電力電子技術（9）——單相可控整流電路

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2.1 單相可控整流電路

整流電路的分類

2.1.1 單相半波可控整流電路

1）帶電阻負載的工作情況

電路結構

基本數(shù)量關系

2）帶阻感負載的工作情況

電路結構

電力電子電路的一種基本分析方法

續(xù)流二極管

單相半波可控整流電路的特點

2.1.2 單相橋式全控整流電路

1）帶電阻負載的工作情況

電路結構

工作原理及波形分析

數(shù)量關系

2）帶阻感負載的工作情況

電路結構

工作原理及波形分析?

數(shù)量關系

3）帶反電動勢負載時的工作情況

電路結構

工作原理及波形分析?

2.1.3 單相全波可控整流電路

1）帶電阻負載的工作情況

電路結構

工作原理及波形分析

2）帶阻感負載的工作情況

電路結構

工作原理及波形分析?

續(xù)流二極管

單相全波與單相全控橋的區(qū)別

2.1.4 單相橋式半控整流電路

1）帶電阻負載

2）帶阻感負載

電路結構

工作原理及波形分析

續(xù)流二極管的作用

單相橋式半控整流電路的另一種接法

電路結構

2.1 單相可控整流電路

整流電路：將交流電變?yōu)橹绷麟姡ˋC-DC）。是出現(xiàn)最早，至今仍使用最為廣泛的電力電子電路。

由二極管作為整流元件所獲得的直流電壓值是固定的，稱為不可控整流。

如果采用晶閘管作為整流元件，控制輸出整流電壓的大小，稱為可控整流。

通過PWM控制的方式將交流電變換為直流電，稱為PWM整流。

整流電路的分類

按交流輸入相數(shù)分為單相電路和多相電路。

按電路結構可分為零式電路和橋式電路。（零式電路又分為半波和全波電路）

按組成的器件可分為不可控、半控（開關器件一半為可控的）、全控（開關器件均為可控的）三種。

按變壓器二次側電流的方向是單向或雙向，又分為單拍電路和雙拍電路。

2.1.1 單相半波可控整流電路

1）帶電阻負載的工作情況

變壓器T的作用：變換電壓、電氣隔離（隔離電網(wǎng)和整流電路）

電阻負載的特點：電流與電壓成正比，兩者波形相同。

電路結構

基本數(shù)量關系

幾個重要的基本概念：

觸發(fā)延遲角：從晶閘管開始承受正向陽極電壓起，到施加觸發(fā)脈沖止的電角度，用表示，也稱觸發(fā)角或控制角。
導通角：晶閘管在一個電源周期中處于通態(tài)的電角度，用表示，。
移相范圍：使整流電壓平均值從最大值降到最小值，控制角的變化范圍即觸發(fā)脈沖移相范圍。
同步：使觸發(fā)脈沖與可控整流電路的電源電壓之間保持頻率和相位的協(xié)調關系稱為同步。

直流輸出電壓平均值為：

$電力電子技術（9）——單相可控整流電路$

VT的移相范圍為180°。

通過控制觸發(fā)脈沖的相位來控制直流輸出電壓大小的方式稱為相位控制方式，簡稱相控方式。

2）帶阻感負載的工作情況

阻感負載的特點：電感對電流變化有抗拒作用，使得流過電感的電流不發(fā)生突變。

電路結構

電力電子電路的一種基本分析方法

通過器件的理想化，將電路簡化為分段線性電路。
器件的每種狀態(tài)對應于一種線性電路拓撲。

對單相半波電路的分析可基于上述方法進行：

當VT處于斷態(tài)時，相當于電路在VT處斷開，。
當VT處于通態(tài)時，相當于VT短路。

當VT處于通態(tài)時，如下方程成立：

$電力電子技術（9）——單相可控整流電路$ 。

初始條件：，。將初始條件代入上述方程可得：

$電力電子技術（9）——單相可控整流電路$ 。

其中， $電力電子技術（9）——單相可控整流電路$ ，負載阻抗角。

當 $電力電子技術（9）——單相可控整流電路$ 時，。代入上式并整理得：

$電力電子技術（9）——單相可控整流電路$ 。

續(xù)流二極管

當過零變負時，導通，為零，VT承受反壓關斷。L儲存的能量保證了電流在回路中流通，此過程通常稱為續(xù)流。

數(shù)量關系（近似恒為）

$電力電子技術（9）——單相可控整流電路$

單相半波可控整流電路的特點

VT的移相范圍為180°。
簡單，但輸出脈動大，變壓器二次側電流中含直流分量，造成變壓器鐵芯直流磁化。（變壓器二次側電流單方向流過）
實際上很少應用此種電路。?

