1.3 单相桥式整流电路

单相桥式可控整流电路
一.单相桥式全控整流电路
（一）电阻性负载
假设: SCR为理想开关 u2= U2msinωt
u1 u2
T1
T2
Rd
T3
T4
工作原理－无触发〔0，α〕
T1 T2 Rd T3 ud ωt ug ωt uVT1、4 T4
• u2>0时：T1T4承受正向 电压 若无门极触发信号: • T1T4---正向阻断； • 承受电压为：u2/2; • T2T3承受反向电压 • ----反向阻断； • 承受电压为：-u2/2 • id=0, ud=0；
反电势负载模态分析
• 在第二个周期，此时工作模态同前 • U2为负值( |u2|>E ）T2和T3会承受正向电压而换流导通。
反电势负载
---α角相同时，整流输出电压比电阻负载时大。 ---当α＜ δ时，触发脉冲到来时，晶闸管承负 电压，不可能导通。 ---为了使晶闸管可靠导通，要求触发脉冲有 足够的宽度，保证当wt=δ时刻有晶闸管开 始承受正电压时，触发脉冲仍然存在。
电感量较小，控制角较大模态
• 当ωt= π+ α时类似
电感量较小，控制角较大时小结
• • • • 带RL负载后ud出现负值; id变化滞后于ud; 导通角θ大于阻性负载; L较小α较大时，L储能 较小，在id下降过程中不 足以维持T1T4导通至T2T3 触发导通时刻，导通角 θ < π，id波形断续。
单相桥式全控整流电路的计算1
• 数量关系 负载输出电压的平均值为
向负载输出的平均电流值为
id
流过晶闸管的电流平均值只有 输出直流平均值的一半，即：
iVT1、4
ωt
ωt
单相桥式全控整流电路的计算2
• 流过晶闸管的电流有效值：
变压器二次测电流有效值I2与输出 id 直流电流I有效值相等：
ωt i2 ωt iVT1、4
感性负载全桥可控整流电路计算
• VT处于通态时，如下方程成立：
初始条件：ωt= ai，d=0，求解
当ωt=θ+a 时，id=0，代入式整理得
单相全桥感性整流电路（ ωL>>R ）
• id脉动幅度很小，近似为 一直流Id； • 导通角θ = π u2 • 波形： ud iT:矩形波(幅值 Id) i2:矩形波(正负幅值均为 Id) id
iVT1、4
ωt
ωt ωt ωt ωt ωt ωt
iVT2、3 i2
uVT1、4
单相桥式全控整流电路感性负载小结
• 假设负载电感很大，负载电流id 连续且波形近似为一水平线。 • u2 过零变负时，由于电感的作 用晶闸管VT1和VT4中仍流过电 流id，并不关断。 • 至ωt=π+a 时刻，给VT2和VT3加 触发脉冲，因VT2和VT3本已承 受正电压，故两管导通。 • T2和VT3导通后，u2通过VT2和 VT3分别向VT1和VT4施加反压使 VT1和VT4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，亦称换流。
电感量较小，控制角较大模态
• • • • •
• • • •
当ωt= π，u2=0时， id仍>0，T1T4继续导通 电感感应电势维持电流 当ωt= π ~ ωt 1时， u2<=0 L供能量给R，同时回馈给电 网 id继续下降,直到0 （ L能量释 放完 T1T4关断 ωt： wt1 ---（ π+ α） 四管均断态，id=0,ud=0
又
iVT2、3
ωt
ωt
单相桥式全控整流电路-----电阻性负载 基本数量关系
• • • • 负载电阻上电压有效值U=I R 功率因数 cosφ=P/S=UI/U2=U/U2 不考虑变压器损耗时，变压 器的容量为Ｓ=U2I2
还有什么问题吗？
(二)电感性负载
• uL=Ldi/dt，电感L抑制电流变化
单相桥式可控整流电路
机电工程系 李春菊
单相全桥整流电路
