第1章 功率二極管、晶閘管以及單相相控整流電路(第三部分)

《電力電子技術(shù)》第1章功率二極管、晶閘管以及單相相控整流電路(第三部分)

第四節(jié)

單相半波相控整流電路第五節(jié)

單相橋式相控整流電路第六節(jié)晶閘管簡單觸發(fā)電路PowerElectronicsTechnology引言整流電路：出現(xiàn)最早的電力電子電路，將交流電變?yōu)橹绷麟姲唇M成的器件可分為不可控、半控、全控三種按電路結(jié)構(gòu)可分為橋式電路和零式電路按交流輸入相數(shù)分為單相電路和多相電路按變壓器二次側(cè)電流的方向是單向或雙向，又分為單拍電路和雙拍電路主要內(nèi)容：

單相相控整流電路：工作原理（波形分析）、基本數(shù)量關(guān)系、負載性質(zhì)的影響

變壓器漏抗對整流電路的影響

電容濾波的二極管整流電路(X)

整流電路的諧波和功率因數(shù)分析

大功率場合的整流電路(X)

相位控制電路的驅(qū)動控制第四節(jié)單相半波相控整流電路交流側(cè)接單相電源重點注意：工作原理（波形分析）、定量計算、不同負載的影響。一、單相半波相控整流電路結(jié)構(gòu)SinglePhaseHalfWaveControlledRectifier二、單相半波相控整流電路工作原理１.帶電阻負載的工作情況變壓器T起變換電壓和隔離的作用電阻負載的特點：電壓與電流成正比，兩者波形相同第一節(jié)單相半波相控整流電路幾個概念的解釋：ud為脈動直流，波形只在u2正半周內(nèi)出現(xiàn)，故稱“半波”整流

采用了可控器件晶閘管，且交流輸入為單相，故該電路為單相半波相控整流電路

ud波形在一個電源周期中只脈動1次，故該電路為單脈波整流電路幾個重要的基本概念：

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)角或控制角導(dǎo)通角：晶閘管在一個電源周期中處于通態(tài)的電角度稱為導(dǎo)通角，用θ表示:θ=-a直流輸出電壓平均值

VT的a移相范圍為0--180

這種通過控制觸發(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，簡稱相控方式基本數(shù)量關(guān)系阻感負載的特點：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，分段進行分析計算對單相半波電路的分析可基于上述方法進行：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短路帶阻感負載的單相半波電路及其波形2.帶阻感負載的工作情況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)（1-3）（1-2）（1-4）VT處于通態(tài)時：初始條件：ωt=

a

，id=0。求解式（1-2）并將初始條件代入可得其中當(dāng)ωt=θ+a

時，id=0，代入式（1-3）并整理得負載阻抗角j、觸發(fā)角a、晶閘管導(dǎo)通角的關(guān)系若j為定值，a

越大，在u2正半周L儲能越少，維持導(dǎo)電的能力就越弱，θ越小若a為定值，j

越大，則L貯能越多，θ越大；且j

越大，在u2負半周L維持晶閘管導(dǎo)通的時間就越接近晶閘管在u2正半周導(dǎo)通的時間，ud中負的部分越接近正的部分，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，用迭代法求解當(dāng)u2過零變負時，VDR導(dǎo)通，ud為零。此時為負的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)負的部分單相半波帶阻感負載有續(xù)流二極管的電路及波形為避免Ud太小，在整流電路的負載兩端并聯(lián)續(xù)流二極管若近似認(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第五節(jié)單相橋式全控整流電路１）結(jié)構(gòu)和工作原理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)斷單相全控橋式帶電阻負載時的電路及波形1.帶電阻負載的工作情況２）數(shù)量關(guān)系a角的移相范圍為180

。不考慮變壓器的損耗時，要求變壓器的容量為S=U2I2。１）結(jié)構(gòu)和工作原理為便于討論，假設(shè)電路已工作于穩(wěn)態(tài)，id的平均值不變。假設(shè)負載電感很大，負載電流id連續(xù)且波形近似為一水平線

u2過零變負時，由于電感的作用晶閘管VT1和VT4中仍流過電流id，并不關(guān)斷至ωt=π+a時刻，給VT2和VT3加觸發(fā)脈沖，因VT2和VT3本已承受正電壓，故兩管導(dǎo)通單相全控橋帶阻感負載時的電路及波形2.帶阻感負載的工作情況VT2和VT3導(dǎo)通后,u2通過VT2和VT3分別向VT1和VT4施加反壓使VT1和VT4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２）數(shù)量關(guān)系晶閘管移相范圍為90

。晶閘管承受的最大正反向電壓均為晶閘管導(dǎo)通角θ與a無關(guān)，均為180

變壓器二次側(cè)電流i2的波形為正負各180

的矩形波，其相位由a角決定，有效值I2=Id。3.帶反電動勢負載時的工作情況

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與電阻負載時相比，晶閘管提前了電角度δ停止導(dǎo)電，δ稱為停止導(dǎo)電角。（1-16）在a

角相同時，整流輸出電壓比電阻負載時大。單相橋式全控整流電路接反電動勢—電阻負載時的電路及波形如圖2-7b所示id波形在一周期內(nèi)有部分時間為0的情況，稱為電流斷續(xù)。與此對應(yīng)，若id波形不出現(xiàn)為0的點的情況，稱為電流連續(xù)。當(dāng)

時，觸發(fā)脈沖到來時，晶閘管承受負電壓，不可能導(dǎo)通。為了使晶閘管可靠導(dǎo)通，要求觸發(fā)脈沖有足夠的寬度，保證當(dāng)wt=d時刻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。負載為直流電動機時，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，用來減少電流的脈動和延長晶閘管導(dǎo)通的時間這時整流電壓ud的波形和負載電流id的波形與電感負載電流連續(xù)時的波形相同，ud的計算公式亦一樣為保證電流連續(xù)所需的電感量L可由下式求出（1-17）單相全波可控整流電路單相全波與單相全控橋從直流輸出端或從交流輸入端看均是基本一致的兩者的區(qū)別（1）單相全波中變壓器結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，繞組及鐵芯對銅、鐵等材料的消耗多（2）單相全波只用2個晶閘管，比單相全控橋少2個，相應(yīng)地，門極驅(qū)動電路也少2個；但是晶閘管承受的最大電壓為U2，是單相全控橋的2倍（3）單相全波導(dǎo)電回路只含1個晶閘管，比單相橋少1個，因而管壓降也少1個單相全波可控整流電路及波形=90°023/2

/2UVT1ud單相橋式半控整流電路單相全控橋中，每個導(dǎo)電回路中有2個晶閘管，為了對每個導(dǎo)電回路進行控制，只需1個晶閘管就可以了，另1個晶閘管可以用二極管代替，從而簡化整個電路。如此即成為單相橋式半控整流電路（先不考慮VDR）。單相半控橋帶阻感負載的情況工作原理:

續(xù)流二極管的作用若無續(xù)流二極管，則當(dāng)a

突然增大至180

或觸發(fā)脈沖丟失時，會發(fā)生一個晶閘管持續(xù)導(dǎo)通而兩個二極管輪流導(dǎo)通的情況，這使ud成為正弦半波，即半周期ud為正弦，另外半周期ud為零，其平均值保持恒定，稱為失控有續(xù)流