第7章晶闸管可控整流电路
可控整流电路
第6章可控整流电路6.1 学习要求（1）了解晶闸管的基本结构、工作原理、特性曲线和主要参数。
（2）了解单相可控整流电路的可控原理和整流电压与电流的波形。
（3）了解单结晶体管及触发电路的工作原理。
6.2 学习指导本章重点：（1）晶闸管的基本结构、工作原理、特性曲线和主要参数。
（2）单相可控整流电路的可控原理和整流电压与电流的波形。
（3）单结晶体管及触发电路的工作原理。
本章难点：（1）单相半控桥式整流电路中晶闸管的选取。
（2）单相可控整流电路接电感性负载输出电压与电流的分析。
（3）单结晶体管触发电路的工作原理。
本章考点：（1）单相可控整流电路输出直流电压的计算。
（2）单相可控整流电路接电阻性负载输出电压的分析。
（3）单相半控桥式整流电路中晶闸管的选取。
6.2.1 晶闸管晶闸管又称可控硅，是一种可控的单向导通元件，有阳极A、阴极K和控制极G三个电极。
晶闸管的导通条件为：（1）在阳极和阴极之间加适当的正向电压U A K。
（2）在控制极和阴极之间加适当的正向触发电压U G K。
晶闸管一旦导通后，控制极就失去控制作用而维持阳极与阴极之间的导通，管压降约为1V左右。
晶闸管由导通变截止称为关断，关断条件为：（1）晶闸管阳极电流小于维持电流I H。
电子技术学习指导与习题解答120 （2）或将阳极与电源断开或给阳极与阴极之间加反向电压。
晶闸管的主要参数有：额定正向平均电流I F ，维持电流I H ，正向重复峰值电压U FR M ，反向重复峰值电压U R R M 。
若晶闸管工作时通过的电流为I V S O ，承受的最高正向电压为U F M ，最高反向电压为U R M ，则应按照下列各式选取晶闸管：I F ≥I V S OU FR M ≥FM )3~2(UU R R M ≥RM )3~2(U6.2.2 单相可控整流电路 1．单相可控半波整流电路（1）电阻性负载：电路及其电压与电流波形如图 6.1所示，导通角αθ-=180，控制角α的调整范围为0~180°。
晶闸管可控整流电路_图文
如EG 加反压 无论EA 是正或负
L不亮 KP截止
EA 加正压，S断开 EA 加正压， S闭合 KP导通后，S再断开
L不亮
L亮
L仍亮
KP截止
KP导通
KP仍导通
晶闸管导通的条件：
1. 晶闸管阳极电路(阳极与阴极之间)施加正向电压 。 2. 晶闸管控制电路(控制极与阴极之间)加正向电压
或晶正闸向管脉导冲通(后正，向控触制发极电便压失)。去作用。 依靠正反 馈，晶闸管仍可维持导通状态。
(3)工作波形(加续流二极管)
O
2
t
O
t
iL
t
O
t
加续流二极管整流输出电压及电流的平均 值与电阻性负载相同
改变控制角，可改变输出电压Uo ,移相范围
二、 单相全控桥式整流电路
1. 电阻负载
工作原理
a
(1)电压u 为正半周时
T1和DT4承受正向电压 。
+
u
–
T1
T3
加触发电压, 则T1和
UF: 通态平均电压（管压降） 在规定的条件下，通过正弦半波平均电流时，
晶闸管阳、阴极间的电压平均值。一般为1V左右。
UG、IG：控制极触发电压和电流 室温下，阳极电压为直流6V时，使晶闸管完全
导通所必须的最小控制极直流电压、电流 。 一般UG为1到5V，IG为几十到几百毫安。
晶闸管型号及其含义
KP
家用电器： “节能灯”、变频空调
• 其他： UPS、 航天飞行器、新能源、发电装置
13.1 电力电子器件
一、 电力电子器件的分类
1.不控器件，如整流二极管。 2.半控器件，如普通晶闸管。 3.全控器件，如可关断晶闸管、功率晶闸 管等。
电力电子技术练习题与答案
（第一章）一、填空题1、普通晶闸管内部有PN结,，外部有三个电极，分别是极极和极。
1、两个、阳极A、阴极K、门极G。
2、晶闸管在其阳极与阴极之间加上电压的同时，门极上加上电压，晶闸管就导通。
2、正向、触发。
3、、晶闸管的工作状态有正向状态，正向状态和反向状态。
阻断、导通、阻断。
4、某半导体器件的型号为KP50—7的，其中KP表示该器件的名称为，50表示，7表示。
4、普通晶闸管、额定电流50A、额定电压100V。
5、只有当阳极电流小于电流时，晶闸管才会由导通转为截止。
5、维持电流。
6、当增大晶闸管可控整流的控制角α，负载上得到的直流电压平均值会。
减小。
7、按负载的性质不同，晶闸管可控整流电路的负载分为性负载，性负载和负载三大类。
7、电阻、电感、反电动势。
8、当晶闸管可控整流的负载为大电感负载时，负载两端的直流电压平均值会，解决的办法就是在负载的两端接一个。
8、减小、并接、续流二极管。
9、工作于反电动势负载的晶闸管在每一个周期中的导通角、电流波形不连续、呈状、电流的平均值。
要求管子的额定电流值要些。
9、小、脉冲、小、大。
10、单结晶体管的内部一共有个PN结，外部一共有3个电极，它们分别是极、极和极。
10、一个、发射极E、第一基极B1、第二基极B2。
11、当单结晶体管的发射极电压高于电压时就导通；低于电压时就截止。
11、峰点、谷点。
12、触发电路送出的触发脉冲信号必须与晶闸管阳极电压，保证在管子阳极电压每个正半周内以相同的被触发，才能得到稳定的直流电压。
12、同步、时刻。
13、晶体管触发电路的同步电压一般有同步电压和电压。
13、正弦波、锯齿波。
14、正弦波触发电路的同步移相一般都是采用与一个或几个的叠加，利用改变的大小，来实现移相控制。
14、正弦波同步电压、控制电压、控制电压。
15、在晶闸管两端并联的RC回路是用来防止损坏晶闸管的。
15、关断过电压。
16、为了防止雷电对晶闸管的损坏，可在整流变压器的一次线圈两端并接一个或。
晶闸管整流电路
T u u
VT u id
VT
a)
1
2
u
d
R
u b) u
2
0
g
wt
1
p
2p
wt
wt
0 u VT
q
wt
如改变触发时刻：
在一个周期内，输出直流 电压脉动1次。
e)
0
wt
单相半波可控整流电路及波形
2.3.1 单相半波可控整流电路
基本数量关系
首先，引入两个重要的基本概念： 触发延迟角：从晶闸管开始承受正向阳极电压起到施加触发脉 冲止的电角度,用表示,也称触发角或控制角。 导通角：晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度，用θ表示 。
引言
整流电路：
出现最早的电力电子电路，将交流电变为直流电。
整流电路的分类：
按组成的器件可分为不可控、半控、全控三种。 按电路结构可分为桥式电路和零式电路。 按交流输入相数分为单相电路和多相电路。
按变压器二次侧电流的方向是单向或双向，又分为
单拍电路和双拍电路。
2.1
不可控器件—电力二极管· 引言
Power Diode结构和原理简单，工作可靠，自 20世纪50年代初期就获得应用。
2) 带阻感负载的工作情况
阻感负载的特点： VT处于断态时： 触发后VT开通：
c) u2 b) 0
wt 1
p
2p
wt
ug
id=0，VT关断承受反压
0 ud + d) 0 id e) 0 +
wt
负载直流平均电压下降
讨论负载阻抗角j、触发 角 a 、晶闸管导通角 θ 的 关系。
wt
q
(完整版)晶闸管可控整流技术直流电机调速系统设计
目录1 绪论 (1)1.1 课题背景 (1)1。
2 直流电动机调压调速可控整流电源设计简介 (1)1。
3 课题设计要求 (1)1.4 课题主要内容 (2)2 主电路设计 (3)2.1 总体设计思路 (3)2.2 系统结构框图 (3)2。
3 系统工作原理 (4)2。
4 对触发脉冲的要求 (5)3 主电路元件选择 (6)3.1 晶闸管的选型 (6)4 整流变压器额定参数计算 (7)4。
1 二次相电压U2 (7)4.2 一次与二次额定电流及容量计算 (8)5 触发电路的设计 (10)6 保护电路的设计 (12)6.1 过电压的产生及过电压保护 (13)6。
2 过电流保护 (13)7 缓冲电路的设计 (14)8 总结 (17)1 绪论1.1 课题背景当今,自动化控制系统已在各行各业得到广泛的应用和发展，而自动调速控制系统的应用在现代化生产中起着尤为重要的作用，直流调速系统是自动控制系统的主要形式.由可控硅整流装置供给可调电压的直流调速系统（简称KZ—D系统）和旋转变流机组及其它静止变流装置相比，不仅在经济性和可靠性上有很大提高，而且在技术性能上也显示出较大的优越性。
