整套課件教程：電力電子技術(shù)

1、電力電子技術(shù)第1章 電力電子器件1.1電力電子器件概述1.2功率二極管1.3晶閘管1.4功率場茲應(yīng)晶體管下一頁返回第2章 交流-直流變換電路2. 1單相可控整流電路2. 2三相可控整流電路2. 3相控整流電路的換相壓降2. 4有源逆變電路2. 5無源逆變電路2. 6逆變器的SPWM控制技術(shù)上一頁下一頁返回第3章 晶閘管觸發(fā)電路3. 1對(duì)觸發(fā)電路的要求3. 2單結(jié)晶體管觸發(fā)電路3. 3同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路3. 4 KC04集成移相觸發(fā)器3. 5六路雙脈沖發(fā)生器KC41 C3. 6三相全控橋整流電路的集成觸發(fā)電路上一頁下一頁返回第4章 直流一直流變換電路4. 1直流變換的基本結(jié)構(gòu)和工作原理4

2、. 2直流斬波器4. 3變壓器隔離的直流一直流變換器上一頁下一頁返回第5章 交流變換電路5. 1晶閘管交流開關(guān)電路5. 2交流調(diào)壓電路5. 3交一交變頻電路上一頁下一頁返回第6章 電力電子技術(shù)工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)6. 1項(xiàng)目設(shè)計(jì)大綱6. 2項(xiàng)目設(shè)計(jì)任務(wù)書6. 3晶閘管整流器項(xiàng)目設(shè)計(jì)指導(dǎo)書上一頁下一頁返回第7章 MATLAB仿真7. 1典型電力電子器件的MATLAB仿真模型實(shí)訓(xùn)7. 2交流一直流變換電路的MATLAB仿真研究7 .3直流一交流變換電路的仿真7. 4交流一交流變換電路的MATLAB仿真7.5直流一直流變換電路的MATLAB仿真上一頁下一頁返回項(xiàng)目一 晶閘管導(dǎo)通關(guān)斷實(shí)驗(yàn)上一頁下一頁返回項(xiàng)目二

3、典型電力電子器件的測試實(shí)驗(yàn)任務(wù)一晶閘管的簡單測試任務(wù)二功率場效應(yīng)晶體管的檢測方法上一頁下一頁返回項(xiàng)目三 晶閘管觸發(fā)電路的應(yīng)用任務(wù)一單結(jié)晶體管觸發(fā)電路實(shí)驗(yàn)任務(wù)二音樂彩燈控制器任務(wù)三調(diào)光燈上一頁下一頁返回項(xiàng)目四 整流逆變應(yīng)用任務(wù)一 磨床調(diào)速裝置任務(wù)二 電力機(jī)車上一頁下一頁返回項(xiàng)目五 開關(guān)電源任務(wù)一開關(guān)電源電路分析及檢測任務(wù)二開關(guān)電源故障分析及檢修方法的討論上一頁下一頁返回項(xiàng)目六 交流變換電路的應(yīng)用任務(wù)一龍門銑床調(diào)速系統(tǒng)任務(wù)二變頻電源使用與維護(hù)研究上一頁返回第1章 電力電子器件1.1電力電子器件概述1.2功率二極管1.3晶閘管1.4功率場茲應(yīng)晶體管返回1. 1 電力電子器件概述1.1.1電力電子器件

4、的概念電力電子器件是可直接于電能主電路中實(shí)現(xiàn)電能變換或控制的電子器件。廣義上電力電子器件可分為電真空器件和半導(dǎo)體器件兩大類。1. 1. 2電力電子器件的基本模型電力電子器件可以抽象成圖I一I所示的理想開關(guān)模型，它有三個(gè)電極，其中A和B代表開關(guān)的兩個(gè)主電極，K是控制開關(guān)通斷的控制極。1. 1. 3電力電子器件的基本特性及分類電力電子器件種類繁多，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作原理、應(yīng)用范圍各不相同，但是在電力電子電路中它們的功能相同，都是工作在通、斷狀態(tài)。下一頁返回1. 1 電力電子器件概述1.電力電子器件的基本特性1)電力電子器件一般都工作在開關(guān)狀態(tài)。2)電力電子器件的開關(guān)狀態(tài)由外電路(驅(qū)動(dòng)電路)來控制。3

