第二章 可控整流电路,2,本课程重点内容之一(一般30%) 主要内容： 几种常用的可控整流电路及工作原理，不同性质负 载下电压电流波形，电量基本关系，掌握分析方法 掌握各种电路特点和应用范围，根据用电设备要求 正确设计可控整流电路及元件的参数,3,主要内容,单相半波可控整流电路 单相桥式全控整流电路 单相桥式半控整流电路,4,承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通 承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能开通 晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用 要使晶闸管关断，只能使晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下 晶闸管正常工作时的特性总结如下：,复习：晶闸管的开关特性,5,第一节 单相半波可控整流电路,一 电阻性负载 变压器T：变换电压和隔离的作用 假设: SCR(VT)为理想开关 u2= U2msinωt单相交流电源 u20时： SCR承受正向电压 若无门极触发信号: SCR---正向阻断； 承受电压为：u2; id=0, ud=0,6,ωt=α时： 加触发信号： SCR导通 iT= id = i2 ud=u2 id=ud/R=u2/R ωt=π时： iT= id = i2 =0 SCR关断 ωt = π~2π 时： SCR承受反压阻断,7,电阻负载的特点：电压与电流波形相同 ud为脉动直流，只在u2正半周出现，--半波整流 可控器件+交流输入为单相=单相半波可控整流电路 ud波形在一个电源周期中只脉动1次--单脉波整流电路,8,几个重要的基本概念： 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a表示，也称触发角(Trigger Angle)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(Conduction Angle),9,基本数量关系： VT的a 移相范围为180 这种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,10,总结： SCR管触发导通，将交流电变成脉动的直流电； 改变α角，可以改变输出电压电流波形和大小； SCR管可能承受的最大反向电压为u2电压峰值，最大正向电压为u2峰值。
SCR是否能触发导通的依据是电压正偏 SCR从导通变关断的依据是流过SCR的电流为零(或AK两端电压小于零)11,二、阻感性负载 阻感负载的特点： 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 分析方法：通过器件的理想化，将电路简化为分段线性电路，分段进行分析计算,2.1 单相半波可控整流电路,12,对单相半波电路： 当VT处于断态时，id=0 VT处于通态时，VT短接 初始条件： ωt=α时，id=0,13,14,负载阻抗角j、触发角a、晶闸管导通角的关系 若j为定值，a越大，在u2正半周L储能越少，维持导电的能力就越弱，θ越小 若a为定值，j越大，则L贮能越多，θ越大；且j越大 在u2负半周L维持晶闸管导通的时间就越接近晶闸管在u2正半周导通的时间，ud中负的部分越接近正的部分，平均值Ud越接近零，输出的直流电流平均值也越小 为避免Ud太小，在整流电路的负载两端并联续流二极管,15,与没有续流二极管的情况比较 在u2正半周时两者工作情况一样 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。
续流期间ud为0，ud中不再出现负的部分,16,数量关系 若近似认为id为一条水平线，恒为Id，则有,17,单相半波可控整流电路的特点: 简单，但输出脉动大，变压器二次侧电流中含直流分量，造成变压器铁芯直流磁化 实际上很少应用此种电路 分析该电路的主要目的在于利用其简单易学的特点，建立起整流电路的基本概念,18,2.2 单相桥式可控整流电路,2.2.1电阻性负载,SCR为理想开关 u2= U2msinωt VT1、VT4一对桥臂,电路结构：,19,工作原理,u20时,VT1、VT4承受正向电压 若无门极触发信号,VT1、VT4 —正向阻断 承受电压为：u2/2 VT2、VT3—反向阻断 承受电压为：-u2/2 id=0 ud=0,20,ωt=α时，给T1T4同时加 触发信号,VT1、VT4导通 iT1= iT4= id = i2 ud=u2 uT1= uT4= 0 id=ud/R=u2/R VT2 、VT3反向阻断 承受电压：-u2,21,ωt=π时,iT1= iT4= id =0 T1 T4关断,u2 0,,,无门极触发信号,VT2、VT3 —正向阻断 承受电压为：u2/2 VT1、VT4—反向阻断 承受电压为：-u2/2 id=0 ud=0,22,ωt= π+ α 时 给VT2 VT3同时加触发信号,VT2、VT3导通 iT2= iT3= id = -i2 ud=-u2 uT2= uT3= 0 id=ud/R=-u2/R VT1 、VT4反向阻断 承受电压：u2,,ωt=2π时,iT2= iT3= id =0，T2 T3关断,23,单相全桥整流电路小结,T1T4和T2T3两组SCR管轮流触发导通，将交流电变成直流电； 改变α角，可以改变输出电压电流波形和大小； SCR管所承受的最大反向电压为u2电压峰值，最大正向电压为u2峰值的一半。
SCR是否能触发导通的依据是电压正偏 SCR从导通变关断的依据是流过SCR的电流为零(或AK两端电压小于零)24,两个概念,25,几个名词术语,控制角α 晶闸管承受正向电压时刻起到加触发脉冲为止这段时间所对应的角度 导通角θ SCR在一个周期内导通的时间所对应的角度 移相 改变触发脉冲出现的时刻（即改变控制角的大小） 移相范围 改变α角使输出整流电压平均值从最大值降到最小值（零或负最大值），控制角α 的变化范围即触发脉冲移相范围26,同步 使触发脉冲与可控整流电路的电源电压之间保持频率和相位的协调关系 换流（换相） 在可控整流电路中，从一路SCR导通变换为另一路SCR导通的过程27,单相桥式全控整流电路的计算,流过晶闸管的电流平均值只有输出直流平均值的一半，即：,向负载输出的平均电流值为,负载输出电压的平均值为,28,流过晶闸管的电流有效值：,变压器二次测电流有效值I2与输出直流电流I有效值相等：,又,29,,单相桥式全控整流电路，接电阻性负载，要求控制角为30度时输出电压为80V,输出电流为70A, 试计算整流变压器的二次电流，并按照上述条件选择晶闸管例,由,解：,得,30,由计算结果得,考虑裕量系数,最后选额定电流100A额定电压300V的晶闸管,31,2.2 单相桥式可控整流电路,2.2.2 阻感性负载,SCR为理想开关 u2= U2msinωt VT1、VT4一对桥臂,电路结构：,32,T1 T4导通 id从0开始上升(uL0)L储能，id上升速度受限 ud=u2电网供能量给R和L,L较小，控制角α较大,ωt=α时， （给T1T4同时加触发信号）,33,当u2由峰值开始下降后，ud下降但id仍上升 一段,但上升速度开始下降L吸收能量直到id上升速率0， id =idmax ，后id开始下降，L释放能量,34,id仍0，T1T4继续导通电网和L供能量给R,当ωt= π，u2=0时,35,当ωt= π ~wt1时 u2=0,L供能量给R同时回馈给电网id继续下降,直到0T1T4关断（ L中能量释放完） ωt： wt1 ---（ π+ α） 四管均断态，id=0,ud=0,36,I,当ωt= π+ α时类似正半周期,37,I,带RL负载后ud出现负值; id变化滞后于ud; 导通角θ大于阻性负载; L较小α较大时，L储能 较小，在id下降过程中不足以维持T1T4导通至T2T3触发导通时刻， 导通角θ π，id波形断续。
总结,38,,L较大，控制角α较小,id出现连续 , 原因：L储能增多 导通角θ = π id脉动幅度随L增大而减小,39,I,L很大（ ω L R ）,id脉动幅度很小，近似为一直流Id； 导通角θ = π 波形： iT:矩形波(幅值 Id) i2:矩形波(正负幅值均为 Id),40,* Ud=0.9 U2 cos α * α移相范围90度 * Id=Ud/R * IT=Id /1.414 * Itav=Id/2 * I2=Id ，UＴｍａｘ= U２ｍ,数量关系,41,例,如图单相桥式全控整流电路接大电感负载， 试计算当 时，输出电压电流的平均值？如果负载端并接续流二极管，输出电压电流平均值又为多少？并求流过晶闸管和续流二极管的电流平均值、有效值,42,解,时，由于是大电感负载,43,,反电势负载,44,只有当u2绝对值大于E 时，SCR才能触发导通 停止导通角δ ： 与电阻负载时相比，晶闸管提前了电角度δ停止导电45,,a角相同时，整流输出电压比电阻负载时大 id波形在一周期内有部分时间为0的情况，称为电流断续与此对应，若id波形不出现为0的点的情况，称为电流连续。
当a＜ δ时，触发脉冲到来时，晶闸管承受负电压，不可能导通为了使晶闸管可靠导通，要求触发脉冲有足够的宽度，保证当wt= 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δ 46,阻性负载 与全控桥相同 感性负载,2.3 单相桥式半控整流电路,设L足够大 不带续流D 波形分析： 移相范围：0--180度 导通角θ： π 失控现象：,47,例: 单相桥式半控整流电路,电阻性负载,画出整流二极管在一周内承受的电压波形48,思考: 单相桥式半控整流电路,电阻性负载,如果一个晶闸管阴阳极之间被烧断，画出整流二极管在一周内承受的电压波形49,若无续流二极管，则当a 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流导通的情况，这使ud成为正弦半波，即半周期ud为正弦，另外半周期ud为零，其平均值保持恒定，称为失控,50,有续流二极管VDR时，续流过程由VDR完成，晶闸管 关断，避免了某一个晶闸管持续导通从而导致失控的 现象同时，续流期间导电回路中只有一个管压降， 有利于降低损耗,51,带续流D数量分析：,52,例,如图单相桥式全控整流电路接大电感负载， 试计算当 时，输出电压电流的平均值？如果负载端并接续流二极管，输出电压电流平均值又为多少？,53,解,时，由于是大电感负载,２）接续流二极管,。