单相半波可控整流

大电感负载时输出平均
电压为零，解决的办法是在 负载两端并联续流二极管D， 如图2.2.5(a)所示。
在电源电压正半周， 负载电流由晶闸管导通提 供；
电源电压负半周时， 续流二极管D维持负载电流；
因此负载电流是一个 连续且平稳的直流电流。 大电感负载时，负载电流 波形是一条平行于横轴的 直线，其值为Id；
IT
2 T Id
2 Id
ID
2 DId
2 Id
（2.2.16） （2.2.17）
晶闸管与续流管承受的最大电压均为 2U 2
3、单相半波可控整流电路特点：
• 优点： 线路简单，调整方便；
• 缺点： （1）输出电压脉动大，负载电流脉动大（电阻性负载
时）。 （2）整流变压器次级绕组中存在直流电流分量， 使铁
(4) 变压器二次侧输出的有功功率P、视在功率S和功率因数PF
如果忽略晶闸管T的损耗，则变压器二次侧输出的有功功率为
PI2Rd UI 电源输入的视在功率为
（2.2.7）
SU2I 电路的功率因数
（2.2.8）
PF PU IU S U 2I U 2
s4i2n 2
（2.2.9）
从上式可知，功率因数是控制角α的函数，且越α大，相控整流输出电压越 低，功率因数PF越小。
KfTIIdTT
U2 2Rd
s2 i2 n
2U21cos
si2 n2() 2(1cos)
Rd 2
（2.2.24）
通过上述数量关系的分析，电阻负载时，对单相全 控桥式整流电路与半波整流电路可作如下比较：
①、的移相范围相等，均为0～180°；
②、输出电压平均值U 是半波整流电路的２倍； d
③、在相同的负载功率下，流过晶闸管的平均电流减 小一半；
U d1 2 U 2si tnd ( t)2 2U 2c os0.9U2c os (2.2.27)
(0°≤α≤90°)
2）整流输出电压有效值为
U
1
(
2U2sin t)2d(t)U2
3）晶闸管承受的最大正反向电压为 2 U2。
(2.2.28)
4）在一个周期内每组晶闸管各导通180°，两组轮流导通， 变压器次级中的电流是正负对称的方波，电流的平均值Id和 有效值I相等，其波形系数为１。
5）在电流连续的情况下整流输出电压的平均值为
IdT2TId
2Id
1 2Id
(2.2.29)
IT
2TId
2Id
12Id
6）结论：
(2.2.30)
单相全控桥式整流电路具有输出电流脉动小，功率因数高， 变压器次级中电流为两个等大反向的半波，没有直流磁化问题， 变压器的利用率高。
在大电感负载情况下，α接近π/2时，输出电压的平均值接 近于零，负载上的电压太小。且理想的大电感负载是不存在的， 故实际电流波形不可能是一条直线，而且在α＝π之前，电流就 出现断续。电感量越小，电流开始断续的α值就越小。
o
- 2 u2
2π
3π
αθ
ωt
ωt
Ud
ωt
返
ωt 回
单相半波相控整流电路
u2= 2 U 2 sin t
T
u
u
1
2
VT
i
u
d
T
u d
Rຫໍສະໝຸດ Baidu
u2 u22
o
π
αθ
ug o
α ：控制角(或移相角) θ ：导通角
ud,id o uT
o
- 2 u2
2π
3π
αθ
ωt
ωt
Ud
ωt
返
ωt 回
1)工作原理
在电源正半周 ，晶闸管T承受正向电压，ωt < α 期间由于未加触发脉冲，T处于正向阻断状态而承受 全部电压，负载Rd中无电流通过 ,负载上电压ud为 零。在ωt =α 时T被触发导通，电源电压全部加在 上（忽略管压降），到ωt=π时，电压过零，在上 述过程中, =。随着电压的下降电流也下降，当电流 下降到小于晶闸管的维持电流时，晶闸管T关断，此 时、均为零。在的负半周，T承受反压，一直处于反 相阻断状态，全部加在T两端。直到下一个周期的触 发脉冲到来后，T又被触发导通，电路工作情况又重 复上述过程。如图2-1（b）所示。
在ωt＝π＋α时，同时给T1和T2加触发脉冲使其导通 。 当由负半周电压过零变正时，T3和T4因电流过零而关断。在此期间T1 和T2因承受反压而截止。 由以上电路工作原理可知，在交流电源的正、负半周里， T1、T2和T3、 T4两组晶闸管轮流触发导通，将交流电源变成脉动的直流电。改变触发脉 冲出现的时刻，即改变α的大小，、的波形和平均值随之改变。
选用晶闸管的型号为KP30-8。
2. 电感性负载 （等效为电感L和电阻R串联） （1）工作原理及参数计算
图2.2.3 感性负载单相半波可控整流电路及其波形
感性负载上的输出电压平均值Ud为
1
1
U d U d R U d L 2u R d (t) 2u L d (t) （2.2.11）
当α=0时，PF=0.707为最大值。这是因为电路的输出电流中不仅存在谐波， 而且基波电流与基波电压(即电源输入正弦电压)也不同相，即是使电阻性负载， PF也不会等于1。
例2-1 单相半波相控制整流电路，电阻性
负载，Rd=5Ω，由220V交流电源直接供电， 要求输出平均直流电压50V，求晶闸管的控 制角α、导通角θ、电源容量及功率因数， 并选用晶闸管。
Id
1 T2Id
0.4U 521cos
Rd 2
5）流过每个晶闸管的电流有效值为
（2.2.22）
I T2 1 (R 2 U d2sit) n 2 d (t)U 2 R 2 d s2 2 in I 2 （2.2.23）
6）晶闸管承受的最大反向电压为 2 U2。
7）在一个周期内每个晶闸管只导通一次，流过晶闸管的电流 波形系数为
芯磁化，变压器容量不能充分利用。若不用变压器，则交 流回路有直流电流，使电网波形畸变引起额外损耗。 • 应用：
单相半波可控整流电路只适于小容量、波形要求不高的 场合。
2.2.2 单相桥式全控整流电路
1、阻性负载
（α的移相范围是0°～180°）
动画
u2U 2msin t2U 2sin t 图2.2.6 单相全控桥式整流电路 带电阻性负载的电路与工作波形
1、阻性负载参数计算：
1）整流输出电压的平均值
U d 1 2 U 2 si tn ( d t ) 2 U 2 ( 1 co ) 0 s . 9 U 2 1 c 2o （2s .2.18）
即Ud为最小值时，α=180°，Ud为最大值时α=0°，所以单相全控 桥式整流电路带电阻性负载时，α的移相范围是0°～180°。
④、功率因数提高了 2 倍。
2．大电感负载
电路控制角的移相范围为 0～π/2
图2.2.8 单相全控桥式整流电路带电感性负载电路与波形图
工作原理分析：
当交流电压 u2进入正半周时 ，两个晶闸管 T1、T2同时承受正向 压 。在ωt＝α时刻 ，触发T1和T2导通 。但由于大电感的存在， u2过零变负时，电感上的感应电动势使T1、T2继续导通，直到T3、 T4被触发导通时， T1、T2 承受反压而关断。输出电压的波形出现了 负值部分。
当交流电压 u2进入负半周时，晶闸管 T3、T4同时承受正压，在 ωt＝π＋α时触发T3、T4使其导通 ， T1、T2 承受反压而关断。在 ωt＝2π时电压u2过 零， T3、T4因电感中的感应电动势并不断，直 到下个周期T1、T2导通时， T3、T4加上反压才关断。
2．大电感负载参数计算：
1）在电流连续的情况下整流输出电压的平均值为
工作原理分析：
当交流电压 u2进入正半周时 ，a端电位高于b端电位 ，两个晶闸管 T1T2同时承受正向电压 ，如果此时门极无触发信号ug ，则两个晶闸管仍处 于正相阻断状态，其等效电阻远远大于负载电阻 Rd，电源电压u2将全部加 在T1和T2上 。
在ωt＝α时刻 ，给T1和T2同时加触发脉冲 ，则两个晶闸管立即触发 导通 。