5、)在工作中器件的功率損耗(通態(tài)、斷態(tài)、開關(guān)損耗)很大，為防止器件溫度過高而損壞，一般都要安裝散熱器。2.電力電子器件的分類按照開關(guān)控制特性分為:1)半控型器件，例如晶閘管。2)全控型器件，例如GTO (門極可關(guān)斷晶閘管)、GTR(電力晶體管)、電力MOSFET(電力場效應(yīng)晶體管)IGBT(絕緣柵雙極晶體管)。3)不可控器件，例如電力二極管。上一頁下一頁返回1. 1 電力電子器件概述按照控制信號(hào)的特性分為:1)電壓驅(qū)動(dòng)型器件，例如IGBT, MOSFET。2)電流驅(qū)動(dòng)型器件，例如晶閘管、GTO, GTR根據(jù)驅(qū)動(dòng)電路加在電力電子器件控制端和公共端之間的有效信號(hào)波形分為:1)脈沖觸發(fā)型，例如晶閘管、

6、GTO。2)電子控制型，例如GTR, MOSFET, IGBT。按照電力電子器件內(nèi)部電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電的情況分為:1)單極型器件，例如電力二極管、晶閘管、GTO, GTR2)雙極型器件，例如MOSFET, IGBT。3)復(fù)合型器件，例如MCT (MOS控制晶閘管)。上一頁下一頁返回1. 1 電力電子器件概述3.電力電子器件的優(yōu)缺點(diǎn)電力二極管:結(jié)構(gòu)和原理簡單，工作可靠。晶閘管:承受電壓和電流容量在所有器件中最高。IGBT:開關(guān)速度高，開關(guān)損耗小，具有耐脈沖電流沖擊的能力，通態(tài)壓降較低，輸入阻抗高，驅(qū)動(dòng)功率小。缺點(diǎn):開關(guān)速度低于電力MOSFET，電壓、電流容量不及GTO。GTO:電壓、電

7、流容量大，適用于大功率場合，其通流能力很強(qiáng)。缺點(diǎn):電流關(guān)斷增益很小，關(guān)斷時(shí)門極負(fù)脈沖電流大，開關(guān)速度低，驅(qū)動(dòng)功率大，驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜，開關(guān)頻率低。MOSFET:開關(guān)速度快，輸入阻抗高，熱穩(wěn)定性好，所需驅(qū)動(dòng)功率小且驅(qū)動(dòng)電路簡單，工作頻率高，不存在二次擊穿問題。缺點(diǎn):電流容量小，耐壓低，一般只適用于功率不超過10 kW的電力電子裝置。上一頁返回1.2 功率二極管1. 2. 1功率二極管的結(jié)構(gòu)和工作原理1.元件結(jié)構(gòu)普通功率二極管由N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體結(jié)合構(gòu)成的，如圖1 -2所示。在PN結(jié)的P型端引出的電極稱為陽極A，在N型端引出的電極稱為陰極K。功率二極管主要有螺栓型和平板型兩種外形結(jié)構(gòu)，如圖1一3

8、( a)、圖1一3(b)所示。2.工作原理功率二極管的工作原理和普通二極管一樣，當(dāng)受到正向電壓作用時(shí)，PN結(jié)導(dǎo)通，正向壓降很小;當(dāng)二極管處于反向電壓作用時(shí)，PN結(jié)截止，僅有極小的漏電流流過二極管。下一頁返回1.2 功率二極管1.2.2二極管的伏安特性圖1 -4所示是電力二極管的伏安特性曲線。從圖中可知電力二極管具有單向?qū)щ娦浴?.2.3功率二極管的主要參數(shù)1.額定正向平均電流式IdD(額定電流)IdD是指在規(guī)定的環(huán)境溫度和標(biāo)準(zhǔn)散熱條件下，管子允許長期通過的最大工頻半波電流的平均值。元件標(biāo)稱的額定電流就是這個(gè)電流。在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)按照流過二極管實(shí)際波形與工頻正弦半波平均電流的有效值(熱效應(yīng))相等的

