第3讲-整流(单相半波可控整流电路)
单相半波可控整流电路工作原理
单相半波可控整流电路是一种常见的电力控制电路，它在工业领域和家用电器中都有着广泛的应用。
本文将从工作原理、电路结构和应用范围等方面对单相半波可控整流电路进行详细介绍。
一、工作原理1.1 整流电路的基本原理在交流电路中，为了将交流电转换为直流电以供电子设备使用，需要采用整流电路。
整流电路的基本原理是利用二极管或可控硅等器件对交流电进行单向导通，将其转换为直流电。
而可控整流电路是在传统整流电路的基础上引入了可控器件，如可控硅，从而实现对电流的精确控制。
1.2 半波可控整流电路的工作原理半波可控整流电路是一种简单的可控整流电路，它采用单相交流电源，并通过可控硅来控制电流的导通。
在正半周，可控硅导通，电流正常通过；而在负半周，可控硅不导通，电流被截断。
通过对可控硅的触发角控制，可以实现对输出电流的精确调节。
1.3 工作原理总结通过上述介绍可以看出，单相半波可控整流电路利用可控硅对交流电进行单向导通，实现了对电流的精确控制。
其工作原理简单清晰，便于实际应用，并且具有高效稳定的特点。
二、电路结构2.1 单相半波可控整流电路的基本结构单相半波可控整流电路的基本结构包括交流电源、变压器、可控硅和负载电阻等组成。
其中，交流电源通过变压器降压后接入可控硅，可控硅的触发装置接受控制信号，控制可控硅的导通角，从而实现对输出电流的调节。
负载电阻则接在可控硅的输出端，用于消耗电能并提供电源。
2.2 功能模块的详细介绍交流电源：作为单相半波可控整流电路的输入电源，一般为家用交流电，其电压和频率根据实际需求进行选择。
变压器：用于降低交流电源的电压，保证可控硅和负载电阻正常工作。
可控硅：作为电路的核心器件，可控硅的导通和截断状态由外部控制信号决定，从而实现对电流的精确控制。
负载电阻：接在可控硅的输出端，用于消耗电能并提供直流电源。
2.3 电路结构总结单相半波可控整流电路的基本结构清晰明了，各功能模块之间相互协调，实现了从交流电到可控直流电的转换和精确控制。
电力电子技术教学_整流电路PPT课件
3.1 单相可控整流电路 3.2 三相可控整流电路 3.3 变压器漏感对整流电路的影响 3.4 电容滤波的不可控整流电路 3.5 整流电路的谐波和功率因数 3.6 大功率可控整流电路 3.7 整流电路的有源逆变工作状态 3.8 相控电路的驱动控制
本章小结
引言
■整流电路（Rectifier）是电力电子电路中出现最早的一种，它 的作用是将交流电能变为直流电能供给直流用电设备。
Id Id
wt
☞wt=p+a时刻，触发VT2和VT3，VT2和VT3导通，
w t u2通过VT2和VT3分别向VT1和VT4施加反压使VT1和
w t VT4关断，流过VT1和VT4的电流迅速转移到VT2和VT3
上，此过程称为换相，亦称换流。
wt
图3-6 单相桥式全控整流电流带阻感负载时 的电路及波形
(3-4)
8/21
3.1.1 单相半波可控整流电路
√若为定值，a角大，q越小。 若a为定值，越大，q越大 ，且 平均值Ud越接近零。为解决上述矛 盾，在整流电路的负载两端并联一
个二极管，称为续流二极管，用 VDR表示。 ◆有续流二极管的电路 ☞电路分析 √u2正半周时，与没有续流二极管 时的情况是一样的。 √当u2过零变负时，VDR导通，ud 为零，此时为负的u2通过VDR向VT 施加反压使其关断，L储存的能量保 证了电流id在L-R-VDR回路中流通， 此过程通常称为续流。 √若L足够大，id连续，且id波形接
a)
u2
b)
uOd
w t1
wt
c)
O
wt
id
d)
Id
O
wt
i VT
Id
e)
单相可控半波整流电路
单相可控半波整流电路单相可控半波整流电路是一种常用的电路，它可以将低压交流电转换为直流电，具有输出电流稳定、响应速度快的优点。
