1.2 单相可控整流电路.ppt

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1、单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路机电工程系机电工程系 李春菊李春菊整流电路引言整流电路的分类：整流电路的分类：按组成的器件可分为按组成的器件可分为不可控不可控、半控半控、全控全控三种。三种。按电路结构可分为按电路结构可分为桥式电路桥式电路和和零式电路零式电路。按交流输入相数分为按交流输入相数分为单相电路单相电路和和多相电路多相电路。按变压器二次侧电流的方向是单向或双向，又分为按变压器二次侧电流的方向是单向或双向，又分为单拍电路单拍电路和和双拍电路双拍电路。整流电路整流电路：出现最早的电力电子电路，将交流电变为直流电。单相可控整流电路 1.2.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路

2、 1.3.1 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路 1.3.2 单相桥式半控整流电路单相桥式半控整流电路调光台灯电路图调光台灯电路图单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路1.2.1 1.2.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路1.1.电阻负载电阻负载变压器变压器T变换电压变换电压隔离隔离交流输入为单相，直流输交流输入为单相，直流输出电压波形只在交流输入出电压波形只在交流输入的正半周内出现，故称为的正半周内出现，故称为单相半波可控整流电路。单相半波可控整流电路。特点：特点：电压与电流波形相同电压与电流波形相同 一、直流电和交流电单 相 桥 式 整 流 电 路1、交流电大小和方向随时

3、间作周期性变化的电压、电流和电动势。it交流正弦波2、直流电方向不随时间变化的电压、电流和电动势。it脉动直流电It稳恒直流电单相桥式整流电路（不可控）单相桥式整流电路（不可控）二、整流和整流电路1、整流it交流正弦波it脉动直流电将交流电变换成脉动直流电的过程。2、整流电路能够实现将交流电变换成脉动直流电（即可完成整流过程）的电路。3、整流元件整流电路中起整流作用的元件称为整流元件。常见的整流元件有具有单向导电特性的二极管或晶闸管。二极管的单向导电性（a）加正向电压时导通+-VD正向导通的二极管，如若忽略很小的正向压降，可近似看成一闭合的开关。（b）加反向电压时截止VD-+反向截止的二极管，

4、如若忽略很小的反向电流，可近似看成一断开的开关。单 相 桥 式 整 流 电 路单 相 桥 式 整 流 电 路三、桥式整流电路1、电路形式VD1VD3VD2VD4RLTr1、电源变压器Tr的作用是将220V交流电u1变换成整流所需的较低的交流电u2。+-u1+-u2二极管VD1VD4起整流作用，称为整流元件，它们组成桥式电路结构。负载+-u02、变压器起到隔离市电电源的作用。若变压器初级绕组的匝数为N1，次级绕组的匝数为N2，则U1/U2=N1/N2=k（变压比）；单 相 桥 式 整 流 电 路2、整流过程（假设输入为正弦交流电）u2t当为u2正半周时，A点电位最高，B点的电位最低。二极管VD1

5、和VD2导通（相当于闭合的开关）；二极管VD2和VD4截止（相当于断开的开关）。u0tVD1VD3在u2正半周作用下，电路中有电流流动，其通路为：AVD1RLVD3B负载电阻RL上电流的方向由上至下，产生上正下负的电压u0。RLTr+-u1VD3VD1VD2VD4+-u2AB+-u0ABRLTr+-u1+-u2+-u0单 相 桥 式 整 流 电 路当为u2负半周时，A端电位最低，B点的电位最高。u2t二极管VD2和VD4导通（相当于闭合的开关）；二极管VD1和VD3截止（相当于断开的开关）。u0tRLTr-+u1VD3VD1VD2VD4-+u2u0+-ABVD2VD4在u2负半周作用下，电路中

6、有电流流动，其通路为：BVD2RLVD4A负载电阻RL上电流的方向由上至下，产生上正下负的电压u0。RLTr-+u1AB-+u2+-u0单 相 桥 式 整 流 电 路结论：无论输入电压是正半周还是负半周，负载RL的电流方向始终是从上向下，所以产生的电压降也是同一方向（电压都为上正下负）。u2t02u0t02正弦交流电脉动直流电3、桥式整流电路中的物理量（1）输出电压U0U0=0.9U2（2）输出电压I0I0=U0/RL整流=0.9U2/RL一、电阻性负载电炉、电焊机及白炽灯等均属于电阻性负载变压器T起变变换换电电压压和电电气气隔离隔离的作用。电电阻阻负负载载的的特特点点：电压与电流成正比，两者

7、波形相同。单相半波可控整流电路（电阻性负载）及波形wwwwtTVTR0)u1u2uVTudidwt12tttu2uguduVT q0b)c)d)e)001.2.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路及波形wwwwtTVTR0a)u1u2uVTudidwt12tttu2uguduVTaq0b)c)d)e)00 单相半波可控整流电路（带电阻负载的工作情况）单相半波可控整流电路（带电阻负载的工作情况）控控制制角角a a：从从晶晶闸闸管管开开始始承承受受正正向向阳阳极极电电压压起起到到施施加加触触发发脉脉冲冲止止的的电电角角度度,用用a a表表示示,也也称称触发角触发角或或控制角控制角。导导通通

