单相可控整流电路讲稿.ppt

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1、关于单相可控整流电路1第一页，讲稿共二十六页哦21 1 1 1、电阻性、电阻性、电阻性、电阻性负载负载负载负载单相半波可控整流电路及波形单相半波可控整流电路及波形变压器变压器T变换电压变换电压隔离隔离交流输入为单相，直流输出电压波形只在交交流输入为单相，直流输出电压波形只在交流输入的正半周内出现，故称为单相半波可流输入的正半周内出现，故称为单相半波可控整流电路。控整流电路。特点：特点：电压与电流成正比，两者波形相同电压与电流成正比，两者波形相同 2.12.1单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路wwwwtTVTR0a)u1u2uVTudidwt1p2ptttu2uguduVTaq0b)c)d

2、)e)00（Single Phase Half Wave Controlled Rectifier)第二页，讲稿共二十六页哦3两个重要的基本概念两个重要的基本概念触触发发延延迟迟角角 从从晶晶闸闸管管开开始始承承受受正正向向阳阳极极电电压压起起到到施施加加触触发发脉冲止的电角度脉冲止的电角度,用用表示表示,也称触发角或控制角。也称触发角或控制角。导通角导通角 晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度称晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度称为，用为，用表示表示 。直流输出电压平均值为直流输出电压平均值为 输出电压、晶闸管承受电压随触发角的变化而变化输出电压、晶闸管承受电压随触发角的变化而变化，移

3、移相范围为相范围为180180 这种通过控制触发脉冲的相位来控制直流输出电压大小的方式这种通过控制触发脉冲的相位来控制直流输出电压大小的方式称为称为 相位控制方式（相控方式）相位控制方式（相控方式）第三页，讲稿共二十六页哦4带阻感负载单相半波可控整带阻感负载单相半波可控整流电路及波形流电路及波形2 2、阻感、阻感、阻感、阻感负载负载阻感负载的特点阻感负载的特点l电感对电流变化有抗拒作用，电感对电流变化有抗拒作用，使得流过电感的电流不发生使得流过电感的电流不发生突变。突变。l电力电子电路中存在非线电力电子电路中存在非线性的电力电子器件，决定了性的电力电子器件，决定了电力电子电路是电力电子电路是非

4、线性非线性电路。电路。l若将器件看作若将器件看作理想开关理想开关，则，则可将电力电子电路简化为可将电力电子电路简化为分分段线性电路段线性电路，分段进行分析，分段进行分析计算。计算。wttwwtwtwu20wt1p2 ptug0ud0id0uVT0qab)c)d)e)f)+第四页，讲稿共二十六页哦5VTRLu2VTRLu2单相半波可控整流电路的分段线性等效电路单相半波可控整流电路的分段线性等效电路a)VTa)VT处于关断状态处于关断状态 b)VT处于导通状态处于导通状态 初始条件：初始条件：t=，id=0。求解式。求解式（2-22-2）并将初始条件代入可得）并将初始条件代入可得其中其中 ，（2-

5、2）当当VTVT处于通态时，如下方程成立处于通态时，如下方程成立：当当t=+a 时，时，id=0，代入式（，代入式（2-3）并整理得并整理得（2-3）（2-4）由此公式计算出导通角。由此公式计算出导通角。第五页，讲稿共二十六页哦6负载阻抗角负载阻抗角、触发角、触发角a、晶闸管导通角、晶闸管导通角的关系的关系l若若 为为定定值值，a越越大大，在在u2正正半半周周L储储能能越越少少，维维持持导导电电的能力就越弱，的能力就越弱，越小越小l若若a为为定定值值，越越大大，则则L贮贮能能越越多多，越越大大；且且 越越大大，在在u2负负半半周周L维维持持晶晶闸闸管管导导通通的的时时间间就就越越接接近近晶晶闸

