高级工授课2

2 2
π
U2 cosα = 0.9 2 cosα U
2
晶闸管移相范围为90° 晶闸管移相范围为 °。 晶闸管承受的最大正反向电压均为 电流的平均值和有效值： 电流的平均值和有效值：
2U 2。
O ud O id i VT O
1,4
ωt
ωt
Id Id Id Id Id
晶闸管导通角θ与 无关 均为180°。 无关， 晶闸管导通角 与 a无关，均为 °
VT VT L u2 R a) b) u2 L R
对单相半波电路的分析 可基于上述方法进行： 可基于上述方法进行：
处于断态 当 VT处于断态 时 ， 相当于 处于 断态时 电路在VT处断开，id=0。 电路在 处断开， 。 处断开 处于通态 当 VT处于通态 时 ， 相当于 处于 通态时 VT短路。 短路。 短路
2 2
2 2 U sin ω −ϕ) ( t Z
（3-3） ）
当 ωt=θ+a 时 ， id=0，代入式 （ 3-3）并整理 ， 代入式（ ） 得
si (α −ϕ)e n
− ta ϕ n
θ
= si (θ +α −ϕ) n
（3-4） ）
3.1.1 单相半波可控整流电路
续流二极管
当u2过零变负时，VDR导通， 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。 续流
ωt ωt ωt ωt ωt
i VT O
2,3
O i2
IdT =
1 Id 2
IT =
1 2
Id = 0.707Id
u VT
O
1,4
O b)
变压器二次侧电流i 的波形为正负各180°的矩形波，其相 变压器二次侧电流 2的波形为正负各 °的矩形波， 位由a角决定 有效值I 角决定， 位由 角决定，有效值 2=Id。
2 2 U
角相同时，整流输出电压比电阻负载时大。 在a 角相同时，整流输出电压比电阻负载时大。
3.1.2 单相桥式全控整流电路
如图3-8b所示 d波形所示： 所示i 波形所示： 如图 所示
ud E
O i
d
α
θ
δ
ωt
I
电流连 续
d
O
电流断续
ωt
b)
触发脉冲到来时，晶闸管承受负电压，不可能导通。 当α < δ时，触发脉冲到来时，晶闸管承受负电压，不可能导通。 触发脉冲有足够的宽度， 触发脉冲有足够的宽度，保证当ωt=δ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为 压时，触发脉冲仍然存在。这样，相当于触发角被推迟为δ。
1 π 2 2 1+cosα U (1+cosα) = 0.45 2 Ud = ∫ 2 2 sin ω (ω ) = U td t U (3-1) α 2 π 2 π 2
VT的α 移相范围为 ° 的 移相范围为180°
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 相位控制方式， 相控方式。 方式称为相位控制方式，简称相控方式。
π 2
π −α = I 2 π d
（3-5）
f)
O i VD
R
ωt
O u VT O
ωt
ωt
图3-4 单相半波带阻感负载 有续流二极管的电路及波形
3.1.1 单相半波可控整流电路
单相半波可控整流电路的特点
VT的α 移相范围为 的 移相范围为180°。 ° 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， 分量，造成变压器铁芯直流磁化 直流磁化。 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。 分析该电路的主要目的建立起整流电路的基本概念。 分析该电路的主要目的建立起整流电路的基本概念。
3.1.2 单相桥式全控整流电路
3） 带反电动势负载时的工作情况 ）
在|u2|>E时，才有晶闸管承 时 受正电压，有导通的可能。 受正电压，有导通的可能。 导通之后， 导通之后， ud −E ud=u2， id = ， R 直至|u 直至 2|=E，id即降至 使得 ， 即降至0使得 晶闸管关断，此后u 晶闸管关断，此后 d=E 。
3.1.1 单相半波可控整流电路
2) 带阻感负载的工作情况
阻感负载的特点： 阻感负载的特点 ： 电感
u2
对电流变化有抗拒作用， 对电流变化有抗拒作用 ， 使得流过电感的电流不 发生突变。 发生突变。 讨论负载阻抗角 ϕ 、 触发 晶闸管导通角θ的 角 a 、 晶闸管导通角 的 关系。 关系。
b) 0 ug c) 0 ud
3.1.2 单相桥式全控整流电路
单相桥式全控整流电路(Single Phase
Bridge Contrelled Rectifier)
1) 带电阻负载的工作情况
