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整流电路,整流电路的分类:,按组成的器件可分为不可控、半控、全控三种。 按电路形式可分为半波,全波和桥式。 按交流输入相数分为单相电路和多相电路。,4.1.1单相半波不可控整流电路,1.电阻负载,电路图; 工作原理; 输出波形(电压,电流) 数量关系: 输出电压和电流的平均值和有效值,则整流输出电压平均值为: 输出电流平均值为: 由有效值定义,输出电压和电流有效值为:,2.R-L负载,电路图; 输出波形(电压,电流) 二极管延迟导通的原因,二极管延迟导通的原因 交流电源Us的负半周期中,可将Us 看成一个上负下正的直流电源,同时 电感L为了阻止回路中电流i的减小, 会产生一个感应电势VL,其方向为上负下正。,此时加在VD两端的电压为VL-Us,在Us刚刚过零变负的一小段时间内Us的绝对值较小,则VD主要承受VL提供的正向电压,所以VD继续导通。随着Us的慢慢变大,当Us的绝对值大于VL时VD就会承受方向电压而关断。,3.R-C负载(略),4.1.2单相半波可控整流电路,1.电阻负载,电路图; 工作原理;,在电源正半周,晶闸管承受正向阳极电压,处于正向阻断状态,假定 时刻发出触发脉冲,则晶闸管从正向阻断状态进入导通状态,晶闸管一旦被触发,门极失去控制作用,故触发信号只需一个脉冲电压即可。,输出波形,数量关系,定义:从晶闸管本身承受正向电压起到加上触发脉冲这一角度称为控制角(触发角)。 在阻性负载条件下,晶闸管导通角度为导通角,显然有=- 。 当触发角为时,整流输出电压平均值为: 上式说明Vo与关系是非线性的。 从0到 ,则输出电压平均值从最大值变到零。这意味着改变控制角 就可以改变输出电压的平均值,达到可控整流的目的。不控整流是=0时的可控整流电路的一种特殊情况。,由有效值定义,整流输出电压、电流的有效值为: 整流输出电流有效值与其平均值之比为波形系数:,例1.某一电热负载,要求直流电压60V,电流30A,采用单相半波可控整流电路,直接由220V电网供电,计算晶闸管的导通角及电流有效值。,2.感性负载与续流二极管,电路图; 工作原理;,在t=时刻触发晶闸管,电压被加到感性负载上。由于电感存在,负载电流不能突变,所以电流从0开始上升,达到最大值后,然后开始下降,由于电感的感应电势影响,尽管电源电压已反向,但晶闸管仍然为正偏,继续导通。所以在电源负半周的一段时间里,负载电流仍继续流动,直到感应电动势与电源电压瞬时值相等为止。此时回路电压为零,负载电流下降到零。,输出波形,使用续流二极管的原因,原因:在单相半波可控整流电路中,由于电感存在,整流输出平均电压变小,特别是在大电感负载下,输出电压接近于零,且负载电流不连续,为解决这个问题,只要在负载两端并接一个续流二极管即可。,续流二极管的工作原理:,在电源电压的正半周期,二极管截止,其工作情况与不接续流二极管时的情况相同 当u2过零变负时,VDR导通,ud为零,VT承受反压关断。 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。,使用续流二极管后的输出波形:,特点: 感性负载加上续流二极管后其输出平均电压Ud的波形与阻性负载相同; 由于负载电感较大,可把负载上的输出电流Id近似的看成一个常数; 晶闸管与二极管的平均电流分别是,晶闸管与二极管的有效电流分别是,4.2.1单相桥式(单相全桥)不可控整流电路,1.电阻负载,电路图; 工作原理,工作原理 单相全桥整流电路中,整流二极管分两组轮流导通,对角二极管同时导通,同时截止;带中心抽头的全波整流电路中,两个二极管轮流导通。,数量关系 输出直流电压平均值:,单相全桥与单相全波(带抽头)的区别,2.R-L负载,电路图; 输出电压波形,输出电压波形是否有反向(二极管是否存在延迟导通的情况)?,4.2.2单相桥式可控整流电路,1.电阻负载,电路图; 工作原理;,工作原理与单相桥式不可控类似,只是,在VT1和VT4导通时,VT2和VT3承受反向电压而截止,VT2和VT3导通时,VT1和VT4承受反向电压而截止。两组触发两组触发脉冲相位相差180o。,单相桥式可控整流电路的输出波形(阻性),数量关系,由于属于全波整流,因此其输出平均电压为半波整流的两倍,当=0时,相当于不控桥式整流;当=时,输出电压为零,故晶闸管可控移相范围为0到。,负载电流平均值为:,1.R-L负载,电路图;,输出波形与工作原理,假设负载电感很大,负载电流id连续且波形近似为一水平线。 u2过零变负时,晶闸管VT1和VT4并不关断。 至t=+a 时刻,晶闸管VT2和VT3得到控制脉冲,VT2和VT3两管导通。 VT2和VT3导通后,VT1和VT4承受反压关断,流过VT1和VT4的电流迅速转移到VT2和VT3上,此过程称换相,亦称换流。,数量关系,电流连续时,输出电压平均值为:,输出电压有效值为:,带反电动势负载时的工作情况,在|u2|E时,才有晶闸管承 受正电压,有导通的可能。,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 。,电流连续,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 。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。,如果,触发脉冲到来时,晶闸管因承受反向电压而不能被触发导通。,例2.