淺談負(fù)載類(lèi)型對(duì)晶閘管整流的影響論文
「摘要」在實(shí)際生產(chǎn)中，負(fù)載通常都是電感性的，例如各種電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組、各種電感線圈等；也有的負(fù)載是蓄電池（充電）或直流電動(dòng)機(jī)的電樞等。這些負(fù)載的工作情況和電阻性負(fù)載有很大的不同，對(duì)晶閘管的整流均有不同程度的影響。
論文關(guān)鍵詞：負(fù)載類(lèi)型,晶閘管,影響
當(dāng)通過(guò)線圈的電流發(fā)生變化時(shí)，線圈會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)并阻礙電流的變化，所以通過(guò)線圈的電流不能突變。以圖1的電感性負(fù)載單相半控橋式整流電路為例，分析電感性負(fù)載對(duì)整流電路的影響。
圖1 電感性負(fù)載單相半控
橋式整流電路
1.正常工作情況
當(dāng)u2在正半周時(shí)，ωt1時(shí)晶閘管Vl被觸發(fā)導(dǎo)通，負(fù)載電流iL的流向如圖2中實(shí)線所示。在ωt1～180°區(qū)間：uL=u2，iV1=iV4=iL。當(dāng)電感L足夠大，電流iL的波形可看成是一條與坐標(biāo)橫軸平行的直線。當(dāng)ωt1=180o時(shí)，u2=0，此后u2將要變負(fù)，電流iL要減小，電感L產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)eL（下正上負(fù)）。在eL的作用下，Vl和v3承受正向電壓，使電流iL經(jīng)Vl和V3進(jìn)行續(xù)流，V4承受反向電壓關(guān)斷，這一過(guò)程稱為自然續(xù)流，電流方向如圖3中虛線所示，其換流過(guò)程稱為自然換流。在180°～ωt2區(qū)間：uL=0，iV1=iV3=iL。
圖2 電流方向 圖3 電流方向
在u2負(fù)半周ωt2時(shí)，晶閘管V2被觸發(fā)導(dǎo)通。在ωt2～360°區(qū)間：uL=u2，V1因V2導(dǎo)通承受反向電壓而關(guān)斷，iV2=iV3=iL是反向電流。當(dāng)ωt=360°時(shí)，u2=0，此后。u2將要變正，電流iL要減小，電感L產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)eL（下正上負(fù)）。在eL的作用下，V2和V4承受正向電壓，在360°～ωt3區(qū)間：電流iL經(jīng)V2和V4自然續(xù)流，V3承受反向電壓關(guān)斷，uL=0，輸出波形如圖4所示。
圖4 輸出電壓波形
2．失控現(xiàn)象
當(dāng)把控制角a增大到180°或突然切斷觸發(fā)信號(hào)時(shí)，電路可能發(fā)生失控現(xiàn)象。在ωt3時(shí)刻，電源電壓u2處于正半周，觸發(fā)電路正常送出觸發(fā)脈沖ug1，使晶閘管Vl被觸發(fā)導(dǎo)通，此時(shí)，Vl和V4導(dǎo)通，電路處于整流狀態(tài)，負(fù)載電流iL的流向如圖2實(shí)線所示。當(dāng)電源電壓u2過(guò)零進(jìn)人負(fù)半周時(shí)，負(fù)載電流iL由V4換流到V3，Vl和V3導(dǎo)通，電路進(jìn)人自然續(xù)流狀態(tài)，其流向如圖3中虛線所示。
在ωt4時(shí)刻，電源電壓u2處于負(fù)半周，觸發(fā)電路本應(yīng)送出觸發(fā)脈沖ug2。但由于某種原因觸發(fā)脈沖ug2突然丟失，這時(shí)V2無(wú)法導(dǎo)通，只要電感L中儲(chǔ)存的能量足夠大，圖5中的續(xù)流過(guò)程將繼續(xù)進(jìn)行，直至電源電壓u2的負(fù)半周結(jié)束。
圖5 加續(xù)流二極管的電路圖
當(dāng)u2再次過(guò)零進(jìn)入正半周時(shí)，Vl承受正向電壓繼續(xù)導(dǎo)通，負(fù)載電流iL由V3換流到V4，電路再次進(jìn)人整流狀態(tài)，負(fù)載電流iL的流向再次如圖2中實(shí)線所示。如此循環(huán)下去，使Vl管無(wú)法關(guān)斷，電路輸出的電壓波形如圖4所示。
3．加續(xù)流二極管后工作情況
