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1、绪论1. 什么是电力电子技术电子技术包括两大分支：信息电子技术和电力电子技术。信息电子技术：通常所说的模拟电子技术和数字电子技术都属于信息电子技术。信息电子技术主要用于信息处理。电力电子技术：即应用于电力领域的电子技术。主要用于电力变换，即使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。（Power Electronics，简称PE）电力电子器件：亦称电力半导体器件，均用半导体制成。电力电子技术所变换的“电力”，可以大到数百MW甚至GW，也可以小到数W甚至1W以下。2. 电力电子技术的应用通常的电力分为交流电和直流电。分别来自公用电网和蓄电池。通常的电源往往不能满足新技术发展的要求。各种各样的应用
2、场合对供电电源的性能要求越来越高，所要求的种类花样也越来越多。特种电源的典型用例：交流电动机变频调速、变频空调、变频电梯等。交流电力电源的频率和电压要求在宽范围内连续可调；台灯调光及舞台灯光控制；直流电机调速传动；不间断电源（UPS）；脉冲电源：输出的电压或电流为幅度、频率及脉宽连续可调或间歇式脉冲序列。用于焊接、雷达、超声、激光控制、数控机床伺服电机驱动等等。电化学电源：用于点解、电镀、防腐、污水处理、充电机等。通讯电源：用于各种通讯设备供电（48V，充电备自投）。开关电源：用于各种仪器设备。重要应用领域：航空航天、军事设施、船舶、电力机车、地铁、磁悬浮列车、石油石化、冶金、机器人、科学实验
3、等等。从工业生产到社会生活，各行各业的电气自动化、机电一体化水平的不断提高，都需要各式各样的特种电源装置，需要运用电力电子技术进行多种电力变换与控制。3. 电力电子技术的研究内容：电力电子技术分为电力电子器件制造技术和变流技术两个分支。变流技术也称为电力电子器件的应用技术。变流技术：研究用PE器件构成各种电力变换电路拓扑和对这些电路进行控制的技术，以及由它构成PE装置和系统。电力变换通常可分为四大类：1） 交流变直流（AC/DC，整流）；2） 直流变交流（DC/AC，逆变）；3） 直流变直流（DC/DC，直流斩波），指一种直流电压（或电流）变为另一种直流电压（或电流）；4） 交流变交流（AC/
4、AC，交流电力控制），可以是电压或电力的变换，也可变换频率或相数。交流技术即完成上述电力变换的技术。4. 电力电子技术的学科地位及特点：电力电子学，又称功率电子学，这一名称是在60年代出现的。三个学科交叉而形成：电力学、电子学和控制理论。1974年，美国的一位科学家提出这一种观点，被全世界普遍接受。PE和电子学 二者都分为器件制造和电子电路两大分支，同根同源。两类器件制造技术的理论基础相同。制造工艺也基本相同。特别是现代电力电子器件的制造大都使用集成电路制造工艺，采用微电子制造技术。PE和电力学PE是弱电控制强电的技术，强弱电之间的接口。控制对象往往都和电力有关：比如交、直流电机、伺服控制电机
5、等电力传动或机电系统，电力系统的无功补偿、励磁、电加热等。PE技术是电气工程学科中最为活跃的一个分支。本来电气工程（电力学）领域（包括电力传动和电力系统）以及机械类学科领域发展的历史很长，传统的东西也很多，也很成熟，然而单靠这些传统技术已经无法适应时代发展的要求。PE技术的不断迅速进步给电气工程、机械类学科的现代化以巨大的推动力，是保持电气工程、机电工程活力的重要源泉。PE与控制理论各种各样的电控装置离不开自动控制技术，以满足人们日益增长的各种性能要求。弱电系统通过PE作接口实施控制：各种先进的控制方法、计算机控制技术，与强电系统或机械系统（控制对象）融为一体，实现高性能的控制效果。只靠强电系
