单相桥式全控整流电路的装接与检测技巧

知识导读

单相可控整流电路因其具有电路简单、投资少、调试和维修方便等优点，一般4 kW 以下容量的可控整流装置采用较多。本任务以单相桥式全控整流电路为例，根据所接负载不同，有电阻性负载、阻感性负载、反电动势负载三种情况。

1.电路原理图

单相桥式全控整流电路原理图如图5.4.6 所示。

图5.4.6　单相桥式全控整流电路原理图

2.电路工作原理

单相桥式全控整流电路由三部分子电路组成，其分别是同步取样给定电路、触发电路以及桥式整流电路。同步取样给定电路是由二极管组成的桥式整流电路，然后通过1 kΩ电阻的分压和限流，再通过10 V 的稳压二极管进行稳压，稳压后再通过电解电容C6 进行滤波，得到了稳定的10 V 直流电，最后再通过可调电阻RP2 和RP1 进行电压取样。

脉冲触发电路也是由二极管组成的桥式整流电路，然后通过2 kΩ电阻的分压和限流，再通过15 V 的稳压二极管进行稳压，稳压后再通过电解电容C5 和C4 进行滤波，得到了稳定的15 V 直流电压，这个15 V 的电压为单结晶体管提供了工作电压，首先同步取样电压加到三极管VT1 的基极，促使三极管VT1 导通，VT1 导通后使PNP 三极管VT2 导通，这样15 V的直流电就通过24 kΩ电阻、VT2 三极管的发射极E 和集电极C 对电解电容C1 进行充电，电容C1 上的电压会按指数规律逐渐升高，当电容C1 上的电压大于单结晶体管VT3 的峰点电压时，单结晶体管就会导通，这时电容C1 就会通过单结晶体管VT3 的E 极和B 极以及100 Ω的电阻进行放电，这时就会在 100 Ω电阻上产生一个高脉冲电压，这个高脉冲电压会促使NPN 三极管VT4 导通，一旦VT4 导通，就会在两个具有同名端的电感上产生两个同步的高脉冲电压信号，这两个同步的高脉冲信号分别加在晶闸管VT5、VT7 和VT6、VT8 的门极上，就会使晶闸管VT5、VT7 和VT6、VT8 随时准备着导通。

主电路分别由四个晶闸管VT5、VT7 和VT6、VT8 组成，以及负载灯泡和阻容保护环节构成。当电压处于正半周时，晶闸管VT5 和VT8 承受正向电压状态，在此时刻又有触发脉冲的到来，这样VT5 和VT8 就会导通，其电流流过的路径由电源正向端到晶闸管VT5 再到灯泡，然后经过VT8，最后到达电源的负极，这样就会在负载灯泡上得到一个从上到下的电流；同理，当电压处于负半周时，其电流流过的路径由电源负向端到晶闸管VT6 再到灯泡，然后经过VT7，最后到达电源的正极，这样也会在负载灯泡上得到一个从上到下的电流。由此可见在单相交流电的整个周期内，负载上的电流始终都是从上到下流过灯泡的，其电路原理图如图5.4.6 所示。

任务实施

一、准备阶段

（1） 工具和仪器：

① 电源单元电路；

② 万用表MF47A；

③ 双踪示波器。

（2） 按照图5.4.6 连接电路，使用双踪示波器观察并记录其产生的波形，分析波形产生的原因。了解单相桥式全控整流电路的基本工作原理；理解单相桥式全控整流电路的基本组成；掌握单相桥式全控整流电路的安装与调试方法。

二、操作过程

1.单相桥式全控整流电路的连接与检测

（1） 检测元器件。按图5.4.6 连接好电路，确保电路准确无误。

（2） 将电阻性负载（灯泡）接入单相桥式全控整流电路主电路，将触发脉冲加在晶闸管VT5～VT8 上。

（3） 单相桥式全控整流电路元器件清单见表5.4.9。

表5.4.9　单相桥式全控整流电路元器件清单

续表

2.单相桥式全控整流电路的调试、测量

（1） 接通电源，调节给定电压，观察并记录晶闸管VT5 两端的电压、负载两端电压以及波形，并填入表5.4.10 中。

表5.4.10　波形记录表

（2） 改变触发延迟角α 的大小，观察波形的变化，并填入表5.4.11 中。(www.xing528.com)

表5.4.11　波形记录表

完成测量任务后，关闭工作台总电源，拆下测量线及导线，归还工具，对实训台及实训室开展“整理、整顿、清扫、清洁、安全”5S 行动。

项目评价

对项目实施的完成情况进行检查，并填写项目评价表5.4.12。

表5.4.12　电力电子电路安装、调试及维修项目考核评价表

拓展知识

三相桥式全控整流电路

在三相桥式全控整流电路中，对共阴极组和共阳极组是同时进行控制的，控制角都是α 。由于三相桥式整流电路是两组三相半波电路的串联，因此整流电压为三相半波时的2 倍。显然在输出电压相同的情况下，三相桥式晶闸管要求的最大反向电压，可比三相半波线路中的晶闸管低一半。