下面，我将分步骤阐述单相可控半波整流电路的实现过程。
第一步是元件连接。
单相可控半波整流电路主要由四个元件组成：变压器、可控硅、负载和直流滤波器。
变压器可以将交流电降压，可控硅则起到开关作用，负载则是直接消耗电流的元件，直流滤波器则起到平滑输出电流的作用。
这四个元件需要按照一定的连接方式进行连接，组成一个成熟的电路。
第二步是电流控制。
可控硅起到开关作用，当可控硅接通时，电流就可以流过负载，反之则不行。
通过对可控硅进行控制，可以实现对电流的控制。
控制可控硅需要一个触发器，当触发器接通时可控硅才能正常工作，触发器可以是电压比较器、定时器等。
第三步是输出电流稳定化。
在直流滤波器的作用下，输出的直流电流会受到一定的影响，如果不进行稳定化处理，输出电流就会出现波动，影响电路的正常工作。
为了使输出电流更加稳定，可以采用调节器或稳压器等元件，合理控制电路的整体输出。
当然，输出电流的稳定化也需要根据具体情况进行调整，不同的负载对于输出电流的要求也不同，需要根据用户的需求定制电路。
以上就是单相可控半波整流电路的实现过程，虽然需要一定的技术和理论知识支持，但是掌握了这些知识之后，可以有效地应用在电路设计和实现过程中。
值得注意的是，电路实现的过程需要严格遵守安全规定，特别是在接触高压电的时候更是需要注意安全，防止发生电击事故。
总之，只有充分掌握相关的技术和知识，才能够实现有效、稳定的单相可控半波整流电路。
第3章 整流电路1 单相半波可控整流电路
可控整流电路的电路结构、工作原理、分析方法 不同性质负载下，任意两点间的电压、电流波形 电量基本关系，计算有效值和平均值 掌握各种电路的特点和应用范围 设计可控整流电路及元件的参数
12:07
第3章 整流电路
2
整流电路简介
电能变换电路
ud
u2
o
ωt
2π 4π 6π 8π
uD
u2
ud
id ud Lo
ωt
R
id
o
ωt
12:07
第3章 整流电路
5
3.1.1 单相半波可控整流电路
单相半波不可控整流电路
电路组成：整流变压器T、二极管D、负荷R或电感L
基本假设：晶闸管为理想器件，������2 =
D
D
T
uD
id
u1
u2
ud R
图3-2 带阻感负载的单相半波可控整流
12:07
第3章 整流电路
16
3.1.1 单相半波可控整流电路
+ –
带阻感负载的工作情况
工作原理
VT id
T
uVT
L
u1
u2
ud
R
工作状态2：π < ωt < ωt2时
u2
• u2 < 0，SCR承受反向电压
o ωt1 π
ωt2 2π
ωt
• 在π时刻，u2由正变负的过零点处，id 已经处于减小的过程中，但尚未降到
ωt
控制角
ug
• 导通角θ：在一个电源周期中，晶闸 o
ωt
管处于通态的电角度，称为导通角 ud
单相半波可控整流电路
1
u
2
u
d
R
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 a 表示,也称触 发角或控制角。
u b)
2
0 u c) 0 u d) 0 u VT e) 0
d g
wt
1
p
2p
wt
wt
a
q
wt
wt
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。
2-3
基本数量关系
41.77 Display
Voltage Measurement1 Mean Value
脉冲发生器设定：周期0.02s, 宽度10％，相位滞后 90/360*0.02s,幅值10
输出电压平均值 （直流电压）
2-17
单相半波可控整流阻感负载a=90度电流断续的仿真波形
输出电压
输出电流
2-18
3.1.2 单相桥式全控整流电路
a)
u1
u2
阻感负载的特点：电流不能 发生突变 电力电子电路的一种基本分 b) 析方法 通过器件的理想化，将电路 c) 简化为分段线性电路，分段进 行分析计算 对单相半波电路的分析可基 d) 于上述方法进行：当VT处于 断态时，相当于电路在VT处 e) 断开，id=0。当VT处于通态时， 相当于VT短路 f)