可控硅虽然有许多优点,但是它承受过电压和过电流的能力较差，很短时间的过电压和过电流就会把器件损坏。
为了使器件能够可靠地长期运行,必须针对过电压和过电流发生的原因采用恰当的保护措施.为此，在变压器二次侧并联电阻和电容构成交流侧过电压保护;在直流负载侧并联电阻和电容构成直流侧过电压保护;在可控硅两端并联电阻和电容构成可控硅关断过电压保护；并把快速熔断器直接与可控硅串联，对可控硅起过流保护作用。
随着电力电子器件的大力发展，该方面的用途越来越广泛.由于电力电子装置的电能变换效率高，完成相同的工作任务可以比传统方法节约电能10%~40％，因此它是一项节能技术，整流技术就是其中很重要的一个环节.1.2 直流电动机调压调速可控整流电源设计简介该系统以可控硅三相桥式全控整流电路构成系统的主电路，采用同步信号为锯齿波的触发电路，本触发电路分成三个基本环节：同步电压形成、移相控制、脉冲形成和输出。
晶闸管可控整流电路(2)
2021/4/9
8
交流电源回路电感效应
一.三相半波可控整流电路换相过程分析
图中LS为交流电源回路总电感，在无附加电感的条件 下，该电感主要是整流变压器的漏感LT。 为简化换相过程的分析， 假定:⑴大电感负载 id=Id， ⑵忽略回路电阻的影响Rs=0。
23
考虑变压器漏感时的三相 半波可控整流电路波形
T ik
a Ls ia b Ls ib c Ls ic
VT1 VT2
VT3
R ud L
ud ua
ub
uc
O
id ic
ia
ib
ic
ia
Id
O
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t
t
返回
24
u2 ud1
= 0¡ãua
ub
uc
O t1
ud2
ⅠⅡ Ⅲ ⅣⅤⅥ
u2L
uab uac ubc uba uca ucb uab uac
2. 双窄脉冲 顺序触发某一号元件的同时，为其前一号 元件再补发一个触发脉冲，以保证整流回 路两元件同时具有触发脉冲。这种触发方 式每一晶闸管在一个周期内有两个时间间 隔为60°的脉冲，故称为双窄脉冲触发方 式。
2021/4/9
1
3.4 电动势负载三相可控整流电路
3.4.1 RE负载三相半波可控整流电路
Id 0
dib
Id
6U 2
Ls
cos t
|
6U 2 xs
cos
cos
cos cos Id xs
6U 2
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arccos cos
Id xs
电工电子应用技术 晶闸管可控整流电路教案
单元十三电力电子技术基础（教案）注：表格内黑体字格式为（黑体，小四号，1.25倍行距，居中）13.2晶闸管可控整流电路【教学过程】组织教学：1．检查出勤情况。
2．检查学生教材，习题册是否符合要求。
3．宣布上课。
引入新课：1．可控整流电路的作用是将交流电变换为电压大小可以调节的直流电，以供给直流用电设备，如直流电动机的转速控制、同步发电机的励磁调节、电镀和电解电源等，它主要利用晶闸管的单向导电性和可控性构成。
2．通过实物演示及列举实例，让学生了解桥式整流电路的原理及应用，从而激发他们的学习兴趣。
讲授新课：13.2晶闸管可控整流电路13.2.1整流电路可控整流电路的作用是将交流电变换为电压大小可以调节的直流电，以供给直流用电设备，如直流电动机的转速控制、同步发电机的励磁调节、电镀和电解电源等，它主要利用晶闸管的单向导电性和可控性构成。
13.2.1整流电路单相半波可控整流电路虽然具有电路简单、调整方便、使用元件少的优点，但却有整流电压脉动大、输出整流电流小的缺点。
比较常用的是半控桥式整流电路，简称半控桥，其电路如图13-2-1所示。
在变压器副边电压u的正半周（a端为正）时，T1和D2承受正向电压。
这时如对晶闸管T1引入触发信号，则T1和D2导通，电流的通路为a→T1→R L→D2→b图13-2-1 电阻性负载的单相半控桥式整流电路这时T2和D1都因承受反向电压而截止。
同样，在电压u的负半周时，T2和D1（讲解）（讲解）观看PPT：整流电路)承受正向电压。
