浅谈负载类型对晶闸管整流的影响

「摘要」在实际生产中，负载通常都是电感性的，例如各种电动机的励磁绕组、各种电感线圈等；也有的负载是蓄电池（充电）或直流电动机的电枢等。这些负载的工作情况和电阻性负载有很大的不同，对晶闸管的整流均有不同程度的影响。
论文关键词：负载类型,晶闸管,影响

　　当通过线圈的电流发生变化时，线圈会产生感应电动势并阻碍电流的变化，所以通过线圈的电流不能突变。以图1的电感性负载单相半控桥式整流电路为例，分析电感性负载对整流电路的影响。

　　

　　图1 电感性负载单相半控

　　桥式整流电路

　　1.正常工作情况

　　当u2在正半周时，ωt1时晶闸管Vl被触发导通，负载电流iL的流向如图2中实线所示。在ωt1～180°区间：uL=u2，iV1=iV4=iL。当电感L足够大，电流iL的波形可看成是一条与坐标横轴平行的直线。当ωt1=180o时，u2=0，此后u2将要变负，电流iL要减小，电感L产生自感电动势eL（下正上负）。在eL的作用下，Vl和v3承受正向电压，使电流iL经Vl和V3进行续流，V4承受反向电压关断，这一过程称为自然续流，电流方向如图3中虚线所示，其换流过程称为自然换流。在180°～ωt2区间：uL=0，iV1=iV3=iL。

　　

　　图2 电流方向 图3 电流方向

　　在u2负半周ωt2时，晶闸管V2被触发导通。在ωt2～360°区间：uL=u2，V1因V2导通承受反向电压而关断，iV2=iV3=iL是反向电流。当ωt=360°时，u2=0，此后。u2将要变正，电流iL要减小，电感L产生自感电动势eL（下正上负）。在eL的作用下，V2和V4承受正向电压，在360°～ωt3区间：电流iL经V2和V4自然续流，V3承受反向电压关断，uL=0，输出波形如图4所示。

　　

　　图4 输出电压波形

　　2．失控现象

　　当把控制角a增大到180°或突然切断触发信号时，电路可能发生失控现象。在ωt3时刻，电源电压u2处于正半周，触发电路正常送出触发脉冲ug1，使晶闸管Vl被触发导通，此时，Vl和V4导通，电路处于整流状态，负载电流iL的流向如图2实线所示。当电源电压u2过零进人负半周时，负载电流iL由V4换流到V3，Vl和V3导通，电路进人自然续流状态，其流向如图3中虚线所示。

　　在ωt4时刻，电源电压u2处于负半周，触发电路本应送出触发脉冲ug2。但由于某种原因触发脉冲ug2突然丢失，这时V2无法导通，只要电感L中储存的能量足够大，图5中的续流过程将继续进行，直至电源电压u2的负半周结束。

　　

　　图5 加续流二极管的电路图

　　当u2再次过零进入正半周时，Vl承受正向电压继续导通，负载电流iL由V3换流到V4，电路再次进人整流状态，负载电流iL的流向再次如图2中实线所示。如此循环下去，使Vl管无法关断，电路输出的电压波形如图4所示。

　　3．加续流二极管后工作情况

　　在生产实际中，一旦电路出现失控，导通的晶闸管将因过热而损坏，若负载是电动机，将使电动机无法立即停车。为了防止半控桥式整流电路失控现象的发生，必须采取预防措施，其方法是在负载两端并联一只续流二极管V5，如图5所示。

　　当u2过零变负时，续流二极管V5承受正向电压而导通，晶闸管承受反向电压而关断。此时iL不再经变压器，而是改经续流二极管流通。如果忽略二极管的正向压降，则此时uL≈0。uL波形与电阻性负载时的波形相同，但是iL的波形却是连续的，且负载电流基本维持不变。电感L越大，电流波形就越接近一条直线。

　　通过上面电路的分析可以看出，当整流元件导通时，负载电流经过变压器二次绕组构成回路；当所有整流元件都不导通时，负载中的电流通过续流二极管构成回路。

　　如果晶闸管的导通角为θ，续流二极管的导通角为2π一2θ，流过晶闸管和整流二极管的电流平均值为

　　

　　流过续流二极管的电流平均值为

　　

　　例如：有一单相半控桥式整流电路，负载为直流电阻为5Ω的感性负载，输入电压U2=220V，试求控制角α=30°时的输出电压，晶闸管中的电流平均值，续流二极管中的电流平均值。

　　解：

　　当α=30°时

　　

　　负载电流的平均值为

　　IL=UL/RL=175/5=35A

　　流过晶闸管的平均电流为

　　

　　流过续流二极管的平均电流为

　　

　　二、反电动势负载的影响

　　图6a所示是反电动势负载单相半控桥式整流电路。

　　图6反电动势负载对晶闸管整流的影响

　　a)电路图 b)波形图

　　只有当交流侧电压u2大于反电动势E时，晶闸管承受正向电压，才能被触发导通。晶闸管导通时，uL=u2。当u2=E时，晶闸管关断，uL=E。输出电压、电流波形如图6b所示。

　　从图中可看出，反电动势负载使晶闸管的导通角θ变小，且反电动势越大，导通角θ越小，电流波形的底部就越窄，脉动就越大，如要输出一定的平均电流，其波形幅值必然很大。这种电流对直流电动机负载来说，在换相时容易产生火花。

　　在实际应用中，常在负载回路中串联一个平波电抗器，以减小电流的脉动和延长晶闸管的导通时间。为了防止在电路中产生失控现象，还要并联续流二极管，使它的工作情况类似于大电感负载。

　　三、结语

　　通过分析，负载类型对晶闸管整流有较大影响，必须采取相应措施，以防止晶闸管的损坏，保证负载的可靠运行。

[参考文献]
【1】电子技术基础，中国劳动社会保障出版社，2007年4月第4版；
【2】姜桥，电子技术基础，人民邮电出版社，2009年09月。