電力電子技術(shù)資料之直流調(diào)速裝置(doc 14頁(yè)).doc

1、課題二 直流調(diào)速裝置直流調(diào)速裝置是電力電子技術(shù)應(yīng)用中較為典型的一種裝置，本課題通過(guò)對(duì)與直流調(diào)速裝置相關(guān)的知識(shí)：?jiǎn)蜗鄻蚴饺卣麟娐?、單相橋式半控整流電路、有源逆變電路以及可關(guān)斷晶閘管等內(nèi)容介紹和分析。使學(xué)生能夠理解這些電路的工作原理，掌握分析電路的方法。一、本課題學(xué)習(xí)目標(biāo)與要求1會(huì)分析單相橋式可控整流電路（電阻性、電感性負(fù)載）輸出電壓ud、電流id和晶閘管兩端電壓uT的波形。2熟悉續(xù)流二極管的作用和在半控橋電路種的電感性負(fù)載的自然續(xù)流和失控現(xiàn)象。3能計(jì)算單相橋式可控整流電路（電阻性、電感性負(fù)載）下晶閘管可能承受的最大電壓與流過(guò)晶閘管的電流有效值，正確選擇晶閘管。4掌握逆變的概念和產(chǎn)生逆變的條件

2、。5掌握逆變失敗的原因和逆變角的確定。6掌握可關(guān)斷晶閘管的結(jié)構(gòu)、外形及符號(hào)；可關(guān)斷晶閘管的工作原理以及驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路。7會(huì)分析晶閘管直流調(diào)速裝置的工作原理。二、主要概念提示及難點(diǎn)釋疑1單相橋式全控整流電路1）電路使用了四個(gè)晶閘管，觸發(fā)電路需發(fā)出在相位上相差180的兩組觸發(fā)脈沖。2）電阻性負(fù)載時(shí)，在電源電壓正負(fù)半周內(nèi)，兩組晶閘管VT1、VT4和VT2、VT3輪流導(dǎo)通向負(fù)載供電，使得輸出電壓波形為單相半波電路輸出電壓波形的兩倍。單相全控橋式整流電路帶電阻性負(fù)載電路參數(shù)的計(jì)算：輸出電壓平均值的計(jì)算公式：負(fù)載電流平均值的計(jì)算公式：輸出電壓的有效值的計(jì)算公式：負(fù)載電流有效值的計(jì)算公式：流過(guò)每只晶閘管的電流

3、的平均值的計(jì)算公式：流過(guò)每只晶閘管的電流的有效值的計(jì)算公式：晶閘管可能承受的最大電壓為：3）電感性負(fù)載時(shí)，如電感足夠大，輸出電壓波形出現(xiàn)負(fù)值。90時(shí)，電流連續(xù)，Ud=00.9U2；90時(shí)，電流斷續(xù)，Ud0。4）單相全控橋式整流電路帶電感性負(fù)載電路參數(shù)的計(jì)算：輸出電壓平均值的計(jì)算公式：負(fù)載電流平均值的計(jì)算公式：流過(guò)一只晶閘管的電流的平均值和有效值的計(jì)算公式：晶閘管可能承受的最大電壓為：2單相橋式半控整流電路1）電路是用兩只二極管代替了單相橋式全控整流電路種的兩只晶閘管，只能用于整流而不能用于逆變。2）大電感負(fù)載時(shí)存在自然續(xù)流和失控現(xiàn)象3）單相全控橋式整流電路帶電阻性負(fù)載電路參數(shù)的計(jì)算：輸出電壓平

