变频器的单相可控整流电路

    可控整流电路是一种普遍应用的整流电路，通常由晶闸管作为功率器件。图3.7所示为可控整流电路的一般结构。可控整流电路一般由交流电源、整流主电路、滤波器、负载及触发控制电路构成。
    图3.7    可控整流电路结构    图3.8所示为单相半波可控整流电路带电阻性负载的电路。生产生活中的电焊、电解槽、电灯、电炉等都可以看作是电阻性负载。电阻性负载是耗电能元件，不能储存电能，由欧姆定律可知，当负载电压和流过负载的电流为关联参考方向时，电阻性负载端电压和流过它的电流成正比，两者具有相同形状的波形。
    图3.8    带电阻性负载的单相半波可控整流电路    晶闸管的导通有两个基本条件，即晶闸管承受正向压降(大于1V)，并且门极施加触发信号（门极和阴极之间有一定功率和幅值的正电压）。在交流电压U2的正半周期，晶闸管承受正向压降，满足导通条件的第一条，此时给晶闸管门极施加触发信号，晶闸管就能导通。这样，控制了门极触发信号的出现时刻，也就控制了整流输出电压；要想改变整流输出电压，改变门极触发信号的出现时刻即可。需要注意的是，由于在交流输入电压的负半波到来时，流过晶闸管的电流下降到维持导通的电流以下，晶闸管关断，因此，需要在每个周期都对晶闸管进行触发。    为了确定晶闸管门极触发信号出现的时刻，规定晶闸管每个周期承受正向压降的初始时刻为自然换相点。这样，在每个交流输入电压周期内都有一个自然换相点，规定，在一个交流输入电压周期内，从自然换相点算起直到触发信号出现这段时间换算成角度称为该周期的触发控制角或延迟触发角，用α表示。图3.9和图3.10分别是单相半波可控整流电路带电阻性负载在α=0和α=π/3时的波形。
    图3.9    带电阻性负载的单相半波可控整流电路波形（α=0）
    图3.10    带电阻性负载的单相半波可控整流电路波形（α=π/3）    图3.11和图3.12分别是单相桥式全控整流电路带电阻性负载的电路和波形，控制角α=π/3。
    图3.11    带电阻性负载的单相桥式全控整流电路
    图3.12    带电阻性负载的单相桥式全控整流电路波形    VDZ1和VDZ4组成一对桥臂，在u2正半周承受电压u2，得到触发脉冲即导通，当u2为零时关断；VDZ2和VDZ3组成另一对桥臂，在U2负半周承受电压-u2，得到触发脉冲即导通，当u2过零时关断。触发控制角为α，在0～α时间段内，VDZ2和VDZ3承受反压截止，VDZ1和VDZ4的触发脉冲尚未到来，这段时间内没有晶闸管导通，VDZ1和VDZ4承受正向压降，每个管子承受的电压均为u2/2。在α时刻，晶闸管VDZ1和VDZ4的触发脉冲到来，VDZ1和VDZ4导通，忽略晶闸管的导通压降，负载上的电压降落（整流电路输出）为变压器副边电压u2。在电阻性负载的情况下，负载电流波形和负载电压波形的形状一致，因此，随着U2在兀时刻下降到0，流经负载的电流也就是流经晶闸管VDZ1和VDZ4的电流下降到零，VDZ1和VD24关断。这样，4个管子都保持关断状态，直到π+α时刻晶闸管VDZ2和VDZ3的触发脉冲到来，VDZ2和VDZ3导通。    图3.13是带阻感性负载的单相桥式全控整流电路。阻感性负载可看作是电阻元件和电感元件的串联。在实际应用中，大功率整流器给纯电阻负载供电的情况是很少的，往往是负载中既有电阻又有电感。比如，直流电机的电枢绕组、励磁绕组等。此外，为了使整流器输出的电流波形平直，减小电流脉动，往往在负载回路中串联一个大电感元件，成为平波电抗器，而这也增加了负载中的电感成分。
    图3.13    单相桥式全控整流电路带阻感负载电路    图3.14所示为负载中电感很大，负载电流连续而平直时的情况。当输入电压u2为正半周时，在控制角α时触发VDZ1和VDZ4而使VDZ1和VDZ4导通。当u2过零变负时，由于电感的电流不能突降至零，流过VDZ1和VDZ4的电流仍然大于它们的导通维持电流，因而VDZ1和VDZ4仍然维持导通而承受正向压降。由图3.11所示各量的参考方向可知，只要VDZ1和VDZ4导通，整流输出电压ud就等于电源电压u2，由于u2过零变负，ud也出现负值。在ud为负值的这段时间段内，电流经阻感负载、VDZ4、变压器副边绕组、VDZ1而形成回路，电感释放储能，一部分供给负载电阻，另一部分通过变压器返回电网。
    图3.14    单相桥式全控整流电路带阻感负载波形