高级工电力电子应知课件讲解

电力电子技术电力电子技术电子教案电子教案模拟演示模拟演示1电 子 教 案 部 分2目录目录Q绪论Q第一章 晶闸管Q第二章 单相可控整流电路Q第三章 三相可控整流电路Q第四章 晶闸管整流主电路计算及保护Q第五章 晶闸管触发电路Q第六章 晶闸管有源逆变电路Q第七章 晶闸管交流开关与交流调压Q第八章 变频电路与直流斩波电路 3绪绪 论论晶闸管全称为晶体闸流管，是一种大功率半导体器件。晶闸管全称为晶体闸流管，是一种大功率半导体器件。它具有容量大、控制特性好、寿命长以及体积小等特点。它具有容量大、控制特性好、寿命长以及体积小等特点。电力半导体器件应用技术的基本功能是对电能的电力半导体器件应用技术的基本功能是对电能的 整流、整流、逆变、斩波、变频、开关等的控制。按功能可分为：可逆变、斩波、变频、开关等的控制。按功能可分为：可控整流；逆变与变频；交流调压；直流斩波调压；无触控整流；逆变与变频；交流调压；直流斩波调压；无触点功率静态开关。点功率静态开关。本课程是一门专业基础性质较强且与生产紧密联系的课本课程是一门专业基础性质较强且与生产紧密联系的课程，主要介绍晶闸管元件、可控整流电路、触发控制电程，主要介绍晶闸管元件、可控整流电路、触发控制电路、交流调压、直流斩波以及变频电路的工作原理及过路、交流调压、直流斩波以及变频电路的工作原理及过压、过流保护方法、各种典型生产实例。压、过流保护方法、各种典型生产实例。4 绪绪 论论半导体变流技术，就是利用电力半导体器件（又叫电力半导体变流技术，就是利用电力半导体器件（又叫电力电子器件）进行电能变换的技术，包括电压、电流、波电子器件）进行电能变换的技术，包括电压、电流、波形、频率和相数等的变换。形、频率和相数等的变换。晶闸管的发展史：晶闸管的发展史：1958年年-工业用的晶闸管工业用的晶闸管 70年代年代-功率集成器件功率集成器件 80年代年代-功率集成电路功率集成电路 现在现在-新型电力电子器件新型电力电子器件晶闸管变流技术按其功能可分为：晶闸管变流技术按其功能可分为：整流器整流器把交流电压变成固定或可调的直流电压把交流电压变成固定或可调的直流电压 5 绪绪 论论逆变器逆变器把把固定的直流电压变成固定或可调的固定的直流电压变成固定或可调的 交流电压交流电压斩波器斩波器把把固定的直流电压变成可调的直流电固定的直流电压变成可调的直流电压压交流调压器交流调压器-把固定的交流电压变成可调的交把固定的交流电压变成可调的交流电压流电压变频器变频器把固定的交流频率变成可调的交流频把固定的交流频率变成可调的交流频 率率6晶闸管组成的变流装置的优、缺点晶闸管组成的变流装置的优、缺点n优点优点：1。装置功率放大倍数大，可达。装置功率放大倍数大，可达104以上。与直流发电机组相比，要以上。与直流发电机组相比，要高三个数量级。高三个数量级。2。快速响应好，变流机组为秒级而晶闸管为毫秒级。快速响应好，变流机组为秒级而晶闸管为毫秒级。3。功耗低、效率高、节能效果显著。功耗低、效率高、节能效果显著。4。它是静止式电子装置，体积小、重量轻、无噪声、无火化磨损，。它是静止式电子装置，体积小、重量轻、无噪声、无火化磨损，维护方便，可靠性高。维护方便，可靠性高。n缺点缺点：1。晶闸管元件的电压电流过载能力差，必须设置可靠的保护措施。晶闸管元件的电压电流过载能力差，必须设置可靠的保护措施。2。晶闸管采用移相触发时，出现非正弦电压与电流，使电网波形畸。晶闸管采用移相触发时，出现非正弦电压与电流，使电网波形畸变产生高次谐波，导致电网质量下降。变产生高次谐波，导致电网质量下降。3。移相控制在控制角大时，功率因数低。移相控制在控制角大时，功率因数低。7电力电子器件介绍&kp 普通晶闸管普通晶闸管>O 门极可关断晶闸管门极可关断晶闸管&MOSFET 电力场效应晶体管电力场效应晶体管&IGBT 绝缘栅双极晶体管绝缘栅双极晶体管&KC 集成化的晶闸管模块集成化的晶闸管模块8晶闸管简介晶闸管简介n晶闸管结构晶闸管结构:大功率大功率PNPN四层半四层半导体元件，导体元件，N N P AKG P 有三个引有三个引出极，阳极出极，阳极（A）、阴极阴极（K）、门极门极（G）符号如左图所示符号如左图所示GKAJ1J2J39平板式普通晶闸管和螺栓式普通晶闸管的区别 平板式普通晶闸管属于双面散热，适用于大功率场合；螺栓式普通晶闸管属于单面散热，适用于中、小功率场合。10门极可关断晶闸管门极可关断晶闸管-GTO GTO为为PNPN四层结四层结构，与普通晶闸管结构相构，与普通晶闸管结构相似。具有门极正信号触发似。具有门极正信号触发导通，门极负信号触发关导通，门极负信号触发关断的特性。具有耐高压、断的特性。具有耐高压、电流大、造价便宜、有自电流大、造价便宜、有自关断能力、线路简单等优关断能力、线路简单等优点，导通管压降较大、触点，导通管压降较大、触发功率与缓冲电路损耗较发功率与缓冲电路损耗较大是它的缺点。主要用于大是它的缺点。主要用于高电压、大功率的斩波器、高电压、大功率的斩波器、逆变器和调频调压电源逆变器和调频调压电源。K KG GA A N N P AKG P 11功率场效应管功率场效应管-MOSFET 功率场效应管有三个引脚，源极S、栅极G、漏极D。与GTR比较有驱动电路简单、开关损耗小、安全工作区大的优点。可应用在开关稳压调压电源方面，可作功率变换器件和高频的主功率振荡，放大器件。SGD12绝缘门极晶体管绝缘门极晶体管-IGBT IGBT是在功率 MOSFET的基础上增加了一个P+层发射极，形成PN结J，并由此引出漏极D、门极G、和源极S。其输入阻抗高、速度快、热稳定性好、驱动电路简单、通态电压低、耐压高。可用于通用逆变器、交流伺服、DC-DC变流器、不停电电源、焊机、加工机、感应加热装置和家用电器。13集成化的晶闸管模块 集成化的晶闸管模块，它的显著特点就是：它除了拥有晶闸管的各种特性之外，还具有体积小、重量轻、使用方便、性能较未集成前好等特点，具有广阔的发展前景。返回14第一章 晶闸管1-1 晶闸管的可控单向导电性1-2 晶闸管的工作原理与特性1-3 晶闸管的主要特性参数返回151-1 晶闸管的可控单向导电性晶闸管导通关断实验原理图晶闸管导通关断实验原理图16实验顺实验顺序序实验前灯实验前灯的情况的情况实验时晶闸管情况实验时晶闸管情况实验后实验后灯的情灯的情况况阳极电压阳极电压门极电压门极电压导导通通实实验验123暗暗暗暗暗暗反向反向反向反向反向反向反向反向零零正向正向暗暗暗暗暗暗123暗暗暗暗暗暗正向正向正向正向正向正向反向反向零零正向正向暗暗暗暗亮亮关关断断实实验验123亮亮亮亮亮亮正向正向正向正向正向正向正向正向 零零反向反向亮亮亮亮亮亮4亮亮正向正向(减小到零）减小到零）(任意任意)暗暗17实验结论n1.晶闸管在反向阳极电压作用下，不论门极为何种电压，都处于关断状态。n2.晶闸管同时在正向阳极电压与正向门极电压作用下，才能导通。n3.已导通的晶闸管在正向阳极电压作用下，门极失去控制作用。n4.晶闸管在导通状态时，当Ea减小到接近零时，晶闸管关断。18v可控性：当晶闸管加上正向阳极电压后，门极加上适当的正向门极电压，晶闸管才能由截止变为导通。v晶闸管一旦导通后，门极失去可控作用。v单向导电性：导通的晶闸管，不管门极有 没有电压，阳极一旦加上反向电 压，晶闸管就由导通变为截止。19结论一v晶闸管的导通条件：1、阳极与阴极之间加上正向电压；2、门极与阴极之间加上适当的正向电压。1、2同时满足。20结论二q晶闸管关断的条件：q 使流过晶闸管的阳极电流小于晶闸管规定的维持电流。q关断实现的方式：q 减小阳极电压q 增大负载电阻q 加反向阳极电压返回返回21 1-2 晶闸管的工作原理与特性 一、晶闸管触发导通原理：一、晶闸管触发导通原理：晶闸管的三个晶闸管的三个PN结可等效看成由两个晶体管结可等效看成由两个晶体管V1(P1-N1-P2)与与V2(N1-P2-N2)组成。组成。AGKP1N1J1P2N2J2J3P1N1N1P2P2N222AGKRdEaEgIaIkIgIcov1v2由图可知，v1的集电极电流同时又是v2的基极电流，v2的集电极电流同时又是v1的基极电流，当晶闸管阳极加正向电压，一旦有足够的门极电流流入时，就形成强烈的正反馈使两晶体管饱和导通即晶闸管导通IgIb2Ic2(=Ib2)=Ib1Ic123 Ig=0时，当阳极电压足够大时，当阳极电压足够大时，晶闸管会时，晶闸管会“硬开通硬开通”，此电压称，此电压称为正向转折电压为正向转折电压UBO。正向导通Ig0=0IaUaABIHUROIg增加时，正向转折电压减小。增加时，正向转折电压减小。3.晶闸管一旦导通，门极失去控制作用，晶闸管一旦导通，门极失去控制作用，晶闸管相当于二极管。晶闸管相当于二极管。二、晶闸管伏安特性：4.当晶闸管加反向电压当晶闸管加反向电压而且此电压足够大时，晶闸而且此电压足够大时，晶闸管反向击穿。管反向击穿。UBOIg1Ig2返回返回24n晶闸管所能承受的最大电压UTn 当门极断开、元件处在额定结温时，管子阳极电压升到正向转折电压之前，管子的正向漏电流开始剧增，此时对应的阳极电压称为正向阻断不重复峰值电压，用UDSM表示，取UDSM的80%称为正向阻断重复峰值电压，用UDRM表示；元件承受反向电压时，对应反向漏电流开始剧增的电压称为反向不重复峰值电压，用URSM表示，其值的80%称为反向重复峰值电压，用URRM表示。1-3 闸管的主要特性参数1、额定电压25晶闸管元件的正反向重复峰值电压等级级别正反向重复峰值电压(V)级别正反向重复峰值电压(V)级别正反向重复峰值电压(V)12345671002003004005006007008910121416188009001000120014001600180020222426283020002200240026002800300026额定电压大小的确定n实验方法：通过伏安特性测出UDRM、URRM 的值，取两个数中的最小值。UDRMURRMIaUaUTn=(UDRM,URRM)min27额定电压大小的确定n分析计算如图，晶闸管承受的最大电压为如图，晶闸管承受的最大电压为282、额定电流n 在环境温度为40和规定的冷却条件下，元件在电阻性负载的单相工频正弦半波、导通角不小于170的电路中，当结温不超过额定结温时，所允许的最大通态平均电流。