第7讲 单相可控整流电路

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! 单相桥式半控整流电路的另一种接法
图3-13 单相桥式半控整流电路的另一接法
! 相当于把图2-5a中的VT3和VT4换为二极管VD3和 VD4，这样可以省去续流二极管VDR，续流由VD3 和VD4来实现。 电力电子技术
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3.2 三相可控整流电路
3.2.1 三相半波可控整流电路 3.2.2 三相桥式全控整流电路
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第3章 整流电路
电力电子技术
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3.1.2 单相桥式全控整流电路
VT3 Rd VT2 VT4
wt
VT1
VT1.VT4导通
ud
VT2.VT3导通
工作过程
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1、带电阻负载的工作情况
a)
! 工作原理及波形分析
! VT1和VT4组成一对桥臂，在 u2 正
半周承受电压 u2 ，得到触发脉
b) u VT c)
ud id 0 a
1,4
u d( id ) p
a
wt
u2 冲即导通，当
过零时关断。
! VT2和VT3组负半周承受电压 -u 2 ，得到触发 脉冲即导通，当u2过零时关断。
图3-5 单相全控桥式 带电阻负载时的电路及波形
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! 数量关系
2 2U 2 1 + cos α 1 π 1 + cos α U d = ∫ 2U 2 sin ωtd(ωt ) = = 0.9U 2 α π π 2 2 a 角的移相范围为180°。
! u2
经VT1和
2
过零变负时，因电感作用 b) 电流不再流经变压器二次绕组， 而是由VT1和VD3续流。
O ud a
wt
! 在 u2负半周触发角 α 时刻触发 VT2，VT2导通， u2 经VT2和 VD3向负载供电。
O id i VTO i VD1 i VTO i VD 2 i VDO
3 R 4
7
u2
α =60° u
a
ub
uc
O uG O ud O
1
ωt
ωt ωt
iVT
O
ωt
图3-19 三相半波可控整流电路，电阻负载， α=60° 时的波形 电力电子技术
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数量关系： 当 0 < α ≤ 30° π 时 3 α + 56 Ud = ∫ α +π6 2U 2 sin ωtd (ωt ) = 1.17U 2 cos α 2π 当 30° < α ≤ 150° 时 3 π Ud = ∫α +π6 2U 2 sin ωtd (ωt ) = 0.675U 2 (1 + cos(30° + α ) ) 2π
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3、带反电动势负载时的工作情况
在| u2 |> E 的可能。 时，晶闸管有导通
ud = u2
直至 | u2 |= E id 至 使得
ud − E id = R
， 0 即降
ud E O id O a q d wt Id b) wt
ud = E
晶闸管关断，此后 。 与电阻负载时相比，晶闸管提前了电角度δ停止导 E δ = sin −1 电，δ称为停止导电角， 2U 2
0
a
b
c
a
ωt
ud
0
a
b
c
a
ωt
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图3-17 三相半波可控整流电路波形图
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u2
α =30° u
a
ub
uc
O uG O ud O iVT
1
ωt
ωt ωt1 ωt
O uVT u 1 ac O uab uac
ωt ωt
图3-18三相半波可控整流电路，电阻负载， α=30°时的波形 电力电子技术
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! 负载为直流电动机时，如 果出现电流断续，则电动 机 的机械特性将很软 。 ! 为了克服此缺点，一般 在主电路中直流输出侧 串联一个平波电抗器。
ud a d 0 id O
q=p E p wt
wt
图3-8 单相桥式全控整流电路带反电动势负 载串平波电抗器，电流连续的临界情况
id ! 这时整流电压 ud 的波形和负载电流 的波形与阻感 ud 负载电流连续时的波形相同， 的计算公式也一样。
! 为保证电流连续所需的电感量L可由下式求出：
2 2U 2 −3 U 2 L= = 2.87 × 10 πω I dmin I dmin
演示
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3.1.3 单相全波可控整流电路
ud O i1 O
α
ωt
ωt
a) 图3-9单相全波可控整流电路及波形
b)
带电阻负载时 电路分析 变压器T带中心抽头。 在u2正半周，VT1工作，变压器二次绕组上半部分流过电流。 u2负半周，VT2工作，变压器二次绕组下半部分流过反方向的 电流。 变压器也不存在直流磁化的问题。
Id Id p- a Id a Id p- a Id
wt wt wt wt wt
! u2 过零变正时，VD4导通， wt I VD3关断。VT2和VD4续流， 图3-12单相桥式半控整流电路，有续
O i2 O
ud又为零。
演示
流二极管，阻感负载时的电路及波形
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! 续流二极管的作用 ! 避免可能发生的失控现象。
图3-7a 单相桥式全控整流电路接反 电动势—电阻负载时的电路及波形
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! 如图2-7b所示 id 波形所示：
ud E O id
α
q
d
wt Id wt
电流连 续
O
电流断续
b)
图3-7b 单相桥式全控整流电路接反电动势—电阻负载时的波形
当α < δ时，触发脉冲到来时，晶闸管承受负电压，不可能导通。 触发脉冲有足够的宽度，保证当ωt=δ 时刻有晶闸管开始承受正电 压时，触发脉冲仍然存在。这样，相当于触发角被推迟为δ。
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! 流过晶闸管的电流有效值：
2U 2 U 1 π −α sin ωt ) 2 d(ωt ) = 2 sin 2α + ∫α R π 2 R 2π I ! 变压器二次侧电流有效值 I 2 与输出直流电流 有效值相 I VT 1 = 2π
π
(
等：
I = I2 =
1
π
∫α
π
2U 2 U2 2 ( sin ωt ) d (ωt ) = R R
id
O ud O id
1,4
wt
wt Id Id Id Id Id wt wt wt wt wt b)
i VT O
2,3
i VT O O i2 O
1,4
u VT
O
图3-6 单相全控桥带 阻感负载时的电路及波形
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! 数量关系
Ud =
π ∫α
1
π +α
2U 2 sin ωtd(ωt ) =
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3.1.4 单相桥式半控整流电路
共阴极连接的晶闸管
TR VT1 VT3
VD2
共阳极连接的二极管
VD4
工作过程
图3-10
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! 电路结构 单相全控桥中，每个导电回路中有2个晶闸管， 1个 晶闸管可以用二极管代替，简化电路,称单相桥式半 控整流电路。
! 电阻负载 半控电路与全控电路在电阻负载时的工作情况相同。
d ac
O ic
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! 数量关系
! 由于负载电流连续， Ud可由下式求出，即 U d = 1.17U 2 cos α ! 变压器二次电流即晶闸管电流的有效值为
I 2 = I VT
I VT(AV)
! 晶闸管的额定电流为
1 = I d = 0.577 I d 3
! 晶闸管最大正、反向电压峰值均为变压器二次线 电压峰值
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单相全波与单相全控桥的区别 单相全波中变压器结构较复杂，材料的消耗多。 单相全波只用2个晶闸管，比单相全控桥少2个，相应 地，门极驱动电路也少2个；但是晶闸管承受的最大电压 是单相全控桥的2倍。 单相全波导电回路只含1个晶闸管，比单相桥少1个， 因而管压降也少1个。 从上述后两点考虑，单相全波电路有利于在低输出电压的 场合应用。
α 若无续流二极管，则当 突然增大至180°或触发脉冲 丢失时，会发生一个晶闸管持续导通而两个二极管轮 ud 流导通的情况，这使 成为正弦半波，其平均值保持 恒定，称为失控。 失控工作过程
! 有续流二极管VDR时，续流过程由VDR完成，避免了 失控的现象。 ! 续流期间导电回路中只有一个管压降，有利于降低损 耗。 电力电子技术
1 I 2
1 π −α sin 2α + 2π π
! 由式上式得：
I VT =
! 不考虑变压器的损耗时，要求变压器的容量 S = U 2 I 2
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2、 带阻感负载的工作情况
! 假设电路已工作于稳态，id 均值不变。 的平
u
2
id ! 假设负载电感很大，负载电流 连续且波形近似为一水平线。 ! u2 过零变负时，晶闸管VT1和 VT4并不关断。 ! 至ωt = π + α 时刻，晶闸管 VT1 和 VT4 关断， VT2 和 VT3 两管 导通。 ! V T2 和 VT3 导通后， VT1 和 VT4 承 受反压关断，流过 VT 1 和 VT 4 的 电 流 迅 速 转 移 到 V T 2 和 V T 3 上， 此过程称换相，亦称换流。 演示
! 向负载输出的平均电流值为：
U d 2 2U 2 1 + cos α U 2 1 + cos α Id = = = 0.9 R πR 2 R 2