在生產(chǎn)實(shí)際中，一旦電路出現(xiàn)失控，導(dǎo)通的晶閘管將因過(guò)熱而損壞，若負(fù)載是電動(dòng)機(jī)，將使電動(dòng)機(jī)無(wú)法立即停車(chē)。為了防止半控橋式整流電路失控現(xiàn)象的發(fā)生，必須采取預(yù)防措施，其方法是在負(fù)載兩端并聯(lián)一只續(xù)流二極管V5，如圖5所示。
當(dāng)u2過(guò)零變負(fù)時(shí)，續(xù)流二極管V5承受正向電壓而導(dǎo)通，晶閘管承受反向電壓而關(guān)斷。此時(shí)iL不再經(jīng)變壓器，而是改經(jīng)續(xù)流二極管流通。如果忽略二極管的正向壓降，則此時(shí)uL≈0。uL波形與電阻性負(fù)載時(shí)的波形相同，但是iL的波形卻是連續(xù)的，且負(fù)載電流基本維持不變。電感L越大，電流波形就越接近一條直線。
通過(guò)上面電路的分析可以看出，當(dāng)整流元件導(dǎo)通時(shí)，負(fù)載電流經(jīng)過(guò)變壓器二次繞組構(gòu)成回路；當(dāng)所有整流元件都不導(dǎo)通時(shí)，負(fù)載中的電流通過(guò)續(xù)流二極管構(gòu)成回路。
如果晶閘管的導(dǎo)通角為θ，續(xù)流二極管的導(dǎo)通角為2π一2θ，流過(guò)晶閘管和整流二極管的電流平均值為
流過(guò)續(xù)流二極管的電流平均值為
例如：有一單相半控橋式整流電路，負(fù)載為直流電阻為5Ω的感性負(fù)載，輸入電壓U2=220V，試求控制角α=30°時(shí)的輸出電壓，晶閘管中的電流平均值，續(xù)流二極管中的電流平均值。
解：
當(dāng)α=30°時(shí)
負(fù)載電流的平均值為
IL=UL/RL=175/5=35A
流過(guò)晶閘管的平均電流為
流過(guò)續(xù)流二極管的平均電流為
二、反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載的影響
圖6a所示是反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載單相半控橋式整流電路。
圖6反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載對(duì)晶閘管整流的影響
a)電路圖 b)波形圖
只有當(dāng)交流側(cè)電壓u2大于反電動(dòng)勢(shì)E時(shí)，晶閘管承受正向電壓，才能被觸發(fā)導(dǎo)通。晶閘管導(dǎo)通時(shí)，uL=u2。當(dāng)u2=E時(shí)，晶閘管關(guān)斷，uL=E。輸出電壓、電流波形如圖6b所示。
從圖中可看出，反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載使晶閘管的導(dǎo)通角θ變小，且反電動(dòng)勢(shì)越大，導(dǎo)通角θ越小，電流波形的底部就越窄，脈動(dòng)就越大，如要輸出一定的平均電流，其波形幅值必然很大。這種電流對(duì)直流電動(dòng)機(jī)負(fù)載來(lái)說(shuō)，在換相時(shí)容易產(chǎn)生火花。
在實(shí)際應(yīng)用中，常在負(fù)載回路中串聯(lián)一個(gè)平波電抗器，以減小電流的脈動(dòng)和延長(zhǎng)晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間。為了防止在電路中產(chǎn)生失控現(xiàn)象，還要并聯(lián)續(xù)流二極管，使它的工作情況類(lèi)似于大電感負(fù)載。
三、結(jié)語(yǔ)
通過(guò)分析，負(fù)載類(lèi)型對(duì)晶閘管整流有較大影響，必須采取相應(yīng)措施，以防止晶閘管的損壞，保證負(fù)載的可靠運(yùn)行。
[參考文獻(xiàn)]
【1】電子技術(shù)基礎(chǔ)，中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2007年4月第4版；
【2】姜橋，電子技術(shù)基礎(chǔ)，人民郵電出版社，2009年09月。
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