單相半波可控整流電路

2-13.1.1單相半波可控整流電路

單相半波可控整流電路及波形1）帶電阻負(fù)載的工作情況變壓器T起變換電壓和電氣隔離的作用。電阻負(fù)載的特點：電壓與電流成正比，兩者波形相同。wwwwtTVTR0a)u1u2uVTudidwt1p2ptttu2uguduVTaq0b)c)d)e)00

單相半波可控整流電路(SinglePhaseHalfWaveControlledRectifier)2-2電阻負(fù)載觸發(fā)脈沖

相位控制方式（相控）：通過控制器件導(dǎo)通的時刻

（相位）來改變輸出功率（電壓、電流）的控制方式。wwwwtTVTR0a)u1u2uVTudidwt1p2ptttu2uguduVTaq0b)c)d)e)002-33.1.1單相半波可控整流電路

首先，引入兩個重要的基本概念：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?；緮?shù)量關(guān)系wwwwtTVTR0a)u1u2uVTudidwt1p2ptttu2uguduVTaq0b)c)d)e)00導(dǎo)通角：晶閘管在一個電源周期中處于通態(tài)的電角度，用θ表示。2-4直流輸出電壓平均值

VT的a移相范圍為0--180基本數(shù)量關(guān)系

輸出電壓的有效值a從0變到p，輸出電壓的平均值從U2m/p變到0；輸入變壓器電流含直流分量，會產(chǎn)生磁飽和問題。重要結(jié)論2-5例單相半波晶閘管整流器帶純電阻負(fù)載，若觸發(fā)角為p/2，求整流器的效率、變壓器利用因數(shù)TUF和輸入功率因數(shù)PF。2-6純電阻，電流為正弦之一部分輸入電流基波有效值2-7諧波分析常用數(shù)學(xué)公式2-8阻感負(fù)載的特點：電流不能發(fā)生突變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，分段進(jìn)行分析計算對單相半波電路的分析可基于上述方法進(jìn)行：當(dāng)VT處于斷態(tài)時，相當(dāng)于電路在VT處斷開，id=0。當(dāng)VT處于通態(tài)時，相當(dāng)于VT短路

帶阻感負(fù)載的單相半波電路及其波形2.帶阻感負(fù)載的工作情況2-9阻感負(fù)載2-10

單相半波可控整流電路的分段線性等效電路

a)VT處于關(guān)斷狀態(tài)

b)VT處于導(dǎo)通狀態(tài)（3-3）（3-4）（3-2）VT處于通態(tài)時：初始條件：ωt=

a

，id=0。求解式（3-2）并將初始條件代入可得其中當(dāng)ωt=θ+a

時，id=0，代入式（3-3）并整理得2-11f、a、

θ的關(guān)系若f為定值，a

越大，正半周L儲能越少，θ越小若a為定值，f越大，則L貯能越多，θ越大；且f

越大，負(fù)半周L維持管導(dǎo)通的時間越接近管正半周導(dǎo)通時間，平均值Ud越接近零，輸出的直流電流平均值也越小。超越方程，q用迭代法求解2-12當(dāng)u2過零變負(fù)時，VDR導(dǎo)通，ud為零。此時為負(fù)的u2通過VDR向VT施加反壓使其關(guān)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)流期間ud為0，ud中不再出現(xiàn)負(fù)的部分

單相半波帶阻感負(fù)載有續(xù)流二極管的電路及波形為避免Ud太小，在整流電路的負(fù)載兩端并聯(lián)續(xù)流二極管2-13電感充分大時若近似認(rèn)為id為一條水平線，恒為Id，則有VTVDR數(shù)量關(guān)系直流輸出電壓平均值2-14VT的a移相范圍為180。a從0變化到p,輸出電壓平均值從Um/p變化到0.簡單，但輸出脈動大，變壓器二次側(cè)電流中含直流分量，造成變壓器鐵芯直流磁化實際上很少應(yīng)用此種電路分析該電路的主要目的在于利用其簡單易學(xué)的特點，建立起整流電路的基本概念單相半波可控整流電路的特點2-15延遲此脈沖信號a角，經(jīng)過隔離電路將其加到晶閘管的門極和陰極間。輸出電壓、電流都是非正弦的。單相半波的觸發(fā)控制特點在電源電壓由負(fù)變正過0時產(chǎn)生一個脈沖信號。2-16相位控制信號的生成方法觸發(fā)電路的組成同步

