第2章 晶閘管相控整流電路

1、晶閘管相控整流電路晶閘管相控整流電路n 整流電路是指能實(shí)現(xiàn)將交流電轉(zhuǎn)化為直流整流電路是指能實(shí)現(xiàn)將交流電轉(zhuǎn)化為直流電的電路。如果是用電的電路。如果是用電力二極管為主要器件將電力二極管為主要器件將交流電轉(zhuǎn)化為大小不變的直流電，這樣的電路交流電轉(zhuǎn)化為大小不變的直流電，這樣的電路稱(chēng)為二極管整流電路。稱(chēng)為二極管整流電路。n 但是在調(diào)壓調(diào)速直流電源、電焊等很多場(chǎng)但是在調(diào)壓調(diào)速直流電源、電焊等很多場(chǎng)合往往需要電壓大小可調(diào)的直流電源。利用晶合往往需要電壓大小可調(diào)的直流電源。利用晶閘管等開(kāi)關(guān)器件的單向?qū)щ娦裕刂破湟葡嘟情l管等開(kāi)關(guān)器件的單向?qū)щ娦?，控制其移相角把把交流電變換成大小可調(diào)的直流電，以滿足各交流電變換

2、成大小可調(diào)的直流電，以滿足各種負(fù)載的要求，這種整流電路就稱(chēng)為相控整流種負(fù)載的要求，這種整流電路就稱(chēng)為相控整流電路電路。 晶閘管相控整流電路晶閘管相控整流電路n 相控整流電路的種類(lèi)很多，按交流輸入相相控整流電路的種類(lèi)很多，按交流輸入相數(shù)分為數(shù)分為單相電路和多相電路單相電路和多相電路；按電路組成的器；按電路組成的器件可分為件可分為不可控、半控和全控不可控、半控和全控整流電路；按電整流電路；按電路結(jié)構(gòu)可分為路結(jié)構(gòu)可分為橋式電路和零式電路橋式電路和零式電路；按變壓器；按變壓器二次側(cè)電流的方向是二次側(cè)電流的方向是單向或雙向單向或雙向，又分為，又分為單拍單拍電路和雙拍電路電路和雙拍電路。另外，整流電路的負(fù)

3、載性質(zhì)。另外，整流電路的負(fù)載性質(zhì)也對(duì)電路的輸出電壓和電流有很大影響，常見(jiàn)也對(duì)電路的輸出電壓和電流有很大影響，常見(jiàn)的負(fù)載有的負(fù)載有電阻性負(fù)載、電感性負(fù)載和反電動(dòng)勢(shì)電阻性負(fù)載、電感性負(fù)載和反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載等負(fù)載等。第一節(jié)第一節(jié) 單相半波相控整流電路單相半波相控整流電路一、電阻性負(fù)載在實(shí)際應(yīng)用中，某些負(fù)載基本上是電阻性的，如電阻加熱爐、白熾燈、電解和電鍍等。電阻性負(fù)載的特點(diǎn)是電壓與電流成正比，波形相同并且相位相同，而且流過(guò)負(fù)載的電流可以突變。 圖2-1 單相半波可控整流電路（電阻性負(fù)載）及波形wwwwtTVTR0 )u1u2uVTudidwt1p2 ptttu2uguduVT q0b)c)d)e)00圖

4、2-1 單相半波可控整流電路及波形TVTRu1u2uVTudidwwwwt0wt1p2 ptttuguduVTaq0b)c)d)e)00u2在分析電路工作過(guò)程之前先假設(shè)以下幾點(diǎn)：n開(kāi)關(guān)元件是理想的，即開(kāi)關(guān)元件（晶閘管）導(dǎo)通時(shí)，通態(tài)壓降為零，關(guān)斷時(shí)電阻為無(wú)窮大。n變壓器是理想的，即變壓器漏電抗為零，繞組的電阻為零，勵(lì)磁電流為零。引入兩個(gè)重要的基本概念：觸發(fā)角 ：從晶閘管開(kāi)始承受正向陽(yáng)極電壓起到施加發(fā)脈沖止的電角度,用表示,也稱(chēng)觸發(fā)角或控制角。導(dǎo)通角 ：晶閘管在一個(gè)電源周期中處于通態(tài)的電角度稱(chēng)為導(dǎo)通角，用表示 。兩者關(guān)系為 =。n移相與移相范圍n（1）移相:是指改變觸發(fā)脈沖ug出現(xiàn)的時(shí)刻，即改變控

5、制角的大小。n（2）移相范圍:是指改變觸發(fā)脈沖ug的移相范圍，它決定了輸出電壓大小的變化范圍。n交流電壓交流電壓u2通過(guò)負(fù)載電阻通過(guò)負(fù)載電阻R施加到晶閘管的陽(yáng)極和陰極兩端，在施加到晶閘管的陽(yáng)極和陰極兩端，在u2正半周期，正半周期，0t1之間，晶閘管雖然承受正向電壓，但因門(mén)極觸發(fā)之間，晶閘管雖然承受正向電壓，但因門(mén)極觸發(fā)脈沖尚未出現(xiàn)，無(wú)直流電壓輸出，此時(shí)由晶閘管脈沖尚未出現(xiàn)，無(wú)直流電壓輸出，此時(shí)由晶閘管VT承受全部承受全部u2電壓。電壓。ud、uVT波形如圖波形如圖2-2（d）、（）、（e）所示。）所示。n在在t1時(shí)刻，觸發(fā)電路向門(mén)極送出觸發(fā)脈沖時(shí)刻，觸發(fā)電路向門(mén)極送出觸發(fā)脈沖ug，晶閘管被觸發(fā)

