晶闸管半波整流电路(完整版)实用资料.doc

《晶闸管半波整流电路(完整版)实用资料.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《晶闸管半波整流电路(完整版)实用资料.doc（17页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、晶闸管半波整流电路（完整版）实用资料(可以直接使用，可编辑 完整版实用资料，欢迎下载）1具有电阻性负载的单相半波可控整流电路若用晶闸管T替代单相半波整流电路中的二极管D，就可以得到单相半波可控整流电路的主电路，如图所示。设图中变压器副边电压，负载 RL为电阻性负载。现将这种可控整流电路的工作原理分析如下：（1）工作原理 图 7.2.1 带电阻负载的单向半波可控整流电路及工作波形若晶闸管的控制极上未加正向触发电压，那么根据晶闸管的导通条件，不论正弦交流电压v2 是正半周还是负半周，晶闸管都不会导通。这时，负载端电压Vo=0、负载电流 io=0，因而电源的全部电压都由晶闸管承受，即VT=V2。当v

2、2 由零进入正半周，设a点电位高于b点电位，晶闸管承受正向电压，如果在 时见图（b），在控制极加上适当的触发脉冲电压 ，晶闸管将立即导通。电路中电流流向为aTRLb。晶闸管导通后，其管压降约1V左右，若忽略此管压降，则电源电压全部加在负载RL上，即 ，这样负载电流 。此后，尽管触发电压随即消失，晶闸管仍然继续导通，直到电源电压v2 从正半周转入负半周过零的时候，晶闸管才自行关断。 当v2 在负半周时，因为晶闸管承受的是反向电压，所以即使控制极上加触发电压，晶闸管也不会导通。这时，负载电压、电流都为零，晶闸管承受v2 的全部电压。在以后各个周期，均重复上述过程。从整流电路的工作波形图看，vo 、

3、io 均是一个不完整的半波整流波形（阴影部分）。在晶闸管承受正向电压的半周内，加上触发脉冲电压，使晶闸管开始导通的相位角 称为控制角，而晶闸管从开始导通到关断所经历的电角度 称为导通角，故 。显然， 的大小是由加上触发脉冲的时刻来控制的。改变 的大小称为移相。 的变化范围称为移相范围。因此，改变 就可以方便地获得可调节的整流电压和电流。比较图（b）与（c）可见，控制角 越小，则输出电压、电流的平均值越大。 （2）负载电压和电流单相半波可控整流电路的负载电压和电流的平均值，可以用控制角 为变量的函数来表示。由图可知，负载电压vo 是正弦半波电压的一部分，一个周期的平均值为 (7-2-1而负载电流

4、的平均值为 (7-2-2 在单相半波可控整流电路中，触发脉冲的移相范围为0180。当.时，则晶闸管在正半周内全导通，输出电压平均值最高，其值为，当 、 时，则晶闸管全关断，输出电压、电流都为零。可见，输出电压的可控范围为 。 图 7.2.2 例7-1附图（3）晶闸管的电压和电流在单相半波可控整流电路中，晶闸管在工作时承受的最大反向电压和可能承受的最大正向电压都等于交流电源电压v2 的最大值（ ），即 （7-2-3）通过晶闸管的电流iT、和流经负载的电流io 相等，即(7-2-4例 71 图所示为一直接由220V交流电源供电的单相半波可控整流电路，电阻性负载 。当额定输出时，控制角 ，求输出电压

5、和负载电流的平均值，并且估选晶闸管。(答案 2具有电感性负载的单相半波可控整流电路上面所介绍的是具有电阻性负载的单相半波可控整流电路，实际上有很多负载是电感性负载，如直流电动机的绕组、电磁离合器的线圈、电磁铁等，它们既含有电阻又含有电感，且电感量较大。如下图（a）所示为一具有电感性负载的单相半波可控整流电路。为了便于分析，图中把电感性负载等效为由电感元件L和电阻R串联的电路。由于电磁感应作用，当通过电感元件L 的电流发生变化时，在电感中产生阻碍电流变化的感应电动势，将使电流的变化总是滞后于外加电压的变化。因此，可控整流电路带有电感性负载时，其工作情况与电阻性负载不同。现对照下图（b）所示的电压

6、和电流波形，分析该电路的工作情况。 图 7.2.3 具有电感性负载的单向半波可控整流电路及其工作波形当变压器副边电压v2 为正半周时，晶闸管在控制极未加触发脉冲之前，处于正向阻断状态，这时，负载电压Vo=0，晶闸管承受正向电压， 。在 时刻，控制极加上触发脉冲电压，晶闸管即刻导通，其管压降迅速下降到接近于零，而负载的端电压则立即从零突变到接近于v2 ，即 。这时，流过负载的电流又将如何变化呢？由于电感中的反电动势eL 的阻碍作用，（这时，eL 的极性为上“-”下“+”），负载电路io 不可能突变，而只能逐渐变大，所以在vo 达到最大值后又逐渐减小时，io 却继续增大，但增大速度变缓。当io 开

7、始变小时，电感中的感应电动势将随着io 的下降而变换其极性（这时，eL 的极性为上“+”下“”），它的方向与电流方向一致，阻碍io 的减小。因此，在v2 经过零值变为负值的一段时间内，由于电感中的自感电动势eL 仍为正值，且大于v2 ，所以晶闸管继续承受正向电压（eL - v2）0而维持导通，只要电流 io不小于维持电流IH ，晶闸管就不会关断。因此，在这段时间内，负载的端电压vo仍等于v2 （忽略管压降），却为负值。当电流下降到维持电流IH 以下时，晶闸管自行关断，并且开始承受反向电压，负载的端电压vo才等于零。综上可见，单相半波可控整流电路具有电感性负载时，晶闸管的导通角 将大于 ，在 一

8、定的条件下，若负载的电感越大，则导通角也越大，晶闸管延迟关断的时间就越长。这样，在一个周期中，负载端的负电压所占比重便越大，输出电压的平均值也就越小。因此，可控整流电路具有电感性很强的负载时，必须采取适当措施以避免负载上出现负电压。为了便于解决上述问题，我们可以在电感性负载的两端并联一个二极管，其阴极与晶闸管的阴极相对，如图所示。这样在变压器副边电压v2 由正经过零变负时，二极管随即导通，一方面v2 通过二极管给晶闸管加上反向电压，促使晶闸管及时关断；另一方面，这个二极管又为负载上由自感电动势所维持的电流提供了一条继续流通的路径。因此，通常把这个二极管叫做续流二极管。在续流期间，负载的端电压等

9、于二极管的正向电压，其值近似等于零，因此避免了在负载两端出现负电压。 图7.2.4 接有续流二极管的感性负载可控整流电路单相半波可控整流电路结构简单，元件少，调整容易，但输出电压小且脉动程度很大，变压器利用率低，因此，除了对电压波形要求不高的小功率整流设备外，已较少采用。晶闸管的单相半波可控整流电路工作原理图5-1-11单相半波可控整流电路晶闸管从开始承受正向阳极电压起，到触发导通其间的电角度称为控制角，用表示。工作原理如下：u20 (即0)时，晶闸管V承受正向电压，如果V的门极上没有触发脉冲，则V处于正向阻断状态，输出电压uL=0。若在某时刻(控制角)时，加触发脉冲ug， V导通。在t=期间

10、，尽管触发脉冲ug已消失，但晶闸管仍保持导通，直到u2过零（t=）时，通过晶闸管V的电流小于维持电流，晶闸管自行关断。 在此期间uL= u2，极性为上正下负。 u20（即2）时， 晶闸管V由于承受反向电压而反向阻断，输出电压uL=0。直到下一个周期到来时，且控制角为有触发脉冲ug时，晶闸管将再次导通，如此循环往复，在负载上得到单一方向的直流电压，如图5-1-12所示为控制角为时工作波形。 图5-1-12输出电压工作波形晶闸管在一个周期内导通的电角度称为导通角，用表示。由图可知，=-。控制角越大，导通角越小。控制角分别为00、300、600、900、1800时电路的工作波形分别如图所示的实线。图

