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1、2023/3/10,1,第2章 晶闸管相控电路,2,概述：各种整流器,电解用整流器,同步电机励磁用整流器,电力传动用整流器,3,大型整流器,小型整流器,这种交-直传动的电力机车，也用到了大功率整流器。,概述各种整流器,4,2.1 晶闸管单相可控整流电路,单相整流电路,2.1.1单相半波整流电路,2.1.2单相桥式全控整流电路,2.1.3单相桥式半控整流电路,5,2.1.1 单相半波整流电路,6,2.1 单相半波可控整流电路结构及波形,图3-1 单相半波可控整流电路,带电阻负载的工作情况 变压器T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u1和u2表示，有效值分别用U1和U2表示，
2、其中U2的大小根据需要的直流输出电压ud的平均值Ud确定。电阻负载的特点是电压与电流成正比，两者波形相同。在分析整流电路工作时，认为晶闸管（开关器件）为理想器件，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过程瞬时完成。,7,2.1 单相半波可控整流电路结构及波形,图3-1 单相半波可控整流电路及波形,基本数量关系：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称为触发延迟角，也称触发角或控制角。：晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度称为导通角。随着增大，Ud减小，该电路中VT的移相范围为180。通过控制触发
3、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。名称:直流输出电压ud为极性不变，但瞬时值变化的脉动直流，其波形只在u2正半周内出现，故称“半波”整流.加之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整流电路。,8,2.1.1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,9,2.1.1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0.707,T,VT,R,u
4、,1,u,u,VT,u,d,i,d,10,2.1.1 单相半波可控整流电路-带电感负载,u,图3-2 带阻感负载的单相半波可控整流电路及其波形,带阻感负载的工作情况 阻感负载的特点：电感对电流变化有抗拒作用，使得流过电感的电流不能发生突变。电路分析 晶闸管VT处于断态,id=0,ud=0,uVT=u2。在t1时刻，即触发角处 ud=u2。L的存在使id不能突变，id从0开始增加。u2由正变负的过零点处，id已经处于减小的过程中，但尚未降到零（另外VT由于电感的感应电动势的作用仍然承受正向电压），因此VT仍处于通态。t2时刻，电感能量释放完毕，id降至零，VT关断并立即承受反压。由于电感的存在延
5、迟了VT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值Ud下降。为解决上述矛盾，在整流电路的负载两端并联一个二极管，称为续流二极管。,11,2.1.1 单相半波可控整流电路-续流二极管,有续流二极管的电路 电路分析 u2正半周时，与没有续流二极管时的情况是一样的。当u2过零变负时，VDR导通，ud为零，此时为负的u2通过VDR向VT施加反压使其关断，L储存的能量保证了电流id在L-R-VDR回路中流通，此过程通常称为续流。若L足够大，id连续，且id波形接近一条水平线。,单相半波带阻感负载有续流二极管的电路及波形,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
6、，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)。,12,2.1.1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，变压器二次侧电流中含直流分量，造成变压器铁芯直流磁化。,（VT的导通区间t）,续流二极管的导通区间t2+,13,2.1.2 单相桥式全控整流电路,14,2.1.2 单相桥式全控整流电路-
7、纯电阻负载的工作情况,单相全控桥式带电阻负载时的电路及波形,a),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。,15,2.
8、1.2单相桥式全控整流电路纯电阻负载的计算,注：公式中的U为上页图中u2,16,2.1.2 单相桥式全控整流电路-带RL负载,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（这时VT2和VT3具备了导通条件）。t=+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
9、移到VT2和VT3上，此过程称为换相，亦称换流。,2,O,w,t,O,w,t,O,w,t,u,d,i,d,O,w,t,u,VT,1,4,I,d,u,VT1，VT4通,VT2，VT3通,17,3.1.2 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=0时，Ud0=0.9U2。=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 晶闸管导通角与无关，均为180，其电流平均值和有效值分别为 变压器二次侧电流i2的波形为正负各180的矩形波，其相位由角决定，有效值I2=Id。,18,2.1.3单相桥式半控整流电路,19,2.1.3单相桥式半控整流电路主电路结构,如果将桥
10、式全控电路的两个桥臂换成整流二极管，则电路就成了桥式半控整流电路。对于纯电阻负载，电路工作时VT1、VD4同时导通；VT2、VD3同时导通，两组器件均在电源电压的过零点关断，这与全控电路相同。但对于电感性负载半控电路的工作过程与全控电路有较大的差异。,20,2.1.3单相桥式半控整流电路电感性负载,R,+,-,u,d,VT,1,VT,2,VD,3,VD,4,i,d,+,-,u,L,主电路原理图,21,2.1.3单相桥式半控整流电路电感性负载,22,2.1.3单相桥式半控整流电路失控现象,假如电路进入了稳定状态，电源在某正半周已成功地使VT1触发导通，正常情况下电路经过VT1、VD4导通和VT1
11、、VD3导通两个阶段，待到VT2被触发导通后给VT1施加反压使其关断。但如果发往VT2的脉冲丢失或其它原因VT2未能导通，VT1就无法获得反压而关断。这样，VT1、VD3导通的状态将继续，电感通过VT1、VD3形成放电回路。如果负载电路的时间常数足够大，到电源负半周结束电感的能量尚未释放完毕，id仍未下降到0，在电源下一个正半周开始时，由于电源极性的改变，VD4、VD3换相，又进入VT1、VD4导通的状态，此状态下，ud=u，电源给电感补充能量。该状态持续到本正半周的结束，VD4、VD3再一次换相，VT1、VD3导通，电感释放能量。以后反复重复上述过程，电路表现为电源正半周VT1、VD4导通；
12、负半周VT1、VD3导通。这就是“失控”现象。,23,2.1.3单相桥式半控整流电路续流二极管,防止失控出现的有效措施是加续流二极管，即在负载两端并联一个二极管VR，阴极接ud+；阳极接ud-。当ud=u0，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。,24,2.1.3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,