變壓器同步信號發(fā)生器移相控制

脈沖形成觸發(fā)脈沖交流電源2-17脈沖發(fā)生器設(shè)定：周期0.02s,寬度10％，相位滯后90/360*0.02s,幅值10單相半波可控整流電路的仿真輸出電壓平均值（直流電壓）2-18單相半波可控整流阻感負(fù)載a=90度電流斷續(xù)的仿真波形輸出電壓輸出電流2-193.1.2單相橋式全控整流電路1)帶電阻負(fù)載的工作情況a)u(i)pwtwtwt000i2udidb)c)d)ddaauVT1,4

單相全控橋式帶電阻負(fù)載時的電路及波形工作原理及波形分析VT1和VT4組成一對橋臂，在u2正半周承受電壓u2，得到觸發(fā)脈沖即導(dǎo)通，當(dāng)u2過零時關(guān)斷。VT2和VT3組成另一對橋臂，在u2正半周承受電壓-u2，得到觸發(fā)脈沖即導(dǎo)通，當(dāng)u2過零時關(guān)斷。電路結(jié)構(gòu)單相橋式全控整流電路(SinglePhaseBridgeContrelledRectifier)4管均關(guān)斷時，電壓由兩管串聯(lián)承擔(dān)；2管導(dǎo)通時，未導(dǎo)通管承受反向全壓2-20單相橋式全控整流電路電阻負(fù)載數(shù)量關(guān)系（3-9）a角的移相范圍為180。向負(fù)載輸出的平均電流值為：流過晶閘管的電流平均值只有輸出直流平均值的一半，即：（3-10）(3-11)pwtwtwt000i2udidb)c)d)ddaauVT1,4半波的一倍，重要公式2-21單相橋式全控整流電路電阻負(fù)載流過晶閘管的電流有效值：變壓器二次測電流有效值I2：由式（3-12）和式（3-13）得：（3-14）pwtwtwt000i2udidb)c)d)ddaauVT1,42-22例單相橋式全控整流電路接電阻性負(fù)載，交流電源電壓U2=220V，要求輸出的平均直流電壓在50～150V范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，并且在此范圍內(nèi)，要求輸出的平均直流電流都能達(dá)到10A。試計算控制角的變化范圍，確定電源容量，并選擇晶閘管。解：控制角變化范圍在59～120度之間。流過晶閘管的電流有效值為：2-23晶閘管額定電流選擇：，選20A晶閘管額定電壓選擇：變壓器二次側(cè)電流：2-24在電源電壓由負(fù)變正過0時產(chǎn)生一個脈沖信號。延遲此脈沖信號a角，經(jīng)過隔離電路將其加到晶閘管1、4的門極和陰極間。同時延遲此脈沖信號a＋p角，經(jīng)過隔離電路將其加到晶閘管2、3的門極和陰極間。單相全波的觸發(fā)控制特點pwtwtwt000i2udidb)c)d)ddaauVT1,42-253.1.2單相橋式全控整流電路2）帶阻感負(fù)載的工作情況

u2OwtOwtOwtudidi2b)OwtOwtuVT1,4OwtOwtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4

單相全控橋帶阻感負(fù)載時的電路及波形假設(shè)電路已工作于穩(wěn)態(tài)，id的平均值不變。假設(shè)負(fù)載電感很大，負(fù)載電流id連續(xù)且波形近似為一水平線。u2過零變負(fù)時，晶閘管VT1和VT4并不關(guān)斷。至ωt=π+a時刻，晶閘管VT1和VT4關(guān)斷，VT2和VT3兩管導(dǎo)通。VT2和VT3導(dǎo)通后，VT1和VT4承受反壓關(guān)斷，流過VT1和VT4的電流迅速轉(zhuǎn)移到VT2和VT3上，此過程稱換相，亦稱換流。電流電壓同方向，輸出功率為正：整流工作狀態(tài)rectificationmode電壓電流反方向，輸出功率為負(fù)，稱為逆變工作狀態(tài)inversionmode電感存儲的能量通過晶閘管逆向變換回送電網(wǎng)2-26（3-15）3.1.2單相橋式全控整流電路

數(shù)量關(guān)系晶閘管移相范圍為90。晶閘管導(dǎo)通角θ與a無關(guān)，均為180。電流的平均值和有效值：變壓器二次側(cè)電流i2的波形為正負(fù)各180的矩形波，其相位由a角決定，有效值I2=Id。晶閘管承受的最大正反向電壓均為。2OwtOwtOwtudidi2b)OwtOwtuVT1,4OwtOwtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4超過90度則輸出電壓平均值小于0，整流器總體進(jìn)入逆變工作狀態(tài)【電感充分大】。輸出電壓有效值2-27（3-15）3.1.2單相橋式全控整流電路

