导通222(2)1234130,0,ddtiVTuVDVDiVTVD当 时，仍导通。从此刻起，导通，截止，不经变压器绕组，由和流过，这就是自然续流现象1322420,0,dVTVDVTVDdtuuuuuuuiRL 当时，：零输入，非零初始条件下 的电路响应续流期间222(3)221,0tuVTVT当 时，触发导通，关断2321422,dVTVDdtVTVDuuuuu

40、iRL当 时，和导通：正弦电压输入，非零初始条件下的电路响应222(4)23420,dtiVTVDVD当时，仍导通，和换流241232220,dVTVDdtVTVDuuuuuiRL当 时，和导通：零输入，非零初始条件下的电路响应222工作过程分为四个阶段工作过程分为四个阶段VT2、VD4导通、VT1、VD3关断VT1、VD4 导通，VT2、VD3关断VT1、VD3 导通，VT2、VD4关断VT2、VD3 导通，VT1、VD4关断触发触发VT1触发触发VT2电压过零电压过零电压过零电压过零 电压为正电压为正 电压为负电压为负21 cos0.92UUd0 正常工作时等同于全控桥阻感负载并上续流二极

41、管222 VT1和VT2共阴极接法，VT3和VT4共阳极接法 VT1和VT4组成一对桥臂，在u2正半周得到触发脉冲时肯定导通 VT2和VT3组成另一对桥臂，在u2负负半周得到触发脉冲时肯定导通。全关断时器件承受电压为电源电压的一半单相全桥电路复习单相全桥电路复习电阻负载时的电路及波形单相全桥电路复习单相全桥电路复习- -电阻负载电阻负载VT1、VT2 、VT3、VT4关断VT1、VT4 导通，VT2、VT3关断VT1、VT2 、VT3、VT4关断VT1、VT4 关断，VT2、VT3导通触发触发VT1、VT4 触发触发VT2、VT3 电压过零电压过零21 cos0.92UUd0 电阻负载时的电路

42、及波形单相全桥电路复习单相全桥电路复习- -电阻负载电阻负载VT1、VT2 、VT3、VT4关断VT1、VT4 导通，VT2、VT3关断VT1、VT2 、VT3、VT4关断VT1、VT4 关断，VT2、VT3导通触发触发VT1、VT4 触发触发VT2、VT3 电压过零电压过零21 cos0.92UUd0 单相全桥电路复习单相全桥电路复习电感负载电感负载电流连续工作过程分为二个阶段VT1、VT4 导通，VT2、VT3关断VT1、VT4 关断，VT2、VT3导通触发触发VT2、VT3 触发触发VT1、VT4 电流断续时工作过程仍然分为四个阶段VT1、VT2 、VT3、VT4关断VT1、VT4 导通

43、，VT2、VT3关断VT1、VT2 、VT3、VT4关断VT1、VT4 关断，VT2、VT3导通触发触发VT1、VT4 触发触发VT2、VT3 L吸收能量消耗完毕吸收能量消耗完毕L吸收能量消耗完毕吸收能量消耗完毕0020 d20.9cosUU并上续流二极管？单相全桥电路复习单相全桥电路复习复习：单相全桥半控电路等效图复习：单相全桥半控电路等效图1、理想工作状态下，电路不工作时器件承受的电压为电源电压一半2、阻感负载下的自然续流:VD3和VD4随着电源的正负变化自然交替导通222工作过程分为四个阶段工作过程分为四个阶段VT2、VD4导通、VT1、VD3关断VT1、VD4 导通，VT2、VD3关断

44、VT1、VD3 导通，VT2、VD4关断VT2、VD3 导通，VT1、VD4关断触发触发VT1触发触发VT2电压过零电压过零电压过零电压过零 电压为正电压为正 电压为负电压为负21 cos0.92UUd0 正常工作时等同于全控桥阻感负载并上续流二极管222工作过程分为四个阶段工作过程分为四个阶段VT2、VD4导通、VT1、VD3关断VT1、VD4 导通，VT2、VD3关断VT1、VD3 导通，VT2、VD4关断VT2、VD3 导通，VT1、VD4关断触发触发VT1触发触发VT2电压过零电压过零电压过零电压过零 电压为正电压为正 电压为负电压为负21 cos0.92UUd0 正常工作时等同于全控