8、角角：晶晶闸闸管管在在一一个个电电源源周周期期中中处处于于通通态态的电角度，用的电角度，用表示表示。移移相相：改改变变触触发发脉脉冲冲初初相相的的时时刻刻，即即改改变变控控制角制角a的大小，称为移相。的大小，称为移相。移移相相范范围围：指指触触发发脉脉冲冲的的移移动动范范围围，它它决决定定了输出电压的有效变化范围了输出电压的有效变化范围 相相控控方方式式：通通过过控控制制触触发发脉脉冲冲的的相相位位来来控控制制直流输出电压大小的方式称为直流输出电压大小的方式称为相位控制方式相位控制方式。1.基本概念基本概念2.工作原理分析工作原理分析在电源电压正半周，晶闸管承受正向电压，在t=处触发晶闸管，晶

9、闸管开始导通；负载上的电压等于变压器输出电压u2。在t=时刻，电源电压过零，晶闸管电流小于维持电流而关断，负载电流为零。在电源电压负半周，u K0，晶闸管承受反向电压而处于关断状态，负载电流为零，负载上没有输出电压，直到电源电压u2的下一周期，直流输出电压ud和负载电流id的波形相位相同。通过改变触发角的大小，直流输出电压ud的波形发生变化，负载上的输出电压平均值发生变化，显然=180时，Ud=0。由于晶闸管只在电源电压正半波内导通，输出电压ud为极性不变但瞬时值变化的脉动直流，故称“半波”整流。3.基本数量关系基本数量关系(1)直流输出电压平均值Ud与输出电流平均值Idn 输出电流平均值Id

10、:n 直流输出电压平均值Ud:(2)输出电压有效值U与输出电流有效值In 输出电流有效值I :n 直流输出电压有效值U:(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、晶闸管和变压器二次侧流过相同的电流，故其有效值相等，即：(4)功率因数cos整流器功率因数是变压器二次侧有功功率与视在功率的比值式中 P变压器二次侧有功功率，P=UI=I2R S变压器二次侧视在功率，S=U2I2(5)晶闸管承受的最大正反向电压UTM晶闸管承受的最大正反向电压Um是相电压峰值。例1 如图所示单相半波可控整流器，电阻性负载，电源电压U2为220V，要求的直流输出电压为50 V，直流输出

11、平均电流为20。试计算：(1)晶闸管的控制角；(2)输出电流有效值；(3)电路功率因数；(4)晶闸管的额定电压和额定电流。（5）选择晶闸管的型号规格。解解:(1)当当=90时，输出电流有效值时，输出电流有效值(3)(2)则=90(4)晶闸管电流有效值晶闸管电流有效值IT 与输出电流有效值相等，即：与输出电流有效值相等，即：（5）晶闸管承受的最高电压：）晶闸管承受的最高电压：考虑考虑(23)倍安全裕量，晶闸管的额定电压为倍安全裕量，晶闸管的额定电压为选取晶闸管型号为选取晶闸管型号为 KP100-7FKP100-7F晶闸管。晶闸管。取取2倍安全裕量，晶闸管的额定电流为：倍安全裕量，晶闸管的额定电流

12、为：则1.2.2 1.2.2 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路二、电感性负载二、电感性负载电电感感性性负负载载通通常常是是电电机机的的励励磁磁线线圈圈、继继电电器器线线圈圈及及其其他他含有电抗器的负载含有电抗器的负载。电电感感性性负负载载的的特特点点：感感生生电电动动势势总总是是阻阻碍碍电电感感中中流流过过的的电电流流使使得得流流过过电电感感的的电电流流不不发生突变。发生突变。带阻感负载的带阻感负载的 单相半波电路及其波形单相半波电路及其波形1.无无续流二极管时续流二极管时v工作原理工作原理0：u K大于零，但门极没有触发信号，晶闸管处于正向关断状态，输出电压、电大于零，但门极没有触发

13、信号，晶闸管处于正向关断状态，输出电压、电流都等于零。流都等于零。在在t=时，门极有触发信号，晶闸管被触发导通，负载电压时，门极有触发信号，晶闸管被触发导通，负载电压ud=u2。当当t=时，交流电压时，交流电压u2过零，由于有电感电势的存在，晶闸管的电压过零，由于有电感电势的存在，晶闸管的电压u K仍大于零，仍大于零，晶闸管会继续导通，电感的储能全部释放完后，晶闸管在晶闸管会继续导通，电感的储能全部释放完后，晶闸管在u2反压作用下而截止。直反压作用下而截止。直到下一个周期的正半周。到下一个周期的正半周。1.2.2 1.2.2 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路有负面积有负面积 电感负载电