6、導(dǎo)通。，晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通。若晶閘管壓降忽略不計(jì)，則負(fù)載電阻若晶閘管壓降忽略不計(jì)，則負(fù)載電阻R兩端的電壓波形兩端的電壓波形ud就是變壓器就是變壓器二次側(cè)二次側(cè)u2的波形，流過(guò)負(fù)載的電流的波形，流過(guò)負(fù)載的電流id波形與波形與ud波形形狀相似，但幅波形形狀相似，但幅值相差值相差R倍。由于二次側(cè)繞組、晶閘管以及負(fù)載電阻是串聯(lián)的，故倍。由于二次側(cè)繞組、晶閘管以及負(fù)載電阻是串聯(lián)的，故id波形也就是晶閘管及變壓器二次側(cè)的波形。波形也就是晶閘管及變壓器二次側(cè)的波形。n在在t=時(shí)，時(shí)，u2處于過(guò)零點(diǎn)負(fù)臨界點(diǎn)，晶閘管由于陽(yáng)極電流也下降零處于過(guò)零點(diǎn)負(fù)臨界點(diǎn)，晶閘管由于陽(yáng)極電流也下降零而被關(guān)斷，電路無(wú)直流電壓輸出。而

7、被關(guān)斷，電路無(wú)直流電壓輸出。n在在u2的負(fù)半周期，即的負(fù)半周期，即2區(qū)間，由于晶閘管承受反向電壓而處于反向區(qū)間，由于晶閘管承受反向電壓而處于反向阻斷狀態(tài)，負(fù)載無(wú)電流流過(guò)，負(fù)載兩端電壓阻斷狀態(tài)，負(fù)載無(wú)電流流過(guò)，負(fù)載兩端電壓ud一直為零。一直為零。u2的下一的下一周期重復(fù)上述過(guò)程。周期重復(fù)上述過(guò)程。n由于晶閘管只在電源電壓正半波內(nèi)導(dǎo)通，輸出電壓由于晶閘管只在電源電壓正半波內(nèi)導(dǎo)通，輸出電壓ud為極性不變但為極性不變但瞬時(shí)值變化的脈動(dòng)直流，故稱(chēng)瞬時(shí)值變化的脈動(dòng)直流，故稱(chēng)“半波半波”整流。電路中采用可控制件晶整流。電路中采用可控制件晶閘管，且輸入電源為單相交流電，故該電路被稱(chēng)為單相半波相控整流閘管，且輸

8、入電源為單相交流電，故該電路被稱(chēng)為單相半波相控整流電路。電路。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Id2cos145. 02cos12dsin221222daawwpaUUttUU2cos10.45 2ddaRURUIn 輸出電流平均值Id :n 直流輸出電壓平均值Ud :(2) 輸出電壓有效值U與輸出電流有效值I22sin41d2sin22122aapawwUttUU22sin412aaRURUIn 輸出電流有效值I :n 直流輸出電壓有效值U :(3) 晶閘管電流有效值和變壓器二次側(cè)電流有效值n 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(guò)相同的電流，

9、故其有效值相等，即：22sin4122TaaRUIII(4) 功率因數(shù)cosn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=I2R S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UTM是相電壓峰值。22sin41cos222aaIUUISPUUTM22 例2-1有一單相半波相控整流電路，負(fù)載電阻Rd=l0直接接在220V交流電源上。當(dāng)控制角=60。時(shí)，求輸出電壓平均值Ud.輸出電流平均值Id和有效值I，并選擇閘管型號(hào)(考慮2倍安全裕量)。解 根據(jù)單相半波相控整流電路的計(jì)算公式，輸出平均電壓為

10、輸出有效值電壓為21 cos0.45 220 (1 cos60)0.4574.3V22dUUa （ ）21160sin2220sin(2 60 )139.5(V)4242UUpapapppp輸出平均電流為輸出有效值電流為74.37.43(A)10dddUIR139.513.95(A)10VTdUIIR晶閘管承受的最大正反向電壓為考慮2倍安全裕量，則晶閘管正反向峰值電壓為取700V；晶閘管的額定電流為 取20A 根據(jù)計(jì)算選擇晶閘管的型號(hào)為KP20-7 22311(V)VTMUU22 311622(V)VTNVTMUU(AV)2 13.95217.3(A)1.571.57TTIIn 二、電感性負(fù)載

11、及續(xù)流二極管二、電感性負(fù)載及續(xù)流二極管n 在實(shí)際生產(chǎn)中，更常見(jiàn)的是既有電阻又有電感的在實(shí)際生產(chǎn)中，更常見(jiàn)的是既有電阻又有電感的負(fù)載類(lèi)型，即為阻感負(fù)載。電感性負(fù)載通常是電機(jī)負(fù)載類(lèi)型，即為阻感負(fù)載。電感性負(fù)載通常是電機(jī)的勵(lì)磁繞組和負(fù)載串聯(lián)的電抗器等。的勵(lì)磁繞組和負(fù)載串聯(lián)的電抗器等。n 電感是儲(chǔ)能元件，并且對(duì)電流變化有抗拒作用。電感是儲(chǔ)能元件，并且對(duì)電流變化有抗拒作用。當(dāng)流過(guò)電感的電流變化時(shí)，電感兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)當(dāng)流過(guò)電感的電流變化時(shí)，電感兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)對(duì)負(fù)載電流的變化有阻礙作用，使勢(shì)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)對(duì)負(fù)載電流的變化有阻礙作用，使得得負(fù)載電流不能突變負(fù)載電流不能突變。當(dāng)電流增大時(shí)，電感吸

12、收能。當(dāng)電流增大時(shí)，電感吸收能量?jī)?chǔ)能，電感的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)阻止電流增大量?jī)?chǔ)能，電感的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)阻止電流增大;當(dāng)電流減當(dāng)電流減小時(shí)，電感釋放出能量，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)阻止電流的減小時(shí)，電感釋放出能量，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)阻止電流的減小，輸出電壓、電流有相位差。小，輸出電壓、電流有相位差。v數(shù)量關(guān)系數(shù)量關(guān)系 直流輸出電壓平均值直流輸出電壓平均值U Ud d為為 從從U Ud d的波形可以看出，由于電感負(fù)載的存在，電源電壓由的波形可以看出，由于電感負(fù)載的存在，電源電壓由正到負(fù)過(guò)零點(diǎn)也不會(huì)關(guān)斷，輸出電壓出現(xiàn)了負(fù)波形，輸出正到負(fù)過(guò)零點(diǎn)也不會(huì)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??；當(dāng)大電感負(fù)載時(shí)輸出電壓正負(fù)電壓

13、和電流的平均值減??；當(dāng)大電感負(fù)載時(shí)輸出電壓正負(fù)面積趨于相等，輸出電壓平均值趨于零，則面積趨于相等，輸出電壓平均值趨于零，則I Id d也很小。所也很小。所以，以，實(shí)際的大電感電路中，常常在負(fù)載兩端并聯(lián)一個(gè)續(xù)流實(shí)際的大電感電路中，常常在負(fù)載兩端并聯(lián)一個(gè)續(xù)流二極管二極管。qaawwp)(sin2212ttdUUd2.2.接續(xù)流二極管時(shí)接續(xù)流二極管時(shí)v工作原理工作原理nu u2 20 0：u u K K0 0。在在t=t=處觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通，處觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通， u ud d= = u u2 2續(xù)流二極管續(xù)流二極管V VDRDR承受反向承受反向電壓而處于斷態(tài)。電壓而處于斷態(tài)。nu u2 20 0：電感的

14、感應(yīng)電壓使電感的感應(yīng)電壓使V VDRDR承受正向電壓導(dǎo)通續(xù)流，承受正向電壓導(dǎo)通續(xù)流，晶閘管承受反壓關(guān)斷晶閘管承受反壓關(guān)斷, ,u ud d=0=0。如果電感足夠大，續(xù)流二如果電感足夠大，續(xù)流二極管一直導(dǎo)通到下一周期極管一直導(dǎo)通到下一周期晶閘管導(dǎo)通，使晶閘管導(dǎo)通，使i id d連續(xù)。連續(xù)。 圖圖2-5 帶阻感負(fù)載帶阻感負(fù)載(接續(xù)流管接續(xù)流管)的的 單相半波電路及其波形單相半波電路及其波形u2udiduVTiVTIdIdwt1wtwtwtwtwtwtOOOOOOp -ap +aiVDR+n由以上分析可以看出，電感性負(fù)載加續(xù)流二極管后，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

15、性負(fù)載波形相同，續(xù)流二極管可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(shí)負(fù)載以起到提高輸出電壓的作用。在大電感負(fù)載時(shí)負(fù)載電電流波形連續(xù)且近似一條直線，流過(guò)晶閘管的電流波形流波形連續(xù)且近似一條直線，流過(guò)晶閘管的電流波形和流過(guò)續(xù)流二極管的電流波形是矩形波和流過(guò)續(xù)流二極管的電流波形是矩形波。n對(duì)于電感性負(fù)載加續(xù)流二極管的單相半波可控整流器對(duì)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移相范圍與單相半波可控整流電路電阻性負(fù)載相同為與單相半波可控整流電路電阻性負(fù)載相同為0 0180180，且有，且有 + +=180180。v基本數(shù)量關(guān)系基本數(shù)量關(guān)系(1)

16、 (1) 輸出電壓平均值輸出電壓平均值U Ud d與輸出電流平均值與輸出電流平均值I Id d輸出電壓平均值輸出電壓平均值U Ud d輸出電流平均值輸出電流平均值I Id d2cos145. 02cos122dsin22212daawwpaUUttUU2cos10.45 dddaRURUI(2) (2) 晶閘管的電流平均值晶閘管的電流平均值I IdTdT與晶閘管的電流有效值與晶閘管的電流有效值I IT T晶閘管的電流平均值晶閘管的電流平均值I IdTdT ：晶閘管的電流有效值晶閘管的電流有效值I IT T：d2-dTIIad2)(2d21TItdIIpappawp(3) (3) 續(xù)流二極管的電

17、流平均值續(xù)流二極管的電流平均值I IdDdD與續(xù)流二極與續(xù)流二極管的電流有效值管的電流有效值I IDDddD2IIad02dD2)(21ItdIIpapwpapn三、反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載三、反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載n蓄電池、直流電動(dòng)機(jī)的電樞等均屬反電動(dòng)勢(shì)蓄電池、直流電動(dòng)機(jī)的電樞等均屬反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載。這類(lèi)負(fù)載的特點(diǎn)是含有直流電動(dòng)勢(shì)負(fù)載。這類(lèi)負(fù)載的特點(diǎn)是含有直流電動(dòng)勢(shì)E，可以看成一個(gè)直流電壓源。其極性對(duì)電路中可以看成一個(gè)直流電壓源。其極性對(duì)電路中晶閘管而言是反向電壓故稱(chēng)反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載如晶閘管而言是反向電壓故稱(chēng)反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載如圖圖2一一6 (a)所示。所示。n三、反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載三、反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載n蓄電池、直流電動(dòng)機(jī)的電樞等均屬反