9、原則來選取額定電流。上一頁下一頁返回1.2 功率二極管2.正向壓降U(管壓降)U是指在規(guī)定溫度下，流過穩(wěn)定的額定電流時(shí)所對(duì)應(yīng)的正向壓降。3.反向重復(fù)峰值電壓認(rèn)URRM額定電壓)在額定溫度條件下，元件反向伏安特性曲線的轉(zhuǎn)拆處對(duì)應(yīng)的反向電壓稱為反向不重復(fù)峰值電壓URSM ， URSM的80%稱為反向重復(fù)峰值電壓URRM(額定電壓)，它是功率二極管能重復(fù)施加的反向最高電壓。一般在選用功率二極管時(shí)，以其在電路中可能承受的反向峰值電壓的2一3倍來選擇額定電壓。1.2.4功率二極管的型號(hào)和選擇原則1.功率二極管的型號(hào)國產(chǎn)普通功率二極管的型號(hào)規(guī)定如圖1一5所示。上一頁下一頁返回1.2 功率二極管2.功率二極

10、管的選擇原則(1)選擇額定正向平均電流IdD的原則在規(guī)定的室溫和冷卻條件下，要求所選管子的額定電流IdD對(duì)應(yīng)的有效值IdM大于管子在電路中實(shí)際可能通過的最大電流有效值IdM ，即IdM Idm.。所以首先要根據(jù)電路結(jié)構(gòu)確定IdM ，從而求得IdM,(2)選擇額定電壓URRM的原則選擇功率二極管的反向重復(fù)峰值電壓等級(jí)(額定電壓)應(yīng)為管子在所工作的電路中可能承受的最大反向電壓IdM的2 3倍，即:上一頁下一頁返回1.2 功率二極管1. 2. 5功率二極管的其他派生器件1.快恢復(fù)二極管快恢復(fù)二極管的特點(diǎn)是恢復(fù)時(shí)間短，尤其是反向恢復(fù)時(shí)間短，一般在5s以內(nèi)，用于反向恢復(fù)時(shí)間短的電路中，如用于與可控開關(guān)配

11、合的高頻電路中。2.肖特基二極管肖特基二極管是以金屬和半導(dǎo)體接觸形成的二極管，其反向恢復(fù)時(shí)間更短，一般為10 40 ns，其開關(guān)損耗和正向?qū)〒p耗都很小。上一頁返回1. 3 晶閘管1. 3. 1晶閘管的結(jié)構(gòu)晶閘管是一種具有3個(gè)PN結(jié)的大功率4層半導(dǎo)體器件，其結(jié)構(gòu)和電氣符號(hào)如圖1一6所示。晶閘管常用的有螺栓式、平板式兩種。圖1 -6 (a)示出了塑封式、螺栓式和平板式晶閘管的外形。晶閘管的結(jié)構(gòu)如圖1 -6 (b)所示。由P,層和N:層引出的兩個(gè)電極，分別為陽極A和陰極K。由P2層引出的電極是門極G，也稱控制極。從晶閘管的結(jié)構(gòu)圖可知，晶閘管的內(nèi)部可以看成是由3個(gè)二極管連接而成的。晶閘管的電氣符號(hào)如

12、圖1一6 (c)所示。下一頁返回1. 3 晶閘管1.3.2晶閘管的導(dǎo)通關(guān)斷原理晶閘管內(nèi)部是PNPN 4層結(jié)構(gòu)，可以看成是由一個(gè)PNP型和一個(gè)NPN型晶體管連接而成的等效電路，連接形式如圖1 -7所示?？刂茦O的作用僅是觸發(fā)晶閘管使其導(dǎo)通，導(dǎo)通之后，控制極就失去了控制作用。要想關(guān)斷晶閘管，必須將陽極電流減小到使之不能維持正反饋的程度，也就是將晶閘管的陽極電流減小到小于維持電流。可采用的方法有:將陽極電源斷開，改變晶閘管的陽極電壓的方向，即在陽極和陰極間加反向電壓。1.3.3晶閘管的特性1.晶閘管的伏安特性晶閘管的伏安特性是指晶閘管陽、陰極間電壓UA和陽極電流IA之間的關(guān)系特性，如圖1一8所示。上一

