單相可控整流電路

1、關(guān)于單相可控整流電路1第一張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月21、電阻性負(fù)載單相半波可控整流電路及波形變壓器T變換電壓隔離交流輸入為單相，直流輸出電壓波形只在交流輸入的正半周內(nèi)出現(xiàn)，故稱為單相半波可控整流電路。特點(diǎn)：電壓與電流成正比，兩者波形相同 2.1單相半波可控整流電路wwwwtTVTR0a)u1u2uVTudidwt1p2ptttu2uguduVTaq0b)c)d)e)00（Single Phase Half Wave Controlled Rectifier)第二張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月3兩個(gè)重要的基本概念觸發(fā)延遲角 從晶閘管開始承受正向陽極電壓起到施加觸發(fā)脈

2、沖止的電角度,用表示,也稱觸發(fā)角或控制角。導(dǎo)通角 晶閘管在一個(gè)電源周期中處于通態(tài)的電角度稱為，用表示 。直流輸出電壓平均值為 輸出電壓、晶閘管承受電壓隨觸發(fā)角的變化而變化，a移相范圍為180 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式稱為 相位控制方式（相控方式）第三張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月4帶阻感負(fù)載單相半波可控整流電路及波形2、阻感負(fù)載阻感負(fù)載的特點(diǎn)電感對電流變化有抗拒作用，使得流過電感的電流不發(fā)生突變。電力電子電路中存在非線性的電力電子器件，決定了電力電子電路是非線性電路。若將器件看作理想開關(guān)，則可將電力電子電路簡化為分段線性電路，分段進(jìn)行分析計(jì)算。wttw

3、wtwtwu20wt1p2ptug0ud0id0uVT0qab)c)d)e)f)+第四張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月5VTRLu2VTRLu2單相半波可控整流電路的分段線性等效電路a) VT處于關(guān)斷狀態(tài) b) VT處于導(dǎo)通狀態(tài) 初始條件：t= a ，id=0。求解式（2-2）并將初始條件代入可得其中 ，（2-2）當(dāng)VT處于通態(tài)時(shí)，如下方程成立：當(dāng)t =+ a 時(shí)，id = 0，代入式（2-3）并整理得（2-3）（2-4）由此公式計(jì)算出導(dǎo)通角。第五張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月6負(fù)載阻抗角、觸發(fā)角a 、晶閘管導(dǎo)通角的關(guān)系若為定值，a越大，在u2正半周L儲能越少，維持導(dǎo)電的

4、能力就越弱，越小若a為定值，越大，則L貯能越多，越大；且越大，在u2負(fù)半周L維持晶閘管導(dǎo)通的時(shí)間就越接近晶閘管在u2正半周導(dǎo)通的時(shí)間，ud中負(fù)的部分越接近正的部分，平均值Ud越接近零，輸出的直流電流平均值也越小。由于電感的存在導(dǎo)致輸出直流電壓減小。第六張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月7單相半波帶阻感負(fù)載有續(xù)流二極管的電路及波形 u2udiduVTiVTIdIdwt1wtwtwtwtwtwtOOOOOOp-ap+ab)c)d)e)f)g)iVDRa) 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 當(dāng)u2過零變負(fù)時(shí)，VDR導(dǎo)通，ud為零。此時(shí)為負(fù)的u2通過VDR向VT施加反壓使其關(guān)

5、斷，L儲存的能量保證了電流id在L-R-VDR回路中流通，此過程通常稱為續(xù)流。續(xù)流期間ud為零，ud中不再出現(xiàn)負(fù)的部分。第七張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月8若近似認(rèn)為id為一條水平線，恒為Id，則有（2-5）（2-6）（2-7）（2-8）VT的移相范圍為0180第八張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月9VT的移相范圍為180。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。實(shí)際上很少應(yīng)用此種電路。分析該電路的主要目的建立起整流電路的基本概念。 單相半波可控整流電路的特點(diǎn)第九張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月10單相半波相控觸發(fā)電阻型負(fù)載仿真電