为了分析方便，使三相全控桥的6 只晶闸管触发的顺序是1-2-3-4-5-6，晶闸管是这样编号的：晶闸管KP1 和KP4 接a 相，晶闸管KP3 和KP6 接b 相，晶闸管KP5 和KP2接c 相。晶闸管KP1、KP3、KP5 组成共阴极组，而晶闸管KP2、KP4、KP6 组成共阳极组。其电路如图5.4.7 所示。

输出波形分析：

先分析α = 0 的情况，也就是在自然换相点触发换相时的情况。

为了分析方便起见，把一个周期等分6 段（见图5.4.8）。

图5.4.7　三相桥式全控整流电路原理图

图5.4.8　三相桥式全控整流电路触发信号

在第1 段期间，a 相电压最高，而共阴极组的晶闸管KP1 被触发导通，b 相电位最低，所以共阳极组的晶闸管KP6 被触发导通。这时电流由a 相经KP1 流向负载，再经KP6 流入b 相。变压器a、b 两相工作，共阴极组的a 相电流为正，共阳极组的b 相电流为负。加在负载上的整流电压为

经过60°后进入第2 段时期。这时a 相电位仍然最高，晶闸管KP1 继续导通，但是c相电位却变成最低，当经过自然换相点时触发c 相晶闸管KP2，电流即从b 相换到c 相，KP6承受反向电压而关断。这时电流由a 相流出经KP1、负载、KP2 流回电源c 相。变压器a、c两相工作。这时a 相电流为正，c 相电流为负。在负载上的电压为

再经过60°，进入第3 段时期。这时b 相电位最高，共阴极组在经过自然换相点时，触发导通晶闸管KP3，电流即从a 相换到b 相，c 相晶闸管KP2 因电位仍然最低而继续导通。此时变压器bc 两相工作，在负载上的电压为

余相依此类推。

由上述分析三相桥式全控整流电路的工作过程可以看出：

（1） 三相桥式全控整流电路在任何时刻都必须有两个晶闸管导通，而且这两个晶闸管一个是共阴极组的，另一个是共阳极组的。

（2） 三相桥式全控整流电路就是两组三相半波整流电路的串联，所以与三相半波整流电路一样，对于共阴极组触发脉冲的要求是保证晶闸管KP1、KP3 和KP5 依次导通，因此它们的触发脉冲之间的相位差应为120°。对于共阳极组触发脉冲的要求是保证晶闸管KP2、KP4 和KP6 依次导通，因此它们的触发脉冲之间的相位差也是120°。

（3） 由于共阴极的晶闸管是在正半周触发，共阳极组是在负半周触发，因此接在同一相的两个晶闸管的触发脉冲的相位应该相差180°。

（4） 三相桥式全控整流电路每隔60°有一只晶闸管要换流，由上一号晶闸管换流到下一号晶闸管触发，触发脉冲的顺序是：1→2→3→4→5→6→1，依次下去。相邻两脉冲的相位差是60°。

（5） 由于电流断续后，能够使晶闸管再次导通，必须对两组中应导通的一对晶闸管同时有触发脉冲。为了达到这个目的，可以采取两种办法；一种是使每个脉冲的宽度大于60°（必须小于120°），一般取80°～100°，称为宽脉冲触发。另一种是在触发某一号晶闸管时，同时给前一号晶闸管补发一个脉冲，使共阴极组和共阳极组的两个应导通的晶闸管上都有触发脉冲，相当于两个窄脉冲等效地代替大于60°的宽脉冲。这种方法称为双脉冲触发。

（6） 整流输出的电压是两相电压相减后的波形，实际上都属于线电压，波头Uab、Uac、Ubc、Uba、Uca、Ucb 均为线电压的一部分，是上述线电压的包络线，比三相半波时大一倍。

（7） 晶闸管所承受的反向最大电压即为线电压的峰值。三相桥式整流电路在任何瞬间仅有两个桥臂的元件导通，其余四个桥臂的元件均承受变化着的反向电压。例如在第1 段时期，KP1 和KP6 导通，此时KP3 和KP4 承受反向线电压Uba = Ub-Ua，KP2 承受反向线电压Ubc = Ub-Uc，KP5 承受反向线电压Uca = Uc-Ua，当α 从零增大的过程中，同样可分析出晶闸管承受的最大正向电压也是线电压的峰值。