n表示方法：IT(AV)nIT(AV)=IT/1.57 IT流过晶闸管的电流有效值1-3 闸管的主要特性参数29额定电流n若考虑电流的安全裕量 IT(AV)=(23)IT/1.57n如晶闸管的IT=100A，则 IT(AV)=127191An即该晶闸管的通态平均电流应选200A.303、门极触发电流n在室温下，晶闸管施加6V正向阳极电压时，使元件完全开通所必须的最小门极电流。n表示方法：IGTnIGT受外界温度的影响。n温度升高时，IGT值减小。n温度降低时，IGT值增加。1-3 闸管的主要特性参数314、通态平均电压 组别组别通态通态平均平均电压电压（V）组别组别通态通态平均平均电压电压（V）ABUT0.40.4UT0.5C0.5UT0.6D0.6UT0.7E0.7UT0.8FG0.8UT0.90.9UT1.0H1.0UT1.1I1.1UT1.2通态平均电压：在规定环境温度、标准散热条件下，元件通在规定环境温度、标准散热条件下，元件通以额定电流即额定正弦半波时，阳极和阴极间电压降的平均值。以额定电流即额定正弦半波时，阳极和阴极间电压降的平均值。1-3 闸管的主要特性参数325、维持电流与掣住电流n维持电流：在室温下门极断开时，元件从较大的通态电流降至刚好能保持导通的最小阳极电流。用IH表示。n掣住电流：在晶闸管加上触发电压，当元件从阻断状态刚转为导通状态就去除触发电压，此时能维持管子继续导通所需要的最小阳极电流。用IL表示。n IL=(24)IH1-3 闸管的主要特性参数336、关断时间n元件从正向电流降为零到元件恢复阻断所需时间。n表示方法：tqn晶闸管的关断时间与元件结温、关断前阳极电流的大小及所加反向电压有关。一般为几十到几百微秒。1-3 闸管的主要特性参数347、晶闸管的型号KP型K P 表示闸流特性表示闸流特性普通反向阻断型普通反向阻断型额定通态平均电流额定通态平均电流正反向重复峰值电压等级正反向重复峰值电压等级通态平均电压组别通态平均电压组别返回返回1-3 闸管的主要特性参数35可控整流电路可控整流电路整流电路单相单相半波单相全波单相桥式三相三相半波三相桥式双反星形负载性质：电阻性 电感性 反电势性36 第二章：单相可控整流电路 用晶闸管组成的可控整流电路，可以很方便地把交流用晶闸管组成的可控整流电路，可以很方便地把交流 电变成大小可调的直流电，且具有体积小、重量轻、效率电变成大小可调的直流电，且具有体积小、重量轻、效率 高以及控制灵敏等优点。高以及控制灵敏等优点。第一节第一节单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路第二节第二节单相全波可控整流电路单相全波可控整流电路第三节第三节单相桥式可控整流电路单相桥式可控整流电路返回372-1：单相半波可控整流电路：单相半波可控整流电路VTVTRdRdTRTR单相变压器二单相变压器二次侧电压次侧电压u2为为50HZ正正 弦波，弦波，晶闸管晶闸管VT。当在当在电源正半周内且电源正半周内且在门极加触发脉在门极加触发脉冲时导通。冲时导通。VT导通时，导通时，ud=u2,截止时截止时ud=0工作原理工作原理udu2一、电阻性负载38wtud ：控制角，即晶闸管承受正压到触发导通之间控制角，即晶闸管承受正压到触发导通之间 的电角度。的电角度。：导通角，即晶闸管在一个周期内导通的电角导通角，即晶闸管在一个周期内导通的电角 度。度。39 数量关系：40 41n有一单相半波可控流电路，负载电阻为10，直接接到交流电源220V，要求控制角从1800可移相。求：1.控制角=60时，电压表、电流表读数，及此时的电路功率因数。2.如导线电流密度取j=6A/mm，计算导线截面。3.计算Rd的功率。4.电压电流考虑2倍裕量，选择晶闸管元件。例例42n求负载端直流电压、电流：n计算导线截面、电阻功率、选择晶闸管，考虑电流的最大值，取=043 额定电压应选600V额定电流应选20A，即晶闸管的型号为KP-20-6负载端功率选择晶闸管 额定电压额定电流44二、电感性负载：VTVTRdRdTRTRLdLd 整流电路直流负载的感抗整流电路直流负载的感抗 Ld和电阻和电阻Rd的大小相比不可忽略时，的大小相比不可忽略时，这种负载称为电感性负载。这种负载称为电感性负载。wtud工作原理工作原理u2n返回45 2-2：单相全波可控整流电路：单相全波可控整流电路单相全波可控整流电单相全波可控整流电路采用了二次侧带有路采用了二次侧带有中心抽头的变压器，中心抽头的变压器，每个二次绕组一周期每个二次绕组一周期内只工作一半时间，内只工作一半时间，利用率低。利用率低。0TRu2u246单相全波可控整流电路单相全波可控整流电路-电阻性负载：电阻性负载：数量关系数量关系工作过程工作过程VTVT1 1VTVT2 2RdRdTRTRu2u247 数量关系：48 n返回49单相全波可控整流电路单相全波可控整流电路-感性负载：感性负载：VT1VT11 1VTVT2 2RdRdLdLd工作过程工作过程u2u250返回返回感性负载+续流二极管：工作过程工作过程VTVT1 1VTVT2 2RdRdLdLdVDVDu2u2单相全波可控整流电路51 2-3：单相桥式整流电路：单相桥式整流电路单相半控桥单相半控桥单相全控桥单相全控桥52RdRdVT1VT1VT2VT2VD1VD1VD2VD2TRTR共阴极连接的晶闸管共阴极连接的晶闸管共阳极连接的二极管共阳极连接的二极管单相半控桥单相半控桥阻阻性负载性负载工作过程工作过程数量关系数量关系53 数量关系：54共阳极连接的二极管共阳极连接的二极管VT1VT1VT2VT2VD1VD1VD2VD2RdRdTRTRLdLd一、电路图一、电路图工作过程工作过程共阴极连接的晶闸管共阴极连接的晶闸管图2-14VT1、VT2具有单向可控导电性，VD1、VD2具有单向导电性，不具有可控性，因此将此电路称为单相半控桥。