高級維修電工考證培訓(xùn)之電力電子知識

1、單擊此處編輯母版文本樣式第二級第三級第四級第五級*單擊此處編輯母版標題樣式高級維修電工考證培訓(xùn) 之電力電子知識實訓(xùn)中心主講第一章 電力電子器件簡介分類不可控器件：電力二極管半控型器件：晶閘管全控型器件：電力晶體管，門極可關(guān)斷晶閘管，電力場效應(yīng)管，絕緣柵雙極晶體管一.晶閘管晶閘管Thyristor是晶體閘流管的簡稱，又可稱做可控硅整流器，以前被簡稱為可控硅 ，晶閘管是PNPN四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，它有三個極：陽極，陰極和門極；晶閘管工作條件為：加正向電壓且門極有觸發(fā)電流 ，它是一種大功率開關(guān)型半導(dǎo)體器件，在電路中用文字符號為“V、“VT表示舊標準中用字母“SCR表示。晶閘管具有硅整流器件的特性，能在高

2、電壓、大電流條件下工作，且其工作過程可以控制、被廣泛應(yīng)用于可控整流、交流調(diào)壓、無觸點電子開關(guān)、逆變及變頻等電子電路中。 晶閘管的工作原理晶閘管的工作條件：1. 晶閘管承受反向陽極電壓時，不管門極承受何種電壓，晶閘管都處于關(guān)斷狀態(tài)。 2. 晶閘管承受正向陽極電壓時，僅在門極承受正向電壓的情況下晶閘管才導(dǎo)通。 3. 晶閘管在導(dǎo)通情況下，只要有一定的正向陽極電壓，不管門極電壓如何，晶閘管保持導(dǎo)通，即晶閘管導(dǎo)通后，門極失去作用。4. 晶閘管在導(dǎo)通情況下，當(dāng)主回路電壓或電流減小到接近于零時，晶閘管關(guān)斷。 二.電力晶體管 其特性有：耐壓高，電流大，開關(guān)特性好，但驅(qū)動電路復(fù)雜，驅(qū)動功率大；GTR和普通雙極結(jié)

3、型晶體管的工作原理是一樣的。GTR是一種電流控制的雙極雙結(jié)大功率、高反壓電力電子器件，具有自關(guān)斷能力。它既具備晶體管飽和壓降低、開關(guān)時間短和平安工作區(qū)寬等固有特性，又增大了功率容量，因此，由它所組成的電路靈活、成熟、開關(guān)損耗小、開關(guān)時間短，在電源、電機控制、通用逆變器等中等容量、中等頻率的電路中應(yīng)用廣泛。GTR的缺點是驅(qū)動電流較大、耐浪涌電流能力差、易受二次擊穿而損壞。在開關(guān)電源和不間斷電源UPS內(nèi)，GTR正逐步被功率MOSFET和IGBT所代替。 GTR結(jié)構(gòu)和工作原理都和小功率晶體管非常相似。GTR由三層半導(dǎo)體、兩個PN結(jié)組成。和小功率三極管一樣，有PNP和NPN兩種類型，GTR通常多用NP

4、N結(jié)構(gòu)。電力晶體管工作原理在電力電子技術(shù)中，GTR主要工作在開關(guān)狀態(tài)。GTR通常工作在正偏(Ib0)時大電流導(dǎo)通；反偏(Ib0時處于截止?fàn)顟B(tài)。因此，給GTR的基極施加幅度足夠大的脈沖驅(qū)動信號，它將工作于導(dǎo)通和截止的開關(guān)狀態(tài)。 電力晶體管的主要參數(shù)二次擊穿和平安工作區(qū)(1)二次擊穿二次擊穿是影響GTR平安可靠工作的一個重要因素。二次擊穿是由于集電極電壓升高到一定值(未到達極限值)時，發(fā)生雪崩效應(yīng)造成的。防止二次擊穿的方法是：應(yīng)使實際使用的工作電壓比反向擊穿電壓低得多。必須有電壓電流緩沖保護措施。(2)平安工作區(qū) 以直流極限參數(shù)ICM、PCM、UCEM構(gòu)成的工作區(qū)為一次擊穿工作區(qū)，以USB (二次

