第二章單相可控整流電路

第二章單相可控整流電路第一頁，共三十頁，2022年，8月28日第二章單相可控整流電路

第一節(jié)單相半波可控整流電路第二節(jié)單相橋式全控整流電路第三節(jié)單相橋式半控整流電路本章小結(jié)第二頁，共三十頁，2022年，8月28日第一節(jié)單相半波可控整流電路■可控整流電路常帶的負載有電阻、電感和反電動勢三種?！綦娮栊载撦d——如電解、電鍍等?！綦姼行载撦d——如各類電機的勵磁繞組、輸出串接平波電抗器的負載等。

◆反電動勢——如蓄電池、直流電動機的電樞等?！鐾徽麟娐?，負載不同，差距很大。

第三頁，共三十頁，2022年，8月28日第一節(jié)單相半波可控整流電路一、電阻性負載（控制角）：從晶閘管開始承受正向電壓，到其加上觸發(fā)脈沖的這一段時間所對應(yīng)的電角度。

（導(dǎo)通角）：晶閘管在一個周期內(nèi)導(dǎo)通的電角度。此電路中：圖2-1單相半波可控整流帶電阻性負載第四頁，共三十頁，2022年，8月28日第一節(jié)單相半波可控整流電路◆電阻負載的特點是電壓與電流成正比，兩者波形形狀相同?！敉ㄟ^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，簡稱相控方式。

◆基本數(shù)量關(guān)系

?直流輸出電壓平均值

當(dāng)=0時，Ud0=0.45U2最大;隨著增大，Ud減??；=180時，Ud=0。

移相范圍為0~180。

（2-1）一、電阻性負載第五頁，共三十頁，2022年，8月28日第一節(jié)單相半波可控整流電路?直流輸出電流平均值

（2-2）?負載上得到的直流輸出電壓有效值U和電流有效值I分別為：

（2-3）（2-4）一、電阻性負載第六頁，共三十頁，2022年，8月28日第一節(jié)單相半波可控整流電路?流過晶閘管的電流平均值和有效值分別為：

（2-5）（2-6）（2-8）?晶閘管可能承受的正反向峰值電壓均為：一、電阻性負載第七頁，共三十頁，2022年，8月28日第一節(jié)單相半波可控整流電路?變壓器的容量為：

（2-9）?電路的功率因數(shù)為：◆例2.1

一、電阻性負載第八頁，共三十頁，2022年，8月28日第一節(jié)單相半波可控整流電路二、電感性負載1.無續(xù)流二極管◆電感負載的特點是電感對電流變化有抗拒作用，使得流過電感的電流不能發(fā)生突變。◆由于電感的存在，延遲了VT的關(guān)斷時刻，使ud波形出現(xiàn)負的部分，與帶電阻負載時相比其平均值Ud下降。負載阻抗角：若φ為定值，愈大→愈小

若為定值,

φ愈大

→愈大

◆大電感負載，即ωLd＞＞Rd（一般10倍以上）時，ud波形中的負面積接近正面積，Ud

≈0。

圖2-2單相半波可控整流電路帶電感性負載第九頁，共三十頁，2022年，8月28日第一節(jié)單相半波可控整流電路二、電感性負載2.加續(xù)流二極管VDR◆電路分析?若電感足夠大（大電感），id連續(xù)，且id波形接近一條水平線。◆基本數(shù)量關(guān)系?直流輸出電壓平均值和電流平均值（2-1）（2-2）√與阻性負載時相同，但id波形不同。圖2-3單相半波可控整流電路帶電感性負載加續(xù)流流二極管第十頁，共三十頁，2022年，8月28日第一節(jié)單相半波可控整流電路二、電感性負載2.加續(xù)流二極管VDR（2-10）（2-11）?流過晶閘管的電流平均值和有效值分別為：

