第3講 可控整流電路1(單相)

1、南京工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院1第二章 可控整流電路南京工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院2本課程重點內(nèi)容之一本課程重點內(nèi)容之一(一般一般30%)主要內(nèi)容：主要內(nèi)容： 幾種常用的可控幾種常用的可控整流整流電路及工作原理，不同性質(zhì)負(fù)電路及工作原理，不同性質(zhì)負(fù) 載下電壓電流波形，電量基本關(guān)系，掌握載下電壓電流波形，電量基本關(guān)系，掌握分析方法分析方法 掌握各種電路掌握各種電路特點特點和應(yīng)用范圍，根據(jù)用電設(shè)備要求和應(yīng)用范圍，根據(jù)用電設(shè)備要求 正確設(shè)計可控整流電路及元件的參數(shù)正確設(shè)計可控整流電路及元件的參數(shù)南京工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院3主要內(nèi)容主要內(nèi)容 單相半波可控整流電路 單相橋式全控整流電路 單相橋式半控整流電路 南京工業(yè)大學(xué)自

2、動化學(xué)院4n承受反向電壓時，不論門極是否有觸發(fā)電流，晶閘管都不會導(dǎo)通。n承受正向電壓時，僅在門極有觸發(fā)電流的情況下晶閘管才能開通。n晶閘管一旦導(dǎo)通，門極就失去控制作用。n要使晶閘管關(guān)斷，只能使晶閘管的電流降到接近于零的某一數(shù)值以下 。 晶閘管正常工作時的特性總結(jié)如下：晶閘管正常工作時的特性總結(jié)如下：復(fù)習(xí)：晶閘管的開關(guān)特性復(fù)習(xí)：晶閘管的開關(guān)特性南京工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院5第一節(jié) 單相半波可控整流電路一一 電阻性負(fù)載電阻性負(fù)載變壓器變壓器T：變換電壓和隔離：變換電壓和隔離的作用的作用假設(shè)假設(shè):SCR(VT)為理想開關(guān)為理想開關(guān)nu2= U2msint單相交流電單相交流電源源u20時：時：nSCR承受正

3、向電壓承受正向電壓n若無門極觸發(fā)信號若無門極觸發(fā)信號:nSCR-正向阻斷；正向阻斷；n承受電壓為：承受電壓為：u2;nid=0, ud=0南京工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院6t=時：時：n加觸發(fā)信號：加觸發(fā)信號：nSCR導(dǎo)通導(dǎo)通niT= id = i2nud=u2 nid=ud/R=u2/Rt=時：時：niT= id = i2 =0 nSCR關(guān)斷關(guān)斷t = 2 時：時：nSCR承受反壓阻斷承受反壓阻斷 南京工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院7 電阻負(fù)載的特點：電壓與電電阻負(fù)載的特點：電壓與電流波形相同流波形相同ud為脈動直流，只在為脈動直流，只在u2正半正半周出現(xiàn)，周出現(xiàn)，-半波整流半波整流可控器件可控器件+交流輸入為單

4、相交流輸入為單相=單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路ud波形在一個電源周期中只波形在一個電源周期中只脈動脈動1次次-單脈波整流電路單脈波整流電路南京工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院8幾個重要的基本概念：幾個重要的基本概念：觸發(fā)延遲角：觸發(fā)延遲角：從晶閘管開始從晶閘管開始承受正向陽極電壓起到施加承受正向陽極電壓起到施加觸發(fā)脈沖止的電角度，用觸發(fā)脈沖止的電角度，用a表示，也稱觸發(fā)角表示，也稱觸發(fā)角(Trigger Angle)或控制角或控制角導(dǎo)通角：導(dǎo)通角：晶閘管在一個電源晶閘管在一個電源周期中處于通態(tài)的電角度，周期中處于通態(tài)的電角度，用用表示表示(Conduction Angle) 南京工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)

5、院9n 基本數(shù)量關(guān)系：基本數(shù)量關(guān)系： VT的的a 移相范圍為移相范圍為180 這種通過控制觸發(fā)脈沖的相位這種通過控制觸發(fā)脈沖的相位來控制直流輸出電壓大小的方來控制直流輸出電壓大小的方式稱為相位控制方式，簡稱相式稱為相位控制方式，簡稱相控方式控方式南京工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院10總結(jié)：總結(jié)： SCR管觸發(fā)導(dǎo)通，將交流電變管觸發(fā)導(dǎo)通，將交流電變成脈動的直流電；成脈動的直流電； 改變改變角，可以改變輸出電壓角，可以改變輸出電壓電流波形和大小；電流波形和大小； SCR管可能承受的最大反向電管可能承受的最大反向電壓為壓為u2電壓峰值，最大正向電電壓峰值，最大正向電壓為壓為u2峰值。峰值。 SCR是否能觸發(fā)導(dǎo)通