ห้องสมุดไป่ตู้wt
f) O uV T O
wt
I VDR rms
1 2p
p
2p a
p a g) I d (wt ) Id 2p
2 d
wt
2-13
单相半波可控整流电路的特点
a)
T u1
VT uV T u2
现代电力电子——单相半波可控整流电路
现代电力电子技学院：姓名：学号：术目录1 绪论 (1)电力电子实验仿真背景 (1)1.1.1 电力电子技术概述 (1)1.1.2 电力电子技术的应用 (1)1.1.3 国内外电力电子技术发展概况 (2)计算机仿真的意义 (4)本文研究的主要内容 (5)2 SIMULINK模型库及使用 (6)2.1 SIMULINK的模块库介绍 (6)2.2 电力系统模块库的介绍 (6)2.3 SIMULINK仿真的步骤 (7)3 交流-直流变流器(整流器)———单相半波可控整流电路 (9)3.1 电路结构与工作原理 (9)3.2单相半波可控整流电路建模 (9)3.3仿真与分析 (10)4 结论 (15)1 绪论电力电子实验仿真背景1.1.1 电力电子技术概述电能是现代工农业、交通运输、通信和人们日常生活不可缺少的能源。
电能一般分为直流电和交流电两大类，现代科学技术的发展使人们对电能的要求越来越高，不仅需要将交流电转变成直流电，直流电转变成交流电，以满足供电电源与用电设备之间的匹配关系，还需要通过对电压、电流、频率、功率因数夫和谐波等的控制和调节，以提高供电的质量和满足各种各样的用电要求，这些要求在电力电子技术出现之前是不可能实现的。
随着现代电力电子技术的发展，各种新型的电力电子器件的研究、开发和应用，使人们可以用电力电子变流技术为各种各样的用电要求提供高品质的电源，提高产品的质量和性能，提高生产效率，改善人们的生活环境。
将来从电网得到的工频电能大部分都需要经过电力电子装置的二次变换处理，电力电子的应用领域将越来越广阔。
1.1.2 电力电子技术的应用电力电子技术主要包括电力电子器件、电力电子电路和电力电子装置及其系统。
近年来，功率变流技术得到了迅猛发展，经过变流技术处理的电能在整个国民经济的耗电量中所占比例越来越大，成为其他工业技术发展的重要基础。
电力电子技术应用非常广泛，举例如下：(1)电气传动电力电子技术是电动机控制技术发展的最重要的物质基础，电力电子技术的迅猛发展促使电动机控制技术水平有了突破性的提高。
单相半波可控整流电路
单相半波可控整流电路1、工作原理电路和波形如图1所示，设u2=U2sinω。
图1 单相半波可控整流正半周：0＜t＜t1,ug=0,T正向阻断，id=0,uT=u2,ud=0t=t时,加入ug脉冲，T导通，忽略其正向压降，uT=0,ud=u2,id=ud/Rd。
负半周：π≤t＜2π当u2自然过零时，T自行关断而处于反向阻断状态，ut=0,ud=0,id=0。
从0到t1的电度角为α，叫控制角。
从t1到π的电度角为θ，叫导通角，显然α+θ=π。
当α=0，θ=180度时，可控硅全导通，与不控整流一样，当α=180度，θ=0度时，可控硅全关断，输出电压为零。
2、各电量关系ud波形为非正弦波，其平均值（直流电压）：由上式可见，负载电阻Rd上的直流电压是控制角α的函数，所以改变α的大小就可以控制直流电压Ud的数值，这就是可控整流意义之所在。
流过Rd的直流电流Id：Ud的有效值（均方根值）：流过Rd的电流有效值：由于电源提供的有功功率P=UI，电源视在功率S=U2I（U2是电源电压有效值），所以功率因数：由上式可见，功率因数cosψ也是α的函数，当α=0时，cosψ=0.707。
显然，对于电阻性负载，单相半波可控整流的功率因数也不会是1。
