單相半波可控整流電路

單相半波可控整流電路當(dāng)前第1頁\共有18頁\編于星期六\2點1.工作原理分析在電源電壓正半周，晶閘管承受正向電壓，在ωt=α處觸發(fā)晶閘管，晶閘管開始導(dǎo)通；負(fù)載上的電壓等于變壓器輸出電壓u2。在ωt=π時刻，電源電壓過零，晶閘管電流小于維持電流而關(guān)斷，負(fù)載電流為零。在電源電壓負(fù)半周，uT＜0，晶閘管承受反向電壓而處于關(guān)斷狀態(tài)，負(fù)載電流為零，負(fù)載上沒有輸出電壓，直到電源電壓u2的下一周期，直流輸出電壓ud和負(fù)載電流id的波形相位相同。通過改變觸發(fā)角α的大小，直流輸出電壓ud的波形發(fā)生變化，負(fù)載上的輸出電壓平均值發(fā)生變化，顯然α=180o時，Ud=0。由于晶閘管只在電源電壓正半波內(nèi)導(dǎo)通，輸出電壓ud為極性不變但瞬時值變化的脈動直流，故稱“半波”整流。3.1單相半波可控整流電路當(dāng)前第2頁\共有18頁\編于星期六\2點首先，引入兩個重要的基本概念：觸發(fā)角α

：從晶閘管開始承受正向陽極電壓起到施加發(fā)脈沖止的電角度,用α表示,也稱觸發(fā)角或控制角。導(dǎo)通角θ

：晶閘管在一個電源周期中處于通態(tài)的電角度稱為導(dǎo)通角，用θ表示。在單相半波可控整流電阻性負(fù)載電路中,移相角α的控制范圍為:0～π，對應(yīng)的導(dǎo)通角θ的可變范圍是π～0，兩者關(guān)系為α＋θ=π。3.1單相半波可控整流電路當(dāng)前第3頁\共有18頁\編于星期六\2點2.基本數(shù)量關(guān)系(1)直流輸出電壓平均值Ud與輸出電流平均值Id3.1單相半波可控整流電路輸出電流平均值Id:直流輸出電壓平均值Ud:當(dāng)前第4頁\共有18頁\編于星期六\2點(2)輸出電壓有效值U與輸出電流有效值I3.1單相半波可控整流電路輸出電流有效值I

:直流輸出電壓有效值U

:當(dāng)前第5頁\共有18頁\編于星期六\2點(3)晶閘管電流有效值和變壓器二次側(cè)電流有效值單相半波可控整流電路中，負(fù)載、晶閘管和變壓器二次側(cè)流過相同的電流，故其有效值相等，即：3.1單相半波可控整流電路當(dāng)前第6頁\共有18頁\編于星期六\2點(4)功率因數(shù)cosφ整流器功率因數(shù)是變壓器二次側(cè)有功功率與視在功率的比值式中P—變壓器二次側(cè)有功功率，P=UI=I2RS—變壓器二次側(cè)視在功率，S=U2I2(5)晶閘管承受的最大正反向電壓UTM晶閘管承受的最大正反向電壓Um是相電壓峰值。3.1單相半波可控整流電路當(dāng)前第7頁\共有18頁\編于星期六\2點〖例3-1〗如圖所示單相半波可控整流器，電阻性負(fù)載，電源電壓U2為220V，要求的直流輸出最高平均電壓為50V，直流輸出平均電流為20A。試計算：(1)晶閘管的控制角；(2)輸出電流有效值；(3)電路功率因數(shù)；(4)晶閘管的額定電壓和額定電流。3.1單相半波可控整流電路當(dāng)前第8頁\共有18頁\編于星期六\2點解

