http://max.book118.com 电子发烧友 http://max.book118.com 电子技术论 第2章  可控整流器与有源逆变器 本章主要内容  整流器的结构形式、工作原理，分析整流器的工作波形，整流器各参数的数学关系和设计方法; 整流器工作在逆变状态时的工作原理、工作波形。 变压器漏抗对整流器的影响、整流器带电动机负载时的机械特性、触发电路等内容。  2.1  简    介 可控整流器的交流侧接有工频交流电源，输出的直流电压平均值Ud可以从正的最大值到负的最大值连续可控，但可控整流器的直流电流id的方向不能改变。其中，第一象限上Ud与Id均为正值，处于整流运行状态，能量从交流侧输向直流侧，此时电路称作整流器。在第四象限内Id仍为正，Ud变负，处于逆变运行状态，能量是从直流侧输向交流侧，此时电路称作逆变器。 工频可控整流器 2.2  单相半波可控整流器 max.book118.com  电阻性负载 1. 工作原理 在实际应用中，某些负载基本上是电阻性的，如电阻加热炉、电解和电镀等。电阻性负载的特点是电压与电流成正比，波形相同并且同相位，电流可以突变。 首先假设以下几点：(1) 开关元件是理想的，即开关元件(晶闸管)导通时，通态压降为零，关断时电阻为无穷大；(2) 变压器是理想的，即变压器漏抗为零，绕组的电阻为零、励磁电流为零。 单相半波可控整流器图和工作波形(电阻性负载) 变压器T起变换电压和隔离的作用，在电源电压正半波，晶闸管承受正向电压，在ωt=α处触发晶闸管，晶闸管开始导通；负载上的电压等于变压器输出电压u2。在ωt=π时刻，电源电压过零，晶闸管电流小于维持电流而关断，负载电流为零。 在电源电压负半波，uAK＜0，晶闸管承受反向电压而处于关断状态，负载电流为零，负载上没有输出电压，直到电源电压u2的下一周期，直流输出电压ud和负载电流id的波形相位相同。 通过改变触发角α的大小，直流输出电压ud的波形发生变化，负载上的输出电压平均值发生变化，显然α=180o时，Ud=0。由于晶闸管只在电源电压正半波内导通，输出电压ud为极性不变但瞬时值变化的脉动直流，故称“半波”整流。 (1) 触发角α与导通角θ 触发角α也称触发延迟角或控制角，是指晶闸管从承受正向电压开始到导通时止之间的电角度。 导通角θ，是指晶闸管在一周期内处于通态的电角度。 单相半波可控整流器电阻性负载情况下 (2) 移相与移相范围 移相是指改变触发脉冲ug出现的时刻，即改变控制角α的大小。 移相范围是指触发脉冲ug的移动范围，它决定了输出电压的变化范围。单相半波可控整流器电阻性负载时的移相范围是0～180o。 2. 基本数量关系 (1) 直流输出电压平均值Ud与输出电流平均值Id 直流输出电压平均值Ud:   输出电流平均值Id:  (2) 输出电压有效值U与输出电流有效值I 输出电压有效值U:    输出电流有效值I:  (3) 晶闸管电流有效值和变压器二次侧电流有效值 单相半波可控整流器中，负载、晶闸管和变压器二次侧流过相同的电流，故其有效值相等，即： (4) 功率因数cosφ 整流器功率因数是变压器二次侧有功功率与视在功率的比值   式中  P—变压器二次侧有功功率，P=UI=I2R             S—变压器二次侧视在功率，S=U2I2   (5) 晶闸管承受的最大正反向电压Um 由图2-2 (f)可以看出晶闸管承受的最大正反向电压Um是相电压峰值。 〖例2-1〗 如图所示单相半波可控整流器，电阻性负载，电源电压U2为220V，要求的直流输出电压为50 V，直流输出平均电流为20A  试计算： (1) 晶闸管的控制角。 (2) 输出电流有效值。 (3) 电路功率因数。 (4) 晶闸管的额定电压和额定电流。 解  (1)   则α=90o  (2)                                     Ω   当α=90o时，输出电流有效值        (3)  (4) 晶闸管电流有效值IT  与输出电流有效值相等，即：   则    取2倍安全裕量，晶闸管的额定电流为：   （5）晶闸管承受的最高电压：   考虑(2~3)倍安全裕量，晶闸管的额定电压为   根据计算结果可以选取满足要求的晶闸管。  单相半波可控整流器图和工作波形(电感性负载)  在ωt=0到α期间，晶闸管阳极和阴极之间的电压uAK大于零，但晶闸管门极没有触发信号，晶闸管处于正向关断状态，输出电压、电流都等于零。 在ωt=α时，门极有触发信号，晶闸管被触发导通，负载电压ud= u2。 当ωt=π时，交流电压u2过零，由于有电感电势的存在，晶闸管的电压uAK仍大于零，晶闸管会继续导通，电感的储能全部释放完后，晶闸管在u2反压作用下而截止。直到下一个周期的正半周。 2. 数量关系 直流输出电压平均值Ud为   从Ud的波形可以看出，由于电感负载的存在，电源电压由正到负过零点也不会关断，输出电压出现了负波形，输出电压和电流的平均值减小；当大电感负载时输出电压正负面积趋于相等，输出电压平均值趋于零，则id也很小。所以，实际的大感电路中，常常在负载两端并联一个续流二极管。 max.book118.com  电感性负载加续流二极管 1. 工作原理 电源电压正半波u2＞0，晶闸管电压uAK＞0。在ωt=α处触发晶闸管导通，负载上有输出电压和电流，续流二极管VDR承受反向电压而处于断态。 电源电压负半波u2＜0，通过续流二极管VDR使晶闸管承受反向电压而关断。电感的感应电压使VDR承受正向电压导通续流，负载两端的电压仅为续流二极管的管压降。如果电感足够大，续流二极管一直导通到下一周期晶闸管导通，使id连续。  由以上分析可以看出，电感性负载加续流二极管后，输出电压波形与电阻性负载波形相同，续流二极管可以起到提高输出电压的作用。在大电感负载时负载电流波形连续且近似一条直线，流过晶闸管的电流波形和流过续流二极管的电流波形是矩形波。 对于电感性负载加续流二极管的单相半波可控整流器移相范围与单相半波可控整流器电阻性负载相同为0～180o，且有α+θ=180o。 单相半波可控整流器图和工作波形 (电感性负载加续流二极管) 2. 基本数量关系 (1) 输出电压平均值Ud与输出电流平均值Id  输出电压平均值Ud      输出电流平均值Id (2) 晶闸管的电流平均值IdT与晶闸管的电流有效值IT  晶闸管的电流平均值IdT     晶闸管的电流有效值IT (3) 续流二极管的电流平均值IdDR与续流二极管的电流有效值IDR       (4) 晶闸管和续流二极管承受的最大正反向电压 晶闸管和续流二极管承受的最大正反向电压均为电源电压的峰值。  单相半波可控整流器的优点是电路简单，调整方便，容易实现。但整流电压脉动大，每周期脉动一次。变压器二次侧流过单方向的电流，存在直流磁化、利用率低的问题，为使变压器不饱和，必须增大铁心截面，这样就导致设备容量增大。  2.3 单相桥式全控整流器  max.book118.com  电阻性负载  单相全控桥式整流器图和工作波形(电阻性负载)  1. 工作原理  在电源电压u2正半波，晶闸管VT1、VT4承受正向电压。假设四个晶闸管的漏电阻相等，则在0～α区间由于四个晶闸管都不导通，uAK1，4=1/2 u2。在ωt=α处触发晶闸管VT1
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