6、统或机械系统本身实现复杂的自动控制是很困难的，而且体大笨拙。大量的新型高性能控制方法在PE系统中获得了广泛应用，比如自适应控制、模糊控制等。近年来随着计算机技术和自动控制理论的不断进步，强弱电结合、机电结合的技术一直在迅猛发展。5. 电力电子技术的发展概况PE技术的诞生是以1957年美国通用电气公司研制出第一只晶闸管为标志的。PE器件的发展对PE技术的发展起着决定性的作用。在晶闸管问世以前，用于电力变换的主要是几种电真空器件：先后出现了电子管、水银整流器、闸流管。在30年代到50年代，是水银整流器发展迅速并大量应用的时期。它广泛用于电化学工业、电气铁道直流变电所以及轧钢用直流电动机的传动。最先
7、用于电力领域的半导体器件是硅整流二极管。晶闸管（晶体闸流管）出现后，由于其优越的电气性能和控制性能，使之很快就取代了水银整流器，并且其应用范围也迅速扩大。晶闸管为电力电子学科的建立立下了汗马功劳。工业技术的迅速发展有力地推动了晶闸管的进步。电力电子技术的概念和基础就是由于晶闸管及晶闸管变流技术的发展而确立的。同时也确立了电力电子学的学科地位。晶闸管属于半控型器件：通过对门极的控制能使其导通而不能使其关断。这就使得晶闸管的应用受到局限。全控型器件：70年代后期出现，以门极可关断晶闸管（GTO）、电力晶体管（GTR，又称双极型晶体管BJT）和电力场效应晶体管（Power-MOSFET）、IGBT为
8、代表的全控型器件迅速发展。全控型器件开关速度普遍高于晶闸管：可用于开关频率较高的电路。这些优越的特性使电力电子技术的面貌焕然一新，把电力电子技术推进到一个新的发展阶段。全控型器件及PWM控制技术在电力电子变流技术中占有十分重要的位置，它在四大类变流系统中均得到广泛应用。对电力电子技术的发展产生了深远的影响。功率集成电路（PIC）：为了使电力电子装置的结构紧凑、体积减小，常常把若干个电力电子器件及必要的辅助元件做成模块化的形式，比如把驱动、逻辑、控制、检测、保护电路和功率器件集成在一起，构成PIC。目前功率集成电路的功率都还较小，着重于中小功率应用，但这代表了电力电子技术发展的一个重要方向。第一
9、章 电力二极管和晶闸管电力电子器件是电力电子电路的基础。掌握各种常用电力电子器件的特性和正确使用方法是我们学好电力电子技术的基础。本章首先简要概述电力电子器件的概念、特点和分类等问题，然后分别介绍几种常用电力电子器件的工作原理、基本特性、主要参数以及选择和使用中应注意的一些问题。1.1 电力电子器件概述主电路（main power circuit）：在电气设备或电力系统中，直接承担电能的变换或控制任务的强电电路。与处理信息的电子器件相比，电力电子器件一般具有如下的特征：1） 所能处理的电压电流比较大。主电路功率达MW级。2） 电力电子器件 一般都工作在开关状态。因为处理的电功率较大，为了减小本
10、身的损耗，提高效率。3） 注重器件的功率损耗和散热问题。通常PE器件所能切换控制的功率很大，可达数kW，但本身所允许的功耗却只有100W左右。通常需要安装散热器，风冷或水冷。器件发热的原因：通态损耗：导通时有一定通态压降；断态损耗：阻断时有一定断态漏电流；开关损耗：包括开通损耗与关断损耗。开关过程中的电压、电流乘积较大，并且随开关频率的升高而增大。通常关断损耗大于开通损耗。4） 需要驱动与隔离。强弱电系统之间电气隔离，不共地，消除相互影响，减小干扰，提高可靠性。5） 注重对器件的保护。通常采用吸收（缓冲）保护电路（Snubber）来限制器件的du/dt和di/dt，减小由于大电流跃变在引线（寄