单相半波整流电路 ------纯阻性负载工作情况 ------不带续流二极管的阻感性负载工作情况 ------带续流二极管的阻感性负载工作情况
单相全桥整流电路 ------纯阻性负载工作情况 ------阻感性负载工作情况
几个名词术语回顾
• （1）控制角α 从晶闸管承受正向电压时刻起到加触发脉冲为 止这段时间所 对应的角度。 • （2）导通角θ SCR在一个周期内导通的时间所对应的角度。 • （3）移相 改变触发脉冲出现的时刻（即改变控制角的 小）。移相控制 • （4）移相范围 改变α 角使输出整流电压平均值从最大值降到 最小值，控制角α 的变化范围即触发脉冲移相范围。
单相可控整流电路的分析方法
• 1.可假设第一个触发脉冲前均关断。 • 2.确定触发脉冲时相应的SCR A-K两端电压是否正 偏，若是则导通； • 3.电压过零点时注意负载性质（阻性则电流同时 过零SCR关断；大电感性则电流量连续可继续导通 到另一组SCR触发导通时换相） • 4.负载端带续流二极管情况：输出电压不可能小 于零。SCR导通至电压过零即换流
还有什么问题吗？
半控整流工作状态工作模态
半控整流工作状态工作模态
半控整流工作状态工作模态
续流二极管的作用
------有续流二极管VD时，续流过程由VD 完成，晶闸管关断，避免了某一个晶 闸管持续导通从而导致失控的现象。 ------同时，续流期间导电回路中只有一个 管压降，有利于降低损耗。
基本数量关系
基本数量关系
• T1T4和 T2T3两组 SCR管轮流触发导通，将交流电 变成脉动的直流电； • 改变α角，可以改变输出电压电流波形和大小； • SCR管可能承受的最大反向电压为u2电压峰值， 最大正向电压为u2峰值的一半。 • SCR是否能触发导通的依据是电压正偏。 • SCR从导通变关断的依据是流过SCR的电流为零 (或AK两端电压小于零)。
T1 u1 u2 T3 ud ωt T4 T2 Rd
ug ωt
uVT1、4 ωt i2 ωt
工作原理－有触发〔π ＋α，2 π 〕
• • • • • • • • • • ωt= π+ α 时， 给T2T3同时加触发信号： T2 T3导通 i T2 = i T3 = i d =- i 2 ud=-u2 id=ud/R=-u2/R T1 T4反向阻断， 承受电压：u2 ωt=2π时， iT2= iT3= id =0，T2 T3关断
单相桥式全控整流电路（感性负载）
• 数量关系
晶闸管移相范围为90°。 晶闸管承受的最大正反向电压均为 2U 晶闸管导通角θ与a无关，均为180°
u2 ωt ud ωt id iVT1、4 iVT2、3 ωt ωt ωt ωt ωt
变压器二次侧电流i2的波形为正 负各180°的矩形 波，其相位由a角决定，有效值 I2=Id。
反电势负载数量关系
• 输出电压平均值
反电势负载数量关系
• 晶闸管导通后的回路方 程：
输出电流平均值Id：
单相桥式整流电路－反电动势负载
• 负载为直流电动机时，如果出现电流断续 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侧串联一个平 波电抗器，用来减少电流的脉动和延长晶 闸管导通的时间 • 这时整流电压ud的波形和负载电流id的波 形与电感负载电流连续时的波形相同，ud 的计算公式亦一样。
u1
u2
ωt
uVT1、4 ωt ωt
i2
工作原理－无触发〔π， π ＋α 〕
• • • • • • • • • • ωt=π时， iT1= iT4= id =0 T1 T4关断 π < ωt<π+ α时， u2 <0， 无门极触发信号： T2T3承受正压---正向阻断； T1T4承受反压---反向阻断； 承受电压： -u2/2， u2/2 id=0, ud=0；
二、单相桥式半控整流电路