45、桥阻感负载并上续流二极管222思考：单相全桥半控电路电阻负载思考：单相全桥半控电路电阻负载理想状态下，单相半控桥电阻负载与单相全控桥电阻负载电压波形一致222半桥阻感负载失控时的电路及波形单相全桥半控电路单相全桥半控电路失控工作状态的电路波形l 当控制角突然增大至当控制角突然增大至180180 或触发脉或触发脉冲丢失时，会发生一个晶闸管持续导冲丢失时，会发生一个晶闸管持续导通而两个二极管在正、负半周轮流导通而两个二极管在正、负半周轮流导通的情况其平均值保持恒定，这种异通的情况其平均值保持恒定，这种异常现象称为常现象称为失控。失控。( (无法用切除脉冲的无法用切除脉冲的方式使电路停止工作方式使电

46、路停止工作) )222阻感负载阻感负载(工作过程及波形分析工作过程及波形分析)b.失控现象及续流二极管例如：若在运行中，VT1和VD4导通时，切除触发脉冲。当u20时， VD4和VD3自然换相， 则VT1和VD4又构成电源对负载供电的回路。这样，VT1一直导通， VD3和VD4交替导通，无法实现关断，产生失控现象。失控工作状态的电路波形阻感负载阻感负载b.失控现象及续流二极管 为了防止失控的发生，必须消除自然续流现象：负载两端反并联续流二极管VDR，提供另外一条通路。 有续流二极管VDR时，续流过程由VDR完成，晶闸管关断，避免了某一个晶闸管持续导通从而导致失控的现象。同时，续流期间导电回路中

47、只有一个管压降，有利于降低损耗。应当指出，实现这一功能的条件是VDR的通态电压低于自然续流回路开关元件通态电压之和，否则不能消除自然续流现象，关断导通的晶闸管。2134_VTVTVDRVDRVDVD 工作过程可表示为： 该电路电流波形的表示式比较复杂，在讨论有关电流的数量关系时，常以负载参数满足LR 为条件。这时，负载电流的变化量相对于平均电流是很小的，可以认为负载电流波形是平直的。相关波形见图。阻感负载-有续流二极管阻感负载-有续流二极管1.主电路2.工作过程及波形分析(1)2142322,0,dVDVTdtuVTVDuuuuuiRL 当时，和导通：正弦电压输入，非零初始条件下的电路响应阻断

48、。开始导通，时，当1VTVDRt1220,0,dVTVTdtVDRuuuuiRL 当时，导通，：零输入，非零初始条件下的电路响应(2)单相全桥半控电路等效图单相全桥半控电路等效图(3)223,0tuVTVDVDR当 时，触发导通，导通，反向截止2321422,dVTVDdtVTVDuuuuuiRL当 时，和导通：正弦电压输入， 非零初始条件下的电路响应(4)22tVDRVT当时，开始导通，阻断。12220,dVTdtVDRuuuiRL当时，导通，：零输入，非零初始条件下 的电路响应阻感负载-有续流二极管3.数量关系：2cos19 . 02UUd输出电压平均值：通过晶闸管，整流管和续流二极管电流

49、的平均值和有效值分别为：22dVTdVDdVTVDdIIIIIIdVDRdVDRdIIIIVTdIII22效值为：通过变压器次级电流有单相全波与单相全控桥从直流输出端或从交流输入端看均是基本一致的。变压器不存在直流磁化的问题。单相全波与单相全控桥的区别 （1）单相全波中变压器结构较复杂，绕组及铁芯对铜、铁等材料的消耗多。 （2）单相全波只用2个晶闸管，比单相全控桥少2个，相应地，门极驱动电路也少2个；但是晶闸管承受的最大电压为 ，是单相全控桥的2倍。 （3）单相全波导电回路只含1个晶闸管，比单相桥少1个，因而管压降也少1个。从上述（2）、（3）考虑，单相全波电路有利于在低输出电压的场合应用。单相全波可控整流电路U22单相桥式半控整流电路单相桥式半控整流电路单相桥式半控整流电路 的另一种接法的另一种接法 把单相桥式全控整流电把单相桥式全控整流电路中的路中的VT2和和VT4换为二极管换为二极管VD2和和VD4，这样可以省去，这样可以省去续流二极管续流二极管VDR，续流由，续流由VD2和和VD4来实现。来实现。 两个晶闸管的阴极电位两个晶闸管的阴极电位不同不同, ,触发电路需要隔离触发电路需要隔离. .3.2.4 单相整流电路电动势负载 整流电路的负载中，有一种带直流电动势的含源负载，由整流电路供给电能，实现能量传递