11、生）电感上形成的反电势尖峰，以防器件过压击穿。1.1.2 电力电子器件的分类1. 半控型器件 通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断。这类器件主要指晶闸管。2. 全控型器件 既可以控制其导通，又可控制其关断。又称自关断器件。目前最常用的是GTR、IGBT、电力MOSFET、GTO。3. 不可控器件 电力二极管（Power Diode），只有两个端子，不能用控制信号来控制其通断，不需要驱动电路，器件的导通和关断完全是由其在主电路中承受的电压和电流决定的。4. 电流驱动型和电压驱动型：按驱动信号的性质，又可分为电流驱动型（如GTR）和电压驱动型（如MOSFET、IGBT）两类。由于电压驱动型器
12、件是通过加在控制极与公共端之间的电压产生可控的电场来改变流过器件的电流大小和通断状态的，故亦称作压控器件或场控器件。5. 双极型、单极型和复合型器件：按照器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况分三类：1） 双极型器件：GTR、SCR、GTO、二极管。由电子和空穴两种载流子参与导电。2） 单极型器件：MOSFET。由一种载流子参与导电。3） 复合型器件：IGBT。由单极型器件和双极型器件集成混合而成。也称作混合型器件。1.2 不可控器件电力二极管电力二极管的基本特性1. 伏安特性：主要关心的是参数是正向通态压降，0.71.2V；反向漏电流，数十数十mA；反向击穿电压。2. 开关特性：PN结上
13、存储有空间电荷和两种载流子，形成电荷存储效应及结电容，直接影响着二极管的动态开关特性。3. 电导调制效应：当PN结外加正向电压，流过正向电流较大时，通过正向PN结两侧载流子存储量或电导率的自动调节作用，使得压降随着正向电流的增大而增加很少，基本维持在1V左右，所以正向偏置的PN结表现为低阻态，通态压降很低。在GTR、SCR、IGBT、SITH和MCT等器件中，都存在着这种电导调制效应，因此它们的通态压降都很低。都是利用了正向PN结的电导调制效应的优点。4. 关断时间较长：外加由正偏转为反偏时，PN结两侧的存储电荷并不能立刻消散，PN结低阻，在反压作用下形成较大的反向电流。直到两区的载流子被反压
14、抽尽，才恢复反向阻断能力。这一过程称作反向恢复时间。5. 开通时间较短：外加电压由反偏或零偏转换为正偏的过程一般较快。电力二极管的主要参数：1. 正向平均电流（额定电流）所允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。决定发热的因素本来是电流的有效值，但由于传统上二极管多用于整流，其输出负载通常需要平均电流来衡量其性能。然而实际选管时，还是需要考虑工作电流有效值（发热损耗）是否会超过允许的定额。应按照实际电流波形所造成的发热效应与工频正弦半波时的有效值想等到原则来选取电力二极管的电流定额，并应留有一定的裕量。比如：峰值为的正弦半波电流对应的平均值（平均面积），其对应的有效值，故得2. 正向压降 1V
15、左右。3. 反向重复峰值电压 指所能重复施加的反向最高峰值电压。通常是其雪崩击穿电压的2/3。4. 最高工作结温 指在PN结不致损坏的前提下所能承受的最高平均温度。通常在125175范围之内5. 反向恢复时间6. 浪涌电流 电力二极管所能承受最大的连续一个或几个工频周期的过电流。短时冲击电流很大。电力二极管的主要类型电力二极管的广泛应用：整流、控制电感续流、电压隔离、钳位或保护。从根本上讲，各种电力二极管性能上的不同都是由半导体物理结构和工艺上的差别造成的。1. 普通二极管（General Purpose Diode）开关频率在1kHz以下。其反向恢复时间较长，一般在5以上。但其正向电流定额和
