（已结贴）工控求职面试题擂台第三十六期—单相半波可控整流电路的问题 点击：3418 | 回复：24
单相半波可控整流电路带电阻负载的电路图如下图所示：
擂台一：请简要分析单相半波可控整流电路带电阻负载时的输出电压和电流波形图？附有相关图形和解释的更佳！
擂台二：请简要分析单相半波可控整流电路带阻感负载时的输出电压和电流波形图？？附有相关图形和解释的更佳！
并在两擂台的基础上归纳出单相半波可控整流电路的特点。
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一、 单相半波可控整流电路（电阻性负载）
1、 电路结构与工作原理
若用晶闸管T替代单相半波整流电路中的二极管D，就可以得到单相半波可控整流电路的主电路，如图1.0—a) 电路图所示。设图中变压器副边电压u2为50HZ正弦波，负载 RL为电阻性负载。
a) 电路图
b) 波形图
图1.0 单相半波可控整流电路（电阻性负载）
工作原理：
（1）在电源电压正半波（0~π区间），晶闸管承受正向电压，脉冲uG在ωt=α处触发晶闸管，晶闸管开始导通，形成负载电流id,负载上有输出电压和电流。
（2）在ωt=π时刻，u2=0，电源电压自然过零，晶闸管电流小于维持电流而关断，负载电流为零。
（3）在电源电压负半波（π~2π区间），晶闸管承受反向电压而处于关断状态，负载上没有输出电压，负载电流为零。
（4）直到电源电压u2的下一周期的正半波，脉冲uG在ωt=2π+α处又触发晶闸管，晶闸管再次被触发导通，输出电压和电流又加在负载上，如此不断重复。
单相半波可控整流电路带阻感负载时的输出电压和电流波形图
没人回答，我来答，起个抛砖引玉得的作用。见下图：
1、电阻不属储能元件，当外电路发生变化时，其电压与电流随外部条件变化而变化：电流过0点时，因电压反向使可控硅立即阻断，其电阻的电压与电流也立即=0。整流后的电阻的电压与电流是同相位的，二者波形一样，见中间波形图。
2、电感性负载，由于电感是电流的惰性元件，即当外电路发生突变瞬时，电感的电流将维持原电流不变，故过零点时，电感将保持原电流不变，继续通导，故使可控硅过0时不能阻断而继续导通，直到其电流小于可控硅阻断电流时，可控硅才阻断。见图中下面的波形：绿色为电压波形，红色为电流波形，电流波形的相位滞后于电压的相位。
擂台一：请简要分析单相半波可控整流电路带电阻负载时的输出电压和电流波形图？附有相关图形和解释的更佳！
电阻性负载有两个特点：一是电阻是一个耗能原件，它只消耗电能，而部能储存和释放电能；二是电阻两端的电压和流过电阻的电流总是成正比的，两者的波形具有相同的形状。
1、根据晶闸管的导通条件，u2的正半周，在wt1之前，尽管晶闸管VT已经承受正向电压，但由于门极没有触发脉冲，所以VT处于阻断状态，此时id=0，ud=0，u2全部加于VT两端。
2、在wt1时刻给VT门极施加触发脉冲ug，则VT由于具备导通条件而导通，如果忽略VT的通态压降，则ud=u2，id=ud/R，电流波形与电压波形完全相同，只是幅值不同而已。
3、wt=π时，u2降为0，id也降为0，晶闸管关断
4、在u2的负半周，VT始终承受反向电压，不论门极是否有触发脉冲，都不导通，ud=0，id=0。
擂台二：请简要分析单相半波可控整流电路带阻感负载时的输出电压和电流波形图？？附有相关图形和解释的更佳！
阻感负载的特点：电感对电流变化有抗拒作用，使得流过电感的电流不发生突变。即：当电流增加时，它的极性阻止电流增加，当电流减小时，它的极性反过来阻止电流减小。这使得流过电感的电流不能发生突变。
1、当VT处于阻断状态时，ud=0，id=0，u2全加在VT两端。
