電力電子裝置及控制

1、 晶閘管交流開(kāi)關(guān)的特點(diǎn)： 雙向晶閘交流開(kāi)關(guān)是一種理想的快速交流開(kāi)關(guān), 與傳統(tǒng)的接觸器繼電器系統(tǒng)相比, 其主回路沒(méi)有觸頭及機(jī)械機(jī)構(gòu), 因而不存在電弧觸頭、磨損和熔焊等問(wèn)題, 雙向晶閘交流開(kāi)關(guān)與其他控制元件一起組成復(fù)雜的自動(dòng)控制系統(tǒng)適用于操作頻繁, 可逆運(yùn)行及適合有易燃?xì)怏w的場(chǎng)合, 鑒于其具備上述優(yōu)點(diǎn), 所以嘗試采用雙向晶閘交流開(kāi)關(guān)來(lái)替代接觸器。(實(shí)現(xiàn)小電流控制大功率電路) 由晶閘管組成的開(kāi)關(guān)具有無(wú)觸點(diǎn)（無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)，是一種由微控制器和電力電子器件組成的新型開(kāi)關(guān)器件，依靠改變電路阻抗值，階躍地改變負(fù)荷電流，從而完成電路的通斷。無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)是用可控硅來(lái)控制的，因此它是在PN結(jié)內(nèi)部完成導(dǎo)通和截流的，不會(huì)有

2、火花，彌補(bǔ)了觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)復(fù)合時(shí)有火花的不足，避免因電流過(guò)大出現(xiàn)火花或在高電壓電路中擊穿空氣，造成誤動(dòng)作。）、動(dòng)作迅速等優(yōu)點(diǎn)，沒(méi)有通常電磁式開(kāi)關(guān)要產(chǎn)生的電弧、觸點(diǎn)磨損和熔焊、噪聲等缺點(diǎn)。尤其是用雙向晶閘管組成的交流開(kāi)關(guān)，其線路簡(jiǎn)單，得到廣泛應(yīng)用。第第2 2章章 簡(jiǎn)易觸發(fā)的晶閘管交流開(kāi)關(guān)電路簡(jiǎn)易觸發(fā)的晶閘管交流開(kāi)關(guān)電路2.單向晶閘管交流開(kāi)關(guān)電路（圖2-1（p15）電源為半波交流供電，當(dāng)S閉合，電源電壓正半周時(shí)，晶閘管VT觸發(fā)導(dǎo)通，負(fù)半周時(shí)，VT關(guān)斷?？刂茦O串連電阻與二極管。若阻值過(guò)小，會(huì)使控制極電流過(guò)大而損壞晶閘管，若阻值過(guò)大，則晶閘管不能全導(dǎo)通，甚至不能導(dǎo)通。對(duì)于220V的交流電：（1）限流電阻為幾

3、百至幾千歐姆。（觸發(fā)電流幾十 到幾百毫安） （2）二極管的作用是防止陰極與控制極承反向 電壓而損壞 3.雙向晶閘管交流開(kāi)關(guān)電路（圖2-2（p16）電源為半波交流供電，當(dāng)S閉合，電源電壓正負(fù)半周時(shí)，晶閘管VT觸發(fā)導(dǎo)通。當(dāng)S斷開(kāi)時(shí)，交流電壓過(guò)零時(shí)，VT關(guān)斷?？刂茦O串連電阻與二極管。若阻值過(guò)小，會(huì)使控制極電流過(guò)大而損壞晶閘管，若阻值過(guò)大，則晶閘管不能全導(dǎo)通，甚至不能導(dǎo)通。對(duì)于220V的交流電：限流電阻為幾百至幾千歐姆。 吸收電容： C = (0.14)(f)電容器 阻容吸收電阻R2=(10100)()，1W以上的電阻器 VT選用耐壓為電源電壓3倍以上的晶閘管晶閘管的保護(hù)：（1）過(guò)流保護(hù)-快速熔斷器保

4、護(hù)電路中加快速熔斷器。當(dāng)電路發(fā)生過(guò)流故障時(shí)，它能在晶閘管過(guò)熱損壞之前熔斷，切斷電流通路，以保證晶閘管的安全。與晶閘與晶閘管串聯(lián)管串聯(lián)接在接在輸入輸入端端接在接在輸出輸出端端快速熔斷器接入方式有三種，如下圖所示。（2）過(guò)壓保護(hù)-并聯(lián)阻容吸收電路過(guò)壓保護(hù)的原因：在變流裝置中，當(dāng)晶閘管承受的反向電壓超過(guò)其反向擊穿電壓時(shí)，將會(huì)造成晶閘管反向擊穿而損壞。當(dāng)晶閘管承受的正向電壓超過(guò)其正向轉(zhuǎn)折電壓時(shí)，就會(huì)造成晶閘管誤導(dǎo)通，使電路工作不正常，引發(fā)電路故障，甚至也會(huì)損壞晶閘管。過(guò)電壓是造成晶閘管電路故障的重要原因之一，產(chǎn)生過(guò)電壓的原因有如下幾種：（1）由于晶閘管裝置的拉閘、合閘和晶閘管關(guān)斷等電磁過(guò)程引起的，稱為