6、路圖第十張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月11單相半波相控觸發(fā)電阻型負(fù)載仿真結(jié)果第十一張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月12 工作原理及波形分析 VT1和VT4組成一對橋臂，在u2正半周承受電壓u2，得到觸發(fā)脈沖即導(dǎo)通，當(dāng)u2過零時(shí)關(guān)斷。 VT2和VT3組成另一對橋臂，在u2正半周承受電壓-u2，得到觸發(fā)脈沖即導(dǎo)通，當(dāng)u2過零時(shí)關(guān)斷。 1、電阻性負(fù)載2.2單相橋式全控整流電路a)u(i)pwtwtwt000i2udidb)c)d)ddaauVT1,4單相全控橋式帶電阻負(fù)載時(shí)的電路及波形（Single Phase Bridge Controlled Rectifier)第十二張，

7、PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月13（2-10）（2-11）整流電壓平均值:角的移相范圍為180負(fù)載輸出的平均電流值為：流過晶閘管的電流平均值只有輸出直流平均值的一半，即（2-9）第十三張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月14（2-12）（2-13）（2-14）流過晶閘管的電流有效值：變壓器二次測電流有效值I2與輸出直流電流I有效值相等：不考慮變壓器的損耗時(shí)，要求變壓器的容量S=U2I2由式（2-12）和式（2-13） 為選擇晶閘管、變壓器容量、導(dǎo)線截面積等參數(shù)，需要考慮發(fā)熱問題，因此需要計(jì)算有效值。第十四張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月15單相全控橋帶阻感負(fù)載時(shí)的電路及

8、波形 假設(shè)電路已工作于穩(wěn)態(tài)，id的平均值不變。假設(shè)負(fù)載電感很大，負(fù)載電流id連續(xù)且波形近似為一水平線。 u2過零變負(fù)時(shí)，由于電感的作用晶閘管VT1和VT4中仍流過電流id，并不關(guān)斷。 至t =+時(shí)刻，給VT2和VT3加觸發(fā)脈沖，因VT2和VT3本已承受正電壓，故兩管導(dǎo)通。 VT2和VT3導(dǎo)通后，u2通過VT2和VT3分別向VT1和VT4施加反壓使VT1和VT4關(guān)斷，流過VT1和VT4的電流迅速轉(zhuǎn)移到VT2和VT3上，此過程稱換相，亦稱換流。2、阻感負(fù)載2OwtOwtOwtudidi2b)OwtOwtuVT1,4OwtOwtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4第十五張，PPT共二十六頁，

9、創(chuàng)作于2022年6月16 晶閘管移相范圍為090晶閘管承受的最大正反向電壓均為 晶閘管導(dǎo)通角與無關(guān)，均為180，平均值和有效值分別為： 變壓器二次側(cè)電流 i2 的波形為正負(fù)各180的矩形波，其相位由角決定，愈大，功率因數(shù)越低有效值I2 = Id 。整流電壓平均值:第十六張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月17單相橋式全控整流電路接RE負(fù)載時(shí)的電路及波形 3、反電動勢負(fù)載|u2| E 時(shí)，晶閘管承受正電壓，才有導(dǎo)通的可能。導(dǎo)通之后 ud=u2 ， 直至 |u2| = E，id 即降至 0 使得晶閘管關(guān)斷，此后 ud = E與電阻負(fù)載時(shí)相比，晶閘管提前了電角度 停止導(dǎo)電， 稱為停止導(dǎo)電角（2

10、-16）在 a 角相同時(shí)，整流輸出電壓比電阻負(fù)載時(shí)大。電流續(xù)斷 id 波形在一周期內(nèi)有 部分時(shí)間為 0 的情況電流連續(xù) id 波形在一周期內(nèi)不 出現(xiàn)為 0 的情況 當(dāng) a 時(shí)，觸發(fā)脈沖到來時(shí)，晶閘管承受負(fù)電壓，不能導(dǎo)通。為使晶閘管可靠導(dǎo)通，觸發(fā)脈沖需足夠的寬度，保證當(dāng) t = 時(shí)，晶閘管承受正電壓，觸發(fā)脈沖仍然存在，相當(dāng)于觸發(fā)角被推遲為，即 a = b)idOEudwtIdOwtaqd第十七張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月18 負(fù)載為直流電動機(jī)時(shí)，如果出現(xiàn)電流斷續(xù)則電動機(jī)的機(jī)械特性將很軟 。 為了克服此缺點(diǎn)，一般在主電路中直流輸出側(cè)串聯(lián)一個(gè)平波電抗器，用來減少電流的脈動和延長晶閘管導(dǎo)

