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1、第二章 单相可控整流电路,单相可控整流电路,单相相控整流电路按电路的接线型式可分为 单相半波、单相全波和单相桥式三种。 不同的电路具有不同的整流特性和不同的应用领域。在实际应用中，整流电源的负载又有电 阻、电感以及反电势等不同性质。负载性质不同对整流电源的要求和影响也不同。,2-1 单相半波可控整流电路,电阻性负载 概念： 控制角：在单相电路中，把晶闸管受正压起到触发导通之间的电角度称为控制角。 导通角：晶闸管在一个周期内导通的电角度。 移相：改变控制角的大小即改变触发脉冲在每个周期内出现的时刻称为移相。 1.电路 2波形 3计算：电流波形的波形系数 =0, Kf=1.57 变压器二次侧提供的
2、有功功率,2-1 单相半波可控整流电路,输出电压的平均值 输出电流的平均值 输出电压有效值 输出电流有效值 变压器二次侧的视在功率S=U2I 电路的功率因数 =0, 0.707, 电阻性负载，但由于存在谐波电流，功率因数不会是1， 越大，功率因数也会越低。,注意：选择晶闸管、熔断器、导线截面及计算负载电阻的有功功率时电流按有效值计算。 例21有一单相半波整流电路负载电阻为10欧姆，直接接到220V，要求控制角从1800移相，如图所示 （1）控制角等于60时，电压表、电流表的读数，及此时的电路功率因数。 （2）如导线电流密度取6A/mm2,计算导线截面。 （3）计算负载电阻Rd的功率。 （4）电
3、压电流考虑2倍裕量，选择晶闸管元件。 解：(1)Ud=74.4V ；Id=Ud/Rd=7.44A； 0.635 (2) =0,Ud=0.45U2=99V Idm=Ud/Rd=9.9A Kf=I/Id=1.57 最大有效电流Im=1.57Idm=15.5A SJIm SIm/J=15.5/6=2.58mm2 (3) P=Im2Rd= 15.52Rd (4) UTm=2 ，IT(AV）=215.5/1.57=20A,2-1 单相半波可控整流电路,2-1 单相半波可控整流电路,二、电感性负载 1电路 2波形 3工作原理 注意：电感的作用是平波，使电流落后于电压的变化，且使导通时间延长。 三、大电感负
4、载加续流二极管 1电路 2波形 3工作原理 4计算：晶闸管承受的最大电压 缺点：不用电源变压器，则交流回路中有直流电流流过，引起电网额外的损耗、波形畸变、如采用变压器，则变压器二次绕组存在直流电流分量，造成铁心直流磁化。为使变压器不饱和，必须增大铁心截面。所以这种电流只适用于小容量、装置的体积小，重量轻等技术要求不高的场合。,2-1 单相半波可控整流电路,当电感量足够大时，通过负载的电流波形可以看成一条平行于横轴的直线。 参数计算: 输出电压平均值 负载电流平均值 流过晶闸管与续流二极管的电流平均值 流过晶闸管与二极管的电流有效值,2-1 单相半波可控整流电路,晶闸管和续流管承受的最大电压为
5、移相范围为 优点:线路简单，只用一个晶闸管，调整方便。 缺点:带电阻负载时负载电流脉动大，电流的波形系数大，在同样的直流电流时要求较大额定电流的晶闸管，导线的截面以及变压器的电源容量增大。如不用电源变压器，则交流回路中有直流电流流过，引起电网额外的损耗、波形畸变、如采用变压器，则变压器二次绕组存在直流电流分量，造成铁心直流磁化。为使变压器不饱和，必须增大铁心截面。所以这种电流只适用于小容量、装置的体积小，重量轻等技术要求不高的场合。,2-1 单相半波可控整流电路,例22如图所示是中小型同步发电机采用单相半波晶闸管自激恒压的原理图，发电机相电压为220V，要求激磁电压为45。激磁线圈的电阻为4欧
6、，电感为0.2H，试决定晶闸管的导通角、流过晶闸管与续流二极管电流的平均值与有效值。 解：Ld=3140.2=62.8远大于Rd=4,所以为大电感负载 Ud=45V cos=-0.09 =95.1 T=180=84.9 Id=Ud/Rd=11.25 IdT=2.66A IT=5.45A IdD=8.6A ID=9.83A,2-2 单相全波可控整流电路,整流电路输出的直流电压都是周期性的非正弦函数， 都可以用富氏级数展开成一系列不同频率的正弦或余弦函数。如负载参数是线性的，可用迭加原理，不同频率的正弦电压，在负载中产生相应各次谐波电流，负载电流便是各次谐波电流的合成。其中第一项为直流分量即直流平
7、均电压，可看作零次谐波分量，第二项为最低频率的交流分量称基波分量，也为一次谐波分量；第三项为二次谐波分量 谐波次数愈高，其幅值愈小，工程计算时只考虑前面几项。 非正弦电压Ud有效值是其直流平均电压平方与各次谐波电压有效值电压平方之和的开方，非正弦电压Ud有效值,2-2 单相全波可控整流电路,单相全波整流可控整流是由二次侧带中心抽头的整流变压器和两只晶闸管组成。 一、电阻性负载 1电路及波形图,a,b,u2,2-2 单相全波可控整流电路,2、工作原理 一旦出现触发脉冲，承受正压的晶闸管导通，处于反压的晶闸管承受全部Uab电压。 3、参数计算 （1）晶闸管承受的最大正向电压为 ，而最大反向电压为.
