//单相可控整流//

整流电路（Rectifier）是电力电子电路中出现最早的一种，它的作用是将交流电能变为直流电能 供给直流用电设备。整流电路可以分为一下几类：按组成器件有不可控、半控、全控三种；按电路结构有桥式和零式；按交流相数有单相和多相；按变压器二次侧电流是单向或双向分为单拍和双拍。下面我们逐个进行介绍。

壹单相半波可控整流电路

带电阻负载的工作情况：

变压器T起变换电压和隔离的作用，其一次侧和二次侧电压瞬时值 分别用u1 和u2 表示，有效值分别用U1 和U2 表示，其中U2 的大小根据需要的直流输出电压ud 的平均值Ud 确定。

电阻负载的特点是电压与电流成正比，两者波形形状相同。

在分析整流电路工作时，认为晶闸管（开关器件）为理想器件， 即晶闸管导通时其管压降等于零， 晶闸管阻断时其漏电流等于零，除非特意研究晶闸管的开通、关断过程，一般认为晶闸管的开通与关断过程瞬时完成。改变触发时刻，ud 和id 波形随之改变，直流输出电压ud 为极性不变但瞬时值变化的脉动直流，其波形只在u2 正半周内出现，故称“半波”整流。加之电路中采用了可控器件晶闸管，且交流输入为单相，故该电路称为单相半波可控整流电路。整流电压ud 波形在一个电源周期中只脉动1次，故该电路为单脉波整流电路。

基本数量关系：

α：从晶闸管开始承受正向阳极电压起到施加触发脉冲止的电角度称为触发延迟角，也称触发角或控制角。

θ：晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度称为导通角。

直流输出电压平均值。

直流输出的电压平均值为

随着α增大，Ud减小，该电路中VT的α移相范围为180。

通过控制触发脉冲的相位来控制直流输出电压大小的方式称为相位控制方式，简称相控方式(还有一种控制方式叫斩波控制，这里我们主要讲相控整流电路)。

带阻感负载的工作情况：

阻感负载的特点是电感对电流变化有抗拒作用，使得流过电感的电流不能发生突变(电感的特性)。

晶闸管VT处于断态,id=0,ud =0,uVT =u2 。在ωt1时刻，即触发角α处，ud =u2，L的存在使id不能突变，id从0开始增加。u2由正变负的过零点处，id已经处于减小的过程中，但尚未降到零，因此VT仍处于通态。ωt2 时刻，电感能量释放完毕，id 降至零，VT关断并立即承受反压。由于电感的存在延迟了VT的关断时刻，使ud波形出现负的部分，与带电阻负载时相比其平均值Ud下降。

电力电子电路的一种基本分析方法，把器件理想化，将电路简化为分段线性电路。器件的每种状态组合对应一种线性电路拓扑，器件通断状态变化时，电路拓扑发生改变。以前述单相半波电路为例，当VT处于断态时，相当于电路在VT处断开，id =0。当VT处于通时，相当于VT短路。两种情况等效电路如下：

VT处于通态时，如下方程成立：

在VT导通时刻，有ωt=α，id =0，这是上式的初始条件。代入求得

式中。

当ωt=θ α时，id=0，整理上式可得

若φ为定值，α角大，θ越小。若α为定值，φ越大，θ越大，且平均值Ud 越接近零。为解决上述矛盾，在整流电路的负载两端并联一个二极管，称为续流二极管，用VDR 表示。

有续流二极管的电路分析如下：

u2正半周时，与没有续流二极管时的情况是一样的。当u2过零变负时，VDR导通，ud为零，此时为负的u2通过VDR向VT施加反压使其关断，L储存的能量保证了电流id在L-R-VDR回路中流通此过程通常称为续流。若L足够大，id连续，且id波形接近一条水平线。

基本数量关系：

流过晶闸管的电流平均值IdT和有效值IT分别为：

续流二极管的电流平均值IdDR和有效值IDR分别为

其移相范围为180°，其承受的最大正反向电压均为u2的峰值即续流二极管承受的电压为-ud，其最大反向电压为亦为u2的峰值。

单相半波可控整流电路的特点是简单，但输出脉动大，变压器二次侧电流中含直流分量，造成变压器铁芯直流磁化。为使变压器铁芯不饱和，需增大铁芯截面积，增大了设备的容量。

贰单相桥式全控整流电路

带电阻负载的工作情况：

闸管VT1和VT4组成一对桥臂，VT2和VT3组成另一对桥臂。在u2 正半周（即a点电位高于b点电位），若4个晶闸管均不导通，id =0,ud=0,VT1、VT4 串联承受电压u2。在触发角α处给VT1和VT4 加触发脉冲，VT1和VT4即导通，电流从电源a端经VT1 、R、VT4 流回电源b端。当u2过零时，流经晶闸管的电流也降到零，VT和VT4关断。在u2负半周，仍在触发角α处触发VT2和VT3，VT2和VT3导通，电流从电源b端流出，经VT3 、R、VT2流回电源a端。到u2过零时，电流又降为零，VT2和VT3关断。

