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项目二 单相半波可控整流电路（电阻性负载）

在学习单相半波可控整流电路之前

我们有必要普及一些基本知识

先从交流和直流的区别说起

什么是交流

什么是直流呢？

通常情况下

我们有如下定义

波形如图2-1所示

图a是直流波形

图b是交流波形

直流 大小和方向不随时间变化的电流

交流 是指大小和方向随时间作周期性变化的电流

一般用到的为正弦电流

2交直流之间的相互转换

交流变直流的物理本质

我们把交流变换成直流的过程叫整流

如图2-2所示

u 是一个标准的正弦交流电源

给一个电阻负载供电

当u 处于正半周时

1端为正 2端为负

如图2-3所示

此时我们在负载上得到的

电压u 就是上正下负

当变化的u 处于负半周时

为了在负载上依然得到上正下负的电压

我们很快地交叉负载与电源间的接线

将负载的正端1接到此时电源的正端2

将负载的2端

接到此时电源的负端1

如图2-3所示

对于负载而言

它没有必要知道外面的世界发生了什么

而只是感觉到自己两端的

电压在任何时候都大于零

方向没改变

基本上是直流电

这样电源提供的是交流

负载上得到的是直流

所以我们所附加的这种交换接线的操作

就是一个整流过程

我们就是一个“整流器”

具体连接可以使用两组开关来实现

由于电源的每个极都要能

连接到负载的两极

所以任两接线柱之间都应该设有开关

如图2-4所示

使用两组开关K1K3 和K2K4

配合来完成这样的变换过程

当u2为正时

K1 K3闭合

K2 K4 断开

Ud 为正

当u2为负时

断开K1、K3

闭合K2、K4

Udj 依然为正

尽管电压大小不够恒定

但是方向已经被调过来了

向直流靠近了一大步

有的手机充电器中就使用了

在此基础上简化的电路

利用二级管来做开关

二级管具有单向导电的特性

是一个在电压正向时会自动打开的开关

这种整流电路经常被画成

图2-5右边所示的样子

基本原理还是我们前面所讨论的那样

用此方法将交流变换成直流电压

我们得到的基本上是直流

只不过质量差了点

但毕竟已经是直流了

后文我们会讨论如何利用电容

电感以及有规律的开关控制

把波形调整得再完美一点

3 单相半波可控整流电路

我们观看一段调光台灯的视频

带有调光功能的台灯

我们在生活中应该很常见了

有时候我们在夜晚并不需要很亮的灯光

此时只需要轻轻旋转开关旋钮

就可以让灯光不再刺眼

至于调光的原理其实并不复杂

由于灯泡的功率是一定的

加在灯泡上的电压越高

灯泡越亮

电压越低

灯泡越暗

与其说是调光

不如说是调节电压的高低

使灯泡发出不同的亮光

如何调节电压的高低

请看以下电路：

电路结构有以下特点：

1、交流侧接单相电源

2、变压器T起变换电压和隔离的作用

3、电阻负载的特点

电压与电流成正比

两者波形相同

变压器二次侧输出电压为

大写的U 是有效值

小写的u 是交流电压的峰值

4 电路的基本工作原理

工作过程和特点：

（1）在U2的正半周（0～π期间）

晶闸管VT承受正向电压

0～ωt 期间

无触发脉冲

晶闸管VT处于正向阻断状态

Uvt＝U2

Ud=0；

2 ωt1以后

晶闸管VT由于触发脉冲Ug的作用而导通

则Ud=U2 , Uvt=0,Id= U2/R

一直到π时刻；在π时刻

电源电压过零

则流过晶闸管的电流为0

小于晶闸管的维持电流

晶闸管关断

（3） π～2π期间

U2反向

晶闸管VT由于承受反向电压而关断

Uvt＝U2

Ud=0

以后不断重复以上过程

直流输出电压平均值Ud

α ＝ 0时Ud=0.45U2

α ＝ π时Ud=0

可见可以通过调整α来调整Ud

5 分析整流电路几个名词术语

1控制角α

控制角α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

晶闸管承受正向电压开始的时刻

要根据晶闸管具体工作电路来分析

单相半波电路中

晶闸管承受正向电压开始时刻

为电源电压过零变正的时刻

如图所示

2导通角θ

导通角θ是指晶闸管在一个

周期内处于导通的电角度

单相半波可控整流电路电阻性负载时

θ=180°-α

如上图所示

不同电路或者同一电路不同性质的负载

导通角θ和控制角α的关系不同

3移相

移相是指改变触发脉冲出现的时刻

即改变控制角α的大小

4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

单相半波可控整流电路电阻性负载时

移相范围为180°

不同电路或者同一电路不同性质的负载

移相范围不同

6 单相半波可控整流电路电阻负载工作原理

1．控制角a=0°时

在a=0°时即在电源电压u2过零变正点

晶闸管门极触发脉冲出现

如下图所示

在电源电压零点开始

晶闸管承受正向电压

此时触发脉冲出现

满足晶闸管导通条件晶闸管导通

负载上得到输出电压ud的波形

是与电源电压u2相同形状的波形

当电源电压u2过零点

流过晶闸管电流为0

晶闸管的维持电流很小

一般为几十毫安

理论分析时假设为0

晶闸管关断

负载两端电压ud为零

在电源电压 负半周内

晶闸管承受反向电压不能导通

直到第二周期α=0°触发电路

再次施加触发脉冲时

晶闸管再次导通

2．控制角α=30°时

改变晶闸管的触发时刻

即控制角α的大小可改变输出电压的波形

下图（a）所示为α=30°的

输出电压的理论波形

在α=30°时

晶闸管承受正向电压

此时加入触发脉冲晶闸管导通

负载上得到输出电压ud的波形

是与电源电压u2相同形状的波形

同样当电源电压u2过零时

晶闸管也同时关断

负载上得到的输出电压ud为零

在电源电压过零点到α=30°之间的区间上

虽然晶闸管已经承受正向电压

但由于没有触发脉冲

晶闸管依然处于截止状态

3．控制角a=60°时

4．控制角a=90°时

5．控制角a=120°时

由以上的分析和测试可以得出以下结论

在单相半波整流电路中

改变a大小即改变触发脉冲

在每周期内出现的时刻

则ud和id的波形变化

输出整流电压的平均值Ud大小也随之改变

a减小 ud增大

反之ud减小

这种通过对触发脉冲的控制

来实现控制直流输出电压大小的

控制方式称为相位控制方式

简称相控方式

单相半波整流电路理论上移相范围0°～180°