单相半波可控整流电路设计解析

1.带电阻负载的工作情况

如图2.17 所示，变压器T 起变换电压和隔离的作用。

电阻负载的特点： 电压与电流成正比，两者波形相同。结合图2.17 所示电路及波形进行工作原理及波形分析。

（1）Ud为脉动直流，波形只在U2正半周内出现，故称“半波”整流。

（2）该电路采用可控器件晶闸管，且交流输入为单相，故该电路为单相半波可控整流电路。

（3）Ud波形在一个电源周期中只脉动1 次，故该电路为单脉波整流电路。

图2.17　单相半波可控整流电路及波形

两个重要的基本概念：

（1）触发延迟角： 从晶闸管开始承受正向阳极电压起到施加触发脉冲止的电角度，用α表示，也称触发角或控制角。

（2）导通角： 晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度被称为导通角，用θ 表示。

直流输出电压平均值为

VT 的α移相范围为180°。

这种通过控制触发脉冲的相位来控制直流输出电压大小的方式称为相位控制方式，简称相控方式。

直流回路的平均电流为

回路中的电流有效值为

可得流过晶闸管的电流波形系数：

电流波形系数是电流有效值与平均值之间换算的系数，在单波整流电路中，当α=0 时，Kf为1.57，Kf随着α的增大而增大。

电源供给的有功功率为

式中，U 为R 上的电压有效值：

电源侧的输入功率为

功率因数为

当α=0 时α越大，cosα越小。可见，尽管是电阻负载，电源的功率因数也不为1，这是单相半波电路的缺陷。

例2-1　单相半波可控整流电路，电阻负载由220 V 交流电源直接供电。负载要求的最高平均电压为60 V，相应平均电流为20 A，试选择晶闸管元件，并计算在最大输出情况下的功率因数。

解： （1）先求出最大输出时的控制角α：(www.xing528.com)

（2）求回路中的电流有效值：

（3）求晶闸管两端承受的正、反向峰值电压Um：

（4）选择晶闸管：

晶闸管通态平均电流可按下式计算与选择：

晶闸管电压定额的计算与选择：

可选用KP50-10 型晶闸管。

（5）计算最大输出情况下的功率因数：

2.带电感性负载的工作情况

图2.18 所示为带电感性负载的单相半波电路及波形。

图2.18　带电感性负载的单相半波电路及其波形

电感性负载的特点： 电感对电流变化有抗拒作用，使得流过电感的电流不能发生突变。

电力电子电路的一种基本分析方法：

通过器件的理想化，将电路简化为分段线性电路，分段进行分析计算。

可基于上述方法对单相半波电路进行分析： 当VT 处于断态时，相当于电路在VT 处断开，id=0。当VT 处于通态时，相当于VT 短路，如图2.19 所示。

为避免负载出现负电压而使平均电压Ud太小，就必须在整流电路的负载两端并联续流二极管，与没有续流二极管时的情况比较，在u2正半周时两者工作情况相同，如图2.20 所示。

但当u2过零变负时，续流二极管VDR导通，ud为0。此时为负的u2通过VDR向VT 施加反压使其关断，L 储存的能量保证电流id在L-R-VDR回路中流通，此过程通常被称为续流。续流期间ud为0，ud中不再出现负的部分。

数量关系若近似认为id为一条水平线，恒为Id，则有

图2.19　单相半波可控整流电路的等效电路

（a）VT 处于关断状态； （b）VT 处于导通状态

图2.20　单相半波带阻感负载有续流二极管的电路及波形

单相半波可控整流电路的特点是电路简单，但输出脉动大，变压器二次侧电流中含直流分量，造成变压器铁芯直流磁化，实际系统很少应用此种电路。

分析该电路的主要目的在于利用其简单易学的特点，建立整流电路的基本概念。