基本数量关系：

晶闸管承受的最大正向电压和反向电压分别为和。

整流电压平均值为：

α=0时，Ud=Ud0=0.9U2。α=180°时，Ud=0。可见，α角的移相范围为180°。

向负载输出的直流电流平均值为：

流过晶闸管的电流平均值：

流过晶闸管的电流有效值为：

变压器二次侧电流有效值I2与输出直流电流有效值I相等，为

有

不考虑变压器的损耗时，要求变压器的容量为S=U2I2。

带阻感负载的工作情况：

在u2正半周期，触发角α处给晶闸管VT1和VT4加触发脉冲使其开通，ud=u2。负载电感很大，id不能突变且波形近似为一条水平线。u2过零变负时，由于电感的作用晶闸管VT1和VT4中仍流过电流id，并不关断。ωt=π α时刻，触发VT2和VT3，VT2和VT3导通，u2通过VT2和VT3分别向VT1和VT4施加反压使VT1和VT4关断，流过VT1和VT4的电流迅速转移到VT2和VT3上，此过程称为换相，亦称换流。

基本数量关系：

整流电压平均值为：

当α=0时，Ud0=0.9U2。α=90°时，Ud=0。晶闸管移相范围为

90°。晶闸管承受的最大正反向电压均为。

晶闸管导通角θ与α无关，均为180°，其电流平均值和有效值分别为：IdT=Id/2和IT=0.707Id。

变压器二次侧电流i2的波形为正负各180°的矩形波，其相位由α角决定，有效值I2=Id。

带反电动势负载时的工作情况：

当负载为蓄电池、直流电动机的电枢（忽略其中的电感）等时，负载可看成一个直流电压源，对于整流电路，它们就是反电动势负载。

|u2|>E时，才有晶闸管承受正电压，有导通的可能。晶闸管导通之后，ud=u2，id=(ud-E)/R，直至|u2|=E，id即降至0使得晶闸管关断，此后ud=E。与电阻负载时相比，晶闸管提前了电角度δ停止导电，δ称为停止导电角。

当α<δ时，触发脉冲到来时，晶闸管承受负电压，不可能导通。

触发脉冲有足够的宽度，保证当ωt=δ时刻有晶闸管开始承受正电压时，触发脉冲仍然存在。这样，相当于触发角被推迟为δ。

id波形在一周期内有部分时间为0的情况，称为电流断续。负载为直流电动机时，如果出现电流断续，则电动机的机械特性将很软。为了克服此缺点，一般在主电路中直流输出侧串联一个平波电抗器。电感量足够大使电流连续，晶闸管每次导通180°，这时整流电压ud的波形和负载电流id的波形与电感负载电流连续时的波形相同，ud的计算公式亦一样。为保证电流连续所需的电感量L可由下式求出：

叁单相全波可控整流电路

带电阻负载的工作情况：

变压器T带中心抽头，在u2正半周，VT1工作，变压器二次绕组上半部分流过电流；u2负半周，VT2工作，变压器二次绕组下半部分流过反方向的电流。变压器也不存在直流磁化的问题。

单相全波与单相全控桥的区别：

1. 单相全波中变压器结构较复杂，材料的消耗多；
   

2. 单相全波只用2个晶闸管，比单相全控桥少2 个，相应地，门极驱动电路也少2个；但是晶闸管承受的最大电压是单相全控桥的2倍；

3. 单相全波导电回路只含1个晶闸管，比单相桥少1个，因而管压降也少1个

从上述后两点考虑，单相全波电路有利于在低输出电压的场合应用。

肆单相桥式半控整流电路

带电感负载的工作情况：

先不考虑VDR，每一个导电回路由1个晶闸管和1个二极管构成。u2过零变负时，因电感作用使电流连续，VT1继续导通，但因a点电位低于b点电位，电流是由VT1和VD2续流，ud=0。在u2负半周，α处触发触发VT3 ， 向VT1加反压使之关断，u2经VT3和VD2向负载供电。u2过零变正时，VD4导通，VD2关断。VT3和VD4 续流，ud又为零。

续流二极管VDR：

若无续流二极管，则当α突然增大至180°或触发脉冲丢失时，会发生一个晶闸管持续导通而两个二极管轮流导通的情况，这使ud成为正弦半波，即半周期ud为正弦，另外半周期ud为零，其平均值保持恒定，相当于单相半波不可控整流电路时的波形，称为失控。有续流二极管VDR时，续流过程由VDR完成， 避免了失控的现象。续流期间导电回路中只有一个管压降，少了一个管压降，有利于降低损耗。

单相桥式半控整流电路的另一种接法：

相当于把原有的VT3和VT4换为二极管VD3和VD4，这样可以省去续流二极管VDR，续流由VD3和VD4来实现。这种接法的两个晶闸管阴极电位不同，二者的触发电路需要隔离。

以上针对单相可控整流电路进行了叙述，主要围绕半波和全波可控整流，及桥式半控和全控整流展开的，根据负载的不同，分为阻性负载和感性负载，实际使用中更多的情况都是感性负载。接下来我们会针对三相可控整流电路进行阐述。