可控整流電路的作用是把交流電轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷嚎烧{(diào)節(jié)的直流電。負(fù)載不同時(shí),其工作特點(diǎn)不同。
1、電阻性負(fù)載
電路如圖(a)所示。
電阻性負(fù)載的單相橋式半控整流電路
由兩個(gè)晶閘管組成單相半控橋式整流電路,工作情況如下:在電源變壓器次級(jí)電壓u2為正半周時(shí),R2處于正向電壓作用下,當(dāng)ωt=α?xí)r,加觸發(fā)脈沖ug,T2導(dǎo)通,D2導(dǎo)通。T2、D1承受反壓而關(guān)斷。在u2過零碎時(shí),T1關(guān)斷,電流為零。
在u2為負(fù)半周時(shí),T2處于正偏,當(dāng)ωt=π+α?xí)r,加觸發(fā)電壓ug,T2導(dǎo)通,D1導(dǎo)通。T1、D2承受反壓而關(guān)斷。在u2過零時(shí),T2關(guān)斷,電流為零。
在正、負(fù)半周內(nèi),流過負(fù)載RL上的電流是相同的,實(shí)現(xiàn)全波整流,其波形如圖9.9所示。
從u2過零開始到加入控制電壓ug的角度稱為控制角,晶閘管導(dǎo)通時(shí)間對(duì)應(yīng)的角度α稱為導(dǎo)通角,用
表示,即
。
改變觸發(fā)脈沖的時(shí)刻,可改變控制角α,稱為"觸發(fā)脈沖的移相"??刂平铅恋淖兓秶鸀椋啊小.?dāng)α=0時(shí),導(dǎo)通角θmax=π,稱為全導(dǎo)通。
由上述分析可知,改變晶閘管的控制角α,負(fù)載上的電壓平均值隨之改變,從而達(dá)到可控整的目的。
設(shè)變壓器次級(jí)電壓為
輸出電壓平均值為
上式表明,越α大,則輸出電壓UL就越小。
輸出電流平均值為
通過每個(gè)二極管和晶閘管的平均電流為
晶閘管承受的最大反壓為
2.電感性負(fù)載
電路如圖所示。
在電阻性負(fù)載RL中串聯(lián)了大電感L,還并聯(lián)了二極管D。
當(dāng)u2為正半周時(shí),在ωt=α?xí)r刻加入觸發(fā)脈沖,則T1、D2導(dǎo)通,在負(fù)載上有電流iL流過。由于電感L較大,若不計(jì)T1和D2上的管壓降,則uL波形與u2波形相同,而通過T1和D2的電流近于直線不變。當(dāng)時(shí)ωt=π時(shí)刻,T1和D2截止。
當(dāng)u2為負(fù)半周時(shí),在ωt=π~(π+α)期間,由于沒有觸發(fā)信號(hào),T1、D1、T2、D2均截止,這時(shí)電感產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)為上負(fù)下正。電感通過二極管D向負(fù)載釋放儲(chǔ)能,使負(fù)載繼續(xù)有電流iL流過.流過二極管D的電流iD=iL,如圖9。10(b)所示。當(dāng)ωt=π+α?xí)r,在觸發(fā)信號(hào)作用下,使T2、D1導(dǎo)通,在負(fù)載上形成iL的方向不變。當(dāng)ωt=2π時(shí),T2、D1截止,電感再次通過D使電流繼續(xù)流通。所以,稱D為續(xù)流二極管。
感性負(fù)載橋式半控整流電路
在大電感負(fù)載(ωL)〉RL)時(shí),電路的負(fù)載電流是連續(xù)的,波形近似于直線。
在一個(gè)周期內(nèi)每個(gè)晶閘管的導(dǎo)通角為θ,續(xù)流二極管的導(dǎo)通角為2(π-θ)。則流過晶閘管和二極管的電流平均值為
流過續(xù)流二極管的電流平均值為
晶閘管、二極管和續(xù)流二極管承受的最大反向電壓均為 。
3.單結(jié)管觸發(fā)電路
圖9.8所示的單結(jié)管脈沖發(fā)生電路雖然能夠產(chǎn)生周期可調(diào)的脈沖,但還不能直接作為可控整流器的觸發(fā)電路。它的主要問題在于觸發(fā)脈沖與主電路的電源電壓不同步。在可控整流電路中,觸發(fā)電路必須與主電路同步。
為了實(shí)現(xiàn)同步,可以采取措施使主電路電源每次過零時(shí),觸發(fā)電路中的電容將原有的電荷全部放掉,然后,從零開始充電,這樣就能保證每個(gè)半周中第一個(gè)脈沖出現(xiàn)的時(shí)間保持
一致.
