1、第第3章章 相控整流电路相控整流电路 概念：概念：实现交流电能转换为直流电能的电路称为整流电路实现交流电能转换为直流电能的电路称为整流电路。利用电力二极管单向导电性实现的整流电路称为利用电力二极管单向导电性实现的整流电路称为二极管整流电路二极管整流电路。其主要特点是输出电压固定，主要作为电压不变的直流电源。其主要特点是输出电压固定，主要作为电压不变的直流电源。利用晶闸管的单向可控导电性实现的整流电路称为利用晶闸管的单向可控导电性实现的整流电路称为相控整流电路相控整流电路，也称，也称可可控整流电路控整流电路。其主要特点是输出电压可调，主要作为电压可调的直流电源。其主要特点是输出电压可调，主要作为
2、电压可调的直流电源。本章主要介绍本章主要介绍相控整流电路相控整流电路。整流电路的分类整流电路的分类：按组成的器件可分为按组成的器件可分为不可控不可控、半控半控、全控全控三种。三种。按电路结构可分为按电路结构可分为桥式电路桥式电路和和零式电路零式电路。（半波和全波）。（半波和全波）按交流输入相数分为按交流输入相数分为单相电路单相电路和和多相电路多相电路。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，又分为单拍电路单拍电路和和双拍电路双拍电路。按按整流电路的负载类型整流电路的负载类型分为分为电阻性电阻性、阻阻感性感性和和反电动势反电动势负载负载电路电路。3.1
3、单相可控整流电路单相可控整流电路 它可分为单相半波、单相全波和单相桥式相控整流电路，因为电路它可分为单相半波、单相全波和单相桥式相控整流电路，因为电路所连接的负载不同就会有不同的特点，所以本节主要分析上述电路在各所连接的负载不同就会有不同的特点，所以本节主要分析上述电路在各种不同负载时的工作情况。种不同负载时的工作情况。重点注意：工作原理（波形分析）、定量计重点注意：工作原理（波形分析）、定量计算、不同负载的影响。算、不同负载的影响。3.1.1 3.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路1.电阻性负载：电阻性负载：其电路如图，其电路如图，T为整流变压器，为整流变压器，起变换电压和起变
4、换电压和隔离的作用隔离的作用。其二次侧电压有效值。其二次侧电压有效值U2根据输出的直流电压根据输出的直流电压ud的平均值的平均值Ud确定。确定。负载负载tUusin222 工作原理：工作原理：在在u u2 2正半周正半周，晶闸管，晶闸管V VT承受正向电压，在电角度承受正向电压，在电角度期间由于未期间由于未加触发脉冲加触发脉冲u ug g，VTVT处于正向截止状态而承受全部电压处于正向截止状态而承受全部电压u u2 2，负载负载R R中无电流中无电流流过，负载上电压流过，负载上电压ud为零。在为零。在 时，时，VTVT被被u ug g触发导通，电源电触发导通，电源电压压u u2 2全部加在负载
5、全部加在负载R R上（忽略管压降），则负载上有电流流过。上（忽略管压降），则负载上有电流流过。到到 时，电压时，电压u u2 2 过零，在上述变化过程中，过零，在上述变化过程中，。随着电。随着电压的下降，电流也下降，电流与电压同相位。压的下降，电流也下降，电流与电压同相位。当电流下降到小于晶闸管的维持电流时，当电流下降到小于晶闸管的维持电流时，VT截止，此时截止，此时id、ud均为零。均为零。在在u u2 2的负半周的负半周，VTVT承受反向电压，承受反向电压，一直处于反向截止状态，一直处于反向截止状态，u u2 2全部加在全部加在 VTVT两端，直到下一个周期的触发脉冲两端，直到下一个周期的
6、触发脉冲 到来后，到来后，T T又被触发导通，又被触发导通，电路又重复上述工作过程。电路又重复上述工作过程。tt2uud电阻负载的特点电阻负载的特点：其电：其电压与电流成正比，两者压与电流成正比，两者波形同相位。波形同相位。在单相可控整流电路中，定义晶闸管在单相可控整流电路中，定义晶闸管从承受正向电压起从承受正向电压起到触发导通之间的电角度到触发导通之间的电角度称为称为控制角控制角(或移相角或触发角或移相角或触发角)，晶闸管在一个周期内导通的电角度称为晶闸管在一个周期内导通的电角度称为导通角导通角，用，用表示。表示。电阻性负载时参数计算：电阻性负载时参数计算：根据波形图根据波形图，可求出整流输
