【正文】 式中 P— 變壓器二次側(cè)有功功率， P=UI=I2R S— 變壓器二次側(cè)視在功率， S=U2I2 (5) 晶閘管承受的最大正反向電壓 Um 由圖 22 (f)可以看出晶閘管承受的最大正反向電壓 Um是相電壓峰值。 π2π2s i nπ41c os222 aa? ????? IUUISP22UU m ?〖 例 21〗 如圖所示單相半波可控整流器，電阻性負載，電源電壓 U2為 220V，要求的直流輸出電壓為 50 V，直流輸出平均電流為 20A ? 試計算： (1) 晶閘管的控制角。 (2) 電路功率因數(shù)。 (3) 晶閘管的額定電壓和額定電流。 解 (1) 則 α=90186。 (2) 當 α=90186。時 ， 輸出電流有效值 (3) 2c osdd ??????? UUaA 44. 4 π2π2s i nπ4 12 ????? aaRURUI5 0 2 0 20c o s2222 ?????? UUIUUISP????? ddIUR(4) 晶閘管電流有效值 IT 與輸出電流有效值相等 ， 即： 則 取 2倍安全裕量 ， 晶閘管的額定電流為： （ 5） 晶閘管承受的最高電壓： 考慮 (2~3)倍安全裕量 ， 晶閘管的額定電壓為 根據(jù)計算結(jié)果可以選取滿足要求的晶閘管。 II ?T)2~( TT ( A V ) II ?A ( A V ) ?IV3 1 12 2 022 2m ???? UUV 9 3 3~6 2 23 1 1)3~2()3~2( mTN ??? UU 電感性負載 1. 工作原理 ? 電感性負載通常是電機的勵磁線圈和負載串聯(lián)電抗器等。 ? 當流過電感的電流變化時，電感兩端產(chǎn)生感應(yīng)電勢，感應(yīng)電勢對負載電流的變化有阻止作用，使得負載電流不能突變。當電流增大時，電感吸收能量儲能，電感的感應(yīng)電勢阻止電流增大；當電流減小時，電感釋放出能量，感應(yīng)電勢阻止電流的減小，輸出電壓、電流有相位差。 ? 單相半波整流電路感性負載演示 ? 在 ωt=0到 α期間，晶閘管陽極和陰極之間的電壓 uAK大于零，但晶閘管門極沒有觸發(fā)信號，晶閘管處于正向關(guān)斷狀態(tài)，輸出電壓、電流都等于零。 ? 在 ωt=α?xí)r，門極有觸發(fā)信號，晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通，負載電壓 ud= u2。 ? 當 ωt=π時，交流電壓 u2過零，由于有電感電勢的存在，晶閘管的電壓 uAK仍大于零，晶閘管會繼續(xù)導(dǎo)通，電感的儲能全部釋放完后，晶閘管在 u2反壓作用下而截止。直到下一個周期的正半周。 2. 數(shù)量關(guān)系 ? 直流輸出電壓平均值 Ud為 ? ?? ?aa ??? )(s i n22 1 2 ttdUU d? 當取不同的 φ角時， θ=f(α)的曲線如圖所示， 電感性負載加續(xù)流二極管 1. 工作原理 從 ud的波形可以看出，在負載兩端并聯(lián)一個續(xù)流二極管后 ,輸出電壓波形和電阻性負載一樣 ,但電流卻有著本質(zhì)的區(qū)別。 單相半波帶續(xù)流二級管演示 ? 電源電壓正半波 u2＞ 0，晶閘管電壓 uAK＞ 0。 在 ωt=α處觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通，負載上有輸出電壓和電流，續(xù)流二極管 VDR承受反向電壓而處于斷態(tài)。 ? 電源電壓負半波 u2＜ 0，通過續(xù)流二極管 VDR使晶閘管承受反向電壓而關(guān)斷。電感的感應(yīng)電壓使 VDR承受正向電壓導(dǎo)通續(xù)流，負載兩端的電壓僅為續(xù)流二極管的管壓降。如果電感足夠大，續(xù)流二極管一直導(dǎo)通到下一周期晶閘管導(dǎo)通，使 id連續(xù)。 ? 由以上分析可以看出，電感性負載加續(xù)流二極管后，輸出電壓波形與電阻性負載波形相同，續(xù)流二極管可以起到提高輸出電壓的作用。在大電感負載時負載電流波形連續(xù)且近似一條直線，流過晶閘管的電流波形和流過續(xù)流二極管的電流波形是矩形波。 ? 