单相半控桥感性负载55二、工作原理二、工作原理1、当当当当u2u2u2u2电压在正半周，控制角电压在正半周，控制角电压在正半周，控制角电压在正半周，控制角为为为为时，触发晶闸管时，触发晶闸管时，触发晶闸管时，触发晶闸管VT1VT1VT1VT1导通，负载电流导通，负载电流导通，负载电流导通，负载电流idididid经经经经VT1VT1VT1VT1、VD2VD2VD2VD2流通，电感储存能量，产生上正下负的自感电动势。流通，电感储存能量，产生上正下负的自感电动势。流通，电感储存能量，产生上正下负的自感电动势。流通，电感储存能量，产生上正下负的自感电动势。2 2 2 2、u2u2u2u2电压下降到零开始变负时，电感由储存能量变为释放能量，产生上负电压下降到零开始变负时，电感由储存能量变为释放能量，产生上负电压下降到零开始变负时，电感由储存能量变为释放能量，产生上负电压下降到零开始变负时，电感由储存能量变为释放能量，产生上负下正的自感电动势，维持电流流通，下正的自感电动势，维持电流流通，下正的自感电动势，维持电流流通，下正的自感电动势，维持电流流通，VT1VT1VT1VT1将继续到通，同时将继续到通，同时将继续到通，同时将继续到通，同时VD2VD2VD2VD2关断、关断、关断、关断、VD1VD1VD1VD1导通，负载端电压为导通，负载端电压为导通，负载端电压为导通，负载端电压为0 0 0 0。VT1、VD2导通VT1、VD1导通56二、工作原理二、工作原理3 3 3 3、当当当当u2u2u2u2为负半周且控制角为为负半周且控制角为为负半周且控制角为为负半周且控制角为时，触发时，触发时，触发时，触发VT2VT2VT2VT2导通，负载电流导通，负载电流导通，负载电流导通，负载电流idididid经经经经VT2VT2VT2VT2、VD1VD1VD1VD1流通，电感由流通，电感由流通，电感由流通，电感由释放能量变成储存能量，负释放能量变成储存能量，负释放能量变成储存能量，负释放能量变成储存能量，负载端电压载端电压载端电压载端电压udududud=ubaubaubauba=-u2=-u2=-u2=-u2。4 4 4 4、u2 u2 u2 u2电压由负变正过零时，电电压由负变正过零时，电电压由负变正过零时，电电压由负变正过零时，电感由储存能量变为释放能量，感由储存能量变为释放能量，感由储存能量变为释放能量，感由储存能量变为释放能量，产生上负下正的自感电动势，产生上负下正的自感电动势，产生上负下正的自感电动势，产生上负下正的自感电动势，维持电流流通，维持电流流通，维持电流流通，维持电流流通，VT2VT2VT2VT2将继续到将继续到将继续到将继续到通，同时通，同时通，同时通，同时VD1VD1VD1VD1关断、关断、关断、关断、VD2VD2VD2VD2导通，导通，导通，导通，负载端电压为负载端电压为负载端电压为负载端电压为0 0 0 0。VT2、VD1导通VT2、VD2导通57结论结论1.晶闸管在晶闸管在触发时刻触发时刻触发时刻触发时刻换换流，二极管在电源电流，二极管在电源电压压过零过零过零过零时刻换流。时刻换流。2.对于单向半控桥感性对于单向半控桥感性负载，负载端的电压负载，负载端的电压波形如右图。波形如右图。n根据波形得根据波形得Ud=0.9U2(1+cos)/258 结论结论3.单相半控桥感性负载，单相半控桥感性负载，负载端电压波形与阻负载端电压波形与阻性负载完全相同，性负载完全相同，即即单相半控桥感性负载单相半控桥感性负载本身具有续流作用本身具有续流作用。4.在实际使用的过程中，在实际使用的过程中，单相半控桥感性负载单相半控桥感性负载容易产生容易产生失控现象失控现象。59 当突然把控制角增大到当突然把控制角增大到180或或突然突然切断切断触发电路时，会发生正在导触发电路时，会发生正在导通的晶闸管一直导通而两个二极管轮通的晶闸管一直导通而两个二极管轮流导通的现象。流导通的现象。三、失控现象三、失控现象失控工作过程失控工作过程60n有一大电感负载采用单相半控桥式有续有一大电感负载采用单相半控桥式有续流二极管的整流电路供电，负载电阻为流二极管的整流电路供电，负载电阻为5，输入电压输入电压220v，晶闸管的控制角晶闸管的控制角=60，求流过晶闸管、二极管的电流求流过晶闸管、二极管的电流平均值和有效值。平均值和有效值。n解解：负载端输出的电压平均值：负载端输出的电压平均值 Ud=0.9U2(1+COS)/2 =149V 例例61负载端电流平均值：Id=Ud/Rd=149/5=30A一周期内晶闸管的导通角 =180-=180-60=120一周期内二极管的导通角 D=2=120例例62则电流平均值及有效值为 例例单相半控桥整流电单相半控桥整流电路，当导通角路，当导通角=120时时流过续流二极管和晶闸管流过续流二极管和晶闸管的电流平均值相同。的电流平均值相同。n返回63单相半控桥反电动势负载单相半控桥反电动势负载演示演示n返回64单相全控桥单相全控桥VT1VT1VT2VT2VT3VT3VT4VT4RdRdwtudVT1.VT4VT1.VT4导通导通VT2.VT3VT2.VT3导通导通阻性负载阻性负载工作过程工作过程65VT1VT1VT2VT2VT3VT3VT4VT4RdRdLdLd结论结论单相全控桥单相全控桥-感性负载感性负载工作过程工作过程6690 波形断续波形断续wtudwtud结论结论90 波形连续波形连续n返回67三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路第三章：三相可控整流电路第一节第一节第二节第二节第三节第三节第四节第四节三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路三相桥式半控整流电路三相桥式半控整流电路整流电路的换相压降整流电路的换相压降返回68三相电压介绍三相电压介绍ABCabc原边原边形接法形接法副边副边Y形接法形接法b ca三相电压波形三相电压波形wtu269三相半波可控整流电路，三相半波可控整流电路，对脉冲要求，一个周期需对脉冲要求，一个周期需三个脉冲，相邻脉冲间隔三个脉冲，相邻脉冲间隔120。A AB BC C3-1：三相半波可控整流电路：三相半波可控整流电路abcVT1VT2VT3RdVT1、VT2、VT3共阴极接共阴极接法，阳极电位高者先导通法，阳极电位高者先导通自然换相点，自然换相点，定义为定义为=0结论：三相半波结论：三相半波距距 离坐标原点为离坐标原点为30 演示演示阻性负载70结论结论 30 时，负载端电压时，负载端电压波形是断续的波形是断续的dabcau0 tabcaud0 t0 30 时，负载端时，负载端电压波形是连续的电压波形是连续的71三相半波可控整流电路电阻性负载三相半波可控整流电路电阻性负载-晶闸管两端电压波形的确定晶闸管两端电压波形的确定 演示演示72 数量关系：73三相半波可控整流电路感性负载abcVT1VT2VT3RdLdVD演示演示74结论结论返回75负载端要有电压，负载端要有电压，需共阳极组和共需共阳极组和共阴极组不同相的阴极组不同相的两个管子同时导通。两个管子同时导通。3-2：三相桥式全控整流电路：三相桥式全控整流电路VT1VT1VT3VT3VT5VT5VT4VT4VT6VT6VT2VT2VT1、VT3、VT5共阴极接法共阴极接法VT2、VT4、VT6共阳极接法共阳极接法如何保证如何保证VT1、VT4同时同时导通，一般对此电路采用导通，一般对此电路采用双窄脉冲，即：双窄脉冲，即：演示演示假设假设VT1、VT4同时导通，则负同时导通，则负 载端电压载端电压ud=uab.76 数量关系：77移相范围移相范围090。90时，负载端电压连续时，负载端电压连续 Ud=2.34U2cos三相全控桥负载端电压为线电压。三相全控桥负载端电压为线电压。结论结论返回783-3：三相桥式半控整流电路：三相桥式半控整流电路一、一、阻性负载：阻性负载：a=60a Ubb，但当Ue0,管子截 止，存在很小的正向漏电流。当UeUbb+UD时,管子导通，Ie剧增，Rb1为可变电 阻。116单结晶体管的特性单结晶体管的伏安特性117单结晶体管自激振荡电路eb2b1VRe返回返回R2R1CuU118充电时间常数放电时间常数119调节电阻Re能改变自激振荡电路的振荡频率，要电路保持振荡，Re必须满足下列条件：R1决定输出脉冲的幅值和宽度R2用来补偿温度对Up的影响，用来稳定振荡 频率。n返回1205-4：正弦波触发电路：正弦波触发电路正弦波同步触发电路分析正弦波同步触发电路分析正弦波同步触发电路正弦波同步触发电路正弦波同步触发电路优缺点正弦波同步触发电路优缺点121正弦波同步触发电路122正弦波同步触发电路分析稳态：V1管未导通，R2供给V2足够基极电流使之饱和，V3、V4截止。电容C3如图经R1、VD1充电后 接近15v，极性为左正右负。暂态：同步移相使V1导通，V2截止，V3、V4导通，C3如图放电反充。点电位升到0.7v时，V2 导通，V3、V4截止，暂态结束，输出脉冲截止。图图123n返回正弦波同步触发电路优缺点优点:（1）整流装置在负载电流连续时，直流 输出电 压Ud与控制电压Uc成线性关系。（2）能部分补偿电源电压波动对输出电压Ud的 影响。缺点：（1）同步电压直接受电网电压的波动及干扰 影响较大，特别是电源电压波形畸变时，导致 整个装置工作不稳定。（2）正弦波移相电路理论上分析移相范围可达 0，实际上由于正弦波顶部平坦与Uc交点 不明确而无法工作。1245-5：锯齿波触发电路：锯齿波触发电路锯齿波同步触发电路分析锯齿波同步触发电路分析锯齿波同步触发电路锯齿波同步触发电路125锯齿波同步触发电路126锯齿波同步触发电路分析脉冲形成放大环节：脉冲形成与放大环节由V4，V5、V6，V7、V8,C3等元件组成,T4管道同瞬间决定脉冲输出时刻,T5关持续截止,时间即使脉冲的宽度,而T5截止只时间的长短是由C3反向充电时间常数R11C3决定.VD6在于提高V7、V8、管的导通阀值，提高抗干扰能力。uK-移动脉冲的相位，脉冲移相的目的。uP-当uK=0时，确定脉冲的初始相位。返回返回127锯齿波形成、同步移相环环节该环节主要由V1、V2、V3、C2、DW、等元件组成T1、DW、RW1、R3、组成恒流源向C2提供充电电流调节RW1，即可改变锯齿波的斜率。uc2t128同步电压环节同步电压环节由同步变压器BT和V2管等元件组成。同步的实现：同步电源变压器BT和主电路整流变压器接 在同一电源上。双窄脉冲的形成 本相触发单元发生第一个脉冲后，间隔60的第二个脉冲可以以滞后60相位的后一相触发单元在产生第一个脉冲时刻将其同步移相环节送来的负脉冲信号送到本相触发单元V6管的基极，强迫V6截止，于是本相单元的V8管导通，输出与第一个脉冲间隔60的第二个脉冲，这样就得到了间隔60的双窄脉冲。返回1295-6：集成电路触发器：集成电路触发器KC04 移相集成触发器简介 KC04 移相集成触发器外型130KC04移相集成触发器简介 它由同步信号、锯齿波产生、移相控制、脉冲形成和整形放大输出等环节组成。由于集成触发器的应用，提高了触发电路工作可靠性；缩小体积，大大简化了触发电路的生产与调试。应用于各种移相触发、过零触发、双脉冲形成、以及脉冲列调制等场合。131返回返回KC04移相集成触发器外型 1#输出正半周脉冲，7#、8#经电阻接电源，9#综合比较点，13#脉冲列调制，14#脉冲打锁控制，15#输出负半周脉冲。1 12 23 34 45 56 67 78 89 910101111121213131414151516161325-7：触发脉冲与主电路电压的同步：触发脉冲与主电路电压的同步同步的概念：正确选择同步信号电压相位以及得到不同相位同步信号的方法，称为晶闸管装置的同步或定相。实现同步的方法:晶闸管装置是通过同步变压器不同连接方式或再配合阻容移相，得到要求相位的同步信号电压。133正弦波：NPNusv滞后ua120PNPusv超前ua60锯齿波：NPNusv滞后ua180PNPusv与ua同相134实现同步的步骤：根据主电路的结构，负载的性质及触发电路的形式与脉 冲移相范围的要求，确定该触发电路的同步电压us与对应晶闸管阳极电压之间的相位关系。根据电源变压器的接法，以电网某线电压作参考矢量，画出电源变压器次级电压的矢量，从而确定相对应的同步电压和同步线电压矢量。根据同步变压器次级线电压矢量位置，确定同步变压器钟点数。135例例 三相半波电源变压器为三相半波电源变压器为Y YY-12Y-12，触发电路采用触发电路采用 PNPPNP的正弦波移相触发电路，求：的正弦波移相触发电路，求：1 1、同步电压与对应晶闸管阳极电压的相位关系、同步电压与对应晶闸管阳极电压的相位关系 2 2、确定同步变压器的钟点数、确定同步变压器的钟点数如果采用如果采用NPN的正弦波触发电路：的正弦波触发电路：usv滞后ua120YY10YY43030返回返回解解:正弦波正弦波PNP：usv超前ua60.1365-8:脉冲变压器与防止误触发的措施脉冲变压器与防止误触发的措施防止误触发的措防止误触发的措施施脉冲变压器脉冲变压器137脉冲变压器用途：1、起阻抗匹配作用，降低脉冲电压幅值增大输出电流，更好触发晶闸管；2、可改变脉冲正负极性或同时送出两组独立脉冲。3、将低电压的触发电路与高电压的主电路在电器上加以隔离，有利于防干扰与安全，并且可使触发器之间在电气上隔离。138防止误触发的措施1、由于晶闸管装置强弱电混于一体，装置的电气工艺布置需要认真考虑。2、触发器的电源采用静电屏蔽的变压器供电，取自电网的同步信号也必须采用有静电屏蔽的同步变压器隔离。3、在晶闸管门阴极之间或在脉冲变压器二次侧输出端，串并二极管、电阻、电容、有利于防干扰。4、采用触发电流大的晶闸管。返回返回139第六章：晶闸管有源逆变电路第六章：晶闸管有源逆变电路n6-1 有源逆变的工作原理有源逆变的工作原理n6-2 逆变失败与逆变角的限制逆变失败与逆变角的限制n6-3 晶闸管直流可逆拖动的工作原理晶闸管直流可逆拖动的工作原理n6-4 绕线转子异步电动机的串级调速绕线转子异步电动机的串级调速n6-5 晶闸管装置的功率因数与对电网晶闸管装置的功率因数与对电网 的影响的影响返回1406-1：有源逆变的工作原理：有源逆变的工作原理整流：交流电 整流器 直流电 用电器逆变：直流电 逆变器 交流电 用电器有源逆变：直流电 逆变器 交流电 交流 电网，即将直流电变成和电网同频率 的交流电并送到交流电网去的过程。无源逆变：直流电 逆变器 交流电（频率 可调）用电器141 工作原理：当晶闸管在交流电源电压瞬时值为正向导通，电源瞬时输出功率；当瞬时电压为负时，电源瞬时送出负功率即吸收功率。在有源逆变时，一周期内晶闸管导通的时间中，电压波形负面积大于正面积。142实现逆变的条件1、直流侧必须外接与直流电流Id同方向 的直流电源E，其数值要稍大于Ud，才能提供逆变能量。2、变流器必须工作在90区域，使 Ud0，才能把直流功率逆变为交流 功率逆变电网。返回返回143三相半波有源逆变电路VT1的VT1的演示演示144 结论：三相半波逆变电路，负载端的电压 基本上为 反向电压。