5、操作過(guò)電壓。（2）由于雷擊等原因從電網(wǎng)侵入的浪涌電壓，稱為雷電過(guò)電壓。過(guò)電壓保護(hù)的分類：按過(guò)電壓保護(hù)的部位，可分為：交流側(cè)保護(hù)、器件側(cè)保護(hù)和直流側(cè)保護(hù)。 交流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)由于操作交流側(cè)電源時(shí)，使電感元件聚集的能量驟然釋放所引起的瞬時(shí)過(guò)電壓，一般有以下幾種情況：（1）如果電路中存在變壓器，且若在一次電壓峰值時(shí)合閘，一次高電壓將耦合到二次繞組上而出現(xiàn)瞬間過(guò)電壓。（2）變壓器空載時(shí)，一次繞組內(nèi)只有勵(lì)磁電流，而勵(lì)磁電流滯后電源電壓約 900。當(dāng)電源電壓過(guò)零時(shí)，這時(shí)若突然斷閘，由于勵(lì)磁電流突變，所以在二次繞組感應(yīng)出很高的瞬時(shí)過(guò)電壓，其峰值可達(dá)電源電壓峰值的 6 倍以上，對(duì)晶閘管非常有害。（3）當(dāng)變流裝置

6、直接接到電源上時(shí)，由于相鄰負(fù)載電流的突然斷開(kāi)，會(huì)在電源回路的電感上產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與電源電壓極性恰好是順極性相加而引起過(guò)電壓。 交流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)交流側(cè)操作過(guò)電壓都是瞬時(shí)的尖峰過(guò)電壓，抑制這種尖峰過(guò)電壓的有效方法是并聯(lián)阻容吸收電路。它是利用電容器兩端電壓不能夠突變的原理，將變壓器鐵心所釋放的磁場(chǎng)能量轉(zhuǎn)化為電容器的電場(chǎng)能量?jī)?chǔ)存起來(lái)，從而有效地仰制尖峰過(guò)電壓。 器件側(cè)過(guò)電壓保護(hù) 器件側(cè)過(guò)電壓保護(hù) 利用電容吸收過(guò)壓。其實(shí)質(zhì)就是將造成過(guò)電壓的能量變成電場(chǎng)能量?jī)?chǔ)存到電容中，然后釋放到電阻中消耗掉。因?yàn)殡娐房偸谴嬖陔姼械?，為了限制電路電壓上升率過(guò)大，確保晶閘管安全運(yùn)行，常在晶閘管兩端并聯(lián)RC阻容吸

7、收網(wǎng)絡(luò)，利用電容兩端電壓不能突變的特性來(lái)限制電壓上升率。與電容C串聯(lián)電阻R可起阻尼作用，它可以防止R、L、C電路在過(guò)渡過(guò)程中，因振蕩在電容器兩端出現(xiàn)的過(guò)電壓損壞晶閘管。同時(shí)，避免電容器通過(guò)晶閘管放電電流過(guò)大，造成過(guò)電流而損壞晶閘管。 RCRC晶閘管元件晶閘管元件的阻容保護(hù)的阻容保護(hù) 器件側(cè)過(guò)電壓保護(hù)晶閘管關(guān)斷過(guò)程引起的過(guò)電壓，稱關(guān)斷過(guò)電壓。其過(guò)電來(lái)吸收尖峰過(guò)電壓，把電壓限制在晶閘管允許的范圍內(nèi)，如圖所示。串聯(lián)電阻的作用是：起阻尼作用，它可以防止R、L、C電路在過(guò)渡過(guò)程中，因振蕩在電容器兩端出現(xiàn)的過(guò)電壓損壞晶閘管。同時(shí)，避免電容器通過(guò)晶閘管放電電流過(guò)大，造成過(guò)電流而損壞晶閘管。直流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)直

8、流側(cè)是電感性負(fù)載時(shí),在某種情況下,會(huì)發(fā)生浪涌過(guò)電壓，如下圖 所示。當(dāng)整流橋中某兩橋臂突然阻斷時(shí)，因大電感 Ld中電流突變，而感生出很高的電動(dòng)勢(shì)，并通過(guò)負(fù)載加在另外處于阻斷狀態(tài)的晶閘管上，因此有可能造成晶閘管硬開(kāi)通而損壞。對(duì)于容量較大的裝置，當(dāng)采用阻容保護(hù)影響到系統(tǒng)的快速性時(shí)，應(yīng)選擇硒堆或壓敏電阻保護(hù)。（壓敏電阻正常工作時(shí)，呈高阻態(tài)，遇到過(guò)電壓時(shí)，它被擊穿，可通過(guò)高達(dá)數(shù)千安的放電電流，因而抑制過(guò)電壓的能力非常強(qiáng)。）4.兩只單向晶閘管交流開(kāi)關(guān)電路5.簡(jiǎn)易移相觸發(fā)電路1輸入電壓U2與脈沖電流Ig的波形如下：（Rp分別為55、720）6.阻容移相觸發(fā)電路電源電壓U2與Uc的波形圖如下所示：（Rp分別為

9、200、800）電容值C=0.1微法電容值C=10微法電容值C=100微法(1)滑動(dòng)變阻器阻止可變，其它固定，Rp為：200時(shí)的U2、Uvt波形圖(1)滑動(dòng)變阻器阻止可變，其它固定，Rp為：2000時(shí)的U2、Uvt波形圖(1)滑動(dòng)變阻器阻止可變，其它固定，Rp為：5000時(shí)的U2、Uvt波形圖(阻值對(duì)沖放電時(shí)間相對(duì)電容影響小)(1)滑動(dòng)變阻器阻止可變，其它固定，Rp為：10000時(shí)的U2、Uvt波形圖(阻值對(duì)沖放電時(shí)間相對(duì)電容影響小)（2）電容值可變時(shí)對(duì)電路的影響，C=0.1微法（2）電容值可變時(shí)對(duì)電路的影響，C=1微法（2）電容值可變時(shí)對(duì)電路的影響，C=4微法（2）電容值可變時(shí)對(duì)電路的影響，

10、C=10微法7.固態(tài)開(kāi)關(guān)電路（1）.固態(tài)開(kāi)關(guān)的外形（2）.固態(tài)開(kāi)關(guān)基礎(chǔ)知識(shí) 固態(tài)繼電器（固態(tài)繼電器（SSR）固態(tài)開(kāi)關(guān)固態(tài)開(kāi)關(guān)（SSSSSS） 固態(tài)接觸器（固態(tài)接觸器（SSC） 固態(tài)開(kāi)關(guān)也是一種晶閘管交流開(kāi)關(guān)，它是一種四端有源器件，其中兩個(gè)端子為輸入控制端，另外兩個(gè)端子為輸出受控端。為實(shí)現(xiàn)輸入與輸出的電氣隔離，器件采用了高耐壓的專用光耦合器。當(dāng)施加輸入信號(hào)后，其主電路（晶閘管與輸出回路）是導(dǎo)通狀態(tài)，無(wú)輸入信號(hào)時(shí)，主電路呈阻斷狀態(tài)。它利用大功率三極管，功率場(chǎng)效應(yīng)管，單向可控硅和雙向可控硅等器件的開(kāi)關(guān)特性，來(lái)達(dá)到無(wú)觸點(diǎn)，無(wú)火花地接通和斷開(kāi)被控電路。因此適合于頻繁工作或潮濕、有腐蝕性以及易燃?xì)怏w的環(huán)境

11、中。(3)固態(tài)開(kāi)關(guān)電路圖(a)1、2為輸入端，相當(dāng)于繼電器或接觸器的線圈；3、4為輸出端，相當(dāng)于繼電器或接觸器的一對(duì)觸點(diǎn)，與負(fù)載串聯(lián)后接到交流電源上。一.什么是光電耦合器？1.定義： 光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號(hào)的一種電光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號(hào)的一種電光光電轉(zhuǎn)換器件。電轉(zhuǎn)換器件。它由發(fā)光源和受光器兩部分組成。把發(fā)光源和受光器組裝在同一密閉的殼體內(nèi)，彼此間用透明絕緣體隔離。發(fā)光源的引腳為輸入端，受光器的引腳為輸出端，常見(jiàn)的發(fā)光源為發(fā)光二極管，受光器為光敏二極管、光敏三極管等等。2.工作原理在光電耦合器輸入端加電信號(hào)使發(fā)光源發(fā)光，光的強(qiáng)度取決于激勵(lì)電流的大小，此光照射到封裝在一起的受光

12、器上后，因光電效應(yīng)而產(chǎn)生了光電流，由受光器輸出端引出，這樣就實(shí)現(xiàn)了電光電的轉(zhuǎn)換。如下圖所示：2.工作原理(3)固態(tài)開(kāi)關(guān)電路圖(a)1、2為輸入端，相當(dāng)于繼電器或接觸器的線圈；3、4為輸出端，相當(dāng)于繼電器或接觸器的一對(duì)觸點(diǎn)，與負(fù)載串聯(lián)后接到交流電源上。這種電路相對(duì)于輸入信號(hào)的交流電源的任意相位均可同步接通，稱為非0電壓開(kāi)關(guān)R3R2RC固態(tài)開(kāi)關(guān)電路圖(b)輸入1、2輸入信號(hào)時(shí)且光電晶閘管門(mén)極不短接時(shí)（UgUk），耦合器B中的光控晶閘管導(dǎo)通，經(jīng)過(guò)整流橋與導(dǎo)通的光控晶閘管給VT提供門(mén)極電流，使得VT導(dǎo)通。R3、R2、VT1組成零電壓開(kāi)關(guān)功能電路，當(dāng)電源電壓過(guò)零并且升至一定幅度值時(shí)，VT1導(dǎo)通，原導(dǎo)通的

13、光控晶閘管被關(guān)斷。R3R216.單相交流調(diào)壓電路（1）交流調(diào)壓什么是交流調(diào)壓？一種形式的交流電 另外一種形式交流電 交流電力控制電路只改變電壓,電流或控制電路的通斷,而不改變頻率的電路。交流調(diào)壓電路 -相位控制交流調(diào)功電路- 通斷控制變頻電路改變頻率的電路 交交變頻 - 直接 交直交變頻 - 間接交流調(diào)壓電路 -相位控制Ou1uoiouVTwtOwtOwtOwt(2)單相調(diào)壓電路a雙向觸發(fā)二極管：在一般情況下，雙向觸發(fā)二極管處于高阻截止?fàn)顟B(tài)，只有當(dāng)外加電壓（不論正、反向）加到雙向觸發(fā)二極管上，且外加電壓高于雙向觸發(fā)二極管的擊穿電壓時(shí)，雙向觸發(fā)二極管就擊穿導(dǎo)通。一般的雙向觸發(fā)二極管的擊穿電壓為幾

14、十伏。雙向觸發(fā)二極管：雙向觸發(fā)二極管是與雙向晶閘管同時(shí)問(wèn)世的，常用來(lái)觸發(fā)雙向晶閘管（1）單相調(diào)壓電路結(jié)構(gòu)a（圖p21） （2）工作原理分析：主電路：U2，負(fù)載RL，VT 觸發(fā)電路：可調(diào)電阻RP，電容C1，觸發(fā)二極管VD 電容C作用：高頻旁路電容當(dāng)電路接通交流電壓（市電）后，交流電便通RL、RP向電容C充電，只要電容C上的充電電壓高于雙向觸發(fā)二極管的擊穿電壓時(shí)，電容C便觸發(fā)雙向觸發(fā)二極管VD，觸發(fā)雙向晶閘管VT導(dǎo)通。于雙向觸發(fā)二極管在正、反向電壓均能工作，所以雙向觸發(fā)二極管觸發(fā)電路在交流電的正、負(fù)半周內(nèi)都能工作。調(diào)節(jié)Rp能改變C的充放電時(shí)間常數(shù)，因而改變觸發(fā)脈沖的長(zhǎng)短，觸發(fā)角度的改變，改變了VT

15、的導(dǎo)通角（導(dǎo)通程度），VT的輸出電流與輸出電壓平均值因此隨著改變，從而達(dá)到調(diào)節(jié)燈泡亮度的目的。電壓U1，Uc1波形圖如下：應(yīng)用：通過(guò)調(diào)節(jié)電位器R2，可以改變雙向可控硅的導(dǎo)通角，從而改變通過(guò)燈泡的電流（平均值）實(shí)現(xiàn)連續(xù)調(diào)光。如果將燈泡換電熨斗、電熱褥還可實(shí)現(xiàn)連續(xù)調(diào)溫。因此，該電路使用于簡(jiǎn)單的直流電機(jī)調(diào)速、調(diào)光燈、電熨斗、電熱褥、電風(fēng)扇無(wú)級(jí)調(diào)速器、電吹風(fēng)等電路中。（2）單相調(diào)壓電路結(jié)構(gòu)b（圖p21.2）-可調(diào)光臺(tái)燈的實(shí)用電路 （2）工作原理分析：主電路：U2，負(fù)載RL，VT 觸發(fā)電路：可調(diào)電阻RP，電容C1，觸發(fā)二極管VD R2、C2阻容電路的作用:在角較大時(shí)，RP阻值較大，C1充電緩慢。如果電源電壓已過(guò)峰值并降得很低，此時(shí)電容C1充電值仍小于雙向觸發(fā)二極管的觸發(fā)電壓，則C1不足以擊穿雙向二極管。晶閘管也無(wú)法導(dǎo)通。增設(shè)R2、C2阻容電路后，在大角時(shí), 電容C2給電容C1增加一個(gè)充電“電源”