13、頁下一頁返回1. 3 晶閘管(1)正向特性晶閘管的正向特性又有阻斷狀態(tài)和導(dǎo)通狀態(tài)之分。(2)反向特性晶閘管的反向特性是指晶閘管的反向陽極電壓與陽極漏電流的伏安特性。2.晶閘管的開關(guān)特性晶閘管的開關(guān)特性如圖1 -9所示。晶閘管的開通不是瞬間完成的，開通時(shí)陽極與陰極兩端的電壓有一個(gè)下降過程，而陽極電流的上升也有一個(gè)過程，這個(gè)過程可分為兩段。上一頁下一頁返回1. 3 晶閘管晶閘管的關(guān)斷過程也如圖1 -9所示。電源電壓反向后，從正向電流降為零起到能重新施加正向電壓為止的時(shí)間定義為器件的關(guān)斷時(shí)間toff。通常定義器件的關(guān)斷時(shí)間toff等于反向阻斷恢復(fù)時(shí)間trr與正向阻斷恢復(fù)時(shí)間tgr之和，即1.3.4晶

14、閘管的主要參數(shù)1.額定電壓UTN及相關(guān)參數(shù)(1)正向重復(fù)峰值電壓魷UDRM;上一頁下一頁返回1. 3 晶閘管在控制極斷路和晶閘管正向阻斷的條件下，可重復(fù)加在晶閘管兩端的正向峰值電壓稱為正向重復(fù)峰值電壓UDRM 。一般規(guī)定此電壓為正向不重復(fù)峰值電壓UDRM的80%。(2)反向重復(fù)峰值電壓URRM 在控制極斷路時(shí)，可以重復(fù)加在晶閘管兩端的反向峰值電壓稱為反向重復(fù)峰值電壓魷URRM ，此電壓取反向不重復(fù)峰值電壓URSM的80%.(3)額定電壓UTN 在晶閘管的銘牌上，額定電壓是以電壓等級(jí)的形式給出的，通常標(biāo)準(zhǔn)電壓等級(jí)規(guī)定為:電壓在1000V以下，每100 V為一級(jí)，1000一3 000 V，每200

15、 V為一級(jí)。上一頁下一頁返回1. 3 晶閘管2.額定電流IT(AV)所謂通態(tài)平均電流是指在環(huán)境溫度為40和規(guī)定的冷卻條件下，晶閘管在導(dǎo)通角不小于170。電阻性負(fù)載電路中，當(dāng)不超過額定結(jié)溫且穩(wěn)定時(shí)，所允許通過的工頻正弦半波電流的平均值。將該電流按晶閘管標(biāo)準(zhǔn)電流系列取值，稱為晶閘管的額定電流。3.通態(tài)平均電壓UT(AV)在規(guī)定環(huán)境溫度、標(biāo)準(zhǔn)散熱條件下，通過額定電流時(shí)，晶閘管陽極和陰極間電壓降的平均值，稱通態(tài)平均電壓(一般稱管壓降)，其數(shù)值按表1一1分組。從減小損耗和元件發(fā)熱來看，應(yīng)該選擇UT(AV)較小的管子。實(shí)際當(dāng)晶閘管流過較大的恒定直流電流時(shí)，其通態(tài)平均電壓比元件出廠時(shí)定義的值(如表1一1所示