11、通的時(shí)間。 這時(shí)整流電壓ud的波形和負(fù)載電流id的波形與電感負(fù)載電流連續(xù)時(shí)的波形相同，ud的計(jì)算公式亦一樣。 為保證電流連續(xù)所需的電感量L可由下式求出（2-17）單相橋式全控整流電路帶反電動勢負(fù)載串平波電抗器，電流連續(xù)的臨界情況twwOud0Eidtpdaq =p第十八張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月19例：單相橋式全控整流電路，U2=100V，負(fù)載中R=2，L值極大，反電勢E=60V，當(dāng)=30時(shí)，要求： 作出ud、id和i2的波形； 求整流輸出平均電壓Ud、電流Id，變壓器二次側(cè)電流有效值I2； 考慮安全裕量，確定晶閘管的額定電壓和額定電流。解：ud、id和i2的波形如圖 ud、i

12、d和i2的波形圖第十九張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月20 整流輸出平均電壓Ud、電流Id，變壓器二次側(cè)電流有效值I2分別為 Ud0.9 U2 cos0.9100cos3077.97(A) Id (UdE)/R(77.9760)/29(A) I2Id9(A) 晶閘管承受的最大反向電壓為： U2100 141.4（V） 流過每個(gè)晶閘管的電流的有效值為： IVTId 6.36（A） 故晶閘管的額定電壓為： UN(23)141.4283424（V） 晶閘管的額定電流為： IN(1.52)6.361.5768（A） 晶閘管額定電壓和電流的具體數(shù)值可按晶閘管產(chǎn)品系列參數(shù)選取。第二十張，PPT共

13、二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月21單相全波可控整流電路及波形 單相全波可控整流電路又稱單相雙半波可控整流電路。 單相全波與單相全控橋從直流輸出端或從交流輸入端看均是基本一致的。 變壓器不存在直流磁化的問題。 2.3單相全波可控整流電路（Single Phase Full Wave Controlled Rectifier)wtwaudi1OOt第二十一張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月22單相全波與單相全控橋的區(qū)別單相全波中變壓器結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，繞組及鐵芯對銅、鐵等材料的消耗多。單相全波只用2個(gè)晶閘管，比單相全控橋少2個(gè)，相應(yīng)地，門極驅(qū)動電路也少2個(gè)；但是晶閘管承受的最大電壓為 ，是單相全

14、控橋的2倍。單相全波導(dǎo)電回路只含1個(gè)晶閘管，比單相橋少1個(gè)，因而管壓降也少1個(gè)。從上述考慮，單相全波電路有利于在低輸出電壓的場合應(yīng)用。阻感負(fù)載阻感負(fù)載+續(xù)流二極管第二十二張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月23單相橋式半控整流電路，有續(xù)流二極管，阻感負(fù)載時(shí)的電路及波形 假設(shè)負(fù)載中電感很大，且電路已工作于穩(wěn)態(tài)。2.4單相橋式半控整流電路O2OudidIdOOOOOi2IdIdIdIIdawtwtwtwtwtwtwtap-ap-aiVT1iVD4iVT2iVD3iVDR電路分析（先不考慮VDR ） 每一個(gè)導(dǎo)電回路由1個(gè)晶閘管和1個(gè)二極管構(gòu)成。 在u2正半周，處觸發(fā)VT1，u2經(jīng)VT1和VD4

15、向負(fù)載供電。 u2過零變負(fù)時(shí)，因電感作用使電流連續(xù)，VT1繼續(xù)導(dǎo)通，但因a點(diǎn)電位低于b點(diǎn)電位，電流是由VT1和VD2續(xù)流 ，ud=0。第二十三張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月24單相橋式半控整流電路，有續(xù)流二極管，阻感負(fù)載時(shí)的電路及波形O2OudidIdOOOOOi2IdIdIdIIdawtwtwtwtwtwtwtap-ap-aiVT1iVD4iVT2iVD3iVDR 在u2負(fù)半周，處觸發(fā)觸發(fā)VT3，向VT1加反壓使之關(guān)斷，u2經(jīng)VT3和VD2向負(fù)載供電。 u2過零變正時(shí)，VD4導(dǎo)通，VD2關(guān)斷。VT3和VD4續(xù)流，ud又為零。 假設(shè)負(fù)載中電感很大，且電路已工作于穩(wěn)態(tài)。第二十四張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月25續(xù)流二極管的作用 若無續(xù)流二極管，則當(dāng)a 突然增大至180或觸發(fā)脈沖丟失時(shí)，會發(fā)生一個(gè)晶閘管持續(xù)導(dǎo)通而兩