7、出电压平均值为：可求出整流输出电压平均值为：2cos145.02cos12sin221222UUttdUUd上式表明，只要改变控制角上式表明，只要改变控制角(即改变触发即改变触发时刻时刻)，ud、id的波形就随之改变，就可以的波形就随之改变，就可以改变整流输出电压的平均值，达到可控整改变整流输出电压的平均值，达到可控整流的目的。流的目的。因为直流输出电压和电流的波形只在因为直流输出电压和电流的波形只在正半周内出现，故称正半周内出现，故称“半波半波”整流。又因整流。又因为电路中采用了可控器件晶闸管，且交流为电路中采用了可控器件晶闸管，且交流输入为单相，故该电路称为单相半波可控输入为单相，故该电路
8、称为单相半波可控整流电路。即相控整流电路。整流电路。即相控整流电路。由于整流电压由于整流电压ud波形在电源一个周期内只波形在电源一个周期内只脉动脉动1次，故次，故该电路也称为单脉波整流电路该电路也称为单脉波整流电路。这种通过控制触发脉冲的这种通过控制触发脉冲的相位相位来控制直来控制直流输出电压大小的方式流输出电压大小的方式称为相位控制方称为相位控制方式，简称相控方式。式，简称相控方式。由由 当当=0时，时，Ud=0.45U2为最大值为最大值，当，当=时，时，Ud=0。2cos145.02cos12sin221222UUttdUUd则定义则定义移相范围移相范围：整流输出电压整流输出电压Ud的平均
9、值从最大值变化到零时，的平均值从最大值变化到零时，控制角控制角的变化范围称为移相范围的变化范围称为移相范围。显然，单相半波相控整流电路带电阻性负载时移相范围为显然，单相半波相控整流电路带电阻性负载时移相范围为。根据有效值的定义，整流输出电压的有效值为根据有效值的定义，整流输出电压的有效值为242sinsin221222UtdtUU则则整流输出电流的平均值整流输出电流的平均值Id和有效值和有效值I分别为分别为RUIddRUI 电流的波形系数电流的波形系数Kf为为cos1222sin2cos12242sindfIIK上式表明，控制角上式表明，控制角越大，波形系数越大，波形系数Kf越大。越大。如果忽
10、略晶闸管如果忽略晶闸管V VT的损耗，则变压器二次侧输出的有功功率为的损耗，则变压器二次侧输出的有功功率为UIRIP2电源输入的视在功率（二次侧）为电源输入的视在功率（二次侧）为IUS2整流电路的整流电路的功率因数功率因数为为242sin22UUIUUISP 从上式可知，功率因数是控制角从上式可知，功率因数是控制角的函数，的函数，且且越大，相控整流输出电压越低，功率因越大，相控整流输出电压越低，功率因数越小。数越小。当当=0时，时，=0.707为最大值。这是因为最大值。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波电流与基波电压(即电源输入
11、正弦电压即电源输入正弦电压)也也不同相，即使是电阻性负载，不同相，即使是电阻性负载，也不会等于也不会等于1。注意：注意：由晶闸管两端承受的电压波形可知，由晶闸管两端承受的电压波形可知，晶闸管可能承受的峰晶闸管可能承受的峰峰值电压为峰值电压为22U 例：例：有一单相半波可控整流电路，负载电阻为有一单相半波可控整流电路，负载电阻为 直接接到直接接到交流电压为交流电压为220V电源上，如图所示。在控制角电源上，如图所示。在控制角 时，时，求输出电压平均值、输出电流平均值和有效值，并选择晶闸求输出电压平均值、输出电流平均值和有效值，并选择晶闸管元件（考虑两倍裕量）。管元件（考虑两倍裕量）。10R 60
12、 2 阻感性负载阻感性负载 阻感性负载阻感性负载（可等效为电感（可等效为电感L和电阻和电阻R串联）当串联）当LRLR 时，时，则负载主要呈现为电感，称为电感性负载。则负载主要呈现为电感，称为电感性负载。阻感性负载的特点阻感性负载的特点：电感对电流变化有抗拒作用，使得电感对电流变化有抗拒作用，使得流过电感的电流不能发生突变。流过电感的电流不能发生突变。阻感性负载电路如图：阻感性负载电路如图：工作原理：工作原理：在在u u2 2正半周正半周，当晶闸管，当晶闸管VT处于断态时，电路中电流处于断态时，电路中电流id=0，负负载上电压为载上电压为0，u u2 2全部加在全部加在VT两端。两端。在在tt1
