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1、1第2章 晶闸管相控电路2.1 晶闸管单相可控整流电路晶闸管单相可控整流电路2.4 相控式交流调压电路相控式交流调压电路2.3 电动势负载可有源逆变电动势负载可有源逆变2.2 晶闸管三相可控整流电路晶闸管三相可控整流电路2.5 相控电路的同步问题相控电路的同步问题1/5/20231概述：各种整流器电解用整流器电解用整流器同步电机励磁用整流器同步电机励磁用整流器电力传动用整流器电力传动用整流器2大型整流器大型整流器小型整流器小型整流器这种交这种交-直传动的电力机直传动的电力机车，也用到了大功率整车，也用到了大功率整流器流器。概述各种整流器31/5/202342.1 晶闸管单相可控整流电路晶闸管单
2、相可控整流电路单相整流电路单相整流电路2.1.1单相半波单相半波整流电路整流电路2.1.2单相单相桥式全控桥式全控整流电路整流电路2.1.3单相单相桥式半控桥式半控整流电路整流电路41/5/20235单相半波整单相半波整流电路流电路BBE EC CDDAA电路构成电压波形及表达式数量关系电感性负载续流二极管2.1.1 单相半波整流电路单相半波整流电路52.1 单相半波可控整流电路结构及波形单相半波可控整流电路结构及波形TVTRu1u2uVTudidu图图3-1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路带电阻负载的工作情况带电阻负载的工作情况 变压器变压器T起变换电压和隔离的作起变换电压和隔离的
3、作用，其一次侧和二次侧电压瞬时值用，其一次侧和二次侧电压瞬时值分别用分别用u1和和u2表示，有效值分别用表示，有效值分别用U1和和U2表示，其中表示，其中U2的大小根据需的大小根据需要的直流输出电压要的直流输出电压ud的平均值的平均值Ud确确定。定。电阻负载的特点是电阻负载的特点是电压与电流电压与电流成正比，两者波形相同成正比，两者波形相同。在分析整流电路工作时，认为在分析整流电路工作时，认为晶闸管（开关器件）为晶闸管（开关器件）为理想器件理想器件，即晶闸管导通时其管压降等于零，即晶闸管导通时其管压降等于零，晶闸管阻断时其漏电流等于零，除晶闸管阻断时其漏电流等于零，除非特意研究晶闸管的开通、关
4、断过非特意研究晶闸管的开通、关断过程，一般认为晶闸管的开通与关断程，一般认为晶闸管的开通与关断过程瞬时完成。过程瞬时完成。62.1 单相半波可控整流电路结构及波形单相半波可控整流电路结构及波形wwwwtTVTR0a)u1u2uVTudidwt1p2 ptttu2uguduVTaq0b)c)d)e)00图图3-1 单相半波可控整流电路及波形单相半波可控整流电路及波形n基本数量关系基本数量关系n ：从晶闸管开始承受正向：从晶闸管开始承受正向阳极电压起到施加触发脉冲止的阳极电压起到施加触发脉冲止的电角度称为触发延迟角，也称电角度称为触发延迟角，也称触触发角或控制角发角或控制角。n ：晶闸管在一个电源
5、周期晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度称为中处于通态的电角度称为导通角导通角。n 随着随着 增大，增大，Ud减小，该电减小，该电路中路中VT的的 移相范围为移相范围为180。n通过控制触发脉冲的相位来控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，简称相控方式相位控制方式，简称相控方式。n名称名称:直流输出电压直流输出电压ud为极性不变，为极性不变，但瞬时值变化的脉动直流，其波但瞬时值变化的脉动直流，其波形只在形只在u2正半周内出现，故称正半周内出现，故称“半波半波”整流整流.加之电路中采用了可加之电路中采用了可控器件晶闸管，且交流输入为控
6、器件晶闸管，且交流输入为单单相相，故该电路称为，故该电路称为单相半波可控单相半波可控整流电路整流电路。72.1.1单相半波整流电路数量关系负载电压平均值（直流成分）为负载电压有效值为wwwwt0wt1p2ptttu2uguduVTaq00082.1.1单相半波整流电路数量关系电路的功率因数（与交流电路不同）:视在功率S：交流电源侧电压有效值与电流有效值的乘积。有功功率P：负载电压有效值与电流有效值的乘积。随着控制角的增加，功率因数降低，最大的功率因数为0.707TVTRu1uuVTudid92.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路-带电感负载带电感负载uwttwwtwtw20wt1
7、p2ptug0ud0id0uVT0qab)c)d)e)f)+图图3-2 带阻感负载的单相半带阻感负载的单相半波可控整流电路及其波形波可控整流电路及其波形带阻感负载的工作情况带阻感负载的工作情况 阻感负载的特点阻感负载的特点：电感对电流变化有抗拒作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。用，使得流过电感的电流不能发生突变。电路分析电路分析 晶闸管晶闸管VT处于断态处于断态,id=0,ud=0,uVT=u2。在在 t1时刻，即触发角时刻，即触发角 处处 ud=u2。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。开始增加。u2由正变负的过零点处，由正变负的过零点处，i
8、d已经处于减小的已经处于减小的过程中，但尚未降到零（另外过程中，但尚未降到零（另外VT由于电感的感应由于电感的感应电动势的作用仍然承受正向电压），因此电动势的作用仍然承受正向电压），因此VT仍处仍处于通态于通态。t2时刻，电感能量释放完毕，时刻，电感能量释放完毕，id降至零，降至零，VT关断并立即承受反压关断并立即承受反压。由于电感的存在延迟了由于电感的存在延迟了VT的关断时刻，使的关断时刻，使ud波形出现负的部分，与带电阻负载时相比其平均波形出现负的部分，与带电阻负载时相比其平均值值Ud下降。下降。为解决上述矛盾，在整流电路的负载为解决上述矛盾，在整流电路的负载两端并联一个二极管，称为两端并
9、联一个二极管，称为续流二极管续流二极管。102.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路-续流二极管续流二极管有续流二极管的电路有续流二极管的电路 电路分析电路分析 u2正半周时正半周时，与没有续流二极管，与没有续流二极管时的情况是一样的。时的情况是一样的。当当u2过零变负时过零变负时，VDR导通，导通，ud为为零，此时为负的零，此时为负的u2通过通过VDR向向VT施加施加反压使其关断，反压使其关断，L储存的能量保证了储存的能量保证了电流电流id在在L-R-VDR回路回路中流通，中流通，此过程通常称为此过程通常称为续流续流。若若L足够大，足够大，id连续连续，且，且id波形接波形接近一
10、条水平线近一条水平线。u2udiduVTiVTIdIdwt1wtwtwtwtwtwtOOOOOOp-ap+ab)c)d)e)f)g)iVDRa)单相半波带阻感负载有续流二单相半波带阻感负载有续流二极管的电路及波形极管的电路及波形 电路工作时能量的传递过程电路工作时能量的传递过程:VT导通时电源输出的能量一部分供R消耗，另一部分被L吸收储存；在VT关断期间，电感释放能量供R消耗，直到L中的储能释放完毕，id下降到0，VDR关断(电流不连续的情况)。112.1.1单相半波整流电路续流二极管当足够大，负载电流id的波形将趋于一条直线，此时，晶闸管和续流二极管交替导通，流过晶闸管和续流二极管的电流的波
11、形为矩形波。由此可得出晶闸管电流有效值IVT为流二极管电流有效值IDR为 单相半波可控整流电路的特点：电路简单，输出脉动大，变压器单相半波可控整流电路的特点：电路简单，输出脉动大，变压器二次侧电流中含直流分量，造成变压器铁芯二次侧电流中含直流分量，造成变压器铁芯直流磁化直流磁化。（VT的导通区间t）续流二极管的导通区间t0，VR承受反压不导通，当电源电压过零变负时,由于电感感应电动势的作用，VR导通。VR的导通使得VT1、VD3的串联支路的两端因有一个很小的电压不足以使VT1、VD3导通（即使用VR续流而不使用VT1和VD3续流），所以VT1关断。VR导通后ud=0，一直持续到VT2获得触发脉冲而导通，电路进入VT2、VD3导通的状态，ud=-u。待到负半周结束开始正半周时，VR又一次导通续流，同时使VT2关断，ud=0，直到VT1再度获得触发脉冲开通。232.1.3单相桥式半控整流电路续流二极管晶闸管电流有效值（与桥臂上的二极管的形同）为 二极管电流有效值为 如果负载的时间常数足够大，则负载电流为一常数Id，晶闸管、桥臂上的二极管以及续流二极管流过的电流为方波，晶闸管、桥臂上的二极管导通的时间为 ，续流二极管导通的时间为加入二极管以后，输出电压Ud波形与桥式全控电路电阻负载相同24