比值Ud/U、I/Id和cosψ随α的变化数值，见表1，它们相应的关系曲线，如图2所示表1 Ud/U、I/Id和cosψ的关系图2 单相半波可控整流的电压、电流及功率因数与控制角的关系由于可控硅T与Rd是串联的，所以，流过Rd的有效值电流I与平均值电流Id的比值，也就是流过可控硅T的有效值电流IT与平均值电流IdT的比值，即I/Id=It/IdT。
二、单相桥式半控整流电路1、工作原理电路与波形如图3所示图3、单相桥式半控整流正半周：t1时刻加入ug1，T1导通，电流通路如图实线所示。
uT1=0,ud=u2,uT2=-u2。
u2过零时，T1自行关断。
负半周：t2时刻加入ug2，T2导通，电流通路如图虚线所示，uT2=0，ud=-u2,ut1=u2。
第3章 整流电路3-1 单相全波可控整流电路
o
ωt1 π
2π
ωt
ug
– VT2导通，两端电压为0
o ud
ωt
• 负 载：ud = –u2，id = Id
o
ωt
• 变压器：i1 = –nId
αθ i1
• 电 感：电感放电，感应电压为负
o
ωt
uVT1
• 晶闸管：uVT1 = 2u2，iVT1 = 0
o
ωt
• 晶闸管：uVT2 = 0，iVT2 = Id
12:18
第3章 整流电路
3
3.1.3 单相全波可控整流电路
带阻性负载时的工作情况
电路分析：寻找α = 0的位置
• VT1和VT2都不导通：VT1承受电压u2，VT2承受电压–u2
• VT1导通，VT2承受反压–2u2 • VT2导通，VT1承受反压2u2 • VT1和VT2同时导通？
u2
o
ωt
12:18
第3章 整流电路
18
思考题
计算题
如图所示，单相全波半控整流电路，变压器二次侧电压有效值U2
• 画出ud、i1和VT1的工作波形
• 求Ud、Id和α关系
u2
• 求晶闸管的移相范围 • 求晶闸管的额定电压和额定电流
o
ωt1 π
2π
ωt
α
ug
o
ωt
ud
i1 T
VT1
o
ωt
*
* u2
ωt1 π
2π
ωt
ug
– VT2阻断，承受正向电压–2u2
o ud
ωt
• 负 载：ud = u2，id = Id • 变压器：i1 = nId
o
单相半波可控整流电路
单相半波可控整流电路触发角α：从晶闸管开始承受正向阳极电压起，到施加触发脉冲为止的电角度，称为触发角或控制角。
几个定义①“半波”整流：改变触发时刻，d u 和d i 波形随之改变，直流输出电压d u 为极性不变但瞬时值变化的脉动直流，其波形只在2u 正半周内出现，因此称“半波”整流。
②单相半波可控整流电路：如上半波整流，同时电路中采用了可控器件晶闸管，且交流输入为单相，因此为单相半波可控整流电路。
电力电子电路的基本特点及分析方法（1）电力电子器件为非线性特性，因此电力电子电路是非线性电路。
（2）电力电子器件通常工作于通态或断态状态，当忽略器件的开通过程和关断过程时，可以将器件理想化，看作理想开关，即通态时认为开关闭合，其阻抗为零；断态时认为开关断开，其阻抗为无穷大。
单相桥式全控整流电路带电阻负载的工作情况（1）单相桥式全控整流电路带电阻负载时的原理图①由4个晶闸管（VT 1 ~VT 4）组成单相桥式全控整流电路。
② VT 1和VT 4组成一对桥臂，VT 2和VT 3组成一对桥臂。
（2）单相桥式全控整流电路带电阻负载时的波形图①α~0：● VT 1 ~VT 4未触发导通，呈现断态，则0d =u 、0d =i 、02=i 。
●2VT VT 41u u u =+，2VT VT 2141u u u ==。
②πα~：● 在α角度时，给VT 1和VT 4加触发脉冲，此时a 点电压高于b 点，VT 1和VT 4承受正向电压，因此可靠导通，041VT VT ==u u 。
● 电流从a 点经VT 1、R 、VT 4流回b 点。
● 2d u u =，d 2i i =，形状与电压相同。
③)(~αππ+：●电源2u 过零点，VT 1和VT 4承受反向电压而关断，2VT VT 2141u u u ==（负半周）。
● 同时，VT 2和VT 3未触发导通，因此0d =u 、0d =i 、02=i 。
④παπ2~)(+：● 在)(απ+角度时，给VT 2和VT 3加触发脉冲，此时b 点电压高于a 点，VT 2和VT 3承受正向电压，因此可靠导通，03VT VT 2==u u 。
单相半波可控整流电路
(2) 输出电压有效值U与输出电流有效值I
直流输出电压有效值U :
U
1 2π
2U2 sin t 2dt U2
1 sin 2 π
4π
2π
输出电流有效值I :
I U U2 1 sin 2 π
R R 4π
2π
3.1 单相半波可控整流电路
(3) 晶闸管电流有效值和变压器二次侧电流有效值 单相半波可控整流电路中，负载、晶闸管和变
所以，实际的大电感电路中，常常在负载两端并联一 个续流二极管。
3.1 单相半波可控整流电路
图3-4 带阻感负载(接续流管)的 单相半波电路及其波形
2.接续流二极管时
❖ 工作原理
u2＞0：uT＞0。在ωt=α处 触发晶闸管导通， ud= u2
续流二极管VDR承受反向电 压而处于断态。
u2＜0：电感的感应电压使
S U2I2 U2 220
(4) 晶闸管电流有效值IT 与输出电流有效值相等，即：
IT I
则
I T(AV)
(1.5~
2) IT 1.57
取2倍安全裕量，晶闸管的额定电流为：
IT(AV) 56.1 A (取系列值100A)
（5）晶闸管承受的最高电压：
Um 2U2 2 220 311V
考虑(2~3)倍安全裕量，晶闸管的额定电压为
VDR承受正向电压导通续流，
晶闸管承受反压关断,ud=0。
如果电感足够大，续流二 极管一直导通到下一周期
晶闸管导通，使id连续。
3.1 单相半波可控整流电路
由以上分析可以看出，电感性负载加续流二极管后， 输出电压波形与电阻性负载波形相同，续流二极管可 以起到提高输出电压的作用。在大电感负载时负载电 流波形连续且近似一条直线，流过晶闸管的电流波形 和流过续流二极管的电流波形是矩形波。
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☞在wt1时刻，即触发角a处
wt
√ud=u2。
√L的存在使id不能突变，id从0开始增
wt 加。
ud
+
d)
+
☞u2由正变负的过零点处，id已经处于减 小的过程中，但尚未降到零，因此VT仍处
0a
id
wt 于通态。
e)
0
q
u
wt
☞wt2时刻，电感能量释放完毕，id降至 零，VT关断并立即承受反压。
VT f)
◆电阻负载的特点是电压与电流 成正比，两者波形相同。
◆在分析整流电路工作时，认为
晶闸管（开关器件）为理想器件， 即晶闸管导通时其管压降等于零， 晶闸管阻断时其漏电流等于零，除 非特意研究晶闸管的开通、关断过 程，一般认为晶闸管的开通与关断 过程瞬时完成。
T
a)
u1
u2
VT
i
u
d
VT
ud
R
u
2
b)
0
wt 1
若为定值，a角大，q越小。 若a为定值，越大，q越大 ，且
平均值Ud越接近零。为解决上述矛
盾，在整流电路的负载两端并联一
个二极管，称为续流二极管，用 VDR表示。
◆有续流二极管的电路
a)
☞电路分析
u2
√u2正半周时，与没有续流二极管 时的情况是一样的。
b)
uOd
w t1
wt
c)
O
wt
√当u2过零变负时，VDR导通，ud
☞由于电感的存在延迟了VT的关断时刻，
0
wt 使ud波形出现负的部分，与带电阻负载时相
图3-2 带阻感负载的单相半
比其平均值Ud下降。
波可控整流电路及其波形
VT
√VT处于通态时，如下方程成立：
u2
L R
L did dt
Rid
2U2 sinwt
(3-2)
b)
图3-3 b) VT处于导通状态
在VT导通时刻，有wt=a，id=0，这是式（3-2）的初 始条件。求解式（3-2）并将初始条件代入可得