13、 1时刻时刻，即触发角，即触发角 处，触发处，触发VT使其导通，使其导通，u u2 2加于负载两端，因电感加于负载两端，因电感L的存在使的存在使id不能突变，不能突变，id从从0开始增加，但受到开始增加，但受到L的感应电动势的阻碍，的感应电动势的阻碍，直到直到tt2 2时才达到最大值，随后开始减小。时才达到最大值，随后开始减小。这时这时，交流电源一方面供给，交流电源一方面供给电阻电阻R消耗消耗的能的能量，另一方面供给量，另一方面供给电感电感L吸收的磁场能量吸收的磁场能量。到到u u2 2的过零处，的过零处，即即tt3 3 时刻时刻，id并未减小并未减小到到0，因此，因此VT仍处于通态，此后仍处
14、于通态，此后L中储存的中储存的能量开始释放，一方面供给电阻消耗的能能量开始释放，一方面供给电阻消耗的能量，另一方面供给变压器二次绕组吸收的量，另一方面供给变压器二次绕组吸收的能量，从而维持能量，从而维持id流动。流动。到到tt4时时，电感能量释放完毕，电感能量释放完毕，id下降至下降至0，VT关断并立即承受反压，直关断并立即承受反压，直到下一周期的到下一周期的tt5时刻时刻，又使，又使VT触发导通，并重复上述过程。触发导通，并重复上述过程。由波形图可知，在电角度由波形图可知，在电角度到到期间，负载上电压为正，期间，负载上电压为正，在在到到+期间，负载上电压为负，所以与电阻性负载相期间，负载上电
15、压为负，所以与电阻性负载相比，阻感性负载上所得到的输出电压平均值变小了。比，阻感性负载上所得到的输出电压平均值变小了。其输出电压平均值其输出电压平均值U Ud d为为tdutduUUULRdLdRd2121022121diLtddtdiLtduULdLtduURd21故故 上式表明上式表明:阻阻感性负载上的电压平均值等感性负载上的电压平均值等于负载电阻上的电压平均值。于负载电阻上的电压平均值。22sin2sin2coscos22sin22121222UUttdUtduURd所以所以 可以看出可以看出：平均电压与控制角：平均电压与控制角、导通角导通角有关，对有关，对同一控制角同一控制角而言，负载
16、阻抗越大（即而言，负载阻抗越大（即L越大），导通角越大），导通角越大，输出电压平均值越大，输出电压平均值Ud越低。越低。由于负载中存在电感，使负载电压波形出现负值部分，由于负载中存在电感，使负载电压波形出现负值部分，晶闸管的导通角晶闸管的导通角变大，且负载中变大，且负载中L越大，越大，越大，输出电越大，输出电压波形图上负电压的面积越大，从而使输出电压平均值减压波形图上负电压的面积越大，从而使输出电压平均值减小。在大电感负载小。在大电感负载LR的情况下，负载电压波形图中正的情况下，负载电压波形图中正负面积相近，即不论负面积相近，即不论为何值，都有为何值，都有 ，都，都有有 。220dU l 由上
17、述分析可知：在单相半波可控整流电路中，由于电由上述分析可知：在单相半波可控整流电路中，由于电感的存在使整流输出电压的平均值减小，特别是在大电感负感的存在使整流输出电压的平均值减小，特别是在大电感负载载 时输出平均电压为零，负载上得不到应有的时输出平均电压为零，负载上得不到应有的电压。电压。l 解决的办法是在负载两端并联续流二极管解决的办法是在负载两端并联续流二极管VDR，如下图如下图所示。所示。l工作原理：工作原理：RL 在电源电压正半周在电源电压正半周 时，触发晶闸时，触发晶闸管导通，二极管管导通，二极管VDR承受反压而截止，负载承受反压而截止，负载电压波形与不接电压波形与不接VDR时相同时
18、相同 ；在电源电压负；在电源电压负半周时，半周时，VTVT截止，截止，VDR导通，负载上电感导通，负载上电感L L维持的电流经续流二极管维持的电流经续流二极管VDR继续流通，此继续流通，此过程称为过程称为续流续流，所以，所以VDR称为称为续流二极管续流二极管。此时，负载上电压为零（忽略此时，负载上电压为零（忽略VDR的管压的管压降），所以不会出现负电压。降），所以不会出现负电压。由此可知，在电源电压正半周负载电流由由此可知，在电源电压正半周负载电流由晶闸管导通提供，在电源电压负半周，二极管晶闸管导通提供，在电源电压负半周，二极管VDR维持负载电流。因此负载电流是一个维持负载电流。因此负载电流是
19、一个连续连续且平稳且平稳的直流电流。特别是大电感负载时，负载的直流电流。特别是大电感负载时，负载电流波形是接近于一条平行于横轴的直线，电流波形是接近于一条平行于横轴的直线，其值为其值为I Id。t 其其晶闸管在晶闸管在一个周期内的导通角为一个周期内的导通角为-二极管在一个周期内的导通角为二极管在一个周期内的导通角为+若若id近似为近似为Id，则流过则流过晶闸管的电流平均值晶闸管的电流平均值和有效值分别为和有效值分别为ddVTII2 ddVTItdII2212 流过续流二极管的电流平均值和有效值分别为流过续流二极管的电流平均值和有效值分别为ddVDIIR2 dddVDIItdIIR22122其移