?流過續(xù)流二極管的電流平均值和有效值分別為：

（2-13）（2-12）第十一頁，共三十頁，2022年，8月28日第一節(jié)單相半波可控整流電路二、電感性負載2.加續(xù)流二極管VDR?晶閘管承受的最大正反向電壓UTM仍為；而續(xù)流二極管承受的最大反向電壓UDM也為。晶閘管的最大移相范圍仍是0-180°。

◆單相半波可控整流電路的特點是簡單，但輸出脈動大；轉(zhuǎn)換效率低；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。為使變壓器鐵芯不飽和，需增大鐵芯截面積，增大了設(shè)備的容量。——橋式電路。

第十二頁，共三十頁，2022年，8月28日第二節(jié)單相橋式全控整流電路一、電阻性負載（2-14）（2-15）√是半波電路輸出的兩倍

?！痰囊葡喾秶彩?-180°。圖2-4單相橋式全控整流電路帶電阻性負載第十三頁，共三十頁，2022年，8月28日第二節(jié)單相橋式全控整流電路一、電阻性負載（2-16）（2-17）（2-15）（2-19）（2-20）（2-21）第十四頁，共三十頁，2022年，8月28日第二節(jié)單相橋式全控整流電路二、電感性負載（大電感）◆電路分析?負載電感很大，id不能突變且波形近似為一條水平線。?在u2正半周期,觸發(fā)角處給晶閘管VT1和VT4加觸發(fā)脈沖使其開通，ud=u2。?u2過零變負時，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。?t=+時刻，觸發(fā)VT2和VT3，VT2和VT3導(dǎo)通，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，此過程稱為換相，亦稱換流。

圖2-5單相橋式全控整流電路帶電感性負載第十五頁，共三十頁，2022年，8月28日第二節(jié)單相橋式全控整流電路二、電感性負載（大電感）◆基本數(shù)量關(guān)系

?直流輸出電壓的平均值Ud：

當(dāng)=0時，Ud0=0.9U2;=90時，Ud=0。晶閘管移相范圍為0~90。?直流輸出電流的平均值Id為:

（2-22）（2-23）第十六頁，共三十頁，2022年，8月28日第二節(jié)單相橋式全控整流電路二、電感性負載（大電感）?流過晶閘管的電流的平均值和有效值分別為:

?流過變壓器二次側(cè)繞組的電流有效值

?晶閘管可能承受的正反向峰值電壓為（2-21）（2-26）（2-25）◆為了擴大移相范圍，去掉輸出電壓的負值，提高Ud的值，可以在負載兩端并聯(lián)續(xù)流二極管。例2.2

第十七頁，共三十頁，2022年，8月28日第二節(jié)單相橋式全控整流電路三、反動勢負載

（2-27）◆電路分析?|u2|>E時，才有晶閘管承受正電壓，有導(dǎo)通的可能。

?晶閘管導(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。

?與電阻負載時相比，晶閘管提前了電角度停止導(dǎo)電，稱為停止導(dǎo)電角。

圖2-8單相橋式全控整流電路帶反電動勢第十八頁，共三十頁，2022年，8月28日第二節(jié)單相橋式全控整流電路三、反動勢負載

?當(dāng)<

時，觸發(fā)脈沖到來時，晶閘管承受負電壓，不可能導(dǎo)通。

?觸發(fā)脈沖有足夠的寬度，保證當(dāng)t=

時刻有晶閘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)角被推遲為。

?在角相同時，整流輸出電壓比電阻負載時大。?可見：E→減小→id斷續(xù)?！綦娏鲾嗬m(xù)

?id波形在一周期內(nèi)有部分時間為0的情況，稱為電流斷續(xù)。

?負載為直流電動機時，如果出現(xiàn)電流斷續(xù)，則電動機的機械特性將很軟。

?為了克服此缺點，一般在主電路中直流輸出側(cè)串聯(lián)一個平波電抗器Ld

。第十九頁，共三十頁，2022年，8月28日第二節(jié)單相橋式全控整流電路三、反動勢負載

?

