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1、3.13.1单相可控整流电路单相可控整流电路首先假设以下几点：(1)开关元件是理想的，即开关元件(晶闸管)导通时，通态压降为零，关断时电阻为无穷大；(2)变压器是理想的，即变压器漏抗为零，绕组的电阻为零、励磁电流为零。第1章第4页3.13.1单相可控整流电路单相可控整流电路重点：工作原理（波形分析）、定量计算、不同负载的影响。3.1.1单相半波可控整流电路SinglePhaseHalfWaveControlledRectifier基本概念：单相：交流侧接单相电源半波：ud为脉动直流，波形只在u2正半周内出现，故称“半波”整流可控：采用了可控器件晶闸管第1章第5页1.带电阻负载的工作情况Resi
2、stiveload图1单相半波可控整流电路及波形变压器变压器T起变换电压起变换电压隔离隔离电阻负载的特点：电阻负载的特点：电压与电流成正比，两者波形相同电压与电流成正比，两者波形相同 3.1.1 3.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路 基本工作原理工作过程和特点：（1）在U2的正半周，VT承受正向电压，0t1期间，无触发脉冲，VT处于正向阻断状态，UVTU2，Ud=0;（2）t1以后，VT由于触发脉冲UG的作用而导通，则Ud=U2,UVT=0,Id=U2/R，一直到时刻；（3）2期间，U2反向，VT由于承受反向电压而关断,UVT=U2,Ud=0。以后不断重复以上过程。特点：为单拍
3、电路，易出现变压器直流磁化，应用较少。图3-2单相半波可控整流电路及波形图(纯电阻负载)第1章第7页两个重要的基本概念两个重要的基本概念触触发发延延迟迟角角 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。导导通通角角 晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度，用表示。移移相相：改变的大小，即改变触发脉冲在每个周期内出现的时刻，称为移相。a移相范围为这种通过控制触发脉冲的相位来控制输出电压大小的方式称为 相位控制方式（相控方式）相位控制方式（相控方式）0180 a 越大，输出电压越小第1章第8页直流输出电压平均值（1-1）0时，Ud=0.45U2；时，Ud=0
4、，可见可以通过改变触发角，调整来调整Ud直流电流平均值（1-2）基本数量关系第1章第9页输出电压有效值（均方根值）（1-3）电流有效值（1-4）电流有效值用于选择器件、选择导线以及计算负载的有功功率等。例题中有体现。第1章第10页 3.1.1 3.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路图2带阻感负载单相半波可控整流电路及波形2.带阻感负载的工作情况resistor-inductorload阻感负载阻感负载负载中感抗L与电阻R相比不可忽略 阻感负载的特点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。与电阻负载波形图的不同之处：图2 e d 第1章第11页 3.
5、1.1 3.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路图2带阻感负载单相半波可控整流电路及波形工作情况分段描述：t1t2晶闸管导通，电源电压全部加到负载上；由于电感的作用，电路电流只能够从零逐渐增加；到t2时，电流达到最大值，此时电感存储的能量也达到最大；电流达到最大值的时间稍微滞后与电压最大值。第1章第12页 3.1.1 3.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路图2带阻感负载单相半波可控整流电路及波形t1 t2期间，感应电动势电流上升期间，感应电动势的方向阻碍电流变大，方向与电源电压方向相反，上正下负。第1章第13页 3.1.1 3.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控
6、整流电路图2带阻感负载单相半波可控整流电路及波形工作情况分段描述：t2t3t2t3期间，电流从最大值开始下降；此时电感产生的电动势阻碍电流下降；在t3=,电源电压过零。但由于电感中感应电动势的作用，使晶闸管仍然承受正向电压，仍维持导通；第1章第14页 3.1.1 3.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路电感作用分析电感的存在，使负载电压波形出现负电压；电感越大，导通角越大，负面积也越大；当电感增大到使负面积接近正面积时，整流输出的直流电压Ud接近0。第1章第15页带阻感负载工作情况的详细分析*电力电子电路中存在非线性的电力电子器件，决定了电力电子电路时非线性电路。电力电子电路的一种
7、基本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。3.1.1 3.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路第1章第16页对单相半波电路的分析可基于上述方法进行：当VT处于断态时，相当于电路在VT处断开，id=0。当VT处于通态时，相当于VT短路。图3-3单相半波可控整流电路的分段线性等效电路a)VT处于关断状态b)VT处于导通状态分段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线性电路。器件的每种状态对应于一种线性电路拓扑。第1章第17页当VT处于通态时，如下方程成立：VTb)RLu2b)VT处于导通状态（3-2）（3-4）初始条件：t=a，id=0。
8、求解式（3-2）并将初始条件代入可得当t=+a 时，id=0，代入式（1-8）并整理得（3-3）其中，第1章第18页负载阻抗角j j、触发角a、晶闸管导通角的关系若j 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，越小若a为定值，j j 越大，则L贮能越多，越大；且j 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。第1章第19页为为了了使使电电源源电电压压过过零零变变负负时时能能及及时时地地关关断断晶晶闸闸管管，使使ud波波形形不不出出现现负负值值，避避免免Ud
