电子技术-chapter5-第5章-电力电子技术课件

本章要求：本章要求：本章要求：本章要求：1.1.理解单相整流电路和滤波电路的工作原理及参数的计理解单相整流电路和滤波电路的工作原理及参数的计理解单相整流电路和滤波电路的工作原理及参数的计理解单相整流电路和滤波电路的工作原理及参数的计算算算算;2.2.了解稳压管稳压电路和串联型稳压电路的工作原理了解稳压管稳压电路和串联型稳压电路的工作原理了解稳压管稳压电路和串联型稳压电路的工作原理了解稳压管稳压电路和串联型稳压电路的工作原理;3.3.了解集成稳压电路的性能及应用。了解集成稳压电路的性能及应用。了解集成稳压电路的性能及应用。了解集成稳压电路的性能及应用。4.4.了解晶闸管的基本结构、工作原理、特性和主要参数。了解晶闸管的基本结构、工作原理、特性和主要参数。了解晶闸管的基本结构、工作原理、特性和主要参数。了解晶闸管的基本结构、工作原理、特性和主要参数。5.5.理解可控整流电路的工作原理、掌握电压平均值与控理解可控整流电路的工作原理、掌握电压平均值与控理解可控整流电路的工作原理、掌握电压平均值与控理解可控整流电路的工作原理、掌握电压平均值与控制角的关系。制角的关系。制角的关系。制角的关系。6.6.了解单结晶体管及其触发电路的工作原理。了解单结晶体管及其触发电路的工作原理。了解单结晶体管及其触发电路的工作原理。了解单结晶体管及其触发电路的工作原理。第第5章章 电力电子技术电力电子技术 本章要求：第5章 电力电子技术 5.15.1直流稳压电源直流稳压电源小功率直流稳压电源的组成小功率直流稳压电源的组成小功率直流稳压电源的组成小功率直流稳压电源的组成功能：功能：把交流电压变成稳定的大小合适把交流电压变成稳定的大小合适 的直流电压的直流电压u4uou3u2u1交流电源交流电源交流电源交流电源负载负载负载负载变压变压变压变压整流整流整流整流滤波滤波滤波滤波稳压稳压稳压稳压5.1直流稳压电源小功率直流稳压电源的组成功能：把交流电压5.1.1 整流电路整流电路整流电路的作用整流电路的作用整流电路的作用整流电路的作用:将交流电压转变为脉动的直流电压。将交流电压转变为脉动的直流电压。常见的整流电路：常见的整流电路：常见的整流电路：常见的整流电路：半波、全波、桥式和倍压整流；单相和三相整流半波、全波、桥式和倍压整流；单相和三相整流等。等。分析时可把二极管当作理想元件处理：分析时可把二极管当作理想元件处理：分析时可把二极管当作理想元件处理：分析时可把二极管当作理想元件处理：二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。整流原理：整流原理：整流原理：整流原理：利用二极管的单向导电性利用二极管的单向导电性5.1.1 整流电路整流电路的作用:常见的整流电路：分uDO1.单相半波整流电路单相半波整流电路2 2）工作原理工作原理工作原理工作原理 u u 正半周，正半周，正半周，正半周，V Va aVVb b，二极管二极管二极管二极管D D导通；导通；导通；导通；3 3）工作波形工作波形工作波形工作波形 u 负半周，负半周，VaVVb b，二二二二极管极管极管极管 D D1 1、D D3 3 导通，导通，导通，导通，D D2 2、D D4 4 截止截止截止截止 。3 3）工作波形工作波形工作波形工作波形uD2uD41 1）电路结构电路结构电路结构电路结构 uouD t tRLuiouo1234ab+动画动画u2.单相桥式整流电路2）工作原理 u 正半周，例例例例1 1 1 1：试分析图示桥式整流电路中的二极管试分析图示桥式整流电路中的二极管试分析图示桥式整流电路中的二极管试分析图示桥式整流电路中的二极管D D2 2 或或或或D D4 4 断断断断开时负载电压的波形。开时负载电压的波形。开时负载电压的波形。开时负载电压的波形。如果如果如果如果D D2 2 或或或或D D4 4 接反，后果如何接反，后果如何接反，后果如何接反，后果如何？如果如果如果如果D D2 2 或或或或D D4 4因击穿或烧坏而短路，后果又如何？因击穿或烧坏而短路，后果又如何？因击穿或烧坏而短路，后果又如何？因击穿或烧坏而短路，后果又如何？uo+_u+_RLD2D4 D1D3解：解：解：解：当当D2或或D4断开后断开后 电路为单相半波整流电路。正半周时，电路为单相半波整流电路。正半周时，D1和和D3导导通，负载中有电流通，负载中有电流过，负载电压过，负载电压uo o=u；负半周时，；负半周时，D1和和D3截止，负载中无电流通截止，负载中无电流通过，负载两端无电压，过，负载两端无电压，uo o=0=0。uo u 2 34twtw234oo例1：试分析图示桥式整流电路中的二极管D2 或D4 如果如果如果如果D D2 2或或或或D D4 4接反接反接反接反 则正半周时，二极管则正半周时，二极管D1、D4或或D2、D3导通，电流导通，电流经经D1、D4或或D2、D3而造成电源短路，电流很大，因而造成电源短路，电流很大，因此变压器及此变压器及D1、D4或或D2、D3将被烧坏。将被烧坏。如果如果如果如果D D2 2或或或或D D4 4因击穿烧坏而短路因击穿烧坏而短路因击穿烧坏而短路因击穿烧坏而短路 则正半周时，情况与则正半周时，情况与D2或或D4接反类似，电源及接反类似，电源及D1或或D3也将因电流过大而烧坏。也将因电流过大而烧坏。uo+_u+_RLD2D4 D1 D3 如果D2或D4接反 如果D2或D4因击穿烧坏而短路uo3.三相桥式整流电路三相桥式整流电路2 2）工作原理工作原理工作原理工作原理在每一瞬间在每一瞬间在每一瞬间在每一瞬间共阴极组中阳极电位最高的二极管导通；共阴极组中阳极电位最高的二极管导通；共阳极组中阴极电位最低的二极管导通。共阳极组中阴极电位最低的二极管导通。共阳极组中阴极电位最低的二极管导通。共阳极组中阴极电位最低的二极管导通。1 1）电路电路电路电路 D1RLuoD6 D3D5D4D2io Cbau+o 三相变压器原绕组接成三三相变压器原绕组接成三角形，副绕组接成星形角形，副绕组接成星形共阳极组共阳极组共阴极组共阴极组3.三相桥式整流电路2）工作原理在每一瞬间1）电路 在在 t1 t2 期间期间共阴极组中共阴极组中a点电位最高，点电位最高，D1 导通；导通；共阳极组中共阳极组中b点电位最低，点电位最低，D4 导通。导通。负载两端的电压为线电压负载两端的电压为线电压负载两端的电压为线电压负载两端的电压为线电压u uabab。D1RLuoD6 D3D5D4D2io Cbau+o负载电压负载电压2 2）工作原理工作原理工作原理工作原理变压器副边电压变压器副边电压动画动画uouaubuC2 uoot1t2t3t4t5t6t7t8t9 在 t1 t2 期间负载两端的电压为线电压u 在在 t2 t3 期间期间共阴极组中共阴极组中a点电位最高，点电位最高，D1 导通；导通；共阳极组中共阳极组中c点电位最低，点电位最低，D6 导通。导通。负载两端的电压为线电压负载两端的电压为线电压负载两端的电压为线电压负载两端的电压为线电压u ua aC C。D1RLuoD6 D3D5D4D2io Cbau+o负载电压负载电压2 2）工作原理工作原理工作原理工作原理变压器副边电压变压器副边电压uouaubuC2 t1t2t3t4t5t6t7t8t9uoo 在 t2 t3 期间负载两端的电压为线电压u 在在 t3 t4 期间期间共阴极组中共阴极组中b点电位最高，点电位最高，D3 导通；导通；共阳极组中共阳极组中c点电位最低，点电位最低，D6 导通。导通。负载两端的电压为线电压负载两端的电压为线电压负载两端的电压为线电压负载两端的电压为线电压u ub bC C。