单相半波不可控整流电路二极管导通课件

1.电压定额1.3晶闸管的主要参数通常取晶闸管的UDRM和URRM中较小的标值作为该器件的额定电压。选用时，额定电压要留有一定裕量,一般取额定电压为正常工作时晶闸管所承受峰值电压2~3倍。1)

断态重复峰值电压UDRM——在门极断路而结温为额定值时，允许重复加在器件上的正向峰值电压,一般为正向转折电压的80％。2)

反向重复峰值电压URRM——在门极断路而结温为额定值时，允许重复加在器件上的反向峰值电压，一般为反向击穿电压的80％。

3)

通态（峰值）电压UTM——晶闸管通以某一规定倍数的额定通态平均电流时的瞬态峰值电压（一般为2V）。1.电压定额1.3晶闸管的主要参数通常取晶闸管的U12.额定电流1)通态平均电流（额定电流）IT(AV)晶闸管在环境温度为40

C和规定的冷却状态下，稳定结温不超过额定结温时所允许连续流过的单相工频正弦半波电流的最大平均值。使用时应按实际电流与通态平均电流有效值相等的原则来选取晶闸管额定电流。实际使用时应留一定的裕量，一般取1.5

2倍。2.额定电流22)

维持电流IH——晶闸管处于通态时，使晶闸管维持导通所必需的最小电流一般为几十到几百毫安，与结温有关，结温越高，则IH越小3)

擎住电流IL

——晶闸管刚从断态转入通态并移除触发信号后，能维持导通所需的最小电流

对同一晶闸管来说，通常IL约为IH的2~4倍4)

浪涌电流ITSM——指由于电路异常情况引起的并使结温超过额定结温的不重复性最大正向过载电流2)

维持电流IH33、门极触发电流、门极触发电压在室温下，晶闸管施加6V正向阳极电压时，使元件完全开通所必须的最小门极电流，称为门极触发电流IGT。对应于门极触发电流的门极电压，称为门极触发电压UGT。4、通态平均电压在规定环境温度、标准散热条件下，元件通以额定电流即额定正弦半波时，阳极和阴极间电压降的平均值，称通态平均电压（一般称作管压降）。从减小损耗和元件发热来看，应选择UT（AV）较小的管子。3、门极触发电流、门极触发电压45.波形系数波形系数：有效值和平均值的比值。Kf=ITn/IT（AV）在额定情况下，波形系数Kf=ITn/IT（AV）=1.57对于一只额定电流IT（AV）=100A的晶闸管，允许的电流有效值应该为KfIT（AV）=157A（考虑正弦半波波形系数）。不同的电流波形，有不同的平均值与有效值，波形系数也不同。5.波形系数波形系数：有效值和平均值的比值。51）开通时间tgt：tgt=td+tr延迟时间td：从门极电流阶跃时刻开始，到阳极电流上升到稳态值的10%，这段时间称为延迟时间td

。上升时间tr：阳极电流从10%上升到稳态值的90%所需要的时间，称为上升时间tr

普通晶闸管大约为6μs左右，快速晶闸管可降到1μs左右。

为了缩短开通时间与保证触发导通时刻的正确，常采用实际触发电流比规定触发电流大3~5倍、前沿陡的窄脉冲来触发，称为强触发。延迟时间上升时间开通时间：tgt=td+tr6.动态特性1）开通时间tgt：tgt=td+tr延迟时间上升时6trr：2）关断时间：tq=trr+tgrutttrrURRMIRMiAqrt关断时间tq：元件从正向电流降为零到元件恢复正向阻断的时间。反向阻断恢复时间trr：从正向电流降为零，到反向恢复电流衰减至接近于零的时间。正向阻断恢复时间tgr：反向恢复过程结束后，由于截流子复合过程比较慢，晶闸管要恢复其对正向电压的阻断能力还需要一段时间，这段时间叫正向阻断恢复时间。（在tgr内重新对晶闸管加正向电压，晶闸管会重新正向导通，不受门极控制。所以实际应用中，应在tgr后才允许对晶闸管重新加正向电压。）

反向阻断恢复时间正向阻断恢复时间T1时刻起在反压作用下，瞬时出现反向阳极电流。T2时刻，反向电流达到最大值。再反方向衰减。在恢复电流快速衰减时，由于外电路电感的作用，会在晶闸管两端引起反向的尖峰电压URRM。t1t2t3trr：2）关断时间：tq=trr+tgrutttrrURR7晶闸管的开通和关断过程波形延迟时间上升时间反向阻断恢复时间正向阻断恢复时间开通时间：tgt=td+tr关断时间：tq=trr+tgr晶闸管的开通和关断过程波形延迟时间上升时间反向阻断恢复时间正8——指在额定结温和门极开路的情况下，不导致晶闸管从断态到通态转换的外加电压最大上升率。——指在规定条件下，晶闸管能承受而无有害影响的最大通态电流上升率。如果电流上升太快，则晶闸管刚一开通，便会有很大的电流集中在门极附近的小区域内，从而造成局部过热而使晶闸管损坏。(2)通态电流临界上升率di/dt在阻断的晶闸管两端施加的电压具有正向的上升率时，相当于一个电容的J2结会有充电电流流过，被称为位移电流。此电流流经J3结时，起到类似门极触发电流的作用。如果电压上升率过大，使充电电流足够大，就会使晶闸管误导通。(1)断态电压临界上升率du/dt除开通时间tgt和关断时间tq外，还有：——指在额定结温和门极开路的情况下，不导致晶闸管从断态到通态9晶闸管的型号:根据国家的有关规定，普通晶闸管的型号及含义如下:

7.晶闸管的型号晶闸管的型号:根据国家的有关规定，普通晶闸管的型号及含义如下10第二章单相可控整流电路2.1单相半波可控整流电路■整流电路（Rectifier）是电力电子电路中出现最早的一种，它的作用是将交流电能变为直流电能供给直流用电设备。

■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电路。

◆按交流输入相数分为单相电路和多相电路。◆按变压器二次侧电流的方向是单向或双向，分为单拍电路和双拍电路。第二章单相可控整流电路■整流电路（Rectifier）111、单相半波不可控整流电路二极管导通，忽略二极管正向压降，

uo=u2为分析简单起见，把二极管当作理想元件处理，即二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。二极管截止,

uo=0u2>0时:u2<0时:u1u2aTbDRLuouDioio1、单相半波不可控整流电路二极管导通，忽略二极管正向压降，为12单相半波不可控整流电路电压波形u2uouD

t

2340u1u2aTbDRLuouDio单相半波不可控整流电路电压波形u2uouDt23413输出电压平均值（Uo）,输出电流平均值（Io)：()ò=pwp2021tduUoo=()òpwp

021tdsinwt22U

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

uo

20tu1u2aTbDRLuouDio输出电压平均值（Uo）,输出电流平均值（Io)：()ò=p14二极管上的平均电流及承受的最高反向电压：u1u2aTbDRLuouDiouD

20tUDRM二极管上的平均电流：ID=IOUDRM=22U承受的最高反向电压:二极管上的平均电流及承受的最高反向电压：u1u2aTbDRL152、单相半波可控整流电路1)带电阻负载的工作情况

◆变压器T起变换电压和隔离的作用，其一次侧和二次侧电压瞬时值分别用u1和u2表示，有效值分别用U1和U2表示，其中U2的大小根据需要的直流输出电压ud的平均值Ud确定。

◆电阻负载的特点是电压与电流成正比，两者波形相同。

◆在分析整流电路工作时，认为晶闸管（开关器件）为理想器件，即晶闸管导通时其管压降等于零，晶闸管阻断时其漏电流等于零，除非特意研究晶闸管的开通、关断过程，一般认为晶闸管的开通与关断过程瞬时完成。

wwwwtTVTR0a)u1u2uVTudidwt1p2ptttu2uguduVTaq0b)c)d)e)002、单相半波可控整流电路1)带电阻负载的工作情况wwwwtT16

tO

控制角

t1

tO

tO

t22

tO导通角(2)工作波形阻性负载单相半波可控整流电路电压、电流波形tO控制角t1tOtOt22tO导17工作过程和特点：（1）在U2的正半周，VT承受正向电压，0～ωt1期间，无触发脉冲，VT处于正向阻断状态，UVT＝U2，Ud=0;（2）ωt1以后，VT由于触发脉冲UG的作用而导通，则Ud=U2,UVT=0,Id=U2/R，一直到π时刻；（3）π～2π期间，U2反向，VT由于承受反向电压而关断,UVT=U2,Ud=0。以后不断重复以上过程。特点：为单拍电路，易出现变压器直流磁化，应用较少。工作过程和特点：18◆改变触发时刻，ud和id波形随之改变，直流输出电压ud为极性不变但瞬时值变化的脉动直流，其波形只在u2正半周内出现，故称“半波”整流。加之电路中采用了可控器件晶闸管，且交流输入为单相，故该电路称为单相半波可控整流电路。整流电压ud波形在一个电源周期中只脉动1次，故该电路为单脉波整流电路。◆基本数量关系

☞

：从晶闸管开始承受正向阳极电压起到施加触发脉冲止的电角度称为触发延迟角，也称触发角或控制角。☞

：晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度称为导通角。在半波电路中，θ＋α＝π☞直流输出电压平均值

☞随着

增大，Ud减小，该电路中VT的

移相范围为180

。◆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。

◆改变触发时刻，ud和id波形随之改变，直流输出电压ud为极19〔若干概念〕单拍电路：指变压器副边在工作过程中只流过一个方向的电流；双拍电路：指变压器副边在工作过程中流过正反双向电流；“半波”整流：ud为脉动直流，波形只在u2正半周内出现，故称之。α的移相范围：指触发角α可以变化的角度范围。在不同的电路中，α有不同的角度范围。如在单相半波电路中，α的移相角度范围是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