6、闸管管在在u2正正半半周周导导通通的的时时间间，ud中中负负的的部部分分越越接接近近正正的的部部分分，平均值平均值Ud越接近零，输出的直流电流平均值也越小。越接近零，输出的直流电流平均值也越小。l由于电感的存在导致输出直流电压减小。由于电感的存在导致输出直流电压减小。第六页，讲稿共二十六页哦7单相半波带阻感负载单相半波带阻感负载有续流二极管的电路及波形有续流二极管的电路及波形 u2udiduVTiVTIdIdwt1wtwtwtwtwtwtOOOOOOp-ap+ab)c)d)e)f)g)iVDRa)为避免为避免Ud太小，在整流电路的太小，在整流电路的负载两端并联续流二极管负载两端并联续流二极管

7、当当u2过零变负时，过零变负时，VDR导通，导通，ud为零。此时为负的为零。此时为负的u2通过通过VDR向向VT施加反压使其关断，施加反压使其关断，L储存的能量保证了电流储存的能量保证了电流id在在L-R-VDR回路中流通，此过程通常称回路中流通，此过程通常称为为续流续流。续流期间。续流期间ud为零，为零，ud中不再出现负的部分。中不再出现负的部分。第七页，讲稿共二十六页哦8若近似认为若近似认为id为一条水平线，恒为为一条水平线，恒为Id，则有，则有（2-5）（2-6）（2-7）（2-8）VT的的移相范围为移相范围为0180 第八页，讲稿共二十六页哦9VTVT的的移相范围为移相范围为18018

8、0。简简单单，但但输输出出脉脉动动大大，变变压压器器二二次次侧侧电电流流中中含含直直流流分量，造成变压器铁芯分量，造成变压器铁芯直流磁化直流磁化。实际上很少应用此种电路。实际上很少应用此种电路。分分析析该该电电路路的的主主要要目目的的建建立立起起整整流流电电路路的的基基本本概概念。念。单相半波可控整流电路的特点单相半波可控整流电路的特点单相半波可控整流电路的特点单相半波可控整流电路的特点第九页，讲稿共二十六页哦10单相半波相控触发电阻型负载仿真电路图单相半波相控触发电阻型负载仿真电路图第十页，讲稿共二十六页哦11单相半波相控触发电阻型负载仿真结果单相半波相控触发电阻型负载仿真结果第十一页，讲稿

9、共二十六页哦12 工作原理及波形分析工作原理及波形分析工作原理及波形分析工作原理及波形分析u VT1和和VT4组成一对桥臂，在组成一对桥臂，在u2正正半周承受电压半周承受电压u2，得到触发脉冲即导，得到触发脉冲即导通，当通，当u2过零时关断。过零时关断。u VT2和和VT3组成另一对桥臂，在组成另一对桥臂，在u2正半周承受电压正半周承受电压-u2，得到触发脉冲即，得到触发脉冲即导通，当导通，当u2过零时关断。过零时关断。1 1 1 1、电阻性、电阻性负载负载负载负载2.22.2单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路a)u(i)pwtwtwt000i2udidb)c)d)ddaauVT1,4单

10、相全控桥式单相全控桥式带电阻负载时的电路及波形带电阻负载时的电路及波形（Single Phase Bridge Controlled Rectifier)第十二页，讲稿共二十六页哦13（2-10）（2-11）整流电压平均值整流电压平均值整流电压平均值整流电压平均值:角的移相范围为角的移相范围为180180 负载输出的平均电流值为：负载输出的平均电流值为：流过晶闸管的电流平均值只有输出直流平均值的流过晶闸管的电流平均值只有输出直流平均值的一半，即一半，即（2-9）第十三页，讲稿共二十六页哦14（2-12）（2-13）（2-14）流过晶闸管的电流有效值：流过晶闸管的电流有效值：流过晶闸管的电流有效

11、值：流过晶闸管的电流有效值：变压器二次测电流有效值变压器二次测电流有效值I I2 2与输出直流电流与输出直流电流I I有效值相等有效值相等：不考虑变压器的损耗时，要求变压器的容量不考虑变压器的损耗时，要求变压器的容量S=U2I2由式（由式（2-122-12）和式（）和式（2-132-13）为选择晶闸管、变压器容量、导线截面积等参数，需要考虑发为选择晶闸管、变压器容量、导线截面积等参数，需要考虑发为选择晶闸管、变压器容量、导线截面积等参数，需要考虑发为选择晶闸管、变压器容量、导线截面积等参数，需要考虑发热问题，因此需要计算有效值。热问题，因此需要计算有效值。热问题，因此需要计算有效值。热问题，因

12、此需要计算有效值。第十四页，讲稿共二十六页哦15单相全控桥带单相全控桥带阻感负载时的电路及波形阻感负载时的电路及波形 假设电路已工作于稳态，假设电路已工作于稳态，id的平的平均值不变。假设负载电感很大，负载均值不变。假设负载电感很大，负载电流电流id连续且波形近似为一水平线。连续且波形近似为一水平线。u2过零变负时，由于电感的作用晶闸过零变负时，由于电感的作用晶闸管管VT1和和VT4中仍流过电流中仍流过电流id，并不关，并不关断。断。至至t=+时刻，给时刻，给VT2和和VT3加触发加触发脉冲，因脉冲，因VT2和和VT3本已承受正电压，本已承受正电压，故两管导通。故两管导通。VT2和和VT3导通

13、后，导通后，u2通过通过VT2和和VT3分别向分别向VT1和和VT4施加反压使施加反压使VT1和和VT4关断，流过关断，流过VT1和和VT4的电流迅的电流迅速转移到速转移到VT2和和VT3上，此过程称上，此过程称换换相相，亦称，亦称换流换流。2 2 2 2、阻感、阻感、阻感、阻感负载负载2OwtOwtOwtudidi2b)OwtOwtuVT1,4OwtOwtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4第十五页，讲稿共二十六页哦16 晶闸管移相范围为晶闸管移相范围为090 晶闸管承受的最大正反向电压均为晶闸管承受的最大正反向电压均为 晶闸管导通角晶闸管导通角与与无关，均为无关，均为180，平均值

14、和有效值分别，平均值和有效值分别为：为：变压器二次侧电流变压器二次侧电流 i i2 2 的波形为正负各的波形为正负各180180 的矩形波，其的矩形波，其相位由相位由角决定，角决定，愈大，功率因数越低有效值愈大，功率因数越低有效值I I2 2=I Id d。整流电压平均值整流电压平均值整流电压平均值整流电压平均值:第十六页，讲稿共二十六页哦17单相桥式全控整流电路接单相桥式全控整流电路接RE负载时的电路及波形负载时的电路及波形 3 3、反电动势负载、反电动势负载、反电动势负载、反电动势负载|u u2 2|E E 时，晶闸管承受正电压，才时，晶闸管承受正电压，才有导通的可能。导通之后有导通的可能

15、。导通之后 ud=u2 ，直至直至|u u2 2|=|=E E，i id d 即降至即降至 0 0 使得晶闸管使得晶闸管关断，此后关断，此后 u ud d=E E与电阻负载时相比，晶闸管提前了电角与电阻负载时相比，晶闸管提前了电角度度 停止导电，停止导电，称为称为停止导电角停止导电角（2-16）在在 a a 角相同时，角相同时，整流输出电压比电整流输出电压比电阻负载时大。阻负载时大。电流续断电流续断 i id d 波形在一周期内有波形在一周期内有 部分时间为部分时间为 0 0 的情况的情况电流连续电流连续 i id d 波形在一周期内不波形在一周期内不 出现为出现为 0 0 的情况的情况 当当

16、 a a 时时，触发脉冲到来时，晶闸管，触发脉冲到来时，晶闸管承受承受负负电压，不能导通。电压，不能导通。为使晶闸管可靠导通，触发脉冲需足够的宽为使晶闸管可靠导通，触发脉冲需足够的宽度，度，保证当保证当 t=t=时时，晶闸管承受，晶闸管承受正正电压，电压，触发脉冲仍然存在，相当于触发角被推迟触发脉冲仍然存在，相当于触发角被推迟为为，即即 a a=b)idOEudwtIdOwtaqd第十七页，讲稿共二十六页哦18 负载为直流电动机时，如果出负载为直流电动机时，如果出现电流断续则电动机的机械特性现电流断续则电动机的机械特性将很软将很软 。为了克服此缺点，一般在为了克服此缺点，一般在主电路中直流输出