2、在wt1时刻，给VT门极施加触发脉冲ug，触发VT使其导通，u2加于负载两端，因电感L的存在使id不能突变，id从0开始增加。这时交流电源一方面供给电阻R消耗能量，另一方面供给L吸收的能量。
3、到u2由正变负的过零点处，id已经处于减小的过程中，但尚未降到0，因此因此VT仍处于导通状态。此后，L中储存的能量逐渐释放，一方面供给电阻消耗，另一方面供给变压器二次绕组吸收能量，从而维持id的流动。
4、到wt2时刻，电感能量释放完毕，id降至0，VT关断并立即承受反压。
并在两擂台的基础上归纳出单相半波可控整流电路的特点。
单相半波可控整理电路结构简单，但输出脉冲大，脉动频率低，变压器二次侧电流中含有直流分量，造成变压器铁芯直流磁化，因此实际中很少使用这种电路。
带感性负载的工作情况生产实践中，更常见的负载是电感性负载，电感性负载的特点是通过电感的电流是不能突变的。带感性负载时，可以分为两种情况进行讨论。
1、 无续流二极管
电路原理图及工作波形如图2 所示。在触发脉冲到来的时刻，VT 承受正电压，同时有触发脉冲，所以VT导通，负载电压ud＝u2，uVT＝0，因为电感的存在，使电流id 不能突变，id 从0 开始增加，到u2 由零变负的过零处，id 已处于减小的过程中，但尚未降到零，因此VT 仍然导通。此后，电感释放储能，维持id 的流动，至ùt2 时刻电感能量释放完毕，id 降到零，VT关断并立即承受反压。由于电感的存在延迟了VT 的关断时刻，使ud 波形出现负的部分。
2、有续流二极管
由于u2 负半周波形的出现，使输出电压平均值Ud 减小了，电感储能越多，Ud 越接近于零。因此在整流电路的负载两端并联一个续流二极管，原理图及工作波形如图3 所示。此时，ud 的波形与带电阻负载时相同，不再出现负半周的波形，而id 的波形则接近一条水平线。
图8.8（a）即为单相半波可控整流电路带电阻性负载时的电路，它由晶闸管VT、负载电阻 和变压器T主要来变换电压，其次它还有隔离一、二次侧的作用。我们用 、 分别表示一次侧和二次侧电压的瞬时值； 为一次侧电压有效值， 为二次侧电压有效值， 的大小是由负载所需的直流输出平均电压值 来决定； 、 分别表示整流后的输出电压、电流的瞬时值； 、 分别为晶闸管两端电压和流过晶闸管电流的瞬时值； 、 分别为流过变压器一次侧绕组和二次侧绕组电流的瞬时值。
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简要分析单相半波可控整流电路带阻感负载时的输出电压和电流波形图？
1、当交流电压过零为负的时候，由于负载电感反电势大于电源负电压，加在可控硅的电压仍然是正向电压，所以可控硅维持原电流方向、大小不变的导通；
2、但加在负载两端确实是电源负电压，而不是正向电压，所以破坏了整流的性质和目的，使得负载的正向电压因之而减小；
3、随着交流电源负压增大，增大到大于反电势时，加在可控硅两端的电压为零、电流为零，可控硅截止，此时负载的电压因可控硅截止，电压由负压到零；
4、整流电路的目的就是，要给负载以直流电压，但是由于交流电过零时可控硅不能及时关断，使得负载两端出现负压，就减小了负载两端所需要的直流电压；
5、如果在感性负载的两端加上阻尼二极管（或者叫续流二极管），反电势被短接，这样在交流电过零为负时，可控硅就能及时关断截止，负载两端就不会出现负压；
工作原理分析
n 在电源电压正半周，晶闸管承受正向电压，在ωt=α处触发晶闸管，晶闸管开始导通；负载上的电压等于变压器输出电压u2。在ωt=π时刻，电源电压过零，晶闸管电流小于维持电流而关断，负载电流为零。
n 在电源电压负半周，uα K＜0，晶闸管承受反向电压而处于关断状态，负载电流为零，负载上没有输出电压，直到电源电压u2的下一周期，直流输出电压ud和负载电流id的波形相位相同。