20、相其移相范围为范围为180。晶闸管承受的最大正反向电压均晶闸管承受的最大正反向电压均为为22U 续流二极管承受的续流二极管承受的正向正向电压为电压为-ud其承受的最大反向电压为其承受的最大反向电压为22U单相半波可控整流电路的特点单相半波可控整流电路的特点a.简单，但输出脉动大，变压器二次侧电流中含直流分量，造成变压器铁芯直流磁化。b.实际上很少应用此种电路。c.分析该电路的主要目的在于利用其简单易学的特点，建立起整流电路的基本概念。3.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路 有有电阻负载、阻感负载和反电动势负载电阻负载、阻感负载和反电动势负载三种情况。三种情况。1、电阻性负载、电阻
21、性负载（1 1）电路构成：电路构成：如图，如图，T T为整流变压器，四个晶闸管组成两个桥臂（为整流变压器，四个晶闸管组成两个桥臂（VTVT1 1和和VTVT4 4组成一对桥臂，组成一对桥臂，VTVT2 2和和VTVT3 3组成另一对桥臂），构成整组成另一对桥臂），构成整流桥，二次电压接在流桥，二次电压接在a a和和b b两点，负载为纯电阻两点，负载为纯电阻R R。（2）工作原理分析：）工作原理分析：当当u2进入正半周时进入正半周时，a 端电位高于端电位高于b端，端，VT1和和VT4同时承受正压（同时承受正压（VT2和和VT3 承受反压），承受反压），如果此时门极无触发信号，则它们仍处于正向如果
22、此时门极无触发信号，则它们仍处于正向截止状态，其等效电阻远大于负载电阻截止状态，其等效电阻远大于负载电阻R，u2将将全部加在全部加在VT1和和VT4上（各为上（各为1/2的的u2)，负载上负载上电压为电压为0。在在 时，给时，给VT1和和VT4同时加触发脉同时加触发脉冲，则冲，则VT1和和VT4立即导通，立即导通，u2将通过将通过VT1和和VT4加加在负载电阻上。（导通时管压降可视为在负载电阻上。（导通时管压降可视为0）在在u2正半周，正半周，VT2和和VT3均承受反压而处于截均承受反压而处于截止状态。止状态。当电源电压当电源电压u2降到降到0时，电流时，电流id也降为也降为0，VT1和和VT
23、4截止。截止。当当u2进入负半周时进入负半周时，b端电位高于端电位高于a端，端，VT2和和VT3同时承受正压，在同时承受正压，在 时，同时时，同时给给VT2和和VT3加触发脉冲使其导通，电流经加触发脉冲使其导通，电流经VT3、R、VT2、T二次侧形成回路。在负载两端获得二次侧形成回路。在负载两端获得与与u2正半周相同波形的整流电压和电流，这期正半周相同波形的整流电压和电流，这期间间VT1和和VT4均承受反压而处于截止状态，均承受反压而处于截止状态，i2则反则反向。向。tt 当当u2由负半周过由负半周过0变正时，变正时，VT2和和VT3因电流过零而截止。在此期间因电流过零而截止。在此期间VT1和
24、和VT4因承受反压而截止，所以因承受反压而截止，所以ud和和id又降为又降为0。一个周期过后，重。一个周期过后，重复循环。复循环。注意：注意：两组触发脉冲在相位上相差两组触发脉冲在相位上相差180度。度。由此可知：在由此可知：在u2的正、负半周的正、负半周里，两组晶闸管轮流触发导通，将里，两组晶闸管轮流触发导通，将交流电变成脉动的直流电。交流电变成脉动的直流电。其脉动的次数为其脉动的次数为2，所以，所以该电路该电路属于双脉波整流电路。属于双脉波整流电路。改变触发脉冲出现的时刻，即改变触发脉冲出现的时刻，即改变触发角的大小，改变触发角的大小，ud和和id的波形的波形和平均值大小随之改变。和平均值
25、大小随之改变。在变压器二次绕组中，正负两在变压器二次绕组中，正负两个半周电流方向相反且波形对称，个半周电流方向相反且波形对称，所以所以i2的平均值为零，即直流分量为的平均值为零，即直流分量为零，零，不存在变压器直流磁化问题，不存在变压器直流磁化问题，变压器绕组的利用率高。变压器绕组的利用率高。（3）参数计算：）参数计算：整流输出电压的平均值：整流输出电压的平均值：2cos19.0sin2122UttdUUd 即即U Ud d为最小值时，为最小值时，=180=180，U Ud d为最大值时为最大值时=0=0，所以单相全控桥所以单相全控桥式整流电路带电阻性负载时，式整流电路带电阻性负载时，的移相范
