（已结贴）工控求职面试题擂台第三十七期—单相桥式全控整流电路相关问题 点击：4074 | 回复：18
单相桥式全控整流电路带电阻负载的电路图如下图所示：
擂台一：请简要分析单相桥式全控整流电路带电阻负载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：请简要分析单相桥式全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桥式全控整流电路的特点。
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擂台一：请简要分析单相桥式全控整流电路带电阻负载的输出电压和电流波形图
单相桥式全控整流电路
1. 电阻性负载
单相桥式全控整流电路带电阻性负载时的电路及工作波形如图8.13所示。晶闸管VT1和VT4为一组桥臂，而VT2和VT3组成了另一组桥臂。在交流电源的正半周区间内，即a端为正，b端为负，晶闸管VT1和VT4会导通。此时，电流
从电源a端经VT1、负载
及VT4回电源b端，负载上得到的电压
为电源电压
（忽略了VT1和VT4的导通压降），方向为上正下负，VT2和VT3则因为VT1和VT4的导通而承受反向的电源电压不会导通。因为是电阻性负载，所以电流也跟随电压的变化而变化。当电源电压过零时，电流也降低为零，也即两只晶闸管的阳极电流降低为零，故VT1和VT4会因电流小于维持电流而关断。而在交流电源的负半周区间内，即a端为负，b端为正，晶闸管VT2和VT3是承受正向电压的，仍在相当于控制角
的时刻给VT2和VT3同时加触发脉冲，则VT2和VT3被触发导通。电流从电源b端经VT2、负载及VT3回电源a端，负载上得到的电压仍为电源电压，方向也还为上正下负，与正半周一致，此时，VT1和VT4因为VT2和VT3的导通承受反向的电源电压而处于截止状态。直到电源电压负半周结束，电压过零时，电流也过零，使得VT2和VT3关断。下一周期重复上述过程。
图8.13 单相桥式全控整流电阻性负载
（a）电路图 （b）波形图
由图8.13（b）可以看出，负载上得到的直流输出电压的波形与半波时相比多了一倍，负载电流的波形与电压波形相似。由晶闸管所承受的电压
可以看出，其导通角为
，除在晶闸管导通期间不受电压外，当一组管子导通时，电源电压将全部加在未导通的晶闸管上，而在四只管子都不导通时，设其漏电阻都相同的话，则每只管子将承受电源电压的一半。因此，晶闸管所承受的最大反向电压为
，而其承受的最大正向电压为
。
擂台二：请简要分析单相桥式全控整流电路带阻感负载时的输出电压和电流波形图
单相桥式全控整流电路（阻-感性负载）
2、工作原理
1）在u2正半波的（0~α）区间：
晶闸管VT1、VT4承受正压，但无触发脉冲，处于关断状态。假设电路已工作在稳定状态，则在0～α区间由于电感释放能量，晶闸管VT2、VT3维持导通。
2）在u2正半波的ωt=α时刻及以后：
在ωt=α处触发晶闸管VT1、VT4使其导通，电流沿a→VT1→L→R→VT4→b→Tr的二次绕组→a流通，此时负载上有输出电压（ud=u2）和电流。电源电压反向加到晶闸管VT2、VT3上，使其承受反压而处于关断状态。
3）在u2负半波的（π~π+α）区间：
当ωt=π时，电源电压自然过零，感应电势使晶闸管VT1、VT4继续导通。在电压负半波，晶闸管VT2、VT3承受正压，因无触发脉冲，VT2、VT3处于关断状态。
4）在u2负半波的ωt=π+α时刻及以后：
在ωt=π+α处触发晶闸管VT2、VT3使其导通，电流沿b→VT3→L→R→VT2→a→Tr的二次绕组→b流通，电源电压沿正半周期的方向施加到负载上，负载上有输出电压 （ud=-u2）和电流。此时电源电压反向加到VT1、VT4上，使其承受反压而变为关断状态。晶闸管VT2、VT3一直要导通到下一周期ωt=2π+α处再次触发晶闸管VT1、VT4为止。
3、 基本数量关系
1）输出电压平均值Ud
2）输出电流平均值Id
3）晶闸管的电流平均值IdT
由于晶闸管轮流导电，所以流过每个晶闸管的平均电流只有负载上平均电流的一半。
4）晶闸管的电流有效值IT 与通态平均电流 IT(AV
5）变压器副边电流I2
6）晶闸管承受的最大正反向电压
单相桥式全控整流电路的特点
从波形可以看出α＞90o输出电压波形正负面积相同，平均值为零，所以移相范围是0～90o。控制角α在0～90o之间变化时，晶闸管导通角θ≡π，导通角θ与控制角α无关。
电阻性负载
工作原理及波形分析
单相桥式全控整流电路的线路如图2－4所示。晶闸管T1和T4组成一对桥臂。当变压器副边电压为正半周时（即a端为正，b端为负），晶闸管T1和T4串联承受正向电压u2，如在控制角为a的瞬间送出触发脉冲，T1和T4即导通，这时电流从电源a端经T1、R、T4流回电源b端。这期间T2和T3均承受反向电压而截止。