16、反向电压定额却可以达到很高，分别可达数kA和数kV以上。2. 快恢复二极管（Fast Recovery DiodeFRD）反向恢复时间很短（一般在5以下）。多采用掺金工艺，结构上有的采用PN结型结构，也有的采用对此加以改进的PiN结构。特别是采用外延型PiN结构的所谓的快恢复外延二极管（Fast Recovery Epitaxial DiodesFRED），其反向恢复时间更短（50nS），正向压降也很低（0.9V左右），但其反向耐压多在400V以下。快恢复二极管从性能上可分为快恢复和超快恢复两个等级。前者反向恢复时间为数百nS或更长，后者则在100nS以下，甚至达到2030nS。3. 肖特基二
17、极管（Schottky Barrier DiodeSBD）以金属和半导体接触形成的势垒为基础的二极管称为肖特基势垒二极管。肖特基二极管的突出优点：反向恢复时间很短（1040nS）；正向压降小。因此开关损耗和正向导通损耗都比快速二极管还要小，效率高。主要缺点：反向耐压，200V以下；反向漏电流较大且对温度敏感。因此反向稳态损耗不能忽略，而且必须严格地限制其工作温度。1.3 半控型器件晶闸管晶闸管（Thyristor）是晶体闸流管的简称，又称作可控硅整流器（Silicon Controlled RectifierSCR），简称可控硅。由于其能承受的电压和电流容量是目前电力电子器件中最高的，而且工作
18、可靠，因此在大容量的应用场合占有比较重要的地位。1.3.1 晶闸管的结构与工作原理电气图形符号三个电极：阳极A、阴极K和门极（控制端）G三个连接端。封装形式：螺栓型（200A）。平板型封装的晶闸管可由两个散热器夹紧，散热效果好。其两个平面分别是阳极和阴极，引出的细长端子为门极。四层半导体结构：、四个区，形成、三个结。区引出阳极A，区引出阴极K，区引出门极G。外加正向电压（A接正、K接负）：反向偏置，A、K之间处于阻断状态，只能流过很小的漏电流。外加反向电压（A接负、K接正）：和反偏，器件也处于阻断状态，仅有极小的反向漏电流通过。双晶体管模型SCR的触发导通正反馈原理：实际上为构成了正反馈电路，
19、在A-K间加正向电压情况下，若外电路向门极注入电流：如此不断对电流放大，形成强烈的正反馈，很快使、进入饱和导通状态，即晶闸管导通，A-K间压降约1V左右。此过程称作门极触发。此时若撤掉外加门极电流，由于内部已形成了正反馈，并且反馈电流，、可以相互维持导通（定量分析自学）。如何使SCR关断：设法使阳极电流减小到接近0，解除正反馈；使SCR所在的回路断开；A-K间所加正向电压降到0或施加反压。SCR为半控器件：通过门极只能使SCR触发导通，而不能控制其关断。使SCR触发导通的几种情况：1） 门极触发；2） 阳极电压过高，造成雪崩效应，使反偏的结少子漏流倍增；3） 阳极电压上升率du/dt过高，中间
20、结电容上形成位移电流Cdu/dt，使三极管电流增大，引发正反馈；4） 结温较高，漏电流增大；5） 光触发：光直接照射硅片，载流子获得能量。这5种情况只有门极触发和光触发具有使用价值，其它方式均应避免。光触发有专门的光控晶闸管（Light Triggered ThyristorLTT），它可以保证控制电路与主电路之间的良好绝缘（隔离），在高压电力设备中有不少应用。1.3.2 晶闸管的基本特性1. 静态伏安特性正向特性 位于第I象限。当时，如果外加正向电压，则晶闸管处于正向阻断状态，只有很小的正向漏电流流过。如果正向电压超过临界极限即正向转折电压（break over），则漏电流急剧增大，SCR开
21、通（由高阻区经虚线负阻区到低阻区）。随着门极电流幅值的增大，正向转折电压降低。导通后的晶闸管特性和二极管的正向特性相仿。即使通过较大的阳极电流，晶闸管本身的压降也很小，在1V左右。导通期间，如果门极电流为零，并且阳极电流降至接近于零的某一数值以下，则晶闸管又回到正向阻断状态。称为维持电流。反向特性 位于第III象限。伏安特性类似二极管的反向特性。外加反向电压时SCR处于反向阻断状态，只有极小的反向漏电流通过。当反向电压超过一定限度，到反向击穿电压后（雪崩击穿）外电路如无限制措施，则反向漏电流急剧增大，导致晶闸管发热损坏。门极伏安特性 晶闸管的门极触发信号是作用于G-K之间的，触发电流是从门极流
22、入，从阴极流出的，阴极是晶闸管主电路与控制电路的公共端。从晶闸管的结构图可以看出，门极和阴极之间是一个PN结，其伏安特性称为门极伏安特性。为了保证可靠、安全的触发，门极触发电路所提供的触发电压、触发电流和功率都 应限制在一定的适当范围内（即晶闸管门极伏安特性曲线中的可靠触发区）。2. 动态特性开通过程 SCR内部的正反馈导通过程总需要一定时间（阳极电流在作用后经过循环放大而建立），但开通时间较短。关断过程 原处于导通状态的晶闸管当外加电压突然由正向变为反向时，阳极电流将逐步衰减到零，然后同电力二极管的关断动态过程类似，在反方向会流过反向恢复电流，经过最大值后，再反方向衰减。最终反向恢复电流衰减
23、至接近于零，晶闸管恢复其对反向电压的阻断能力。从正向电流降为零，到反向恢复电流衰减至接近于零的时间，就是晶闸管的反向阻断恢复时间。反向恢复过程结束后，由于载流子复合过程比较慢，晶闸管要恢复其对正向电压的阻断能力还需要一段时间，这叫做正向阻断恢复时间。在正向阻断恢复时间内如果重新对晶闸管施加正向电压，晶闸管会重新正向导通，造成误导通。所以应对晶闸管施加足够长时间的反向电压，使晶闸管充分恢复其对正向电压的阻断能力，电路才能可靠工作。晶闸管关断时间定义为与之和，即。普通晶闸管（KP）的关断时间约几百。1.3.3 晶闸管的主要参数1. 电压定额断态重复峰值电压 门极断路而结温额定时允许重复加在器件上的
24、正向峰值电压。国标规定为断态不重复峰值电压（即断态最大瞬时电压）的90%。断态不重复峰值电压应低于正向转折电压，所留裕量大小由生产厂家自行规定。反向重复峰值电压 在门极断路而结温为额定值时，允许重复加在器件上的反向峰值电压。规定反向重复峰值电压为反向不重复峰值电压（即反向最大瞬态电压）的90%。低于反向击穿电压，裕量大小由生产厂家自行规定。通态（峰值）电压 给晶闸管通以某一规定倍数（比如倍）的额定通态平均电流时的瞬态峰值电压。通常取晶闸管的和中较小的值标做额定电压。选用时，额定电压要留有一定裕量，一般取额定电压为正常工作时晶闸管所承受峰值电压的23倍。2. 电流定额通态平均电流（额定电流）允许
25、流过的最大工频正弦半波电流的平均值。额定电流本来应按照正向电流造成的发热效应来定义。实际选管时，需要考虑工作电流有效值（发热损耗）是否会超过允许的定额。应按照实际电流波形所造成的发热效应与工频正弦半波时的有效值相等的原则来选取电流定额，并应留有一定的裕量（1.52倍）。比如，峰值为的正弦半波电流对应的平均值（平均面积），其对应的有效值，故得（波形系数）。不同电流波形对应的波形系数不同，比如全波电流波形，实际选管时应按照与工频半波时的有效值相等的原则进行换算，即实际波形的电流有效值等于对应的半波有效值：。实际选管的额定值一般取以此式算得的1.52倍。维持电流（针对关断过程） 指在关断SCR时维持
26、其导通所必需的最小主电流，一般为几十到几百mA。与结温有关，结温越高，则越小。擎住电流（针对开通过程） 指晶闸管刚从断态转入通态并移除触发信号后，能维持导通所需的最小主电流。对同一晶闸管来说，通常。浪涌电流 是指由于电路异常引起结温超过额定值的不重复性最大正向过载电流。浪涌电流有L、H两级。L（低）级的数值为4。比如100A定额的KP管，L级为1.3kA，H级为1.9kA。在期间寿命期内仅限几次。3. 门极定额门极触发电流 数mA数百mA门极触发电压 15V。4. 动态参数开通时间和关断时间断态电压临界上升率du/dt 上升率过高，会造成SCR误导通。通态电流临界上升率di/dt 如果电流上升
27、太快，会有很大的电流集中在门极附近的小区域内，从而造成局部过热而使晶闸管损坏。1.3.4 晶闸管的派生器件1. 快速晶闸管（Fast Switching ThyristorFST） 专为快速应用而设计，有常规的快速晶闸管（KK）和高频晶闸管（KG），可分别应用于400Hz和10kHz以上的斩波或逆变电路中。快速晶闸管的开关时间以及du/dt和di/dt的耐量都有明显改善。从关断时间来看，KP一般为数百，KK为数十，而KG则为10左右。由于工作效率较高，选择通态平均电流时不能忽略其开关损耗的发热效应。2. 双向晶闸管（Triode AC SwitchTRIAC或Bidirectional tri
28、ode thyristor，国产KS）相当于一对反并联普通晶闸管的集成。它有两个主电极和，一个门极G。门极使器件在主电极的正反两方向均可触发导通，所以双向晶闸管在第I和第III象限有对称的伏安特性。门极加正负脉冲（相对于主极）都能触发导通，无论两主极哪端为正，故有四种触发方式：、。常用的是（、）和（、）两组，灵敏度较低。与一对反并联晶闸管相比是经济的，而且控制电路比较简单，所以在交流调压电路、固态继电器（Solid State RelaySSR）和交流电机调速等领域应用较多。额定电流值不用平均值而用有效值来表示。因为KS通常用在交流电路中。3. 逆导晶闸管（Reverse Conducting
29、 ThyristorRCT）逆导晶闸管是将晶闸管反并联一个二极管制作在同一管芯上的功率集成器件，这种器件不具有反向阻断的能力，一旦承受反向电压即开通。优点：正向压降小、关断时间短、高温特性好、额定结温高。可用于不需要阻断反向电压的电路中。逆导晶闸管的额定电流有两个，一个是晶闸管电流，一个是与之反并联的二极管电流。比如200A/100A。4. 光控晶闸管（Light Triggered ThyristorLTT） 又称光触发晶闸管，是利用一定波长的光照信号触发导通的晶闸管。小功率光控晶闸管只有阳极和阴极两个端子，大功率光控晶闸管则还带有光缆，光缆上装有作为触发光源的发光二极管或半导体激光器。由于
30、采用光触发保证了主电路与控制电路之间的绝缘隔离，而且可以避免电磁干扰的影响，因此光控晶闸管目前在高压大功率的场合，如高压直流输电和高压核聚变装置中，占据重要的地位。第一章 要点小结1. PE器件的四种损耗功率，各与何因素有关，通常在开关频率较高和较低时各应主要考虑哪一种？2. PE系统需要强弱电隔离的原因及隔离措施。3. 电力二极管：1） 正向PN结的载流子存储效应给电力二极管带来的缺点，反向关断过程中会引起反向恢复电流和反向恢复时间（在动态特性中的含义）。2） 正向通态压降的大致范围0.71.2V；主要参数与晶闸管对照考虑。3） 电力二极管的三种类型：普通二极管在5以上；快恢复二极管一般为数
31、百nS，超快恢复二极管在100nS以下；肖特基二极管约为1040nS，其优点是开关速度快，开关频率高，开关损耗小，缺点是反向耐压较低（200V）。4. 晶闸管：1） 四层半导体结构，双晶体管 等效模型，正反馈导通原理。2） 在正常使用中使SCR导通的条件：A-K间外加正向电压，同时门极加触发信号或光触发。使SCR误导通的条件：正偏电压过高；过大；结温过高。3） 理解SCR的静态伏安特性，包括正向阻断与反向阻断的含义。4） 动态特性：触发开通中的电流上升过程（正反馈）；反向阻断恢复时间及其过程中的PN结反向恢复电流；正向阻断恢复时间的必要性。关断时间包括两段。5） SCR的四类主要参数的含义，如
32、何按照与工频正弦半波有效值相等的原则选择SCR的额定电流参数。5. 晶闸管的派生器件：1） 快速晶闸管：KK关断时间约数十，KP数百。2） 双向晶闸管、逆导晶闸管：结合电气符号、等效电路和伏安特性说明使其正向和反向导通各所需要的外加电压条件及触发方式；器件特点。6. 光控晶闸管：理解伏安特性及突出的优点。第2章 单相整流电路整流电路（Rectifier）：将交流电变为直流电，应用十分广泛，电路形式多种多样。本章主要讲单相半波、单相桥式全控与半控整流电路。2.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路（Single Phase Half Wave Controlled Rectifier）1.
33、 电阻性负载常见的电阻性负载：如电阻加热炉、电解、电镀等。变压器起变换电压和隔离的作用，其一次侧和二次侧电压瞬时值分别用和表示，有效值分别用和表示。原理分析：在正半周，VT承受正向阳极电压，时刻给VT门极加触发脉冲。在刻之前，SCR处于正向阻断状态，电路中无电流，负载两段电压为零，全部施加于VT两端。SCR开通后，直流侧输出电压瞬时值与相等。在过零进入负半周时，电路中电流亦降至零，SCR关断，处于反向阻断状态。此时与相等。改变触发时刻，和波形随之改变，直流输出电压为极性不变但瞬时值变化的脉动直流，其波形只在正半周内出现，故称“半波”整流。单脉波整流：整流电压波形在一个电源周期中只脉动1次。控制
34、角：从晶闸管开始承受正向电压起到施加触发脉冲止的电角度。也称触发角或延迟角。导通角：。直流输出电压平均值为当时，直流输出电压平均值最大为。随着增大，减小，当时，。 移相范围：，相控整流。最大正反向电压均为的峰值： 2. 带阻感负载电感性负载更为多见，如电机及励磁绕组等。电感对电流有平波作用。由楞次定律，电感的自感电势总是反抗电流的变化，使流过电感的电流不能发生突变。原理分析：在时刻，触发VT使其开通，加于负载两端，从0开始增加。这时，交流电源一方面供给电阻R消耗的能量，另一方面，供给电感L吸收的磁场能量。随着而变化，当时，到达峰值（L中贮能达最大）。由正变负过零，力图使SCR关断，但L的自感电
35、势总是反抗其电流的减小，使SCR延续导通。L大则延续时间长。在过零点处，尚处于减小的过程中，能量尚在释放。，但SCR仍正偏，因为，下正上负的自感电势使SCR正偏继续导通。此自感电势的极性表明，L往外供出能量，一方面供给电阻消耗，另一方面供给变压器副边吸收能量，反送给交流电源。至时刻，电感能量释放完毕，降至零，VT关断并立即承受反压。由于电感的存在延迟了VT的关断时刻，使波形出现了负面积，与带电阻负载时相比其平均值下降。若负载为纯电感，过零时，刚好达到峰值。変负时才开始下降。此时的正负面积相等，充放磁平衡，。若为定值，角越大，在正半周电感L储能越少，维持导电的能力就越弱，越小。若为定值，越大，则
