任务3　集成触发电路及单相桥式整流电路的调试

学习目标

（1）能调试KC05集成触发电路。

（2）能调试单相桥式半控整流电路。

（3）能分析与处理单相桥式全控、半控整流电路故障。

相关知识

一、单相桥式全控整流电路

单相桥式全控整流电路输出的直流电压、电流脉冲程度比单相半波整流电路输出的直流电压、电流小，且可以改善变压器存在直流磁化的现象。

1.电阻性负载

单相桥式全控整流电路带电阻性负载的电路图及工作波形图如图1-31所示。

晶闸管VT1和VT4组成一组桥臂，而VT2和VT4组成另一组桥臂。在交流电源的正半周，即a端为正，b端为负，晶闸管VT1和VT4会承受正向阳极电压，在相当于控制角α的时刻给VT1和VT4同时加脉冲，则VT1和VT4被触发导通。此时，电流id从电源a端经VT1、负载Rd及VT4回电源b端，负载上得到电压ud为电源电压u2（忽略了VT1和VT4的导通电压降），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u2不会导通。因为是电阻性负载，所以电流id也跟随电压的变化而变化。当电源电压u2过零时，电流id也降低为零，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，即a端为负，b端为正，晶闸管VT2和VT3会承受正向阳极电压，在相当于控制角α的时刻给VT2和VT3同时加脉冲，则VT2和VT3被触发导通。电流id从电源b端经VT2、负载Rd及VT3回电源a端，负载上得到的电压ud仍为电源电压u2，方向也还为上正下负，与正半周一致。此时，VT1和VT4则因为VT2和VT3的导通而承受反向的电源电压u2而处于截止状态。直到电源电压负半周结束，电源电压u2过零时，电流id也过零，使得VT2和VT3关断。下一周期重复上述过程。

从图1-31中可看出，负载上的直流电压输出波形比单相半波时多了一倍，晶闸管的控制角变化范围为0°～180°，导通角θT为π-α。晶闸管承受的最大反向电压为，而其承受的最大正向电压为。

单相桥式全控整流电路带电阻性负载电路参数的计算：

（1）输出电压平均值：

（2）负载电流平均值：

（3）输出电压有效值：

（4）负载电流有效值：

（5）流过每只晶闸管的电流平均值：

（6）流过每只晶闸管的电流有效值：

（7）晶闸管可能承受的最大电压：

（8）变压器二次电流有效值：

I2=I　　（1-29）

例1-3　单相桥式全控整流电路接电阻性负载，要求输出电压在0～100V范围内连续可调，输出电压平均值为30V时，负载电流平均值达到20A。系统采用220V的交流电压通过降压变压器供电，且晶闸管的最小控制角αmin=30°（设降压变压器为理想变压器）。

（1）试求变压器二次电流有效值I2

（2）考虑安全裕量，选择晶闸管电压、额定电流。

（3）画出α=60°时ud、id和变压器二次电流i2的波形。

解　（1）由题意可知，负载电阻为

单相桥式全控整流电路的直流输出电压为

直流输出电压最大平均值为100V，且最小控制角为αmin=30°，代入上式可得

αmin=30°时，

（2）晶闸管的电流有效值和承受电压峰值分别为

考虑3倍安全裕量，选器件耐压为168×3=500V。

考虑2倍裕量，额定电流为

（3）α=60°时，ud、id和i2的波形图略。

2.电感性负载

1）不带续流二极管

图1-32所示为单相桥式全控整流电路带电感性负载的电路图及工作波形图。假设电路电感很大，输出电流连续，电路处于稳态。

在电源u2正半周时，在相当于α的时刻给VT1和VT4同时加触发脉冲，则VT1和VT4会导通，输出电压为ud=u2；至电源电压过零变负时，由于电感产生的自感电动势会使VT1和VT4继续导通，而输出电压仍为ud=u2，所以出现了负电压的输出。此时，可关断晶闸管VT2和VT3虽然已承受正向电压，但还没有触发脉冲，所以不会导通。直到在负半周相当于α的时刻，给VT2和VT3同时加触发脉冲，则因VT2的阳极电位比VT1高，VT3的阴极电位比VT4低，故VT2和VT3被触发导通，分别替换了VT1和VT4，而VT1和VT4将由于VT2和VT3的导通承受反压而关断，负载电流也改为经过VT2和VT3了。