26、围是的移相范围是0 0180180。整流输出电压的有效值为整流输出电压的有效值为 22sinsin21222UtdtUU输出电流的平均值和有效值分别为输出电流的平均值和有效值分别为2cos19.02RURUIdd22sin2RURUI变压器二次电流与变压器二次电流与I相等，即相等，即I2=I 流过每个晶闸管的平均电流为输出电流平均值的一半（因为它们轮流流过每个晶闸管的平均电流为输出电流平均值的一半（因为它们轮流导通），即导通），即2cos145.0212VTRUIIdd 流过每个晶闸管的电流有效值为：流过每个晶闸管的电流有效值为：222sin2sin221222VTIRUtdtRUI晶闸管承受
27、的最大正向和反向电压：晶闸管承受的最大正向和反向电压：晶闸管承受的最大正向和反向电压：晶闸管承受的最大正向和反向电压：晶闸管在导通时管压降为晶闸管在导通时管压降为0 0，故其波形为与横轴重合的直线段；，故其波形为与横轴重合的直线段；VTVT1 1和和VTVT4 4加正向电压但触发脉冲没到时，四个晶闸管都不导通，假定加正向电压但触发脉冲没到时，四个晶闸管都不导通，假定VTVT1 1和和VTVT4 4的的漏电阻相等，则每个元件承受的最大可能的正向电压等于漏电阻相等，则每个元件承受的最大可能的正向电压等于 VTVT1 1和和VTVT4 4反向截止时，漏电流为反向截止时，漏电流为0 0，只要另一组晶闸
28、管导通，就把整，只要另一组晶闸管导通，就把整个电压个电压u u2 2加到加到VTVT1 1或或VTVT4 4上，故两个晶闸管承受的最大反向电压为上，故两个晶闸管承受的最大反向电压为222U22U 在一个周期内每个晶闸管只导通一次，则流过晶闸管的电流波形系数为在一个周期内每个晶闸管只导通一次，则流过晶闸管的电流波形系数为cos1222sin2cos1222sin222VTVTVTRURUIIKdf与半波整流时相同与半波整流时相同负载电流的波形系数为负载电流的波形系数为cos1222sin2cos1222sin2122RURUIIKdf 在一个周期内电源通过变压器两次向负载提供能量，因此负载电流有
29、在一个周期内电源通过变压器两次向负载提供能量，因此负载电流有效值效值I与变压器二次电流有效值与变压器二次电流有效值I2相同。则电路的功率因数可以按下式计算相同。则电路的功率因数可以按下式计算22sin22sin22222UUUUIUUISP 的移相范围相等，均为的移相范围相等，均为0 0180180；输出电压平均值输出电压平均值U Ud是半波整流电路的倍；是半波整流电路的倍；在相同的负载功率下，流过晶闸管的平均电流减在相同的负载功率下，流过晶闸管的平均电流减 小一半；小一半；功率因数提高了功率因数提高了 倍。倍。通过上述数量关系的分析，当通过上述数量关系的分析，当负载为电阻负载为电阻时，对单时
30、，对单相全控桥式整流电路与半波整流电路可作如下比较：相全控桥式整流电路与半波整流电路可作如下比较：2 例题：例题：如图所示的单相全控桥式整流电如图所示的单相全控桥式整流电路，路，要求，要求 之间变化，求之间变化，求（1 1）整流变压器）整流变压器TrTr的变比（不考虑裕量）；的变比（不考虑裕量）；（2 2）选择晶闸管的型号（考虑）选择晶闸管的型号（考虑2 2倍裕量）；倍裕量）；（3 3）在不考虑损耗的情况下，选择整流变压器的）在不考虑损耗的情况下，选择整流变压器的容量；容量；（4 4）计算负载电阻的功率；）计算负载电阻的功率；（5 5）计算电路的最大功率因数。）计算电路的最大功率因数。4dRA
31、Id250在电阻性负载电阻性负载:当负载由电感与电阻组成时当负载由电感与电阻组成时称为阻感性负载称为阻感性负载。单相全控桥式整。单相全控桥式整流电路带阻感性负载的电路如图所示。流电路带阻感性负载的电路如图所示。由于电感储能，而且储能不能突变。因此电感中的电流不能突变，由于电感储能，而且储能不能突变。因此电感中的电流不能突变，即电感具有阻碍电流变化的作用。当流过电感中的电流变化时，在电即电感具有阻碍电流变化的作用。当流过电感中的电流变化时，在电感两端将产生感应电动势，引起电压降感两端将产生感应电动势，引起电压降 。负载中电感量的大小。负载中电感量的大小不同，整流电路的工作情况及输出电压、电流的波
