电力电子技术-单相半波可控整流电路

电力电子技术-单相半波可控整流电路

单相半波可控整流电路是电力电子技术中的基础电路之一，广泛应用于各种需要直流电源的场合。本文将详细介绍该电路的工作原理、数学模型以及实际应用中的优化方法。

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，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。

单相半波可控整流电路及波形

改变触发时刻，ud和id波形随之改变，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。整流电压ud波形在一个电源周期中只脉动1次，故该电路为单脉波整流电路。

基本数量关系

α：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。

直流输出电压平均值

随着α增大，Ud减小，该电路中VT的α移相范围为180°。

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，简称相控方式。

带阻感负载的工作情况

阻感负载的特点是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wt1时刻，即触发角α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，因此VT仍处于通态。

☞wt2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。

带阻感负载的单相半波可控整流电路及其波形

电力电子电路的一种基本分析方法

☞把器件理想化，将电路简化为分段线性电路。

☞器件的每种状态组合对应一种线性电路拓扑，器件通断状态变化时，电路拓扑发生改变。

☞以前述单相半波电路为例

当VT处于断态时，相当于电路在VT处断开，id=0。当VT处于通时，相当于VT短路。两种情况的等效电路

单相半波可控整流电路的分段线性等效电路 a) VT处于关断状态 b) VT处于导通状态

VT处于通态时，如下方程成立：

(3-2)

在VT导通时刻，有wt=α，id=0，这是式（3-2）的初始条件。求解式(3-2)并将初始条件代入可得

(3-3)

若

为定值，α角大，

越小。

若α为定值，

越大，

越大 ，且平均值Ud越接近零。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，用VDR表示。

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

基本数量关系

流过晶闸管的电流平均值IdT和有效值IT分别为：

续流二极管的电流平均值IdDR和有效值IDR分别为

其移相范围为180°，其承受的最大正反向电压均为u2的峰值即

。续流二极管承受的电压为-ud，其最大反向电压为

，亦为u2的峰值。

单相半波可控整流电路的特点是简单，但输出脉动大，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。为使变压器铁芯不饱和，需增大铁芯截面积，增大了设备的容量。