三相半波逆变电路，晶闸管在阻断 时主要承受正向电压。1456-2：逆变失败与逆变角的限制：逆变失败与逆变角的限制逆变失败的原因：1、触发电路工作不可靠2、电源出现故障3、晶闸管元器件的质量4、换相重叠角的大小最小逆变角：min 0 a3050返回返回1466-3：晶闸管直流可逆拖动的工作原理：晶闸管直流可逆拖动的工作原理转速下降转速下降电机正转电机正转制动状态制动状态转速上升转速上升电机正转电机正转电动状态电动状态转速上升转速上升电机反转电机反转电动状态电动状态转速下降转速下降电机反转电机反转制动状态制动状态用接触器控制的直流电动机正反转：147 采用两组变流桥的可逆电路：工作情况：两组变流桥，将其按极性反连接（反并 联连接、交叉连接），一组工作在电动机正 转，另一组工作在电动机反转。常用的反并联可逆系统：1、逻辑控制无环流可逆系统。2、有环流反并联可逆系统。3、错位无环流可逆系统。返回返回1486-4：绕线转子异步电动机的串级调速：绕线转子异步电动机的串级调速低同步串级调速的基本原理：绕线转子异步电动机的转子电动势其大小与频率都随电动机转速而变，如果在转子回路中，串入与转子电动势频率一致、相位相反的交流附加电动势，则附加电动势增大，电动机转速下降；附加电动势减小，则电动机转速上升，即可实现电动机的无级调速。149斩波式逆变器串级调速原理 能够大大降低无功损耗，提高功率因数，减小高次谐波分量而且线路比较简单。返回返回1506-5：晶闸管装置的功率因数与对：晶闸管装置的功率因数与对 电网的影响电网的影响整流装置的视在功率：S=U1I1电网输入的有功功率：P=U1I11cos1功率因数：cos=PS=I11cos1U1I1改善方法：1、小控制角运行、小控制角运行 2、采用两组变流器的串联供电、采用两组变流器的串联供电 3、增加整流相数、增加整流相数 4、设置补偿电容、设置补偿电容151 晶闸管装置对电网的影响:1、高次谐波电流可引起串联或并联谐振，引起热损 坏、谐振、闪烁等事故。2、对通信线路产生杂音。3、对变压器的铁心产生噪声，铁耗和铜耗增加，容 量减小，箱壁或箱盖产生涡流发热。4、对输电线路，谐波电流常引起线路的串联谐振，造成绝缘击穿。5、使感应电动机转速周期性变动，铁耗和铜耗增加。6、对仪用互感器，会影响电流或电压的相位差，导 致测量精度下降。7、会导致计算机误操作。返回返回152第七章：晶闸管交流开关与交流调压第七章：晶闸管交流开关与交流调压v双向晶闸管双向晶闸管v晶闸管交流开关晶闸管交流开关v三相交流调压三相交流调压v单相交流调压电路单相交流调压电路返回1537-1：双向晶闸管：双向晶闸管n与普通晶闸管一样，也有塑料封装、螺旋型与平板型三种，核心部分是五层三端半导体结构。154双向晶闸管伏安特性n要使管子能通过交流电流，必须在每个周期内对门极触发一次，只有在元件中通过的电流大于掣住电流后，去掉触发脉冲后才能维持元件继续导通；只有在元件中通过的电流下降到维持电流以下时，元件才能关断并恢复阻断能力。155双向晶闸管的型号K S 表示闸流特性表示闸流特性表示双向表示双向额定通态电流值额定通态电流值断态重复峰值电压级数断态重复峰值电压级数断态电压临界上升率级数断态电压临界上升率级数电流临界下降率级数电流临界下降率级数156触发方式第象限第象限T1端极性 门极极性触发灵敏性相对于1近似13近似14近似12双向晶闸管的触发方式n返回1577-2：晶闸管交流开关：晶闸管交流开关一、简单交流开关及应用门极毫安级电流的通断，可控制晶闸管阳极几十门极毫安级电流的通断，可控制晶闸管阳极几十到几百安培大电流的通断。交流开关的特点是晶到几百安培大电流的通断。交流开关的特点是晶闸管在承受正半周电压时触发导通，而它的关断闸管在承受正半周电压时触发导通，而它的关断是利用电源负半周在管子上加反压来实现，在电是利用电源负半周在管子上加反压来实现，在电流过零时自然关断。流过零时自然关断。158二、过零触发开关电路与交流调功器移相触发控制使电路中的正弦波出现缺角，包含较大的高次谐波。为克服此缺点，可采用过零触发或称为零触发。交流零触发开关使电路在电压为零或零附近的瞬间接通，利用管子电流小于维持电流使管子自行关断，此开关对外界的电磁干扰最小。调节方法：可利用调功器或周波控制器。即在设定的周期内，用零电压开关接通几个周波然后断开几个周波，改变晶闸管在设定周期内的通断时间比例，以调节负载上的交流平均电压，即可达到调节负载功率的目的。159三、固态开关固态开关简称 SSS固态开关分类：固态继电器简称SSR 固态接触器简称SSC 是一种以双向晶闸管为基 础构成的无触点通断组件特点：体积小、工作频率高，使用于频 繁工作或潮湿、有腐蚀性以及易 燃的环境。n返回1607-3：单向交流调压电路：单向交流调压电路几种交流调压的触发电路交流调压电路分析 1、电阻性负载2、电感性负载晶闸管交流稳压电路161几种交流调压的触发电路简单双向调压电路触发二极管交流调压电路单结晶体管触发电路KC06触发器组成的晶闸管移相 交流调压电路程控单结晶体管162阻性负载 正半周正半周 时刻触发一只管子，负半周时刻触发一只管子，负半周 时刻触发另一只管子，时刻触发另一只管子，输出电压波形为正负半周缺角相同的正弦波。