11、a00时输出电压波形图b300时输出电压波形图c600时输出电压波形 图d900时输出电压波形图e1800时输出电压波形图5-1-13工作波形图由输出波形可见，改变控制角的大小，即改变触发脉冲在每周期内触发的时刻，uL的波形随之改变，其波形只出现在正半周。当00时，输出波形同单相半波整流电路，这时，输出电压最大；增大，输出电压减小；1800时，输出波形是一条与横轴重合的直线，uL=0。把控制角的变化范围称为移相范围。单相半波可控整流电路的移相范围为001800。三相半波、桥式（全波）整流及六脉冲整流电路1. 三相半波整流滤波当功率进一步增加或由于其他原因要求多相整流时，三相整流电路就被提了出来

12、。图1所示就是三相半波整流电路原理图。在这个电路中，三相中的每一相都和 单独形成了半波整流电路，其整流出的三个电压半波在时间上依次相差120叠加，并且整流输出波形不过0点，其最低点电压式中Up是交流输入电压幅值。并且在一个周期中有三个宽度为120的整流半波。因此它的滤波电容器的容量可以比单相半波整流和单相全波整流时的电容量都小。图1 三相半波整流电路原理图2. 三相桥式（全波）整流滤波图2所示是三相桥式全波整流电路原理图。图3是它们的整流波形图。图3(a是三相交流电压波形；图3(b是三相半波整流电压波形图；图3(c是三相全波整流电压波形图。在输出波形图中，N粗平直虚线是整流滤波后的平均输出电压

13、值，虚线以下和各正弦波的交点以上（细虚线以上）的小脉动波是整流后未经滤波的输出电压波形。图2 三相桥式全波整流电路原理图由图1和图2可以看出，三相半波整流电路和三相桥式全波整流电路的结构是有区别的。（1） 三相半波整流电路只有三个整流二极管，而三相全波整流电路中却有六只整流二极管；(2 三相半波整流电路需要输入电源的中线，而三相全波整流电路则不需要输入电源的中线。由图3可以看出三相半波整流波形和三相全波整流电路则不需要输入电源的中线。图3 三相整流的波形图 三相半波整流波形的脉动周期是120而三相全波整流波形的脉动周期是60； 三相半波整流波形的脉动幅度和输出电压平均值：三相半波整流波形的脉动

14、幅度是： (1式中 U脉动幅度电压；Up是正弦半波幅值电压，比如有效值为380V的线电压，其半波幅值电压为： (2那么其脉动幅度电压就是：输出电压平均值Ud是从30150积分得， （3）式中 Ud输出电压平均值；UA相电压有效值。如果滤波后再经电容滤波，则输出电压就接近于幅值Up。三相全波整流波形的脉动幅度是：输出电压平均值Ud是从60120积分得： UAB=2.34 UA=514V (4式中 Ud输出电压平均值，UAB线电压有效值。如果滤波后再经电容滤波，则输出电压就接近于幅值Up。由上面的计算还可以看出，三相全波整流比三相半波整流优越得多，三相全波整流用比半波整流小得多的电容器就可以达到最

15、大值Up。因此，UPS的输入整流器中都采用了三相全波整流电路。3. 三相6脉冲整流器上面的三相全波整流是不稳压的，因此在UPS中都用晶闸管整流器（简称晶闸管）代替了二极管整流器，如图4所示。图4 三相桥式6脉冲全控整流电路原理图图中的晶闸管整流器VS和二极管整流器VD的工作方式有很大区别。（1） 二极管整流器VD阳极和阴极之间的正向电压只要大于其PN结的势垒电压，二极管就导通。而晶闸管整流器VS，在其控制极没有触发信号加上时，只要其阳极和阴极之间的正向电压不大到把管子击穿，那么它就不导通。（2） 晶闸管整流器VS的导通条件有： 阳极和阴极之间的正向电压。对于二极管整流器来说，这个电压只要在0.

