整流器电路的类型、脉冲数及可控性及其附加接线简介

9.10.3.1 不可控式整流器

整流器分为不可控式整流器和可控式整流器（见提要）。

用作整流的半导体元件称为普通整流器。不可控式整流器为二极管，其输出电压不可自由调整，是由输入电压幅度与电路类型来决定的。

提要：整流器

可控式整流器所采用的器件从截止状态到导通状态的时间点是可改变的，如晶闸管，因此，这种整流器输出电压的高低是可调的。

图9-153所示为整流器电路的标准标志图，其中规定出所涉及的整流器电路类型、脉冲数及可控性等，现有的附加接线如续流二极管。

图9-153 整流器标志

提要：整流器电路

用于交流电流：

•单脉冲半波整流电路E1U。

•双脉冲带中间抽头的全波整流电路。

•双脉冲桥式整流电路B2U。

用于三相交流电流：

•单脉中点接地全波整流电路M3U。

•六脉冲桥式整流电路B6U。

ⓘ单脉冲半波整流电路E7U的特性

•交流电压成分高。

•50Hz交流电压。

•算术平均值低。

•仅有较小电流可取出。

•可用于充电设备。

（1）单脉冲半波整流电路（E1U）

电压、电流与功率的计算公式：

U_di=0.45U₁

式中 U_di——想象的空载直流电压；

U_d——负载时直流电压；

U₁——接线交流电压（有效值）。

I_z=I_d

式中 I_z——分流电流（通过二极管的电流）；

I_d——直流电流。

P_T=3.1Pd

式中 P_T——变量器结构功率；

P_d——直流电流功率。

（2）交流电流用不可控式整流器电路整流

1）单脉冲半波整流电路E1U。

实验9-16：按图9-154a所示，把一只BAY44二极管串联一只12V白炽灯后接到调整隔离变压器上。调整变压器使输出交流电压为U₁=25V，用双通道示波器显示电压U₁和U_d的波形。调整AC或DC，并注意示波器。

白炽灯点亮，白炽灯电压U_d为脉冲形并随输入电压U₁变化而变化。

单脉冲半波整流电路只利用正的电源半波。在正的半波时，因为在阳极上的电压比阴极上的电压高，所以二极管导通。施加负的电源半波时，则二极管截止。如图9-154b所示，负载只获得交流电压的正半波，所以显示的是一个脉冲直流电压。

在整流器后面接一个动圈电压表，可以显示出空载直流电压U_di（算术平均值）。

2）双脉冲桥式整流电路B2U。

图9-154 单脉冲半波整流电路

ⓘ双脉冲桥式整流电路B2U的特性

•交流电压成分低。

•100Hz交流频率。

•算术平均值大。

•适用于大电流。

•滤波费用低。

双脉冲桥式整流电路电压、电流及功率的计算公式：

U_di=0.9U₁

式中 U_di——空载直流电压；

U_d——有负载时的直流电压；

U₁——变压器次级交流电压（有效值）。

I_Z=I_d/2

式中 I_Z——分路电流（流过二极管的电流）；

I_d——直流电流。

P_T=1.23P_d

式中 P_T——变压器结构功率；

P_d——直流电流功率。

图9-155a所示的双脉冲桥式整流电路是利用两个交流电流半波。双脉冲桥式整流电路由4个桥接的二极管组成，是最常用的整流器电路。

功能。如图9-155b所示，电压U₁为正时，电流I_Z1流经二极管R₁、负载电阻R_L和二极管R₄；当电压U₁为负时，电流I_Z2流经二极管R₃、负载电阻R_L并经二极管R₂返回。如图9-155c所示，负载获得一个脉冲式直流电压U_d。因为双脉冲桥式整流电路利用了交流电压的两个半波，所以其空载直流电压U_di（算术平均值）是单脉冲半波整流电路的两倍，它有90%的交流电压U₁有效值。空载直流电压U_di同E1U电路一样可以用动圈式电压表来测量。

双脉冲桥式整流电路B2U多用于整流器电路，并可以在消耗功率达kW的范围内使用。

整流器组件。整流器电路是制成图9-156所示的组件供货，并有供选择用具有重要数据的统一标志图。

图9-155 双脉冲桥式整流电路

图9-156 整流器组件与标志

（3）三相交流电流用不可控式整流电路

大电流时使用接到三相交流电流的整流电路。

1）不可控式三脉冲半波整流M3U。如图9-157所示，不可控式三脉冲半波整流M3U是在三条相线L1、L2和L3的每条相线接一只二极管。所有二极管用一条接线接到一条公共整流器接线上。三只二极管的阴极接到一起就是共阴极式半波整流，并标有符号M3UK；如图9-157b所示，把阳极连接成一点标注为M3UA。