输出电压波形为正负半周缺角相同的正弦波。单相交流调压的负载电流波形与单相桥式可控整流交流侧电单相交流调压的负载电流波形与单相桥式可控整流交流侧电流波形一致，触发电路也可套用，不过触发电路的输出必须通过流波形一致，触发电路也可套用，不过触发电路的输出必须通过脉冲变压器，两个绕组之间要有足够的绝缘。脉冲变压器，两个绕组之间要有足够的绝缘。163感性负载a，1818，正负半波电流断续，正负半波电流断续，愈愈大，大，愈小，愈小，波形断续愈严重。波形断续愈严重。a，1818，正负半周电流处于临界连续状态，相正负半周电流处于临界连续状态，相当于晶闸管失去控制，负载上获得最大功率。当于晶闸管失去控制，负载上获得最大功率。a，1818，电路已不起调压作用，不能正常工作。电路已不起调压作用，不能正常工作。所以，带电感性负载时，晶闸管不能用窄脉冲触发。所以，带电感性负载时，晶闸管不能用窄脉冲触发。164晶闸管交流稳压电路对波形要求较高的场合，应在输出端加设电容、电感滤波环节。n返回1657-4:三相交流调压三相交流调压当交流功率调节容量较大时通常采用三相交流调压。当交流功率调节容量较大时通常采用三相交流调压。三相交流调压常用的四种接线方式：星形带中性线的三相交流调压电路星形带中性线的三相交流调压电路晶闸管与负载联结成内三角形的三相交流调压电路晶闸管与负载联结成内三角形的三相交流调压电路用三对反并联晶闸管联结成三相三线交流调压电路用三对反并联晶闸管联结成三相三线交流调压电路三相晶闸管接于星形负载中性点的三相交流调压电路三相晶闸管接于星形负载中性点的三相交流调压电路n返回166第八章：变频电路与直流斩波第八章：变频电路与直流斩波v变频电路的基本概念变频电路的基本概念v并联谐振与串联谐振逆变器并联谐振与串联谐振逆变器v强迫换流式逆变电路强迫换流式逆变电路v晶闸管中频装置晶闸管中频装置v直流斩波电路直流斩波电路返回8-18-28-38-48-51678-1:变频电路的基本概念变频电路的基本概念F变频器及其分类F无源逆变器的简单工作原理F电感性负载与反馈二极管168变频器及其分类分类：交流交流变频它将它将55HZHZ的交流直接变成其它频率的交流，称的交流直接变成其它频率的交流，称直接变频。交流直流交流变频将将55HZHZ交流先整流为直流，再由直流逆变为所需的交流。交流先整流为直流，再由直流逆变为所需的交流。逆变器：由直流逆变为交流的装置称为由直流逆变为交流的装置称为逆变器，它直接将电压供，它直接将电压供给负载使用，因此，也称给负载使用，因此，也称无源逆变。169无源逆变器的简单工作原理单相零式电路、两单相零式电路、两晶闸管按不同频率晶闸管按不同频率交替导通，得到交交替导通，得到交流电压流电压单相桥式电路，两单相桥式电路，两对晶闸管交替导通对晶闸管交替导通关断，得到交流电关断，得到交流电压压单相半桥式逆变单相半桥式逆变器，两只晶闸管器，两只晶闸管轮流导通，输出轮流导通，输出电压在电压在之间之间170电感性负载与反馈二极管 由于半周末关断一对晶闸管和导通另一对晶闸管是，由于负载是电感性的，电流滞后于电压，故此时电流还未到零，如使负载电流瞬时反向，将在负载电感两端感应出大电压，使管子损坏。为此必须在晶闸管两端反并联一个二极管（称为反馈二极管），电路才能够正常工作。n返回1718-2:并联谐振与串联谐振逆变器并联谐振与串联谐振逆变器并联谐振串联谐振ZmaxZminn返回1728-3:强迫换流式逆变电路强迫换流式逆变电路 PWM控制简介及原理 PWM控制波形 【以电压型单向逆变电路为例】173电压型单向逆变电路原理 PWM变频电路上采用电压型逆变器，是利用控制逆变器开关元件的导通和关断时间比调节脉冲宽度，来控制逆变电压的大小和频率。主电路简单且功率因数与效率都高。由于调压在逆变器中完成，故避免额定惯性滤波电容对电压调节响应的影响。电压调节速度快，适合作为异步电动机变频调速的供电电源，实现平滑启动、停车和高效率宽范围调速。174电压型单向逆变电路l电路中VT1、VT4正半周导通，VT2、VT3负半周导通。VT1VT2VT3VT4175电压型单向逆变电路波形 电路中VT1、VT4正半周导通，VT2、VT3负半周导通。逆变输出得到正负矩形波。设法在正负半周内是对应功率开关元件多次导通关断，得到正负电压脉冲，改变脉冲的占空比/T即可改变逆变电压大小。n返回1768-4:晶闸管中频装置晶闸管中频装置主电路采用全控桥而不采用半控桥逆变触发电路的组成：信号检测电路和脉冲形成电路装置的保护：交流侧与直流侧的过电压保护交流相间短路保护逆变侧的过压、过流保护n返回1778-5:直流斩波电路直流斩波电路178晶闸管直流开关 晶闸管直流开关是斩波器的核心，VT1导通时，C充电，极性为右正左负 要关断VT1时，只要触发 VT2。179普通晶闸管直流斩波电路脉冲宽度控制（PWM):也称定频调宽式，此方式斩波晶闸管的触发频率一定调节脉冲宽度在0T之间变化，负载电压在0U之间变化。脉冲频率控制（PFM):也称定宽调频式，此方式脉宽一定，改变管子通断频率，频率下降，周期增大，负载电压减小。脉冲混合控制:同时改变频率和周期。返回180181