单相半控桥式整流电路的优化设计

不同的负载类型，对晶闸管整流电路的工作情况有很大影响。下面就电阻性负载和大电感性负载两种情形，对电路的工作进行分析。

1.电阻性负载

如图6-8a所示，电路由整流变压器TR、两只整流二极管VD1和VD2、两只晶闸管VT1和VT2及负载电阻R_L组成。变压器二次电压u₂为正弦交流量。两只晶闸管采取共阴极接法，触发脉冲同时送给VT1、VT2的门极，但只能将承受正向电压的那只晶闸管触发导通。

在u₂的正半周内，晶闸管VT2因承受反向阳极电压而关断；VT1承受正向电压，在触发延迟角为α时加入触发脉冲u_G，使VT1触发导通。此时，由于采用共阳极接法的两只整流管中的VD2因承受正向偏置电压而导通，因此有电流从u₂的a端流经VT1、R_L和VD2，回到b端，直到u₂过零时，VT1关断，切断电流流通路径。VT1、VD2导通时，VT2和VD1均因承受反向电压而关断。若导通二极管和晶闸管的管压降忽略不计，则在负载R_L上输出的电压u_L≈u₂，且方向向下。

图6-8 单相半控桥式整流电路

a）电路 b）波形

在u₂的负半周内，用相同的触发延迟角α触发晶闸管，因VT2、VD1两管承受正向电压而导通，有电流从u₂的b端，流经VT2、R_L和VD1回到u₂的a端。直到u₂过零时，VT2关断，切断电流的流通路径。VT2、VD1导通期间，VT1和VD2均因承受反向电压而关断。输出电压u_L≈u₂，方向仍向下。这样，在u₂的一个周期内，负载两端输出电压u_L的波形是与单相半波可控整流电路中电压u_L波形相同的两块，见图6-8b所示。输出电压u_L的平均值为

每只晶闸管中的电流平均值I_VT和整流二极管中的电流平均值I_VD均为负载平均电流I_L的1/2，即

晶闸管可能承受的最大正反向电压均为。

例6-2 图6-8中，已知输入电压U₂=220V，R_L=10Ω，输出直流电压平均值的调整范围是0～185V。试计算输出最大平均电流I_Lm及晶闸管导通角范围。

解 输出最大平均电流I_Lm为

由式（6-3）得

因此， θ=π-α=150°

晶闸管导通角范围是0～150°。

2.电感性负载

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图6-9 感性负载的单相半控桥式整流电路

a）电路 b）波形（无VD） c）波形（有VD）

如图6-9a所示，由于电感线圈具有力图保持其电流不变的特性，即电流要增大时，电感线圈中产生一个与电流方向相反的自感电动势，以阻止电流的增大；反之，在电流要减少时，电感线圈中产生与电流同方向的自感电动势，来阻止电流的减小。若在图6-9a所示电路中去掉二极管VD所在的支路，则在u₂的正半周内，触发脉冲u_G1使晶闸管VT1导通。由于自感电动势的作用，在u₂过零点变负时，VT1仍获得正向电压而持续导通，阳极电流一直不能关断。若电感量足够大，则电感线圈中所储存的磁场能量，将维持到触发脉冲u_G2的到来，将晶闸管VT2触发导通，VT1才因VT2的导通而被关断。于是，在负载上将出现负值电压u_L，其波形如图6-9b所示，负载上负值电压的出现，使负载两端电压平均值减小。因此，要在电感性负载的两端并联释放磁场能量的回路，就能使晶闸管在电源电压过零时关断，以避免负值电压的出现，并使输出电流更平稳。图6-9a为接有续流二极管的单相半控桥式整流电路。VD管即可提供释放电感线圈所储存的磁场能量的回路。由于在晶闸管关断期间，感性负载两端的自感电动势，通过VD而自成回路，故称VD为续流二极管。VD的正确接法是：共阳极接法整流管的正极与VD的正极相连接；共阴极接法的晶闸管的阴极与VD的负极相连接。电路的工作过程简述如下：

为了便于分析，将感性负载分成电阻R_L和电感L_L两部分。当u₂为正半周时，整流管VD2正偏导通，在触发脉冲u_G的作用下，晶闸管VT1导通，u_L≈u₂（忽略管压降的条件下）。当u₂过零变负时，负载中L_L两端的自感电动势使续流二极管VD导通，负载电流i_L经VD而续流，晶闸管VT1此时承受反向阳极电压而关断。因VD导通，使输出电压u_L≈0。在u₂的负半周内，VD1为正向偏置，在u_G的作用下，VT2导通，电流从u₂的b端经VT2、R_L、VD1回到a端，续流二极管因承受反向电压而关断。同理，在u₂负半周过零变正、直到下一个触发脉冲到来之前，VD导通，负载电流经VD而续流，晶闸管VT2因承受反向阳极电压而关断。如果负载中的电感量足够大，则电路中的负载电流i_L可视为一水平线。电路中的若干电压、电流波形如图6-9c所示。分析波形可知，输出电压和输出电流的平均值为

两只晶闸管中的电流平均值I_VT及两只整流管中的电流平均值为

续流二极管中的电流平均值为

晶闸管、整流管和续流二极管可能承受的最大电压均为。

例6-3 一内阻为10Ω的大电感负载，由具有续流二极管的单相半控桥整流电路供电。整流电路输入交流电压有效值U₂=220V，如果触发延迟角α=30°，试计算晶闸管和续流二极管中的电流平均值及管子可能承受的最大电压。

解 由式（6-5）得

由式（6-6）得晶闸管中的电流平均值为

由式（6-7）得续流二极管中的电流平均值为

电路中管子可能承受的最大电压为。

综上所述，在相同u₂的条件下，单相半控桥式可控整流电路比单相半波可控整流电路的输出电压高，且电压脉动小，整流变压器的效率也高。