[信息与通信]第3章1单相可控.ppt

第1页,引 言,2.整流电路的四种分类方式 按组成的器件可分为不可控、半控、全控整流 电路三种。按电路结构可分为桥式电路和零式电路。按交流输入相数分为单相电路和多相电路。按变压器二次侧电流的方向是单向或双向，又 分为单拍电路和双拍电路。,1.整流电路：整流电路是应用电力电子器件，将交流电变为直 流电的电路。它是出现最早的一种电力电子电路。,一、整流电路的概念,第2页,若要使已导通的晶闸管关断，只能利用外加电压和 外电路的作用使流过晶闸管的电流降到接近于零的 某一数值以下。,晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用，不论门极 触发电流是否还存在，晶闸管都保持导通。,当晶闸管承受正向电压时，仅在门极有触发电流的 情况下晶闸管才能导通。,2.晶闸管正常工作时的特性如下：当晶闸管承受反向电压时，不论门极是否有触发电 流，晶闸管都不会导通。,1.晶闸管:全称为硅晶体闸流管，又称可控硅。它是一个 四层三端器件，属于半控型器件。,二、复习第二章中有关晶闸管的一些概念,第3页,3.1.单相可控整流电路,第4页,3.阻感负载的特点：电感对电流变化有抗拒作用，流过电感器件的电流变化时，在其两端产生感应电动势，它的极性是阻止电流变化的。当电流增加时，它的极性阻止电流增加；当电流减小时，它的极性反过来阻止电流减小，使流过电感的电流不能发生突变。,2.电阻负载的特点：负载输出的电压与电流成正比，两者波形形状相同。,三、电路的负载情况,1.生产实践中，常见的负载 电阻负载，如电解、电镀等；电感负载，如电机的励磁绕组等。,第5页,1.电路构成 单相半波可控整流电路由一个晶闸管VT与负载串联组成，其结构如图2-1所示，其中变压器 T 起变换电压和隔离的作用。,3.1.1 单相半波可控整流电路,由于交流输入为单相，并且在负载上得到的输出ud为脉动直流，其波形只在电源的正半周内出现，因此该电路称为单相半波可控整流电路。,图3-1单相半波可控整流电路,第6页,2.电阻性负载时电路的基本工作原理：,图3-1 电阻负载 单相半波电路及其波形,u2正半周，晶闸管承受正向电压，在此期间，只要给晶闸管门极施加一个正向脉冲信号，晶闸管就会在脉冲信号到来的时刻导通。,u2负半周，晶闸管承受反向电压，这时即使给晶闸管门极施加一个正向脉冲信号，晶闸管也不会导通。改变脉冲信号的到来时刻，就改变晶闸管的导通时刻.,第7页,电阻性负载上的电流波形与电压波形相似；在u2正半周结束时，随着负载电流id下降为零，晶闸管自然关断 角移相范围为：0=-晶闸管承受的最大正反向电压均为变压器二次侧电压的峰值 数量关系:负载上得到的直流输出电流、电压的平均值为：,图3-2 电阻负载单相半波可控整流电路及波形,第8页,3.阻感性负载时电路的基本工作原理：,图3-3 阻感负载 单相半波电路及其波形,u2正半周，晶闸管承受正向电压，晶闸管在脉冲信号到来的时刻导通；负载电流从零逐渐上升，电感上产生感应电势Ldi/dt,阻止电流上升；此时，电源提供能量，L吸收能量，R消耗能量；负载电流上升到最高点后，电流开始逐渐下降，电感阻止电流下降，感应电势方向上负下正；此时，电源提供能量，L释放能量，R消耗能量；,第9页,u2过零变负时，负载电流大于零，电感继续放电；此时，L释放能量，克服变负的电源电压u2，同时供 R消耗，以保证晶闸管继续导通，直至流过晶闸管的电流小于维持电流，晶闸管截止为止。角移相范围为：0 晶闸管导通角的大小取决于L释放能量的多少，L越大，L中存储的能量越多，维持晶闸管导通的时间就越长。,图3-3 阻感负载 单相半波电路及其波形,第10页,阻感负载时的数量关系,第11页,该电路带与不带续流二极管工作的差别在于当 u2 变负时，L 是经变压器二次侧放电、还是经续流二极管放电以维持VT继续导通。当 L 足够大时，可维持负载电流连续。,图3-4 带续流二极管、阻感负载的单相半波整流电路及波形,在生产实际中，一般给图3-2电路的负载两端并联一个二极管，称为续流二极管，用 VDR 表示，其电路如图3-4所示。,4.阻感负载带续流二极管时 该电路的基本工作原理：,第12页,图3-4 带续流二极管、阻感负载的单相半波整流电路及波形,数量关系若近似认为id为一条水平线，其值恒为Id，则流过晶闸管的电流平均值和有效值为:,第13页,5.单相半波可控整流电路的特点,结构简单，维修方便，但输出脉动大。变压器铁芯存在直流磁化现象。,原因：由于变压器二次侧总是流过同一方向的电流，在变压器铁芯中造成单方向的磁通积累，使磁阻增加。,结果：变压器的利用率降低。,第14页,1.电路构成 单相桥式全控整流电路中，晶闸管VT1和VT4组成一对桥臂，并在u2正半周承受正向电压；晶闸管VT2和VT3组成另一对桥臂，并在u2负半周承受正向电压。电路结构如图3-5所示。,3.1.2 单相桥式全控整流电路,图3-5 单相桥式全控整流电路,第15页,2.电阻负载时该电路的 基本工作原理,VT1和VT4组成一对桥臂，在u2正半周承受正向电压，得到触发脉冲即导通，当u2过零时关断。,VT2和VT3组成另一对桥臂，在u2负半周承受正向电压，一旦得到触发脉冲即导通，当u2过零时关断。,图3-6 单相全控桥式带电阻负载时的电路及波形,角的移相范围为180。,第16页,数量关系负载输出电压、电流为：,(3-10),(2-11),(3-11),第17页,3.阻感性负载时电路的基本工作原理：为便于讨论，假设电路已工作于稳态，并且负载电感足够大，负载电流id连续且波形近似为一水平线。u2正半周，晶闸管VT1和VT4承受正向电压，给它们同时施加一个门极脉冲信号，VT1和VT4就会导通。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。,图3-7 阻感负载单相桥式全控整流电路及其波形,第18页,图3-7 阻感负载单相桥式全控整流电路及其波形,u2负半周，晶闸管VT2和VT3承受正向电压，至t=+时刻，给VT2和VT3加触发脉冲，故VT2和VT3导通。VT2和VT3导通后，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 的电流迅速转移到VT2和VT3 上，此过程称换相，亦称换流。,第19页,第20页,4.反电动势负载时的工作情况,反电动势负载:指蓄电池、直流电动机的电枢绕组等这类负载，其特点是负载本身是一个直流电源，对我们的整流电路来讲，该反电动势负载的方向与电路的导通方向相反；停止导电角：反电势E与交流电源电压相交所对应的电角度；只有当|u2|E时，晶闸管才开始承受正电压、才有导通的可能；晶闸管导通之后，ud=u2，直至|u2|=E、id降至0、使得晶闸管关断为止，此后ud=E；,图3-11 单相桥式全控整流电路接反电动势电阻负载时的电路及波形,第21页,负载电流断续：id波形在一周期内有部分时间为0的情况；负载电流连续：若id波形不出现为0的点的情况；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，用来减少电流的脉动和延长晶闸管导通的时间，达到负载电流连续的目的。这时整流电压ud的波形和负载电流id的波形与电感负载电流连续时的波形相同，ud的计算公式亦一样；但为保证电流连续所需的电感量L,第22页,5.单相桥式全控整流电路的特点,负载输出电压的脉动程度较小。,单相桥式全控整流电路结构较复杂，维修麻烦。,变压器铁芯不存在直流磁化现象。,第23页,3.1.3 单相全波可控整流电路,2.电阻负载时电路的基本工作原理：,在u2正半周VT1承受正向电压，得到触发脉冲即导通；在u2负半周VT2承受正向电压，得到触发脉冲即导通。该电路的分析方法与单相全控桥式电路相似。,图3-8 电阻负载时单相全波可控整流电路及波形,第24页,单相全波可控整流电路,3.阻感负载时电路的基本工作原理：该电路的分析方法与单相全控桥式电路相似。,图3-9 带阻感负载时单相全波可控整流电路及波形,2U2,第25页,3.单相全波可控整流电路的特点,负载输出电压的脉动程度较单相半波电路时小。,单相全波电路中变压器结构较复杂，但变压器铁芯不存在直流磁化现象。,第26页,3.1.4 单相桥式半控整流电路,单相全控桥中，每个导电回路中有2个晶闸管，为了对每个导电回路进行控制，只需1个晶闸管就可以了，另1个晶闸管可以用二极管代替，从而简化整个电路。如此即成为单相桥式半控整流电路（先不考虑VDR）。,图3-12 单相桥式半控整流电路，有续流二极管，阻感负载时的电路及波形,第27页,单相桥式半控整流电路,第28页,图3-10 单相桥式半控整流电路，有续流二极管，阻感负载时的电路及波形,第29页,半控电路与全控电路在电阻负载时的工作情况相同单相半控桥带阻感负载的情况 假设负载中电感很大，且电路已工作于稳态在u2正半周，触发角a处给晶闸管VT1加触发脉冲，u2经VT1和VD4向负载供电 u2过零变负时，因电感作用使电流连续，VT1继续导通。但因a点电位低于b点电位，使得电流从VD4转移至VD2，VD4关断，电流不再流经变压器二次绕组，而是由VT1和VD2续流在u2负半周触发角a 时刻触发VT3，VT3导通，则向VT1加反压使之关断，u2经VT3和VD2向负载供电。u2过零变正时，VD4导通，VD2关断。VT3和VD4续流，ud又为零,第30页,续流二极管的作用若无续流二极管，则当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，即半周期ud为正弦，另外半周期ud为零，其平均值保持恒定，称为失控有续流二极管VDR时，续流过程由VDR完成，晶闸管关断，避免了某一个晶闸管持续导通从而导致失控的现象。同时，续流期间导电回路中只有一个管压降，有利于降低损耗,第31页,单相桥式半控整流电路的另一种接法 相当于把图3-4a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来实现图3-12 单相桥式半控整流电路的另一接法,第32页,课堂练习,第33页,2.具有续流二极管的单相半波可控整流电路对大电感负载供电，其阻值 R=7.5（），电源电压220（v）。试计算当控制角为 30和 60时，晶闸管和续流二极管的电流平均值和有效值。,第34页,解：由于是大电感负载供电，故认为电感足够大，可存储足够的能量维持负载电流为连续、并近似为一条平直的直线。由题已知：7.5()；U2=220V。当=30时，负载平均电流,第35页,流过晶闸管的电流平均值：流过晶闸管的电流有效值：流过续流二极管的电流平均值：流过续流二极管的电流有效值：,同理，当=60时，可得出以下结果：,第36页,单相半波电路中，变压器二次侧总是流过同一方向的电流，在变压器铁芯中造成单方向的磁通积累，使磁阻增加，产生直流磁化现象，其结果使变压器利用率降低。,错误原因：,返回,第37页,单相桥式电路中，变压器二次侧在一个周期内总是流过大小相等方向相反的电流，不会在变压器铁芯中造成单方向的磁通积累，故该电路的变压器铁芯不存 在直流磁化现象。,错误原因：,返回,第38页,单相全波电路中，变压器二次侧在一个周期内总是流过大小相等方向相反的电流，不会在变压器铁芯中造成单方向的磁通积累，故该电路的变压器铁芯不存 在直流磁化现象。,错误原因：,返回,