5、擊穿電壓)與ISB (二次擊穿電流)組成的PSB (二次擊穿功率)是一個不等功率曲線。為了防止二次擊穿，要選用足夠大功率的GTR，實際使用的最高電壓通常比GTR的極限電壓低很多。三.門極可關(guān)斷晶閘管 GTOGate Turn-Off Thyristor亦稱門控晶閘管 。其主要特點為：當(dāng)門極加負向觸發(fā)信號時晶閘管能自行關(guān)斷。普通晶閘管SCR靠門極正信號觸發(fā)之后，撤掉信號亦能維持通態(tài)。欲使之關(guān)斷，必須切斷電源，使正向電流低于維持電流IH，或施以反向電壓強近關(guān)斷。這就需要增加換向電路，可關(guān)斷晶閘管克服了上述缺陷，它既保存了普通晶閘管耐壓高、電流大等優(yōu)點，以具有自關(guān)斷能力，使用方便，是理想的高壓、大電

6、流開關(guān)器件。GTO的容量及使用壽命均超過巨型晶體管GTR。四.電力場效應(yīng)管(電力MOSFET)特點用柵極電壓來控制漏極電流，驅(qū)動電路簡單，需要的驅(qū)動功率小。開關(guān)速度快，工作頻率高。熱穩(wěn)定性優(yōu)于GTR。但電流容量小，耐壓低，一般只適用于功率不超過10kW的電力電子裝置 。 電力MOSFET的開關(guān)速度電力MOSFET的開關(guān)速度和C充放電有很大關(guān)系。可降低驅(qū)動電路內(nèi)阻Rs減小時間常數(shù)，加快開關(guān)速度。不存在少子儲存效應(yīng)，關(guān)斷過程非常迅速。開關(guān)時間在10100ns之間，工作頻率可達100kHz以上，是主要電力電子器件中最高的。場控器件，靜態(tài)時幾乎不需輸入電流。一般來說，電力MOSFET不存在二次擊穿問題

7、。五.絕緣柵雙極晶體管 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，絕緣柵雙極型晶體管，是由BJT(雙極型三極管和MOS(絕緣柵型場效應(yīng)管)組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動式功率半導(dǎo)體器件, 兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點。GTR飽和壓降低，載流密度大，但驅(qū)動電流較大; MOSFET驅(qū)動功率很小，開關(guān)速度快，但導(dǎo)通壓降大，載流密度小。IGBT綜合了以上兩種器件的優(yōu)點，驅(qū)動功率小而飽和壓降低。非常適合應(yīng)用于直流電壓為600V及以上的變流系統(tǒng)如交流電機、變頻器、開關(guān)電源、照明電路、牽引傳動等領(lǐng)域。 IGBT 中雙極性PNP晶體管的存在，雖然

8、帶來了電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)的好處，但也引入了少子儲存現(xiàn)象。因此IGBT的開關(guān)速度低于MOSFET，但明顯高于GTR。IGBT在關(guān)斷時不需要負柵壓來減少關(guān)斷時間，但關(guān)斷時間隨柵極和發(fā)射極并聯(lián)電阻的增加而增加。IGBT的開啟電壓約34V，和MOSFET相當(dāng)。六.電力電子器件的驅(qū)動可控型電力電子器件包括全控和半控多為三端器件，其中有兩個電極接主電路，如晶閘管的陽極和陰極、GTR 的集電極和發(fā)射極。工作時可承受很高的電壓和通過很大的電流。另一個電極起控制作用，如晶閘管的門極，MOSFET 的柵極，在其上面施加一定的電壓或通以適當(dāng)?shù)碾娏骺梢钥刂破骷耐〝唷］^之主電路的電壓或電流，這個起控制作用的電壓或電流都很小

9、，這種“以弱控強的作用稱之為驅(qū)動，與之相關(guān)的電路叫做驅(qū)動電路。電力電子器件的結(jié)構(gòu)和性能各不相同，對驅(qū)動信號的要求也不一樣，這使得各種器件的驅(qū)動電路存在著很大的差異。按照驅(qū)動電路加在電力電子器件控制端和公共端的信號的性質(zhì)，將電力電子器件分為電流驅(qū)動型和電壓驅(qū)動型兩類。晶閘管雖然是電流驅(qū)動器件，但是它是半控型器件，驅(qū)動電路常稱為觸發(fā)電路。對典型的全控器件GTO,GTR屬于電流驅(qū)動型,電力MOSFET和IGBT屬于電壓驅(qū)動型。主要介紹晶閘管的驅(qū)動電路。晶閘管驅(qū)動電路觸發(fā)電路 晶閘管觸發(fā)電路應(yīng)滿足以下要求： 1觸發(fā)脈沖的寬度應(yīng)保證晶閘管可靠導(dǎo)通。采用寬脈沖或雙窄脈沖。2)脈沖應(yīng)有足夠的幅度。對戶外寒冷

