對橋式可控整流電路中半控、全控概念的探討

龔敬杰 （武漢職業(yè)技術(shù)學(xué)院輕工學(xué)院，湖北 武漢 430074）

對橋式可控整流電路中半控、全控概念的探討

龔敬杰 （武漢職業(yè)技術(shù)學(xué)院輕工學(xué)院，湖北 武漢 430074）

通過分析橋式可控整流電路中 “半控、全控”概念的應(yīng)用，指出電力電子技術(shù)領(lǐng)域中的 “半控、全控”概念在器件和電路分類應(yīng)用上存在 “一個概念、2種含義”的問題，并從概念本身入手提出了解決該問題的方法。

半控；全控；整流電路

在電力電子技術(shù)領(lǐng)域，普遍采用 “橋式全控整流電路”和 “橋式半控整流電路”這2種典型的電路來對可控整流電路進(jìn)行原理分析和計(jì)算，在這2種電路中應(yīng)用的 “全控、半控”概念是依據(jù)電路中使用可控器件的數(shù)量多少來定義的，在電力電子器件發(fā)展早期 （晶閘管時(shí)代），該概念是可行的，但隨著全控型器件的產(chǎn)生，上述概念就存在明顯缺陷。為此，筆者對橋式可控整流電路中半控、全控概念進(jìn)行了探討。

1 問題的提出

現(xiàn)代電力電子技術(shù)是基于晶閘管及其變流技術(shù)的發(fā)展而確立的，晶閘管是一種通過對門極的控制能夠使其導(dǎo)通而不能使其關(guān)斷的器件，屬于半控型器件，并由此形成了以晶閘管為基礎(chǔ)的一套名稱體系。為此，將全部使用可控器件的橋式整流電路稱為橋式全控整流電路 （簡稱電路1，見圖1），將使用一半可控器件、另一半用普通電力二極管替代的電路稱為橋式半控整流電路 （簡稱電路2，見圖2），顯然，上述概念中的 “全控整流和半控整流”是基于電路中使用可控器件的數(shù)量而定義的，而且一直沿用至今。

圖2 使用一半可控器件的整流電路

圖1 全部使用可控器件的整流電路

隨著電力電子器件的快速發(fā)展，出現(xiàn)了既可控制導(dǎo)通又可控制關(guān)斷的新型器件，并從器件可控性的角度將其稱為 “全控型器件”，而將晶閘管這種只能控制器件的導(dǎo)通而不能控制器件關(guān)斷的器件稱為“半控型器件”，并進(jìn)而將由其組成的電路稱為 “全控電路”和 “半控電路”。顯然，上述概念是依據(jù)器件的可控性定義的。

由此發(fā)現(xiàn)，在電力電子技術(shù)領(lǐng)域中，對 “全控、半控”這一重要概念在實(shí)際應(yīng)用上賦予了2種不同的含義，1種是指可控器件使用數(shù)量上的不同，另1種是指器件或電路開關(guān)狀態(tài)的可控性，這2種定義存在著本質(zhì)上的不同，極易造成理解上的混亂。

2 相關(guān)分析

2.1 器件和電路的分類體系

從器件的可控性即控制功能上一般將電力電子器件分為不可控型器件、半控型器件和全控型器件，其中半控型器件只能控制器件的導(dǎo)通而不能控制器件的關(guān)斷，全控型器件既可以控制器件的導(dǎo)通也可以控制器件的關(guān)斷，也稱自關(guān)斷器件。從使用器件的角度對整流電路來分類，凡采用半控型器件組成的電路泛稱半控型電路，凡采用全控型器件組成的電路泛稱全控型電路［1］。按此定義，將電路區(qū)分為 “不控型、半控型、全控型”是根據(jù)器件的可控性即控制功能來區(qū)分的，而且，這種分類不僅限于整流電路，對其他電路分類也是如此。

在文獻(xiàn) ［2］中，將整流電路分類描述為 “按組成的器件可分為不可控、半控、全控3種；……”。該描述并不十分明確，從其中對器件分類描述中可判斷出不可控、半控、全控是按器件的可控性來區(qū)分的，但在具體電路分析中又將電路1和電路2分別稱為橋式全控整流電路和橋式半控整流電路，從而導(dǎo)致出現(xiàn)了 “1個概念、2種含義”的現(xiàn)象。

2.2 電路分析

在整流電路體系中，一般認(rèn)為電路2是對電路1的簡化，在具體進(jìn)行電路分析時(shí)，也是先分析電路1的工作原理并計(jì)算各物理量的數(shù)量關(guān)系，然后將電路2作為電路1的簡化電路推出，并分析電路2的工作情況及各物理量的數(shù)量關(guān)系。從分析結(jié)果看，2種電路的工作原理和各物理量的數(shù)量關(guān)系在電阻負(fù)載的情況下是完全相同的，在感性負(fù)載的情況下也基本相同，不同之處在于電路2在感性負(fù)載時(shí)可能會出現(xiàn)失控的特有現(xiàn)象，但該現(xiàn)象與電路本身正常的工作原理無關(guān)，從正常的 “可控性”角度來看，其工作原理和控制結(jié)果并無實(shí)質(zhì)性不同。而且，為避免可能發(fā)生的失控現(xiàn)象，實(shí)際應(yīng)用時(shí)在電路中增加一個起續(xù)流作用的二極管即可解決該問題 （見圖3）。另一方面，作為電路2的簡化電路，對只使用一半可控器件的整流電路還有另一種處理方法，即將續(xù)流二極管省略以后，其功能由2個二極管來完成 （見圖4）。所以，從電路工作原理和控制功能上來說，圖1～圖4都屬于一種類型的電路，即橋式全波可控整流電路，其中電路1為本型電路，電路2和電路3分別為電路1的簡化電路，電路4是為防止產(chǎn)生失控現(xiàn)象而將電路2改進(jìn)后的電路。

圖3 有續(xù)流二極管的整流電路

圖4 使用一半可控器件整流電路的改進(jìn)型

3 結(jié) 語

綜上所述，可以得出如下結(jié)論，即 “半控、全控”概念賦予的含義中所體現(xiàn)的控制屬性應(yīng)用在器件開關(guān)狀態(tài)的可控性上是正確的，并據(jù)此將使用全控型器件的電路稱為全控型電路、使用半控型器件的電路稱為半控型電路，而將電路1和電路2因使用可控器件數(shù)量的不同而分別稱為橋式半控整流電路、橋式全控整流電路的提法是不妥當(dāng)?shù)?，?yīng)將電路1稱為橋式全波可控整流電路，將電路2稱為橋式全波可控整流電路的簡化電路。如果使用半控型器件，則電路1和電路2分別稱為橋式全波半控整流電路和橋式全波半控整流電路的簡化電路；如果使用全控型器件，則電路1和電路2分別稱為橋式全波全控整流電路和橋式全波全控整流電路的簡化電路。這樣，才能形成一個完整嚴(yán)謹(jǐn)?shù)碾娐访w系。

［1］林渭勛 .現(xiàn)代電力電子技術(shù) ［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

［2］王兆安，劉進(jìn)軍 .電力電子技術(shù) ［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009 .

N4

A

1673-1409（2011）11-0143-02

10.3969／j.issn.1673-1409.2011.11.051

2011-09-25

龔敬杰，男，高級講師，現(xiàn)主要從事機(jī)電控制及應(yīng)用方面的教學(xué)與研究工作。

［編輯］ 李啟棟