图2－4
当电源电压过零，电流也降到零，T1和T4即关断。在电源电压的负半周期，同理可控制晶闸管T2和T3导通，T1和T4均承受反向电压而截止。以后又是T1和T4导通，如此循环工作下去。单相桥式电路亦可理解为两相电路。
该电路输出电压的脉动程度比半波时要小一些。从变压器副边绕组来看，两个半波电流方向相反，大小相等，因而变压器副边没有直流磁化问题，变压器的利用率也较高。
图2－5是输入电压、输出电压、电流及晶闸管上承受电压的波形。
基本电量计算
1. 输出平均电压Ud
2. 输出平均电流Id
3. 负载电压有效值U
4. 变压器副边绕组电流有效值I2
5. 流过晶闸管的电流有效值IT
6. 功率因数
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擂台二：请简要分析单相桥式全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
2. 电感性负载
在实际应用中，大功率整流器给纯电阻负载供电是很少的，经常碰到的是在负载中既有电阻又有电感，当负载的感抗与电阻的数值相比不可忽略时称为电感性负载，例如各种电机的激磁绕组。此外，为了滤平整流后输出的电流波形，有时也在负载回路串联所谓平波电抗器，电阻和电感一并作为整流后的负载，也称为电感性负载。
工作原理及波形分析
单相桥式全控整流电路，电感性负载，如图2－6所示。假设电感很大，负载电流连续而基本平直。
当输入电压u2为正半周时，设在控制角a时触发T1和T4，则T1、T4导通，负载得电。当u2过零变负时，电感释放能量继续驱动电流经过T4、变压器副边绕组、T1而形成回路。和电阻负载时相比，晶闸管延迟了关断的时间，在电源电压过零变负后仍继续导通，因而ud波形中出现电源电压的负值。此时晶闸管T2、T3虽都已承受正向电压，由于触发脉冲尚未到来，所以两管都不导通。直至 w t= p+a时，T2和T3被触发导通，立即使T1和T4承受反向电压而关断，负载电流从T1、T4上转移到T2和T3上。这个过程，即电流从含有变流元件的一个支路转移到另一个支路的过程叫换相或换流。电压、电流波形如图2－7所示。
基本电量计算
1. 输出平均电压Ud
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2. 输出平均电流Id
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3. 变压器副边绕组电流有效值I2
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4. 流过晶闸管的电流有效值IT
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单相桥式全控整流电路带电阻负载的电路图如下图所示：
擂台一：请简要分析单相桥式全控整流电路带电阻负载的输出电压和电流波形图？附有相关图形和解释的更佳！
1、VT1和VT4组成一对桥臂，在U2正半轴触发脉冲到来之前，尽管晶闸管VT1和VT4已经承受正向电压，但由于门极没有触发脉冲，晶闸管VT1、VT4仍然处于阻断状态，此时，Ud=0，id=0，U2全部加于VT1和VT4两端，VT1和VT4串联承受U2，如果VT1和VT4的漏电阻相等，则他们各承受一半U2.
2、在wt=α时，给VT1和VT4门极施加触发脉冲，VT1和VT4导通，如果忽略晶闸管的通态压降，则Ud=U2，电流从电源a端经VT1、R、VT4流回电源b端，流过负载的电流id=Ud/R，此时电流波形与电压波形完全相同，只是幅值不同。
3、wt=π时，U2降为0，经过晶闸管的电流也降为0，晶闸管关断。
4、VT2和VT3组成另一对桥臂，在U2负半周，同样在VT2和VT3的触发脉冲来之前，VT2、VT3处于截止状态，各承受一半U2
5、在wt=π+α时刻给VT2、VT3门极触发脉冲，VT2、VT3导通，Ud=U2。电流从电源b端经VT3、R、VT2流回电源a端。
6、wt=2π时，U2降为0，晶闸管关断。
擂台二：请简要分析单相桥式全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！
1、假设负载电感很大，负载电流id连续且波形近似为一水平线。
2、在U2正半周，在wt=α时刻给VT1和VT4门极施加触发脉冲，VT1和VT4导通，忽略通态压降，则Ud=U2，电流从电源a-负载-VT4-b端。
3、wt=π，U2=0，但流过VT1、VT4的电流并没有降为0，因为此前电感中的储能并没有释放完，需要继续释放，一部分向负载供电，一部分经电压器返回电网，电感要阻止电流的变化，在电感作用下电流会沿着原来的方向继续流动，此时经管U2已转到负半周，但VT1和VT4仍会继续导通。