32、形也具有不同的特不同，整流电路的工作情况及输出电压、电流的波形也具有不同的特点。当负载电感量点。当负载电感量L L较小（即负载阻抗角较小（即负载阻抗角 小），控制角小），控制角 较大，较大，且且 时，负载上的电流不连续。当电感量时，负载上的电流不连续。当电感量L L增大增大 时，负载上的电流不连续的可能性就会时，负载上的电流不连续的可能性就会 减小。当电感减小。当电感L L很大时，且很大时，且 时，时，这种负载称为这种负载称为大电感负载大电感负载。此时。此时大电感大电感 阻止负载中电流的变化，负载电流连续，阻止负载中电流的变化，负载电流连续，可看作一条水平直线。可看作一条水平直线。其各电量的波
33、形如下图所示。其各电量的波形如下图所示。2阻感负载阻感负载LuRL 单相全控桥带阻感负载时的电路及波形图：单相全控桥带阻感负载时的电路及波形图：2O tO tO tudidi2b)O tO tuVT1,4O tO tIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4u（1）工作原理分析：）工作原理分析：在电源电压在电源电压u u2 2的正半周，的正半周，VTVT1 1、VTVT4 4承受正向电压，若在承受正向电压，若在时触发，时触发，VTVT1 1、VTVT4 4导通，电流经导通，电流经VTVT1 1、负载、负载、VTVT4 4和和T T二次侧形成回路，但由二次侧形成回路，但由于大电感的存在，于大电
34、感的存在，u u2 2过零变负时，电感上的感应电动势使过零变负时，电感上的感应电动势使VTVT1 1、VTVT4 4继续导继续导通，直到通，直到VTVT3 3、VTVT2 2被触发导通时，被触发导通时，VTVT1 1、VTVT4 4承受反向电压而截止。输出电承受反向电压而截止。输出电压的波形出现了负值部分。压的波形出现了负值部分。t 在电源电压在电源电压u2的负半周，的负半周，VTVT3 3、VTVT2 2承受正向电压，在承受正向电压，在 时时触发，触发，VTVT3 3、VTVT2 2导通，导通，VTVT1 1、VTVT4 4受反向电压截止，负载电流从受反向电压截止，负载电流从VTVT1 1、
35、VTVT4 4中中迅速转移至迅速转移至VTVT3 3、VTVT2 2中。中。此过程称为换相，也称换流。此过程称为换相，也称换流。在在 时，时，电压电压u u2 2过零过零,VT,VT3 3、VTVT2 2因电感中的感应电动势一直导通，直到下一个周期因电感中的感应电动势一直导通，直到下一个周期VTVT1 1、VTVT4 4导通时，导通时，VTVT3 3、VTVT2 2因加反压才截止。如此循环下去。因加反压才截止。如此循环下去。t2t（2）阻）阻感负载感负载参数计算：参数计算：在电流连续的情况下整流输出电压的平均值为在电流连续的情况下整流输出电压的平均值为整流输出电压有效值为整流输出电压有效值为晶
36、闸管承受的最大正反向电压为晶闸管承受的最大正反向电压为 在一个周期内每组晶闸管各导通在一个周期内每组晶闸管各导通180180，两组轮流导通，变压器二次，两组轮流导通，变压器二次电流是正负对称的方波，电流的平电流是正负对称的方波，电流的平均值均值I Id d和有效值和有效值I I及变压器的及变压器的I I2 2相等，相等，其波形系数为。其波形系数为。cos9.0cos22sin21222UUttdUUd900222sin21UtdtUU22U 注意：注意：只有当只有当 时，负载电流才连续，当时，负载电流才连续，当 时，负载电流时，负载电流不连续，而且输出电压的平均值均接近于零，因此这种电路不连续
37、，而且输出电压的平均值均接近于零，因此这种电路控制角的移相控制角的移相范围是范围是2/2/2/0控制角等于控制角等于90度，电压正负面积相等，度，电压正负面积相等，大于大于90度，负面积大于正面积。度，负面积大于正面积。流过每个晶闸管的电流平均值和有效值分别为流过每个晶闸管的电流平均值和有效值分别为 单相全控桥式整流电路具有输出电流脉动小，功率因数高，单相全控桥式整流电路具有输出电流脉动小，功率因数高，变压器二次电流为两个等大反向的半波，没有直流磁化问题，变压器二次电流为两个等大反向的半波，没有直流磁化问题，变压器的利用率高等优点变压器的利用率高等优点。在大电感负载情况下，在大电感负载情况下，
38、接近接近/2时，输出电压的平均值接时，输出电压的平均值接近于零，负载上的电压太小近于零，负载上的电压太小（解决的办法是在负载两端并联续（解决的办法是在负载两端并联续流二极管）流二极管）且理想的大电感负载是不存在的，故实际电流波形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，而且在不可能是一条直线，而且在之前，电流就出现断流。电之前，电流就出现断流。电感量越小，电流开始断续的感量越小，电流开始断续的值就越小。值就越小。（3）结论）结论ddddIIII2122VTVTdddIIII2122VTVT 3反电势负载反电势负载 被充电的蓄电池、电容器、正在运行的直流电动机的电枢（电枢旋转
39、时被充电的蓄电池、电容器、正在运行的直流电动机的电枢（电枢旋转时产生感应电动势产生感应电动势E）等负载本身就是一个直流电压源。对于可控整流电路来等负载本身就是一个直流电压源。对于可控整流电路来说，它们就是说，它们就是反电动势负载反电动势负载，可用电动势可用电动势E E和内阻和内阻R R来表示，如图所示：来表示，如图所示：（1）工作原理：）工作原理：在忽略电路中的电感在忽略电路中的电感L L时，只有当时，只有当电压电压u u2 2的瞬时值大于反电动势的瞬时值大于反电动势E E时，晶时，晶闸管才会有正向电压，才能触发导通。闸管才会有正向电压，才能触发导通。u u2 2EE时，晶闸管截止。导通期间，
40、输时，晶闸管截止。导通期间，输出整流电压出整流电压u ud d=u=u2 2，同时有，同时有则整流电流为则整流电流为 直到直到 即降至零使晶闸管关断，此后，即降至零使晶闸管关断，此后，ddRiEuREuiddEu2diEud b)idOEud tIdO t d d 由波形图可知，导电角由波形图可知，导电角，整流电流波形出现断流。其波形如图所示。整流电流波形出现断流。其波形如图所示。图中的图中的角为停止导电角。也就是说与电阻负载时相比，晶闸管提前了角为停止导电角。也就是说与电阻负载时相比，晶闸管提前了电角度停止导电。其值由下式计算电角度停止导电。其值由下式计算 当当时，若触发脉冲到来，晶时，若触
41、发脉冲到来，晶闸管因承受负电压不可能导通。为闸管因承受负电压不可能导通。为了使晶闸管可靠导通，要求触发脉了使晶闸管可靠导通，要求触发脉冲有足够的宽度，保证当冲有足够的宽度，保证当 时刻晶闸管开始承受正向电压时，时刻晶闸管开始承受正向电压时，触发脉冲仍然存在，这样就要求触触发脉冲仍然存在，这样就要求触发角发角。22arcsinUEddt b)idOEud tIdO t d d 注意：注意：当负载为直流电动机时，如果出现电流断续，则电动当负载为直流电动机时，如果出现电流断续，则电动机机 的机械特性将很软的机械特性将很软。ub)idOEdtIdOtd由图中可以看出：由图中可以看出：导通角越小，则电导
42、通角越小，则电流波形的底部就越窄，而电流平均值流波形的底部就越窄，而电流平均值是与电流波形的面积成正比的，因而是与电流波形的面积成正比的，因而为了增大电流平均值，必须增大电流为了增大电流平均值，必须增大电流峰值，这就要求较多地降低反电动势。峰值，这就要求较多地降低反电动势。因此，当电流断续时，随着因此，当电流断续时，随着Id的增大，的增大，转速转速n（与反电动势成比例）降落较与反电动势成比例）降落较大，机械特性较软，相当于整流电流大，机械特性较软，相当于整流电流的内阻增大。的内阻增大。较大的电流峰值在电动机换向时较大的电流峰值在电动机换向时容易产生火花。同时，对于相等的电容易产生火花。同时，对
43、于相等的电流平均值，若电流波形底部越窄，则流平均值，若电流波形底部越窄，则其有效值越大，要求电源的容量也大。其有效值越大，要求电源的容量也大。ub)idOEdtIdOtd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。用来减少电流的脉动和延长晶闸管导通的时间。这时整流电压这时整流电压u ud d的波形和负载电流的波形和负载电流i id d的波形与阻感负载电流连续时的波的波形与阻感负载电流连续时的波形相同，形相同，u ud d的计算公式也一样。的计算公式也一样。为保证电流连续所需的电感量L可由下式求出：有了有了L，当，当u2E时时甚至变负时，晶甚至变负时，晶闸管仍可导通，只要闸管仍可
44、导通，只要L足够大足够大就能使就能使电流连续，晶闸管每次导通电流连续，晶闸管每次导通180。min23min21087.222ddIUIUL 3.1.3 3.1.3 单相全波可控整流电路单相全波可控整流电路又称单相双半波可控整流电路又称单相双半波可控整流电路电路结构：电路结构：变压器变压器T带中心抽头。带中心抽头。工作分析：工作分析：在在u2正半周，正半周，VT1工作，工作，T二次绕组上半部分流过电二次绕组上半部分流过电流，在流，在u2 负半周，负半周，VT2工作，工作，T二次绕组下半部分流过反方向电流，其二次绕组下半部分流过反方向电流，其输出电压波形如图，与单相全控桥的输出电压波形一样。输出