16、)要大1. 5 V左右。上一頁下一頁返回1. 3 晶閘管4.維持電流IH和擎住電流IL在室溫且控制極開路時(shí)，能維持晶閘管繼續(xù)導(dǎo)通的最小電流稱為維持電流IH 。維持電流大的晶閘管容易關(guān)斷。給晶閘管門極加上觸發(fā)電壓，當(dāng)元件剛從阻斷狀態(tài)轉(zhuǎn)為導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)就撤除觸發(fā)電壓，此時(shí)元件維持導(dǎo)通所需要的最小陽極電流稱為擎住電流IL 。對(duì)同一晶閘管來說，擎住電流IL是維持電流IH的3 5倍。5.門極觸發(fā)電流ICT門極觸發(fā)電流ICT汗為在室溫且陽極電壓為6V直流電壓時(shí)，使晶閘管從阻斷狀態(tài)到完全開通所必需的最小門極直流電流。上一頁下一頁返回1. 3 晶閘管6.門極觸發(fā)電壓認(rèn)UCT對(duì)應(yīng)于門極觸發(fā)電流時(shí)的門極電壓叫做門極觸

17、發(fā)電壓。對(duì)于晶閘管的使用者來說，為使觸發(fā)器適用于所有同型號(hào)的晶閘管，觸發(fā)器送給門極板的電壓和電流應(yīng)適當(dāng)?shù)卮笥谒?guī)定的ICT和UCT上限，但不應(yīng)超過其峰值ICFM和UGFM門極平均功率PC和峰值功率(允許的最大瞬時(shí)功率PCM也不應(yīng)超過規(guī)定值。7.通態(tài)電流臨界上升率di/dt把在規(guī)定條件下，由門極觸發(fā)晶閘管使其導(dǎo)通時(shí)，晶閘管能夠承受而不損壞的通態(tài)電流的最大上升率稱為通態(tài)電流臨界上升率di/dt。晶閘管所允許的最大電流上升率應(yīng)小于通態(tài)電流臨界上升率。上一頁返回1.4功率場效應(yīng)晶體管1. 4. 1功率場效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)及工作原理1. P一MOSFET的結(jié)構(gòu)P - MOSFET主要采用立式結(jié)構(gòu)，其3個(gè)外

18、引電極為柵極G、源極S和漏極D，但不在芯片的同一側(cè)，如圖1一10所示。功率場效應(yīng)管的導(dǎo)電溝道分為N溝道和P溝道，柵偏壓為零時(shí)漏源極之間存在導(dǎo)電溝道的稱為耗盡型;柵偏壓大于零(N溝道)才存在導(dǎo)電溝道的稱為增強(qiáng)型。幾種功率場效應(yīng)晶體管的外形如圖1一11所示。圖1一12是P一MOSFET的電氣圖形符號(hào)，圖1一12 (a)表示N溝道功率場效應(yīng)管，電子流出源極;圖1一12 ( b)表示P溝道功率場效應(yīng)管，空穴流出源極。下一頁返回1.4功率場效應(yīng)晶體管2. P一MOSFET的工作原理1)當(dāng)柵源極電壓UGS= 0時(shí)，柵極下的P型區(qū)表面呈現(xiàn)空穴堆積狀態(tài)，不可能出現(xiàn)反型層，無法溝通漏源。此時(shí)，即使在漏源之間施加

19、電壓，MOS管也不會(huì)導(dǎo)通。2)當(dāng)柵源極電壓0 UGS UT (UT為開啟電壓)時(shí)，柵極下面的P型區(qū)表面呈現(xiàn)耗盡狀態(tài)，還是無法溝通漏源，此時(shí)MOS管仍保持關(guān)斷狀態(tài)，如圖1一10(b)所示。3)當(dāng)柵源極電壓UGS UT時(shí)，柵極下面的硅表面從P型反型成N型，形成N型溝道把源區(qū)和漏區(qū)聯(lián)系起來，從而把漏源溝通，使MOS管進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)，如圖1一10 (c)所示。上一頁下一頁返回1.4功率場效應(yīng)晶體管1.4.2 P一MOSFET的特性和主要參數(shù)1.轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性是指在輸出特性的飽和區(qū)內(nèi)，維持UGS不變時(shí)， UGS與輸出電流幾之間的關(guān)系曲線，如圖1一13 (a)所示。2.輸出特性P一MOSFET的輸出特性如