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p
2p
wt
u
g
c)
0
wt
u
d
d)
0a
q
wt
u VT
e)
0
wt
图3-1 单相半波可控整流电路及波形
u
2
b)
0
wt1
p
2p
wt
u
g
c)
0
wt
u
d
d)
0a
q
wt
u VT
e)
0
wt
图3-1 单相半波可控整流电路及波形
◆改变触发时刻，ud和id波形随之改变，直流输出电压ud为极性不变但 瞬时值变化的脉动直流，其波形只在u2正半周内出现，故称“半波”整 流。
◆电路中采用了可控器件晶闸管，且交流输入为单相，故该电路称为单 相半波可控整流电路。整流电压ud波形在一个电源周期中只脉动1次， 故该电路为单脉波整流电路。
◆基本数量关系
☞a：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
称为触发延迟角，也称触发角或控制角。
☞q：晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度称为导通角。
2
b)
0
wt
p
1
u
g
c) 0
u
d
d)
0
a
id
e) 0
u
VT
f) 0
+ q
2p
wt
wt +
wt
wt
wt
■带阻感负载的工作情况
◆阻感负载的特点是电感对电流变化有抗
拒作用，使得流过电感的电流不能发生突变。
◆电路分析
u 2
b)
0
wt1
p
2p
ug
c) 0
☞晶闸管VT处于断态,id=0,ud=0,uVT=u2。
2.1.1 电阻性负载电路波形的分析及参数计算 2.1.2 电感性负载电路的分析 2.1.3 电感性带续流二极管负载电路分析
■带电阻负载的工作情况 ◆变压器T起变换电压和隔离的
作用，其一次侧和二次侧电压瞬时 值分别用u1和u2表示，有效值分别 用U1和U2表示，其中U2的大小根据 需要的直流输出电压ud的平均值Ud 确定。
☞直流输出电压平均值
Ud
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1 2p
p a
2U2 sinwtd (wt)
2U 2 2p
(1
cos a )
0.45U 2
1
cos a 2
☞负载电流平均值
Id Ud 0.45U 2 1 cosa
Rd
Rd 2
☞随着a增大，Ud减小，该电路中VT的a移相范围为180。
◆通过控制触发脉冲的相位来控制直流输出电压大小的方式称为相位控 制方式，简称相控方式。
第2章 单相可控整流电路
2.1 单相半波可控整流电路 2.2 单相全控桥式整流电路 2.3 单相半控桥式整流电路 本章小结
■整流电路（Rectifier）是电力电子电路中出现最早的一种， 它的作用是将交流电能变为直流电能供给直流用电设备。
■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，分为单拍电路 和双拍电路。
id d)
Id
为零，此时为负的u2通过VDR向VT
O
i VT
Id
wt
施加反压使其关断，L储存的能量保
e) O
i VD R
p-a
p+a
wt
证了电流id在L-R-VDR回路中流通， f) O
wt
u VT
此过程通常称为续流。
g)
O
wt
√若L足够大，id连续，且id波形接
近一条水平线 。
图3-4 单相半波带阻感负载有 续流二极管的电路及波形
id
2U 2
sin(a
R (wta )
)e wL
Z
2U2 sin(wt ) (3-3)
Z
式中，Z
R2
(wL)2，
tg 1
wL
R
。由此式可得出图3-2e所示的id波形。
当wt=q+a时，id=0，代入式（3-3）并整理得
q
sin(a )e tg sin(q a )
(3-4)