晶闸管应用电路讲解

sin 2 2 4
2V2
晶闸管所承受的最大反向电压为
【例10-1】一电热装置（电阻性负载）要求直流平均电压75V，负载电流 20A，采用单相半波可控整流电路直接从220V交流电网供电，试计算晶闸管 的控制角α、导通角θ及负载电流有效值。 2VO( AV ) 1 cos 当U cos 1 0.515 O(AV)=75V时，有 解：由 VO AV 0.45Vi 0.45V
10.2
晶闸管应用电路
10.2.1 可控整流电路 10.2.2 触发电路 10.2.3 应用电路
10.2.1 可控整流电路
可控整流电路的作用就是把交流电能变换成电压大小可调的直流电能， 而且其输出电压可以根据需要进行调节。 由晶体二极管组成的整流电路，电路形式一旦确定，则当输入的交流 电压不变时，输出的直流电压值也是固定的，不能任意控制和改变，因此 这种整流电路通常称为不可控整流电路。从电路结构来看，把二极管整流 电路中的有关二极管换成晶闸管，就可以构成可控整流电路。 可控整流有多种电路形式，如单相半波、单相全波和单相桥式可控 整流电路等。当功率比较大时，常常采用三相交流电源组成三相半波或三 相桥式可控整流电路。本节主要以单相电路为例来讨论其工作原理。 1. 单相半波可控整流电路（电阻负载） 图10-6是一个最简单的单相半波可控整流电路，图中VH为晶闸管，已 知输入电压ui和晶闸管控制极的电压uG波形如图10-7所示。
VO AV
1 2


2Vi sin td (t )
2

Vi
1 cos 1 cos 0.45Vi 2 2
由上式可见，当Ui固定时，只需改变α的大小，就可以调节输出电压 UO(AV)，VH的α移相范围为180o。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。
2
i
α=59o
导通角θ=180o－α=121o
Vi 负载电流有效值为 I O RL
sin 2 2 4
RL
VOAV I O( AV )

75 3.75 20
220 180O 59O sin 2 59O 则 IO 37.4 A O 3.75 4 360
当ui在负半周时，由于晶闸管承受反向电压使晶闸管截止，负载中电流 又为零，此时输出电压uo也为零。 下一周期重复上一周期的工作状态。
由图看到：uo为脉动直流，波形只在ui的正半周期间出现，故称“半波” 整流。 电路采用了可控器件晶闸管，并且交流输入为单相，因此称该电路为 “单相半波可控整流电路”。 我们把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称 为触发延迟角，用“α”表示，也称触发角或控制角。 把晶闸管在一个输入信号周期中处于通态的电角度称为导通角，用“θ” 表示。 显而易见，当α愈小时，即θ愈大时，输出电压平均值UO(AV)愈大。 输出电压平均值UO(AV)为
3. 单相桥式可控整流电路（电感性负载）
由于电感性元件的存在，电路中的 电流不能发生跃变，因此，整流电路接 电感性负载和接电阻性负载的情况大不 相同。
2. 单相桥式可控整流电路（电阻性负载）
在u2的正半周，VH1、VD2承受正向电压，若晶闸管的控制极不加脉 冲uG，VH1不导通，此时负载中没有电流流过。当ωt=α时，控制极加上触 发脉冲uG，VH1导通，电流流经VH1、RL、VD2。由于晶闸管导通时管压 降很小，所以负载上的电压uo≈u2。这时VH2和VD1因承受反向电压而处于 阻断状态。当ωt=π时，u2降为零，VH1又变为阻断。 在u2的负半周，VH2、VD1承受正向电压，当ωt=π+α时，uG触发VH2而 导通，电流流经VH2、RL、VD1，负载上的电压仍然为uo≈u2。这时VH1和 VD2因承受反向电压而处于阻断状态。当ωt=2π时，VH2恢复阻断状态。 由以上分析可见，在u2的一个完整周期内，流过负载RL的电流方向是相同 的，负载上的电压和电流波形如图10.2.3（b）所示。 由上述分析，可得出输出电压的平均值
负载电流的平均值IO(AV) 为
I O ( AV )
VOAV RL
Vi 1 cos 0.45 RL 2
sin 2 2 4
输出电压有效值（均方根值）UO为
1 VO ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 2
负载电流的有效值IO为


2Vi sin t d (t ) Vi

2
Vi IO RL
VO V2 RL RL
1 sin 2 2
流过整流二极管和晶闸管的电流有效值为
1 ID IH 2


(
2V2 V sin t ) 2 d (t ) 2 RL RL
1 IO sin 2 4 2
晶闸管和二极管所承受的最大反向电压均为 2V2
0.9V2 1 cos 1 I O ( AV ) 2 2 RL 2
1 sin 2 2
流过整流二极管和晶闸管的电流平均值为
I H ( AV ) I D ( AV )
输出电压的有效值为 VO 输出电流的有效值为 I O
1



( 2V2 sin t ) 2 d (t ) V2
VOAV
1



2V2 sin td (t )
2 2

V2
1 cos 1 cos 0.9V2 2 2
由式可见，当U2固定时，只需改变α的大小，就可以调节输出电压 UO(AV)。
输出电流的平均值IO(AV) 为 I O ( AV )
VOAV RL
0.9V2 1 cos RL 2
在ui的正半周期间，如果晶闸管的控制极没有输入触发脉冲uG，虽然晶 闸管承受正向电压，但仍然不能导通，因此负载中没有电流流过。 只有在ui处于正半周，控制极加触发脉冲uG后，晶闸管被触发导通，负载 流过的电流与ui成线性关系。 晶闸管导通后控制极即失去作用，输出电压uo随输入电压ui变换，直至输 入电压ui=0时输出电压uo=0。