单相可控整流电路课件.ppt

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1、关于单相可控整流电路1现在学习的是第1页，共26页2单相半波可控整流电路及波形变压器T变换电压隔离交流输入为单相，直流输出电压波形只在交流输入的正半周内出现，故称为单相半波可控整流电路。特点：电压与电流成正比，两者波形相同 wwwwtTVTR0a)u1u2uVTudidwt1p2 ptttu2uguduVTaq0b)c)d)e)00（Single Phase Half Wave Controlled Rectifier)现在学习的是第2页，共26页3两个重要的基本概念两个重要的基本概念触发延迟角触发延迟角 从晶闸管开始承受正向阳极电压起到施加触发脉冲止的从晶闸管开始承受正向阳极电压起到施加触发

2、脉冲止的电角度电角度,用用表示表示,也称触发角或控制角。也称触发角或控制角。导通角导通角 晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度称晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度称为，用为，用表示表示 。直流输出电压平均值为直流输出电压平均值为paaapwwp2cos145.0)cos1(22)(sin221222UUttdUUd 输出电压、晶闸管承受电压随触发角的变化而变化，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（相控方式）现在学习的是第3页，共26页4带阻感负载单相半波可控整流电路及波形阻感负载的特点l电感对电流变化有抗拒作用，使得流过电感的电流

3、不发生突变。l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是非线性电路。l若将器件看作理想开关，则可将电力电子电路简化为分段线性电路，分段进行分析计算。wttwwtwtwu20wt1p2 ptug0ud0id0uVT0qab)c)d)e)f)+现在学习的是第4页，共26页5VTRLu2VTRLu2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)sin()sin(tanaqaqe初始条件：t=a，id=0。求解式（2-2）并将初始条件代入可得22)(LRZwRLwarctan其中 ，tURitiLwsin2dd2dd（2-2）)sin(2)sin(

4、22)(2waawwtZUeZUitLRd当VT处于通态时，如下方程成立：当t=+a 时，id=0，代入式（2-3）并整理得（2-3）（2-4）由此公式计算出导通角。现在学习的是第5页，共26页6负载阻抗角负载阻抗角、触发角、触发角a、晶闸管导通角、晶闸管导通角的关系的关系l 若 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l 若a为定值，越大，则L贮能越多，越大；且越大，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。l 由于电感的存在导致输出直流电压减小。现在学习的是

5、第6页，共26页7单相半波带阻感负载有续流二极管的电路及波形 u2udiduVTiVTIdIdwt1wtwtwtwtwtwtOOOOOOp-ap+ab)c)d)e)f)g)iVDRa)为避免Ud太小，在整流电路的负载两端并联续流二极管 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为零，ud中不再出现负的部分。现在学习的是第7页，共26页8ddVT2IIpapddVTItdIIpapwppa2)(212ddVDIIRpap2若近似认为id为一条水平线，恒为Id，则有（

6、2-5）d22dVD2)(21RItdIIpapwpapp（2-6）（2-7）（2-8）VT的移相范围为0180现在学习的是第8页，共26页9 VTVT的的移相范围为移相范围为180180。简单，但输出脉动大，变压器二次侧电流中含直流简单，但输出脉动大，变压器二次侧电流中含直流分量，造成变压器铁芯分量，造成变压器铁芯直流磁化直流磁化。实际上很少应用此种电路。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分析该电路的主要目的建立起整流电路的基本概念。本概念。现在学习的是第9页，共26页10单相半波相控触发电阻型负载仿真电路图现在学习的是第10页，共26页11单相半波相控触发电阻型

7、负载仿真结果现在学习的是第11页，共26页12 u VT1和VT4组成一对桥臂，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。u VT2和VT3组成另一对桥臂，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。a)u(i)pwtwtwt000i2udidb)c)d)ddaauVT1,4单相全控桥式带电阻负载时的电路及波形（Single Phase Bridge Controlled Rectifier)现在学习的是第12页，共26页13paaapwwp2cos19.02cos122)(dsin21222dUUttUU2cos19.02cos12222ddaap