9、太太小小，又又能能给给电电感感线线圈圈L提提供供续续流流的的旁路，可以在旁路，可以在负载两端负载两端并联二极管，如图所示。并联二极管，如图所示。3.1.1 3.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路3.负载侧接续流二极管的工作情况rectifier with freewheeling diode第3章第20页图图4 4 单相半波带阻感负载有续流二极管的电路及波形单相半波带阻感负载有续流二极管的电路及波形1当u2为正时（0区间），晶闸管承受正向电压，触发脉冲在时刻触发晶闸管导通，负载上有输出电压和电流。在此期间续流二极管VD承受反向电压而关断。1第1章第21页图图4 4 单相半波带阻感
10、负载有续流二极管的电路及波形单相半波带阻感负载有续流二极管的电路及波形2当u2变负时(2区间)，电感的感应电压使续流二极管VD承受正向电压导通续流;此时电源电压u20，u2通过续流二极管使晶闸管承受反向电压而关断;负载两端的输出电压仅为续流二极管的管压降。2第1章第22页如果电感足够大，续流二极管一直导通到下一周期晶闸管导通，使电流id连续，且id波形近似为一条水平直线，大小为Id，则基本的物理量计算公式如下基本的物理量计算公式如下：1流过晶闸管电流的平均值IdVT和有效值IVT为：2流过续流二极管电流的平均值IdVD和有效值IVD输出电流平均值Id=Ud/R4从波形图可以看出，晶闸管和续流二
11、极管承受的最大电压：电压：波形和电阻负载相同，所以计算公式也相同。3输出电压平均值Ud为：结论：1.电阻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，可见续流二极管的作用是为了提高输出电压。2.负载电流波形连续且近似为一条直线，如果电感为无穷大，则负载电流为一直线。流过晶闸管和续流二极管的电流波形是矩形波。第1章第25页VT的a 移相范围为180。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建立起整流电路的基本概念。单相半波可控整流电路的特点单相半波可控整流电路的特点3.1.2 3.1.2 单相桥式全控整流电路单
12、相桥式全控整流电路3.1.2 3.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路(Single Phase Bridge Contrelled Rectifier)电路结构电路结构3.1.23.1.2单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路1)带电阻负载的工作情况图5单相全控桥式带电阻负载时的电路及波形工作原理及波形分析工作原理及波形分析VT1和和VT4组组成成一一对对桥桥臂臂，在u2正半周承受电压u2，得到触发脉冲即导通，当u2过零时关断。VT2和和VT3组组成成另另一一对对桥桥臂臂，在u2正半周承受电压-u2，得到触发脉冲即导通，当u2过零时关断。图5单相全控桥式带电阻负载时的电路及波形
13、p在电源正半周，a正b负；VT1和VT4会承受正向阳极电压，给VT1和VT4同时加脉冲，则VT1和VT4会导通；电流id从电源a端经VT1、负载Rd及VT4回到电源b端，负载上得到电压ud为电源电压u2（忽略VT1和VT4的导通压降），方向为上正下负；VT2和VT3因承受反压而不会导通；电流波形id与ud相同。工作原理及波形分析工作原理及波形分析 正半周正半周+-图5单相全控桥式带电阻负载时的电路及波形pu2负半周，a-，b+；VT2和VT3会承受正向电压，在时刻给VT2和VT3同时加脉冲，会被触发导通。电流id从电源b端经VT3、负载Rd及VT2回电源a端，负载上得到电压ud仍为电源电压u2
14、，方向也还为上正下负，与正半周一致。VT1和VT4则承受反压u2而处于截止状态。u2过零时，id也过零，使VT2和VT3关断。工作原理及波形分析工作原理及波形分析 负半周负半周-+图5单相全控桥式带电阻负载时的电路及波形从图中可看出，负载上的直流电压输出波形比单相半波时多了一倍，晶闸管的控制角可从0180，导通角为-。晶闸管承受的最大电压为 。该部分内容要理解。该部分内容要理解。工作原理及波形分析工作原理及波形分析 小结小结电路参数的计算 a 角的移相范围为0180向负载输出的平均电流值为：输出电压平均值的计算公式：流过每只晶闸管的电流平均值，只有输出直流平均值流过每只晶闸管的电流平均值，只有
15、输出直流平均值的一半，即：的一半，即：流过晶闸管的电流有效值：流过晶闸管的电流有效值：由上两式得：iVT1,4由上两式得：变压器的容量S=U2I2。从而可以得出电路功率因数。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：2）带阻感负载的工作情况）带阻感负载的工作情况u图6单相全控桥带阻感负载时的电路及波形假设负载电感很大，负载电流id连续，且波形近似为一条直线。ud的波形出现了负半周部分正半周正半周u图6单相全控桥带阻感负载时的电路及波形电源u2正半周，触发VT1和VT4导通，输出电压ud=u2。至电源电压过零变负时，由于电感产生的自感电动势会使VT1和VT4继续导通，输出电压仍为ud
16、u2，所以出现了负电压输出。VT2和VT3虽然已承受正向电压，但还没有触发脉冲，所以不会导通。负半周负半周图6单相全控桥带阻感负载时的电路及波形至 t=+a 时 刻，给 VT2和VT3同时加触发脉冲，晶闸管VT1和VT4关断，VT2和VT3两管导通。VT2和VT3导通后，VT1和VT4承受反压关断，流过VT1和VT4的电流迅速转移到VT2和VT3上，此过程称换相换相，亦称换流换流。图6单相全控桥带阻感负载时的电路及波形两组管子轮流导通，每只晶闸管的导通时间比电阻性负载时延长了；导通角=，与a无关；正半周电流由VT1、4流过，负半周电流由VT2、3流过；形状均为方波；变压器二次侧的波形为正负交替的方波。在时，输出电压Ud最小，等于零。因此，因此，a 的移相范围是的移相范围是090。在时，输出电压Ud最大，输出电压平均值：单相全控桥式整流电路 带电感性负载电路参数的计算负载电流平均值的计算公式：晶闸管导通角与a无关，均为180。所以，流过一只晶闸管的电流平均值和有效值：晶闸管可能承受的最大正反向电压均为：变压器二次侧电流i2的波形为正负各180的矩形波，其相位由a角决定，有效值I2=Id=