對于電感性負載加續(xù)流二極管的單相半波可控整流器移相范圍與單相半波可控整流器電阻性負載相同為 0～ 180186。，且有 α+θ=180186。 2. 基本數(shù)量關(guān)系 (1) 輸出電壓平均值 Ud與輸出電流平均值 Id 輸出電壓平均值 Ud 輸出電流平均值 Id (2) 晶閘管的電流平均值 IdT與晶閘管的電流有效值 IT 晶閘管的電流平均值 IdT 晶閘管的電流有效值 IT d2 ππdT IIa?? ? 2c os1π 22ds i n22π2 1 2d aa???a ????? ? UUttUU2c os10. 45 ddd a??? RURUId2)(2d21T ItdII ?a??a ??????(3) 續(xù)流二極管的電流平均值 IdDR與續(xù)流二極管的電流有效值 IDR (4) 晶閘管和續(xù)流二極管承受的最大正反向電壓 晶閘管和續(xù)流二極管承受的最大正反向電壓均為電源電壓的峰值 。 dd D R 2 ππ II a??d0 2dDR 2)(21 ItdII?a???a? ??? ? ?2m 2UU ?? 單相半波可控整流器的優(yōu)點是電路簡單，調(diào)整方便，容易實現(xiàn)。但整流電壓脈動大，每周期脈動一次。變壓器二次側(cè)流過單方向的電流，存在直流磁化、利用率低的問題，為使變壓器不飽和，必須增大鐵心截面，這樣就導(dǎo)致設(shè)備容量增大。 單相橋式全控整流器 電阻性負載 ? 單相全控橋式整流器圖和工作波形 (電阻性負載 ) 單相橋式整流電路阻性負載演示 1. 工作原理 ? 在電源電壓 u2正半波，晶閘管 VT VT4承受正向電壓。假設(shè)四個晶閘管的漏電阻相等，則在 0～ α 區(qū)間由于四個晶閘管都不導(dǎo)通，uAK1， 4=1/2 u2。在 ωt =α 處觸發(fā)晶閘管 VT VT4導(dǎo)通，電流沿a→VT 1→ R→VT 4→b 流通，此時負載上輸出電壓 ud=u2。電源電壓反向施加到晶閘管 VT VT3上，處于關(guān)斷狀態(tài)，到 ωt =π 時，因電源電壓過零，晶閘管 VT VT4陽極電流也下降為零而關(guān)斷。 ? 在電源電壓負半波 ， 晶閘管 VT VT3承受正向電壓 ， 在π ～ π+ α 區(qū)間 ， uAK2， 3=1/2 u2， 在 ωt =π+ α 處觸發(fā)晶閘管 VT VT3， 元件導(dǎo)通 ， 電流沿 b→VT 3→ R→VT 2→a 流通 ，電源電壓沿正半周期的方向施加到負載電阻上 ， 負載上有輸出電壓 ud=u2。 此時電源電壓反向施加到晶閘管 VTVT4上 ， 使其處于關(guān)斷狀態(tài) 。 到 ωt =2π ， 電源電壓再次過零 ， VT2 、 VT3 陽 極 電 流 也 下 降 為 零 而 關(guān) 斷 。 ? 單相橋式整流器電阻性負載時的移相范圍是 0～ 180186。 α =0186。時 ， 輸出電壓最高； α =180186。時 ， 輸出電壓最小 。晶閘管承受最大反向電壓 Um是相電壓峰值 ， 晶閘管承受最大正向電壓是 Um/2。 ? 負載上正負兩個半波內(nèi)均有相同方向的電流流過，從而使直流輸出電壓、電流的脈動程度較前述單相半波得到了改善。變壓器二次繞組在正、負半周內(nèi)均有大小相等、方向相反的電流流過，從而改善了變壓器的工作狀態(tài)并提高了變壓器的有效利用率。 2. 基本數(shù)量關(guān)系 (1) 輸出電壓平均值 Ud與輸出電流平均值 Id ? 輸出電壓平均值 Ud為 ? 輸出電流平均值 Id為 ? ? 2c o o s1π22ds i n2π1 222d aa???a ????? ? UUttUU2c 2dda???RURUI(2) 輸出電壓有效值 U (3) 輸出電流有效值 I與變壓器二次側(cè)電流 I2 輸出電流有效值 I與變壓器二次側(cè)電流 I2相同為 ? ? ? ? ππ2s i nπ2 1ds i n22π1 22 aa???a ???? ? UttUUππ2s i nπ2122aa ?????RURUII(4) 晶閘管的電流平均值 IdT與晶閘管電流有效值 IT (5) 功率因數(shù) cosφ 顯然功率因數(shù)與 α相關(guān) ， α=0186。