45、电压波形如图，与单相全控桥的输出电压波形一样。从交流输入端电流的波形也可以看出，其波形在一周期内是对称的，从交流输入端电流的波形也可以看出，其波形在一周期内是对称的，所以变压器也不存在直流磁化的问题。所以变压器也不存在直流磁化的问题。接接其他负载时，也有相同的结论。其他负载时，也有相同的结论。但但它与全控桥也是有区别的：它与全控桥也是有区别的：单相全波与单相全控桥的区别：单相全波与单相全控桥的区别：单相全波中变压器二次绕组中心有抽头，结构较复杂，材料单相全波中变压器二次绕组中心有抽头，结构较复杂，材料的消耗多。的消耗多。单相全波只用单相全波只用2 2个晶闸管，比单相全控桥少个晶闸管，比单相全控
46、桥少2 2个，相应地，门个，相应地，门极驱动电路也少极驱动电路也少2 2个；但是晶闸管承受的最大电压是单相全控个；但是晶闸管承受的最大电压是单相全控桥的桥的2 2倍，为倍，为 。（在输出相同电压的情况下）。（在输出相同电压的情况下）单相全波导电回路只含单相全波导电回路只含1 1个晶闸管，比单相桥少个晶闸管，比单相桥少1 1个，因而管个，因而管压降也少压降也少1 1个。个。222U所以，单相全波电路适宜于在低输出电压的场合应用。所以，单相全波电路适宜于在低输出电压的场合应用。3.1.4 单相桥式半控整流电路单相桥式半控整流电路1 电路结构电路结构 在单相全控桥式整流电流中，需要四只晶闸管，且触发
47、电在单相全控桥式整流电流中，需要四只晶闸管，且触发电路要分时触发一对晶闸管，电路复杂。在实际应用中，如果对路要分时触发一对晶闸管，电路复杂。在实际应用中，如果对控制特性的陡度没有特殊要求，可采用单相半控桥式整流电路，控制特性的陡度没有特殊要求，可采用单相半控桥式整流电路，如图，如图，T是整流变压器，是整流变压器，VT1、VT2是晶闸管，是晶闸管，VD3、VD4是是整流二极管。整流二极管。该电路在电阻性负载时的工作情况与全控整流电路完全相该电路在电阻性负载时的工作情况与全控整流电路完全相同，各参数的计算也相同，本小节仅讨论大电感负载时的工作同，各参数的计算也相同，本小节仅讨论大电感负载时的工作情
48、况。情况。单相桥单相桥式半控式半控整流电路整流电路单相桥单相桥式式全控整流电路全控整流电路2 2 大电感负载时的工作情况大电感负载时的工作情况注意：注意：大电感负载时，负载电流连续并近似为直线。大电感负载时，负载电流连续并近似为直线。（1）工作分析：）工作分析：在在u u2 2正半周正半周，控制角为，控制角为时，触发晶闸管时，触发晶闸管T T1 1，则，则T T1 1和和D D2 2导通，负载电流导通，负载电流 从从a a点经点经T T1 1、D D2 2流回到流回到b b点，此时整流桥输出电压点，此时整流桥输出电压 。当当u u2 2过过0 0并开始变负时并开始变负时，由于电感的作用，由于电
49、感的作用，T T1 1将继续导通，但此时将继续导通，但此时b b点电位高点电位高于于a a点电位，使点电位，使D D1 1正偏导通，而正偏导通，而D D2 2反偏截止，电流从反偏截止，电流从D D2 2转换到转换到D D1 1，负载电流从负载电流从a a点经点经T T1 1、D D1 1继续流回到继续流回到a a点，形成不经过变压器的自然续流。点，形成不经过变压器的自然续流。此时整流桥输出电压为此时整流桥输出电压为T T1 1和和D D1 1的正向的正向压降，若忽略管压降，则压降，若忽略管压降，则u ud d接近于接近于0 0，所以没有负半波，所以没有负半波，在这一点上，半控桥在这一点上，半控
50、桥和全控桥和全控桥是不同的。是不同的。2uud 在在u u2 2负半周负半周，具有与正半周相似的情况。在，具有与正半周相似的情况。在 时触发晶闸管时触发晶闸管T T2 2，则，则T T2 2和和D D1 1导通，导通，T T1 1承受反压而截止，负载承受反压而截止，负载电流从电流从b b点经点经T T2 2、D D1 1流回到流回到a a点，此时整流桥输出电点，此时整流桥输出电压压 。同理，当。同理，当u u2 2在在22过零并开始变正时，由于电过零并开始变正时，由于电感的作用，感的作用，T T2 2将继续导通，将继续导通，D D2 2正偏导通，而正偏导通，而D D1 1反偏截止，电反偏截止，
