2.2 单相桥式相控整流电路

2.2.1 单相桥式全控整流电路

电路整体结构：

2.2.1.1 纯阻性负载

工作原理：

（一）

① ωt1时刻，即ωt=α，同时给T1和T4施加触发脉冲，两晶体管承受正压导通。 uT1=uT4=0 ud=u2

② T2和T3承受反压依然处于反向阻断状态。 uT2=uT3=-u2

③ ωt=π时，u2降到零，id也降到零，T1和T4关断

（二）

① ωt2时刻，即ωt=π+α，同时给T2和T3施加触发脉冲，两晶体管同时导通。 uT2=uT3=0 ud=-u2

② T1和T4承受反向电压处于反向阻断状态。 uT1=uT4=u2

③ ωt=2π时，u2和id同时降为零，T2和T3关断。

（三）

[0，ωt1]和[π，ω2t]期间，所有晶闸管都未施加触发脉冲，因此晶闸管均关断。

此时负载的状态：电压电流均为零。

名词术语和概念：

控制角α：从晶闸管承受正向电压起到施加触发脉冲使其导通的时间所对应的电角度。

导通角θ：晶闸管在一个周期内导通时间所对应的电角度。在该电路中，θ=π-α。

移相：改变触发脉冲出现的时刻，即改变控制角α的大小，称为移相。改变α的大小，使输出整流电压平均值Ud发生变化，即为移相控制。

移相范围：改变α使输出整流电压平均值Ud从最大值降到最小值，控制角α的变化范围即为触发脉冲移相范围。

换流：在相控整流电路中，从一路晶闸管导通变换为另一路晶闸管导通的过程称为换流，也称换相。

基本数量关系：

（1）输出整流电压平均值Ud：

改写为：

Ud是控制角α的函数。α越大，则Ud越小。

α=0°时，Ud=0.9U2为最大值；α=180°时，Ud=0为最小值。故移相范围为180°。

（2）负载电流平均值Id：

（3）晶闸管电流平均值IT_ave、晶闸管电流有效值IT_rms:

（4）正向最大电压、反向最大电压：

依据电流有效值与电压应力选择晶闸管定额

（5）变压器副边电流有效值I2_rms、变压器负载电流有效值Id_rms:

（6）输出整流电压有效值Ud_rms:

（7）功率因数cosφ:

随着α不断增大，Ud/U2和cosφ不断减小，当α=180°时，两者均降为零。

α越大，I2_rms/Id越大，这说明当Id一定时，αmax时，I2_rms最大。

例. 单相桥式全控整流电路，带有电阻性负载，要求输出整流电压平均值Ud从20V～100V 连续可调，且负载平均电流Id均能达到20A，最小控制角αmin＝30º。试计算晶闸管导通角的变化范围、要求的变压器容量及功率因数，并计算晶闸管额定参数。

解: 由题意，当αmin=30º时，Ud取到最大值100V，由式(2.7)计算出变压器副边电压有效值为：

当负载平均电流一定时，变压器副边电流有效值的最大值出现在最大控制角处。当变压器副边电压恒定时，Ud越小，则控制角α越大。因此，当Ud=20V时，α最大。据此可求出最大控制角及变压器副边电流有效值的最大值。

因此，变压器副边电流有效值的最大值为：

变压器容量为：

功率因数为：

晶闸管的电流有效值为：

晶闸管的额定电流为：

晶闸管的额定电压为：

2.2.1.2 阻感性负载

电感L的大小会影响整流电路的工作状态。

根据负载电流在一个工频周期中是否存在持续一段时间的零状态，可分为电流断续模式和电流连续模式两种工作情况。

稳态时，电感两端电压在一个工作周期内的平均值为零—伏秒平衡

一、电流断续模式

（一）

电感两端电压uL=u2-uR,即

① ωt1=α时，T1和T4承受正压触发导通，ud=u2，负载电流id由零开始上升，电感吸收能量。

② uR=u2时，电感电压为零，电流id达到最大值。

③ 此后，uR大于u2，id开始下降，电感释放能量。

④ u2过零反向后，电感两端电压为负，电流id持续减小，当ωt2=π+α时，id降为零，T1、T4关断。

（二）

① ωt1=π+α时，T1和T4承受正压触发导通，ud=-u2，负载电流id由零开始上升，电感吸收能量。

② uR=-u2时，电感电压为零，电流id达到最大值。

③ 此后，uR大于-u2，id开始下降，电感释放能量。

④ u2过零反向后，电感两端电压为负，电流id持续减小，当ωt=π+α+θ时，id降为零，T2、T3关断。

基本数量关系：

输出整流电压Ud：

在稳态工作时，由于电感的磁通守恒，因此其两端电压平均值为零，即伏秒积分平衡。

故负载电流平均值Id=Ud/RLd，即

Ud、Id均与α、θ有关。L、RLd和α的大小不同，晶闸管导通角θ也不一样。

连续与断续产生的根本原因：电感感值增大，电感电流脉动减小，电流未降到零时，另一晶闸管已经导通，因此电流连续。

二、电流连续模式

在实际电路中，由于L为有限值，因此id存在脉动分量。L越大，id的脉动分量越小。理想情况下，当电感L为无穷大时，id的脉动分量为零，id波形为一条平行于横轴的直线，流过晶闸管的电流为矩形波。

基本数量关系：

输出电压整流平均值Ud：

当α＝0º时，Ud＝0.9U2；α＝90º时，Ud＝0。故电流连续模式下单相桥式全控整流电路的移相范围为90º。

负载电流平均值Id：

晶闸管电流有效值IT_rms与平均值IT_ave：

变压器副边电流有效值I2_rms和负载电流有效值Id_rms：

☆总结：

纯阻性负载

1. 负载电流波形与输出整流电压同相位；除α=0以外，其余控制角情况下负载电流均断续；

2. U2过零时，则晶闸管电流均也减小到零，晶闸管关断；

3. 某晶闸管导通时，求关断晶闸管电压，优先回路由u2、导通晶闸管和待求晶闸管组成；断流时，求任意晶闸管电压，优先回路由u2、负载和斜对角的2只晶闸管组成；

4. 移相范围为180°。

阻感性负载

1. 根据控制角和电感大小，负载电流存在断续和连续两种情况，小电感时，负载电流滞后于输出整流电压；电感无穷大时，负载电流为一条直线；

2. 某晶闸管导通时，求任意关断晶闸管电压，优先回路由u2、导通晶闸管和待求晶闸管组成；

3. 大电感负载时移相范围是90°。

2.2.1.3 反电势负载

① u2>E时，晶闸管触发导通，ud=E+idRLd=u2。

② u2<E时，晶闸管承受反压关断，ud=E。

停止导通角

基本数量关系：

输出整流电压Ud：

整流电流平均值Id：