18、電動(dòng)勢(shì)蓄電池、直流電動(dòng)機(jī)的電樞等均屬反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載。這類(lèi)負(fù)載的特點(diǎn)是含有直流電動(dòng)勢(shì)負(fù)載。這類(lèi)負(fù)載的特點(diǎn)是含有直流電動(dòng)勢(shì)E，可以看成一個(gè)直流電壓源。其極性對(duì)電路中可以看成一個(gè)直流電壓源。其極性對(duì)電路中晶閘管而言是反向電壓故稱(chēng)反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載如晶閘管而言是反向電壓故稱(chēng)反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載如圖圖2一一6 (a)所示。所示。n綜上所述，反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載特點(diǎn)是綜上所述，反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載特點(diǎn)是:電流呈脈沖波形，電流呈脈沖波形，脈動(dòng)大。如果要得到較大的平均電流，必須增大電脈動(dòng)大。如果要得到較大的平均電流，必須增大電流幅值，這就對(duì)可控整流裝置和直流電動(dòng)機(jī)的容量流幅值，這就對(duì)可控整流裝置和直流電動(dòng)機(jī)的容量提出更高的要求。另外，較大的

19、電流峰值容易產(chǎn)生提出更高的要求。另外，較大的電流峰值容易產(chǎn)生較大的換向電流，容易產(chǎn)生火花，電動(dòng)機(jī)振動(dòng)厲害。較大的換向電流，容易產(chǎn)生火花，電動(dòng)機(jī)振動(dòng)厲害。為了克服這些缺點(diǎn)，常在負(fù)載回路中人為地串聯(lián)一為了克服這些缺點(diǎn)，常在負(fù)載回路中人為地串聯(lián)一個(gè)平波電抗器個(gè)平波電抗器Ld，用來(lái)減小電流的脈動(dòng)和延長(zhǎng)晶閘，用來(lái)減小電流的脈動(dòng)和延長(zhǎng)晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間。管的導(dǎo)通時(shí)間。n反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載串接平波電抗器后，整流電路的工作反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載串接平波電抗器后，整流電路的工作情況與大電感性負(fù)載相似。只要所串入的平波電抗情況與大電感性負(fù)載相似。只要所串入的平波電抗器的電感量足夠大，則負(fù)載兩端的電壓基本平整，器的電感量足夠大，則負(fù)

20、載兩端的電壓基本平整，輸出電流波形也就平直連這就大大改善了整流裝置輸出電流波形也就平直連這就大大改善了整流裝置和電動(dòng)機(jī)的工作條件。和電動(dòng)機(jī)的工作條件。 n 總結(jié)：總結(jié)： 第二節(jié)第二節(jié) 單相全波相控整流電路單相全波相控整流電路n 單相半波單相半波相控整流電路中，交流電源相控整流電路中，交流電源u2在一個(gè)周在一個(gè)周期中，期中，最多只能有半個(gè)周期向負(fù)載供電最多只能有半個(gè)周期向負(fù)載供電。n 單相全波單相全波相控整流電路與相控整流電路與單相全控橋式單相全控橋式整流電路，整流電路，則能使交流電源則能使交流電源u2的另一半周期也能向負(fù)載輸出同方的另一半周期也能向負(fù)載輸出同方向的直流電壓，同時(shí)還能減少輸出電壓

21、向的直流電壓，同時(shí)還能減少輸出電壓ud波形的脈動(dòng)，波形的脈動(dòng)，還能提高輸出直流電壓平均值。還能提高輸出直流電壓平均值。n 一、單相全波相控整流電路一、單相全波相控整流電路n 1.電阻性負(fù)載電阻性負(fù)載n 由于單相全波相控整流輸出電壓由于單相全波相控整流輸出電壓ud波形是單相半波波形是單相半波相控整流輸出電壓波形的相控整流輸出電壓波形的2倍，所以輸出電壓平均值也倍，所以輸出電壓平均值也為單相半波的為單相半波的2倍，輸出電壓有效值是單相半波的倍，倍，輸出電壓有效值是單相半波的倍，功率因數(shù)為單相半波的倍，其計(jì)算公式為功率因數(shù)為單相半波的倍，其計(jì)算公式為221cos1cos2 0.450.922dUUU

22、aa22112sin2sin2422UUUpapaaapppp1cossin22paappn晶閘管電流有效值及可能承受的最大正、反向電壓分晶閘管電流有效值及可能承受的最大正、反向電壓分別為別為n 單相全波相控整流電路的移相范圍是單相全波相控整流電路的移相范圍是0180，與，與單相半波相同。而觸發(fā)脈沖頻率為單相半波的單相半波相同。而觸發(fā)脈沖頻率為單相半波的2倍，觸倍，觸發(fā)脈沖間隔為，不同于單相半波發(fā)脈沖間隔為，不同于單相半波21I2sin2422VTddUIURRpaapp222 2 2TMUUU n 2.電感性負(fù)載電感性負(fù)載n單相全波相控整流電路電感性負(fù)載不接續(xù)流管時(shí)。移單相全波相控整流電路電

23、感性負(fù)載不接續(xù)流管時(shí)。移相范圍是相范圍是090,這區(qū)間輸出電壓平均值這區(qū)間輸出電壓平均值Ud的計(jì)算的計(jì)算公式為公式為2212sind( t)0.9cos2dUUtUp aawwapn為了擴(kuò)大移相范圍，不讓為了擴(kuò)大移相范圍，不讓ud波形出現(xiàn)負(fù)值以及使輸出波形出現(xiàn)負(fù)值以及使輸出電流更平穩(wěn)，可在電路負(fù)載兩端并接續(xù)流二極管電流更平穩(wěn)，可在電路負(fù)載兩端并接續(xù)流二極管VD，如圖如圖2一一9 (a)所示。接續(xù)流二極管后，移相范圍就可所示。接續(xù)流二極管后，移相范圍就可擴(kuò)大到擴(kuò)大到0 n總結(jié)：總結(jié)：n 優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)蜗嗳ㄏ嗫卣麟娐肪哂休敵鲭妷好}動(dòng)優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)蜗嗳ㄏ嗫卣麟娐肪哂休敵鲭妷好}動(dòng)小、平均電壓大以及整流變壓