n 通过改变触发角α的大小，直流输出电压ud的波形发生变化，负载上的输出电压平均值发生变化，显然α=180度时，Ud=0。由于晶闸管只在电源电压正半波内导通，输出电压ud为极性不变但瞬时值变化的脉动直流，故称“半波”整流。
工作原理分析：
（1）在ωt=0~α期间：晶闸管阳-阴极间的电压uAK大于零，此时没有触发信号，晶闸管处于正向关断状态，输出电压、电流都等于零。
（2）在ωt=α时刻，门极加触发信号，晶闸管触发导通，电源电压u2加到负载上，输出电压ud= u2 。由于电感的存在，负载电流id只能从零按指数规律逐渐上升。
（3）在ωt=ωt1~ ωt2期间：输出电流Id从零增至最大值。在Id的增长过程中，电感产生的感应电势力图限制电流增大，电源提供的能量一部分供给负载电阻，一部分为电感的储能。
（4）在ωt=ωt2ωt3期间：负载电流从最大值开始下降，电感电压改变方向，电感释放能量，企图维持电流不变。
（5）在ωt=π时，交流电压u2过零，由于感应电压的存在，晶闸管阳极、阴极间的电压uAK仍大于零，晶闸管继续导通，此时电感储存的磁能一部分释放变成电阻的热能，另一部分磁能变成电能送回电网，电感的储能全部释放完后，晶闸管在u2 反压作用下而截止。直到下一个周期的正半周，即ωt=2π+α时，晶闸管再次被触发导通，如此循环不已。
单相半波可控整流电路带电阻负载时的输出电压和电流波形图
输出电压平均值 Ud与输出电流平均值Id
输出电压平均值 Ud:
α=0o时， Ud=0.45U2，α=180o时， Ud=0，所以控制角的移相范围是0~180o
输出电流平均值Id:
单相半波可控整流电路带阻感负载时的输出电压和电流波形图
在ωt=0到α期间，晶闸管阳极和阴极之间的电压uAK大于零，但晶闸管门极没有触发信号，晶闸管处于正向关断状态，输出电压、电流都等于零。
在ωt=α时，门极有触发信号，晶闸管被触发导通，负载电压ud= u2。
当ωt=π时，交流电压u2过零，由于有电感电势的存在，晶闸管的电压uAK仍大于零，晶闸管会继续导通，电感的储能全部释放完后，晶闸管在u2反压作用下而截止。直到下一个周期的正半周。
直流输出电压平均值Ud为
输出电流平均值Id
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单相半波可控整流带电阻性负载
（a）电路图 （b）波形图
图（a）即为单相半波可控整流电路带电阻性负载时的电路，它由晶闸管VT、负载电阻
分别表示一次侧和二次侧电压的瞬时值；
为一次侧电压有效值，
为二次侧电压有效值，
的大小是由负载所需的直流输出平均电压值
来决定；
分别表示整流后的输出电压、电流的瞬时值；
分别为晶闸管两端电压和流过晶闸管电流的瞬时值；
分别为流过变压器一次侧绕组和二次侧绕组电流的瞬时值。
擂台二：请简要分析单相半波可控整流电路带阻感负载时的输出电压和电流波形图？？附有相关图形和解释的更佳！
单相半波可控整流带电感性负载
（a）电路图 （b）波形图
如图(a)所示，当负载的感抗
的大小相比不可忽略时称为电感性负载。实际中常常碰到这种既有电阻又含有电感的负载类型，常见的有各类电机的绕组及输出串接平波电抗器的负载等。整流电路带电感性负载时的工作情况与带电阻性负载时有很大不同。
电阻性负载的电压和电流均允许突变，但对于电感性负载而言，由于电感本身为储能元件，而能量的储存与释放是不能瞬间完成的，因而流过电感的电流是不能突变的。当电感中流过的电流发生变化时，在其两端就产生自感电动势
，以阻碍电流的变化。当电流增大时，
的极性是阻碍电流的增大的，为上正下负；反之，当电流减小时，
的极性是阻碍电流减小的，为上负下正。
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