单相半波可控整流电路

3.1单相半波可控整流电路一、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起变换电压和电气隔离的作用。电阻负载的特点：电压与电流成正比，两者波形相同。工作原理分析图3-1单相半波可控整流电路（电阻性负载）及波形α)u1u2uVTudidwt1p2ptttu2uguduVTq0b)c)d)e)001.工作原理分析在电源电压正半周，晶闸管承受正向电压，在ωt=α处触发晶闸管，晶闸管开始导通；负载上的电压等于变压器输出电压u2。在ωt=π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，uT＜0，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α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α=180º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。3.1单相半波可控整流电路首先，引入两个重要的基本概念：•触发角α：从晶闸管开始承受正向阳极电压起到施加发脉冲止的电角度,用α表示,也称触发角或控制角。•导通角θ：晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度称为导通角，用θ表示。在单相半波可控整流电阻性负载电路中,移相角α的控制范围为:0～π，对应的导通角θ的可变范围是π～0，两者关系为α＋θ=π。3.1单相半波可控整流电路2.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Id2cos145.02cos1π2dsin2π21222dwwpUUttUU2cos10.452ddRURUI3.1单相半波可控整流电路输出电流平均值Id: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Iπ2π2sinπ41d2sin2π2122pwwUttUUπ2π2sinπ412RURUI3.1单相半波可控整流电路输出电流有效值I: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：π2π2sinπ4122TRUIII3.1单相半波可控整流电路(4)功率因数cosφ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=I2RS—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。π2π2sinπ41cos222IUUISPUUTM223.1单相半波可控整流电路〖例3-1〗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，要求的直流输出最高平均电压为50V，直流输出平均电流为20A。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。3.1单相半波可控整流电路解:(1)0122045.0502145.02cosddUUA44π2π2sinπ412RURUI当α=90º时，输出电流有效值5.0220205044cos2222UUIUUISP(3)5.22050ddIURΩ(2)则α=90º(4)晶闸管电流有效值IT与输出电流有效值相等，即：IIT57.1)2~5.1(TT(AV)II100A)(A1.56T(AV)取系列值IV311220222mUUV933~622311)3~2()3~2(mTNUU（5）晶闸管承受的最高电压：考虑(2~3)倍安全裕量，晶闸管的额定电压为选取晶闸管型号为KP100-7F晶闸管。取2倍安全裕量，晶闸管的额定电流为：则3.1单相半波可控整流电路二、电感性负载电感性负载通常是电机的励磁线圈、继电器线圈及其他含有电抗器的负载。电感性负载的特点：感生电动势总是阻碍电感中流过的电流使得流过电感的电流不发生突变。图3-2带阻感负载的单相半波电路及其波形a)u1TVTRLu2uVTudidu20wt1p2pwtwtwtwtwtug0ud0id0uVT0qb)c)d)e)f)++1.无续流二极管时工作原理0~α：uT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、电流都等于零。在ωt=α时，门极有触发信号，晶闸管被触发导通，负载电压ud=u2。当ωt=π时，交流电压u2过零，由于有电感电势的存在，晶闸管的电压uT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u2反压作用下而截止。直到下一个周期的正半周。3.1单相半波可控整流电路有负面积图3-3电感负载,不接续流管时的电压电流波形图数量关系直流输出电压平均值Ud为从Ud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Id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管。qwwp)(sin2212ttdUUd3.1单相半波可控整流电路2.接续流二极管时工作原理u2＞0：uT＞0。在ωt=α处触发晶闸管导通，ud=u2续流二极管VDR承受反向电压而处于断态。u2＜0：电感的感应电压使VDR承受正向电压导通续流，晶闸管承受反压关断,ud=0。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id连续。3.1单相半波可控整流电路图3-4带阻感负载(接续流管)的单相半波电路及其波形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流器移相范围与单相半波可控整流电路电阻性负载相同为0～180º，且有α+θ=180º。3.1单相半波可控整流电路基本数量关系(1)输出电压平均值Ud与输出电流平均值Id输出电压平均值Ud输出电流平均值Id2cos145.02cos1π22dsin22π212dwwpUUttUU2cos10.45dddRURUI3.1单相半波可控整流电路(2)晶闸管的电流平均值IdT与晶闸管的电流有效值IT晶闸管的电流平均值IdT：晶闸管的电流有效值IT：d2π-πdTIId2)(2d21TItdIIpppwp3.1单相半波可控整流电路(3)续流二极管的电流平均值IdD与续流二极管的电流有效值IDddD2ππIId02dD2)(21ItdIIppwpp3.1单相半波可控整流电路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是建立起整流电路的基本概念。