24、器沒(méi)有直流磁化等優(yōu)點(diǎn)。小、平均電壓大以及整流變壓器沒(méi)有直流磁化等優(yōu)點(diǎn)。n 缺點(diǎn)：該電路一定要配備有中心抽頭的整流變壓器，缺點(diǎn)：該電路一定要配備有中心抽頭的整流變壓器，且變壓器二次側(cè)抽頭的上下繞組利用率仍然很低，最且變壓器二次側(cè)抽頭的上下繞組利用率仍然很低，最多只能工作半個(gè)周期，變壓器設(shè)置容量仍未充分利用。多只能工作半個(gè)周期，變壓器設(shè)置容量仍未充分利用。并且晶閘管承受電壓最高達(dá)，元件價(jià)格昂貴。為了克并且晶閘管承受電壓最高達(dá)，元件價(jià)格昂貴。為了克服以上缺點(diǎn)，可采用單相全控橋式相控整流電路。服以上缺點(diǎn)，可采用單相全控橋式相控整流電路。 二、二、 單相全控橋式相控整流電路單相全控橋式相控整流電路n 單

25、相半波單相半波相控整流電路中，交流電源相控整流電路中，交流電源u2在一個(gè)周在一個(gè)周期中，期中，最多只能有半個(gè)周期向負(fù)載供電最多只能有半個(gè)周期向負(fù)載供電。n 單相全波單相全波相控整流電路與相控整流電路與單相全控橋式單相全控橋式整流電路，整流電路，則能使交流電源則能使交流電源u2的另一半周期也能向負(fù)載輸出同方的另一半周期也能向負(fù)載輸出同方向的直流電壓，同時(shí)還能減少輸出電壓向的直流電壓，同時(shí)還能減少輸出電壓ud波形的脈動(dòng)，波形的脈動(dòng)，還能提高輸出直流電壓平均值。還能提高輸出直流電壓平均值。n1.電阻性負(fù)載電阻性負(fù)載n圖圖2一一10所示為單相全控橋式相控整流電路帶電阻性所示為單相全控橋式相控整流電路帶

26、電阻性負(fù)載時(shí)的電路圖及波形圖。負(fù)載時(shí)的電路圖及波形圖。VT l和和VT4, VT2和和VT3分別組成一對(duì)橋臂，電路分析與計(jì)算同單相全波相控分別組成一對(duì)橋臂，電路分析與計(jì)算同單相全波相控整流電路。整流電路。n所所不同的是不同的是：n（1）單相）單相全控橋式觸發(fā)電路全控橋式觸發(fā)電路必須有必須有四個(gè)二次側(cè)繞組的四個(gè)二次側(cè)繞組的脈沖變壓器脈沖變壓器，分別向，分別向VT1VT4的門(mén)極發(fā)送觸發(fā)脈沖，的門(mén)極發(fā)送觸發(fā)脈沖，n（2）另外）另外晶閘管承受的電壓波形也不同晶閘管承受的電壓波形也不同 n 單相橋式相控整流電路電阻性負(fù)載時(shí)的移相范圍是單相橋式相控整流電路電阻性負(fù)載時(shí)的移相范圍是0180。 =0時(shí)，輸出電

27、壓最高時(shí)，輸出電壓最高; =時(shí)，輸出時(shí)，輸出電壓最小。晶閘管承受最大反向電壓是相電壓峰值電壓最小。晶閘管承受最大反向電壓是相電壓峰值2U2，晶閘管承受最大正向電壓是，晶閘管承受最大正向電壓是2/2U2 。各電。各電量計(jì)算公式如下量計(jì)算公式如下:n輸出電壓平均值輸出電壓平均值Ud為為n輸出電壓有效值輸出電壓有效值U為為2222 211 cos1 cos2sin()0.922dUUUtdtUpaaawwpp22211( 2 U sint)(t)sin22UdUpapawwapppn 由于晶閘管由于晶閘管VTI, VT2, VT3, VT4輪流導(dǎo)通，流過(guò)晶輪流導(dǎo)通，流過(guò)晶閘管的電流平均值只有輸出直流

28、平均值的一半閘管的電流平均值只有輸出直流平均值的一半.即即n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211cos0.4522dVTdUIIRa2222 U11(sint)(t)sin2222VTUIdRRpapawwappp12VTIIn 2.阻感負(fù)載阻感負(fù)載n從圖從圖2一一11 (b)可以看出，晶閘管承受的最大正、反可以看出，晶閘管承受的最大正、反向電壓為向電壓為U。當(dāng)。當(dāng)a90時(shí)輸出電壓波形正負(fù)面積相同。時(shí)輸出電壓波形正負(fù)面積相同。平均值為零，所以移相范圍是平均值為零，所以移相范圍是090。晶閘管導(dǎo)。晶閘管導(dǎo)通角與控制角無(wú)關(guān)，控制角通角與控制角無(wú)關(guān)，控制角a在在090之間變化時(shí)，之

