可控硅元件—可控硅整流電路　

一、單相半波可控整流電路

1、工作原理

電路和波形如圖1所示，設u2=U2sinω。

圖1 單相半波可控整流

正半周：

0＜t＜t1,ug=0,T正向阻斷，id=0,uT=u2,ud=0

t=t時,加入ug脈沖，T導通，忽略其正向壓降，uT=0,ud=u2,id=ud/Rd。

負半周：

π≤t＜2π當u2自然過零時，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，叫導通角，顯然α+θ=π。當α=0，θ=180度時，可控硅全導通，與不控整流一樣，當α=180度，θ=0度時，可控硅全關(guān)斷，輸出電壓為零。?

2、各電量關(guān)系

ud波形為非正弦波，其平均值（直流電壓）：

由上式可見，負載電阻Rd上的直流電壓是控制角α的函數(shù)，所以改變α的大小就可以控制直流電壓Ud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：

Ud的有效值（均方根值）：

流過Rd的電流有效值：

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)：

由上式可見，功率因數(shù)cosψ也是α的函數(shù)，當α=0時，cosψ=0.707。顯然，對于電阻性負載，單相半波可控整流的功率因數(shù)也不會是1。

比值Ud/U、I/Id和cosψ隨α的變化數(shù)值，見表1，它們相應的關(guān)系曲線，如圖2所示

表1 Ud/U、I/Id和cosψ的關(guān)系

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

1、工作原理

電路與波形如圖3所示

圖3、單相橋式半控整流

正半周：

t1時刻加入ug1，T1導通，電流通路如圖實線所示。uT1=0,ud=u2,uT2=-u2。u2過零時，T1自行關(guān)斷。

負半周：

t2時刻加入ug2，T2導通，電流通路如圖虛線所示，uT2=0，ud=-u2,ut1=u2。u2過零時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：

直流電流Id：

電壓有效值U：

電流有效值I：

功率因數(shù)cosψ：

比值Ud/U,I/Id和cosψ隨α的變化數(shù)值見表2，相應關(guān)系曲線見圖4

表2 Ud/U、I/Id、cosψ與α的關(guān)系表

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行比較可知：

（1）當α相同時，全波的輸出直流電壓比半波的大一倍。

（2）在α和Id相同時，全波的電流有效值比半波的減小倍。

（3）α相同時，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）電阻性負載（見圖1）

• 電阻性負載，id波形與ud波形相似，因為可控硅T與負載電阻Rd串聯(lián)，所以id=id。

• 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半波電壓，負半波電壓的最大值為U2。

• 線路簡單，多用在要求不高的電阻負載的場合。

（2）感性負載（不帶續(xù)流二極管，見圖5）：

圖5 電感性負載無續(xù)流二極管

• 電機電器的電磁線圈、帶電感濾波的電阻負載等均屬于電感性負載。

• 電感具有障礙電流變化的作用可控硅T導通時，其壓降uT=0，但電流id只能從零開始上升。id增加和減少時線圈Ld兩端的感應電動勢eL的極性變化如圖示。?

• 當電源電壓u2下降及u2≥0時，只要釋放磁場能量可以維持id繼續(xù)流通，可控硅T仍然牌導通狀態(tài)，此時ud=u2。當u2＜0時，雖然ud出現(xiàn)負值，但電流id的方向不變。

• 當電流id減小到小于維持電流IH時，可控硅T自行關(guān)斷，id=0,UT=u2，可控硅承受反壓。

• 負載電壓平均值：其中電感Ld兩端電壓的平均值為零。

• 電感Ld的存在使負載電壓ud出現(xiàn)負值，Ld越大，ud負值越大，負載上直流電壓Ud就越小，Id=Ud/Rd也越小，所以如果不采取措施，可控硅的輸出就達不到應有的電壓和電流。

（3）感性負載（帶續(xù)流二極管，見圖6）：

圖6 電感性負載有續(xù)流二極管?

• 在負載上并聯(lián)一只續(xù)流二極管D，可使Ud提高到和電阻性負載時一樣，

• 在電源電壓u2≤0時，D的作用有點：①把電源負電壓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把負載短路，ud=0,避免ud出現(xiàn)負值，使負載上直流輸出電壓ud提高。

• 負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ωLd≥R時，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=根號下（θ/360°）Id；ID=根號下[(360°-θ)/360°]Id

• 可控硅T開始導通后，如果電感Ld很大，iT的上升很慢，這就有可能導致觸發(fā)脈沖消失時可控硅的電流還上升不到維持導通狀態(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)脈沖應該足夠?qū)挘蛘咴谪撦d兩端并聯(lián)一只電阻，以利于加快iT的上升。