:(1)當(dāng)α=90o時，輸出電流有效值(3)Ω(2)則α=90o當(dāng)前第9頁\共有18頁\編于星期六\2點(4)晶閘管電流有效值IT與輸出電流有效值相等，即：（5）晶閘管承受的最高電壓：考慮(2~3)倍安全裕量，晶閘管的額定電壓為選取晶閘管型號為KP100-7F晶閘管。取2倍安全裕量，晶閘管的額定電流為：則當(dāng)前第10頁\共有18頁\編于星期六\2點3.1單相半波可控整流電路二、電感性負(fù)載電感性負(fù)載通常是電機(jī)的勵磁線圈、繼電器線圈及其他含有電抗器的負(fù)載。電感性負(fù)載的特點：感生電動勢總是阻礙電感中流過的電流使得流過電感的電流不發(fā)生突變。

圖3-2帶阻感負(fù)載的單相半波電路及其波形當(dāng)前第11頁\共有18頁\編于星期六\2點1.無續(xù)流二極管時工作原理0~α：uT大于零，但門極沒有觸發(fā)信號，晶閘管處于正向關(guān)斷狀態(tài)，輸出電壓、電流都等于零。在ωt=α?xí)r，門極有觸發(fā)信號，晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通，負(fù)載電壓ud=u2。當(dāng)ωt=π時，交流電壓u2過零，由于有電感電勢的存在，晶閘管的電壓uT仍大于零，晶閘管會繼續(xù)導(dǎo)通，電感的儲能全部釋放完后，晶閘管在u2反壓作用下而截止。直到下一個周期的正半周。3.1單相半波可控整流電路有負(fù)面積圖3-3電感負(fù)載,不接續(xù)流管時的電壓電流波形圖當(dāng)前第12頁\共有18頁\編于星期六\2點數(shù)量關(guān)系

直流輸出電壓平均值Ud為

從Ud的波形可以看出，由于電感負(fù)載的存在，電源電壓由正到負(fù)過零點也不會關(guān)斷，輸出電壓出現(xiàn)了負(fù)波形，輸出電壓和電流的平均值減小；當(dāng)大電感負(fù)載時輸出電壓正負(fù)面積趨于相等，輸出電壓平均值趨于零，則Id也很小。

所以，實際的大電感電路中，常常在負(fù)載兩端并聯(lián)一個續(xù)流二極管。3.1單相半波可控整流電路當(dāng)前第13頁\共有18頁\編于星期六\2點2.接續(xù)流二極管時工作原理u2＞0：uT＞0。在ωt=α處觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通，ud=u2續(xù)流二極管VDR承受反向電壓而處于斷態(tài)。u2＜0：電感的感應(yīng)電壓使VDR承受正向電壓導(dǎo)通續(xù)流，晶閘管承受反壓關(guān)斷,ud=0。如果電感足夠大，續(xù)流二極管一直導(dǎo)通到下一周期晶閘管導(dǎo)通，使id連續(xù)。3.1單相半波可控整流電路

圖3-4帶阻感負(fù)載(接續(xù)流管)的單相半波電路及其波形當(dāng)前第14頁\共有18頁\編于星期六\2點由以上分析可以看出，電感性負(fù)載加續(xù)流二極管后，輸出電壓波形與電阻性負(fù)載波形相同，續(xù)流二極管可以起到提高輸出電壓的作用。在大電感負(fù)載時負(fù)載電流波形連續(xù)且近似一條直線，流過晶閘管的電流波形和流過續(xù)流二極管的電流波形是矩形波。對于電感性負(fù)載加續(xù)流二極管的單相半波可控整流器移相范圍與單相半波可控整流電路電阻性負(fù)載相同為0～180o，且有α+θ=180o。3.1單相半波可控整流電路當(dāng)前第15頁\共有18頁\編于星期六\2點基本數(shù)量關(guān)系(1)輸出電壓平均值Ud與輸出電流平均值Id輸出電壓平均值Ud輸出電流平均值Id3.1單相半波可控整流電路當(dāng)前第16頁\共有18頁\編于星期六\2點(2)晶閘管的電流平均值IdT與晶閘管的電流有效值IT