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单相桥式可控整流电路

2014-12-30 08:49| 来源:电工学习网| 查看: 52370| 评论: 1

摘要: 1.电阻性负载 单相桥式整流电路带电阻负载时的原理性接线图如图1a)所示, 图中的4个开关器件都为晶闸管,属可控元件,故此电路称为单相桥式全控整流电路。 a) b) 图1 单相桥式全控整流电路(电阻性负载) 图1 b)为 ...

1.电阻性负载

单相桥式整流电路带电阻负载时的原理性接线图如图1a)所示, 图中的4个开关器件都为晶闸管,属可控元件,故此电路称为单相桥式全控整流电路。


a)                                              b)

1 单相桥式全控整流电路(电阻性负载)

1 b)为单相桥式全控整流电路带电阻性负载时各处的电压、电流波形。可以看出,负载上在u2正、负两个半波内均有电流流过,使直流电压、电流的脉动程度比单相半波得到了改善,一周期内脉动两次(两个波头),脉动频率为工频的两倍。因为桥式整流电路正负半波均能工作,使得变压器副边绕组在正、负半周内均有电流流过,直流电流平均值为零,因而变压器没有直流磁化问题,绕组及铁心利用率较高。

单相桥式可控整流电路直流电压Ud

                               (1)

可以看出,它是半波可控整流电路Ud的两倍。当α0时,晶闸管全导通(θπ),相当二极管的不可控整流,UdUd00.9U2,最大。当απ时,晶闸管全关断(θ0),Ud0,最小,所以单相桥式可控整流电路带电阻负载时的移相范围为180°

输出直流电流平均值Id

                                          (2)

输出直流电流有效值,亦即变压器次级绕组电流有效值I2

  (3)

VT1VT4VT2VT3两对晶闸管在对应的时刻相互交替导通关断,因此流过晶闸管的直流平均电流IdT为输出直流电流平均值Id的一半

                                           (4)

流过晶闸管的有效电流IT

                                 (5)

晶闸管承受的最大反向峰值电压为相电压峰值

2.电感性负载

单相桥式全控整流电路带电感性负载时的原理性接线图如图2a)所示。假设负载电感足够大(ωLd>>Rd),电路已处于正常工作过程的稳定状态,则负载电流id连续、平直,大小为Id,如图2b)所示。


a)                                          b)

2  单相桥式全控整流电路(电感性负载)

每只晶闸管的导通角θπ,晶闸管的电流波形为180°宽的矩形波。两个半波电流以相反方向流经变压器次级绕组时,因波形对称,使变压器次级电流i2180°宽,正、负半波对称的交流电流。这样,变压器次级绕组内电流无直流分量,也就不存在直流磁化问题。由于电流连续下晶闸管对轮流导通,则晶闸管电压uT波形只有导通时的UT ≈ 0,以及关断时承受的交流电压u2的局部波形,其形状随控制角α而变。

直流平均电压Ud

                               (6)

可以看出,大电感负载下电流连续时,Ud为控制角α的典型余弦函数。当α0时,UdUd00.9U2;当απ/2时,Ud0。因而电感性负载下整流电路的移相范围为90°

无论控制角α多大,输出电流波形因电感很大而呈一水平线,使直流电流平均值Id与有效值I2相等,这个有效值也就是变压器副边电流有效值。

由于两对晶闸管轮流导通,一周期内各导通180°,故流过晶闸管的电流是幅值为Id180°宽矩形波,从而可以求得其平均值为IdT = Id/2。晶闸管电流有效值为IdT = Id/。而晶闸管承受的最大正、反向电压均为相电压峰值

3.反电势负载

在工业生产中,常常遇到充电的蓄电池和正在运行中的直流电动机之类的负载。它们本身具有一定的直流电势,对于可控整流电路来说是一种反电势性质负载。在分析带反电势负载可控整流电路时,必须充分注意晶闸管导通的条件,那就是只有当直流电压ud瞬时值大于负载电势时,整流桥中晶闸管才承受正向阳压而可能被触发导通,电路才有直流电流id输出。


a)                                        b)

3  单相桥式全控整流电路(电阻反电势负载)

当电路负载为蓄电池、直流电机电枢绕组(忽略电感)时,可认为是电阻反电势负载,如图3a)所示的即为整流电路给蓄电池负载供电。

由于电势E逆晶闸管单向导电方向施加在回路中,使得只有当变压器次级电压u2大于反电势E时晶闸管才有可能被触发导通,也才有直流电流id输出。设变压器次级电压为

,则u2自零上升至u2E的电角度δ可以求得为

                                                   (7)

δ称之为停止导电角,它表征了在给定的反电势E、交流电压有效值U2下,晶闸管元件可能导通的最早时刻(3b)

当控制角αδ时,u2E,晶闸管上承受正向阳极电压,能触发导通,导通后元件一直工作到u2Eωtπδ处为止。可以看出,晶闸管导通的时间比电阻性负载时缩短了。反电势E越大,导通角θ越小,负载电流处于不连续状态。这样一来在输出同样平均电流Id条件下,所要求的电流峰值变大,因而有效值电流要比平均值电流大得多。

αδ时,虽触发脉冲在ωtα时刻施加到晶闸管门极上,但此时u2E,管子还承受反向阳极电压而不能导通。一直要待到ωtδ时,u2E后,元件才开始承受正向阳极电压,具备导通条件。为此要求触发脉冲具有足够的宽度,保证在ωtδ时脉冲尚未消失,才能保证晶闸管可靠地导通。脉冲最小宽度必须大于(δα)。

直流电动机串联平波电抗器后的原理性接线图如图4a)所示,此时属于电感反电势负载情况。其中Ld为包括平波电抗器及电机电枢线圈在内的线路总电感。


4  单相桥式全控整流电路(电感反电势负载)

假设αδ时触发导通桥式全控整流电路中的一对晶闸管,受电感Ld的阻塞作用直流id从零开始逐渐增长。又正因为电感的作用,当交流电压u­­­2小于电枢反电势E后,Ld上自感电势能帮助维持晶闸管继续导通,甚至在u2为负值时也能使管子不关断,这是串接电感后电路工作的最大特点。电路的电压、电流波形如图4b)所示。

单相桥式全控整流电路具有整流波形好,变压器无直流磁化,绕组利用率高,整流电路功率因数高等优点。另外它的Ud/U2=f(α)函数为余弦关系,斜率比其他单相可控整流陡,说明整流电路电压放大倍数大,控制灵敏度高。单相可控整流电路虽结构简单、制造和调整容易,但电压纹波大、波形差,控制滞后时间长从而快速性差。特别是对于三相电网而言仅为一相负载,影响了三相电源的平衡性。因此,在负载容量较大(4kW以上)以及对整流电路性能指标有更高要求时,多采用三相可控整流电路。

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引用 游客 2015-6-16 08:35
实际实验中为什么单相桥式全控整流电路中随着晶闸管触发角增大,输入电压U2也增大

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