在圖9.11所示的觸發(fā)電路中,采用了一個(gè)同步變壓器T,變壓器的原邊與主電路接至同一個(gè)交流電源,副邊電壓經(jīng)橋式整流后再由電阻R3和穩(wěn)壓管D2削波,在穩(wěn)壓管兩端得到一個(gè)高度為uZ的梯形波,然后用這個(gè)梯形波作為單管觸發(fā)電路的電源電壓。電路中各處波形如圖9.11(b)所示。
圖9.11單結(jié)管觸發(fā)電路
由圖9.12可見,當(dāng)主電路電
源過零時(shí),梯形波uZ也過零點(diǎn),也就是說單結(jié)管觸發(fā)電路的電源電壓VBB=0,此時(shí)峰點(diǎn)電壓UP也接近于零,因此單結(jié)管的E、B1結(jié)導(dǎo)通,電容C迅速將電荷放掉,然后在下一個(gè)半周開始重新從零碎開始充電,從而保證了觸發(fā)電路和主電路的同步。在主電路交流電源的半個(gè)周期內(nèi),觸發(fā)電路可能產(chǎn)生若干個(gè)脈沖,但是其中只有第一個(gè)脈沖將晶閘管觸發(fā),使之由關(guān)斷變?yōu)閷?dǎo)通,隨后的一系列脈沖對(duì)晶閘管不起作用。為了改變控制α,可以調(diào)節(jié)充電回路中的電阻R,以達(dá)到調(diào)節(jié)輸出直流電壓的目的.
圖9.12單結(jié)觸發(fā)電路波形圖
9.3.2實(shí)際應(yīng)用電路
1.觸摸式延時(shí)開關(guān)
如圖9.13所示,當(dāng)無觸摸時(shí),T1基極低電平T1、T2截止,電容C充滿電,電阻R2上的電壓為零,晶閘管關(guān)斷,燈D滅.當(dāng)人體碰觸觸摸片,感受應(yīng)信號(hào)使復(fù)合管T1、T2導(dǎo)通,電容C快速放電,同時(shí)觸發(fā)晶閘管,燈D亮.此時(shí)由于T1、T2截止,電源對(duì)C充電,R2上電壓下降,直至為零,晶閘管關(guān)斷,燈滅,調(diào)節(jié)R2阻值可控制燈亮?xí)r間.該電路可用作樓道照明燈開關(guān),觸摸一次,燈亮2~3分鐘,然后自動(dòng)關(guān)閉,達(dá)到節(jié)電的目的.
圖9.13 晶閘管觸摸延時(shí)電路
2.家用調(diào)光始燈
圖 9.14是一種家用調(diào)光臺(tái)燈的電路原理圖,T1是單向可控硅,T2是單結(jié)晶體管.電阻R2、RW和電容C構(gòu)成RC充電回路.當(dāng)電容兩端電壓uc達(dá)到單結(jié)晶體管峰點(diǎn)電壓UP時(shí),T2導(dǎo)通,電容通過R4放電,并在R4上產(chǎn)生脈沖電壓,觸發(fā)可控硅T1導(dǎo)通,uc下 圖9.14 家用調(diào)光臺(tái)燈降到谷點(diǎn)電壓UV時(shí),T2截止,C
再次充電,循環(huán)往復(fù)。調(diào)節(jié)RW可改變充電時(shí)間,從而改變可控硅T1的觸發(fā)角,以達(dá)到調(diào)光的目的.
3.降雨報(bào)警器
圖9.15 降雨報(bào)警器電路
圖9.14所示的電路是一個(gè)簡單的降雨報(bào)警器.傳感器由印刷電路板制成.當(dāng)雨點(diǎn)落在傳感器上,使傳感器導(dǎo)體短路,T1、T2導(dǎo)通,電流IE2流過R3產(chǎn)生降壓,使可控硅T3觸發(fā)導(dǎo)通,驅(qū)動(dòng)電鈴發(fā)聲.