4、wt=π+α，给VT2、VT3施加触发脉冲，VT2、VT3导通，VT1、VT4承受反压关断，并且电流迅速转换到VT2和VT3。
5、同样的VT2、VT3持续导通到下一周VT1和VT4的触发脉冲到来。
并在两擂台的基础上归纳出单相桥式全控整流电路的特点。
1、在一个电源周期内，整流电压脉动两次，脉动次数多于半波整流电路，输出电压的脉动程度要比半波整流电路的小。
2、流过变压器二次绕组的电流在正负两个半周内方向相反且波形且波形对称，故不含直流分量，因此不存在变压器铁芯的直流磁化问题，绕组利用率相对较高。
擂台一：请简要分析单相桥式全控整流电路带电阻负载的输出电压和电流波形图？
擂台一回答如下：
单相全控桥式整流电路带电阻性负载的电路与工作波形如下图一所示：
图1 单相全控桥式整流电路带电阻性负载的电路与工作波形
擂台二回答如下：
单相桥式全控整流电路带电阻负载时的输出电压和电流波形图
1. 工作原理
在电源电压u2正半波，晶闸管VT1、VT4承受正向电压。假设四个晶闸管的漏电阻相等，则在0～α区间由于四个晶闸管都不导通，uAK1，4=1/2 u2。在ωt=α处触发晶闸管VT1、VT4导通，电流沿a→VT1→R→VT4→b流通，此时负载上输出电压ud=u2。电源电压反向施加到晶闸管VT2、VT3上，处于关断状态，到ωt=π时，因电源电压过零，晶闸管VT1、VT4阳极电流也下降为零而关断。
在电源电压负半波，晶闸管VT2、VT3承受正向电压，在π～π+α区间，uAK2，3=1/2 u2，在ωt=π+α处触发晶闸管VT2、VT3，元件导通，电流沿b→VT3→R→VT2→a流通，电源电压沿正半周期的方向施加到负载电阻上，负载上有输出电压 ud=-u2。此时电源电压反向施加到晶闸管VT1、VT4上，使其处于关断状态。到ωt=2π，电源电压再次过零，VT2、VT3阳极电流也下降为零而关断。
单相桥式整流器电阻性负载时的移相范围是0～180o。α=0o时，输出电压最高；α=180o时，输出电压最小。晶闸管承受最大反向电压Um是相电压峰值，晶闸管承受最大正向电压是Um/2。
负载上正负两个半波内均有相同方向的电流流过，从而使直流输出电压、电流的脉动程度较前述单相半波得到了改善。变压器二次绕组在正、负半周内均有大小相等、方向相反的电流流过，从而改善了变压器的工作状态并提高了变压器的有效利用率。
2. 基本数量关系
(1) 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为
α=0o时， Ud=0.9U2，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为
(2) 输出电压有效值U
(3)晶闸管电流有效值和变压器二次侧电流
输出电流有效值I与变压器二次侧电流I2相同为
晶闸管的电流平均值是输出电流的二分之一，其有效值为
－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－-
单相桥式全控整流电路带阻感负载时的输出电压和电流波形图
1. 工作原理
电源电压正半波，在ωt=α处触发晶闸管VT1、VT4，晶闸管VT1、VT4承受正向电压，元件导通，电流沿a→VT1→L→R→VT4→b流通，此时负载上电压ud=u2。此时电源电压反向施加到晶闸管VT2、VT3上，使其承受反向阳极电压而处于关断状态。
当ωt=π时，电源电压自然过零，电感感应电势使晶闸管继续导通。
在电源电压负半波，晶闸管VT2、VT3承受正向电压，但没有触发脉冲而不导通；在ωt=π+α处触发晶闸管VT2、VT3，元件导通，电流沿b→VT3→L→R→VT2→a流通，电源电压沿正半周期的方向施加到负载上，负载上有输出电压ud= -u2。此时VT1、VT4承受反向电压由导通状态变为关断状态。晶闸管VT2、VT3—直要导通到下一周期ωt=2π+α处再次触发晶闸管VT1、VT4为止。
从波形可以看出α＞90o输出电压波形正负面积相同，平均值为零，所以移相范围是0～90o。控制角α在0～90o之间变化时，晶闸管导通角θ≡π，导通角θ与控制角α无关。晶闸管承受的最大正、反向电压
2. 基本数量关系
(1) 输出电压平均值Ud和输出电流平均值Id
当α=0o时， Ud=0.9U2，α=90o时， Ud=0，所以控制角的移相范围是0~90o
输出电流平均值Id为
(2)晶闸管电流有效值和变压器副边电流有效值
晶闸管的电流是输出电流的一半，输出电流波形是一条水平线，因此其有效值 
变压器绕组的电流波形是对称的正负矩形波，其有效值与输出电流平均值相等
(3)晶闸管承受的最大正反向电压Um
晶闸管承受的最大正反向电压均为电源电压的峰值
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