电子技术基础项目化教程课件 项目三 直流稳压电源的设计 3.4.1 单向晶闸管可控整流电路

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晶闸管，又称为硅可控元件（SCR），是由三个PN结构成的大功率半导体器件。具有体积小、重量轻、容量大、响应速度快、控制灵活、寿命长以及维护方便等优点。常用于大功率场合，它可通过毫安级的电流、几伏电压来控制几百安的电流、数千伏以上的电压，使半导体器件的应用从弱电领域进入强电领域。但也存在缺点：工作状态的断续非周期状况会产生的大量谐波会对电网产生不良的影响。3.4.1单向晶闸管的可控整流电路下页上页首页

晶闸管多用于可控整流、逆变、调压等电路，也可作为无触点开关。晶闸管的外形和符号如图3－29所示。下页上页首页

图3－29晶闸管外形及符号1．单相半波可控整流电路

把不可控的单相半波整流电路中的二极管用晶闸管代替，就成为单相半波可控整流电路。下面将分析这种可控整流电路在接电阻性负载和电感性负载时的工作情况。下页上页首页

（1）电阻性负载

图3－30是接电阻性负载的单相半波可控整流电路，负载电阻为RL。

从图可见，在输入交流电压u的正半周时，晶闸管VTH承受正向电压，如图3－31（a）所示波形。假如在t1时刻给控制极加上触发脉冲如图3－31（b），晶闸管导通，负载上得到电压。当交流电压u下降到接近于零值时，晶闸管正向电流小于维持电流而关断。

在电压u为负半周时，晶闸管承受反向电压，不可能导通，负载电压和电流均为零。在第二个正半周内，再在相应的t2时刻加入触发脉冲，晶闸管再行导通。这样，在负载RL上就可以得到如图3－31（c）所示的电压波形。图3－31（d）所示的波形为晶闸管所承受的正向和反向电压，其最高正向和反向电压均为输入交流电压的幅值。

显然，在晶闸管承受正向电压的时间内，改变控制极触发脉冲的输入时刻（移相），负载上得到的电压波形就随着改变，这样就控制了负载上输出电压的大小。

晶闸管在正向电压下不导通的电角度为控制角（又称移相角），用α表示，而导通的电角度则称为导通角，用θ表示,如图3－31（c）所示。很显然，导通角θ愈大，输出电压愈高。整流输出电压的平均值可以用控制角表示，即

从式中看出，当α=0时（θ=180o）晶闸管在正半周全导通，UO=0.45U，输出电压最高，相当于不可控二极管单相半波整流电压。若α=180o，U0=0，这时

θ=0o，晶闸管全关断。

根据欧姆定律，电阻负载中整流电流的平均值为：下页上页首页此电流即为通过晶闸管的平均电流。

（2）电感性负载与续流二极管

上面所讲的是接电阻性负载的情况，实际上遇到较多的是电感性负载，象各种电机的励磁绕组、各种电感线圈等，它们既含有电感，又含有电阻。有时负载虽然是纯电阻的，但串了电感线圈等，它们既含有电感，又含有电阻。有时负载虽然是纯电阻的，但串了电感滤波器后，也变为电感性的了。整流电路在接电感性负载和接电阻性负载的两种情况大不相同。下页上页首页

电感性负载可用串联的电感元件L和电阻元件R表示（图3－32）。下页上页首页

当晶闸管刚触发导通时，电感元件中产生阻碍电流变化的感应电动势（其极性在图3－32中为上正下负），电路中电流不能跃变，将由零逐渐上升如图3－33(a)，当电流到达最大值时，感应电动势为零，而后电流减小，电动势eL也就改变极性，在图3－32中为下正上负。图3－32接电感性负载的可控整流电路

此后，在交流电压u到达零值之前，eL和u极性相同，晶闸管当然导通。即使电压u经过零值变负之后，只要eL大于u，晶闸管继续承受正向电压，电流仍将继续流通，如图3－33(a)。只要电流大于维持电流时，晶闸管不能关断，负载上出现了负电压。当电流下降到维持电流以下时，晶闸管才能关断，并且立即承受反向电压，如图3－33(b)所示。下页上页首页

综上可见，在单相半波可控整流电路接电感性负载时，晶闸管导通角θ将大于（180o-α）。负载电感愈大，导通角θ愈大，在一个周期中负载上负电压所占的比重就愈大，整流输出电压和电流的平均值就愈小。为了使晶闸管在电源电压u降到零值时能及时关断，使负载上不出现负电压，必须采取相应措施。下页上页首页

我们可以在电感性负载两端并联一个二极管VD来解决上述出现的问题，如图3－34。当交流电压u过零值变负后，二极管因承受正向电压而导通，于是负载上由感应电动势eL产生的电流经过这个二极管形成回路。因此这个二极管称为续流二极管。

图3－34电感性负载并联续流二极管

这时负载两端电压近似为零，晶闸管因承受反向电压而关断。负载电阻上消耗的能量是电感元件释放的能量。下页上页首页2.单相半控桥式整流电路

单相半波可控整流电路虽然具有电路简单、使用元件少、调整方便的优点，但却有整流电压脉动大、输出整流电流小的缺点。较常用的是半控桥式整流电路，简称半控桥，其电路如图3－35所示。电路与单相不可控桥式整流电路相似，只是其中两个臂中的二极管被晶闸管所取代。图3－35电阻性负载的单相半控桥式整流电路

在变压器副边电压u的正半周（a端为正）时，VTH1和VD2承受正向电压。这时如对晶闸管VTH1引入触发信号，则VTH1和VD2导通，电流的通路为a→VTH1→RL→VD2→b这时VTH2和VD1都因承受反向电压而截止。同样，在电压u的负半周时，VTH2和VD1承受正向电压。这时，如对晶闸管VTH2引入触发信号，则VTH2和VD1导通，电流的通路为：b→VTH2