整流電路(Rectifier)是電力電子電路中出現(xiàn)最早的一種,它的作用是將交流電能變?yōu)橹绷麟娔芄┙o直流用電設(shè)備。可以從不同角度對(duì)整流電路進(jìn)行分類,按照組成器件分可以分為不可控、半控、全控三種。本文直接從半控整流開始介紹,如果對(duì)不可控整流電路需要討論,可私下討論。
demo3_1_1單相半波可控整流電路(阻性負(fù)載)
上圖為單相半波可控整流電路的原理圖及阻性負(fù)載時(shí)的工作波形,變壓器T起變換電壓和隔離的作用,其一次側(cè)和二次側(cè)電壓瞬時(shí)值分別用u1 和u2 表示,有效值分別用U1和U2 表示,其中U2 的大小根據(jù)需要的直流輸出電壓ud 的平均值Ud 確定。
在晶閘管VT處于斷開時(shí),電路中無(wú)電流,負(fù)載電阻兩端電壓為0,u2全部施加在VT兩端,如果在u2正半周期承受正向陽(yáng)極電壓期間,wt1時(shí)刻給VT加觸發(fā)脈沖,則VT開通,忽略晶閘管通態(tài)電壓,則直流輸出電壓瞬時(shí)值ud與u2相等,直至wt=π即u2降為0時(shí),電路中電流降為0,VT關(guān)斷。仿真結(jié)果如下:
改變觸發(fā)時(shí)刻,ud 和id 波形隨之改變,直流輸出電壓ud 為極性不變,但瞬時(shí)值變化的脈動(dòng)直流,其波形只在u2 正半周內(nèi)出現(xiàn),故稱“半波” 整流。加之電路中采用了可控器件晶閘管,且交流輸入為單相,故該電路稱為單相半波可控整流電路。
α:從晶閘管開始承受正向陽(yáng)極電壓起到施加觸發(fā)脈沖止的電角度稱為觸發(fā)延遲角,也稱觸發(fā)角或控制角。
θ:晶閘管在一個(gè)電源周期中處于通態(tài)的電角度稱為導(dǎo)通角。
直流輸出電壓平均值:
demo3_1_1單相半波可控整流電路(阻感負(fù)載)
與阻性負(fù)載相比,L的存在使id 不能突變,id 從0開始增加。u2 由正變負(fù)的過(guò)零點(diǎn)處,id 已經(jīng)處于減小的過(guò)程中,但尚未降到零,因此VT仍處于通態(tài),t2 時(shí)刻,電感能量釋放完畢,id 降至零,VT關(guān)斷并立即承受反壓。由于電感的存在延遲了VT的關(guān)斷時(shí)刻,使ud 波形出現(xiàn)負(fù)的部分,與帶電阻負(fù)載時(shí)相比其平均值Ud 下降。仿真結(jié)果如下:
demo3_1_1單相半波可控整流電路(組感負(fù)載帶續(xù)流二極管)
在阻感負(fù)載基礎(chǔ)上,若φ為定值,α角大,θ越小。若α為定值,φ越大,θ越大,且平均值Ud 越接近零。為解決上述矛盾,在整流電路的負(fù)載兩端并聯(lián)一個(gè)二極管,稱為續(xù)流二極管,用VDR 表示。
u2 正半周時(shí),與沒有續(xù)流二極管時(shí)的情況是一樣的;當(dāng)u2 過(guò)零變負(fù)時(shí),VDR 導(dǎo)通,ud為零,此時(shí)為負(fù)的u2 通過(guò)VDR 向VT施加反壓使其關(guān)斷,L儲(chǔ)存的能量保證了電流id 在L-R-VDR 回路中流通,若L足夠大,id 連續(xù),近似一條直線。仿真結(jié)果如下: