單相橋式全控整流電路

1、1/1313.1.2 單相橋式全控整流電路單相橋式全控整流電路NoImageu (i )pwtwtwt000i2udidb)c)d)ddaauVT1,4圖圖3-5 單相全控橋式單相全控橋式帶電阻負(fù)載時(shí)的電路及波形帶電阻負(fù)載時(shí)的電路及波形a)帶電阻負(fù)載的工作情況帶電阻負(fù)載的工作情況 電路分析電路分析 閘管閘管VT1和和VT4組成一對(duì)橋臂，組成一對(duì)橋臂，VT2 和和VT3組組成另一對(duì)橋臂。成另一對(duì)橋臂。 在在u2正半周（即正半周（即a點(diǎn)電位高于點(diǎn)電位高于b點(diǎn)電位）點(diǎn)電位） 若若4個(gè)晶閘管均不導(dǎo)通，個(gè)晶閘管均不導(dǎo)通，id=0,ud=0,VT1、VT4串聯(lián)承受電壓串聯(lián)承受電壓u2。 在觸發(fā)角在觸發(fā)角a

2、 a處給處給VT1和和VT4加觸發(fā)加觸發(fā) 脈沖，脈沖，VT1和和VT4即導(dǎo)通，電流從電源即導(dǎo)通，電流從電源a端經(jīng)端經(jīng)VT1、R、VT4流回流回電源電源b端。端。 當(dāng)當(dāng)u2過(guò)零時(shí)，流經(jīng)晶閘管的電流也降到零，過(guò)零時(shí)，流經(jīng)晶閘管的電流也降到零，VT1和和VT4關(guān)斷。關(guān)斷。 在在u2負(fù)半周，仍在觸發(fā)角負(fù)半周，仍在觸發(fā)角a a處觸發(fā)處觸發(fā)VT2和和VT3，VT2和和VT3導(dǎo)通，電流從電源導(dǎo)通，電流從電源b端流出，經(jīng)端流出，經(jīng)VT3、R、VT2流回電源流回電源a端。端。 到到u2過(guò)零時(shí)，電流又降為零，過(guò)零時(shí)，電流又降為零，VT2和和VT3關(guān)斷。關(guān)斷。 VT2和和VT3的的a a=0處為處為w wt=p p

3、2/131基本數(shù)量關(guān)系基本數(shù)量關(guān)系 晶閘管承受的最大晶閘管承受的最大正向電壓正向電壓和和反向電壓反向電壓分別為分別為 和和 。 整流電壓平均值為：整流電壓平均值為： =0時(shí)，時(shí)，Ud= Ud0=0.9U2。=180 時(shí)，時(shí)，Ud=0?？梢?jiàn)，?？梢?jiàn)，角角的的移相范圍移相范圍為為180 。 向負(fù)載輸出的直流電流平均值為：向負(fù)載輸出的直流電流平均值為： 3.1.2 單相橋式全控整流電路單相橋式全控整流電路222U22Upaaapwwp2cos19 . 02cos122)( dsin21222UUttUUd2cos19 . 02cos12222aapRURURUIdd(3-9)(3-10)3/131流

4、過(guò)晶閘管的電流平均值流過(guò)晶閘管的電流平均值 ： 流過(guò)晶閘管的電流有效值為：流過(guò)晶閘管的電流有效值為： 變壓器二次側(cè)電流有效值變壓器二次側(cè)電流有效值I2與輸出直流電流有效值與輸出直流電流有效值I相等，為相等，為 由式（由式（3-12）和（）和（3-13）可見(jiàn)：）可見(jiàn)：不考慮變壓器的損耗時(shí)，要求變壓器的容量為不考慮變壓器的損耗時(shí)，要求變壓器的容量為S=U2I2。3.1.2 單相橋式全控整流電路單相橋式全控整流電路2cos145. 0212aRUIIddTpapapwwppa2sin212)(d)sin2(21222RUttRUITpapapwwppa2sin21)()sin2(12222RUtdt

5、RUIIIIT21(3-11)(3-12)(3-13)(3-14)4/1313.1.2 單相橋式全控整流電路單相橋式全控整流電路2OwtOwtOwtudidi2OwtOwtuVT1,4OwtOwtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4u圖圖3-6 單相橋式全控整流電流帶單相橋式全控整流電流帶阻感負(fù)載時(shí)的電路及波形阻感負(fù)載時(shí)的電路及波形帶阻感負(fù)載的工作情況帶阻感負(fù)載的工作情況 電路分析電路分析 在在u2正半周期正半周期 觸發(fā)角觸發(fā)角a a處給晶閘管處給晶閘管VT1和和VT4加觸加觸發(fā)脈沖使其開(kāi)通，發(fā)脈沖使其開(kāi)通，ud=u2。 負(fù)載電感很大，負(fù)載電感很大，id不能突變且波形近不能突變且波形近

6、似為一條水平線。似為一條水平線。 u2過(guò)零變負(fù)時(shí)，由于電感的作用晶閘過(guò)零變負(fù)時(shí)，由于電感的作用晶閘管管VT1和和VT4中仍流過(guò)電流中仍流過(guò)電流id，并不關(guān)斷。，并不關(guān)斷。 w wt=p p+a a時(shí)刻，觸發(fā)時(shí)刻，觸發(fā)VT2和和VT3，VT2和和VT3導(dǎo)通，導(dǎo)通，u2通過(guò)通過(guò)VT2和和VT3分別向分別向VT1和和VT4施加反壓使施加反壓使VT1和和VT4關(guān)斷，流過(guò)關(guān)斷，流過(guò)VT1和和VT4的電流迅速轉(zhuǎn)移到的電流迅速轉(zhuǎn)移到VT2和和VT3上，上，此過(guò)程稱為此過(guò)程稱為換相換相，亦稱，亦稱換流換流。 5/1313.1.2 單相橋式全控整流電路單相橋式全控整流電路基本數(shù)量關(guān)系基本數(shù)量關(guān)系 整流電壓平均值

7、為：整流電壓平均值為： 當(dāng)當(dāng)a a=0時(shí)，時(shí)，Ud0=0.9U2。a a=90 時(shí)，時(shí)，Ud=0。晶閘管。晶閘管移相范移相范圍圍為為90 。 晶閘管承受的最大晶閘管承受的最大正反向電壓正反向電壓均為均為 。 晶閘管導(dǎo)通角晶閘管導(dǎo)通角 與與a a無(wú)關(guān)，均為無(wú)關(guān)，均為180 ，其電流平均值和，其電流平均值和有效值分別為：有效值分別為： 和和 。 變壓器二次側(cè)電流變壓器二次側(cè)電流i2的波形為正負(fù)各的波形為正負(fù)各180 的矩形波，其的矩形波，其相位由相位由a a角決定，有效值角決定，有效值I2=Id。 apaaapwwpcos9 . 0cos22)( dsin21222dUUttUU22UddT21I

8、IddT707. 021III(3-15)6/131帶反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載時(shí)的工作情況帶反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載時(shí)的工作情況 當(dāng)負(fù)載為蓄電池、直流電動(dòng)機(jī)的電樞（忽略其中的電感）等時(shí)，當(dāng)負(fù)載為蓄電池、直流電動(dòng)機(jī)的電樞（忽略其中的電感）等時(shí)，負(fù)載可看成一個(gè)直流電壓源，對(duì)于整流電路，它們就是反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載。負(fù)載可看成一個(gè)直流電壓源，對(duì)于整流電路，它們就是反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載。 電路分析電路分析 |u2|E時(shí)，才有晶閘管承受正電壓，有導(dǎo)通的可能。時(shí)，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，晶閘管導(dǎo)通之后，ud=u2， ，直至，直至|u2|=E，id即降至即降至0使使得晶閘管關(guān)斷，此后得晶閘管關(guān)斷，此后ud=E。 與電

9、阻負(fù)載時(shí)相比，晶閘管提前了與電阻負(fù)載時(shí)相比，晶閘管提前了電角度電角度 停止導(dǎo)電，停止導(dǎo)電， 稱為稱為停停止導(dǎo)電角止導(dǎo)電角。 當(dāng)當(dāng)a a 時(shí)，觸發(fā)脈沖到來(lái)時(shí)，晶閘管承受負(fù)電壓，時(shí)，觸發(fā)脈沖到來(lái)時(shí)，晶閘管承受負(fù)電壓，不可能導(dǎo)通不可能導(dǎo)通。3.1.2 單相橋式全控整流電路單相橋式全控整流電路b)idOEudwtIdOwta圖圖3-7 單相橋式全控整流電路接反電動(dòng)勢(shì)單相橋式全控整流電路接反電動(dòng)勢(shì)電阻負(fù)載時(shí)的電路及波形電阻負(fù)載時(shí)的電路及波形REuidd212sinUE(3-16)7/1313.1.2 單相橋式全控整流電路單相橋式全控整流電路 觸發(fā)脈沖有足夠的寬度，保證當(dāng)觸發(fā)脈沖有足夠的寬度，保證當(dāng)w w

10、t= 時(shí)刻有晶閘管開(kāi)始時(shí)刻有晶閘管開(kāi)始承受正電壓時(shí)，觸發(fā)脈沖仍然存在。這樣，相當(dāng)于承受正電壓時(shí)，觸發(fā)脈沖仍然存在。這樣，相當(dāng)于觸發(fā)角觸發(fā)角被推遲為被推遲為 。 在在a a角相同時(shí)，整流輸出電壓比電阻負(fù)載時(shí)角相同時(shí)，整流輸出電壓比電阻負(fù)載時(shí)電流斷續(xù)電流斷續(xù) id波形在一周期內(nèi)有部分時(shí)間為波形在一周期內(nèi)有部分時(shí)間為0的情況，稱為的情況，稱為電流斷續(xù)電流斷續(xù)。 負(fù)載為直流電動(dòng)機(jī)時(shí)，如果出現(xiàn)電流斷續(xù)，則電動(dòng)機(jī)的負(fù)載為直流電動(dòng)機(jī)時(shí)，如果出現(xiàn)電流斷續(xù)，則電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性機(jī)械特性將很軟。將很軟。8/131twwOud0Eidtpa =p3.1.2 單相橋式全控整流電路單相橋式全控整流電路為了克服此缺點(diǎn)，一般