29、間變化時(shí)，晶閘管導(dǎo)通角恒為晶閘管導(dǎo)通角恒為180。各電量計(jì)算公式如下。各電量計(jì)算公式如下:n輸出電壓平均值輸出電壓平均值Ud為為n電流的平均值和有效值為電流的平均值和有效值為22212 22sin()cos0.9cosdUUtdtUUp aawwaapp11,0.70722dddVTdddUIIIIIRn 3.反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載n單相全波相控整流電路與單相全控橋式整流電路的區(qū)別單相全波相控整流電路與單相全控橋式整流電路的區(qū)別在于在于:n （1）單相全波相控整流電路中變壓器二次繞組要帶）單相全波相控整流電路中變壓器二次繞組要帶中心抽頭，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，材料的消耗比單相全控橋多。中心抽頭，結(jié)構(gòu)較

30、復(fù)雜，材料的消耗比單相全控橋多。n (2)單相全波相控整流電路中只用兩個(gè)晶閘管，比單單相全波相控整流電路中只用兩個(gè)晶閘管，比單相全控橋式整流電路少兩個(gè)，相應(yīng)地，門(mén)極驅(qū)動(dòng)電路也相全控橋式整流電路少兩個(gè)，相應(yīng)地，門(mén)極驅(qū)動(dòng)電路也少兩個(gè)，但是在單相全波相控整流電路中，晶閘管承受少兩個(gè)，但是在單相全波相控整流電路中，晶閘管承受的最大電壓是單相全控橋式整流電路的的最大電壓是單相全控橋式整流電路的2倍。倍。n（3）單相全波相控整流電路中，導(dǎo)電回路只含）單相全波相控整流電路中，導(dǎo)電回路只含1個(gè)晶閘個(gè)晶閘管，比單相全控橋式整流電路中少管，比單相全控橋式整流電路中少1個(gè)，因而管壓降也個(gè)，因而管壓降也降低一半。降低

31、一半。n（4）單相全波相控整流電路較適宜在低輸出場(chǎng)合使用，）單相全波相控整流電路較適宜在低輸出場(chǎng)合使用，單相全控橋式整流電路主要適用于單相全控橋式整流電路主要適用于4KW左右的應(yīng)用場(chǎng)合。左右的應(yīng)用場(chǎng)合。第三節(jié)第三節(jié) 三相半波相控整流電路三相半波相控整流電路n 單相相控整流電路線路簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，制造、單相相控整流電路線路簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，制造、調(diào)整、維修都比較容易，但其輸出的直流電壓脈動(dòng)大、調(diào)整、維修都比較容易，但其輸出的直流電壓脈動(dòng)大、脈動(dòng)頻率低，并且當(dāng)脈動(dòng)頻率低，并且當(dāng)負(fù)載容量較大時(shí)易造成三相電壓不負(fù)載容量較大時(shí)易造成三相電壓不平衡，平衡，因而只用在容量較小的地方。一般負(fù)載容量較大因而只用在

32、容量較小的地方。一般負(fù)載容量較大或要求直流電壓脈動(dòng)較小時(shí)，可以采用三相相控整流電或要求直流電壓脈動(dòng)較小時(shí)，可以采用三相相控整流電路。路。n 三相相控整流電路的類(lèi)型很多，三相相控整流電路的類(lèi)型很多，三相半波相控整流三相半波相控整流電路是最基本的電路電路是最基本的電路，其他電路可看作是三相半波以不，其他電路可看作是三相半波以不同方式串聯(lián)或并聯(lián)組合而成的。實(shí)際中由于同方式串聯(lián)或并聯(lián)組合而成的。實(shí)際中由于三相橋式全三相橋式全控整流電路控整流電路具有輸出脈動(dòng)小、脈動(dòng)頻率高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快具有輸出脈動(dòng)小、脈動(dòng)頻率高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快等特點(diǎn)，在大、中功率領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛。等特點(diǎn)，在大、中功率領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛。n 一一、三

33、相半波不可控整流電路、三相半波不可控整流電路n n電路中將三個(gè)整流二極管電路中將三個(gè)整流二極管VD l. VD3,VD5的陰極連接的陰極連接在一起，這種接法叫在一起，這種接法叫共陰極接法共陰極接法。這種共陰極接法對(duì)。這種共陰極接法對(duì)觸發(fā)電路有公共線者，使用、調(diào)試都比較方便。觸發(fā)電路有公共線者，使用、調(diào)試都比較方便。n由于二極管為不可控器件，其導(dǎo)通條件為：哪一相二由于二極管為不可控器件，其導(dǎo)通條件為：哪一相二極管的陽(yáng)極電位最高，哪只極管的陽(yáng)極電位最高，哪只二極管就承受正向電壓而二極管就承受正向電壓而導(dǎo)通導(dǎo)通 。n整流輸出電壓整流輸出電壓ud的波形即是三相的波形即是三相電源相電壓的正向包電源相電壓

34、的正向包絡(luò)線絡(luò)線 n電源相電壓正半波形相鄰交點(diǎn)電源相電壓正半波形相鄰交點(diǎn)1, 3, 5點(diǎn)即是點(diǎn)即是VD1, VD3, VD5三個(gè)二極管輪流導(dǎo)通的始末點(diǎn)，即每到電三個(gè)二極管輪流導(dǎo)通的始末點(diǎn)，即每到電壓正向波形交點(diǎn)就自動(dòng)換相，所以三相相電壓正半波壓正向波形交點(diǎn)就自動(dòng)換相，所以三相相電壓正半波形的交點(diǎn)形的交點(diǎn)1, 3, 5稱(chēng)為自然換相點(diǎn)。稱(chēng)為自然換相點(diǎn)。n VDl管兩端承受電壓的波形為電源線電壓的波形，最管兩端承受電壓的波形為電源線電壓的波形，最大值為電源線電壓的反向電壓的峰值，即大值為電源線電壓的反向電壓的峰值，即n可計(jì)算輸出直流平均電壓可計(jì)算輸出直流平均電壓Ud為為IM26DUU5 /62/63

