單相半波可控整流電路ppt

1、2-1 第第2章章 單相可控整流電路單相可控整流電路引言引言 整流電路的分類整流電路的分類： 按組成的器件可分為不可控不可控、半控半控、全控全控三種。 按電路結構可分為橋式電路橋式電路和零式電路零式電路。 按交流輸入相數(shù)分為單相電路單相電路和多相電路多相電路。 按變壓器二次側電流的方向是單向或雙向，又分為 單拍電路單拍電路和雙拍電路雙拍電路。 整流電路整流電路： 出現(xiàn)最早的電力電子電路，將交流電變?yōu)橹绷麟姟?2-2 2.1 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路(single phase half wave controlled rectifier)

2、 1）帶電阻負載的工作情況 實際生活和生產中，電燈、電爐以及電焊、電 解設備等都屬于阻性負載，阻性負載的特點是：負 載兩端的電壓和電流波形相同、相位相同，電阻負 載只消耗電能，而不能儲存和釋放電能。 2-3 單相半波可控電阻負載整流電路圖單相半波可控電阻負載整流電路圖 w w w wt t vt r 0 a) u1u2 u vt ud id wt1p 2 p t t t u2 ug ud u vt a q 0 b) c) d) e) 0 0 2-4 2)工作原理工作原理 （1）圖中，變壓器t起變換電壓和隔離的作用，其一次 和二次電壓瞬時值分別用u1和u2 表示，有效值分別有 u1和u2表示，u

3、1和u2是工頻50hz交流電，其中u2的 大小根據(jù)負載（以rd表示）需要的直流輸出電壓平均 值ud確定 2-5 (2)在晶閘管vt處于斷態(tài)時，電路中無電流，負 載電阻兩端電壓為零，u2全部施加于vt兩端。 如在u2正半周vt承受正向陽極電壓期間的wt1時 刻給vt門極加觸發(fā)脈沖，如圖所示，則vt開通。 忽略晶閘管通態(tài)電壓，直流輸出電壓瞬時值ud與 u2相等。 2-6 考慮到電阻負載時，電壓和電流成正比、兩者波形相 同的特點，至t=即u2降為零時，電路中電流也降至 零，晶閘管vt自然關斷，之后電壓、電流均為零。 在電源電壓負半周時，vt承受反壓而阻斷，直至下 一個周期，再加上觸發(fā)脈沖時，晶閘管再

4、重新導通。 電阻負載的特點電阻負載的特點：電壓與電流成正比，兩者波形相同。 2-7 2.1單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路 vt的a 移相范圍為180 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位控制方式，簡稱相控方式相控方式。 首先，引入兩個重要的基本概念： 觸發(fā)延遲角觸發(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)脈沖止的電角度,用a表示,也稱觸發(fā)角或控制角。 導通角導通角：晶閘管在一個電源周期中處于通態(tài)的電角度， 用表示 。 基本概念基本概念 2-8 基本數(shù)量關系基本數(shù)量關系 1、=- 2、ud=0.45u2(1+cos)/2=udo(1+cos

5、)/2 3、id=ud/rd 4、i=u/rd 5、idvt=id= ud/rd 6、ivt=i2=i= u/rd 7、p=ui 8、s=u2i2=u2i 9、cos=p/s=ui/u2i=u/u2 2-9 例、單相半波可控整流電路，阻性負載，變壓器二次 電壓u2=110v,要求輸出平均電壓為45v，最大輸出平 均電流為10a，計算控制角，功率因數(shù) cos以及 rd、 u、i2、 ivt、 idvt，考慮2倍的安全裕量，選擇晶閘 管型號。 解：（1）計算控制角 ud=0.45u2(1+cos)/2=45v cos=2ud/0.45u2-1=0.818, =35 2-10 （2）計算負載電阻 r

6、d 已知d=45v,id=10a,得rd=ud/id4.5 （3）計算整流輸出電壓有效值u （4）計算變壓器二次電流有效值i2 2 /76/4.516.9iiu rdva 2 76 sin 2 vuu p ap a p 2-11 （5）計算流過晶閘管的電流平均值和有效值 ivt、 idvt idvt=id= 10a ivt=i2=i= 16.9a （6）計算功率因數(shù) cos cos=p/s=ui/u2i=u/u2=76v/110v=0.69 2-12 （7）選擇晶閘管 考慮倍安全裕量，晶閘管電壓額定為 un=2 110v=311v 晶閘管的額定電流為 可選型號為kp30-4的晶閘管（額定電流3

7、0a、額定電 壓400v). 2 () 16.9 2221.5 1.571.57 t t av i i a 2-13 2.1 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路 帶阻感負載的工作情況帶阻感負載的工作情況 生產實踐中，更常見的負載是既有電阻也有電感，當生產實踐中，更常見的負載是既有電阻也有電感，當 負載中感抗與電阻相比不可忽略時即為阻感負載。負載中感抗與電阻相比不可忽略時即為阻感負載。 阻感負載的特點阻感負載的特點：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。流過電感器件的電流變 化時，在其兩端產生感應電動勢，它的極性是阻止電 流變化，當電流增加時，它的極性是阻止電流減小。

8、2-14 阻感負載工作波形 wt tw wt wt w u 2 0wt 1 p 2pt u g 0 u d 0 i d 0 u vt 0 q a b) c) d) e) f) + + + 2-15 工作過程 （1）在0t1期間，晶閘管已承受正向電壓，但因晶 閘管的門極沒有施加觸發(fā)脈沖電壓，晶閘管處于阻 斷狀態(tài)，id=0,ud=0,ut=u2。在t1時刻對晶閘管門極 施加觸發(fā)脈沖電壓ug,晶閘管立即導通。 （2）在t1t2期間,電流 id由0逐漸上升,電感兩端電 壓 ul為正值,其作用是阻止電流的增長.此時電源 u2 向外輸出能量,一部分在電阻上產生熱能消耗掉,另一 部分在電感上產生磁能儲存.到

9、t=t2時,id上升到最 大值,ul=0, ud=u2。 2-16 （3）在t2t3期間，電流id由最大值逐漸下降，電 感兩端電壓ul為負值，其作用是阻止電流下降，使id 下降速度變慢，在此期間l將儲存的能量放出。 （4）在t2期間，電源 u2仍為正，而電感電壓ul為 負，這說明在次此期間，電源 u2和電感l(wèi)同時輸出能 量，全部被電阻消耗掉。 （5）在t以后，雖然 u2過零變負，但電感電壓ul仍 使晶閘管承受正壓而繼續(xù)導通，這說明電感l(wèi)放出能 量，一部分反饋回電網(wǎng)，一部分消耗在電阻上。 2-17 （6）直到t3時，id=0，晶閘管關斷，電感l(wèi)將電流id 增長過程中儲存的能量釋放出來，以后晶閘管

10、受反 壓，仍處于阻斷狀態(tài)。 （7）在t4時刻再次對晶閘管門極施加觸發(fā)電壓ug， 其過程與上述完全相同。 2-18 2.1 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路 對單相半波電路的分析 可基于上述方法進行： 當vt處于斷態(tài)時，相當于 電路在vt處斷開，id=0。 當vt處于通態(tài)時，相當于 vt短路。 圖2-3 單相半波可控整流 電路的分段線性等效電路 a)vt處于關斷狀態(tài) b)vt處于導通狀態(tài) a)b) vt r l vt r l u2u2 電力電子電路的一種基本分析方法 通過器件的理想化，將電路簡化為分段線性電路。 器件的每種狀態(tài)對應于一種線性電路拓撲。 2-19 2.1 單相半波可控整流電

11、路單相半波可控整流電路 當vt處于通態(tài)時，如下方程成立： vt b) r l u 2 b) vt處于導通狀態(tài) turi t i lwsin2 d d 2d d （2-2） )sin()sin( tan aqa q e（2-4） 初始條件：t= a ，id=0。求解式（2-2）并 將初始條件代入可得 當t=+a 時，id=0，代入式（2-3）并整理得 )sin( 2 )sin( 2 2 )( 2 d wa aw w t z u e z u i t l r （2-3） 22 )( lrzw r lw arctan其中 ， 2-20 2.1 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路 續(xù)流二極管續(xù)流二

12、極管 與沒有續(xù)流管時的情況相比，在u2正半周正半周時兩者工 作情況相同。 當u2過零變負過零變負時，vdr導通，ud為零，vt承受反壓 關斷。 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。 2-21 并聯(lián)續(xù)流二極管電路圖 2-22 并聯(lián)續(xù)流二極管波形圖并聯(lián)續(xù)流二極管波形圖 u 2 u d i d u vt i vt i d i d wt 1 wt wt wt wt wt wto o o o o o p - a p+a b) c) d) e) f) g) i vd r a) 2-23 數(shù)量關系(id近似恒為近似恒為id） 2 1 () 22 ii dti p a pa w pp vtdd ddvt 2 ii p ap 2-24 2 2 1 () 22 i