6、的依據(jù)是是否能觸發(fā)導(dǎo)通的依據(jù)是電壓正偏。電壓正偏。 SCR從導(dǎo)通變關(guān)斷的依據(jù)是流從導(dǎo)通變關(guān)斷的依據(jù)是流過過SCR的電流為零的電流為零(或或AK兩端電兩端電壓小于零壓小于零)。南京工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院11二二、阻感性負(fù)載阻感性負(fù)載 阻感負(fù)載的特點：阻感負(fù)載的特點：n電感對電流變化有抗拒電感對電流變化有抗拒作用，使得流過電感的作用，使得流過電感的電流不能發(fā)生突變電流不能發(fā)生突變n分析方法：通過器件的分析方法：通過器件的理想化，將電路簡化為理想化，將電路簡化為分段線性電路，分段進(jìn)分段線性電路，分段進(jìn)行分析計算行分析計算2.1 單相半波可控整流電路a)u1TVTRLu2uVTudidu20t12tttt

7、tug0ud0id0uVT0b)c)d)e)f)+ + +南京工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院12a)u1TVTRLu2uVTudidu20t12tttttug0ud0id0uVT0b)c)d)e)f)+ + +對單相半波電路：對單相半波電路：當(dāng)當(dāng)VT處于斷態(tài)時，處于斷態(tài)時，id=0。VT處于通態(tài)時，處于通態(tài)時，VT短短接接初始條件：初始條件：t=時，時，id=0tURitiLsin2dd2dd南京工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院13)sin(2)sin(22)(2tZUeZUitLRd)sin()sin(tge22)( LRZRLtg1南京工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院14負(fù)載阻抗角負(fù)載阻抗角j、觸發(fā)角、觸發(fā)角a、晶閘管導(dǎo)通角的關(guān)

8、系、晶閘管導(dǎo)通角的關(guān)系若若j為定值，為定值，a越大，在越大，在u2正半周正半周L儲能越少，維持導(dǎo)電的儲能越少，維持導(dǎo)電的能力就越弱，能力就越弱，越小越小若若a為定值，為定值，j越大，則越大，則L貯能越多，貯能越多，越大；且越大；且j越大越大在在u2負(fù)半周負(fù)半周L維持晶閘管導(dǎo)通的時間就越接近晶閘管在維持晶閘管導(dǎo)通的時間就越接近晶閘管在u2正半周導(dǎo)通的時間，正半周導(dǎo)通的時間，ud中負(fù)的部分越接近正的部分，平均中負(fù)的部分越接近正的部分，平均值值Ud越接近零，輸出的直流電流平均值也越小。越接近零，輸出的直流電流平均值也越小。為避免為避免Ud太小，在整流電路的負(fù)載兩端并聯(lián)續(xù)流二極管太小，在整流電路的負(fù)載

9、兩端并聯(lián)續(xù)流二極管南京工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院15a)LTVTRu1u2uVTudVDRidu2udiduVTiVTIdIdt1ttttttOOOOOO - +b)c)d)e)f)g)iVDRiVDR與沒有續(xù)流二極管的情況與沒有續(xù)流二極管的情況比較比較在在u u2 2正半周時兩者工作情正半周時兩者工作情況一樣況一樣當(dāng)當(dāng)u u2 2過零變負(fù)時，過零變負(fù)時，VDVDR R導(dǎo)通，導(dǎo)通，u ud d為零。此時為負(fù)的為零。此時為負(fù)的u u2 2通通過過VDVDR R向向VTVT施加反壓使其施加反壓使其關(guān)斷，關(guān)斷，L L儲存的能量保證儲存的能量保證了電流了電流i id d在在L-R-VDL-R-VDR R回路中

10、回路中流通，此過程通常稱為流通，此過程通常稱為續(xù)續(xù)流流。續(xù)流期間。續(xù)流期間u ud d為為0 0，u ud d中中不再出現(xiàn)負(fù)的部分不再出現(xiàn)負(fù)的部分南京工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院16數(shù)量關(guān)系數(shù)量關(guān)系若近似認(rèn)為若近似認(rèn)為id為一條水平線，為一條水平線，恒為恒為Id，則有，則有ddDRII2ddTII2ddTItdII2)(212ddDRItdII2)(2122a)LTVTRu1u2uVTudVDRidu2udiduVTiVTIdIdt1ttttttOOOOOO - +b)c)d)e)f)g)iVDRiVDR南京工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院17單相半波可控整流電路的特點單相半波可控整流電路的特點:簡單，但輸出脈動大，

