可控硅元件—可控硅整流電路
一、單相半波可控整流電路
1、工作原理
電路和波形如圖1所示，設u2=U2sinω。
圖1 單相半波可控整流
正半周：
0＜t＜t1,ug=0,T正向阻斷，id=0,uT=u2,ud=0
t=t時,加入ug脈沖，T導通，忽略其正向壓降，uT=0,ud=u2,id=ud/Rd。
負半周：
π≤t＜2π當u2自然過零時，T自行關斷而處于反向阻斷狀態(tài)，ut=0,ud=0,id=0。
從0到t1的電度角為α，叫控制角。從t1到π的電度角為θ，叫導通角，顯然α+θ=π。當α=0，θ=180度時，可控硅全導通，與不控整流一樣，當α=180度，θ=0度時，可控硅全關斷，輸出電壓為零。?
2、各電量關系
ud波形為非正弦波，其平均值（直流電壓）：
由上式可見，負載電阻Rd上的直流電壓是控制角α的函數，所以改變α的大小就可以控制直流電壓Ud的數值，這就是可控整流意義之所在。
流過Rd的直流電流Id：
Ud的有效值（均方根值）：
流過Rd的電流有效值：
由于電源提供的有功功率P=UI，電源視在功率S=U2I（U2是電源電壓有效值），所以功率因數：
由上式可見，功率因數cosψ也是α的函數，當α=0時，cosψ=0.707。顯然，對于電阻性負載，單相半波可控整流的功率因數也不會是1。
比值Ud/U、I/Id和cosψ隨α的變化數值，見表1，它們相應的關系曲線，如圖2所示
表1 Ud/U、I/Id和cosψ的關系
| α | 0° | 30° | 60° | 90° | ?120° | 150° | 180° |
| Ud/U I/Id cosψ |
0.45 1.57 0.707 |
0.42 1.66 0.698 |
0.338 1.88 0.635 |
0.225 2.22 0.508 |
0.113 2.87 0.302 |
0.03 3.99 0.12 |
0 - 0 |
圖2 單相半波可控整流的電壓、電流及功率因數與控制角的關系
由于可控硅T與Rd是串聯(lián)的，所以，流過Rd的有效值電流I與平均值電流Id的比值，也就是流過可控硅T的有效值電流IT與平均值電流IdT的比值，即I/Id=It/IdT。
二、單相橋式半控整流電路
1、工作原理
電路與波形如圖3所示
圖3、單相橋式半控整流
正半周：
t1時刻加入ug1，T1導通，電流通路如圖實線所示。uT1=0,ud=u2,uT2=-u2。u2過零時，T1自行關斷。
負半周：
t2時刻加入ug2，T2導通，電流通路如圖虛線所示，uT2=0，ud=-u2,ut1=u2。u2過零時T2自行關斷。
2、各電量關系
由圖3可見，ud波形為非正弦波，其幅值為半波整流的兩倍，所以Rd上的直流電壓Ud：
直流電流Id：
電壓有效值U：
電流有效值I：
功率因數cosψ：
比值Ud/U,I/Id和cosψ隨α的變化數值見表2，相應關系曲線見圖4
表2 Ud/U、I/Id、cosψ與α的關系表
| α | 0° | 30° | 60° | 90° | 120° | 150° | 180° |
| Ud/U I/Id cosψ |
0.9 1.112 1 |
0.84 1.179 0.985 |
0.676 1.335 0.896 |
0.45 1.575 0.717 |
0.226 1.97 0.426 |
0.06 2.835 0.169 |
0 - 0 |
圖4、單相全波和橋式電路電壓、電流及功率因數與控制角的關系
把單相全波整流單相半波整流進行比較可知：
（1）當α相同時，全波的輸出直流電壓比半波的大一倍。
（2）在α和Id相同時，全波的電流有效值比半波的減小倍。
（3）α相同時，全波的功率因數比半波的提高了倍。
三、整流電路波形分析
1、單相半波可控整流
（1）電阻性負載（見圖1）
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電阻性負載，id波形與ud波形相似，因為可控硅T與負載電阻Rd串聯(lián)，所以id=id。
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可控硅T承受的正向電壓隨控制角α而變化，但它承受的反向電壓總是負半波電壓，負半波電壓的最大值為U2。
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線路簡單，多用在要求不高的電阻負載的場合。
（2）感性負載（不帶續(xù)流二極管，見圖5）：
圖5 電感性負載無續(xù)流二極管
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電機電器的電磁線圈、帶電感濾波的電阻負載等均屬于電感性負載。
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電感具有障礙電流變化的作用可控硅T導通時，其壓降uT=0，但電流id只能從零開始上升。id增加和減少時線圈Ld兩端的感應電動勢eL的極性變化如圖示。?
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當電源電壓u2下降及u2≥0時，只要釋放磁場能量可以維持id繼續(xù)流通，可控硅T仍然牌導通狀態(tài)，此時ud=u2。當u2＜0時，雖然ud出現(xiàn)負值，但電流id的方向不變。
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當電流id減小到小于維持電流IH時，可控硅T自行關斷，id=0,UT=u2，可控硅承受反壓。
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負載電壓平均值：
其中電感Ld兩端電壓的平均值為零。 -
電感Ld的存在使負載電壓ud出現(xiàn)負值，Ld越大，ud負值越大，負載上直流電壓Ud就越小，Id=Ud/Rd也越小，所以如果不采取措施，可控硅的輸出就達不到應有的電壓和電流。
（3）感性負載（帶續(xù)流二極管，見圖6）：
圖6 電感性負載有續(xù)流二極管?
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在負載上并聯(lián)一只續(xù)流二極管D，可使Ud提高到和電阻性負載時一樣，
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在電源電壓u2≤0時，D的作用有點：①把電源負電壓u2引到可控硅T兩端，使T關斷，uT=u2；②給電感電流續(xù)流，形成iD；③把負載短路，ud=0,避免ud出現(xiàn)負值，使負載上直流輸出電壓ud提高。
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負載電流為何控硅電流iT和二極管的續(xù)流iD之和，即id=iT+iD。當ωLd≥R時，iD下降很慢使id近似為一條水平線，所以流過T和D的電注平均值與有效值分別為：平均值：IdT=（θ/360°）Id；IdD=[(360°-θ)/360°]Id；有效值：IT=根號下（θ/360°）Id；ID=根號下[(360°-θ)/360°]Id
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可控硅T開始導通后，如果電感Ld很大，iT的上升很慢，這就有可能導致觸發(fā)脈沖消失時可控硅的電流還上升不到維持導通狀態(tài)的維持電流，就是說，可控硅觸發(fā)不了，為了使可控硅可靠觸發(fā)，觸發(fā)脈沖應該足夠寬，或者在負載兩端并聯(lián)一只電阻，以利于加快iT的上升。