16、7V左右时，就开始导通了；而晶闸管一般规定在6V以上。 控制极触发信号电压。晶闸管一般都用脉冲触发，要求这个电压脉冲要有一定的幅度和宽度，没有一定的幅度就不能抵消PN结的势垒电压，没有一定的宽度就不能有足够的时间使导通由一点扩散到整个PN结。一般要求幅度为35V，宽度410s，触发电流5300mA。 维持电流。是指可以维持晶闸管整流器VS导通的最小电流，一般对20A到200A的晶闸管来说，规定其维持电流小于60mA。 擎住电流。是指晶闸管被打开而控制极触发信号电压消失后，可以维持继续导通的最小电流，这个电流一般是维持电流的若干倍。（3）控制角与导通角为了表征晶闸管对交流电压的控制行为而引出了这

17、两个参量。图5所示是控制角与导通角的关系。下面就对它们的含义进行讨论。图5 控制角与导通角的关系控制角。当交流正半波加到晶闸管上时，就具有了使晶闸管导通的基础条件，什么时刻给晶闸管控制极加触发信号使其开通呢？从交流正弦波过0开始，一直到晶闸管被触发导通（时间b）的这段晶闸管不导通的时间0b，称为控制角，用表示。由于晶闸管开启很快，一般是小于1s，故认为加触发信号的时间就是晶闸管被打开的时间，即一般都把开启时间忽略不计。导通角。由于晶闸管的开启是一个正反馈过程，故打开后就不能自动关断，这个导通过程要一直延续到电压过0，把从开启到截止这段时间称为导通角，用表示。UPS中的输入整流器就是利用对上述这

18、两个参量的控制来实现稳压的。一般称这种控制为“相控”。很明显，在这里+=180,就是说只要知道这两个参数中的一个，另一个也就知道了。4. 六相全波整流和12脉冲整流器六相全波整流及12脉冲整流器在一些UPS中为了提高输入功率因数或者提高功率容量，就采用了六相全波整流即12脉冲整流。实际上，在UPS中都采用的六相全波相控整流，也就是通常所说的12脉冲整流。既然是12脉冲，就说明了两个问题：一个是采用了12只晶闸管，一个是6相输入电源。图6 12脉冲整流电路图6所示是12脉冲整流电路。不难看出，两个整流器的结构一模一样，都是三相6脉冲整流，不同的是两个整流器输入变压器的结构不同，一个变压器绕组是“

19、Y”型连接，一个变压器绕组是“”型连接。这样连接的结果就使二者的电压相位差为30，也即整流脉动的最大宽度是30。由此得出多相整流时的最大脉动宽度（即晶闸管导通时间）表达式为：其中P为控制脉冲数，比如6脉冲时是60，12脉冲时是30，18脉冲时是20，24脉冲时是15等等，脉动周期越小，其整流输出电压越高、越接近交流电压峰值，其表示式为在区间的积分： （5）对于12脉冲半波整流来说，当=0时，这已是220V相电压的峰值；若是12脉冲全波整流，其值为： （6）当=0时其整流电压：Ud=618V图中两个一样的整流器输出是通过各自的扼流圈后进行并联的，目的是使二者的输出电流均衡，因为两个整流器虽然一样

20、，但它们的内阻决不会一样，就会造成输出电流的不均衡。因此，扼流圈的阻抗值要远远大于整流器的内阻，即整流器的内阻和扼流圈的阻抗相比可以忽略不计。由上面可知，整流相数越多，其整流输出电压的脉动频率越高，脉动幅度越小，脉动系数就越小。输出纹波就越低，纹波系数也就越小。图7给出了12脉冲整流时的波动和多相半波整流时平均值接近峰值的情况。图7 12脉冲整流时的波动和多相半波整流时平均值接近峰值的情况下面也给出脉动系数和纹波系数的表达式：脉动系数： （7）纹波系数： （8）为了有一个量的概念，表1给出了半波整流输出电压的脉动系数、纹波系数和整流相数P的关系。由表中可以看出：三相全波（半波6相）整流比单相全波（半波2相）整流时的麦冬系数和纹波系数小得多，比后者的1/10还小，当然加在后面的滤波电容也就小得多，这也就是为什么当UPS的容量达到一定值时，都尽量采用三相全波整流：为了提高效率，都不采用6相半波整流，虽然都是6只整流管，但由于三相全波整流的输出电压比6相半波整流的输出电压高，因此在同样功率下，三相全波整流的电流小，所以功耗也小，效率也就高了。表1 半波整流输出电压的脉动系数、纹波系数和整流相数的关系