单相整流器 - 方案和工作原理

整流器是一种设计用于将输入交流电压转换为直流电压的装置。整流器的主要模块是一组将交流电压直接转换为直流电压的脉锯。

如果需要将网络的参数与负载的参数进行匹配，则整流组通过匹配变压器接入网络。根据供电网络的相数，整流器有单相和 三相……在此处查看更多详细信息- 半导体整流器的分类…在本文中，我们将考虑单相整流器的操作。

单相半波整流器

最简单的整流电路是单相半波整流器（图1）。

米。 1. 单相可控半波整流器原理图

R 负载整流器的工作示意图如图 2 所示。

米。 2. R 负载整流器的操作方案

要打开晶闸管，必须满足两个条件：

1）阳极电位必须高于阴极电位；

2) 必须向控制电极施加打开脉冲。

对于该电路，只有在电源电压的正半周期期间才能同时满足这些条件。脉冲相位控制系统 (SIFU) 应仅在电源电压的正 NSoluneriod 中形成打开脉冲。

申请时 晶闸管 时间 θ = α 晶闸管 VS1 打开的开启脉冲 VS1 在正半周期的剩余时间内将电源电压 U 施加到负载 1（与电压 U1 相比，阀上的正向电压降 ΔUv 微不足道（ΔUv = 1 — 2 伏））。由于负载 R — 有源，因此负载中的电流会重复电压的形状。

在正半周期结束时，负载电流 i 和阀 VS1 将减小到零 (θ = nπ)，电压 U1 将改变其符号。因此，反向电压施加到晶闸管VS1，在其作用下它关闭并恢复其控制特性。

这种在电源电压的影响下周期性改变其极性的阀的切换被称为自然的。

从图中可以看出，一根导线的变化会导致电源电压施加到负载的正半周期的一部分发生变化，从而导致功耗的调节。注入 α 表征晶闸管开启时刻与其自然开启时刻相比的延迟，称为阀门的开启（控制）角。

电动势和整流器电流是连续的正半正弦波段，方向恒定但大小不恒定，即整流后的 EMF 和电流具有周期性脉动特性。并且任何周期函数都可以展开为傅里叶级数：

e (t) = E + en(T),

其中 E 是校正后的 EMF 的常数分量，en(T) — 等于所有谐波分量之和的可变分量。

因此，我们可以假设将由可变分量 en (t) 扭曲的恒定 EMF 施加到负载上。 EMF 的永久分量 E 是整流 EMF 的主要特征。

通过改变负载电压来调节负载电压的过程称为相位控制……这种方案有几个缺点：

1) 校正后的电动势中高次谐波含量高；

2）电动势和电流纹波大；

3）间歇电路操作；

4）采用低电路电压（kche=0.45）。

整流器的开断电流工作方式是这样一种方式，其中整流器的负载电路中的电流被中断，即变为零。

在有源电感负载上运行时的单相单半波整流器

RL 负载的半波整流操作时序图如图 1 所示。 3.

米。 3. RL 负载的半波整流操作图

为了分析方案中发生的过程，让我们分配三个时间间隔。

1. α < θ < δ ... 该区间对应的等效电路如图1所示。 4.

关于。 4. α < θ < δ 的等效电路

根据等效方案：

在此时间间隔内，eL（自感应 EMF）被偏置回电网电压 U1 并防止电流急剧增加。来自网络的能量在 R 处转换为热量，并在电感为 L 的电磁场中累积。

2. α < θ < π。该区间对应的等效电路如图2所示。 5.

如图。 5… α < θ < π 的等效电路

在这个区间内，自感eL的电动势改变了符号（此时θ=δ）。

在 θ δ dL 改变其符号并倾向于保持电路中的电流。它是根据 U1 定向的。在此区间内，来自网络并累积在电感 L 中的能量在 R 中转化为热量。

3. π θ α + λ。该区间对应的等效电路如图2所示。 6.