D1RLuoD6 D3D5D4D2io Cbau+o负载电压负载电压2 2）工作原理工作原理工作原理工作原理变压器副边电压变压器副边电压uouaubuC2 t1t2t3t4t5t6t7t8t9uoo 在 t3 t4 期间负载两端的电压为线电压u 在在 t4 t5 期间期间共阴极组中共阴极组中b点电位最高，点电位最高，D3 导通；导通；共阳极组中共阳极组中a点电位最低，点电位最低，D2 导通。导通。负载两端的电压为线电压负载两端的电压为线电压负载两端的电压为线电压负载两端的电压为线电压u ubaba。D1RLuoD6 D3D5D4D2io Cbau+o负载电压负载电压2 2）工作原理工作原理工作原理工作原理变压器副边电压变压器副边电压uouaubuC2 t1t2t3t4t5t6t7t8t9uoo 在 t4 t5 期间负载两端的电压为线电压ut1t2t3t4t5t6t7t8t9uoo2 2）工作原理工作原理工作原理工作原理结论：结论：结论：结论：在一个周期中，每个二极在一个周期中，每个二极管只有三分之一的时间导管只有三分之一的时间导通（导通角为通（导通角为120）。）。D1RLuoD6 D3D5D4D2io cbau+o变压器副边电压变压器副边电压负载电压负载电压负载两端的电压为线电压。负载两端的电压为线电压。负载两端的电压为线电压。负载两端的电压为线电压。uouaubuC2 t1t2t3t4t5t6t7t8t9uoo2）工作原理结论3 3）参数计算参数计算参数计算参数计算(1)(1)整流电压平均值整流电压平均值整流电压平均值整流电压平均值 U Uo(2)(2)整流电流平均值整流电流平均值整流电流平均值整流电流平均值 I Io o(3)(3)流过每管电流平均值流过每管电流平均值流过每管电流平均值流过每管电流平均值 I ID D(4)(4)每管承受的最高反向电压每管承受的最高反向电压每管承受的最高反向电压每管承受的最高反向电压 U UDRMDRM3）参数计算(1)整流电压平均值 Uo(2)整流电流平5.1.2 滤波电路滤波电路 交流电压经整流电路整流后输出的是脉动直流，交流电压经整流电路整流后输出的是脉动直流，其中既有直流成份又有交流成份。其中既有直流成份又有交流成份。滤波原理：滤波原理：滤波原理：滤波原理：滤波电路利用储能元件电容两端的电滤波电路利用储能元件电容两端的电压压(或通过电感中的电流或通过电感中的电流)不能突变的特性不能突变的特性,滤掉整流滤掉整流电路输出电压中的交流成份，保留其直流成份，达电路输出电压中的交流成份，保留其直流成份，达到平滑输出电压波形的目的。到平滑输出电压波形的目的。方法：方法：将电容与负载将电容与负载RL并联并联(或将电感与负载或将电感与负载RL串联串联)。5.1.2 滤波电路 交流电压经整流电路整流后输出的是 1.电容滤波器电容滤波器 1 1）电路结构电路结构电路结构电路结构2 2）工作原理工作原理工作原理工作原理 u uC时，二极管导通，时，二极管导通，电源在给负载电源在给负载RL供电的供电的同时也给电容充电，同时也给电容充电，uC 增加，增加，uo=uC。u u I IOMOM时，时，时，时，U UR R较大，较大，较大，较大，T T导通导通导通导通 ，I IOO=I IOM OM+I+IC C R 可由功率管可由功率管 T的的UBE和稳压器的和稳压器的IOM确定确定,即即R UBE/IOM。UXX:为W78XX固定输出电压（3）提高输出电压的电路C6 6）三端可调输出集成稳压器的应用三端可调输出集成稳压器的应用三端可调输出集成稳压器的应用三端可调输出集成稳压器的应用 流过调整端电流流过调整端电流 100 A，在要求不高的场合它，在要求不高的场合它在在R2上的压降可以忽略上的压降可以忽略2 2、1 1两端电压为两端电压为两端电压为两端电压为 1.25V 1.25V 基准电压基准电压基准电压基准电压COCW117CiUi+_+_UO321 AdjR1R2240 1F0.1F6）三端可调输出集成稳压器的应用 流过调整端电流 0 0、E EG G 0 0EGEA+_R T1T22.工作原理A 在极短时间内使两个三极管 晶闸管导通后，去晶闸管导通后，去晶闸管导通后，去晶闸管导通后，去掉掉掉掉E EGG ，依靠正反馈，依靠正反馈，依靠正反馈，依靠正反馈，仍可维持导通状态。仍可维持导通状态。仍可维持导通状态。仍可维持导通状态。2.工作原理工作原理GE EA A 0 0、E EG G 0 0KKEA+_R T1T2EGA A形成正反馈过程形成正反馈过程形成正反馈过程形成正反馈过程 晶闸管导通后，去掉EG，依靠正反馈，仍可维持导通晶闸管导通的条件：晶闸管导通的条件：晶闸管导通的条件：晶闸管导通的条件：1 1）晶闸管阳极电路）晶闸管阳极电路）晶闸管阳极电路）晶闸管阳极电路(阳极与阴极之间阳极与阴极之间阳极与阴极之间阳极与阴极之间)施加正向施加正向施加正向施加正向电压。电压。电压。电压。2 2）晶闸管控制电路）晶闸管控制电路）晶闸管控制电路）晶闸管控制电路(控制极与阴极之间控制极与阴极之间控制极与阴极之间控制极与阴极之间)加正向加正向加正向加正向电压或正向脉冲电压或正向脉冲电压或正向脉冲电压或正向脉冲(正向触发电压正向触发电压正向触发电压正向触发电压)。晶闸管导通后，控制极便失去作用。晶闸管导通后，控制极便失去作用。晶闸管导通后，控制极便失去作用。晶闸管导通后，控制极便失去作用。依靠正反依靠正反依靠正反依靠正反馈，馈，馈，馈，晶闸管仍可维持导通状态。晶闸管仍可维持导通状态。晶闸管仍可维持导通状态。晶闸管仍可维持导通状态。晶闸管关断的条件：晶闸管关断的条件：晶闸管关断的条件：晶闸管关断的条件：1 1）必须使可控硅阳极电流减小必须使可控硅阳极电流减小,直到直到正反馈正反馈效效应不能维持。应不能维持。2 2）将阳极电源断开或者在晶闸管的将阳极电源断开或者在晶闸管的阳极和阴极阳极和阴极阳极和阴极阳极和阴极间加反相电压。间加反相电压。间加反相电压。间加反相电压。晶闸管导通的条件：1）晶闸管阳极电路(阳极与正向特性正向特性正向特性正向特性反向特性反向特性反向特性反向特性URRMUFRMIG2 IG1 IG0 UBRIFUBO正向正向正向正向转转折折折折电压电压IHoUIIG0IG1IG2+_ _+_ _反向反向反向反向转转折折折折电压电压正向平均电流正向平均电流维维持持持持电电流流流流U U3.伏安特性伏安特性正向特性反向特性URRMUFRMIG2 IG1 IG4.主要参数主要参数UFRM:正向重复峰值电压（正向重复峰值电压（正向重复峰值电压（正向重复峰值电压（晶闸管晶闸管晶闸管晶闸管耐压值）耐压值）耐压值）耐压值）晶闸管晶闸管控制极开路且正向阻断情况下控制极开路且正向阻断情况下,允允许重复加在许重复加在晶闸管晶闸管两端的正向峰值电压。两端的正向峰值电压。一般取一般取UFRM =80%UB0 。普通普通晶闸管晶闸管 UFRM 为为100V 3000V反向重复峰值电压反向重复峰值电压反向重复峰值电压反向重复峰值电压控制极开路时控制极开路时,允许重复作用在允许重复作用在晶闸管晶闸管元元 件上的反向峰值电压。件上的反向峰值电压。一般取一般取 URRM =80%UBR 普通普通晶闸管晶闸管 URRM为为100V3000VURRM：4.主要参数UFRM:正向重复峰值电压（晶闸管耐压值）反正向平均电流正向平均电流正向平均电流正向平均电流环境温度为环境温度为4040 C C及及标准散热条件下，标准散热条件下，晶闸晶闸管处于管处于全导通时全导通时可以连续通过的工频正弦可以连续通过的工频正弦半波电流的平均值。半波电流的平均值。