由图1-32（b）的输出负载电压ud、负载电流id的波形可以看出，与电阻性负载相比，ud的波形出现了负半周部分，id的波形则是连续的、近似的一条直线，这是由于电感中的电流不能突变，电感起到了平波的作用，电感越大则电流越平稳。

两组晶闸管轮流导通，每只晶闸管的导通时间较电阻性负载延长了，导通角θT=π，与α无关。

单相桥式全控整流电路带电感性负载电路参数的计算：

（1）输出电压平均值：

Ud=0.9U2cosα　　（1-30）

在α=0°时，输出电压Ud最大，Ud0=0.9U2；在α=90°时，输出电压Ud最小，等于零。因此α的移相范围是0°～90°。

（2）负载电流平均值：

（3）流过一只晶闸管的电流平均值和有效值：

（4）晶闸管可能承受的最大电压：

2）带续流二极管

为了扩大移相范围，去掉输出电压的负值，提高Ud的值，可以在负载两端并联续流二极管，如图1-33所示。接了续流二极管以后，α的移相范围可以扩大到0°～180°。

单相桥式全控整流电路电感性负载（带续流二极管）电路参数的计算：

（1）输出电压平均值：

（2）负载电流平均值：

（3）流过每只晶闸管的电流有效值：

（4）流过续流二极管的电流有效值：

（5）流过每只晶闸管的电流平均值：

（6）流过续流二极管的电流平均值：

（7）晶闸管可能承受的最大电压：

（8）变压器二次电流有效值：

I2=I　　（1-42）

二、单相桥式半控整流电路

在单相桥式全控整流电路中，由于每次都要同时触发两只晶闸管，因此线路较为复杂。为了简化电路，实际上可以采用一只晶闸管来控制导电回路，然后用一只整流二极管来代替另一只晶闸管。所以，把图1-31中的VT3和VT4换成二极管VD3和VD4，就形成了单相桥式半控整流电路，如图1-34（a）所示。

单相桥式半控整流电路带电阻性负载时的电路如图1-34（a）所示。工作情况与单相桥式全控整流电路相似，两只晶闸管仍是共阳极连接，即使同时触发两只晶闸管，也只能是阳极电位高的晶闸管导通。而两只二极管是共阳极连接，总是阴极电位低的二极管导通，因此，在电源u2正半周一定是VD4正偏，在u2负半周一定是VD3正偏。所以，在电源正半周时，触发晶闸管VT1导通，二极管VD4正偏导通，电流由电源a端经VT1和负载Rd及VD4，回电源b端，若忽略两管的正向导通压降，则负载上得到的直流输出电压就是电源电压u2，即ud=u2；在电源负半周时，触发晶闸管VT2导通，电流由电源b端经VT2和负载Rd及VD3，回电源a端，输出仍是ud=u2，只不过在负载上的方向没变。在负载上得到的输出波形[见图1-34（b）]与单相桥式全控整流电路带电阻性负载时是一样的。

单相桥式半控整流电路带电阻性负载电路参数的计算：

（1）输出电压平均值：

α的移相范围是0°～180°。

（2）负载电流平均值：

（3）流过一只晶闸管和整流二极管的电流平均值和有效值：

（4）晶闸管可能承受的最大电压：

任务要求

（1）KC05集成触发器的调试。

（2）单相桥式半控整流电路的调试。

任务分析

KC05集成触发器适用于单相桥式半控整流电路，内部的同步波形是锯齿波。调试时需要注意锯齿波的斜率和移相控制角分别由哪些元器件决定。

任务实施

1.KC05集成触发器的调试

KC05集成触发器适用于触发双向晶闸管或两个反向并联晶闸管组成的交流调压电路，也适用于单相桥式半控整流电路。具有锯齿波线性好、移相范围宽、控制方式简单、易于集中控制、有失效保护、输出电流大等优点，是交流调压的理想触发电路。其应用电路实物图如图1-35所示。

同步电压由KC05的15、16引脚输入，在测试白色圆孔2可以观测到锯齿波，锯齿波的斜率由5引脚的外接电位器RP1调节。锯齿波与6引脚引入的移相控制电压进行比较放大。触发脉冲由9引脚输出，能够得到200mA的输出负载能力。当来自比较放大器的单稳微分触发脉冲没有触发晶闸管时，从2引脚得到的检测信号通过12引脚的连接，使9引脚又输出脉冲给晶闸管，这样对电感性负载是非常有利的，此外，也能起到锯齿波与移相控制电压失交保护的作用。RP2电位器调节移相角度，触发脉冲从9引脚，经脉冲变压器输出。

按照单结管触发电路电源的接法，接入30V交流电源；再将±15V直流电源接到PAC14的双15V输入端即可观察1～5点的波形。调节电位器RP1，观察锯齿波斜率是否变化，调节RP2，观察输出脉冲的移相范围如何变化，移相能否达到170°，记录上述过程中观察到的各点电压波形。各点参考电压波形如图1-36所示。

2.单相桥式半控整流电路的调试电路接线如图1-37所示，按下“启动”按钮，用示波器观察负载电压Ud、晶闸管两端电压UVT1和整流二极管两端电压UVD2的波形，调节KC05集成触发电路上的移相控制电位器RP2（见图1-35），观察并记录α为30°、90°、120°时Ud、UVT1、UVD2的波形，记录相应交流电源电压U2、直流负载电压Ud和电流Id的数值。

课后练习

一、选择题

1.普通的单相桥式全控整流电路中一共用了（　）晶闸管。

A.一只　　B.二只　　C.三只　　D.四只

2.普通的单相桥式半控整流电路中一共用了（　）晶闸管。

A.一只　　B.二只　　C.三只　　D.四只

3.单相桥式全控整流带电感性负载电路中，晶闸管可能承受的最大正向电压为（　）。

A.　　B.　　C.　　D.

4.单相桥式全控整流带电阻性负载电路中，晶闸管可能承受的最大正向电压为（　）。

A.　　B.　　C.　　D.

5.单相桥式全控整流带电感性负载电路中，控制角α的移相范围是（　）。

A.0°～90°　　B.0°～180°　　C.90°～180°　　D.180°～360°

6.单相桥式全控整流电路带电阻性负载与电感性负载（ωL>>R）情况下，晶闸管触发角的移相范围分别为（　）。

A.90°，90°　　B.90°，180°　　C.180°，90°　　D.180°，180°

7.在单相桥式半控整流电路中，电阻性负载，流过每个晶闸管的电流有效值IT=（　）。

A.I　　B.0.5I　　C.12　　D.

8.单相桥式半控整流带电感性负载电路中，为了避免出现一个晶闸管一直导通，另两个整流二极管交替换相导通的失控现象发生，应采取的措施是在负载两端并联一个（　）。

A.电容　　B.电感　　C.电阻　　D.二极管

二、填空题

1.晶体管整流装置的功率因数定义为_____________[侧]____________与____________之比。

2.单相桥式全控整流电路中，带纯电阻负载时，α移相范围为________________，单个晶闸管所承受的最大正向电压和反向电压分别为________________和________________；带电感性负载时，α移相范围为________________，单个晶闸管所承受的最大正向电压和反向电压分别为________________和________________；带反电动势负载时，欲使电阻上的电流不出现断续现象，可在主电路中直流输出端串联一个________________。

3.单相桥式全控整流电路，其输出电压的脉动频率是________________。

三、分析题

1.某电阻负载的单相桥式半控整流电路，若其中一只晶闸管的阳极、阴极之间被烧断，试画出整流二极管、晶闸管和负载电阻两端的电压波形。

2.某感性负载采用带续流二极管的单相半控桥整流电路，已知电感线圈的内电阻Rd=5Ω，输入交流电压U2=220V，控制角α=60°。试求：晶闸管与续流二极管的电流平均值和有效值。

3.单相桥式半控整流电路对恒温电炉供电，电炉电热丝电阻为34Ω，直接由220V输入，计算电炉功率并选用晶闸管型号。

四、简答题

1.整流电路中续流二极管有何作用？为什么？若不注意把它的极性接反了会产生什么后果？

2.在可控整流电路的负载为纯电阻的情况下，电阻上的平均电流与平均电压之乘积，是否等于负载功率？为什么？