可控整流电路设计及应用

可控整流电路是一种整流过程可以控制的电路。可控整流电路通常采用晶闸管作为整流器件,所有整流器件均为晶闸管的整流电路称为全控整流电路，由晶闸管与二极管混合构成的整流电路称为半控整流电路。

1.单相可控半波整流电路

单相半波可控整流电路及有关信号波形如图7-4所示。

图7-4 单相半波可控整流电路及有关信号波形

单相交流电压U₁经变压器T降压后,在二次绕组L₂上得到U₂电压,该电压送到晶闸管VTH的A极,在晶闸管的G极加有U_G触发信号(由触发电路产生)。电路工作过程说明如下:

1)在0~t₁期间,U₂电压的极性是上正下负,上正电压送到晶闸管的A极,由于无触发信号到晶闸管的G极,晶闸管不导通。

2)在t₁~t₂期间,U₂电压的极性仍是上正下负,t₁时刻有一个正触发脉冲送到晶闸管的G极,晶闸管导通,有电流经晶闸管流过负载R。

3)在t₂时刻,U₂电压为0,晶闸管由导通转为截止(称作过零关断)。

4)在t₂~t₃期间,U₂电压的极性变为上负下正,晶闸管仍处于截止。

5)在t₃~t₄时刻,U₂电压的极性变为上正下负,因无触发信号送到晶闸管的G极,晶闸管不导通。

6)在t₄时刻,第二个正触发脉冲送到晶闸管的G极,晶闸管又导通。以后电路会重复0~t₄期间的工作过程,从而在负载R上得到图7-4b所示的直流电压U_L。

从晶闸管单相半波整流电路工作过程可知,触发信号能控制晶闸管的导通，在θ角度范围内晶闸管是导通的，故称θ为导通角(0°≤θ≤180°或0≤θ≤π),如图7-4b所示,而在α角度范围内晶闸管是不导通的，α=π-θ，α称为触发延迟角。触发延迟角α越大，导通角θ越小，晶闸管导通时间越短，在负载上得到的直流电压越低。触发延迟角α的大小与触发信号出现时间有关。

单相半波可控整流电路输出电压的平均值U_L可用下式计算:

2.单相半控桥式整流电路

单相半控桥式整流电路如图7-5所示。

图7-5 单相半控桥式整流电路

图中VTH₁、VTH₂为单向晶闸管,它们的G极连接在一起,触发信号U_G同时送到两管的G极。电路工作过程说明如下:

1)在0~t₁期间,U₂电压的极性是上正下负,即a点为正、b点为负,由于无触发信号到晶闸管VTH₁的G极,VTH₁不导通,VD₂也不导通。

2)在t₁~t₂期间,U₂电压的极性仍是上正下负,t₁时刻有一个触发脉冲送到晶闸管VTH₁、VTH₂的G极,VTH₁导通,VTH₂虽有触发信号,但因其A极为负电压,故不能导通,VTH₁导通后,VD₂也会导通,有电流流过负载R_L,电流途径是a点→VTH₁→R_L→VD₂→b点。

3)在t₂时刻,U₂电压为0,晶闸管VTH₁由导通转为截止。

4)在t₂~t₃期间,U₂电压的极性变为上负下正,由于无触发信号到晶闸管VTH₂的G极,VTH₂、VD₁均不能导通。

5)在t₃时刻,U₂电压的极性仍为上负下正,此时第二个触发脉冲送到晶闸管VTH₁、VTH₂的G极,VTH₂导通,VTH₁因A极为负电压而无法导通,VTH₂导通后,VD₁也会导通,有电流流过负载R_L,电流途径是b点→VTH₂→R_L→VD₁→a点。(https://www.xing528.com)

6)在t₃~t₄期间,VTH₂、VD₁始终处于导通状态。

7)在t₄时刻,U₂电压为0,晶闸管VTH₁由导通转为截止。以后电路会重复0~t₄期间的工作过程,结果会在负载R_L上得到图7-5b所示的直流电压U_L。

改变触发脉冲的相位,电路整流输出的脉动直流电压U_L大小也会发生变化。U_L电压大小可用下式计算:

3.三相全控桥式整流电路

三相全控桥式整流电路如图7-6所示。

图7-6 三相全控桥式整流电路

a)电路 b)波形

在图7-6中,6个晶闸管VTH₁~VTH₆构成三相全控桥式整流电路,VTH₁~VTH₃的3个阴极连接在一起,称为共阴极组晶闸管,VTH₄~VTH₆的3个阳极连接在一起,称为共阳极组晶闸管。VTH₁~VTH₆的G极与触发电路连接,接受触发电路送到的触发脉冲的控制。

