可控整流电路1单相.ppt

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1、南京工业大学自动化学院第二章 可控整流电路1南京工业大学自动化学院 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2南京工业大学自动化学院主要内容 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3南京工业大学自动化学院n 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。n 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。n 晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用。n 要使晶闸管关断，只能使晶闸管的电流

2、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4南京工业大学自动化学院第一节 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n u2=U2msint单相交流电源 u20时：n SCR承受正向电压n 若无门极触发信号:n SCR-正向阻断；n 承受电压为：u2;n id=0,ud=05南京工业大学自动化学院 t=时：n 加触发信号：n SCR导通n iT=id=i2n ud=u2n id=ud/R=u2/R t=时：n iT=id=i2=0n SCR关断 t=2时：n SCR承受反压阻断6南京工业大学自动化学院

3、 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7南京工业大学自动化学院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(TriggerAngle)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，用表示(ConductionAngle)8南京工业大学自动化学院n 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9南

4、京工业大学自动化学院总结：SCR管触发导通，将交流电变成脉动的直流电；改变角，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)。10南京工业大学自动化学院二、阻感性负载 阻感负载的特点：n 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n 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11南京工业大学自动化学院对单相半波电路：当VT处于断态时，id=0。VT处于通态时，VT

5、短接 初始条件：t=时，id=012南京工业大学自动化学院13南京工业大学自动化学院负载阻抗角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，越小 若a为定值，j越大，则L贮能越多，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14南京工业大学自动化学院 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

6、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15南京工业大学自动化学院数量关系 若近似认为id为一条水平线，恒为Id，则有16南京工业大学自动化学院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17南京工业大学自动化学院2.2 单相桥式可控整流电路电阻性负载 SCR为理想开关u2=U2msintVT1、VT4一对桥臂电路结构：18南京工业大学自动化学院工作

7、原理l 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：u2/2VT2、VT3反向阻断承受电压为：-u2/2id=0ud=019南京工业大学自动化学院t=时，给T1T4同时加触发信号VT1、VT4导通iT1=iT4=id=i2ud=u2uT1=uT4=0id=ud/R=u2/RVT2、VT3反向阻断承受电压：-u220南京工业大学自动化学院t=时iT1=iT4=id=0T1T4关断lu20无门极触发信号VT2、VT3正向阻断承受电压为：u2/2VT1、VT4反向阻断承受电压为：-u2/2id=0ud=021南京工业大学自动化学院t=+时给VT2VT3同时

8、加触发信号VT2、VT3导通iT2=iT3=id=-i2ud=-u2uT2=uT3=0id=ud/R=-u2/RVT1、VT4反向阻断承受电压：u2t=2时iT2=iT3=id=0，T2T3关断22南京工业大学自动化学院单相全桥整流电路小结n T1T4和T2T3两组SCR管轮流触发导通，将交流电变成直流电；n 改变角，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)。23南京工业大学自动化学院两个概念24南京工业大学自动化学院几个

9、名词术语n 控制角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n 导通角SCR在一个周期内导通的时间所对应的角度。n 移相改变触发脉冲出现的时刻（即改变控制角的大小）n 移相范围改变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），控制角的变化范围即触发脉冲移相范围。25南京工业大学自动化学院n 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。n 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。26南京工业大学自动化学院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：w 向负载输出的平均电流

10、值为 w 负载输出电压的平均值为 27南京工业大学自动化学院 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28南京工业大学自动化学院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29南京工业大学自动化学院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30南京工业大学自动化学院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=U2msintVT1、VT4一对桥臂电路结构：

11、31南京工业大学自动化学院n T1T4导通n id从0开始上升(uL0)L储能，id上升速度受限n ud=u2电网供能量给R和LL较小，控制角较大t=时，（给T1T4同时加触发信号）32南京工业大学自动化学院n 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33南京工业大学自动化学院n id仍0，T1T4继续导通电网和L供能量给R当t=，u2=0时34南京工业大学自动化学院当t=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）t：wt1-（+）四管均断态

12、，id=0,ud=035南京工业大学自动化学院I 当t=+时类似正半周期36南京工业大学自动化学院In 带RL负载后ud出现负值;n id变化滞后于ud;n 导通角大于阻性负载;n L较小较大时，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，n 导通角，id波形断续。总结37南京工业大学自动化学院L较大，控制角较小id出现连续,原因：L储能增多导通角=id脉动幅度随L增大而减小38南京工业大学自动化学院IL很大（LR）id脉动幅度很小，近似为一直流Id；导通角=波形：iT:矩形波(幅值Id)i2:矩形波(正负幅值均为Id)39南京工业大学自动化学院*Ud=0.9U2

13、cos*移相范围90度*Id=Ud/R*IT=Id/1.414*Itav=Id/2*I2=Id，U=U数量关系40南京工业大学自动化学院例 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41南京工业大学自动化学院解时，由于是大电感负载42南京工业大学自动化学院反电势负载43南京工业大学自动化学院只有当u2绝对值大于E时，SCR才能触发导通停止导通角：与电阻负载时相比，晶闸管提前了电角度停止导电。44南京工业大学自动化学院 a角相同时，整流输出电压比电阻负载时大。id波形

14、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 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=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。45南京工业大学自动化学院 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：失控现象：46南京工业大学自动化学院例: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。47南京工业大学自动化学院思考:单相桥式半控整流电

15、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。48南京工业大学自动化学院 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49南京工业大学自动化学院有续流二极管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50南京工业大学自动化学院 带续流D数量分析：51南京工业大学自动化学院例 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？52南京工业大学自动化学院解时，由于是大电感负载）接续流二极管53