11、在主電為了克服此缺點(diǎn)，一般在主電 路中直流輸出側(cè)串聯(lián)一個(gè)路中直流輸出側(cè)串聯(lián)一個(gè)平波平波 電抗器電抗器。電感量足夠大使電流連續(xù)，晶電感量足夠大使電流連續(xù)，晶 閘管每次導(dǎo)通閘管每次導(dǎo)通180 ，這時(shí)整流，這時(shí)整流 電壓電壓ud的波形和負(fù)載電流的波形和負(fù)載電流id的的 波形與電感負(fù)載電流連續(xù)時(shí)的波形與電感負(fù)載電流連續(xù)時(shí)的 波形相同，波形相同，ud的計(jì)算公式亦一樣。的計(jì)算公式亦一樣。 為保證電流連續(xù)所需的為保證電流連續(xù)所需的電感量電感量L可由下式求出：可由下式求出：圖圖3-8 單相橋式全控整流電路單相橋式全控整流電路帶反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載串平波電抗器，帶反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載串平波電抗器，電流連續(xù)的臨界情況電流連續(xù)的臨

12、界情況 dmin23dmin21087. 222IUIULpw(3-17)9/1313.1.2 單相橋式全控整流電路單相橋式全控整流電路例：?jiǎn)蜗鄻蚴饺卣麟娐罚簡(jiǎn)蜗鄻蚴饺卣麟娐?，U2=100V，負(fù)載中，負(fù)載中R=2，L值極大，反電勢(shì)值極大，反電勢(shì)E=60V，當(dāng)，當(dāng)a a=30 時(shí)，要求：時(shí)，要求： 作出作出ud、id和和i2的波形；的波形； 求整流輸出平均電壓求整流輸出平均電壓Ud、電流、電流Id，變壓器二次側(cè)電流有效值，變壓器二次側(cè)電流有效值I2； 考慮安全裕量，確定晶閘管的額定電壓和額定電流。考慮安全裕量，確定晶閘管的額定電壓和額定電流。解：解：ud、id和和i2的波形如圖的波形

13、如圖3-9： u2OwtOwtOwtudidi2OwtIdIdIdppaa 圖圖3-9 ud、id和和i2的波形圖的波形圖10/1313.1.2 單相橋式全控整流電路單相橋式全控整流電路 整流輸出平均電壓整流輸出平均電壓Ud、電流、電流Id，變壓器二次側(cè)電流有效值，變壓器二次側(cè)電流有效值I2分別為分別為 Ud0.9 U2 cosa a0.9100cos3077.97(A) Id (UdE)/R(77.9760)/29(A) I2Id9(A) 晶閘管承受的最大反向電壓為：晶閘管承受的最大反向電壓為： U2100 141.4（V） 流過(guò)每個(gè)晶閘管的電流的有效值為：流過(guò)每個(gè)晶閘管的電流的有效值為：

14、IVTId 6.36（A） 故晶閘管的額定電壓為：故晶閘管的額定電壓為： UN(23)141.4283424（V） 晶閘管的額定電流為：晶閘管的額定電流為： IN(1.52)6.361.5768（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。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。22211/1313.1.3 單相全波可控整流電路單相全波可控整流電路a)wtwab)udi1OOt圖圖3-10 單相全波可控整流電路及波形單相全波可控整流電路及波形帶電阻負(fù)載時(shí)帶電阻負(fù)載時(shí) 電路分析電路分析 變壓器變壓器T帶帶中心抽頭中心抽頭。 在在u2正半周，正半周，VT1工作

15、，變壓器二次繞組上半部分流過(guò)電流。工作，變壓器二次繞組上半部分流過(guò)電流。 u2負(fù)半周，負(fù)半周，VT2工作，變壓器二次繞組下半部分流過(guò)反方向的工作，變壓器二次繞組下半部分流過(guò)反方向的 電流。電流。 變壓器也變壓器也不存在直流磁化不存在直流磁化的問(wèn)題。的問(wèn)題。 12/1313.1.3 單相全波可控整流電路單相全波可控整流電路單相全波與單相全控橋的區(qū)別單相全波與單相全控橋的區(qū)別 單相全波中單相全波中變壓器變壓器結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，材料的消耗多。結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，材料的消耗多。 單相全波只用單相全波只用2個(gè)晶閘管，比單相全控橋少個(gè)晶閘管，比單相全控橋少2個(gè)，相應(yīng)地，個(gè)，相應(yīng)地，門極驅(qū)動(dòng)電路也少門極驅(qū)動(dòng)電路也少2個(gè)；但是晶閘管承受的最大電壓是單個(gè)；但是晶閘管承受的最大電壓是單相全控橋的相全控橋的2倍。倍。 單相全波單相全波導(dǎo)電回路導(dǎo)電回路只含只含1個(gè)晶閘管，比單相橋少個(gè)晶閘管，比單相橋少1個(gè)，因個(gè)，因而管