14、感负载,不接续流管时不接续流管时的电压电流波形图的电压电流波形图 时单相半波整流电路带阻时单相半波整流电路带阻-感性负载、大电感负载时的感性负载、大电感负载时的负载电压、电流和晶闸管两端电压的仿真波形。负载电压、电流和晶闸管两端电压的仿真波形。(a)阻-感性负载 (b)大电感负载v数量关系数量关系 直流输出电压平均值直流输出电压平均值U Ud d为为 从从U Ud d的波形可以看出，由于电感负载的存在，电源电压由的波形可以看出，由于电感负载的存在，电源电压由正到负过零点也不会关断，输出电压出现了负波形，输出正到负过零点也不会关断，输出电压出现了负波形，输出电压和电流的平均值减小；当大电感负载时

15、输出电压正负电压和电流的平均值减小；当大电感负载时输出电压正负面积趋于相等，输出电压平均值趋于零，则面积趋于相等，输出电压平均值趋于零，则I Id d也很小。所以，也很小。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管。1.2.2 1.2.2 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路2.2.接续流二极管时接续流二极管时v工作原理工作原理u u2 20 0：u u K K0 0。在在t=t=处触发晶闸管导通，处触发晶闸管导通，u ud d=u u2 2续流二极管续流二极管V VDRDR承受反向承受反向电压而处于断态。电压而处于断态。

16、u u2 20 0：电感的感应电压使电感的感应电压使V VDRDR承受正向电压导通续流，承受正向电压导通续流，晶闸管承受反压关断晶闸管承受反压关断,u ud d=0=0。如果电感足够大，续流二如果电感足够大，续流二极管一直导通到下一周期极管一直导通到下一周期晶闸管导通，使晶闸管导通，使i id d连续。连续。1.2.2 1.2.2 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路带阻感负载带阻感负载(接续流管接续流管)的的 单相半单相半波电路及其波形波电路及其波形 阻感负载接续流二极管时的仿真波形阻感负载接续流二极管时的仿真波形 (e)阻感负载接续流二极管时的仿真波形阻感负载接续流二极管时的仿真波形由

17、以上分析可以看出，电感性负载加续流二极管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负载时负载电流波形连续且近似一条直线，流过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。是矩形波。对于电感性负载加续流二极管的单相半波可控整对于电感性负载加续流二极管的单相半波可控整流器流器移相范围移相范围与单相半波可控整流电路电阻性负与单相半波可控整流电路电

18、阻性负载相同为载相同为0 0180180，且有，且有+=180180。v基本数量关系基本数量关系(1)(1)输出电压平均值输出电压平均值U Ud d与输出电流平均值与输出电流平均值I Id d输出电压平均值输出电压平均值U Ud d输出电流平均值输出电流平均值I Id d1.2.2 1.2.2 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路(2)(2)晶闸管的电流平均值晶闸管的电流平均值I IdTdT与晶闸管的电流有效值与晶闸管的电流有效值I IT T晶闸管的电流平均值晶闸管的电流平均值I IdTdT ：晶闸管的电流有效值晶闸管的电流有效值I IT T：1.2.2 1.2.2 单相半波可控整流电路单

19、相半波可控整流电路(3)(3)续续流流二二极极管管的的电电流流平平均均值值I IdDdD与与续续流流二二极极管的电流有效值管的电流有效值I ID D1.2.2 1.2.2 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路 （4 4）晶闸管和续流二极管承受的最大正反向电压）晶闸管和续流二极管承受的最大正反向电压 晶晶闸闸管管和和续续流流二二极极管管承承受受的的最最大大正正反反向向电电压压均均为为电电源电压的峰值。源电压的峰值。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：电路简单，调整方便，容易实现，但输出脉电路简单，调整方便，容易实现，但输出脉电路简单，调整方便，容易实现，但输出脉电路简单，

20、调整方便，容易实现，但输出脉动大，每周期脉动一次。变压器二次侧电流动大，每周期脉动一次。变压器二次侧电流动大，每周期脉动一次。变压器二次侧电流动大，每周期脉动一次。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。中含直流分量，造成变压器铁芯直流磁化。中含直流分量，造成变压器铁芯直流磁化。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。实际上很少应用此种电路。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是建立起整流电路的分析该电路的主要目的是建立起整流电路的分析该电路的主要目的是建立起整流电路的分析该电路的主要目的是建立起整流电路的基本概念。基本概念。基本概念。基本概念。根据调节灯电路中的参数，确定本课题根据调节灯电路中的参数，确定本课题中晶闸管的型号中晶闸管的型号 第一步：单相半波可控整流调光电路晶闸管可能承受得的最大电压第一步：单相半波可控整流调光电路晶闸管可能承受得的最大电压 第二步：考虑第二步：考虑23倍的安全余量倍的安全余量