《单相可控整流电路》PPT课件.ppt

单相半波可控整流电路,机电工程系李春菊,整流电路引言,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。,整流电路：出现最早的电力电子电路，将交流电变为直流电。,单相可控整流电路,1.2.1单相半波可控整流电路1.3.1单相桥式全控整流电路1.3.2单相桥式半控整流电路,调光台灯电路图,单相半波可控整流电路,1.2.1单相半波可控整流电路,1.电阻负载,变压器T,变换电压,隔离,交流输入为单相，直流输出电压波形只在交流输入的正半周内出现，故称为单相半波可控整流电路。,特点：电压与电流波形相同,一、直流电和交流电,单相桥式整流电路,1、交流电,大小和方向随时间作周期性变化的电压、电流和电动势。,2、直流电,方向不随时间变化的电压、电流和电动势。,单相桥式整流电路（不可控）,二、整流和整流电路,1、整流,将交流电变换成脉动直流电的过程。,2、整流电路,能够实现将交流电变换成脉动直流电（即可完成整流过程）的电路。,3、整流元件,整流电路中起整流作用的元件称为整流元件。,常见的整流元件有具有单向导电特性的二极管或晶闸管。,二极管的单向导电性,（a）加正向电压时导通,正向导通的二极管，如若忽略很小的正向压降，可近似看成一闭合的开关。,（b）加反向电压时截止,反向截止的二极管，如若忽略很小的反向电流，可近似看成一断开的开关。,单相桥式整流电路,单相桥式整流电路,三、桥式整流电路,1、电路形式,1、电源变压器Tr的作用是将220V交流电u1变换成整流所需的较低的交流电u2。,二极管VD1VD4起整流作用，称为整流元件，它们组成桥式电路结构。,负载,2、变压器起到隔离市电电源的作用。,若变压器初级绕组的匝数为N1，次级绕组的匝数为N2，则U1/U2=N1/N2=k（变压比）；,单相桥式整流电路,2、整流过程,（假设输入为正弦交流电）,当为u2正半周时，A点电位最高，B点的电位最低。,二极管VD1和VD2导通（相当于闭合的开关）；,二极管VD2和VD4截止（相当于断开的开关）。,在u2正半周作用下，电路中有电流流动，其通路为：,A,VD1,RL,VD3,B,负载电阻RL上电流的方向由上至下，产生上正下负的电压u0。,单相桥式整流电路,当为u2负半周时，A端电位最低，B点的电位最高。,二极管VD2和VD4导通（相当于闭合的开关）；,二极管VD1和VD3截止（相当于断开的开关）。,在u2负半周作用下，电路中有电流流动，其通路为：,B,VD2,RL,VD4,A,负载电阻RL上电流的方向由上至下，产生上正下负的电压u0。,单相桥式整流电路,结论：无论输入电压是正半周还是负半周，负载RL的电流方向始终是从上向下，所以产生的电压降也是同一方向（电压都为上正下负）。,正弦交流电,脉动直流电,3、桥式整流电路中的物理量,（1）输出电压U0,U0=0.9U2,（2）输出电压I0,I0=U0/RL,=0.9U2/RL,一、电阻性负载电炉、电焊机及白炽灯等均属于电阻性负载变压器T起变换电压和电气隔离的作用。电阻负载的特点：电压与电流成正比，两者波形相同。,单相半波可控整流电路（电阻性负载）及波形,1.2.1单相半波可控整流电路,单相半波可控整流电路及波形,单相半波可控整流电路（带电阻负载的工作情况）,控制角a：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,用a表示,也称触发角或控制角。导通角：晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度，用表示。移相：改变触发脉冲初相的时刻，即改变控制角a的大小，称为移相。移相范围：指触发脉冲的移动范围，它决定了输出电压的有效变化范围相控方式：通过控制触发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。,1.基本概念,2.工作原理分析在电源电压正半周，晶闸管承受正向电压，在t=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t=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。在电源电压负半周，uK0，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=180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。,3.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,输出电流平均值Id:,直流输出电压平均值Ud:,(2)输出电压有效值U与输出电流有效值I,输出电流有效值I:,直流输出电压有效值U:,(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电路中，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cos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=I2RS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UTM晶闸管承受的最大正反向电压Um是相电压峰值。,例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50V，直流输出平均电流为20。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。（5）选择晶闸管的型号规格。,解:(1),当=90时，输出电流有效值,(3),则=90,(4)晶闸管电流有效值IT与输出电流有效值相等，即：,选取晶闸管型号为KP100-7F晶闸管。,取2倍安全裕量，晶闸管的额定电流为：,则,1.2.2单相半波可控整流电路,二、电感性负载电感性负载通常是电机的励磁线圈、继电器线圈及其他含有电抗器的负载。电感性负载的特点：感生电动势总是阻碍电感中流过的电流使得流过电感的电流不发生突变。,带阻感负载的单相半波电路及其波形,1.无续流二极管时工作原理0：uK大于零，但门极没有触发信号，晶闸管处于正向关断状态，输出电压、电流都等于零。在t=时，门极有触发信号，晶闸管被触发导通，负载电压ud=u2。当t=时，交流电压u2过零，由于有电感电势的存在，晶闸管的电压uK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。,1.2.2单相半波可控整流电路,有负面积,电感负载,不接续流管时的电压电流波形图,时单相半波整流电路带阻-感性负载、大电感负载时的负载电压、电流和晶闸管两端电压的仿真波形。,(a)阻-感性负载(b)大电感负载,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，实际的大电感电路中，常常在负载两端并联一个续流二极管。,1.2.2单相半波可控整流电路,2.接续流二极管时工作原理u20：uK0。在t=处触发晶闸管导通，ud=u2续流二极管VDR承受反向电压而处于断态。u20：电感的感应电压使VDR承受正向电压导通续流，晶闸管承受反压关断,ud=0。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。,1.2.2单相半波可控整流电路,带阻感负载(接续流管)的单相半波电路及其波形,阻感负载接续流二极管时的仿真波形,(e),阻感负载接续流二极管时的仿真波形,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电路电阻性负载相同为0180，且有+=180。,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,1.2.2单相半波可控整流电路,(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：,1.2.2单相半波可控整流电路,(3)续流二极管的电流平均值IdD与续流二极管的电流有效值ID,1.2.2单相半波可控整流电路,（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。,单相半波可控整流电路的特点：电路简单，调整方便，容易实现，但输出脉动大，每周期脉动一次。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。实际上很少应用此种电路。分析该电路的主要目的是建立起整流电路的基本概念。,根据调节灯电路中的参数，确定本课题中晶闸管的型号,第一步：单相半波可控整流调光电路晶闸管可能承受得的最大电压,第二步：考虑23倍的安全余量,谢谢!,