8、RURURUI2cos145.0212ddVTaRUII（2-10）（2-11）角的移相范围为180负载输出的平均电流值为：流过晶闸管的电流平均值只有输出直流平均值的一半，即（2-9）现在学习的是第13页，共26页14papapwwppa2sin212)(d)sin2(21222VTRUttRUI（2-12）papapwwppa2sin21)()sin2(12222RUtdtRUII（2-13）II21VT（2-14）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：不考虑变压器的损耗时，要求变压器的容量S=U2I2由式（2-12）和式（2-13）现在学习的是第14页，共26页15单相全控

9、桥带阻感负载时的电路及波形 假设电路已工作于稳态，id的平均值不变。假设负载电感很大，负载电流id连续且波形近似为一水平线。u2过零变负时，由于电感的作用晶闸管VT1和VT4中仍流过电流id，并不关断。至t=+时刻，给VT2和VT3加触发脉冲，因VT2和VT3本已承受正电压，故两管导通。VT2和VT3导通后，u2通过VT2和VT3分别向VT1和VT4施加反压使VT1和VT4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，亦称换流。2OwtOwtOwtudidi2b)OwtOwtuVT1,4OwtOwtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4现在学习的是第15页，共2

10、6页16apaaapwwpcos9.0cos22)(dsin21222dUUttUUddT21IIddT707.021III 晶闸管移相范围为090晶闸管承受的最大正反向电压均为 晶闸管导通角与无关，均为180，平均值和有效值分别为：变压器二次侧电流 i2 的波形为正负各180的矩形波，其相位由角决定，愈大，功率因数越低有效值I2=Id。22U现在学习的是第16页，共26页17REuidd22arcsinUE单相桥式全控整流电路接RE负载时的电路及波形|u2|E 时，晶闸管承受正电压，才有导通的可能。导通之后 ud=u2 ，直至|u2|=E，id 即降至 0 使得晶闸管关断，此后 ud=E与电

11、阻负载时相比，晶闸管提前了电角度 停止导电，称为停止导电角（2-16）在 a 角相同时，整流输出电压比电阻负载时大。电流续断 id 波形在一周期内有 部分时间为 0 的情况电流连续 id 波形在一周期内不 出现为 0 的情况 当 a 时，触发脉冲到来时，晶闸管承受负电压，不能导通。为使晶闸管可靠导通，触发脉冲需足够的宽度，保证当 t=时，晶闸管承受正电压，触发脉冲仍然存在，相当于触发角被推迟为，即 a=b)idOEudwtIdOwtaq现在学习的是第17页，共26页18 负载为直流电动机时，如果出现电流断续则电动机的机械特性将很软。为了克服此缺点，一般在主电路中直流输出侧串联一个平波电抗器，用

12、来减少电流的脉动和延长晶闸管导通的时间。这时整流电压ud的波形和负载电流id的波形与电感负载电流连续时的波形相同，ud的计算公式亦一样。为保证电流连续所需的电感量L可由下式求出dmin23dmin21087.222IUIULpw（2-17）单相桥式全控整流电路带反电动势负载串平波电抗器，电流连续的临界情况twwOud0Eidtpaq=p现在学习的是第18页，共26页19例：单相桥式全控整流电路，例：单相桥式全控整流电路，U2=100V，负载中，负载中R=2，L值极大，值极大，反电势反电势E=60V，当，当a a=30 时，要求：时，要求：作出作出ud、id和和i2的波形；的波形；求整流输出平均

13、电压求整流输出平均电压Ud、电流、电流Id，变压器二次侧电流有效值，变压器二次侧电流有效值I2；考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。解：解：ud、id和和i2的波形如图的波形如图 u2OwtOwtOwtudidi2OwtIdIdIdppaa ud、id和i2的波形图现在学习的是第19页，共26页20 整流输出平均电压整流输出平均电压Ud、电流、电流Id，变压器二次侧电流有，变压器二次侧电流有效值效值I2分别为分别为 Ud0.9 U2 cosa a0.9100cos3077.97(A)Id(UdE)/R(77.9760)/29(A)I2Id

14、9(A)晶闸管承受的最大反向电压为：晶闸管承受的最大反向电压为：U2100 141.4（V）流过每个晶闸管的电流的有效值为：流过每个晶闸管的电流的有效值为：IVTId 6.36（A）故晶闸管的额定电压为：故晶闸管的额定电压为：UN(23)141.4283424（V）晶闸管的额定电流为：晶闸管的额定电流为：IN(1.52)6.361.5768（A）晶闸管额定电压和电流的具体数值可按晶闸管产品系列晶闸管额定电压和电流的具体数值可按晶闸管产品系列参数选取。参数选取。222现在学习的是第20页，共26页21单相全波可控整流电路及波形u 单相全波可控整流电路又称单相双半波可控整流电路。u 单相全波与单相

15、全控桥从直流输出端或从交流输入端看均是基本一致的。u 变压器不存在直流磁化的问题。（Single Phase Full Wave Controlled Rectifier)wtwaudi1OOt现在学习的是第21页，共26页22单相全波中变压器结构较复杂，绕组及铁芯对铜、铁等单相全波中变压器结构较复杂，绕组及铁芯对铜、铁等材料的消材料的消耗多耗多。单相全波只用单相全波只用2 2个晶闸管，比单相全控桥少个晶闸管，比单相全控桥少2 2个，相应地，门极个，相应地，门极驱动电路也少驱动电路也少2 2个；但是晶闸管承受的最大电压为个；但是晶闸管承受的最大电压为 ，是单，是单相全控桥的相全控桥的2 2倍。

16、倍。单相全波导电回路只含单相全波导电回路只含1 1个晶闸管，比单相桥少个晶闸管，比单相桥少1 1个，因而管压个，因而管压降也少降也少1 1个。个。从上述考虑，单相全波电路有利于在低输出电压的场合应用。从上述考虑，单相全波电路有利于在低输出电压的场合应用。222U现在学习的是第22页，共26页23单相桥式半控整流电路，有续流二极管，阻感负载时的电路及波形 假设假设负载中电感负载中电感很大，且电路已工很大，且电路已工作于稳态。作于稳态。O2OudidIdOOOOOi2IdIdIdIIdawtwtwtwtwtwtwtapapaiVT1iVD4iVT2iVD3iVDR电路分析（先不考虑VDR）每一个导

17、电回路由1个晶闸管和1个二极管构成。在u2正半周，a处触发VT1，u2经VT1和VD4向负载供电。u2过零变负时，因电感作用使电流连续，VT1继续导通，但因a点电位低于b点电位，电流是由VT1和VD2续流，ud=0。现在学习的是第23页，共26页24单相桥式半控整流电路，有续流二极管，阻感负载时的电路及波形O2OudidIdOOOOOi2IdIdIdIIdawtwtwtwtwtwtwtapapaiVT1iVD4iVT2iVD3iVDR 在u2负半周，a处触发触发VT3，向VT1加反压使之关断，u2经VT3和VD2向负载供电。u2过零变正时，VD4导通，VD2关断。VT3和VD4续流，ud又为零

18、。假设假设负载中电感负载中电感很大，且电路已很大，且电路已工作于稳态。工作于稳态。现在学习的是第24页，共26页25 若若无续流二极管无续流二极管，则当，则当a a 突然增大至突然增大至180180 或触发脉冲丢失时，会或触发脉冲丢失时，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u ud d成为成为正弦半波，即半周期正弦半波，即半周期u ud d为正弦，另外半周期为正弦，另外半周期u ud d为零，其平均值保持恒为零，其平均值保持恒定，称为定，称为失控失控。有续流二极管有续流二极管VDVDR R时，续流过程由时，续流过程由VDVDR R完成，晶闸管关断，避免完成，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。路中只有一个管压降，有利于降低损耗。从上述后两点考虑，单相全波电路有利于在从上述后两点考虑，单相全波电路有利于在低输出电压低输出电压的场合应用的场合应用。反电动势负载现在学习的是第25页，共26页9/5/2022感谢大家观看现在学习的是第26页，共26页