35、2sin(t)2dUUtdppwwp22361 . 1 72UUpn 二、三相半波相控整流電路二、三相半波相控整流電路n 在三相半波相控整流電路中使用的是在三相半波相控整流電路中使用的是晶閘管晶閘管，和剛，和剛才的三相不可控電路的區(qū)別在于才的三相不可控電路的區(qū)別在于不是用整流二極管不是用整流二極管，用的晶閘管。用的晶閘管。n 其其導(dǎo)通條件：導(dǎo)通條件：是晶閘管陽(yáng)極承受正向電壓是晶閘管陽(yáng)極承受正向電壓同時(shí)同時(shí)門(mén)極門(mén)極加正的觸發(fā)信號(hào)。把圖加正的觸發(fā)信號(hào)。把圖2-14 (a)所示電路中三只整流所示電路中三只整流二極管換成三只晶閘管就變成三相半波相控整流電路二極管換成三只晶閘管就變成三相半波相控整流電路

36、 n （一）電阻性負(fù)載（一）電阻性負(fù)載n定義定義 =30為控制角的零起始點(diǎn)，也就是自然換相點(diǎn)。為控制角的零起始點(diǎn)，也就是自然換相點(diǎn)。三相半波共陰極可控整流電路自然換相點(diǎn)是三相電源三相半波共陰極可控整流電路自然換相點(diǎn)是三相電源相電壓正半周波形的交叉點(diǎn)，在各相相電壓的相電壓正半周波形的交叉點(diǎn)，在各相相電壓的30處，處，即即 、 、 點(diǎn)，如果這些時(shí)刻之前送上觸發(fā)脈沖，點(diǎn)，如果這些時(shí)刻之前送上觸發(fā)脈沖，晶閘管因承受反向電壓而不能觸發(fā)導(dǎo)通，因此將其作晶閘管因承受反向電壓而不能觸發(fā)導(dǎo)通，因此將其作為計(jì)算控制角的起點(diǎn)，即該處的為計(jì)算控制角的起點(diǎn)，即該處的 =0。若分析不同。若分析不同控制角的波形，則觸發(fā)脈沖

37、的位置距對(duì)應(yīng)相電壓的原控制角的波形，則觸發(fā)脈沖的位置距對(duì)應(yīng)相電壓的原點(diǎn)為點(diǎn)為30+ 。aaa1tw2tw3twn 在一周期內(nèi)晶閘管在一周期內(nèi)晶閘管VT1, VT3, VT5依次輪流導(dǎo)通，各依次輪流導(dǎo)通，各導(dǎo)通導(dǎo)通120，在其余，在其余240區(qū)間承受反向電壓而處于區(qū)間承受反向電壓而處于關(guān)斷狀態(tài)，它們所承受的電壓波形相同僅相位依次相關(guān)斷狀態(tài)，它們所承受的電壓波形相同僅相位依次相差差120，以晶閘管，以晶閘管VT1承受的電壓波形為例，可以承受的電壓波形為例，可以分成三個(gè)部分分成三個(gè)部分:nVT1本身導(dǎo)通，忽略管壓降本身導(dǎo)通，忽略管壓降 =0nVT3導(dǎo)通，導(dǎo)通，VT1承受的電壓是承受的電壓是u相和相和

38、v相的電壓差相的電壓差 nVT5導(dǎo)通，導(dǎo)通，VT1承受的電壓是承受的電壓是u相和相和w相的電壓差，相的電壓差，n 1VTu1VTuvuu1VTuwuun從圖從圖2-16和圖和圖2-17可以看出，當(dāng)控制角為零時(shí)輸出電可以看出，當(dāng)控制角為零時(shí)輸出電壓最大，隨著控制角增大，整流輸出電壓減小，當(dāng)壓最大，隨著控制角增大，整流輸出電壓減小，當(dāng)=150時(shí)輸出電壓為零，所以三相半波整流電路電時(shí)輸出電壓為零，所以三相半波整流電路電阻性負(fù)載移相范圍是阻性負(fù)載移相范圍是0150 。an整流電壓平均值等各電量的計(jì)算分兩種情況整流電壓平均值等各電量的計(jì)算分兩種情況:n3030a5622632sin()1.17cos2d

39、UUtdtUpapawwap1 050a22632 sin( ) 1.17 cos2dUUtd tUppaw wapn （二）、電感性負(fù)載（二）、電感性負(fù)載n當(dāng)當(dāng) 時(shí)的工作情況與電阻性負(fù)載相同，輸出電壓時(shí)的工作情況與電阻性負(fù)載相同，輸出電壓ud波形、波形、uvT波形也相同。不同的是由于負(fù)載大電波形也相同。不同的是由于負(fù)載大電感的儲(chǔ)能作用，輸出電流感的儲(chǔ)能作用，輸出電流id是近似平直的直線波形。是近似平直的直線波形。 當(dāng)當(dāng) 時(shí)時(shí)Ud波形出現(xiàn)負(fù)值，為波形出現(xiàn)負(fù)值，為90度時(shí)波形正負(fù)面度時(shí)波形正負(fù)面積相等，電壓平均值積相等，電壓平均值ud為為0，所以三相半波電感性負(fù)，所以三相半波電感性負(fù)載的有效移相