2.1.2 單相橋式全控整流電路

1）帶電阻負載的工作情況

電路結構

工作原理及波形分析

和組成一對橋臂，在正半周承受電壓，得到觸發(fā)脈沖即導通，當過零時關斷。

和組成另一對橋臂，在正半周承受電壓，得到觸發(fā)脈沖即導通，當過零時關斷。

階段，4個晶閘管均不導通。、串聯(lián)，各承受。

數(shù)量關系

$電力電子技術（9）——單相可控整流電路$

的移相范圍為180°。

向負載輸出的平均電流值為：

$電力電子技術（9）——單相可控整流電路$

流過晶閘管的電流平均值只有輸出直流平均值的一半，即：

$電力電子技術（9）——單相可控整流電路$

流過晶閘管的電流有效值：

$電力電子技術（9）——單相可控整流電路$

變壓器二次側電流有效值與輸出直流電流有效值相等：

$電力電子技術（9）——單相可控整流電路$

由上面兩個式子得：

不考慮變壓器的損耗時，變壓器的容量。

2）帶阻感負載的工作情況

電路結構

工作原理及波形分析?

假設電路已工作于穩(wěn)態(tài)，的平均值不變。

假設負載電感很大，負載電流連續(xù)且波形近似為一水平線。電感L較小時，電流下降到零，波形出現(xiàn)斷續(xù)，晶閘管全部關斷，承受電壓為。

過零變負時，，晶閘管和并不關斷，。

至 $電力電子技術（9）——單相可控整流電路$ 時刻，晶閘管和關斷，和兩管導通。

和導通后，和承受反壓關斷，流過和的電流迅速轉移到和上，此過程稱換相，亦稱換流。

數(shù)量關系

$電力電子技術（9）——單相可控整流電路$

晶閘管移相范圍為90°。

晶閘管承受的最大正反向電壓均為。

電流連續(xù)時，晶閘管導通角與無關，均為180°。

電流的平均值和有效值：

，????????

變壓器二次側電流的波形為正負各180°的矩形波，其相位由角決定，有效值。

電路的功率因數(shù)：

。?

3）帶反電動勢負載時的工作情況

電路結構

工作原理及波形分析?

在時，才有晶閘管承受正電壓，有導通的可能。

導通之后，

，????????，

直至，即降至0使得晶閘管關斷，此后。

與電阻負載時相比，晶閘管提前了電角度停止導電，稱為停止導電角，。

在角相同時，整流輸出電壓比電阻負載時大。

當時，觸發(fā)脈沖到來時，晶閘管承受負電壓，不可能導通。

觸發(fā)脈沖有足夠的寬度，保證當時刻有晶閘管開始承受正電壓時，觸發(fā)脈沖仍然存在。這樣，相當于觸發(fā)角被推遲為。

負載為直流電動機時，如果出現(xiàn)電流斷續(xù)，則電動機的機械特性將很軟。為了克服此缺點，一般在主電路中直流輸出側串聯(lián)一個平波電抗器。這時整流電壓的波形和負載電流的波形與阻感負載電流連續(xù)時的波形相同，的計算公式也一樣。

為保證電流連續(xù)所需的電感量L可由下式求出：

。

2.1.3 單相全波可控整流電路

單相全波可控整流電路，又稱單相雙半波可控整流電路。

1）帶電阻負載的工作情況

電路結構

工作原理及波形分析

和半波電路相比，全波電路變壓器不存在直流磁化的問題。

單相全波與單相全控橋從直流輸出端或從交流輸入端看，波形均是基本一致的。

2）帶阻感負載的工作情況

電路結構

工作原理及波形分析?

、波形與橋式相同。

當且L極大時，正負面積近似相等，。

當或L不夠大時，管子將提早關斷，波形斷續(xù)，脈動較大。

續(xù)流二極管

為了提高輸出電壓，消除負值部分，同時使輸出電流更加平直，在實用中，可接續(xù)流二極管VD。

單相全波與單相全控橋的區(qū)別

單相全波中變壓器結構較復雜，材料的消耗多。
單相全波只用2個晶閘管，比單相全控橋少2個，響應地，門極驅動電路也少2個；但是晶閘管承受的最大電壓是單相全控橋的2倍。
單相全波導電回路只含1個晶閘管，比單相橋少1個，因而管壓降也少1個。

單相全波電路有利于在低輸出電壓的場合應用。

2.1.4 單相橋式半控整流電路

單相全控橋中，每個導電回路中有2個晶閘管，1個晶閘管可以用二極管代替，從而簡化整個電路。如此即成為單相橋式半控整流電路。

1）帶電阻負載

半控電路與全控電路在電阻負載時的工作情況相同。

2）帶阻感負載

電路結構

工作原理及波形分析

在正半周，經(jīng)和向負載供電。

過零變負時，因電感作用電流不再流經(jīng)變壓器二次繞組，而是由和續(xù)流。

在負半周觸發(fā)角時刻觸發(fā)，導通，經(jīng)和向負載供電。

過零變正時，導通，關斷。和續(xù)流，又為零。

續(xù)流二極管的作用

避免可能發(fā)生的失控現(xiàn)象：若無續(xù)流二極管，則當突然增大至180°或觸發(fā)脈沖丟失時，會發(fā)生一個晶閘管持續(xù)導通而兩個二極管輪流導通的情況，這使成為正弦半波，其平均值保持恒定，稱為失控。有續(xù)流二極管時，續(xù)流過程由完成，避免了失控的現(xiàn)象。

續(xù)流期間導電回路中只有一個管壓降，有利于降低損耗。