20、圖1一13 ( b)所示，它反映的是當(dāng)UGS一定時(shí)，輸出電流ID與漏極電壓UDS之間的關(guān)系。3.開關(guān)特性P - MOSFET的開關(guān)時(shí)間很短，影響開關(guān)速度的主要因素是器件的極間電容。P一MOSFET開關(guān)過程及開關(guān)時(shí)間如圖1一14所示。上一頁下一頁返回1.4功率場效應(yīng)晶體管4.主要參數(shù)1) 通態(tài)電阻Ron :是指在確定的u GS下，P一MOSFET由線性導(dǎo)電區(qū)進(jìn)入飽和恒流區(qū)時(shí)的直流電阻，它是影響最大輸出功率的重要參數(shù)。2)開啟電壓UT是指溝道體區(qū)形成溝道所需的最低柵極電壓。3)漏極擊穿電壓BuDS是為避免器件進(jìn)入雪崩擊穿區(qū)而設(shè)的極限參數(shù)。4)柵源擊穿電壓BuCS :表征P一M()SFET柵源極間所

21、能承受的最高正、反向電壓。5)漏極連續(xù)電流IDS和漏極峰值電流IDM:是表征P一MOSFET在連續(xù)電流下和脈沖電流下的電流容量。上一頁返回圖1一1電力電子器件的理想開關(guān)模型返回圖1 -2功率二極管的結(jié)構(gòu)和電氣符號(hào)返回(a)功率二極管的結(jié)構(gòu);(b)功率二極管的電氣符號(hào)圖1一3功率二極管的外形返回(a)螺栓型:(b)平板型圖1一4功率二極管的伏安特性曲線返回圖1一5電力二極管型號(hào)返回圖1 - 6晶閘管的外形、結(jié)構(gòu)和電氣符號(hào)返回圖1-7晶閘管導(dǎo)通、關(guān)斷原理的等效電路返回圖1一8晶閘管的伏安特性曲線返回圖1一9晶閘管的開關(guān)特性返回表1一1晶閘管通態(tài)平均電壓分組返回圖1一10 P一MOSFET立式結(jié)構(gòu)示

22、意圖返回圖1一11幾種功率場效應(yīng)晶體管的外形返回圖1一12 P一MOSFET的電氣圖形符號(hào)返回圖1-13 P-MOSFET的轉(zhuǎn)移特性和輸出特性返回圖1-14 P-MOSFET開關(guān)過程及開關(guān)時(shí)間返回第2章 交流-直流變換電路2. 1單相可控整流電路2. 2三相可控整流電路2. 3相控整流電路的換相壓降2. 4有源逆變電路2. 5無源逆變電路2. 6逆變器的SPWM控制技術(shù)返回2. 1單相可控整流電路2.1.1單相半波可控整流電路(電阻性負(fù)載)能實(shí)現(xiàn)將交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能的電路稱為整流電路。在直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速、同步電機(jī)的勵(lì)磁、電焊等場合往往需要電壓大小可調(diào)的直流電源。利用晶閘管的可控單向?qū)щ娦裕?/p>

23、控制其移向角能把交流電能變換成大小可調(diào)的直流電能，這種整流電路稱為相控整流電路。1.電路結(jié)構(gòu)圖2一1 (a)是單相半波可控整流電路原理圖，晶閘管作為開關(guān)元件，變壓器Tr起變換電壓和隔離的作用，用u1和u2分別表示一次和二次電壓瞬時(shí)值，二次電壓u2為50 Hz正弦波，波形如圖2一1 (b)所示，其有效值為UZ。下一頁返回2. 1單相可控整流電路2.工作原理在電源電壓正半波(0-區(qū)間)，晶閘管承受正向電壓，脈沖Ug在wt=a處觸發(fā)晶閘管，晶閘管開始導(dǎo)通，形成負(fù)載電流id，負(fù)載上有輸出電壓ud。2)在wt=時(shí)刻，電源電壓過零，晶閘管電流小于維持電流而關(guān)斷，負(fù)載電流為零。3)在電源電壓負(fù)半波，uAK