40、范圍為載的有效移相范圍為30a30a0 90n由于由于ud波形是連續(xù)的，所以計(jì)算輸出電壓平均值波形是連續(xù)的，所以計(jì)算輸出電壓平均值Ud時(shí)時(shí)只需一個(gè)計(jì)算公式：只需一個(gè)計(jì)算公式：5622632sin()1.17cos2dUUtdtUpapawwapn 三、共陽(yáng)極整流電路三、共陽(yáng)極整流電路n 共陽(yáng)極三相半波相控整流電路的優(yōu)點(diǎn)在于三只晶閘管共陽(yáng)極三相半波相控整流電路的優(yōu)點(diǎn)在于三只晶閘管的陽(yáng)極連接在一起可固定在一塊散熱器上，散熱效果好的陽(yáng)極連接在一起可固定在一塊散熱器上，散熱效果好;但陰極不在一起，沒(méi)有公共線，調(diào)試和使用不方便。但陰極不在一起，沒(méi)有公共線，調(diào)試和使用不方便。 第四節(jié)第四節(jié) 三相全控橋式相

41、控整流電路三相全控橋式相控整流電路n目前，在各種整流電路中，應(yīng)用最為廣泛的是目前，在各種整流電路中，應(yīng)用最為廣泛的是三相全控三相全控橋式整流電路橋式整流電路。其原理如圖。其原理如圖2_21所示，三相全控橋式所示，三相全控橋式整流電路是由一組整流電路是由一組共陰極接法共陰極接法的的3個(gè)晶閘管個(gè)晶閘管(VT1, VT3, VT5)和一組共陽(yáng)極接法的和一組共陽(yáng)極接法的3個(gè)晶閘管個(gè)晶閘管(VT4, VT6, VT2)所組成的。所組成的。 n 一一、電阻性負(fù)載、電阻性負(fù)載n n 可以采用分析三相半波相控整流電路的方法，對(duì)可以采用分析三相半波相控整流電路的方法，對(duì)于于共陰極組的晶閘管共陰極組的晶閘管，陽(yáng)極

42、所接交流電壓最高的一個(gè)陽(yáng)極所接交流電壓最高的一個(gè)能夠觸發(fā)導(dǎo)通能夠觸發(fā)導(dǎo)通，而對(duì)于，而對(duì)于共陽(yáng)極組的晶閘管，則是陰極共陽(yáng)極組的晶閘管，則是陰極所接交流電壓最低的一個(gè)可被觸發(fā)導(dǎo)通所接交流電壓最低的一個(gè)可被觸發(fā)導(dǎo)通。這樣，任一。這樣，任一時(shí)刻共陰極組和共陽(yáng)極組要各有一個(gè)晶閘管處于導(dǎo)通時(shí)刻共陰極組和共陽(yáng)極組要各有一個(gè)晶閘管處于導(dǎo)通狀態(tài)，電路中就會(huì)有電流流過(guò)，負(fù)載上得到的電壓為狀態(tài)，電路中就會(huì)有電流流過(guò)，負(fù)載上得到的電壓為某一某一線電壓線電壓。n 為分析方便，把三相交流電源的一個(gè)周期由為分析方便，把三相交流電源的一個(gè)周期由6個(gè)個(gè)自然換相點(diǎn)劃分為自然換相點(diǎn)劃分為6段，每段為段，每段為60度。度。這這6個(gè)自

43、然換相個(gè)自然換相點(diǎn)即是觸發(fā)電路中點(diǎn)即是觸發(fā)電路中6只晶閘管控制角的起始點(diǎn)，在這只晶閘管控制角的起始點(diǎn)，在這6個(gè)點(diǎn)處送上觸發(fā)脈沖來(lái)觸發(fā)晶閘管，控制角個(gè)點(diǎn)處送上觸發(fā)脈沖來(lái)觸發(fā)晶閘管，控制角 =0。n由變壓器二次繞組相電壓與線電壓波形的對(duì)應(yīng)關(guān)系看由變壓器二次繞組相電壓與線電壓波形的對(duì)應(yīng)關(guān)系看出，出，各自然換相點(diǎn)既是相電壓的交點(diǎn)，同時(shí)也是線電各自然換相點(diǎn)既是相電壓的交點(diǎn)，同時(shí)也是線電壓的交點(diǎn)壓的交點(diǎn)。所以分析負(fù)載電壓波形時(shí)既可以從相電壓。所以分析負(fù)載電壓波形時(shí)既可以從相電壓波形分析，也可以從線電壓波形分析。波形分析，也可以從線電壓波形分析。輸出整流電壓輸出整流電壓波形為線電壓在正半周期的包絡(luò)線。波形為

44、線電壓在正半周期的包絡(luò)線。 aan三相全控橋式整流電路的一些工作特點(diǎn)三相全控橋式整流電路的一些工作特點(diǎn):n (1)任何時(shí)候共陰、共陽(yáng)極組各有一只元件同時(shí)導(dǎo)通才能形任何時(shí)候共陰、共陽(yáng)極組各有一只元件同時(shí)導(dǎo)通才能形成電流通路，且不能為同一相的晶閘管。成電流通路，且不能為同一相的晶閘管。n (2)共陰極組晶閘管共陰極組晶閘管VT1,VT3, VT5，按相序依次觸發(fā)導(dǎo)通，按相序依次觸發(fā)導(dǎo)通，相位相差相位相差120 ，共陽(yáng)極組晶閘管，共陽(yáng)極組晶閘管VT2, VT4, VT6，按相序，按相序依次觸發(fā)導(dǎo)通相位相差依次觸發(fā)導(dǎo)通相位相差120 ，同一相的晶閘管相位相差，同一相的晶閘管相位相差180 ，每個(gè)晶閘管導(dǎo)通角為，每個(gè)晶閘管導(dǎo)通角為120 ，每隔，每隔60 進(jìn)行一次進(jìn)行一次換相。換