交流-直讲义流变换电路 (2)
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3-11
解 : (1)
co a s2 U d 1 25010
0.4U 5 2 0.4 5 220
则α=90º
(2) RUd 502.5Ω Id 20
当α=90º时，输出电流有效值
IUU 2 1si2 n aπa44A .4
R R 4π
2π
(3)
cosPU2IU4.445 20 00.505
S U2I2 U2 220
动直流，故称“半波”整流。
3-5
3.2.1 单相半波可控整流电路
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称
为导通角，用θ表示 。
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。 在单相半波可控整流电阻性负载电路中,
3-12
(4)
晶闸管电流有效值IT
IT I
则
与输出电流有效值相等，即：
IT(AV )1I.5T7(1.5~2)
取2倍安全裕量，晶闸管的额定电流为：
IT(AV )56.6A
（5）晶闸管承受的最高电压：
U m2 U 2222 3 01 V1 考虑(2~3)倍安全裕量，晶闸管的额定电压为
U T N ( 2 ~ 3 ) U m ( 2 ~ 3 ) 3 6 1~ 2 1 9V 2 33
c) 0
ud
+
d) 0a id
e)
0
q
uVT
f) 0
2p
wt
wt +
wtHale Waihona Puke Baidu
wt
wt
图3-2-2 带阻感负载的 单相半波电路及其波形
3-14
3.2.1 单相半波可控整流电路
1. 无续流二极管时 ❖ 工作原理
▪ 0~α：uAK大于零，但门极没有触发 信号，晶闸管处于正向关断状态， 输出电压、电流都等于零。
▪ 移相角α的控制范围为:0～π， ▪ 对应的导通角θ的可变范围是π～0， ▪ 两者关系为 α＋θ=π。
3-6
3.2.1 单相半波可控整流电路
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 :
ww a a U d 2 1 π a p2 U 2 sitd n t2 π U 2 1 c 2o 0 s .4 U 2 5 1 c 2o
(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
co sPU2I 1si2 n aπa
S U 2I2 4π
2π
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UTM 晶闸管承受的最大正反向电压UTM是相电压峰值。
▪ 在ωt=α时，门极有触发信号，晶闸 管被触发导通，负载电压ud= u2。
根据计算结果可以选取满足要求的晶闸管。
3-13
3.2.1 单相半波可控整流电路
2）电感性负载
VT T
a) u1
uVT u2
id
L ud
R
➢ 电感性负载通常是电机的励 磁线圈和负载串联电抗器等。
➢ 电感性负载的特点：电感对 电流变化有抗拒作用，使得 流过电感的电流不发生突变。
u2
b)
0
w t1
p
ug
3.2.1 单相半波可控整流电路 3.2.2 单相全控桥式整流电路 3.2.3 单相半控桥式整流电路
3.2.1 单相半波可控整流电路
一、电阻性负载
T
a)
u
1
u
2
VT
i
u
d
VT
u
d
R
电炉、电焊机及白炽灯等均 属于电阻性负载 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，两者波形相同。 工作原理分析
u
2
b)
0
wt 1
p
2p
wt
u
g
c)
0
wt
u
d
d)
0a
q
wt
u
VT
e)
0
wt
图3-2-1 单相半波可控整流电路 （电阻性负载）及波形
3-4
3.2.1 单相半波可控整流电路
工作原理分析
• 在电源电压正半周，晶闸管承受正向电压，
在ωt=α处触发晶闸管，晶闸管开始导通； a)
T
u1
u2
VT
u VT
id
ud R
负载上的电压等于变压器输出电压u2。在 ωt=π时刻，电源电压过零，晶闸管电流小 u2
于维持电流而关断，负载电流为零。
b) 0 wt1 p
2p
wt
•
在电源电压负半周，uAK＜0，晶闸管承受 c) ug
反向电压而处于关断状态，负载电流为零， 0
wt
负载上没有输出电压，直到电源电压u2的 下一周期，直流输出电压ud和负载电流id
输出电流平均值Id :
IdU Rd0.4U R251c2oas
3-7
3.2.1 单相半波可控整流电路
(2) 输出电压有效值U与输出电流有效值I
直流输出电压有效值U :
a p ww a a U 2 1 π 2 U 2 sit2 n d t U 24 1 π s2 in π 2 π
输出电流有效值I :
d)
ud 0a
q
wt
的波形相位相同。
u VT
•
通过改变触发角α的大小，直流输出电压
e) 0
wt
ud的波形发生变化，负载上的输出电压平 均值发生变化，显然α=180º时，Ud=0。
由于晶闸管只在电源电压正半波内导通，
图3-2-1 单相半波可控整流电路 （电阻性负载）及波形
输出电压ud为极性不变但瞬时值变化的脉
UTM 2U2
3-10
3.2.1 单相半波可控整流电路
〖例3-1〗 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。
IUU2 1si2naπa
R R 4π
2π
3-8
3.2.1 单相半波可控整流电路
(3) 晶闸管电流有效值和变压器二次侧电流有效 值
• 单相半波可控整流电路中，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：
IITI2U R 2
1si2 n aπa
4π
2π
3-9
3.2.1 单相半波可控整流电路
交流-直流变换电路 (2)
3.1 概述
整流电路：
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。
3.2 单相可控整流电路
解 : (1)
co a s2 U d 1 25010
0.4U 5 2 0.4 5 220
则α=90º
(2) RUd 502.5Ω Id 20
当α=90º时，输出电流有效值
IUU 2 1si2 n aπa44A .4
R R 4π
2π
(3)
cosPU2IU4.445 20 00.505
S U2I2 U2 220
动直流，故称“半波”整流。
3-5
3.2.1 单相半波可控整流电路
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称
为导通角，用θ表示 。
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。 在单相半波可控整流电阻性负载电路中,
3-12
(4)
晶闸管电流有效值IT
IT I
则
与输出电流有效值相等，即：
IT(AV )1I.5T7(1.5~2)
取2倍安全裕量，晶闸管的额定电流为：
IT(AV )56.6A
（5）晶闸管承受的最高电压：
U m2 U 2222 3 01 V1 考虑(2~3)倍安全裕量，晶闸管的额定电压为
U T N ( 2 ~ 3 ) U m ( 2 ~ 3 ) 3 6 1~ 2 1 9V 2 33
c) 0
ud
+
d) 0a id
e)
0
q
uVT
f) 0
2p
wt
wt +
wtHale Waihona Puke Baidu
wt
wt
图3-2-2 带阻感负载的 单相半波电路及其波形
3-14
3.2.1 单相半波可控整流电路
1. 无续流二极管时 ❖ 工作原理
▪ 0~α：uAK大于零，但门极没有触发 信号，晶闸管处于正向关断状态， 输出电压、电流都等于零。
▪ 移相角α的控制范围为:0～π， ▪ 对应的导通角θ的可变范围是π～0， ▪ 两者关系为 α＋θ=π。
3-6
3.2.1 单相半波可控整流电路
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 :
ww a a U d 2 1 π a p2 U 2 sitd n t2 π U 2 1 c 2o 0 s .4 U 2 5 1 c 2o
(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
co sPU2I 1si2 n aπa
S U 2I2 4π
2π
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UTM 晶闸管承受的最大正反向电压UTM是相电压峰值。
▪ 在ωt=α时，门极有触发信号，晶闸 管被触发导通，负载电压ud= u2。
根据计算结果可以选取满足要求的晶闸管。
3-13
3.2.1 单相半波可控整流电路
2）电感性负载
VT T
a) u1
uVT u2
id
L ud
R
➢ 电感性负载通常是电机的励 磁线圈和负载串联电抗器等。
➢ 电感性负载的特点：电感对 电流变化有抗拒作用，使得 流过电感的电流不发生突变。
u2
b)
0
w t1
p
ug
3.2.1 单相半波可控整流电路 3.2.2 单相全控桥式整流电路 3.2.3 单相半控桥式整流电路
3.2.1 单相半波可控整流电路
一、电阻性负载
T
a)
u
1
u
2
VT
i
u
d
VT
u
d
R
电炉、电焊机及白炽灯等均 属于电阻性负载 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，两者波形相同。 工作原理分析
u
2
b)
0
wt 1
p
2p
wt
u
g
c)
0
wt
u
d
d)
0a
q
wt
u
VT
e)
0
wt
图3-2-1 单相半波可控整流电路 （电阻性负载）及波形
3-4
3.2.1 单相半波可控整流电路
工作原理分析
• 在电源电压正半周，晶闸管承受正向电压，
在ωt=α处触发晶闸管，晶闸管开始导通； a)
T
u1
u2
VT
u VT
id
ud R
负载上的电压等于变压器输出电压u2。在 ωt=π时刻，电源电压过零，晶闸管电流小 u2
于维持电流而关断，负载电流为零。
b) 0 wt1 p
2p
wt
•
在电源电压负半周，uAK＜0，晶闸管承受 c) ug
反向电压而处于关断状态，负载电流为零， 0
wt
负载上没有输出电压，直到电源电压u2的 下一周期，直流输出电压ud和负载电流id
输出电流平均值Id :
IdU Rd0.4U R251c2oas
3-7
3.2.1 单相半波可控整流电路
(2) 输出电压有效值U与输出电流有效值I
直流输出电压有效值U :
a p ww a a U 2 1 π 2 U 2 sit2 n d t U 24 1 π s2 in π 2 π
输出电流有效值I :
d)
ud 0a
q
wt
的波形相位相同。
u VT
•
通过改变触发角α的大小，直流输出电压
e) 0
wt
ud的波形发生变化，负载上的输出电压平 均值发生变化，显然α=180º时，Ud=0。
由于晶闸管只在电源电压正半波内导通，
图3-2-1 单相半波可控整流电路 （电阻性负载）及波形
输出电压ud为极性不变但瞬时值变化的脉
UTM 2U2
3-10
3.2.1 单相半波可控整流电路
〖例3-1〗 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。
IUU2 1si2naπa
R R 4π
2π
3-8
3.2.1 单相半波可控整流电路
(3) 晶闸管电流有效值和变压器二次侧电流有效 值
• 单相半波可控整流电路中，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：
IITI2U R 2
1si2 n aπa
4π
2π
3-9
3.2.1 单相半波可控整流电路
交流-直流变换电路 (2)
3.1 概述
整流电路：
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。
3.2 单相可控整流电路