下面来分析电路在三相交流电一个周期(t₁~t₇)内的工作过程:

1)t₁~t₂期间,U相始终为正电压(左负右正),V相始终为负电压(左正右负),W相在前半段为正电压,后半段变为负电压。在t₁时刻,触发脉冲送到VTH₁、VTH₅的G极,VTH₁、VTH₅导通,有电流流过负载R_L,电流的途径是U相线圈右端(电压极性为正)→a点→VTH₁→R_L→VTH₅→b点→V相线圈右端(电压极性为负),因VTH₁、VTH₅导通,a、b两点电压分别加到R_L两端,R_L上电压的大小为U_ab。

2)t₂~t₃期间,U相始终为正电压(左负右正),W相始终为负电压(左正右负),V相在前半段为负电压,后半段变为正电压。在t₂时刻,触发脉冲送到VTH₁、VTH₆的G极,VTH₁、VTH₆导通,有电流流过负载R_L,电流的途径是U相线圈右端(电压极性为正)→a点→VTH₁→R_L→VTH₆→c点→W相线圈右端(电压极性为负),因VTH₁、VTH₆导通,a、c两点电压分别加到R_L两端,R_L上电压的大小为U_ac。

3)t₃~t₄期间,V相始终为正电压(左负右正),W相始终为负电压(左正右负),U相在前半段为正电压,后半段变为负电压。在t₃时刻,触发脉冲送到VTH₂、VTH₆的G极,VTH₂、VTH₆导通,有电流流过负载R_L,电流的途径是V相线圈右端(电压极性为正)→b点→VTH₂→R_L→VTH₆→c点→W相线圈右端(电压极性为负),因VTH₂、VTH₆导通,b、c两点电压分别加到R_L两端,R_L上电压的大小为U_bc。

4)t₄~t₅期间,V相始终为正电压(左负右正),U相始终为负电压(左正右负),W相在前半段为负电压,后半段变为正电压。在t₄时刻,触发脉冲送到VTH₂、VTH₄的G极,VT₂、VT₄导通,有电流流过负载R_L,电流的途径是:V相线圈右端(电压极性为正)→b点→VTH₂→R_L→VTH₄→a点→U相线圈右端(电压极性为负),因VTH₂、VTH₄导通,b、a两点电压分别加到R_L两端,R_L上电压的大小为U_ba。

5)t₅~t₆期间,W相始终为正电压(左负右正),U相始终为负电压(左正右负),V相在前半段为正电压,后半段变为负电压。在t₅时刻,触发脉冲送到VTH₃、VTH₄的G极,VTH₃、VTH₄导通,有电流流过负载R_L,电流的途径是W相线圈右端(电压极性为正)→c点→VTH₃→R_L→VTH₄→a点→U相线圈右端(电压极性为负),因VTH₃、VTH₄导通,c、a两点电压分别加到R_L两端,R_L上电压的大小为U_ca。

6)t₆~t₇期间,W相始终为正电压(左负右正),V相始终为负电压(左正右负),U相在前半段为负电压,后半段变为正电压。在t₆时刻,触发脉冲送到VTH₃、VTH₅的G极,VTH₃、VTH₅导通,有电流流过负载R_L,电流的途径是W相线圈右端(电压极性为正)→c点→VTH₃→R_L→VTH₅→c点→V相线圈右端(电压极性为负),因VTH₃、VTH₅导通,c、b两点电压分别加到R_L两端,R_L上电压的大小为U_cb。

7)t₇时刻以后,电路会重复t₁~t₇期间的过程,在负载R_L上可以得到图7-6b所示的脉动直流电压U_L。

在上面的电路分析中,将交流电压一个周期(t₁~t₇)分成6等份,每等份所占的相位角为60°,在任意一个60°相位角内,始终有两个晶闸管处于导通状态(一个共阴极组晶闸管,一个共阳极组晶闸管),并且任意一个晶闸管的导通角都是120°。另外,触发脉冲不是同时加到6个晶闸管的G极,而是在触发时刻将触发脉冲同时送到需触发的2个晶闸管G极。

改变触发脉冲的相位,电路整流输出的脉动直流电压U_L大小也会发生变化。当α≤60°时,U_L电压大小可用下式计算:

U_L=2.34U₂cosα

当α＞60°时,U_L电压大小可用下式计算: