可控整流电路的作用是把交流电转变为电压可调节的直流电。负载不同时,其工作特点不同。
1、 电阻性负载
电路如图9.9(a)所示。
图9.9 电阻性负载的单相桥式半控整流电路
由两个晶闸管组成单相半控桥式整流电路,工作情况如下:在电源变压器次级电压u2为正半周时,R2处于正向电压作用下,当ωt=α时,加触发脉冲ug,T2导通,D2导通。T2、D1承受反压而关断。在u2过零碎时,T1关断,电流为零。
在u2为负半周时,T2处于正偏,当ωt=π+α时,加触发电压ug,T2导通,D1导通。T1、D2承受反压而关断。在u2过零时,T2关断,电流为零。
在正、负半周内,流过负载RL上的电流是相同的,实现全波整流,其波形如图9.9所示。
从u2过零开始到加入控制电压ug的角度称为控制角,晶闸管导通时间对应的角度α称为导通角,用
改变触发脉冲的时刻,可改变控制角α,称为"触发脉冲的移相"。控制角α的变化范围为0~π。当α=0时,导通角θmax=π,称为全导通。
由上述分析可知,改变晶闸管的控制角α,负载上的电压平均值随之改变,从而达到可控整的目的。
设变压器次级电压为
输出电压平均值为
上式表明,越α大,则输出电压UL就越小。
输出电流平均值为
通过每个二极管和晶闸管的平均电流为
晶闸管承受的最大反压为
2.电感性负载
电路如图9.10所示。
在电阻性负载RL中串联了大电感L,还并联了二极管D。
当u2为正半周时,在ωt=α时刻加入触发脉冲,则T1、D2导通,在负载上有电流iL流过。由于电感L较大,若不计T1和D2上的管压降,则uL波形与u2波形相同,而通过T1和D2的电流近于直线不变。当时ωt=π时刻,T1和D2截止。
当u2为负半周时,在ωt=π~(π+α)期间,由于没有触发信号,T1、D1、T2、D2均截止,这时电感产生的自感电动势为上负下正。电感通过二极管D向负载释放储能,使负载继续有电流iL流过.流过二极管D的电流iD=iL,如图9。10(b)所示。当ωt=π+α时,在触发信号作用下,使T2、D1导通,在负载上形成iL的方向不变。当ωt=2π时,T2、D1截止,电感再次通过D使电流继续流通。所以,称D为续流二极管。
图9.10 感性负载桥式半控整流电路
在大电感负载(ωL)〉RL)时,电路的负载电流是连续的,波形近似于直线。
在一个周期内每个晶闸管的导通角为θ,续流二极管的导通角为2(π-θ)。则流过晶闸管和二极管的电流平均值为
流过续流二极管的电流平均值为
3.单结管触发电路
图9.8所示的单结管脉冲发生电路虽然能够产生周期可调的脉冲,但还不能直接作为可控整流器的触发电路。它的主要问题在于触发脉冲与主电路的电源电压不同步。在可控整流电路中,触发电路必须与主电路同步。
为了实现同步,可以采取措施使主电路电源每次过零时,触发电路中的电容将原有的电荷全部放掉,然后,从零开始充电,这样就能保证每个半周中第一个脉冲出现的时间保持
在图9.11所示的触发电路中,采用了一个同步变压器T,变压器的原边与主电路接至同一个交流电源,副边电压经桥式整流后再由电阻R3和稳压管D2削波,在稳压管两端得到一个高度为uZ的梯形波,然后用这个梯形波作为单管触发电路的电源电压。电路中各处波形如图9.11(b)所示。
图9.11单结管触发电路
由图9.12可见,当主电路电
源过零时,梯形波uZ也过零点,也就是说单结管触发电路的电源电压VBB=0,此时峰点电压UP也接近于零,因此单结管的E、B1结导通,电容C迅速将电荷放掉,然后在下一个半周开始重新从零碎开始充电,从而保证了触发电路和主电路的同步。在主电路交流电源的半个周期内,触发电路可能产生若干个脉冲,但是其中只有第一个脉冲将晶闸管触发,使之由关断变为导通,随后的一系列脉冲对晶闸管不起作用。为了改变控制α,可以调节充电回路中的电阻R,以达到调节输出直流电压的目的.
图9.12单结触发电路波形图
9.3.2实际应用电路
1.触摸式延时开关
如图9.13所示,当无触摸时,T1基极低电平T1、T2截止,电容C充满电,电阻R2上的电压为零,晶闸管关断,灯D灭.当人体碰触触摸片,感受应信号使复合管T1、T2导通,电容C快速放电,同时触发晶闸管,灯D亮.此时由于T1、T2截止,电源对C充电,R2上电压下降,直至为零,晶闸管关断,灯灭,调节R2阻值可控制灯亮时间.该电路可用作楼道照明灯开关,触摸一次,灯亮2~3分钟,然后自动关闭,达到节电的目的.
图9.13 晶闸管触摸延时电路
图 9.14是一种家用调光台灯的电路原理图,T1是单向可控硅,T2是单结晶体管.电阻R2、RW和电容C构成RC充电回路.当电容两端电压uc达到单结晶体管峰点电压UP时,T2导通,电容通过R4放电,并在R4上产生脉冲电压,触发可控硅T1导通,uc下 图9.14 家用调光台灯降到谷点电压UV时,T2截止,C
再次充电,循环往复。调节RW可改变充电时间,从而改变可控硅T1的触发角,以达到调光的目的.
3.降雨报警器
图9.15 降雨报警器电路
图9.14所示的电路是一个简单的降雨报警器.传感器由印刷电路板制成.当雨点落在传感器上,使传感器导体短路,T1、T2导通,电流IE2流过R3产生降压,使可控硅T3触发导通,驱动电铃发声.