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可控硅整流电路中的波形系数

放大字体  缩小字体发布日期:2012-06-01  浏览次数:766
核心提示:  某一电压(或电流)的有效值与其平均值之比,我们称之为波形系数。在可控硅整流电路中波形系数是个值得注意的问题。为说明这个
   某一电压(或电流)的有效值与其平均值之比,我们称之为波形系数。在可控硅整流电路中波形系数是个值得注意的问题。为说明这个问题,我们先按图1所示的可控硅半波整流电路做个实验,各元件的型号和参数仅供参考。

  先将R值调至最大,接通电源,此时直流电压表指示为零,灯泡不亮。然后慢慢减小R值,电压表读数逐渐增大,灯泡逐渐增亮。我们会发现当直流电压表指示为10伏时,灯泡便达到正常亮度了,这就是说灯泡的功耗已达额定功率了,若再继续增高电压,灯泡就可能烧毁。为什么电压表的读数还远没有达到灯泡的额定电压36伏,而灯泡的功耗却已达到额定功率了呢?

  灯光中流过的电流是单向脉动电流,灯泡两端的电压为单向脉动电压,其波形如图2中实线所示。直流电压表的读数是这种脉动电压的平均值,而刁;是它的有效值。其有效值却要比平均值大得多。

  根据电工学知识,这种周期性的单向脉动电压的有效值U。乃是瞬时值的平方在一个周期内平均值的算术平方根(均方根值),即将不同的Q值代入式(3),就得到相应的K值,如表一所示。由表一可以看出,当可控硅的移相角由零变到n时,波形系数K值逐渐增大,而且增大的速度越来越快,当。接近,I时,K值将急聚增加(而U和Uo都急聚下降。)

  现在再来看看实验结果。据式(2)可算出,当直流电压表指示10伏即U。=10伏时,CO$n=-0.7979,波形系数K~3.57, Uo~35.7伏。Uo己相当接近灯泡的额定电压了,所以灯泡达到正常亮度。

  根据同样的道理可算出, 当G相同时,在电阻性负载的全波可控整流电路中,输出脉动电压系数的1//2倍。在上述计算中,均忽略了可控硅导通时的正向压降。对其他形式的整流电路以及负载呈电感性时输出电压的波形系数,本文不再赘述。

  由上面的分析可知,在用可控硅进一行整流时,直流电压表(或电流表)上L的读数是输出电压(或电流)的平均1K值,不能将读数直接代入公式卜U2 L来计算负载上的功耗,这是因为式中U为负载R,上的电压有效值,即U=Uo。

  如欲减小波形系数,使输出出电压有效值接近于平均值,有三条措施可取:

  (1) 尽量减小可控硅的移相角,如Q:o时,则K=I.57(单相半波):

  (2)当负载额定电压比输入交流电压的有效值低得多时,先用变压器降压再进行整流;

  (3)尽量采用单向可控整流或三相可控整流电路。如忽视波形系数的影响,尽管电压表的读数还远未达到负载的额定电压,但仍有可能烧毁电器,以致造成不应有的损失。这是必须注意的。

  在实际应用中,为方便起见,我们可根据表二来估算不同的输出直流电压时的波形系数,从而估算出输出电压的有效值。表二中的n为直流电压表的读数U。与输入交流电压有效值U的比。即 23 (3),便可得到相应的波形系数K。例如在图1所示的电路中,当直流电压表指示为 50伏时,n=50/220~0.23,根据表二可估算出此时波形系数K在2.32和1.98之间。   对于全波可控整流电路来说,   根据同样的道理,可得出全波可控整流电路中,对应于不同n值(可控硅全导通时n取得最大值0.9)时的波形系数K。

  可控硅元件—可控硅元件的结构   一种以硅单晶为基本材料的P1N1P2N2四层三端器件,创制于1957年,由于它特性类似于真空闸流管,所以国际上通称为硅晶体闸流管,简称晶闸管T。又由于晶闸管最初应用于可控整流方面所以又称为硅可控整流元件,简称为可控硅SCR。  在性能上,可控硅不仅具有单向导电性,而且还具有比硅整流元件(俗称“死硅”)更为可贵的可控性。它只有导通和关断两种状态。  可控硅能以毫安级电流控制大功率的机电设备,如果超过此频率,因元件开关损耗显着增加,允许通过的平均电流相降低,此时,标称电流应降级使用。  可控硅的优点很多,例如:以小功率控制大功率,功率放大倍数高达几十万倍;反应极快,在微秒级内开通、关断;无触点运行,无火花、无噪音;效率高,成本低等等。  可控硅的弱点:静态及动态的过载能力较差;容易受干扰而误导通。  可控硅从外形上分类主要有:螺栓形、平板形和平底形。  可控硅元件的结构  不管可控硅的外形如何,它们的管芯都是由P型硅和N型硅组成的四层P1N1P2N2结构。它有三个PN结(J1、J2、J3),从J1结构的P1层引出阳极A,从N2层引出阴级K,从P2层引出控制极G,所以它是一种四层三端的半导体器件。

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