单相桥式全控整流电路,U2=100V,负载中R=20,L值极大,当=/6时,要求: 作出输出平均电压Ud、平均电流Id和变压器二次电流I2的波形; 求整流输出平均电压、电流,变压器二次电流有效值;,解:波形如图,2) 求整流输出平均电压、电流,变压器二次电流有效值;,单相全波可控整流电路,单相全波可控整流电路及波形,例3. 整流电路如下图所示,由一只晶闸管与一只整流二极管组成,已知U2=220 V,=45。求: 画出=45时Ud=的波形 输出直流电压Ud,解:,其中,Ud1为VT导通时的平均电压值,Ud2为VD导通时的平均电压值。,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。,单相桥式半控整流电路,电路结构 单相全控桥中,每个导电回路中有2个晶闸管,1个晶闸管可以用二极管代替,从而简化整个电路。,单相桥式半控整流电路的另一种接法,相当于把左图中的VT3和VT4换为二极管VD3和VD4,这样可以省去续流二极管VDR,续流由VD3和VD4来实现。,单相全控桥式 带电阻负载时的电路及波形,单相桥式半控整流电路的另一接法,电阻负载 半控电路与全控电路在电阻负载时的工作情况相同。,例4.单相桥式半控整流电路,电阻性负载,画出二极管VD2,VD4在一周内承受的电压波形,分析:注意到二极管的特点,承受电压为正即导通。因此,二极管承受的电压不会出现正的部分。,单相半控桥带阻感负载的情况,在u2正半周,u2经VT1和VD4向负载供电。 u2过零变负时,因电感作用电流不再流经变压器二次绕组,而是由VT1和VD3续流。 在u2负半周触发角a时刻触发VT2,VT2导通,u2经VT2和VD3向负载供电。 u2过零变正时,VD4导通,VD3关断。VT2和VD4续流,ud又为零。,失控现象及解决办法,当a 突然增大至180或触发脉冲丢失时,会发生一个晶闸管持续导通而两个二极管轮流导通的情况,这使ud成为正弦半波,其平均值保持恒定,称为失控。,为避免这种情况的发生,可在负载侧并联一个续流二极管,感应电势经续流二极管续流,而不再经过VT1和VD3,这样就可以使VT1恢复阻断能力,,单相半控桥带阻感负载的波形,单相半控桥带阻感负载的数量关系,输出平均电流Ud(V0)为:,输出平均电流Id为:,晶闸管和续流二极管的平均电流分别为:,晶闸管和续流二极管的有效电流分别为:,例5.某一电感负载要求直流电压范围是1560V,电压最高时电流是10A,采用具有续流二极管的单相桥式半控电路,从220V电源经变压器供电,考虑最小控制角min=25,计算电源有效值U2;负载电压为60V和15V时晶闸管、续流二极管的电流有效值。,解:=25时,Ud=60V,当Ud=15 V时,cos=,=121,电路特点,4.3.2三相半波可控整流电路,变压器二次侧接成星形得到零线,而一次侧接成三角形避免3次谐波流入电网。 三个晶闸管分别接入a、b、c三相电源,其阴极连接在一起共阴极接法 。,电阻负载工作原理,相电压波形如右图所示,在t1- t2期间,a相电压比b和c相都高。如果在t1时刻触发晶闸管VT1使其导通,此时负载上得到a相相压。在t2- t3 期间,b相电压最高,在t2时刻触发晶闸管VT2导通。此时VT1因承受反向电压而关断,负载上得到b相电压,在t3时刻触发晶闸管VT3导通,负载上得到c相电压。,电阻负载工作原理,导通规律: 三相电压中哪相最高就触发与之相连的晶闸管导通。,思考一: 把三个晶闸管换成二极管,导通情况如何?,思考二: 把三个二极管采用共阳接法,导通情况又如何?,电阻负载工作原理,自然换相点: 把晶闸管换成不可控的整流二极管,相电压的交点就是二极管的自然换相点,自然换相点为导通角起点: 在三相电路中,通常规定t=/6为触发角的起算点,即该处=0,各相触发脉冲依次间隔/3。在一个周期内,三相电源轮流向负载供电,负载电流是连续的。,电阻负载数量关系/6,观察右图可发现=/6是负载电流连续和断续的临界点,/6时负载平均电压Ud如何计算?,先计算一个周期之内一相电压的输出平均值,而负载总的平均电压就是这个值的3倍,所以Ud为:,电阻负载数量关系/6,观察右图可发现=/3时,a相电压减至零时VT1关断,而此时下一个触发脉冲还未到来,故负载上的电压输出波形断续,Ud为:,电阻负载数量关系/6,若触发角继续增大,Ud将随之减小。当5/6时晶闸管获得触发脉冲时,承受的相电压已为负值,不可能导通,Ud为零。,阻感负载波形,三相半波可控整流电路,阻感负载时的电路及a =60时的波形,特点:阻感负载,L值很大,id波形基本平直。 a30时:整流电压波形与电阻负载时相同。 30时 u2过零时,VT1不关断,直到VT2的脉冲到来,才换流,ud波形中出现负的部分。 若增大,波形中负的部分将增多,直到=/2时,Ud波形中正负面积相等,Ud=0,u,d,i,a,u,a,u,b,u,c,i,b,i,c,i,d,u,ac,O,w,t,O,w,t,O,O,w,t,O,O,w,t,a,w,t,w,t,阻感负载带续流二极管,三相半波可控整流电路,阻感负载时的电路及a =60时的波形,为了避免整流输出电压波形出现负值,可在大电感负载两端并联续流二极管,以提高输出平均电压值,改善负载电流的平稳性,u,d,i,a,u,a,u,b,u,c,i,b,i,c,i,d,u,ac,O,w,t,O,w,t,O,O,w,t,O,O,w,t,a,w,t,w,t,数量关系(与阻性一样) /6时:,/6时:,晶闸管的平均电流Ivt,例6.三相半波可控整流电路,U2=100V,带电阻电
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