单相相控整流电路-PPT课件

IT(AV) 56 .6 A
（5）晶闸管承受的最高电压：
U 2 U 2 220 311 V m 2
考虑(2~3)倍安全裕量，晶闸管的额定电压为 U ( 2 ~ 3 ) U ( 2 ~ 3 ) 311 622 ~ 933 V TN m
根据计算结果可以选取KP60-8G的晶闸管。
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(3) 晶闸管电流有效值和变压器二次侧电流有效 值 • 单相半波可控整流器中，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：
U π a 2 1 I I I sin 2 a T 2 R4 π 2 π
单相相控整流电路
整流电路：
整流电路· 引言
出现最早的电力电子电路，将交流电变为直流电。
整流电路的分类：
按组成的器件可分为不可控、半控、全控三种。 按电路结构可分为桥式电路和零式电路。 按交流输入相数分为单相电路和多相电路。
按变压器二次侧电流的方向是单向或双向，又分为
单拍电路和双拍电路。
2-2
单相半波可控整流电路(Single Phase Half
IdDR πa Id 2π
1p p a a2 I I d ( w t ) I DR d 0 2 p 2 pd
(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均为 电源电压的峰值。
U U m 2 2
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1 8 0 ° a 1 8 0 ° 1 0 1 ° I I 2 01 5 . 6 A d D d 3 6 0 ° 3 6 0 °
180 a 180 101 I I 20 17 . 7 A D d 360 360
U 2 U 1 . 4 2 2 2 03 1 2 V T M 2 U 2 U 1 . 4 2 2 2 03 1 2 V D M 2
w
1 8 0 ° a 1 8 0 ° 1 0 1 ° I I 2 04 . 4 A d T d 3 6 0 ° 3 6 0 °
I U / R 4 0 / 2 A 2 0 A d d d
1 8 0 ° a 1 8 0 ° 1 0 1 ° I I 2 09 . 4 A T d 3 6 0 ° 3 6 0 °
VT u2 L R a) u2 VT L R b)
图3-3 单相半波可控整流电 路的分段线性等效电路 a) VT处于关断状态 b) VT处于导通状态
（三）续流二极管的作用
在带有大电感负载时，单相半波相控整流电路正常工作的关键
是使负载端不出现负电压，因此要设法在电源电压 u2 负半周时， 使晶闸管ＶＴ承受反压而关断。解决的办法是在负载两端并联一
2 U 1 1 cos 1 cos p 2 U 2 U sin t d t 0 . 45 U d 2 a 2 2 π π 2 2
w w
a
a
输出电流平均值Id
U U cos a d d1 I 0.45 d R R 2
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U 2 U 2 m
〖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。
解 (1) 则α=90º
• 例2 图2.7是中、小型发电机采用的单相半波自激稳 压可控整流电路。当发电机满负载运行时，相电压 为220V，要求的励磁电压为40V。已知：励磁线圈 的电阻为2，电感量为0.1H。试求：晶闸管及续流 管的电流平均值和有效值各是多少？晶闸管与续流 管可能承受的最大电压各是多少？请选择晶闸管与 续流管的型号。
直流输出电压平均值为
p 1 2 U 1 cos 2 (2-1) U 2 U sin td ( t ) ( 1 cos ) 0 . 45 U d 2 2 a 2 2 2
p
w wp
a
a
VT的a 移相范围为0 -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。
两种情所ab图图33单相半波可控整流电路的分段线性等效电路路的分段线性等效电路avt处于关断状态处于关断状态bvt处于导通状态处于导通状态单相半波可控整流电三续流二极管的作用三续流二极管的作用在带有大电感负载时单相半波相控整流电路正常工作的关键是使负载端不出现负电压因此要设法在电源电压u2负半周时使晶闸管vt承受反压而关断
单相半波可控整流电路的特点
• 单相半波可控整流器的优点是电路简单，调整方便， 容易实现。但整流电压脉动大，每周期脉动一次。变 压器二次侧流过单方向的电流，存在直流磁化、利用 率低的问题，为使变压器不饱和，必须增大铁心截面 ，这样就导致设备容量增大。 VT的a 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 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建立起整流电路的基本概念 。 2-22
e) d)
0 u
d
wt
0 u VT
a
q
wt
0
wt
也可用时间表示， 50Hz 的交流电一个周期 图2-1 单相半波可控整流电路及波形 2-3 为20ms。
基本数量关系
首先，引入两个重要的基本概念： 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θ表示 。
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(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 P UI 1 π a 2 cos sin 2 a S U I 4 π 2 π 2 2 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Um 由图2-2 (f)可以看出晶闸管承受的最大正反向电压Um是 相电压峰值。
（二）电感性负载
整流电路直流负载的感抗ωＬ d和电阻Rd的大小相 比不可忽略时，这种负载称为电感性负载。 整流电路带电感性负载时的工作情况与带电阻性负 载时有很大不同，为便于分析，在电路中把电感Ｌ d与 电阻 Rd 分开，其工作原理可按波形分段说明。 O一ωt1
（a期间）：晶闸管虽承受正电压，但门极触发脉冲尚
a) u2 b) c) d) e) O ud O id O i VT
w t1
wt wt
Id
wt
Id p-a p+a
i VD
f) g)
O
R
wt
O u VT O
wt
wt
图3-4 单相半波带阻感负载有 续流二极管的电路及波形
2. 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
图2.7 例2-2图
• • • • • •
解：先求控制角a。 1 c o s a 2 4 0 因为，U 0 .4 5 U c o s a 1 0 . 1 9 2 d 2 2 0 . 4 52 2 0 所以， a ≈ 101° qp a 1 8 0 ° 1 0 0 ° 2 8 0 ° p a 1 8 0 ° 1 0 0 ° 8 0 ° 则q D T 由于， L 2 p f L 2 3 . 1 4 5 0 0 . 1 3 1 . 4 R 2 d d d 所以为大电感负载，各电量分别计算如下：
u2
b) 0
wt 1
p
2p
wt
ug
c) 0
wt
ud
d) 0
+
+
a
wt
id
e) 0
q
wt
uVT
f) 0
wt
图3-2 带阻感负载的单相半 波可控整流电路及其波形
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 ☞把器件理想化，将电路简化 为分段线性电路。 ☞器件的每种状态组合对应一 种线性电路拓扑，器件通断状 态变化时，电路拓扑发生改变 。 ☞以前述单相半波电路为例 √当VT处于断态时，相当 于电路在VT处断开， id=0。当VT处于通时， 相当于VT短路。两种情 况的等效电路如图3-3所 示。
个二极管VDR。 加了续流二极管以后，输出直流电压u d的波形与电阻负载时
一样，而电流波形则完全不同。电源电压正半周时，电流由电源
经导通的晶闸管供给；电源电压负半周时，晶闸管关断，电流由
续流电流维持，因此，负载电流由两部分合成。
3.1.1 单相半波可控整流电路
◆有续流二极管的电路 ☞电路分析 √u2正半周时，与没有续流 二极管 时的情况是一样的。 √当u2过零变负时，VDR导 通，ud为零，此时为负的u2 通过VDR向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。 √若L足够大，id连续，且id 波形接近一条水平线 。
• 根据以上计算选择晶闸管及续流管型号考虑 如下：
(2) 输出电压有效值U与输出电流有效值I • 输出电压有效值U:
2 1 1 π U 2 U sin td t U sin 2 2 2 2 π 4 π 2 π
值I:
UU 1 π a 2 I sin 2 a R R 4 π 2 π
未出现，管子阻断承受全部电源电压。
3.1.1 单相半波可控整流电路
带阻感负载的工作情况 ◆阻感负载的特点是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。 ◆电路分析 ☞晶闸管VT处于断态,id=0,ud=0,uVT=u2。 ☞在wt1时刻，即触发角a处 √ud=u2。 √L的存在使id不能突变，id从0开始增 加。 ☞u2由正变负的过零点处，id已经处于 减小的过程中，但尚未降到零，因此VT仍 处于通态。 ☞wt2时刻，电感能量释放完毕，id降至 零，VT关断并立即承受反压。 ☞由于电感的存在延迟了VT的关断时刻， 使ud波形出现负的部分，与带电阻负载时相 比其平均值Ud下降。
Controlled Rectifier)
T u
Wave
VT u id
VT
1）带电阻负载的工作情况
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
a)
1
u
2
u
d
R
u b)
2
0
wt
1
p
2p
wt
者波形相同。
c)
u
g
整流变压器二次电压、电流有效值下标用2 表示，电路输出电压电流平均值下标均用 d 表示。交流正弦电压波形的横坐标为电角度 ω t，正弦变化一周为2πrad或3600电角度，
50 44 . 4 P UI U 20 cos 2 0 . 505 S U I 220 2 2 U 2
(3)
(4) 晶闸管电流有效值IT 与输出电流有效值相等，即：
IT I
则
取2倍安全裕量，晶闸管的额定电流为：
I T I ( 1 . 5 ~ 2 ) T(AV) 1 . 57
2-4
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 • 直流输出电压平均值Ud:
2 U 1 1 cos 1 co p 2 U 2 U sin t d t 0 . 45 U d 2 2 a 2 π π 2 2
w w
a
a
• 输出电流平均值Id:
U U cos a d 21 I 0.45 d R R 2
2 U 2 50 d cos a 1 1 0 0 . 45 U 0 . 45 220 d
U 50 d 2 .5 (2) R Ω Id 20
当α=90º 时，输出电流有效值
UU π a 2 1 I sin 2 a 44.4 A R R4 π 2 π
(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
π -a IdT I 2π d
晶闸管的电流有效值IT
I T 1 p2 p a I d ( w t ) I a 2 p d 2 pd
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(3) 续流二极管的电流平均值IdDR与续流二极管的 电流有效值IDR