Ld

夠大→id連續(xù)。?電流連續(xù)時，Ud的計算與電感負載時一樣。?為保證電流連續(xù)，所需回路的電感量：

◆電流連續(xù)（2-29）（2-28）圖2-9單相橋式全控整流電路帶反電動勢負載串平波電抗器第二十頁，共三十頁，2022年，8月28日第二節(jié)單相橋式全控整流電路三、反動勢負載

■例：單相橋式全控整流電路，U2=100V，負載中R=2Ω，L值極大，反電勢E=60V，當(dāng)=30時，要求：①作出ud、id和i2的波形；②求整流輸出平均電壓Ud、電流Id，變壓器二次側(cè)電流有效I2；③考慮安全裕量，確定晶閘管的額定電壓和額定電流。解：①ud、id和i2的波形如圖所示：第二十一頁，共三十頁，2022年，8月28日第二節(jié)單相橋式全控整流電路三、反動勢負載

②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

Ud＝0.9U2cos＝0.9×100×cos30°＝77.97(A)

Id＝(Ud－E)/R＝(77.97－60)/2＝9(A)

I2＝Id＝9(A)③晶閘管承受的最大反向電壓為：

U2＝100＝141.4（V）流過每個晶閘管的電流的有效值為：

IVT＝Id∕＝6.36（A）故晶閘管的額定電壓為：

UN＝(2~3)×141.4＝283~424（V）晶閘管的額定電流為：

IN＝(1.5~2)×6.36∕1.57＝6~8（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。第二十二頁，共三十頁，2022年，8月28日第三節(jié)單相橋式半控整流電路一、電阻性負載（2-30）（2-31）◆計算公式與全控橋帶電阻性負載時一樣?！舨煌c：（1）晶閘管所承受的最大正、反向電壓均為。（2）流過整流二極管的電流平均值和有效值與流過晶閘管的電流平均值和有效值是一樣的。即：圖2-10單相橋式半控整流電路帶電阻性負載第二十三頁，共三十頁，2022年，8月28日第三節(jié)單相橋式半控整流電路二、電感性負載◆電路分析?每一個導(dǎo)電回路由1個晶閘管和1個二極管構(gòu)成。?晶閘管在觸發(fā)時刻換流，二極管則在u2過零時換流；電路本身就具有自然續(xù)流作用。所以，即使沒有續(xù)流二極管，輸出也沒有負電壓，與全控橋電路時不一樣。

?在觸發(fā)不正常時，電路會發(fā)生失控現(xiàn)象。

圖2-11單相橋式半控整流電路帶電感性負載第二十四頁，共三十頁，2022年，8月28日第三節(jié)單相橋式半控整流電路二、電感性負載◆失控現(xiàn)象

?當(dāng)突然增大至180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ud成為正弦半波，即半周期ud為正弦，另外半周期ud為零，其平均值保持恒定，相當(dāng)于單相半波不可控整流電路時的波形，稱為失控。相應(yīng)波形如圖2-12所示。

?為解決失控現(xiàn)象→并接續(xù)流二極管VDR

。加續(xù)流二極管VDR后，續(xù)流過程由VDR完成，避免了失控的現(xiàn)象。第二十五頁，共三十頁，2022年，8月28日圖2-12單相橋式半控整流電路帶電感性負載時的失控現(xiàn)象第二十六頁，共三十頁，2022年，8月28日第三節(jié)單相橋式半控整流電路二、電感性負載◆加續(xù)流二極管VDR

?

Ud和Id的計算與阻性負載時一樣（2-32）（2-33）（2-34）（2-35）圖2-13單相橋式半控整流電路帶電感性負載加續(xù)流二極管第二十七頁，共三十頁，2022年，8月28日第三節(jié)單相橋式半控整流電路三、反電動勢負載◆電流連續(xù)

電流連續(xù)電流斷續(xù)例2.3

圖2-14單相橋式半控整流電路帶反電動勢負載第二十八頁，共三十頁，2022年，8月28日第三節(jié)單相橋式半控整流電路■單相橋式半控整流電路的另一種接法