17、侧串联一个主电路中直流输出侧串联一个平波电抗器，用来减少电流的平波电抗器，用来减少电流的脉动和延长晶闸管导通的时间。脉动和延长晶闸管导通的时间。这时整流电压这时整流电压u ud d的波形和负的波形和负载电流载电流i id d的波形与电感负载电流的波形与电感负载电流连续时的波形相同，连续时的波形相同，u ud d的计算公的计算公式亦一样。式亦一样。为保证电流连续所需的电感为保证电流连续所需的电感量量L L可由下式求出可由下式求出（2-17）单相桥式全控整流电路带反电动势负载单相桥式全控整流电路带反电动势负载串平波电抗器，电流连续的临界情况串平波电抗器，电流连续的临界情况twwOud0Eidtpd

18、aq=p第十八页，讲稿共二十六页哦19例：单相桥式全控整流电路，例：单相桥式全控整流电路，U2=100V，负载中，负载中R=2，L值极大，值极大，反电势反电势E=60V，当，当=30 时，要求：时，要求：作出作出ud、id和和i2的波形；的波形；求整流输出平均电压求整流输出平均电压Ud、电流、电流Id，变压器二次侧电流有效值，变压器二次侧电流有效值I2；考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。解：解：ud、id和和i2的波形如图的波形如图 ud、id和和i2的波形图的波形图第十九页，讲稿共二十六页哦20 整流输出平均电压整流输出平均电压Ud、

19、电流、电流Id，变压器二次侧电流有，变压器二次侧电流有效值效值I2分别为分别为 Ud0.9 U2 cos 0.9100cos3077.97(A)Id(UdE)/R(77.9760)/29(A)I2Id9(A)晶闸管承受的最大反向电压为：晶闸管承受的最大反向电压为：U2100 141.4（V）流过每个晶闸管的电流的有效值为：流过每个晶闸管的电流的有效值为：IVTId 6.36（A）故晶闸管的额定电压为：故晶闸管的额定电压为：UN(23)141.4283424（V）晶闸管的额定电流为：晶闸管的额定电流为：IN(1.52)6.361.5768（A）晶闸管额定电压和电流的具体数值可按晶闸管产品晶闸管额

20、定电压和电流的具体数值可按晶闸管产品系列参数选取。系列参数选取。第二十页，讲稿共二十六页哦21单相全波可控整流电路及波形单相全波可控整流电路及波形u 单相全波单相全波可控整流电可控整流电路又称路又称单相双半波可控单相双半波可控整流电路。整流电路。u 单相全波与单相全单相全波与单相全控桥从直流输出端或控桥从直流输出端或从交流输入端看均是从交流输入端看均是基本一致的。基本一致的。u 变压器不存在直流磁变压器不存在直流磁化的问题。化的问题。2.32.3单相全波可控整流电路单相全波可控整流电路（Single Phase Full Wave Controlled Rectifier)wtwaudi1OO

21、t第二十一页，讲稿共二十六页哦22单相全波与单相全控桥的单相全波与单相全控桥的单相全波与单相全控桥的单相全波与单相全控桥的区别区别单单相相全全波波中中变变压压器器结结构构较较复复杂杂，绕绕组组及及铁铁芯芯对对铜铜、铁铁等等材材料的消耗多料的消耗多。单单相相全全波波只只用用2 2个个晶晶闸闸管管，比比单单相相全全控控桥桥少少2 2个个，相相应应地地，门门极极驱驱动动电电路路也也少少2 2个个；但但是是晶晶闸闸管管承承受受的的最最大大电电压压为为 ，是单相全控桥的，是单相全控桥的2 2倍。倍。单单相相全全波波导导电电回回路路只只含含1 1个个晶晶闸闸管管，比比单单相相桥桥少少1 1个个，因因而而管

22、管压降也少压降也少1 1个。个。从上述考虑，单相全波电路有利于在低输出电压的场合应用。从上述考虑，单相全波电路有利于在低输出电压的场合应用。阻感负载阻感负载阻感负载阻感负载阻感负载阻感负载阻感负载阻感负载+续流二极管续流二极管续流二极管续流二极管第二十二页，讲稿共二十六页哦23单相桥式半控整流电路，有续流二极管，单相桥式半控整流电路，有续流二极管，阻感负载时的电路及波形阻感负载时的电路及波形 假设假设负载中电感负载中电感很大，且电路很大，且电路已工作于稳态。已工作于稳态。2.42.4单相桥式单相桥式半控半控整流电路整流电路O2OudidIdOOOOOi2IdIdIdIIdawtwtwtwtwt

23、wtwtap-ap-aiVT1iVD4iVT2iVD3iVDR电路分析（先不考虑电路分析（先不考虑VDRVDR）每一个每一个导电回路导电回路由由1 1个晶闸管个晶闸管和和1 1个二极管个二极管构成。构成。在在u u2 2正半周，正半周，处触发处触发VTVT1 1，u u2 2经经VTVT1 1和和VDVD4 4向负载供电。向负载供电。u u2 2过零变负时，因电感作用过零变负时，因电感作用使电流连续，使电流连续，VTVT1 1继续导通，但因继续导通，但因a a点点电位低于电位低于b b点电位，电流是由点电位，电流是由VTVT1 1和和VDVD2 2续流续流 ，u ud d=0=0。第二十三页，

24、讲稿共二十六页哦24单相桥式半控整流电路，有续流二极管，单相桥式半控整流电路，有续流二极管，阻感负载时的电路及波形阻感负载时的电路及波形O2OudidIdOOOOOi2IdIdIdIIdawtwtwtwtwtwtwtap-ap-aiVT1iVD4iVT2iVD3iVDR 在在u u2 2负半周，负半周，处触发触处触发触发发VTVT3 3，向，向VTVT1 1加反压使之关断，加反压使之关断，u u2 2经经VTVT3 3和和VDVD2 2向负载供电。向负载供电。u u2 2过零变正时，过零变正时，VDVD4 4导通，导通，VDVD2 2关断。关断。VTVT3 3和和VDVD4 4续流，续流，u

25、ud d又为又为零零。假设假设负载中电感负载中电感很大，且电路已很大，且电路已工作于稳态。工作于稳态。第二十四页，讲稿共二十六页哦25续流二极管的作用续流二极管的作用续流二极管的作用续流二极管的作用 若若无无续续流流二二极极管管，则则当当a a 突突然然增增大大至至180180 或或触触发发脉脉冲冲丢丢失失时时，会会发发生生一一个个晶晶闸闸管管持持续续导导通通而而两两个个二二极极管管轮轮流流导导通通的的情情况况，这这使使u ud d成成为为正正弦弦半半波波，即即半半周周期期u ud d为为正正弦弦，另另外外半半周周期期u ud d为为零零，其其平平均值保持恒定，称为均值保持恒定，称为失控失控。有有续续流流二二极极管管VDVDR R时时，续续流流过过程程由由VDVDR R完完成成，晶晶闸闸管管关关断断，避避免免了了某某一一个个晶晶闸闸管管持持续续导导通通从从而而导导致致失失控控的的现现象象。同同时时，续续流流期间导电回路中只有一个管压降，有利于降低损耗。期间导电回路中只有一个管压降，有利于降低损耗。从上述后两点考虑，单相全波电路有利于在从上述后两点考虑，单相全波电路有利于在低输出电压低输出电压的场合的场合应用。应用。反电动势反电动势负载负载第二十五页，讲稿共二十六页哦29.09.2022感谢大家观看第二十六页，讲稿共二十六页哦