11、變壓器二次側(cè)電流中含直簡單，但輸出脈動大，變壓器二次側(cè)電流中含直流分量，造成變壓器鐵芯直流磁化流分量，造成變壓器鐵芯直流磁化實際上很少應(yīng)用此種電路實際上很少應(yīng)用此種電路分析該電路的主要目的在于利用其簡單易學(xué)的特分析該電路的主要目的在于利用其簡單易學(xué)的特點，建立起整流電路的基本概念點，建立起整流電路的基本概念南京工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院182.2 單相橋式可控整流電路2.2.1電阻性負(fù)載 SCR為理想開關(guān)為理想開關(guān) u2= U2msint VT1、VT4一對橋臂一對橋臂 電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)：南京工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院19工作原理工作原理lu20時時VT1、VT4承受正向電壓承受正向電壓若若無門極觸發(fā)信號無門

12、極觸發(fā)信號 VT1、VT4 正向阻斷正向阻斷 承受電壓為：承受電壓為：u2/2 VT2、VT3反向阻斷反向阻斷 承受電壓為：承受電壓為：-u2/2 id=0 ud=0南京工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院20 t=時，時，給給T1T4同時加同時加 觸發(fā)信號觸發(fā)信號 VT1、VT4導(dǎo)通導(dǎo)通 iT1= iT4= id = i2 ud=u2 uT1= uT4= 0 id=ud/R=u2/R VT2 、VT3反向阻斷反向阻斷 承受電壓：承受電壓：-u2南京工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院21 t=時時 iT1= iT4= id =0 T1 T4關(guān)斷關(guān)斷l(xiāng) u2 0)L儲能儲能，id上升速度受限上升速度受限nud=u2電網(wǎng)供能量給電

13、網(wǎng)供能量給R和和L L較小，控制角較小，控制角較大較大 t=時，時， （給（給T1T4同時加觸發(fā)信號）同時加觸發(fā)信號）南京工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院33n當(dāng)當(dāng)u2由峰值開始下降后，由峰值開始下降后，ud下降但下降但id仍上升仍上升 一段一段,但但上升速度開始下降上升速度開始下降L吸收能量直到吸收能量直到id上升速率上升速率0， id =idmax ，后，后id開始開始下降下降，L釋放釋放能量能量南京工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院34nid仍仍0，T1T4繼續(xù)導(dǎo)通繼續(xù)導(dǎo)通電網(wǎng)和電網(wǎng)和L供能量給供能量給R 當(dāng)當(dāng)t= ，u2=0時時南京工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院35 當(dāng)當(dāng)t= wt1時時 u2=0,L供能量給供能量給R同時回饋

14、給電網(wǎng)同時回饋給電網(wǎng)id繼續(xù)下降繼續(xù)下降,直到直到0T1T4關(guān)斷（關(guān)斷（ L中能量釋放完）中能量釋放完）t： wt1 -（ + ） 四管均斷態(tài)，四管均斷態(tài)，id=0,ud=0南京工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院36當(dāng)當(dāng)t= + 時類似正半周期時類似正半周期南京工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院37In帶帶RL負(fù)載負(fù)載后后ud出現(xiàn)負(fù)值出現(xiàn)負(fù)值;nid變化滯后于變化滯后于ud;n導(dǎo)通角導(dǎo)通角大于阻性負(fù)載大于阻性負(fù)載;n L較小較小較大時，較大時，L儲能儲能較小，在較小，在id下降過程中不下降過程中不足以維持足以維持T1T4導(dǎo)通至導(dǎo)通至T2T3觸發(fā)導(dǎo)通時刻，觸發(fā)導(dǎo)通時刻，n導(dǎo)通角導(dǎo)通角 R ） id脈動幅度很小，脈動幅度很小，近