數(shù)量關(guān)系晶閘管單向?qū)щ?，輸出電流不改變方向。輸出電壓的平均值隨觸發(fā)角變化可能改變正負(fù)極性。電感無窮大時輸出電壓有效值與觸發(fā)角無關(guān)，恒等于輸入端電壓有效值2-28例單相全控橋式整流電路。設(shè)負(fù)載電感充分大，輸出電流連續(xù)，紋波可以忽略，U2=120V。求輸入電流的F級數(shù)表達(dá)；輸入電流的諧波因數(shù)、輸入位移功率因數(shù)和總功率因數(shù)。如果觸發(fā)角a=p/3，計算輸出電壓的平均值、有效值、輸入位移功率因數(shù)和總功率因數(shù)。解：電流基波滯后電壓相角為a輸入電流基波有效值為2-29單相全控橋式整流電路。設(shè)負(fù)載電感充分大，輸出電流連續(xù)，紋波可以忽略，U2=120V。求輸入電流的F級數(shù)表達(dá)；輸入電流的諧波因數(shù)HF、輸入位移功率因數(shù)DF和總功率因數(shù)PF。如果觸發(fā)角a=p/3，計算輸出電壓的平均值、有效值、輸入位移功率因數(shù)和總功率因數(shù)。解：負(fù)載電感充分大時輸入電流的基波含量總是占90％，諧波因數(shù)總是保持48.34%,與a無關(guān)。隨觸發(fā)角的后移，功率因數(shù)顯著降低2-303.1.2單相橋式全控整流電路3）帶反電動勢負(fù)載時的工作情況

單相橋式全控整流電路接反電動勢—電阻負(fù)載時的電路及波形在|u2|>E時，才有晶閘管承受正電壓，有導(dǎo)通的可能。導(dǎo)通之后，

ud=u2，，直至|u2|=E，id即降至0使得晶閘管關(guān)斷，此后ud=E。在a

角相同時，整流輸出電壓比電阻負(fù)載時大。與電阻負(fù)載時相比，晶閘管提前了電角度δ停止導(dǎo)電，δ稱為停止導(dǎo)電角，（3-16）b)idOEudwtIdOwtaqd2-313.1.2單相橋式全控整流電路當(dāng)α

<d時，觸發(fā)脈沖到來時，晶閘管承受負(fù)電壓，不可能導(dǎo)通。單相橋式全控整流電路接反電動勢—電阻負(fù)載時的波形電流斷續(xù)觸發(fā)脈沖有足夠的寬度，保證當(dāng)wt=d時刻有晶閘管開始承受正電壓時，觸發(fā)脈沖仍然存在。這樣，相當(dāng)于觸發(fā)角被推遲為d。如圖所示id波形所示：串入足夠大電感可使電流連續(xù)ub)idOEdwtIdOwtαqd2-323.1.2單相橋式全控整流電路負(fù)載為直流電動機時，如果出現(xiàn)電流斷續(xù)，則電動機的機械特性將很軟。為了克服此缺點，一般在主電路中直流輸出側(cè)串聯(lián)一個平波電抗器。這時整流電壓ud的波形和負(fù)載電流id的波形與阻感負(fù)載電流連續(xù)時的波形相同，ud的計算公式也一樣。為保證電流連續(xù)所需的電感量L可由下式求出【50Hz】：（3-17）

單相橋式全控整流電路帶反電動勢負(fù)載串平波電抗器，電流連續(xù)的臨界情況twwOud0Eidtpdaq=p如果電流斷續(xù)，導(dǎo)通角越小，電流波形底部越狹窄，為增大平均電流，必須較多降低反電勢，隨負(fù)載增大，電機轉(zhuǎn)速降落較大。2-333.1.2單相橋式全控整流電路對大感性負(fù)載，單相全控橋當(dāng)觸發(fā)角a從0到p變化時，輸出電壓的平均值從2Um/p變化到－2Um/p；對純電阻負(fù)載，觸發(fā)角a變化范圍為0到p，對應(yīng)輸出平均電壓從2Um/p變化到0。在大感性負(fù)載時單相全控橋可工作在兩個象限（整流、逆變），對純電阻負(fù)載只能工作在一個象限（整流）。2-343.1.3單相全波可控整流電路【略】

單相全波可控整流電路（SinglePhaseFullWa