4、均值的計(jì)算公式：的移相范圍是0180。負(fù)載電流平均值的計(jì)算公式：流過(guò)一只晶閘管和整流二極管的電流的平均值和有效值的計(jì)算公式：晶閘管可能承受的最大電壓為：4）加了續(xù)流二極管后，單相全控橋式整流電路帶電感性負(fù)載電路參數(shù)的計(jì)算如下：輸出電壓平均值的計(jì)算公式：的移相范圍是0180。負(fù)載電流平均值的計(jì)算公式：流過(guò)一只晶閘管和整流二極管的電流的平均值和有效值的計(jì)算公式：流過(guò)續(xù)流二極管的電流的平均值和有效值分別為：晶閘管可能承受的最大電壓為：3有源逆變1）產(chǎn)生逆變的條件 變流裝置的直流側(cè)必須外接電壓極性與晶閘管導(dǎo)通方向一致的直流電源，且其值稍大于變流裝置直流側(cè)的平均電壓。 變流裝置必須工作在90（即90）區(qū)

5、間，使其輸出直流電壓極性與整流狀態(tài)時(shí)相反，才能將直流功率逆變?yōu)榻涣鞴β仕椭两涣麟娋W(wǎng)。2）逆變和整流的關(guān)系同一晶閘管變流裝置，當(dāng)090時(shí)工作在整流狀態(tài)，當(dāng)90180同時(shí)存在一個(gè)適當(dāng)?shù)耐饨又绷麟娫?，則工作在逆變狀態(tài)。整流和逆變、交流和直流是通過(guò)晶閘管變流器聯(lián)系在一起，在一定條件下可以轉(zhuǎn)化。因而逆變電路的工作原理、參數(shù)計(jì)算、分析方法等都和整流電路密切相關(guān)。三、學(xué)習(xí)方法1波形分析法：讀者要學(xué)會(huì)利用波形分析來(lái)分析橋式整流電路工作原理。2分析計(jì)算法：電路中各電量的計(jì)算要通過(guò)工作原理分析來(lái)推導(dǎo)。3 對(duì)比法：將單相橋式全控橋和半控橋電路波形和工作原理對(duì)比分析。4理論聯(lián)系實(shí)際法：將理論波形和實(shí)際波形聯(lián)系起來(lái)，對(duì)

6、照分析。5討論分析法：讀者要學(xué)習(xí)與他人討論分析問(wèn)題，并了解其他讀者的學(xué)習(xí)方法和學(xué)習(xí)收獲，提高學(xué)習(xí)效率。四、典型題解析例21 單相橋式全控整流電路中，若有一只晶閘管因過(guò)電流而燒成短路，結(jié)果會(huì)怎樣？若這只晶閘管燒成斷路，結(jié)果又會(huì)怎樣？解：若有一晶閘管因?yàn)檫^(guò)流而燒成斷路，則單相橋式全控整流電路變成單相半波可控整流電路。如果這只晶閘管被燒成短路，會(huì)引起其他晶閘管因?qū)﹄娫炊搪范鵁龤?，?yán)重時(shí)使輸入變壓器因過(guò)流而損壞。例22 單相橋式全控整流電路帶大電感負(fù)載時(shí)，它與單相橋式半控整流電路中的續(xù)流二極管的作用是否相同？為什么？解：作用不同。全控整流電路電感性負(fù)載時(shí)，其輸出電壓波形出現(xiàn)負(fù)值，使輸出電壓平均值降低，

7、因此，負(fù)載兩端接上續(xù)流二極管后，輸出電壓波形中不再有負(fù)值，可以提高輸出平均電壓，以滿(mǎn)足負(fù)載的需要。半控橋電路電感性負(fù)載時(shí)，由于本身的自然續(xù)流作用，即使不接續(xù)流二極管，其輸出電壓波形也不會(huì)出現(xiàn)負(fù)值。但是一旦觸發(fā)脈沖丟失，會(huì)使晶閘管失控。因此仍要再負(fù)載兩端街上續(xù)流二極管，防止失控。例23 單相橋式全控整流電路，大電感負(fù)載，交流側(cè)電流有效值為220V，負(fù)載電阻Rd為4，計(jì)算當(dāng)時(shí)，直流輸出電壓平均值、輸出電流的平均值；若在負(fù)載兩端并接續(xù)流二極管，其、又是多少？此時(shí)流過(guò)晶閘管和續(xù)流二極管的電流平均值和有效值又是多少？畫(huà)出上述兩種情形下的電壓電流波形。解：不接續(xù)流二極管時(shí)，由于是大電感負(fù)載，故接續(xù)流二極管

8、時(shí)圖21 例24波形圖不接續(xù)流二極管時(shí)波形如圖21（a）所示；接續(xù)流二極管時(shí)波形如圖21（b）所示。例24單相橋半控整流電路，對(duì)直流電動(dòng)機(jī)供電，加有電感量足夠大的平波電抗器和續(xù)流二極管，變壓器二次側(cè)電壓220V，若控制角，且此時(shí)負(fù)載電流，計(jì)算晶閘管、整流二極管和續(xù)流二極管的電流平均值及有效值，以及變壓器的二次側(cè)電流、容量S。解：由于平波電抗器的電感量足夠大，所以可視為大電感負(fù)載，整流輸出電流的波形為以水平直線(xiàn)。當(dāng)時(shí)，晶閘管的平均電流為整流二極管的電流平均值與晶閘管的電流平均值相等晶閘管電流有效值為整流二極管和晶閘管的電流有效值為續(xù)流二極管的電流平均值為變壓器的二次側(cè)電流為電源容量為例26 圖2

9、2（a）為具有中點(diǎn)二極管的單相半控橋式整流電路。（1） 繪出時(shí)輸出電壓波形；（2） 推導(dǎo)出輸出電壓Ud的計(jì)算公式；（3） 求出的Ud最大值和最小值。圖22 例26圖解：（1）設(shè)在0期間，VT1、VT2未觸發(fā)導(dǎo)通，電路在正半周，VD3和VD2導(dǎo)通；輸出電壓；在期間，由于VT1因觸發(fā)而導(dǎo)通，VD3承受反壓而關(guān)斷，VD2繼續(xù)導(dǎo)通，則輸出電壓。在期間，VT1承受反壓而關(guān)斷，VD3和VD1導(dǎo)通，輸出電壓；在2期間，VT2因觸發(fā)而導(dǎo)通，VD1繼續(xù)導(dǎo)通，VD3因反壓而截止，則輸出電壓。輸出電壓波形如圖22（b）所示。（2）（3）當(dāng)時(shí)，當(dāng)時(shí)，例27 圖23（a）所示，晶閘管的為60，試畫(huà)出晶閘管承受的電壓波形

10、，整流管和續(xù)流二極管每周期各導(dǎo)電多少度？并計(jì)算晶閘管、整流二極管以及續(xù)流二極管的電流平均值和有效值。已知電源電壓是220V，負(fù)載是電感性負(fù)載，電阻為5。（a） (b)圖23 例27圖例28 直流電動(dòng)機(jī)負(fù)載單相全控橋整流電路中，串接平波電抗器的意義是什么?解：由單相全控橋整流電路輸出的電壓波形是脈動(dòng)的缺角正弦波，當(dāng)增大時(shí)，輸出電壓、電流脈沖加劇，電流的交流分量增大。對(duì)直流電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，過(guò)大的交流分量將導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)的換向惡化、鐵損增加，使電動(dòng)機(jī)過(guò)熱。又因?yàn)殡娏魇姑}動(dòng)的例2-9在單相橋式全控整流電路中，若U2220V，E100V，R2，當(dāng)30時(shí)，能否實(shí)現(xiàn)有源逆變？為什么？畫(huà)出這時(shí)的電壓電流波形。解：E1

11、00V，所以無(wú)法實(shí)現(xiàn)有源逆變。波形如圖24所示。圖24 例29波形圖例210 單相全控橋式整流電路，當(dāng)90時(shí)，若直流側(cè)直流電動(dòng)機(jī)取走，而代之以一個(gè)電阻，晶閘管的導(dǎo)通角還能達(dá)到180嗎？晶閘管的輸出電壓平均值還能出現(xiàn)負(fù)值嗎？解：不能。因?yàn)閷?shí)現(xiàn)有源逆變不可缺少的條件時(shí)必須具有對(duì)晶閘管時(shí)正向的直流電源，當(dāng)用電阻取代電動(dòng)機(jī)后，在90時(shí)，輸出電壓接近零，而90時(shí)，輸出電壓平均值保持零，電流出現(xiàn)斷續(xù)，不可能使電壓平均值出現(xiàn)負(fù)值。例211 導(dǎo)致逆變失敗的原因是什么？最小逆變角一般取為多少？解：導(dǎo)致逆變失敗的原因主要有：（1） 觸發(fā)電路工作不可靠。例如脈沖丟失、脈沖延遲等。（2） 晶閘管本身性能不好。應(yīng)該導(dǎo)通

12、時(shí)導(dǎo)通不了、應(yīng)該阻斷時(shí)無(wú)阻斷能力。（3） 交流電源故障。例如突然停電、缺相、電壓過(guò)低。（4）換相裕量角過(guò)小。最小逆變角例212 可關(guān)斷晶閘管GTO有哪些主要參數(shù)？其中哪些參數(shù)與普通晶閘管相同？哪些不同？解：可關(guān)斷晶閘管GTO的主要參數(shù)有：斷態(tài)重復(fù)峰值電壓、斷態(tài)不娼婦峰值電壓、反向重復(fù)峰值電壓和反向不重復(fù)峰值電壓、開(kāi)通時(shí)間、關(guān)斷時(shí)間等，這些參數(shù)定義與普通晶閘管相同。與普通晶閘管不同的是：（1）最大可關(guān)斷陽(yáng)極電流IATO。也是標(biāo)稱(chēng)GTO額定電流的參數(shù)。與普通晶閘管的額定電流不同。（2）電流關(guān)斷增益。定義為（3）維持電流與擎住電流。GTO的維持電流和擎住電流的含義和普通晶閘管的含義基本相同。但是，由

13、于GTO的多元集成結(jié)構(gòu)，使得每個(gè)GTO遠(yuǎn)的維持電流和擎住電流不可能完全相同。因此把陽(yáng)極電流減小到開(kāi)始出現(xiàn)某些GTO元不能再維持導(dǎo)通時(shí)的值稱(chēng)為整個(gè)GTO的維持電流；而規(guī)定所有GTO元都達(dá)到其擎住電流的陽(yáng)極電流為GTO的擎住電流。例213 哪些因素影響GTO的導(dǎo)通和關(guān)斷？解：影響GTO導(dǎo)通的主要因素有：陽(yáng)極電壓、陽(yáng)極電流、溫度和開(kāi)通控制信號(hào)的波形。影響GTO關(guān)斷的主要因素有：被關(guān)斷的陽(yáng)極電流、負(fù)載性質(zhì)、溫度、工作頻率、緩沖電路和關(guān)斷控制信號(hào)波形等。五、自我檢測(cè)題1填空題1）一個(gè)單相全控橋式整流電路，交流電壓有效值為220V，流過(guò)晶閘管的大電流有效值為15A，則這個(gè)電路中晶閘管的額定電壓可選為；晶閘

14、管的額定電流可選為。2）可關(guān)斷晶閘管的圖形符號(hào)是 。3）單相橋式可控整流電路中，晶閘管承受的最大反向電壓為 。4）有源逆變指的是把 能量轉(zhuǎn)變成 能量后送給 裝置。5）造成逆變失敗的原因有 、 、 、 等幾種。2判斷題1）在單相橋式半控整流帶大電感負(fù)載不加續(xù)流二極管電路中，電路出故障時(shí)會(huì)出現(xiàn)失控現(xiàn)象。 （ ）2）逆變角太大會(huì)造成逆變失敗。 （ ）3）有源逆變指的是把直流電能轉(zhuǎn)變成交流電能送給負(fù)載。 （ ）4）在單相全控橋整流電路中，晶閘管的額定電壓應(yīng)取U2。 （ ）5）逆變失敗，是因主電路元件出現(xiàn)損壞，觸發(fā)脈沖丟失，電源缺相，或是逆變角太小造成的。 （ ）6）觸發(fā)普通晶閘管的觸發(fā)脈沖，也能觸發(fā)可

15、關(guān)斷晶閘管。 （ ）7）有源逆變裝置是把逆變后的交流能量送回電網(wǎng)。 （ ）8）在單相橋式半控整流電路中，帶大電感負(fù)載，不帶續(xù)流二極管時(shí)，輸出電壓波形中沒(méi)有負(fù)面積。 （ ）3選擇題1）單相半控橋整流電路的兩只晶閘管的觸發(fā)脈沖依次應(yīng)相差 度。A、180， B、60， C、360， D、1202）單相橋式全控整流電阻性負(fù)載電路中，控制角的最大移相范圍是( )A、90 B、120 C、150 D、1803）單相橋式全控整流電感性負(fù)載電路中，控制角的最大移相范圍是( )A、90 B、120 C、150 D、1804）變流器工作在逆變狀態(tài)時(shí)，控制角必須在 度。A、0-90； B、30-120； C、60-

16、150； D、90-1505）單相全控橋式整流電路帶電阻負(fù)載，當(dāng)觸發(fā)角=0時(shí)，輸出的負(fù)載電壓平均值為 。A、0.45U2； B、0.9U2； C、1.17U2； D、2.34U2；4問(wèn)答題1）實(shí)現(xiàn)有源逆變必須滿(mǎn)足哪兩個(gè)必不可少的條件？2）什么是逆變失敗？逆變失敗后有什么后果？形成的原因是什么？3）說(shuō)明可關(guān)斷晶閘管GTO的開(kāi)通和關(guān)斷原理。與普通晶閘管相比較有何不同？4）單相半控橋能否實(shí)現(xiàn)有源逆變？為什么？5畫(huà)圖題1）單相橋式半控整流電路，電阻性負(fù)載。當(dāng)控制角=90時(shí)，畫(huà)出：負(fù)載電壓ud、晶閘管VT1電壓uVT1、整流二極管VD2電壓uVD2，在一周期內(nèi)的電壓波形圖。2）設(shè)單相橋式整流電路有源逆變

17、電路的逆變角為，試畫(huà)出輸出電壓的波形圖。6計(jì)算題1）單相半控橋電路，對(duì)恒溫電爐供電。已知電爐的電阻為34，直接由220V交流電網(wǎng)輸入，試選擇晶閘管的型號(hào)，并計(jì)算電爐的功率。2）在單相橋式全控整流電路中，U2220V，E120V，R1，當(dāng)60時(shí)，能否實(shí)現(xiàn)有源逆變？為什么？求這時(shí)電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)電流多大？畫(huà)出這時(shí)的電壓電流波形。3）某一電阻負(fù)載，要求0100V連續(xù)可調(diào)，30 V以上時(shí)要求負(fù)載電流能達(dá)到20A，采用單相橋式半控整流電路，如果由220V交流電直接供電，試計(jì)算晶閘管導(dǎo)通角、電流平均值和有效值，交流側(cè)電流有效值和對(duì)電源容量的要求。并選擇晶閘管型號(hào)。六、自我檢測(cè)題答案1填空題1）、 2）3）4）直流，交流，電網(wǎng)的5）逆變橋晶閘管或元件損壞，供電電源缺相，逆變角太小，觸發(fā)脈沖丟失或未按時(shí)到達(dá)2判斷題1） 2） 3） 4） 5） 6） 7） 8）3選擇題1）A 2）D 3）A 4）D 5）B4問(wèn)答題1）直流側(cè)必需外接與直流電流Id同方向的直流電源E，其數(shù)值要稍大于逆變器輸出平均電壓Ud，才能提供逆變能量。