8、 （2）在0；在0之间。 （3）输出电压平均值,2-2 单相全波可控整流电路,（4）输出电压有效值 （5）负载电流平均值 （6）负载电流有效值 （7）负载电流有波形系数,=0 Kf全=K f半/1.414=1.57/1.414=1.11,2-2 单相全波可控整流电路,（8）电路的功率因数 说明在同样的输出平均电流下，全波整流时有效电流为半波时整流的 ，因此全波整流时的导线截面、负载电阻的功耗也相应减小。 相同时全波整流时功率因数比半波时提高 倍。,2-2 单相全波可控整流电路,二、电感性负载 1、电路及波形图,2-2 单相全波可控整流电路,2、工作原理 90，负载上得到断续电流波形Ud 0。导
9、通角=22 在090时 所以控制角只需工作在090 晶闸管承受的最大正向电压为 为了消除输出电压中负电压部分，同时使输出电流更加平直，加续流二极管。,2-2 单相全波可控整流电路,3、加续流二极管电路及波形图 变压器两个二次绕组的直流安匝是相互抵销的，故不会引起铁心的直流磁化，但电路要求有带中心抽头的整流变压器，每个二次绕组一周期内只工作一半时间，利用率低，所用晶闸管正反向耐压要求较高，只适用于较小容量的可控整流。,2-3 单相桥式可控整流电路,一、单相半控桥式整流电路（中、小容量场合） 1电阻性负载 电路及波形图 工作原理 VT1、VT2共阴接连接、VD1、VD2共阳极连接；VT1、VT2均
10、不导通，VT2-Rd-VD1回路存在漏电流 参数计算 输出电压平均值为 输出电流平均值为,2-3 单相桥式可控整流电路,负载电流有效值 流过每个晶闸管的平均电流为 流过每个晶闸管的有效电流为 负载上的有效功率即发热消耗功率 P=UI 晶闸管承受的最大正反向电压为电源峰值的 倍,2-3 单相桥式可控整流电路,注意：当VT1、VT2均不导通时，由于经VT2RVD1 回路存在漏电流，而VT2的正向漏电阻远大于VD1的正向电阻与Rd之和，所以在此期间，VT1管两端电压近似为零。 变压器二次电流为正负对称的缺角正弦，无直流分量，但存在奇次谐波，控制角为90时谐波分量最大，对电网有不利影响。 例23 某单
11、相桥式半控整流电路，电阻负载Rd=4欧，要求Id在025A之间变化，如图所示求： （1）整流变压器TR的变比（不考虑的余量）。 （2）如导线允许电流密度J=6A/mm2,求连接负载导线的截面积。 （3）计算晶闸管电流、电压定额，考虑2倍余量，选择晶闸管的型号规格。 （4）忽略变压器激磁功率，变压器应选多大容量？ （5）计算负载电阻的功率。（6）计算电路最大功率因数。 解：（1）Udmax=IdmaxR=254=100V =0 U2=Ud/0.9=111V；所以变压器的变比K=U1/U2=220/111=2 （2）Im=1.11*25=27.75A,S27.75/6=4.6mm2 (3) UTn
12、=1.414U2=157V 实际取400V； IT（AV）=(Im/1.414)/1.57 =12.5A 取30A (4) S=U2I2=11127.75=3.08kWA （5）P=I2Rd=(27.75) 24=3.08kW (6) =0时 cos=1,2-3 单相桥式可控整流电路,2电感性负载 电路及波形图 工作原理 晶闸管在触发时刻换流，二极管则在电源过零时换流。上述电路在实际运行时,突然把控制角增大到180或突然切断触发电路时会发生一个晶闸管导通而两个二极管轮流导通的失控现象， 改进方法加入续流二极管 大电感负载加续流二极管电路及波形图,2-3 单相桥式可控整流电路,大电感负载加续流二
13、极管电路及波形图 工作原理 加续流管续流时，桥路输出端只有1V左右压降，使晶闸管的电流减小到维持电流以下，晶闸管关断，不会出现失控现象。为使续流管可靠工作，其接线要短而粗，接触电阻要小，且不易串接熔断器。 参数计算 控制角为，导通角为-； 流经晶闸管的平均电流为 流经晶闸管的有效电流为,2-3 单相桥式可控整流电路,流经续流管的平均电流为 流经续流管的有效电流为 续流二极管承受的最大反向电压为 例2-4有一大电感负载采用单相半控桥有续流二极管的整流电路供电，负载电阻为5欧，输入电压220伏，晶闸管的控制角为=60，求流过晶闸管、二极管的电流平均值及有效值。 解：Ud=0.9U2(1+cos60)/2=149V Id=Ud/Rd=149/5=30A T=18060 =120 D=260=120 IdT=IdD=120/360Id； =IT,2-3 单相桥式可控整流电路,二、单相全控桥式整流电路 电路及其波形 工作原理： 电阻电路工作情况与半控桥式整流电路没区别； 电感性负载时Ud=0.9U2cos 090,总 结,1、晶闸管有哪些应用？ 2、晶闸管的结构和等效电路？ 3、晶闸管的导通关断条件？,作 业： P31 1-1 1-2,
