单相桥式可控整流电路设计

1.单相桥式半控整流电路

单相桥式半控整流电路只需2 个晶闸管就可以对每个导电回路进行控制，另2 个晶闸管可以用二极管代替，从而简化整个电路，如图2.21 所示。

若将图2.21 所示的晶闸管全部换成电力二极管，即成为单相不可控整流电路，则不可控整流电路的工作原理相当于半控整流电路当触发角α=0°时的情况，半控电路与全控电路在电阻负载时的工作情况相同，这里只分析带感性负载的半控整流电路在触发角为α时的工作情况。现假设负载中电感很大且电路已工作于稳态。

在u2正半周，触发角α处给晶闸管VT1加触发脉冲，u2经VT1和VD4向负载供电，u2过零变负时，因电感作用使电流连续，VT1继续导通。但因a 点电位低于b 点电位，使得电流从VD4转移至VD3，VD4关断，电流不再流经变压器二次绕组，而是由VT1和VD3续流。在u2负半周触发角α时刻触发VT2，VT2导通，则向VT1加反压使之关断，u2经VT2和VD3向负载供电。u2过零变正时，VD4导通，VD3关断。VT2和VD4续流，ud又为零续流二极管的作用。

图2.21　单相桥式半控整流电路有续流二极管、阻感负载时的电路及波形

若无续流二极管，则当α突然增大至180°或触发脉冲丢失时，会发生一个晶闸管持续导通而两个二极管轮流导通的情况，这使ud成为正弦半波，即半周期ud为正弦，另外半周期ud为零，其平均值保持恒定，称为失控。

有续流二极管VDR时，续流过程由VDR完成，晶闸管关断，避免了某一个晶闸管持续导通从而导致失控的现象。同时，续流期间导电回路中只有一个管压降，有利于降低损耗。

单相桥式半控整流电路的另一种接法如图2.22 所示，这样可以省去续流二极管VDR，续流由VD3和VD4来实现。

2.单相桥式全控整流电路

1）带电阻负载的工作情况

单相整流电路中应用较多的是带电阻负载工作情况，其工作原理及波形分析如图2.23所示。

VT1和VT4组成一对桥臂，在u2正半周承受电压u2，得到触发脉冲即导通，当u2过零时关断； VT2和VT3组成另一对桥臂，在u2负半周承受电压u2，得到触发脉冲即导通，当u2过零时关断。

图2.22　单相桥式半控整流电路的另一种接法

图2.23　单相全控桥式带电阻负载时的电路及波形

数量关系如下：

α的移相范围为180°。

由于晶闸管是交替工作的，所以流过每个晶闸管的平均电流IdT为负载平均电流的二分之一，即

变压器输出电流有效值(www.xing528.com)

当α为0°时，I=1.11Id。

流过每个晶闸管的电流有效值

图2.24　单相全桥带阻感负载时的工作原理及波形分析

不考虑变压器的损耗时，要求变压器的容量为S=U2I2。

2）带电感性负载的工作情况

单相全桥带阻感负载时的工作原理及波形分析如图2.24 所示，为了便于分析讨论，假设电路已工作于稳定状态，id的平均值不变。假设负载电感很大，负载电流id连续且波形近似一水平线，u2过零变负时，由于电感的作用晶闸管VT1和VT4中仍流过电流id，并不关断。

在ωt=π +α时刻，给VT2和VT3加触发脉冲，因VT2和VT3已承受正电压，故两管导通。VT2和VT3导通后，u2通过VT2和VT3分别向VT1和VT4施加反压使VT1和VT4关断，流过VT1和VT4的电流迅速转移到VT2和VT3上，此过程被称为换相，亦称换流。

晶闸管移相范围为90°。晶闸管承受的最大正反向电压均为。晶闸管导通角θ 与α无关，均为180°。变压器二次侧电流i2的波形为正负各180°的矩形波，其相位由α角决定，有效值I2=Id。

3）带反电动势负载时的工作情况

如图2.25 所示，只有当 时，才有晶闸管承受正电压，电路才有导通的可能，导通之后，ud=u2，直至降至0 使得晶闸管关断，此后ud=E，与电阻负载时相比，晶闸管提前了电角度δ 停止导电，δ 被称为停止导电角。

在α角相同时，整流输出电压比电阻负载时大。如图2.25 （b）所示，id波形在一周期内有部分时间为0 的情况，称为电流断续。与此对应，若id波形不出现为0 的情况，称为电流连续。当触发脉冲到来时，晶闸管承受负电压，不可能导通。为了使晶闸管可靠导通，要求触发脉冲有足够的宽度，保证当ωt=δ 时，有晶闸管开始承受正电压时，触发脉冲仍然存在，这样，相当于触发角被推迟为δ。

图2.25　单相桥式全控整流电路接反电动势-电阻负载时的电路及波形

负载为直流电动机时，如果出现电流断续则电动机的机械特性很软。

为了克服此缺点，一般就在主电路中直流输出侧串联一个平波电抗器，用来减少电流的脉动和延长晶闸管导通的时间。这时整流电压ud的波形和负载电流id的波形与电感负载电流连续时的波形相同，ud的计算公式亦相同。图2.26 所示为单相桥式全控整流电路带反电动势负载串平波电抗器，电流连续的临界情况。

为保证电流连续，所需的电感量L 应为

图2.26　单相桥式全控整流电路带反电动势负载、串平波电抗器，电流连续的临界情况