• 单相桥式半控整流电路 • 纯阻性负载工作情况 • 阻感性负载工作情况
阻性负载单相桥式半控整流电路
• 半控电路与全控电 路在电阻负载时的 工作情况相同。
T1 u1 u2 T2
Rd
VD3 VD4
ud ωt ug ωt i2 ωt
感性负载半控整流工作模态
感性负载半控整流工作模态
T1 u1 u2 T3 ud ωt ug ωt uVT1、4 ωt ωt T4 T2 Rd
i2
名词术语
• （1）同步 使触发脉冲与可控整流电路的电源电压之间 保持频率和相位的协调关系。 • （2）换流（换相） 在可控整流电路中，从一路SCR导通变换为另 一路SCR导通的过程。
单相全桥整流电路小结
感性负载半控整流工作模态
感性负载半控整流工作模态
阻感性负载单相桥式半控整流电路
• 半控电路感性负载时与电 阻负载的输出电压波形相 同。 • 负载输出电压的平均值为
单相半控桥带阻感负载的小结
• 假设负载中电感很大，且电路已工作于稳态 ------在u2正半周，触发角a处给晶闸管VT1加触发脉冲， u2经VT1和VD4向负载供电。 ------u2过零变负时，因电感作用使电流连续，VT1继续导 通。但因a点电位低于b点电位，使得电流从VD4转移VD3， VD4关断，电流不再流经变压器二次绕组，而是由VT1和 VD3续流。 ------在 u2 负半周触发 角 a 时刻触发 VT2 ， VT2 导通，向 VT1加反压使之关断，u2经VT2和VD3向负载供电。u2过 零变正时，VD4导通，VD3关断。VT2和VD4续流， ud又 为零。
i2
uVT1、4
还有什么问题吗？
反电势负载模态分析
• 负载由阻性负载和反电势组成 • 当U2<E时，T1和T4承受反向电压Ud=E
反电势负载模态分析
• *只有当u2绝对值大于E时 SCR才能触发导通 Ud=U2
反电势负载模态分析
• 直至|u2|=E，id即降至0 • 使得晶闸管关断， 此后 • Ud=E 。 • 与电阻负载时相比，晶 闸管提前了电角度δ停 止导电，δ称为ຫໍສະໝຸດ Baidu止导 电角。
u1
u2
i2
ωt
ωt
工作原理－有触发〔α，π〕
T1 T2 Rd T3 ud ωt ug T4
• ωt=α时，给T1T4同时加触 发信号： • T1 T4导通 • iT1= iT4 = id = i2 • ud=u2 ， • uT1= uT4= 0 • id=ud/R=u2/R • T2 T3反向阻断 • 承受电压：-u2
失控现象
------假设电感足够大，电流不断续 ------当关断VT1，VT2准备关闭系统时，由于电 流的持续性，T1会一直导通！D3和D4轮流 换流，无法关闭系统，造成失控！ ------在失控时，ud仍为正弦半波，即半周期ud 为正弦，另外半周期ud为零，其平均值保 持恒定。即使没有驱动信号，仍然无法关闭系统。 为了避免失控，通常在输出端反联二极管
电感量较小，控制角较大模态
• • • • • • • 过程分析： ωt=α时， （给T1T4同时加触发信号） T1 T4导通 id从0开始上升(uL>0) L储能，ud=u2 电网供能量给R和L
电感量较小，控制角较大模态
• • • • • • • 当u2由峰值开始下降后， ud下降但id仍上升 L吸收能量 直到id上升速率0， id =idmax ， 此后id开始下降， L释放能量
T1 u1 u2 T3 ud ωt ug ωt uVT1、4 ωt ωt T4 T2 Rd
i2
单相桥式全控整流电路 工作原理及波形分析
• VT1 和 VT4 组成一对桥臂， 在 u2 正半周承受电压 u2 ， 得到触发脉冲即导通，当 u2 过零时关断。 • T2和VT3组成另一对桥臂， 在u2负半周承受电压-u2， 得到触发脉冲即导通，当u2 过零时关断。