1.2 单相半波可控整流电路
1. 电阻性负载
(1)电路图
u2 2U2si nt
a =30 a =60
图2.2.1 单相半波可控整流
（2.2.2）
单相半波相控整流电路
u2= 2 U 2 sin t
T
u
u
1
2
T
i
u
d
T
u d
R
u2 u22 o
α
π
θ
ug o
α ：控制角(或移相角) θ ：导通角
ud,id o uT
图2.2.5 大电感负载接续流管的单相 半波整流电路及电流电压波形
若设θT和θD分别为晶闸管和续流二极管在一个周期内的导通角， 则容易得出晶闸管的电压平均值为
IdT2T Id
2
Id
（2.2.14）
流过续流二极管的电流平均值为
IdD2DId
2
Id
（2.2.15）
流过晶闸管和续流管的电流有效值分别为
单相半波相控整流电路带电阻性负载时移相范围为π。
(2) 整流输出电压的有效值U
根据有效值的定义，整流输出电压的有效值为
U 2 1 (2 U 2s it) n 2d ( t) U 2s4 2 i n 2 （2.2.4）
(3) 整流输出电流的平均值Id和有效值I
Id
Ud R
IU R
（2.2.5） （2.2.6）
在单相相控整流电路中，定义晶闸 管从承受正向电压起到触发导通之间 的电角度α称为控制角(或移相角)，晶 闸管在一个周期内导通的电角度称为 导通角，用θ表示。
2) 电阻性负载时参数计算：
（1）整流输出电压平均值 u d
根据波形图2.2.1 (b)，可求出整流输出电压平均值为：
U d ＝ 2 1 2 U 2 sitn ( d t)2 U 2 1 c 2o ＝ 0 .4 sU 2 5 1 c 2os
2）整流输出电压的有效值为
U 1 (2 U 2 sitn ) 2 d (t) U 2 s2 i 2 n
3）输出电流的平均值和有效值分别为
（2.2.19）
IdU R d d0 .9U R d 21c 2os
（2.2.20）
IUU2 Rd Rd
s2i2n
（2.2.21）
4）流过每个晶闸管的平均电流为输出电流平均值的一半，即
图2.2.4 ωL>>R 时不同α时的电流波形 • 由于负载中存在电感，使负载电压波形出现负值部分，晶闸管的 流通角θ变大，且负载中L越大，θ越大，输出电压波形图上负压的 面积越大，从而使输出电压平均值减小。 •在大电感负载ωL>>R的情况下，负载电压波形图中正负面积相近，
即不论α为何值，22，都有 Ud 0 。
1
1 di L 0
U d L 2u L d (t) 2L d d ( tt) 20 d 0 i
（2.2.12）
故
U d2 1 ＋ uR d(t)
（2.2.13）
式(2.2.13)表明, 感性负载上的电压平均值等于负载电阻 上的电压平均值。
2. 电感性负载（大电感ωL＞＞R ）
答案
答案 α=89° 1 8 0 8 9 9 1 1 . 5 9 r a d
SU 2I4840VgA
P FPU I S U 2I
2 sin 420.499
U T n ( 2 ~ 3 ) U T m ( 2 ~ 3 ) 3 1 1 6 2 2 ~ 9 3 3 V , 选 取 8 0 0 V I T ( A V ) ( 1 .5 ~ 2 ) 1 . I 5 T 7 ( 1 .5 ~ 2 ) 1 2 .5 2 7 2 1 ~ 2 8 A ,选 取 3 0 A
上式表明，只要改变控制角α(即改变触发时刻)，就可以改变 整流输出电压的平均值，达到相控整流的目的。
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。
当α=0时，Ud=0，当α=π时，Ud=0.45U2为最大值。
移相范围：整流输出电压Ud的平均值从最大值变化到零时，控制 角α的变化范围为移相范围。