〔基本数量关系〕直流输出电压平均值Ud

说明：使用万用表直流档测量Ud即为该数值；U2为电源电压有效值（220V）；α＝π时，Ud=0，可见可以通过调整α来调整Ud。直流输出电压有效值U

=0，U0=0.45U2；

=180，U0=0；

〔基本数量关系〕=0，U0=0.45U221

SCR的若干参数关系：(1)IdT（流过SCR电流的平均值）

(2)

IT（流过SCR电流的有效值）

(3)

UVT（SCR承受的正反向峰值电压）为〔注〕同学们对于这些符号定义，可以参看教材前面的符号说明。

SCR的若干参数关系：22有功功率又叫平均功率。交流电的瞬时功率不是一个恒定值，功率在一个周期内的平均值叫做有功功率，它是指在电路中电阻部分所消耗的功率，对电动机来说是指它的出力，以字母P表示，单位为千瓦（ｋW）。

无功功率：在具有电感（或电容）的电路里，电感（或电容）在半周期的时间里把电源的能量变成磁场（或电场）的能量贮存起来，在另外半周期的时间里又把贮存的磁场（或电场）能量送还给电源。它们只是与电源进行能量交换，并没有真正消耗能量。我们把与电源交换能量的振幅值叫做无功功率，以字母Q表示，单位干乏（kvar）。

视在功率：在具有电阻和电抗的电路内，电压与电流的乘积叫视在功率，以字母S或符号Pｓ表示，单位为千伏安（kVA）。

有功功率、无功功率、视在功率三者关系可以用功率三角形表示

有功功率又叫平均功率。交流电的瞬时功率不是一23

整流电路的功率因数cosφ：cosφ＝（有功功率P）/（电源视在功率S）P=负载的电压有效值×负载的电流有效值S＝电源的电压有效值×电源的电流有效值

cosφ是α的函数，α=0时，cosφ最大。这说明尽管是电阻性负载，由于存在谐波电流，电源的功率因数也不会是1，而且当越大时，功率因数越低。

整流电路的功率因数cosφ：cosφ24◆阻感负载的特点是电感对电流变化有抗拒作用，使得流过电感的电流不能发生突变。

◆电路分析☞晶闸管VT处于态id=0ud=0uVT=u2

☞在

t1时刻，即触发角

处

ud=u2L的存在使id不能突变，id从0开始增加。☞u2由正变负的过零点处，id已经处于减小的过程中，但尚未降到零，因此VT仍处于通态。

☞

t2时刻，电感能量释放完毕，id降至零，VT关断并立即承受反压。

☞由于电感的存在延迟了VT的关断时刻，使ud波形出现负的部分，与带电阻负载时相比其平均值Ud下降。

2)带电感负载的工作情况◆阻感负载的特点是电感对电流变化有抗拒作用，使得流过电感的电25电流增大电流减小+--+eLeL电流增大电流减小+--+eLeL26工作过程和特点：（1）在U2的正半周，VT承受正向电压，0～ωt1期间，无触发脉冲，VT处于正向阻断状态，UVT＝U2，Ud=0;（2）ωt1以后，VT由于触发脉冲UG的作用而导通，则Ud=U2,UVT=0，一直到π时刻。但由于L的作用，在π时刻，Ud=0，而L中仍蓄有磁场能，id>0；（3）π～ωt2期间，L释放磁场能，使id逐渐减为0，此时负载反给电源充电，电感L感应电势极性是上负下正，使电流方向不变，只要该感应电动势比U2大，VT仍承受正向电压而继续维持导通，直至L中磁场能量释放完毕，VT承受反向电压而关断；ωt2ωt2ωt2ωt2工作过程和特点：ωt2ωt2ωt2ωt227◆电力电子电路的一种基本分析方法

☞把器件理想化，将电路简化为分段线性电路。

☞器件的每种状态组合对应一种线性电路拓扑，器件通断状态变化时，电路拓扑发生改变。☞以前述单相半波电路为例当VT处于断态时，相当于电路在VT处断开，

id=0。当VT处于通时，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◆电力电子电路的一种基本分析方法单相半波可控整流电路的分段线28

〔基本数量关系〕直流输出电压平均值Ud

由于从ud的波形可以看出，此时输出的平均电压Ud和电阻负载相比，有所下降。

考虑一种极端情况：如果为大电感负载，则ud中的负面积接近正面积，输出的直流平均电压Ud≈0，则id也很小，这样的电路无实际用途。所以，实际的大感电路中，常常在负载两端并联一个续流二极管。

〔基本数量关系〕考虑一种极端情况：如果29√若

为定值，

角大，

越小。若

为定值，

越大，

越大，且平均值Ud越接近零。为解决上述矛盾，在整流电路的负载两端并联一个二极管，称为续流二极管，用

VDR表示。◆有续流二极管的电路

☞电路分析

√u2正半周时，与没有续流二极管时的情况是一样的。

√当u2过零变负时，VDR导通，ud为零，此时为负的u2通过VDR向VT施加反压使其关断，L储存的能量保证了电流id在L-R-VDR回路中流通，此过程通常称为续流。

√若L足够大，id连续，且id波形接近一条水平线。u2udiduVTiVTIdIdwt1wtwtwtwtwtwtOOOOOOp-ap+ab)c