单相桥式全控整流电路

1/1313.1.2单相桥式全控整流电路u(i)pwtwtwt000i2udidb)c)d)ddaauVT1,4图3-5单相全控桥式带电阻负载时的电路及波形a)■带电阻负载的工作情况◆电路分析☞闸管VT1和VT4组成一对桥臂，VT2和VT3组成另一对桥臂。☞在u2正半周（即a点电位高于b点电位）√若4个晶闸管均不导通，id=0,ud=0,VT1、VT4串联承受电压u2。√在触发角a处给VT1和VT4加触发脉冲，VT1和VT4即导通，电流从电源a端经VT1、R、VT4流回电源b端。☞当u2过零时，流经晶闸管的电流也降到零，VT1和VT4关断。☞在u2负半周，仍在触发角a处触发VT2和VT3，VT2和VT3导通，电流从电源b端流出，经VT3、R、VT2流回电源a端。☞到u2过零时，电流又降为零，VT2和VT3关断。VT2和VT3的a=0处为wt=p2/131◆基本数量关系☞晶闸管承受的最大正向电压和反向电压分别为和。☞整流电压平均值为：α=0时，Ud=Ud0=0.9U2。α=180时，Ud=0。可见，α角的移相范围为180。☞向负载输出的直流电流平均值为：3.1.2单相桥式全控整流电路222U22Upaaapwwp2cos19.02cos122)(dsin21222UUttUUd2cos19.02cos12222aapRURURUIdd(3-9)(3-10)3/131☞流过晶闸管的电流平均值：☞流过晶闸管的电流有效值为：☞变压器二次侧电流有效值I2与输出直流电流有效值I相等，为由式（3-12）和（3-13）可见：☞不考虑变压器的损耗时，要求变压器的容量为S=U2I2。3.1.2单相桥式全控整流电路2cos145.0212aRUIIddTpapapwwppa2sin212)(d)sin2(21222RUttRUITpapapwwppa2sin21)()sin2(12222RUtdtRUIIIIT21(3-11)(3-12)(3-13)(3-14)4/1313.1.2单相桥式全控整流电路2OwtOwtOwtudidi2OwtOwtuVT1,4OwtOwtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4u图3-6单相桥式全控整流电流带阻感负载时的电路及波形■带阻感负载的工作情况◆电路分析☞在u2正半周期√触发角a处给晶闸管VT1和VT4加触发脉冲使其开通，ud=u2。√负载电感很大，id不能突变且波形近似为一条水平线。☞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。☞wt=p+a时刻，触发VT2和VT3，VT2和VT3导通，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，此过程称为换相，亦称换流。5/1313.1.2单相桥式全控整流电路◆基本数量关系☞整流电压平均值为：当a=0时，Ud0=0.9U2。a=90时，Ud=0。晶闸管移相范围为90。☞晶闸管承受的最大正反向电压均为。☞晶闸管导通角与a无关，均为180，其电流平均值和有效值分别为：和。☞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。apaaapwwpcos9.0cos22)(dsin21222dUUttUU22UddT21IIddT707.021III(3-15)6/131■带反电动势负载时的工作情况◆当负载为蓄电池、直流电动机的电枢（忽略其中的电感）等时，负载可看成一个直流电压源，对于整流电路，它们就是反电动势负载。◆电路分析☞|u2|E时，才有晶闸管承受正电压，有导通的可能。☞晶闸管导通之后，ud=u2，，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停止导电，称为停止导电角。☞当a时，触发脉冲到来时，晶闸管承受负电压，不可能导通。3.1.2单相桥式全控整流电路b)idOEudwtIdOwta图3-7单相桥式全控整流电路接反电动势—电阻负载时的电路及波形REuidd212sinUE(3-16)7/1313.1.2单相桥式全控整流电路☞触发脉冲有足够的宽度，保证当wt=时刻有晶闸管开始承受正电压时，触发脉冲仍然存在。这样，相当于触发角被推迟为。☞在a角相同时，整流输出电压比电阻负载时◆电流断续☞id波形在一周期内有部分时间为0的情况，称为电流断续。☞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。8/131twwOud0Eidtpa=p3.1.2单相桥式全控整流电路☞为了克服此缺点，一般在主电路中直流输出侧串联一个平波电抗器。☞电感量足够大使电流连续，晶闸管每次导通180，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。☞为保证电流连续所需的电感量L可由下式求出：图3-8单相桥式全控整流电路带反电动势负载串平波电抗器，电流连续的临界情况dmin23dmin21087.222IUIULpw(3-17)9/1313.1.2单相桥式全控整流电路■例：单相桥式全控整流电路，U2=100V，负载中R=2Ω，L值极大，反电势E=60V，当a=30时，要求：①作出ud、id和i2的波形；②求整流输出平均电压Ud、电流Id，变压器二次侧电流有效值I2；③考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。解：①ud、id和i2的波形如图3-9：u2OwtOwtOwtudidi2OwtIdIdIdppaa图3-9ud、id和i2的波形图10/1313.1.2单相桥式全控整流电路②整流输出平均电压Ud、电流Id，变压器二次侧电流有效值I2分别为Ud＝0.9U2cosa＝0.9×100×cos30°＝77.97(A)Id＝(Ud－E)/R＝(77.97－60)/2＝9(A)I2＝Id＝9(A)③晶闸管承受的最大反向电压为：U2＝100＝141.4（V）流过每个晶闸管的电流的有效值为：IVT＝Id∕＝6.36（A）故晶闸管的额定电压为：UN＝(2~3)×141.4＝283~424（V）晶闸管的额定电流为：IN＝(1.5~2)×6.36∕1.57＝6~8（A）晶闸管额定电压和电流的具体数值可按晶闸管产品系列参数选取。22211/1313.1.3单相全波可控整流电路a)wtwab)udi1OOt图3-10单相全波可控整流电路及波形■带电阻负载时◆电路分析☞变压器T带中心抽头。☞在u2正半周，VT1工作，变压器二次绕组上半部分流过电流。☞u2负半周，VT2工作，变压器二次绕组下半部分流过反方向的电流。☞变压器也不存在直流磁化的问题。12/1313.1.3单相全波可控整流电路◆单相全波与单相全控桥的区别☞单相全波中变压器结构较复杂，材料的消耗多。☞单相全波只用2个晶闸管，比单相全控桥少2个，相应地，门极驱动电路也少2个；但是晶闸管承受的最大电压是单相全控桥的2倍。☞单相全波导电回路只含1个晶闸管，比单相桥少1个，因而管压降也少1个。◆从上述后两点考虑，单相全波电路有利于在低输出电压的场合应用。