电路结构 工作原理及波形分析
VT1和VT4组成一对桥臂，在 组成一对桥臂， u2 正半周承受电压u2 ， 得到 正半周承受电压 触发脉冲即导通， 触发脉冲即导通 ， 当 u2 过零 时关断。 时关断。 VT2和VT3组成另一对桥臂， 组成另一对桥臂， 正半周承受电压-u 在u2正半周承受电压 2，得 到触发脉冲即导通， 到触发脉冲即导通 ， 当 u2 过 零时关断。 零时关断。
3.1
单相可控整流电路
3.1.1 单相半波可控整流电路 3.1.2 单相桥式全控整流电路 3.1.3 单相全波可控整流电路 3.1.4 单相桥式半控整流电路
3.1.1 单相半波可控整流电路
单相半波可控整流电路(Single Phase Half
Controlled Rectifier)
T
Wave
VT u VT
ud E O id Id O b)
α
θ
δ
ωt
ωt
图3-8 单相桥式全控整流电路接反 电动势—电阻负载时的电路及波形 电动势 电阻负载时的电路及波形
与电阻负载时相比，晶闸管提前了电角度δ停止导电， 与电阻负载时相比，晶闸管提前了电角度 停止导电， 停止导电 E − 1 δ =sin δ称为停止导电角， 称为停止导电角， 称为停止导电角
u2过零变负时，晶闸管VT1和VT4 并不关断。 至 ωt=π+α 时 刻 ， 晶 闸 管 VT1 和 VT4关断，VT2和VT3两管导通。 VT2 和VT3 导通后，VT1 和VT4 承 受反压关断，流过VT1和VT4的电 流迅速转移到VT2和VT3上，此过 程称换相 换相，亦称换流 换流。 换相 换流
形相同。 形相同。
0
ωt
图3-1 单相半波可控整流电路及波形
3.1.1 单相半波可控整流电路
基本数量关系
首先，引入两个重要的基本概念： 首先，引入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 止的电角度,用 表示,也称触发角或控制角。 也称触发角 止的电角度 用α表示 也称触发角或控制角。 导通角：晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度， 导通角：晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度，用θ表示 。 表示 直流输出电压平均值为
ωt 1
π
2π
ωt
ωt
+ d) 0 id e) 0 u f) 0
VT
+
α
ωt
θ
ωt
ωt
图3-2 带阻感负载的 单相半波电路及其波形
3.1.1 单相半波可控整流电路
电力电子电路的一种基本分析方法
通过器件的理想化，将电路简化为分段线性电路。 通过器件的理想化，将电路简化为分段线性电路。 分段线性电路 器件的每种状态对应于一种线性电路拓扑。 器件的每种状态对应于一种线性电路拓扑。 线性电路拓扑
单相桥式全控整流电路接反电动势—电阻负载时的波形 图3-8b 单相桥式全控整流电路接反电动势 电阻负载时的波形
3.1.2 单相桥式全控整流电路
负载为直流电动机时， 负载为直流电动机时，如 果出现电流断续， 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。 串联一个平波电抗器。 一个平波电抗器
a)
ud id b) 0 α u VT c) 0 i2 d) 0
u d (i d ) π
α
ωt
1,4
ωt
ωt
图3-5 单相全控桥式 带电阻负载时的电路及波形
3.1.2 单相桥式全控整流电路
数量关系
2 2U2 1+cosα 1+cosα （3-19） ） Ud = ∫ 2U2 sin ωtd(ωt) = =0.9U2 α π π 2 2 a 角的移相范围为 角的移相范围为180°。 ° 1
π
向负载输出的平均电流值为： 向负载输出的平均电流值为： U 2 2 2 1+cosα U U 1+cosα Id = d = = 0.9 2 R πR 2 R 2 u i 流过晶闸管的电流平均值只有 b) 0 α 输出直流平均值的一半， 输出直流平均值的一半，即： u 1 U2 1+co α c) s IdV = Id = 0 4 . 5 0 T i 2 R 2
变压器二次测电流有效值I 与输出直流电流I有效值相等 有效值相等： 变压器二次测电流有效值 2与输出直流电流 有效值相等：
（3-24） ）
2 2 U U2 2 I = I2 = ∫α ( R sinωt) d(ωt) = R π 1
由式（ 由式（3-24）和式（3-25）得： ）和式（ ）
π
1 π −α （3-25） ） sin 2 + α 2 π π
a)
ud为零，VT承受反压关断。
b)