36、L储能越多，越大。接近时，在负半周L维持SCR导通的时间接近正半周的导通时间，中负面积接近正面积，平均值近等于零（即纯电感负载情况）。加入续流二极管：正半周与不加时工作情况相同。当过零变负时，上负下正，可通过直接施加于VT两端，迫使VT关断。续流：VT关断但L中流过的电流并不能突变为0，其，自感电势上负下正，为提供正偏压，从而为继续流通提供了通路，即L-R-回路。续流二极管（free-wheeling diode）取代了原来的VT路径，保证了VT关断后的连续性，使L中的储能得以平稳释放。在负半周续流期间，输出（忽略通态压降），不再出现负面积，这与电阻负载时的波形相同，但不同，若L足够大，且即负
37、载近纯感性，在VT关断期间，可持续导通，使持续到下一周期正半周触发时仍未降到0，则波形接近平直（回路很大）。的连续波形每周期分为两段：过零前一段流经SCR，时宽为；之后一段流经，时宽为。由两器件电流拼合而成。电流计算：（设近为一条直线，恒为）SCR平均值：SCR有效值：平均值：有效值：移相范围：。最高耐压：最大反向电压为的峰值；最大正向电压亦为（时）。单相半波可控整流的特点：电路简单，但输出脉动大，变压器二次侧含有直流电流分量，会造成铁芯直流磁化。2.2 单相桥式全控整流电路（Singe Fhase Bridge Controlled）1. 电阻性负载在正半周，若4只管均未触发导通，则输出，、
38、承受正向电压，各受的一半。在角处，触通，电流路径：a-R-b，当过零时，电流亦降到零，关断。在负半周角处，触通，电流路径：b-R-a。当过零时，关断。通过4只SCR的单导作用，总是将a、b两电源端电位高的一端引到输出正端，电位低的一端引到输出负端。最大正反向电压：。双脉波整流：每周输出电压脉动2次。不存在变压器直流磁化问题，变压器副边电流正负半周对称，平均值为0.输出电压平均值：移相范围：。负载电流平均值：SCR电流平均值：SCR电流有效值：变压器副边电流有效值与输出电流有效值相等：SCR电流与输出电流的平均值关系：，有效值关系：变压器容量：。功率因数问题：角越大，滞后于角度越大，则pf越低。
39、2. 电感性负载设负载电感很大，连续且近似恒流。过零变负时，由于电感的自感电势作用，使延续导通（近恒流源，若关断则将断流）。换流（Commutation）：负半周角处，触通（负半周，由于导通及，使均正偏），共阴极端由跃变为，使受反压关断（因为）。同理也因触通而关断。SCR电流波形：和轮换各为方波，幅度恒为。变压器副边电流为正负对称的方波。和都来自于，只是两电流在副边的流向相反。SCR端压波形：导通时，其端压总是近似为0，导通时，作用于每只管上的电压总是等于，即（片断）。最大正、反向电压均为输出电压平均值：移相范围：SCR的电流平均值：，有效值：变压器副边电流方波相对于相移角，大则滞后多。副边电流有效值：3. 反电势负载常见的反电势负载：蓄电池，直流电机电枢。在R-E负载下，只有当时，SCR才会导通，SCR导通后，直到，降至0使SCR关断。SCR关断后。停止导电角：与R负载时相比，SCR导通时间长度缩短了角，即提前停止导通。比R负载时增大了一块三角区面积（在过零点两侧）。的计算公式略。电流波形断续。当时，触发时SCR反偏，不能触通。要求触发脉冲足够宽。负载为DC电动机时，如果电流断续则机械特性将很软。传入平波电抗器，若L足够大，、波形与R-L负载时相同，公式亦照用。4.2.3