IF：IF t 2 如果正弦半波电流的最大值为如果正弦半波电流的最大值为Im,则则普通晶闸管普通晶闸管IF为为1A 1000A。正向平均电流 IF：IFt2如果正弦半波电流的最大值为UF:通态平均电压（管压降）通态平均电压（管压降）通态平均电压（管压降）通态平均电压（管压降）在规定的条件下，通过正弦半波平均电流时，在规定的条件下，通过正弦半波平均电流时，在规定的条件下，通过正弦半波平均电流时，在规定的条件下，通过正弦半波平均电流时，晶闸管阳、阴极间的电压平均值。晶闸管阳、阴极间的电压平均值。晶闸管阳、阴极间的电压平均值。晶闸管阳、阴极间的电压平均值。一般为一般为一般为一般为1V1V左右。左右。左右。左右。I IHH:维持电流维持电流维持电流维持电流 在规定的环境和控制极断路时，晶闸管维持导在规定的环境和控制极断路时，晶闸管维持导在规定的环境和控制极断路时，晶闸管维持导在规定的环境和控制极断路时，晶闸管维持导 通状态所必须的最小电流。通状态所必须的最小电流。通状态所必须的最小电流。通状态所必须的最小电流。一般一般一般一般I IHH为几十为几十为几十为几十 一百多毫安。一百多毫安。一百多毫安。一百多毫安。U UGG、I IGG：控制极触发电压和电流控制极触发电压和电流控制极触发电压和电流控制极触发电压和电流 室温下，阳极电压为直流室温下，阳极电压为直流室温下，阳极电压为直流室温下，阳极电压为直流6V6V时，使晶闸管完时，使晶闸管完时，使晶闸管完时，使晶闸管完 全导通所必须的最小控制极直流电压、电流全导通所必须的最小控制极直流电压、电流全导通所必须的最小控制极直流电压、电流全导通所必须的最小控制极直流电压、电流 。一般一般一般一般U UGG为为为为1 1到到到到5V5V，I IGG为几十到几百毫安。为几十到几百毫安。为几十到几百毫安。为几十到几百毫安。UF:通态平均电压（管压降）IH:维持电流UG、IG：晶闸管型号及其含义晶闸管型号及其含义晶闸管型号及其含义晶闸管型号及其含义 导通时平均电压组别导通时平均电压组别导通时平均电压组别导通时平均电压组别共九级共九级共九级共九级,用字母用字母用字母用字母AIAI表示表示表示表示0.41.2V0.41.2V额定电压额定电压,用百位或千位数表示用百位或千位数表示取取UFRM或或URRM较小者较小者额定正向平均电流额定正向平均电流(IF)（晶闸管类型）（晶闸管类型）（晶闸管类型）（晶闸管类型）P-普通晶闸管普通晶闸管普通晶闸管普通晶闸管K-快速晶闸管快速晶闸管快速晶闸管快速晶闸管S-双向晶闸管双向晶闸管双向晶闸管双向晶闸管 晶闸管晶闸管K P普通型普通型如如KP5-7表示表示额定正向平均电流为额定正向平均电流为5A,额定电压为额定电压为700V。晶闸管型号及其含义 导通时平均电压组别额定电压,用百位或千位5.2.2 可控整流电路可控整流电路1.单相半波可控整流单相半波可控整流 1 1）电阻性负载电阻性负载电阻性负载电阻性负载(1)电路电路 u u 0 0 时：时：时：时：若若若若u ug g g g=0=0=0=0，晶闸管晶闸管晶闸管晶闸管不导通，不导通，不导通，不导通，u u 0 0 时时时时:晶闸管晶闸管晶闸管晶闸管承受反向电压不导通承受反向电压不导通承受反向电压不导通承受反向电压不导通,u uo o=0,=0,=0,=0,u uT T T T=u u，故称可控整流。故称可控整流。故称可控整流。故称可控整流。控制极加触发信号，晶闸管控制极加触发信号，晶闸管控制极加触发信号，晶闸管控制极加触发信号，晶闸管承受正向电压承受正向电压承受正向电压承受正向电压导导导导 通，通，通，通，u uu uo oR RL L+u uT T+Ti io o5.2.2 可控整流电路1.单相半波可控整流(1)(2)(2)工作原理工作原理工作原理工作原理 t1 2 u u 0 0时时时时:tO(2)工作原理t12u 0 0 0 0时时时时：D D反向截止，不影响整流电路工作。反向截止，不影响整流电路工作。反向截止，不影响整流电路工作。反向截止，不影响整流电路工作。u u 0 0时：u (3)(3)工作波形工作波形工作波形工作波形(加续流二极管加续流二极管加续流二极管加续流二极管)iL t tO tO 2 tO(3)工作波形(加续流二极管)iL t tOtO2.单相半控桥式整流电路单相半控桥式整流电路1 1）电路电路电路电路2 2）工作原理工作原理工作原理工作原理 T T1 1和和和和D D2 2承受正向承受正向承受正向承受正向电压。电压。电压。电压。T T1 1控制极加触控制极加触控制极加触控制极加触发电压发电压发电压发电压,则则则则T T1 1和和和和D D2 2导导导导通，通，通，通，电流的通路为电流的通路为电流的通路为电流的通路为T T1 1、T T2 2 晶闸管晶闸管晶闸管晶闸管D D1 1、D D2 2晶体管晶体管晶体管晶体管aRLD2T1b(1)(1)电压电压电压电压u u 为正半周为正半周为正半周为正半周时时时时i io o+T1T2RLuoD1D2a a u u+b b此时，此时，此时，此时，T T2 2和和和和D D1 1均承受反向电压而截止。均承受反向电压而截止。均承受反向电压而截止。均承受反向电压而截止。2.单相半控桥式整流电路1）电路2）工作原理 i io o+T1T2RLuoD1D2a a u u+b b T T2 2和和和和D D1 1承受正向承受正向承受正向承受正向电压。电压。电压。电压。T T2 2控制极加触控制极加触控制极加触控制极加触发电压发电压发电压发电压,则则则则T T2 2和和和和D D1 1导导导导通，通，通，通，电流的通路为电流的通路为电流的通路为电流的通路为(2)(2)电压电压电压电压u u 为负半周为负半周为负半周为负半周时时时时bRLD1T2a此时，此时，此时，此时，T T1 1和和和和D D2 2均承受反向电压而截止。均承受反向电压而截止。均承受反向电压而截止。均承受反向电压而截止。io+T1T2RLuoD1D2a u+b t tO tO3 3）工作波形工作波形工作波形工作波形2 动画动画 tO t tOtO3）工作波形2动画 tO4 4）输出电压及电流的平均值输出电压及电流的平均值输出电压及电流的平均值输出电压及电流的平均值4）输出电压及电流的平均值两种常用可控整流电路两种常用可控整流电路电路路特点特点1.该电路只用一只晶闸管，且其上该电路只用一只晶闸管，且其上 无反向电压。无反向电压。2.晶闸管和负载上的电流相同。晶闸管和负载上的电流相同。(1)uTD2D D1 1D4u0RLD D3 3+-+-两种常用可控整流电路电路该电路只用一只晶闸管，且其上2.电路路特点特点 1.该电路接入电感性负载时，该电路接入电感性负载时，D1、D2 便起便起 续流二极管作用。续流二极管作用。(2)20.2.3 20.2.3 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路动画动画2.由于由于T1的阳极和的阳极和T2的阴极相连，两管控的阴极相连，两管控 制极必须加独立的触发信号。制极必须加独立的触发信号。T1T2D1D2uuORL+-+-电路 1.该电路接入电感性负载时，D1、D2 便起(2)23.三相桥式半控整流电路三相桥式半控整流电路2 2）工作原理）工作原理）工作原理）工作原理1 1 1 1）电路电路电路电路动画动画u2a2 u2bu2ct1t2uoT T T T1 1R RL LuoD D3 3 T T2 2T T3 3D D2 2D D1 1io c cb ba au+3.三相桥式半控整流电路2）工作原理1）电路动画u2a