这时，如对晶闸管T 2引入触发信号，则T 2和D 1导通，电流的通路为： b→T 2→R L →D 1→a图13-2-2 电阻性负载时单相半控桥式整流电路的电压与电流的波形这时T 1和D 2处于截止状态。
电压与电流的波形如图13-2-2所示。
桥式整流电路的输出电压的平均值为2cos 219.00a U U +⋅= (13-2-1)输出电流的平均值为2cos 19.000aR U R U I L L +⋅==(13-2-2) 13.2.2晶闸管的过电流、过电压保护1．晶闸管的过电流保护由于晶闸管的热容量很小，一旦发生过电流时，温度就会急剧上升而可能把PN 结烧坏，造成元件内部短路或开路。
传感器实验报告 晶闸管可控整流电路
实验二 晶闸管可控整流电路一、实验目的1、 学习单结晶体管和晶闸管的简易测试方法。
2、 熟悉单结晶体管触发电路（阻容移相桥触发电路）的工作原理及调试方法。
3、 熟悉用单结晶体管触发电路控制晶闸管调压电路的方法。
二、实验原理可控整流电路的作用是把交流电变换为电压值可以调节的直流电。
图20－1 所示为单相半控桥式整流实验电路。
主电路由负载R L （灯炮）和晶闸管T 1组成，触发电路为单结晶体管T 2及一些阻容元件构成的阻容移相桥触发电路。
改变晶闸管T 1的导通角，便可调节主电路的可控输出整流电压（或电流）的数值，这点可由灯炮负载的亮度变化看出。
晶闸管导通角的大小决定于触发脉冲的频率f ，由公式)η11ln(RC 1f -=图4－1 单相半控桥式整流实验电路可知，当单结晶体管的分压比η（一般在0.5～0.8之间）及电容C 值固定时，则频率f 大小由R 决定，因此，通过调节电位器Rw ，使可以改变触发脉冲频率，主电路的输出电压也随之改变，从而达到可控调压的目的。
用万用电表的电阻档(或用数字万用表二极管档)可以对单结晶体管和晶闸管进行简易测试。
图20－2 为单结晶体管BT33管脚排列、结构图及电路符号。
好的单结晶体管PN结正向电阻R EB1、R EB2均较小，且R EB1稍大于R EB2，PN结的反向电阻R B1E、R B2E均应很大，根据所测阻值，即可判断出各管脚及管子的质量优劣。
(a) (b) (c)图4－2 单结晶体管BT33管脚排列、结构图及电路符号图4－3 为晶闸管2P4M 管脚排列、结构图及电路符号。
晶闸管阳极(A)—阴极(K) 及阳极(A) —门极(G) 之间的正、反向电阻R AK、R KA、R AG、R GA均应很大，而G — K之间为一个PN结，PN结正向电阻应较小，反向电阻应很大。
(a) (b) (c)图4－3 晶闸管管脚排列、结构图及电路符号三、实验设备及器件1、±5V、±12V 直流电源2、可调工频电源3、万用电表4、双踪示波器5、交流毫伏表6、直流电压表7、晶闸管 3CT3A 单结晶体管 BT33二极管 IN4007×4 稳压管 IN4735灯炮 12V／0.1A四、实验内容1、单结晶体管的简易测试用万用电表R×10Ω档分别测量EB1、EB2间正、反向电阻，记入表20－1。
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2
第 7 章 电力电子技术
把晶闸管从承受正压起到触发导通之间的电角度称为控制角，用 表示。晶闸管在一个周期内导通的电角度称为导通角，用表示。对 单相半波电路而言，显然有：
把改变门极触发电压加入的时刻就可以控制晶闸管的导通角，从而 改变整流输出电压。忽略晶闸管导通管压降，则整流输出电压的平 均值为：
U晶22 闸管全导通，相当于一般整
当α＝1800时， θ＝00，ULAV=UL＝0晶闸管全阻断。
2020年9月9日星期三
4
第 7 章 电力电子技术
2.电感性负载如下图所示
整流电路的负载若是直流电机的电枢、各种电机的
a电路图
励磁绕组、电磁铁等，均属于电感性负载。整流电路带
电感性负载时的工作情况与带电阻性负载时有很大不同， 为便于分析，把电感与线圈电阻分开，如图a所示。
压，因而晶闸管仍然维持导通。这时电感在释放所储存
的能量。随着u2负值的增加，当感应电动势eL与u2的值
接近相等时，流过晶闸管的电流减小到维持IH以下时，
晶闸管关断，并立即承受反向电压。
2020b年波9形月图9日星期三
5
第 7 章 电力电子技术
