上一次旅行我们了解了单相半控桥，并分析了带阻感负载时的利弊，以及由此变形出的结构形式。

本次旅行我们将分析它带反电势负载时呈现的状态。

1.1.1                  带反电势负载

所谓带反电势负载，就是整流桥的输出端接的是电池、电容、直流电机电枢绕组这类负载（前两个比较好理解，直流电机由于电机旋转后，在电枢绕组产生感应电势，此电势的方向正好与外加的直流电源电压方向相反，因此也是反电势负载） 。

由于半导体器件只有在承受正向电压时才有导通的可能性。这就决定了带反电势负载时的特点：只有当电源电压_Uin瞬时值的绝对值 _|Uin| 大于反电势时，可控硅才能承受正向电压，才具备导通的可能性，也才可能有电流输出。

这个特点对于一个呈正弦波变化的交流电源不太友好。以第一课中提到的共阴极可控型为例（见图6），在同一触发角α下，带阻感负载时可控硅能够维持导通状态直至电源电压接近零；而带反电势负载时却没那么幸运，由于反电势E的存在，电流会在180°电角度之前就已到0（可控硅的导通角θ变小了）；

图 6共阴极可控型带反电势负载1

正半周_{Uin > E} 且在α时刻触发脉冲到来后，可控硅T1导通形成图6中红色通道，_Ud=Uin；电流

直至 _{Uin =E}，二极管D2反偏关断，Id降为0，T1由于维持电流不够而关断。

关断后_{Ud = E}

发现没：E越大，可控硅关断越早。

这就带来了一系列知识点和问题。我们一个个看

知识点：

a.      电源电压_Uin还没到0时（确切地说_{Uin = E}时）可控硅提前关断，电角度δ被称为停止导电角。那么这个δ有多大呢？

b.      停止导电角 δ 只与可控硅关断有关吗？非也，非也！它既能让可控硅关断，也能影响可控硅的最小导通时刻。（假设_E=0.5Uin，则δ= 20°）

试想，触发时（假设在正弦波的上升段，即0-90°期间），在δ角度数内向T1发出触发脉冲，此时 _{|Uin| < E}，可控硅承受反向电压，不可能导通哇。

于是要么要求触发角α > δ，要么就得要求触发脉冲有足够的宽度，以保证一直到大于δ角度数（可控硅开始承受正向电压）时，脉冲仍然存在（相当于触发角被推迟为δ度）

c.      可控硅的导通角θ不再是π-α 了（除非E=0）而是变成θ = π – α – δ

d.      在一个周期内，存在电流为0的现象（图6中的α，δ两个时间段）这种现象称为电流断续（不可小觑）。

e.      相同的触发角α下，带反电势负载的输出电压Ud 要比带阻感负载时大 ^作业1

问题：

a.      可控硅提前关断了，导通角也就变小了，由于导通角变小，使直流电流的脉动更加显著

b.      由于导通角变小，使得交流电流的有效值与直流电流平均值Id的比例大大增加，使可控硅的利用率降低

c.      由于导通角较小，可控硅电流冲击较大，可控硅发热严重。

这又是为什么呢？因为导通角θ越小，电流Id波形就越窄。而我们需要的直流电流Id是电流平均值，为了输出足够大的平均电流，电流的峰值和有效值必须变大。

d.      可控硅也得选大

e.      电流峰值大，导通时间短，高次谐波就大，功率因数就差（没想到吧，问题越来越严重了）

f.      导通角越小，有效值越大，对电源的容量的要求也就变大了

g.     负载为直流电机时，电流断续还会引起电机的机械特性变软^作业2

这样看起来，这个回路虽然简单却不讨人喜欢，于是，工程师们为它加了一个东西，改善了反电势负载下的外特性。看图

就这样，在负载回路中加接一个平波电抗器，使整流桥的负载呈感性，就能增加导通角θ，减小电流脉动。

加电抗器后输出电压电流关系如下图7：

图 7共阴极可控型带反电势负载2

图中橙色代表电动势E（为了说明各种可能的情况我可是费了很大的劲阿）

电压Ud曲线为红黑实线

这一次我们假设电抗器不是足够大（直接结果就是你看到的这样，电流Id波形不能连续）  

好，我们现在开始分析波形：

a)     从ωt=0时刻开始至触发脉冲到来之前，可控硅不导通，整流电压Ud自然由电动势E决定，_{Ud = E}

b)     点A处可控硅T1得到触发脉冲，且电源电压_Uin瞬时值大于E，T1可以导通，通路如图中红色线 T1 — L — E — D2 – 回到电源，整流电压_{Ud = Uin}，电流Id由0开始上升，直到_{Uin = E}（时刻B），由于回路中电阻电感的存在，电流与电压波形并不一致。

c)      时刻B之后，_{Uin < E}，电感L释放能量，可控硅T1得以维持导通（电感越大储能越多，T1维持导通的时间也越长），通路依然为红色线 T1 — L — E — D2 – 回到电源，整流电压_{Ud = Uin}

•  储能太小或消耗太快则可能坚持不到电压过0（点C处），电流就会在C点之前降为0，可控硅T1、二极管D2关断，电压Ud = E（当然这个情况你在图中看不到，因为我没画）
•  储存的能量大一些，坚持到了电源电压_Uin过0之后的 D点。那么在B-C之间，红色通路不变，直流电压_{Ud = Uin}

而C-D之间，电源电压过0之后进入正弦波的负半波（π-2π区间），由于电感的作用T1能够维持导通，但二极管D2却被自然换相到D1，通路如图中绿色线 L — E — D1 – T1 — 回到L。电压Ud为2个管子T1，D1的管压降，近似为0 。电流Id为图中绿色阴影区域，直至可控硅T1维持电流不够而关断。

d)     在T1已关断T2还没触发的这段时间（D-E区间），Ud由电动势E决定。Ud = E，Id=0

e)     在负半周，可控硅T2在E点得到触发脉冲 且 _{|Uin| > E}，T2导通，沿图中绿色通路T2 -- L — E — D1 — 回到电源；_{Ud = |Uin|}，电流Id由0开始上升。如果出现某些情况，在 F 点撤销了反电势E（相当于中途变成了阻感负载），T2-D1维持导通直至电源电压再次过0，而电流 Id 由于没有了反电势的抵抗作用而大于前面半个周期的电流值。

电压 Uin 到0后（图中G），可控硅T2由于电感存在得以续流维持导通；二极管D1自然换相到D2；这个通路就变成了L—D2—T2，输出电压_{Ud = 0}；

但输出电流Id却一直存在直至电感能量释放结束（波形图中G-H的绿色区域）。

如果储能足够大，这个过程会一直维持到下一个正半周T1导通，电流Id将变成连续。

本次旅行貌似容易走下来却挺累，那么，我们就休息一下，看看世界杯做作业吧！

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