可控整流复习提纲.docx

复习提纲
晶闸管&可控整流器
一、主要概念提示及难点释疑
       1．晶闸管导通、关断条件
1）晶闸管导通条件：阳极加正向电压、门极加适当正向电压。
注意：阳极加正向电压是指阳极电位高于阴极电位，阳极电位可以是正也可以是负。门极正向电压是指门极电位高于阴极电位。
2）关断条件：流过晶闸管的阳极电流小于维持电流。
可以通过降低晶闸管阳极－阴极间电压或增大主电路中的电阻。
2．晶闸管主要参数
1）额定电压：用等级表示，选用管子时额定电压常常是
实际工作时可能承受的最大电压的2～3倍。
2）额定电流
注意：不同于通常电气元件以有效值来定义额定电流，而是以平均值来定义的。选择管子时要用有效值相等原则即流过晶闸管实际电流的有效值等于（小于更好）管子的额定电流有效值。
3．单相半波可控整流电路工作原理及参数计算
1）  几个名词术语和概念
控制角：控制角也叫触发角或触发延迟角，是指晶闸管从承受正向电压开始到触发脉冲出现之间的电角度。
导通角θ：是指晶闸管在一周期内处于导通的电角度。
移相：移相是指改变触发脉冲出现的时刻，即改变控制角的大小。
移相范围：移相范围是指一个周期内触发脉冲的移动范围，它决定了输出电压的变化范围。
2）分析工作原理、绘制输出电压ud波形时要抓住晶闸管什么时候导通、什么时候关断这个关键。
3）电感性负载时，理解输出负电压的原因。关键是理解电感储存、释放能量的性质。
4）参数计算时要根据输出波形，应用电工基础中平均值、有效值的概念来推导计算公式。
5）续流二极管的作用：使负载不出现负电压，提高输出电压。
4．单结晶体管触发电路
1）单结晶体管的伏安特性

图1－1  单结晶体管伏安特性
（a）单结晶体管实验电路  （b）单结晶体管伏安特性   （c）特性曲线族
       2）单结晶体管的张驰振荡电路

（a）                           （b）
图1－2  单结晶体管张驰振荡电路电路图和波形图
（a）电路图              （b）波形图
3）单结晶体管触发电路
单结晶体管触发电路如图1－3所示。由同步电路和脉冲移相与形成两部分组成的。

图1－3  单结晶体管触发电路
5．单相桥式全控整流电路
1）电路使用了四个晶闸管，触发电路需发出在相位上相差180°的两组触发脉冲。
2）电阻性负载时，在电源电压正负半周内，两组晶闸管VT1、VT4和VT2、VT3轮流导通向负载供电，使得输出电压波形为单相半波电路输出电压波形的两倍。
单相全控桥式整流电路带电阻性负载电路参数的计算：
①．输出电压平均值的计算公式：

②．负载电流平均值的计算公式：

③．输出电压的有效值的计算公式：

④．负载电流有效值的计算公式：

⑤．流过每只晶闸管的电流的平均值的计算公式：

⑥．流过每只晶闸管的电流的有效值的计算公式：

⑦．晶闸管可能承受的最大电压为：

3）电感性负载时，如电感足够大，输出电压波形出现负值。α＜90°时，电流连续，Ud=0~0.9U2；α＞90°时，电流断续，Ud≈0。
4）单相全控桥式整流电路带电感性负载电路参数的计算：
①．输出电压平均值的计算公式：

②．负载电流平均值的计算公式：

③．流过一只晶闸管的电流的平均值和有效值的计算公式：

④．晶闸管可能承受的最大电压为：

6．单相桥式半控整流电路
1）电路是用两只二极管代替了单相桥式全控整流电路种的两只晶闸管，只能用于整流而不能用于逆变。
2）大电感负载时存在自然续流和失控现象
3）单相全控桥式整流电路带电阻性负载电路参数的计算：
①．输出电压平均值的计算公式：

的移相范围是0°～180°。
②．负载电流平均值的计算公式：

③．流过一只晶闸管和整流二极管的电流的平均值和有效值的计算公式：

④．晶闸管可能承受的最大电压为：

4）加了续流二极管后，单相半控桥式整流电路带电感性负载电路参数的计算如下：
①．输出电压平均值的计算公式：

的移相范围是0°～180°。
②．负载电流平均值的计算公式：

③．流过一只晶闸管和整流二极管的电流的平均值和有效值的计算公式：

④．流过续流二极管的电流的平均值和有效值分别为：

⑤．晶闸管可能承受的最大电压为：

7．保护电路
最常用的过电压保护是阻容吸收电路。此外还有硒堆、压敏电阻以及整流式阻容吸收电路等。最常用的过电流保护是快速熔断器。此外还有快速开关等。
保护电路元件的选择计算以及估算常常与实际值相差很多。因此可以从经验值中选择保护元件。

二、习题
1－1调试图1－4所示晶闸管电路，在断开负载Rd测量输出电压Ud是否可调时，发现电压表读数不正常，接上Rd后一切正常，请分析为什么？

图1－4  习题1－1图
 解：当S断开时，由于电压表内阻很大，即使晶闸管门极加触发信号，此时流过晶闸管阳极电流仍小于擎住电流，晶闸管无法导通，电压表上显示的读数只是管子漏电流形成的电阻与电压表内阻的分压值，所以此读数不准。在S合上以后，Rd介入电路，晶闸管能正常导通，电压表的读数才能正确显示。
1－2  说明晶闸管型号KP100-8E代表的意义。
解：KP100-8E表示额定电流100A、额定电压8级（800V、通态平均电压组别E（0.7＜UT≤0.8）普通晶闸管。
1－3 型号为KP100－3、维持电流IH＝3mA的晶闸管，使用在图1－5所示的三个电路中是否合理？为什么（不考虑电压、电流裕量）？

图1－5  例1－3图
       解：（a）图的目的是巩固维持电流和擎住电流概念，擎住电流一般为维持电流的数倍。本题给定晶闸管的维持电流IH＝3mA，那么擎住电流必然是十几毫安，而图中数据表明，晶闸管即使被触发导通，阳极电流为100V/50KΩ＝2mA，远小于擎住电流，晶闸管不可能导通，故不合理。
       （b）图主要是加强对晶闸管型号的含义及额定电压、额定电流的理解。
       本图所给的晶闸管额定电压为300V、额定电流100A。图中数据表明，晶闸管可能承受的最大电压为311V，大于管子的额定电压，故不合理。
  （c）图主要是加强对晶闸管型号的含义及额定电压、额定电流的理解。
  晶闸管可能通过的最大电流有效值为150A，小于晶闸管的额定电流有效值1.57×100＝157A，晶闸管可能承受的最大电压150V，小于晶闸管的额定电压300V，在不考虑电压、电流裕量的前提下，可以正常工作，故合理。
1－4 有些晶闸管触发导通后，触发脉冲结束时它又关断是什么原因？
       解：晶闸管的阳极加正向电压，门极加正向触发脉冲时，晶闸管被触发导通。此后阳极电流逐渐上升到擎住电流后，去掉触发脉冲，则管子继续导通，知道电流升到负载电流后，进入正常工作状态。如果阳极电流还没有升到擎住电流值就去掉门极脉冲，则晶闸管就不能继续导通而关断。
1－5指出下图中①～⑦各保护元件及VD、Ld的名称和作用。

图1－6  例1－5图
 解：
①星形接法的硒堆过电压保护；
②三角形接法的阻容过电压保护；
③桥臂上的快速熔断器过电流保护；
④晶闸管的并联阻容过电压保护；
⑤桥臂上的晶闸管串电感抑制电流上升率保护；
⑥直流侧的压敏电阻过电压保护；
⑦直流回路上过电流快速开关保护；
VD是电感性负载的续流二极管；
Ld是电动机回路的平波电抗器.
1－6某电阻性负载要求0～24V直流电压，最大负载电流Id＝30A，如用220V交流直接供电与用变压器降压到60V供电，都采用单相半波整流电路，是否都能满足要求？试比较两种供电方案所选晶闸管的导通角、额定电压、额定电流值以及电源和变压器二次侧的功率因数和对电源的容量的要求有何不同、两种方案哪种更合理（考虑2倍裕量）？
       解：（1）采用220V电源直接供电，当=0°时
Ud0＝0.45U2=99V
       采用整流变压器降至60V供电，当=0°时
Ud0＝0.45U2=27V
       所以只要适当调节角，上述两种方案均满足输出0～24V直流电压的要求。
       （2）采用220V电源直流供电，因为，其中在输出最大时，U2＝220V，Ud＝24V，则计算得≈121°，θT＝180°－121°＝59°
晶闸管承受的最大电压为UTM＝ U2＝311V
考虑2倍裕量，晶闸管额定电压UTn=2UTM=622V
流过晶闸管的电流有效值是IT＝，其中，≈121°，
则IT＝84A
考虑2倍裕量，则晶闸管额定电流应为
因此，所选晶闸管的额定电压要大于622V，额定电流要大于107A。
电源提供的有功功率

电源的视在功率

电源侧功率因数

（3）采用整流变压器降至60V供电，U2＝60V，Ud＝24V，由计算得≈39°，θT＝180°－39°＝141°
晶闸管承受的最大电压为UTM＝ U2＝84.9V
考虑2倍裕量，晶闸管额定电压UTn=2UTM=169.8V
流过晶闸管的电流有效值是IT＝
考虑2倍裕量，则晶闸管额定电流应为
因此，所选晶闸管的额定电压要大于169.8V ，额定电流要大于65.5A。
电源提供的有功功率

电源的视在功率

电源侧功率因数

通过以上计算可以看出，增加了变压器后，使整流电路的控制角减小，所选晶闸管的额定电压、额定电流都减小，而且对电源容量的要求减小，功率因数提高。所以，采用整流变压器降压的方案更合理。
1－7 图1－7是中小型发电机采用的单相半波晶闸管自激励磁电路，L为励磁电感，发电机满载时相电压为220V，要求励磁电压为40V，励磁绕组内阻为2Ω，电感为0.1H，试求：
1)满足励磁要求时，晶闸管的导通角及流过晶闸管与续流二极管的电流平均值和有效值。
2）晶闸管与续流二极管可能承受的电压各使多少？
3）选择晶闸管与续流二极管的型号。
4）如电路原先运行正常，突然发现电机电压很低，经检查，晶闸管触发电路以及熔断器均正常，试问是何原因？

图1－7  习题1－7图
       解：1）先求控制角

得                              ＝101°
       则                         θT＝180°－101°＝79°
θD＝180°+101°＝281°
       由于ωLd=2πfLd=2×3.14×50×0.1=31.4Ω，所以为大电感负载，各电量分别计算如下

2)                        

       3）选择晶闸管和续流二极管得型号

       取＝700V，＝10A；选择晶闸管型号为KP10－7。

       取＝700V，＝20A；选择续流二极管型号为ZP20－7。
       4）是续流二极管开路造成的。因为发电机励磁线圈为大电感负载，所以输出电压Ud始终为零或电压很低。
单相桥式全控整流电路中，若有一只晶闸管因过电流而烧成短路，结果会怎样？若这只晶闸管烧成断路，结果又会怎样？
解：若有一晶闸管因为过流而烧成断路，则单相桥式全控整流电路变成单相半波可控整流电路。如果这只晶闸管被烧成短路，会引起其他晶闸管因对电源短路而烧毁，严重时使输入变压器因过流而损坏。
1－8  单相桥式全控整流电路带大电感负载时，它与单相桥式半控整流电路中的续流二极管的作用是否相同？为什么？
解：作用不同。全控整流电路电感性负载时，其输出电压波形出现负值，使输出电压平均值降低，因此，负载两端接上续流二极管后，输出电压波形中不再有负值，可以提高输出平均电压，以满足负载的需要。
半控桥电路电感性负载时，由于本身的自然续流作用，即使不接续流二极管，其输出电压波形也不会出现负值。但是一旦触发脉冲丢失，会使晶闸管失控。因此仍要再负载两端街上续流二极管，防止失控。
1－9  单相桥式全控整流电路，大电感负载，交流侧电流有效值为220V，负载电阻Rd为4Ω，计算当时，直流输出电压平均值、输出电流的平均值；若在负载两端并接续流二极管，其、又是多少？此时流过晶闸管和续流二极管的电流平均值和有效值又是多少？画出上述两种情形下的电压电流波形。
解：不接续流二极管时，由于是大电感负载，故

接续流二极管时

不接续流二极管时波形如图1－8（a）所示；接续流二极管时波形如图1－8（b）所示。

图1－8  例1－9波形图
1－10单相桥半控整流电路，对直流电动机供电，加有电感量足够大的平波电抗器和续流二极管，变压器二次侧电压220V，若控制角，且此时负载电流，计算晶闸管、整流二极管和续流二极管的电流平均值及有效值，以及变压器的二次侧电流、容量S。
解：由于平波电抗器的电感量足够大，所以可视为大电感负载，整流输出电流的波形为以水平直线。
当时，晶闸管的平均电流为

整流二极管的电流平均值与晶闸管的电流平均值相等

晶闸管电流有效值为

整流二极管和晶闸管的电流有效值为

续流二极管的电流平均值为

变压器的二次侧电流为

电源容量为

1－11直流电动机负载单相全控桥整流电路中，串接平波电抗器的意义是什么?
解：利用电感的储能作用来平衡电流的脉动和延长晶闸管的导通时间。
原因：单相全控桥整流电路输出的电压波形是脉动的缺角正弦波，当增大时，输出电压、电流脉冲加剧，电流的交流分量增大。对直流电动机来说，过大的交流分量将导致电动机的换向恶化、铁损增加，使电动机过热。
三、自我检测题
1．填空题
1）晶闸管对触发脉冲的要求是                 、                 和                          。
2）单结晶体管产生的触发脉冲是           脉冲；主要用于驱动　　　功率的晶闸管；   
3）普通晶闸管的图形符号是             ，三个电极分别是       ，      和     
4）晶闸管的导通条件是                                         ；关断条件是                                   .。
5）从晶闸管开始承受正向电压起到晶闸管导通之间的电角度称为         角，用       表示。
6）型号为KP100-8的元件表示         管、它的额定电压为        伏、额定电流为         安。
7）给晶闸管阳极加上一定的        电压；在门极加上         电压，并形成足够的             电流，晶闸管才能导通。
       8）由波形系数可知，晶闸管在额定情况下的有效值电流为ITn等于      倍IT（AV），如果IT（AV）=100安培，则它允许的有效电流为       安培。通常在选择晶闸管时还要留出         倍的裕量。
       9）晶闸管的维持电流IH是指在       温度条件下，门极断开时，晶闸管从较大通态电流下降到刚好能保持导通所必须的最小       电流。
10）一个单相全控桥式整流电路，交流电压有效值为220V，流过晶闸管的大电流有效值为15A，则这个电路中晶闸管的额定电压可选为　　　　　；晶闸管的额定电流可选　为　　　　　　。
11）单相桥式可控整流电路中，晶闸管承受的最大反向电压为             。
       2．判断题
       1）给晶闸管加上正向阳极电压它就会导通。                            （      ）
  2）普通晶闸管额定电流的定义，与其他电气元件一样，是用有效值来定义的。（      ）
3）用稳压管削波的梯形波给单结晶体管自激振荡电路供电，目的是为了使触发脉冲与晶闸管主电路实现同步。                                                 （      ）
4）在单相半波整流电路中，晶闸管的额定电压应取U2。                （      ）
5）KP2—5表示的是额定电压200V，额定电流500A的普通型晶闸管。   （    ）
6）在单结晶体管触发电路中，稳压管削波的作用是为了扩大脉冲移相范围。（    ）
7）在单相桥式半控整流带大电感负载不加续流二极管电路中，电路出故障时会出现失控现象。                                                          （      ）
8）在单相桥式半控整流电路中，带大电感负载，不带续流二极管时，输出电压波形中没有负面积。                                                   （      ）
3．选择题
1）单相半控桥整流电路的两只晶闸管的触发脉冲依次应相差         度。
A、180°，  B、60°，  c、360°，  D、120°
2）单相半波可控整流电阻性负载电路中，控制角α的最大移相范围是       。
A、90°              B、120°             C、150°             D、180°
3）某型号为KP100-10的普通晶闸管工作在单相半波可控整流电路中，晶闸管能通过的电流有效值为       。
A、100A              B、157A             C、10A             D、15.7A
4）单相半波可控整流电路，晶闸管两端承受的最大电压为       。
A、U2             B、2 U2           C、        D、
5）单结晶体管触发电路输出的触发信号是       。
     A、    B、       C、D、
6）单相半控桥整流电路的两只晶闸管的触发脉冲依次应相差         度。
A、180°，  B、60°，  c、360°，  D、120°
7）单相桥式全控整流电阻性负载电路中，控制角α的最大移相范围是(      )
A、90°              B、120°             C、150°             D、180°
8）单相桥式全控整流电感性负载电路中，控制角α的最大移相范围是(      )
A、90°              B、120°             C、150°             D、180°
4．问答题
       1）单结晶体管的特性曲线可以分为哪几段？如果用一个二极管和两个电阻接成如下方式，请按对单结晶体管特性曲线进行研究的相同做法，设计试验电路，并作出它的Ie-Ue特性曲线。

2）由下面单结晶体管的触发电路图画出各点波形。

四、自我检测题答案
       1．填空题
1）要有足够的驱动功率、触发脉冲前沿要陡幅值要高、触发脉冲要与晶闸管阳极电压同步。
2）尖脉冲、小
3）                                 阳极A、阴极K、门极G；

4）阳极和阴极加正向电压，门极接正向电压形成了足够门极电流时晶闸管导通；当晶闸管阳极电流小于维持电流IH时，导通的晶闸管关断。 
       5）控制角、α。
       6）普通晶闸管、800V、100A
       7）正向，正向门极，门极触发
8）1.57；157；1.5—2
9）温40度以下；阳极
10）、
11）
2．判断题
1）× 2）×  3）√   4）×   5）× 6）√ 7）√ 8）√
3．选择题
1）A  2）D  3）B   4）C    5）A 6）A 7）D 8）A
4．问答题
1）单结晶体管特性曲线可分为：截止区、负阻区、饱和导通区。
       2）

15