可控硅整流電路

可控硅整流電路

一、單相半波可控整流電路

電路和波形如圖1所示，設(shè)u2=

U2sinω。
正半周：
0＜t＜t1,ug=0,T正向阻斷，id=0,uT=u2,ud=0
t=t時(shí),加入ug脈沖，T導(dǎo)通，忽略其正向壓降，uT=0,ud=u2,id=ud/Rd。
負(fù)半周：
π≤t＜2π當(dāng)u2自然過零時(shí)，T自行關(guān)斷而處于反向阻斷狀態(tài)，ut=0,ud=0,id=0。
從0到t1的電度角為α，叫控制角。從t1到π的電度角為θ，叫導(dǎo)通角，顯然
α+θ=π。當(dāng)α=0，θ=180度時(shí)，可控硅全導(dǎo)通，與不控整流一樣，當(dāng)α=180度，θ=0度時(shí)，可控硅全關(guān)斷，輸出電壓為零。

圖1、單相半波可控整流

2、各電量關(guān)系

ud波形為非正弦波，其平均值（直流電壓）：
ud=(1/2π)u2sinωtd(ωt)=(0.45u2)[1+cosα)/2]-------------式1
由上式可見，負(fù)載電阻Rd上的直流電壓是控制角α的函數(shù)，所以改變?chǔ)恋拇笮【涂梢钥刂浦绷麟妷篣d的數(shù)值，這就是可控整流意義之所在。
流過Rd的直流電流Id：
Id=(Ud/Rd)=0.45(u2/Rd)×[(1+cosα)/2]--------------------------式2
Ud的有效值（均方根值）：
-------------------------------------式3
流過Rd的電流有效值：

I=U/Rd=(U2/Rd)

---------------------------------式4

由于電源提供的有功功率P=UI，電源視在功率S=U2I（U2是電源電壓有效值），所以功率因數(shù)：

cosψ=P/S=

-------------------------------------式5

由上式可見，功率因數(shù)cosψ也是α的函數(shù)，當(dāng)α=0時(shí)，cosψ=0.707。顯然，對(duì)于電阻性負(fù)載，單相半波可控整流的功率因數(shù)也不會(huì)是1。
比值Ud/U、I/Id和cosψ隨α的變化數(shù)值，見表一，它們相應(yīng)的關(guān)系曲線，如圖2所示
表一 Ud/U、I/Id和cosψ的關(guān)系

α	0°	30°	60°	90°	120°	150°	180°
Ud/U I/Id cosψ	0.45 1.57 0.707	0.42 1.66 0.698	0.338 1.88 0.635	0.225 2.22 0.508	0.113 2.87 0.302	0.03 3.99 0.12	0 - 0

圖2、單相半波可控整流的電壓、電流及功率因數(shù)與控制角的關(guān)系

由于可控硅T與Rd是串聯(lián)的，所以，流過Rd的有效值電流I與平均值電流Id的比值，也就是流過可控硅T的有效值電流IT與平均值電流IdT的比值，即I/Id=It/IdT。

二、單相橋式半控整流電路

電路與波形如圖3所示

圖3、單相橋式半控整流

t1時(shí)刻加入ug1，T1導(dǎo)通，電流通路如圖實(shí)線所示。uT1=0,ud=u2,uT2=-u2。u2過零時(shí)，T1自行關(guān)斷。
負(fù)半周：
t2時(shí)刻加入ug2，T2導(dǎo)通，電流通路如圖虛線所示，uT2=0，ud=-u2,ut1=u2。u2過零時(shí)T2自行關(guān)斷。
2、各電量關(guān)系
由圖3可見，ud波形為非正弦波，其幅值為半波整流的兩倍，所以Rd上的直流電壓Ud:
Ud=0.9U2[(1+cosα)/2]--------------------------式6
直流電流Id:
Id=Ud/Rd=0.9(u2/Rd)×[(1+cosα)/2]-------------式7
電壓有效值U：

--------------------------式8

電流有效值I：

--------------------------式9

功率因數(shù)cosψ:

cosψ=

------------------------式10

比值Ud/U,I/Id和cosψ隨α的變化數(shù)值見表二，相應(yīng)關(guān)系曲線見圖4
表二、 Ud/U、I/Id、cosψ與α的關(guān)系表

α	0°	30°	60°	90°	120°	150°	180°
Ud/U I/Id cosψ	0.9 1.112 1	0.84 1.179 0.985	0.676 1.335 0.896	0.45 1.575 0.717	0.226 1.97 0.426	0.06 2.835 0.169	0 - 0

圖4、單相全波和橋式電路電壓、電流及功率因數(shù)與控制角的關(guān)系

把單相全波整流單相半波整流進(jìn)行比較可知：
（1）當(dāng)α相同時(shí)，全波的輸出直流電壓比半波的大一倍。
（2）在α和Id相同時(shí)，全波的電流有效值比半波的減小

倍。
（3）α相同時(shí)，全波的功率因數(shù)比半波的提高了

倍。

三、整流電路波形分析

1、單相半波可控整流
（1）電阻性負(fù)載（見圖1）
1）電阻性負(fù)載，id波形與ud波形相似，因?yàn)榭煽毓鑄與負(fù)載電阻Rd串聯(lián)，所以id=id。
2）可控硅T承受的正向電壓隨控制角α而變化，但它承受的反向電壓總是負(fù)半波電壓，負(fù)半波電壓的最大值為U2。
3）線路簡(jiǎn)單，多用在要求不高的電阻負(fù)載的場(chǎng)合。
（2）感性負(fù)載（不帶續(xù)流二極管，見圖5）：
1）電機(jī)電器的電磁線圈、帶電感濾波的電阻負(fù)載等均屬于電感性負(fù)載。
2）電感具有障礙電流變化的作用可控硅T導(dǎo)通時(shí)，其壓降uT=0，但電流id只能從零開始上升。id增加和減少時(shí)線圈Ld兩端的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)eL的極性變化如圖示。

圖5、電感性負(fù)載無續(xù)流二極管

3）當(dāng)電源電壓u2下降及u2≥0時(shí)，只要釋放磁場(chǎng)能量可以維持id繼續(xù)流通，可控硅T仍然牌導(dǎo)通狀態(tài)，此時(shí)ud=u2。當(dāng)u2＜0時(shí)，雖然ud出現(xiàn)負(fù)值，但電流id的方向不變。
4）當(dāng)電流id減小到小于維持電流IH時(shí)，可控硅T自行關(guān)斷，id=0,UT=u2，可控硅承受反壓。
5）負(fù)載電壓平均值：

其中電感Ld兩端電壓的平均值為零。
6）電感Ld的存在使負(fù)載電壓ud出現(xiàn)負(fù)值，Ld越大，ud負(fù)值越大，負(fù)載上直流電壓Ud就越小，Id=Ud/Rd也越小，所以如果不采取措施，可控硅的輸出就達(dá)不到應(yīng)有的電壓和電流。
（3）感性負(fù)載（帶續(xù)流二極管，見圖6）：
1）在負(fù)載上并聯(lián)一只續(xù)流二極管D，可使Ud提高到和電阻性負(fù)載時(shí)一樣，
2）在電源電壓u2≤0時(shí)，D的作用有點(diǎn)：①把電源負(fù)電壓u2引到可控硅T兩端，使T關(guān)斷，uT=u2；②給電感電流續(xù)流，形成iD；③把負(fù)載短路，ud=0,避免ud出現(xiàn)負(fù)值，使負(fù)載上直流輸出電壓ud提高。
3）負(fù)載電流為何控硅電流iT和二極管的續(xù)流iD之和，即id=iT+iD。當(dāng)ωLd≥R時(shí)，iD下降很慢使id近似為一條水平線，所以流過T和D的電注平均值與有效值分別為：
平均值：IdT=（θ/360°）Id
IdD=[(360°-θ)/360°]Id
有效值：IT=根號(hào)下（θ/360°）Id
ID=根號(hào)下[(360°-θ)/360°]Id

4)可控硅T開始導(dǎo)通后，如果電感Ld很大，iT的上升很慢，這就有可能導(dǎo)致觸發(fā)脈沖消失時(shí)可控硅的電流還上升不到維持導(dǎo)通狀態(tài)的維持電流，就是說，可控硅觸發(fā)不了，為了使可控硅可靠觸發(fā)，觸發(fā)脈沖應(yīng)該足夠?qū)挘蛘咴谪?fù)載兩端并聯(lián)一只電阻，以利于加快iT的上升。