a电路图
由上述分析，由于负载为电感性负载，在电源
电压进入负半周之后晶闸管仍维持一定的导通时间， 因而整流电压输出电压uL出现负值。电感量L越大， 负半周维持导通的时间越长，负电压部分占的比例
由于电路中有电感存在，电流不会发生跃变，因此
电流的波形不再与电压的波形相似，如图b所示。在变 压器次级电压u2为正半周期内，晶闸管被触发导通后， 由于电感的作用，输出电流iL由零逐渐增加。由于通过 电感的电流发生变化，在电感两端会产生感应电动势，
e相L=反-L，ddti这阻时止电电感流中的储增存加电。磁e能L的量方。向当与u图2由中正所半标周正下方降向至 过零变负时，由于电感中电流在减小，电感两端会产生 感应电动势eL，iL抵抗的减小。这时eL的方向与图中所 标正方向一致。由于感应电动势的存在，即使u2为零甚 至变负，加在晶闸管阳极阴极之间的电压仍然是正向电
在大电感时，流过晶闸管和续流二极管的平均电流分别
为
IV ( AV )
2
I LAV
2
I I LAV D( AV )
2 2
I LAV
2
I LAV
式中ILAV中为负载上总的电流平均值。
电流有效值为
IV
1
2
0
(iV
)2 d (t)
ID
2 I LAV
2020年9月9日星期三
1
I
2 LAV
越大，这必将造成整流电压的输出电压的平均值 ULAV下降，当足L够大时，便使输出电压的正负阴 影面积近似相等，输出电压平均值接近为零，此时 将无法满足输出一定平均电压的要求。
2020年9月9日星期三
6
b波形图
第 7 章 电力电子技术
a电路图
为了克服上述缺点，就要设法使晶闸管在u2过零时 关断，从而在输出端不出现负电压。为此，通常在负载
d (t)
2 0
8
2 I LAV
2
I
LAV
第 7 章 电力电子技术
7.2.2 单相桥式可控整流电路
1.电阻性负载如下图所示
a电路图
b波形图
图a所示为单相桥式可控整流电路，它就 是将单相想入桥式不可控整流电路中两只本极
管换成两只晶闸管得到的。图中，两只晶闸管 V1,V2为共阴极接法，而两只二极管D1,D2为共 阳极接法。由于V1,V2阴极接在一起，所以给 他们加的阳极电压办能是一个为正方向，另一
0.45U2 1 cos
RL
2
IV ( AV )
I LAV
0.45U 2 RL
1 cos
2
整流电压的有效值为
U L
1
2
(
2U 2 sin t)2 d (t) U 2
1 sin 2
4
2
流过负载电阻的电流有效值为
IL
UL RL
U2 RL
1 sin 2
4
2
当α＝00时，θ＝1800，ULAV=0.45U2 ， UL= 流二极管的单相半波整流。
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第 7 章 电力电子技术
输出电压平均值为
U LAV
1
2U2 sin tdt
2 2 1 cos U2 2
0.9U
2
1
cos
2
输出电压有效值为
U L
1
2
(
2U 2 sin t)2 d (t) U 2
1 sin 2
4
2
输出电流平均值为
IV ( AV )
V 2
a电路图
b波形图
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第 7 章 电力电子技术
2.电感性负载如下图所示
a电路图
b波形图
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当控制角为α时，一个周期内每只晶 闸管的导通角为θv=π－α，续流二极管 的导通角为θD=2 α 。流过每个晶闸管的 电流平流平均值为
V
IV ( AV ) 2 I LAV 2 I LAV
有效值为
IV
V 2
I LAV
பைடு நூலகம்
2 I LAV
流过续流二极管的电流平均值为
I D( AV )
D 2
I LAV
2 2
I LAV
有效值为。
ID
D 2
I LAV
2 2 I LAV
13
a电路图
b波形图
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由图可见，整流变压器次级电压u2加 在晶闸管阳极回路中。若晶闸管门级不加 触发电压，即，UG=0,则晶闸管将处于阻 断状态，负载RL上无电流，RL两端电压uL 为零。晶闸管V承受u2全部电压。现在t1时 刻加上触发脉冲uG如图b所示,则V从t1时刻 开始导通，负载RL两端电压突然上升，其 波形与ωt1~π期间的u2波形相似。管子一 直导通到u2的正半周结束，电压降至零， 晶闸管电流低于维持电流而关断。在u2的 负半周，晶闸管承受反压，处于阻断状态，
1
U LAV 2
2U2 sin tdt
2 1 cos U2 2
1 cos
0.45U2 2
式中U2为整流变压器二次侧电压有效值。
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第 7 章 电力电子技术
对于电阻性负载，流过电阻RL的平均值为
通过晶闸管的电流平均值与负载电流平均值相等。固有
I LAV
UL RL
2 U2 1 cos RL 2
第 7 章 电力电子技术
7.2 晶闸管可控整流电路
主要要求：
理解单相半波可控整流电路 理解单相桥式可控整流电路
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第 7 章 电力电子技术
7.2.1 单相半波可控整流电路
1.电阻性负载如下图所示
用晶闸管代替单相半波整流电路中 的二极管就成了单相半波可控整流电路， 如图a所示。
I LAV
2
I LAV
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第 7 章 电力电子技术
输出电流有效值为
IL
UL RL
U2 RL
1 sin 2
2
可见，输出电压，电流平均值均为单相半波可控整流的2倍，有效 值为 2 倍。 通过晶闸管，二极管的电流平均值及有效值分别为
IV ( AV )
I D( AV )
两面端并联一个二极管D，如图a所示。在u2的正半周， D因反偏而截止。负载上电压与不加D一样。当u2过零 变负时，负载上由电感所维持的电流经过二极管形成回
路，电流继续流通，所以称此二极管为续流二极管。二
极管导通后，晶闸管承受反压而关断。这样，整流电路
的输出电压波形就不出现负电压部分，与电阻负载时输
出电压的波形一样。如图b所示。输出电压平均值的计
个为反方向，不可能同时为正向。这样，即使
两只管同时触发，也只能有一个导通。比如， 当u2为正半周时角发，V1导通，V2截止，电流 途径为： a端→ V1 →RL → D2→b端 ，在u2过 零时， V1阻断，输出电流为零。当u2为负半 周时触发， V2导通， V1截止，电流途径为： b端→ V2 →RL → D1→a端 ，在u2过零时， V2 阻断，输出电流为零。这样就形成了图b所示 输出电压波形。由于是电阻性负载，输出电流 的波形与输出电压相似。
1 2 I LAV
IV I D
1
(
2U2 sin t)2 d (t) U 2
2 RL
RL
1 sin 2
4
2
晶闸管承受的最大正向，反向电压，二极管承受的最大正向，反向
电压均为 2U 2 。
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第 7 章 电力电子技术
2.电感性负载如下图所示
单相桥式可控整流电路接电感性负载时 电路如图所示。由于是电感负载采用了续流 二极管。这样，当电源电压过零时，负载经 续流二极管续流，晶闸管电流降为零而关断。 当电感值较大时，负载电流波形为一直线， 负载电流平均值与有效值相等。
算式也为式
b波形图
U LAV
1
2
2U2 sin tdt
2 1 cos U2 2
0.45U
2
1
cos
2
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第 7 章 电力电子技术
应当说明，接续流二极管后，整流电路的负载电流
iL波形与电阻负载时大不相同。在晶闸管导通时负载电 流由电源经晶闸管提供(iV)，晶闸管截止时负载由电感 的感应电动势经二极管续流(iD) ，负载上的电流是这两 部分电流的合成。当电感很大时(ωL>>RL) ， iL基本上 为一恒定值。