10、場合，脈沖電流的幅度增大為器件最大觸發(fā)電流的35倍，脈沖前沿的陡坡也需增加，一般需大12A/s。3所提供的觸發(fā)脈沖應(yīng)不超過晶閘管門極的電壓、電流和功率定額。且在門極伏安特性的可靠觸發(fā)區(qū)域之內(nèi)。4應(yīng)有良好的抗干擾能、溫度穩(wěn)定性及主電路的電氣隔離。GTO的驅(qū)動 GTO一般應(yīng)用于大容量的場合，驅(qū)動電路通常包括三局部：開通驅(qū)動電路、關(guān)斷驅(qū)動電路和門極反偏電路三局部?？煞譃槊}沖變壓器耦合式和直接耦合式兩種類型。直接耦合式驅(qū)動電路可以防止電路內(nèi)部相互干擾和寄生振蕩，可得到較陡的脈沖前沿，目前應(yīng)用比較廣泛，但功耗大，效率較低。 GTR的驅(qū)動 GTR也是一種電流控制型器件，但GTR有線性放大區(qū)。在電力電子電路

11、中GTR多工作在開關(guān)狀態(tài)，應(yīng)回避其進入線性放大區(qū)。電壓控制型器件驅(qū)動 以電力MOSFET驅(qū)動為例，由于柵極和源極之間是絕緣的，所以在器件導(dǎo)通和關(guān)斷的穩(wěn)定狀態(tài)都不可能出現(xiàn)柵極電流，需要的僅是一個柵極電壓。但是器件的各電極之間都存在著電容，因此驅(qū)動電壓的變化將產(chǎn)生電容充放電電流，充放電時間常數(shù)決定柵極電壓變化的速率，進而影響器件的開關(guān)速度。為了減小時間常數(shù)，要求驅(qū)動回路的電阻盡可能小。練習(xí)牛刀小試1.電力場效應(yīng)管MOSFET()現(xiàn)象。A、有二次擊穿 B、無二次擊穿 C、防止二次擊穿 D、無靜電擊穿2. 逆變電路輸出頻率較高時，電路中的開關(guān)元件應(yīng)采用()。A、晶閘管 B、電力晶體管 C、可關(guān)斷晶閘管

12、 D、電力場效應(yīng)管3. 電力晶體管是()控制型器件。A、電流 B、電壓 C、功率 D、頻率練習(xí)4. 逆變器輸出頻率較高時，電路中的開關(guān)元件應(yīng)采用電力晶體管。 5. 絕緣柵雙極晶體管內(nèi)部為四層結(jié)構(gòu)。6. 電力場效應(yīng)管MOSFET是理想的控制器件。A、電壓 B、電流 C、電阻 D、功率練習(xí)7.電力晶體管的缺點是()。 A、功率容量小 B、必須具備專門的強迫換流電路 C、具有線性放大特性 D、易受二次擊穿而損壞 8.在電力電子裝置中，電力晶體管一般工作在(D)狀態(tài)。A、放大 B、截止 C、飽和 D、開關(guān)9.電力晶體管GTR有個PN結(jié)。A、1 B、2 C、3 D、4第2章 整流電路引言整流電路的分類：

13、按組成的器件可分為不可控、半控、全控三種。按電路結(jié)構(gòu)可分為橋式電路和零式電路。按交流輸入相數(shù)分為單相電路和多相電路。按變壓器二次側(cè)電流的方向是單向或雙向，又分為單拍電路和雙拍電路。整流電路：出現(xiàn)最早的電力電子電路，將交流電變?yōu)橹绷麟姟?單相可控整流電路 2.1.1 單相半波可控整流電路 2.1.2 單相橋式全控整流電路 2.1.3 單相全波可控整流電路 2.1.4 單相橋式半控整流電路單相半波可控整流電路圖2-1 單相半波可控整流電路及波形1帶電阻負載的工作情況變壓器T起變換電壓和電氣隔離的作用。電阻負載的特點：電壓與電流成正比，兩者波形相同。單相半波可控整流電路首先，引入兩個重要的根本概念：

14、觸發(fā)延遲角：從晶閘管開始承受正向陽極電壓起到施加觸發(fā)脈沖止的電角度,用a表示,也稱觸發(fā)角或控制角。導(dǎo)通角：晶閘管在一個電源周期中處于通態(tài)的電角度，用表示 。直流輸出電壓平均值為單相半波可控整流電路2) 帶阻感負載的工作情況 圖2-2 帶阻感負載的單相半波電路及其波形阻感負載的特點：電感對電流變化有抗拒作用，使得流過電感的電流不發(fā)生突變。討論負載阻抗角j、觸發(fā)角a、晶閘管導(dǎo)通角的關(guān)系。單相半波可控整流電路對單相半波電路的分析可基于上述方法進行：當(dāng)VT處于斷態(tài)時，相當(dāng)于電路在VT處斷開，id=0。當(dāng)VT處于通態(tài)時，相當(dāng)于VT短路。圖2-3 單相半波可控整流電路的分段線性等效電路a)VT處于關(guān)斷狀態(tài)

15、 b)VT處于導(dǎo)通狀態(tài) 電力電子電路的一種根本分析方法通過器件的理想化，將電路簡化為分段線性電路。器件的每種狀態(tài)對應(yīng)于一種線性電路拓撲。單相半波可控整流電路當(dāng)VT處于通態(tài)時，如下方程成立：VTb)RLu2b) VT處于導(dǎo)通狀態(tài)（2-2）（2-4）初始條件：t= a ，id=0。求解式2-2并將初始條件代入可得當(dāng)t=+a 時，id=0，代入式2-3并整理得 （2-3）其中 ，單相半波可控整流電路續(xù)流二極管圖2-4 單相半波帶阻感負載有續(xù)流二極管的電路及波形 數(shù)量關(guān)系(id近似恒為Id單相半波可控整流電路VT的a 移相范圍為180。簡單，但輸出脈動大，變壓器二次側(cè)電流中含直流分量，造成變壓器鐵芯直

16、流磁化。實際上很少應(yīng)用此種電路。分析該電路的主要目的建立起整流電路的根本概念。 單相半波可控整流電路的特點單相橋式全控整流電路1) 帶電阻負載的工作情況圖2-5 單相全控橋式帶電阻負載時的電路及波形工作原理及波形分析VT1和VT4組成一對橋臂，在u2正半周承受電壓u2，得到觸發(fā)脈沖即導(dǎo)通，當(dāng)u2過零時關(guān)斷。VT2和VT3組成另一對橋臂，在u2正半周承受電壓-u2，得到觸發(fā)脈沖即導(dǎo)通，當(dāng)u2過零時關(guān)斷。電路結(jié)構(gòu)單相橋式全控整流電路數(shù)量關(guān)系a 角的移相范圍為180。向負載輸出的平均電流值為：流過晶閘管的電流平均值只有輸出直流平均值的一半，即：單相橋式全控整流電路流過晶閘管的電流有效值：變壓器二次測

17、電流有效值I2與輸出直流電流I有效值相等：由上兩式得：不考慮變壓器的損耗時，要求變壓器的容量 S=U2I2。單相橋式全控整流電路2帶阻感負載的工作情況u圖2-6 單相全控橋帶阻感負載時的電路及波形 假設(shè)電路已工作于穩(wěn)態(tài)，id的平均值不變。假設(shè)負載電感很大，負載電流id連續(xù)且波形近似為一水平線。u2過零變負時，晶閘管VT1和VT4并不關(guān)斷。至t=+a 時刻，晶閘管VT1和VT4關(guān)斷，VT2和VT3兩管導(dǎo)通。VT2和VT3導(dǎo)通后，VT1和VT4承受反壓關(guān)斷，流過VT1和VT4的電流迅速轉(zhuǎn)移到VT2和VT3上，此過程稱換相，亦稱換流。單相橋式全控整流電路數(shù)量關(guān)系晶閘管移相范圍為90。晶閘管導(dǎo)通角與a

18、無關(guān)，均為180。電流的平均值和有效值：變壓器二次側(cè)電流i2的波形為正負各180的矩形波，其相位由a角決定，有效值I2=Id。晶閘管承受的最大正反向電壓均為 。單相橋式全控整流電路3 帶反電動勢負載時的工作情況圖2-7 單相橋式全控整流電路接反電動勢電阻負載時的電路及波形 在|u2|E時，才有晶閘管承受正電壓，有導(dǎo)通的可能。在a 角相同時，整流輸出電壓比電阻負載時大。導(dǎo)通之后， ud=u2， ，直至|u2|=E，id即降至0使得 晶閘管關(guān)斷，此后ud=E 。與電阻負載時相比，晶閘管提前了電角度停止導(dǎo)電， 稱為停止導(dǎo)電角，單相橋式全控整流電路當(dāng) 30的情況 特點：負載電流斷續(xù)，晶閘管導(dǎo)通角小于1

19、20 。三相半波可控整流電路當(dāng)a=0時，Ud最大，為 。整流電壓平均值的計算a30時，負載電流連續(xù)，有：a30時，負載電流斷續(xù)，晶閘管導(dǎo)通角減小，此時有：三相半波可控整流電路Ud/U2隨a變化的規(guī)律如圖2-15中的曲線1所示。圖2-15 三相半波可控整流電路Ud/U2隨a變化的關(guān)系1電阻負載 2電感負載 3電阻電感負載三相半波可控整流電路 負載電流平均值為 晶閘管承受的最大反向電壓，為變壓器二次線電壓峰值，即晶閘管陽極與陰極間的最大正向電壓等于變壓器二次相電壓的峰值，即三相半波可控整流電路2阻感負載圖2-16 三相半波可控整流電路，阻感負載時的電路及a =60時的波形特點：阻感負載，L值很大，

20、id波形根本平直。a30時：整流電壓波形與電阻負載時相同。a30時如a=60時的波形如圖2-16所示。u2過零時，VT1不關(guān)斷，直到VT2的脈沖到來，才換流，ud波形中出現(xiàn)負的局部。id波形有一定的脈動，但為簡化分析及定量計算，可將id近似為一條水平線。阻感負載時的移相范圍為90。三相半波可控整流電路數(shù)量關(guān)系由于負載電流連續(xù)， Ud可由式2-18求出，即Ud/U2與a成余弦關(guān)系，如圖2-15中的曲線2所示。如果負載中的電感量不是很大，Ud/U2與a的關(guān)系將介于曲線1和2之間，曲線3給出了這種情況的一個例子。圖2-15 三相半波可控整流電路Ud/U2隨a變化的關(guān)系1電阻負載 2電感負載 3電阻電

21、感負載三相半波可控整流電路變壓器二次電流即晶閘管電流的有效值為晶閘管的額定電流為晶閘管最大正、反向電壓峰值均為變壓器二次線電壓峰值三相半波的主要缺點在于其變壓器二次電流中含有直流分量，為此其應(yīng)用較少。三相橋式全控整流電路三相橋是應(yīng)用最為廣泛的整流電路共陰極組陰極連接在一起的3個晶閘管VT1，VT3，VT5共陽極組陽極連接在一起的3個晶閘管VT4，VT6，VT2圖2-17 三相橋式全控整流電路原理圖導(dǎo)通順序： VT1VT2 VT3 VT4 VT5VT6三相橋式全控整流電路1帶電阻負載時的工作情況當(dāng)a60時，ud波形均連續(xù)，對于電阻負載，id波形與ud波形形狀一樣，也連續(xù) 波形圖： a =0 圖2

22、18 a =30 圖219 a =60 圖220當(dāng)a60時，ud波形每60中有一段為零，ud波形不能出現(xiàn)負值 波形圖： a =90 圖221帶電阻負載時三相橋式全控整流電路a角的移相范圍是120三相橋式全控整流電路晶閘管及輸出整流電壓的情況如表21所示時 段IIIIIIIVVVI共陰極組中導(dǎo)通的晶閘管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共陽極組中導(dǎo)通的晶閘管VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流輸出電壓udua-ub=uabua-uc=uacub-uc=ubcub-ua=ubauc-ua=ucauc-ub=ucb 請參照圖218三相橋式全控整流電路2對觸發(fā)脈沖的要求：按VT1-VT2-VT3

23、-VT4-VT5-VT6的順序，相位依次差60。共陰極組VT1、VT3、VT5的脈沖依次差120，共陽極組VT4、VT6、VT2也依次差120。同一相的上下兩個橋臂，即VT1與VT4，VT3與VT6，VT5與VT2，脈沖相差180。 三相橋式全控整流電路的特點12管同時通形成供電回路，其中共陰極組和共陽極組各1，且不能為同1相器件。三相橋式全控整流電路3ud一周期脈動6次，每次脈動的波形都一樣，故該電路為6脈波整流電路。4需保證同時導(dǎo)通的2個晶閘管均有脈沖可采用兩種方法：一種是寬脈沖觸發(fā) 一種是雙脈沖觸發(fā)常用 (5晶閘管承受的電壓波形與三相半波時相同，晶閘管承受最大正、反向電壓的關(guān)系也相同。

24、三相橋式全控整流電路的特點a60時 當(dāng)電感足夠大的時候， id的波形可近似為一條水平線。三相橋式全控整流電路2) 阻感負載時的工作情況a =0a =30三相橋式全控整流電路2) 阻感負載時的工作情況a 60時 a =90阻感負載時的工作情況與電阻負載時不同。 電阻負載時，ud波形不會出現(xiàn)負的局部。 阻感負載時，ud波形會出現(xiàn)負的局部。帶阻感負載時，三相橋式全控整流電路的a角移相范圍為90 。三相橋式全控整流電路3) 定量分析當(dāng)整流輸出電壓連續(xù)時即帶阻感負載時，或帶電阻負載a60時的平均值為： 帶電阻負載且a 60時，整流電壓平均值為：輸出電流平均值為 ：Id=Ud /R三相橋式全控整流電路當(dāng)整

25、流變壓器為圖2-17中所示采用星形接法，帶阻感負載時，變壓器二次側(cè)電流波形如圖2-23中所示，其有效值為：晶閘管電壓、電流等的定量分析與三相半波時一致。接反電勢阻感負載時，在負載電流連續(xù)的情況下，電路工作情況與電感性負載時相似，電路中各處電壓、電流波形均相同。僅在計算Id時有所不同，接反電勢阻感負載時的Id為：式中R和E分別為負載中的電阻值和反電動勢的值。電容濾波的不可控整流電路 電容濾波的單相不可控整流電路 電容濾波的三相不可控整流電路電容濾波的不可控整流電路在交直交變頻器、不間斷電源、開關(guān)電源等應(yīng)用場合中，大量應(yīng)用。最常用的是單相橋和三相橋兩種接法。由于電路中的電力電子器件采用整流二極管，

26、故也稱這類電路為二極管整流電路。電容濾波的單相不可控整流電路1 工作原理及波形分析a) 電路 b) 波形圖2-26 電容濾波的單相橋式不可控整流電路及其工作波形根本工作過程：在u2正半周過零點至wt=0期間，因u2ud，故二極管均不導(dǎo)通，電容C向R放電，提供負載所需電流。至wt=0之后，u2將要超過ud，使得VD1和VD4開通，ud=u2，交流電源向電容充電，同時向負載R供電。電容濾波的單相不可控整流電路2) 主要的數(shù)量關(guān)系 輸出電壓平均值 電流平均值 輸出電流平均值IR為： IR = Ud /R Id =IR 二極管電流iD平均值為： ID = Id / 2=IR/ 2 二極管承受的電壓 空

27、載時， 重載時，Ud逐漸趨近于U2，即趨近于接近電阻負載時的特性。在設(shè)計時根據(jù)負載的情況選擇電容C值，使 , 此時輸出電壓為： Ud U2。電容濾波的單相不可控整流電路感容濾波的二極管整流電路實際應(yīng)用為此情況，但分析復(fù)雜。ud波形更平直，電流i2的上升段平緩了許多，這對于電路的工作是有利的。圖2-29 感容濾波的單相橋式不可控整流電路及其工作波形a 電路圖 b波形電容濾波的三相不可控整流電路1 根本原理某一對二極管導(dǎo)通時，輸出電壓等于交流側(cè)線電壓中最大的一個，該線電壓既向電容供電，也向負載供電。當(dāng)沒有二極管導(dǎo)通時，由電容向負載放電，ud按指數(shù)規(guī)律下降。圖2-30 電容濾波的三相橋式不可控整流電

28、路及其波形2.6 大功率可控整流電路 帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路 多重化整流電路2.6 大功率可控整流電路引言帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路的特點：適用于低電壓、大電流的場合。多重化整流電路的特點：在采用相同器件時可到達更大的功率?？蓽p少交流側(cè)輸入電流的諧波或提高功率因數(shù)，從而減小對供電電網(wǎng)的干擾。帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路電路結(jié)構(gòu)的特點圖2-35 帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路二次側(cè)為兩組匝數(shù)相同極性相反的繞阻，分別接成兩組三相半波電路。二次側(cè)兩繞組的極性相反可消除鐵芯的直流磁化。平衡電抗器是為保證兩組三相半波整流電路能同時導(dǎo)電。與三相橋式電路相比，雙反星形電路的輸出

29、電流可大一倍。帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路繞組的極性相反的目的：消除直流磁通勢如圖可知，雖然兩組相電流的瞬時值不同，但是平均電流相等而繞組的極性相反，所以直流安匝互相抵消。圖2-36 雙反星形電路， =0時兩組整流電壓、電流波形帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路雙反星形電路中如不接平衡電抗器，即成為六相半波整流電路：平衡電抗器的作用：使得兩組三相半波整流電路同時導(dǎo)電。對平衡電抗器作用的理解是掌握雙反星形電路原理的關(guān)鍵。帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路原理分析(續(xù))：圖2-38 平衡電抗器作用下兩個晶閘管同時導(dǎo)電的情況雖然 ，但由于Lp的平衡作用，使得晶閘管VT6和VT1同時導(dǎo)通。 時間

30、推遲至ub與ua的交點時， ub = ua ， 。之后 ub ub ，電流才從VT6換至VT2。此時VT1、VT2同時導(dǎo)電。每一組中的每一個晶閘管仍按三相半波的導(dǎo)電規(guī)律而各輪流導(dǎo)電。2.7 整流電路的有源逆變工作狀態(tài) 逆變的概念 三相橋整流電路的有源逆變工作狀態(tài) 逆變失敗與最小逆變角的限制2.7.1 逆變的概念1) 什么是逆變？為什么要逆變？逆變Invertion把直流電轉(zhuǎn)變成交流電，整流的逆過程。逆變電路把直流電逆變成交流電的電路。有源逆變電路交流側(cè)和電網(wǎng)連結(jié)。 應(yīng)用：直流可逆調(diào)速系統(tǒng)、交流繞線轉(zhuǎn)子異步電動機串級調(diào)速以及高壓直流輸電等。無源逆變電路變流電路的交流側(cè)不與電網(wǎng)聯(lián)接，而直接接到負載

31、，將在后面介紹。對于可控整流電路，滿足一定條件就可工作于有源逆變，其電路形式未變，只是電路工作條件轉(zhuǎn)變。既工作在整流狀態(tài)又工作在逆變狀態(tài)，稱為變流電路。2.7.1 逆變的概念2) 直流發(fā)電機電動機系統(tǒng)電能的流轉(zhuǎn)圖2-44 直流發(fā)電機電動機之間電能的流轉(zhuǎn)a兩電動勢同極性EG EM b兩電動勢同極性EM EG c兩電動勢反極性，形成短路電路過程分析。兩個電動勢同極性相接時，電流總是從電動勢高的流向低的，回路電阻小，可在兩個電動勢間交換很大的功率。2.7.1 逆變的概念3) 逆變產(chǎn)生的條件單相全波電路代替上述發(fā)電機圖2-45 單相全波電路的整流和逆變交流電網(wǎng)輸出電功率電動機輸出電功率2.7.1 逆變

32、的概念從上述分析中，可以歸納出產(chǎn)生逆變的條件有二：有直流電動勢，其極性和晶閘管導(dǎo)通方向一致，其值大于變流器直流側(cè)平均電壓。晶閘管的控制角 /2，使Ud為負值。半控橋或有續(xù)流二極管的電路，因其整流電壓ud不能出現(xiàn)負值，也不允許直流側(cè)出現(xiàn)負極性的電動勢，故不能實現(xiàn)有源逆變。欲實現(xiàn)有源逆變，只能采用全控電路。2.7.2 三相橋整流電路的有源 逆變工作狀態(tài)逆變和整流的區(qū)別：控制角 不同 0 p /2 時，電路工作在整流狀態(tài)。 p /2 p /2時的控制角用p- = b表示，b 稱為逆變角。逆變角b和控制角a的計量方向相反，其大小自b =0的起始點向左方計量。2.7.3 逆變失敗與最小逆變角的限制逆變失敗逆變顛覆 逆變時，一旦換相失敗，外接直流電源就會通過晶閘管電路短路，或使變流器的輸出平均電壓和直流電動勢變成順向串聯(lián)，形成很大短路電流。觸發(fā)電路工作不可靠，不能適時、準確地給各晶閘管分配脈沖，