15、似為一近似為一直流直流Id； 導(dǎo)通角導(dǎo)通角 = 波形：波形： iT:矩形波矩形波(幅值幅值 Id) i2:矩形波矩形波(正負(fù)幅值均為正負(fù)幅值均為 Id) 南京工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院40* Ud=0.9 U2 cos * 移相范圍移相范圍90度度* Id=Ud/R* IT=Id /1.414* Itav=Id/2* I2=Id ，U= U 數(shù)量關(guān)系數(shù)量關(guān)系南京工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院41例如圖單相橋式全控整流電路接大電感負(fù)載，試計算當(dāng)時，輸出電壓電流的平均值？如果負(fù)載端并接續(xù)流二極管，輸出電壓電流平均值又為多少？并求流過晶閘管和續(xù)流二極管的電流平均值、有效值2200 ,4UV Rd 60南京工業(yè)大學(xué)自動化

16、學(xué)院42解1)6020.9cos0.9220cos 6099dUUV9924.84dddUIAR時，由于是大電感負(fù)載南京工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院43反電勢負(fù)載反電勢負(fù)載南京工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院44只有當(dāng)只有當(dāng)u2絕對值大于絕對值大于E時，時，SCR才能觸發(fā)導(dǎo)通才能觸發(fā)導(dǎo)通停止導(dǎo)通角停止導(dǎo)通角 ：與電阻負(fù)載時相比，晶閘與電阻負(fù)載時相比，晶閘管提前了電角度管提前了電角度停止導(dǎo)電停止導(dǎo)電。南京工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院45a角相同時，整流輸出電壓比電阻角相同時，整流輸出電壓比電阻負(fù)載時大。負(fù)載時大。id波形在一周期內(nèi)有部分時間為波形在一周期內(nèi)有部分時間為0的情況，稱為的情況，稱為電流斷續(xù)電流斷續(xù)。與此對應(yīng)，。與此對

17、應(yīng)，若若id波形不出現(xiàn)為波形不出現(xiàn)為0的點的情況，稱的點的情況，稱為為電流連續(xù)電流連續(xù)。當(dāng)當(dāng)a 時，觸發(fā)脈沖到來時，晶閘時，觸發(fā)脈沖到來時，晶閘管承受負(fù)電壓，不可能導(dǎo)通。為了使管承受負(fù)電壓，不可能導(dǎo)通。為了使晶閘管可靠導(dǎo)通，要求觸發(fā)脈沖有足晶閘管可靠導(dǎo)通，要求觸發(fā)脈沖有足夠的寬度，保證當(dāng)夠的寬度，保證當(dāng)wt= 時刻有晶閘時刻有晶閘管開始承受正電壓時，觸發(fā)脈沖仍然管開始承受正電壓時，觸發(fā)脈沖仍然存在。這樣，相當(dāng)于觸發(fā)角被推遲存在。這樣，相當(dāng)于觸發(fā)角被推遲 。 南京工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院46阻性負(fù)載阻性負(fù)載與全控橋相同與全控橋相同感性負(fù)載感性負(fù)載2.3 單相橋式半控整流電路設(shè)設(shè)L足夠大足夠大 不帶續(xù)流

18、不帶續(xù)流D 波形分析：波形分析： 移相范圍：移相范圍：0-180度度 導(dǎo)通角導(dǎo)通角： 失控現(xiàn)象：失控現(xiàn)象：南京工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院47例: 單相橋式半控整流電路,電阻性負(fù)載,畫出整流二極管在一周內(nèi)承受的電壓波形。南京工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院48思考: 單相橋式半控整流電路,電阻性負(fù)載,如果一個晶閘管陰陽極之間被燒斷，畫出整流二極管在一周內(nèi)承受的電壓波形。南京工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院49若無續(xù)流二極管，則當(dāng)若無續(xù)流二極管，則當(dāng) 突然增大至突然增大至180180 或觸發(fā)脈沖丟失時，或觸發(fā)脈沖丟失時， 會發(fā)生一個晶閘管持續(xù)導(dǎo)通而兩個二極管輪流導(dǎo)通的情況，這使會發(fā)生一個晶閘管持續(xù)導(dǎo)通而兩個二極管輪流導(dǎo)通的情況，這使u ud d成為正弦半波，即半周期成為正弦半波，即半周期u ud d為正弦，另外半周期為正弦，另外半周期u ud d為零，其平為零，其平均值保持恒定，稱為均值保持恒定，稱為失控失控南京工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院50 有續(xù)流二極管有續(xù)流二極管VDR時，續(xù)流過程由時，續(xù)流過程由VDR完成，晶閘管完成，晶閘管 關(guān)斷，避免了某一個晶閘管持續(xù)導(dǎo)通從而導(dǎo)致失控的關(guān)斷，避免了某一個晶閘管持續(xù)導(dǎo)通從而導(dǎo)致失控的 現(xiàn)象。同時，續(xù)流期