米。 6 等效电路

在某个时间点 θ = π 线电压 U1 改变其极性，但晶闸管 VS1 保持导通状态，因为 egL 超过 U1 并且晶闸管两端保持正向电压。在dL作用下的电流会同向流过负载，而电感L场中储存的能量不会被完全消耗掉。

在此区间内，感应场中积累的能量一部分在电阻R中转化为热量，一部分传输至网络。将能量从直流电路转移到交流电路的过程称为逆变……这可以通过 e 和 i 的不同符号来证明。

电流在负极 U1 部分的持续时间取决于 L 和 R (XL=ωL) 之间的比率。比率 — ωL/R 越大，电流 λ 的持续时间越长。

如果负载电路 L 中存在电感，则电流形状变得更平滑并且电流甚至在负极性 U1 的区域中流动......在这种情况下，晶闸管 VS1 在电压 U1 过渡到 0 期间不会闭合此刻电流降为零。若ωL/R→oo，则α=0λ→2π。

运行有源和有源电感负载时单相桥式整流器在连续模式下的工作原理

单相桥式整流器的电源电路如图1所示。 7、其在有源负载上工作的时序图如图7所示。八。

阀桥（图 7）包含两组阀 - 阴极（奇数阀）和阳极（偶数阀）。在桥式电路中，电流由两个阀同时承载——一个来自阴极组，一个来自阳极组。

从图中可以看出。在图7中，栅极导通，使得在电压U2的正半周期期间，电流流过栅极VS1和VS4，而在负半周期期间，电流流过栅极VS2和VS3。我们假设阀门和变压器是理想的，即Ltp = Rtp = 0，ΔUB = 0。

米。七、单相桥式整流方案

米。 8. 电阻负载上单相桥控整流器的运行方案

在该电路中，在任意时刻，一对晶闸管VS1、VS4在正半周U2和VS2、VS3在负半周导通电流。当所有晶闸管都关闭时，将一半的电源电压施加到每个晶闸管上。

在 θ =α 打开 VS1 和 VS4，负载开始流过打开的 VS1 和 VS4。之前的 VS2 和 VS3 以反向全电源电压运行。当 v = l- 时，U2 改变符号，由于负载有源，电流变为零，反向电压施加到 VS1 和 VS4，它们闭合。

在 θ =π +α 时，晶闸管 VS2 和 VS3 打开，负载电流继续沿同一方向流动。该电路中的电流在 L = 0 时具有间歇性，只有在 α = 0 时电流才略微连续。

极限连续模式是电流在某些时刻减小到零但不中断的模式。

Upr.max = Uobr.max = √2U2(带变压器),

Upr.max = Uobr.max = √2U1(无变压器)。

有源电感负载的电路操作

R-L 负载是典型的电气设备绕组和电机励磁绕组，或者当电感滤波器安装在整流器的输出端时。电感的影响影响负载电流曲线的形状以及通过阀门和变压器的电流的平均值和有效值。负载电路的电感越高，交流分量越低。

为简化计算，假设负载电流已完全平滑 (L→oo)。当 ωNSL > 5R 时，这是合法的，其中 ωNS — 整流器输出纹波的圆频率。如果满足这个条件，计算误差是微不足道的，可以忽略不计。

用于有源电感负载的单相桥式整流器的操作时序图如图 1 所示。九。

米。 9. 单相桥式整流器在 RL 负载上运行时的运行方案

为了检查计划中发生的过程，我们将分为三个工作领域。

1. 一个。该区间对应的等效电路如图2所示。十。

米。 10.整流器的等效电路

在所考虑的区间内，来自网络的能量在电阻 R 中转化为热量，一部分在电感的电磁场中积累。

2. α < θ < π。该区间对应的等效电路如图2所示。十一。

米。 11. α < θ < π 的整流器等效电路

在时刻 θ = δ 自感电动势 eL = 0 因为电流达到最大值。

在此区间内，电感中积累并被网络消耗的能量在电阻R中转化为热量。

3. π θ α + λ。该区间对应的等效电路如图2所示。 12.

米。 12.整流器在πθα+λ处的等效电路

在此区间内，感应场中积累的能量一部分在电阻R中转化为热量，一部分返回网络。

第3段自感电动势的作用导致修正后的电动势曲线出现负极性段，e和i的不同符号表明该区间有电能回流到网络。

如果在时间 θ = π + α 中存储在电感 L 中的能量没有完全消耗，则电流 i 将是连续的。当在特定时间 θ = π + α 断开脉冲提供给晶闸管 VS2 和 VS3，从网络侧向其提供正向电压时，它们断开并通过它们将反向电压从电网侧施加到工作的 VS1 和 VS4网络端，因此它们关闭，这种类型的切换称为自然切换。