時 ， cosφ =1。 ddT 21 II ?22T 212 ππ2s i nπ41 IRUI ???? aaππ2s i nπ21c os2aa? ?????IUUISP 電感性負載 1. 工作原理 ? 電源電壓正半波 ， 在 ωt =α 處觸發(fā)晶閘管 VT VT4， 晶閘管VT1 、 VT4 承 受 正 向 電 壓 ， 元 件 導(dǎo) 通 ， 電 流 沿a→VT 1→L→R→VT 4→b 流通 ， 此時負載上電壓 ud=u2。 此時電源電壓反向施加到晶閘管 VT VT3上 ， 使其承受反向陽極電壓而處于關(guān)斷狀態(tài) 。 ? 當 ωt =π 時，電源電壓自然過零，電感感應(yīng)電勢使晶閘管繼續(xù)導(dǎo)通。 ? 在電源電壓負半波，晶閘管 VT VT3承受正向電壓，但沒有觸發(fā)脈沖而不導(dǎo)通；在 ωt=π +α處觸發(fā)晶閘管 VT VT3，元件導(dǎo)通，電流沿 b→ VT3→ L→ R→ VT2→ a流通，電源電壓沿正半周期的方向施加到負載上，負載上有輸出電壓 ud= u2。此時 VT VT4承受反向電壓由導(dǎo)通狀態(tài)變?yōu)殛P(guān)斷狀態(tài)。晶閘管 VT VT3— 直要導(dǎo)通到下一周期ωt=2π+α處再次觸發(fā)晶閘管 VT VT4為止。 ? 單相全控橋式整流器圖和工作波形 (電感性負載 ) 單相橋式整流電路感性負載 ? 從波形可以看出 α＞ 90186。輸出電壓波形正負面積相同，平均值為零，所以移相范圍是 0～ 90186?？刂平?α在 0～ 90186。之間變化時，晶閘管導(dǎo)通角 θ ≡ π ，導(dǎo)通角 θ 與控制角 α無關(guān)。晶閘管承受的最大正、反向電壓 Um = 22U2. 基本數(shù)量關(guān)系 (1) 輸出電壓平均值 Ud (2) 輸出電流平均值 Id和變壓器副邊電流 I2 ? ? aa??a?a c osπ22ds i n2π1 222d UUttUU ??? ? ?2dd IRUI ??(3) 晶閘管的電流平均值 IdT 由于晶閘管輪流導(dǎo)電，所以流過每個晶閘管的平均電流只有負載上平均電流的一半。 (4) 晶閘管的電流有效值 IT 與通態(tài)平均電流 IT(AV) ddT 21 II ?dT 21 II ? )2~(TT ( A V ) II ?3. 反電勢負載 (1) 反電勢電阻負載的情況 ? 單相全控橋電路圖和工作波形 (反電勢無負載 ) ? 在負載回路無電感時，反電勢電阻負載的特點是：當整流電壓的瞬時值 ud小于反電勢 E 時，晶閘管承受反壓而關(guān)斷，這使得晶閘管導(dǎo)通角減小。晶閘管導(dǎo)通時， ud=u2 ? 晶閘管關(guān)斷時， ud=E。與電阻負載相比晶閘管提前了電角度 δ 停止導(dǎo)電， δ 稱作停止導(dǎo)電角。 若 α δ 時，觸發(fā)脈沖到來時，晶閘管承受負電壓，不可能導(dǎo)通。為了使晶閘管可靠導(dǎo)通，要求觸發(fā)脈沖有足夠的寬度，保證當晶閘管開始承受正電壓時，觸發(fā)脈沖仍然存在。 輸出電壓為 : ? ? ??? ??a ??? tdEtUEU )s i n2(1 2d22a r c s in UE??(2) 反電勢電感性負載的情況 ? 若負載為直流電動機時 ， 此時負載性質(zhì)為反電動勢電感性負載 ，電感不足夠大 ， 輸出電流波形會斷續(xù) 。 在負載回路串接平波電抗器可以減小電流脈動 ， 如果電感足夠大 ， 電流就能連續(xù) ， α δ時 ,在這種條件下其工作情況與電感性負載相同 。 ? 與單相半波可控整流器相比，整流電壓脈動減小，每周期脈動兩次。變壓器二次側(cè)流過正反兩個方向的電流，不存在直流磁化，利用率高。 ac o 2d UU ? 單相雙半波可控整流電路 單相雙半波可控整流電路的電路圖 a )b )u1TRu2u2i1V T1V T2ududi1OOa? t? t1. 單相全波與單相全控橋從直流輸出端或從交流輸入端看均是基本一致的。 2. 變壓器不存在直流磁化的問題。 3. 單相全波只用 2個晶閘管，比單相全控橋少 2個，相應(yīng)地，門極驅(qū)動電路也少 2個；但是晶閘管承受的最大電壓是單相