总是在一个相线电压过零点后30°，有两个相同大小的相线电压，此后短暂达到0.7V的电位差使一只二极管导通，如图9-158所示，这是二极管导通最早可能的时间点（自然触发时间点）。如果一只二极管的阳极比阴极高0.7V并与电源电压变化有关，则便实现负载从一只二极管转移到另一只（整流），这就所说的电源引出的整流器。

图9-157 M3U电路

图9-158 M3U电路的整流

三相交流整流器与单相交流整流器的区别是其电压和电流（也缺少特殊的布线）未降到零。三相交流整流器的波动性与单相交流整流器相比是非常的小。

2）不可控式大脉冲桥式整流电路B6U。图9-159所示的不可控式六脉冲桥式整流电路中每条相线都使用了两只二极管。为了取得通过电流，如图9-160所示，上、下半桥的二极管必须同时导通。B6U电路的输出电压是由相线经两只二极管所接负载间的电压差得到。

图9-159 B6U整流电路

图9-160 B6U整流电路的整流

图9-161 有交流成分的直流电压

ⓘ按DINEN61346-2二极管标志用字母R（早先为V）。

（4）波动性。没有经过滤波的特殊接线的整流器与蓄电池相比提供的不是理想的直流电压，而是一个脉冲直流电压。这种混合电压是由一个直流电压成分和一个交流电压成分组成。如图9-161所示，纯的交流电压成分为交流电压U_p。根据电路类型，交流电压成分是变化的。交流电压成分与直流电压成分之间的关系由波动性W表示。为了确定波动性，则用一个动图式仪表测量空载直流电压U_di（整流后的空载电压算术平均值）。交流电压成分的电压U_p，也可以选择由动圈仪表进行测量交流电压有效值U_peH或用图解式由示波图来确定。

交流电压与波动性：

式中 U_peff——有效交流电压；

U_d——负载直流电压；

U_di——空载直流电压；

U_deff——有效整流器输出电压。

式中 W——波动性。(www.xing528.com)

（5）变压器的结构功率 整流器电路仅利用一个电源周期的整个信号波形的一部分，因此可供支配的固定功率在整流器后的比其前面的少。因此，经过整流器提供直流负载，与同功率的交流负载工作相比，变压器必须具备大的输出功率。直流功率P_d与变压器的结构功率P_T之间的关系用结构功率系数K表示。

表9-48 不可控式整流器的电路特征数据

（6）滤波脉动直流电压 电子与电气设备，如门房通话装置，需要类似电池的直流电压。但是，脉冲直流电压叠加有交流电压U_p，这种电压会引起干扰，如由扬声器发生的交流哼声的干扰。

整流器的脉动输出电压可以用一个电容器进行滤波，此电容器称为滤波电容器C_G。

接在整流器输出上的电容器滤波输出电压并把它大约提高到次级交流电压U₁的峰值。

图9-162所示的电路B2U，其电容器C_G在二极管正向导通时充电。输入交流电压下降，整流器输出电压低于电容器的电压值，整流器二极管截止，电容器经负载放电。输出电压的“空隙”由电容器电荷部分充满。在电压间隙时，电容器C_G的作用如同电源。

滤波电容器：

式中 C_G——滤波电容器；

I_d——直流电流；

f_p——交流频率；

——交流电压。

图9-162 滤波电路

计算例题：

具有输出数据12V、1A的电源装置标有双脉冲桥式整流电路的参数。请计算：

a）变压器的结构功率P_T。

b）变压器的输出电压U₁。

c）电容器C_G在交流电压、fp=100Hz时的电容。

每个二极管的电压降为U_F=0.7V。

提示：电容器C_G充电到交流电压U₁的峰值。

解：

a）P_T=1.23P_d=1.23×12V×1A=14.8W

b）

c）

把电容器的电容限制到在输出电压滤波后不存在交流电压。因为还有残余的波动性，所以应按图9-163所示附加继续减少交流成分U_P2的滤波电路。滤波电路大多是由具有减少混合电压交流成分的低通特性的RC元件或LC元件组成。整流或过滤质量由平滑因数G和滤波因数S表示。

滤波电容器：

式中 G——平滑因数；

S——滤波因数；

U_P——有效交流电压；

U_P1——未平滑和滤波的输出电压；

U_P2——平滑过的输出电压；

U_P3——平滑和滤波过的输出电压。

交流电压的大小与以下因素有关：

1）滤波电容器C_G的电容。

图9-163 RC滤波电路

2）有滤波电容器的充电频率。

3）负载电阻的大小。

以下参数越大，则交流电压越低：

1）C_G的电容。

2）负载电阻R_L。

3）交流电压频率f。

9.10.3.2 可控式整流器

如直流电动机转数控制，必须要有可变的整流电压。

由于使用了可控的晶闸管的整流管，所以每个电路的正向相可进行限制，因此就可无损耗地来控制输出直流电压的大小。

9.10.3.2.1 相位截止控制

如图9-164所示，相位截止控制时，为整流而使用的半导体器件，如晶闸管或三端双向晶闸管（开关），在电源半波时必须按规定的时刻进行触发（导通）。如果负载电流经过低于保护的正弦电流（当过零点时），则半导体器件又自动截止（截止状态中的PN结），如图9-165a所示。

图9-164 用E1C整流电路的相位截止控制

图9-165 不同负载类型的影响

9.10.3.2.2 可控式单脉冲半波整流电路E1C

如图9-164所示的单脉冲半波整流电路，如果晶闸管在导通方向已极化，控制极获得一个触发脉冲，则有电流流通。触发脉冲（导电状态）相对于全控制时触发脉冲（电压过零点时）移动了许多度，便决定出了触发角α。在纯电阻负载时，从触发瞬时到电压为零有电流流过。电流的连续时间用通过电流角θ表示。

9.10.3.2.3 不同负载类型的影响

整流器输出侧的电流与电压在纯电阻负载时为同形和同相，这意味着在电源电压过零点前电流短暂低于保持电流并且晶闸管截止。

在感性负载时，如图9-165所示，电流滞后电压。在电压过零点时，正电流仍在流动并且晶闸管在负电源半波前一直导通。电源电压的负电位通过导通的晶闸管传输到直流侧并形成图9-165所示的负电压时间面积。

电感器短时间内作为电源（电压和电流有不同极性）。当电感器中感应电压降低时，电流总是很小，直到低于晶闸管保持电流。

电感器从触发瞬时起从电源接收电能。因为被视为无损耗，所以理想的电感必须接受90°内的电能，并当在最近90°时又释放出总的电能。因此有一个因90°触发引起的180°的最大通过电流角。

为了抑制此负的电压时间面积，如图9-166所示把一个续流二极管并接到负载上。

9.10.3.2.4 控制特性曲线

利用图9-167所示的控制特性曲线可以确定与触发角α有关的负载和用电器的电压。在确定的触发角时所达到的电压标志为U_dα。在触发角α=0°时达到最高输出电压U_d0。

图9-166 有续流二极管的E1C电路

图9-167 控制特性曲线（E1C）

计算例题：

一个可控式整流器E1C在全控制时（α=0）在阻性负载上的输出电压为100V。问0°和60°时可提供多大的输出电压U_dα？

解：

由图9-167所示的特性曲线读出：

0°时：

60°时：

9.10.3.2.5 控制方法

具有特殊集成电路触发因为是线性可控并且适用于0°～180°触发，所以比不连续控制电路要灵活。用于相位截止控制的大多数控制IC_s都以相类似的基本原理工作，如IC TCA786。

把电源电压接在图9-168所示电路中，通过一个大电阻R₅和⑤脚实现与电网同步。IC中的零检波器测得电网电压何时过零点，然后准确地启动一个锯齿波发生器（R₆/R₇和IC）。比较电路把通过①脚所施加的控制电压与锯齿波发生器信号进行比较。锯齿形电压超过控制电压时，则信号继续传输到TCA785的脉冲逻辑，然后用于正或负半波的触发脉冲释放。如图9-169所示，经过R₂的可调控制电压的高低决定了晶闸管的触发时刻，在(14)和(15)脚上有滞后180°的触发脉冲。

9.10.3.2.6 可控式双脉冲桥式整流电路B2C

图9-168 TCA785的控制电路

图9-169 TCA785的信号波形

图9-170所示的全控式双脉冲桥式整流电路B2C必须有两个晶闸管同时触发才有电流流动，即一个正晶闸管和一个负晶闸管（如Q₁/Q₄和Q₂/Q₄对）由一个共用的触发变压器触发。

9.10.3.2.7 可控式三相交流整流器

对于大功率，如电动机的转速控制，则使用可控式三相交流整流器。根据直流电流所要求的幅值和波动性既可以采用图9-171所示的可控式三脉冲半波整流M3C，也可以采用图9-172所示的全控式六脉冲桥式整流电路B6C。对于M3C整流电路，为了控制则需要有3个120°相移的触发脉冲。

图9-170 B2C电路

图9-171 M3C整流电路

图9-172 B6C整流电路

B6C电路控制所需费用高。因为B6C电路在首次触发时需要一只晶闸管由上半桥而另一只晶闸管由下半桥必须同时导通，所以两个晶闸管必须同时提供触发脉冲。为了能在每一瞬时启动电路，附加有角α推迟触发脉冲的晶闸管得到第二个脉冲，使之与另一个晶闸管同步。在一个120°相移时，其结果是在60°后另一个晶闸管被触发。在此瞬间在晶闸管上应有第二个触发脉冲，此第二脉冲称为60°随动脉冲（图9-173）。

图9-173 B6C整流电路触发脉冲图