24、0，晶閘管uAK U。在wt=a處觸發(fā)晶閘管，使其導(dǎo)通，形成負(fù)載電流id，負(fù)載上有輸出電壓和電流，此間續(xù)流二極管VD承受反向陽極電壓而關(guān)斷。上一頁下一頁返回2. 1單相可控整流電路2)在電源電壓負(fù)半波，電感感應(yīng)電壓使續(xù)流二極管VD導(dǎo)通續(xù)流，此時(shí)電壓u2 300時(shí)，負(fù)載電流斷續(xù)，8=1500 +，輸出電壓平均值Ud為4)晶閘管承受的最大反向電壓為電源線電壓峰值，即 ，最大正向電壓為電源相電壓，即5)負(fù)載電流的平均值流過每個(gè)晶閘管的平均電流上一頁下一頁返回2. 2 三相可控整流電路5.電路特點(diǎn)1) a=00時(shí)輸出整流電壓最大;增大a時(shí)，波形的面積減小，即整流電壓減小;當(dāng)a=1500時(shí)，整流電壓為零

25、。所以，電阻性負(fù)載控制角a的移相范圍為1500。2)當(dāng)a300時(shí)，負(fù)載電流連續(xù)，每個(gè)晶閘管在一個(gè)周期中持續(xù)導(dǎo)通1200;當(dāng)a 300時(shí)，負(fù)載電流斷續(xù)晶閘管的導(dǎo)通角為=150-a。3)流過晶閘管的電流等于變壓器的二次側(cè)電流。4)輸出整流電壓ud的脈動(dòng)頻率為3倍的電源頻率。2. 2. 2三相半波可控整流電路(阻一感性負(fù)載)1.電路結(jié)構(gòu)三相半波共陰極阻一感性負(fù)載電路與波形圖如圖2 -8所示。上一頁下一頁返回2. 2 三相可控整流電路2.工作原理當(dāng)a300時(shí)，相鄰兩相的換流在原導(dǎo)通相的交流電壓過零變負(fù)之前，工作情況與電阻性負(fù)載相同。當(dāng)a300時(shí)，假設(shè)a=600, VT1已經(jīng)導(dǎo)通，在u相交流電壓過零變負(fù)

26、后，由于未到VT2的觸發(fā)時(shí)刻，VT2未導(dǎo)通，在負(fù)載電感作用下VT1繼續(xù)導(dǎo)通，輸出電壓ud 900的區(qū)域內(nèi)，使紅Ud0，如圖2一18 (a), (b)所示，電動(dòng)機(jī)M作電機(jī)運(yùn)行。整流器輸出功率，電機(jī)吸收功率電流值為上一頁下一頁返回2. 4 有源逆變電路(3)全波整流電路工作在逆變狀態(tài)整流電路的控制角a必須在9001800范圍內(nèi)變化，如圖2一18 (c) , (d)所示。此時(shí)，電流Id為2.三相半波有源逆變電路圖2一19為三相半波整流器帶電動(dòng)機(jī)負(fù)載時(shí)的電路，并假設(shè)負(fù)載電流連續(xù)。當(dāng)a在90 0 1800范圍內(nèi)變化時(shí)，變流器輸出電壓的瞬時(shí)值在整個(gè)周期內(nèi)雖然有正有負(fù)或者全部為負(fù)，但負(fù)的面積總是大于正的面積

27、，故輸出電壓的平均值Ud為負(fù)值.上一頁下一頁返回2. 4 有源逆變電路3.三相橋式有源逆變電路三相全控橋式整流電路用作有源逆變時(shí)，就成了三相橋式逆變電路。三相橋式逆變電路的工作與三相橋式整流電路一樣，要求每隔60。依次觸發(fā)晶閘管，電流連續(xù)時(shí)，每個(gè)管子導(dǎo)通1200，觸發(fā)脈沖必須是雙窄脈沖或者是寬脈沖。直流側(cè)電壓計(jì)算公式為2. 4. 4有源逆變最小逆變角吞min的限制上一頁下一頁返回2. 4 有源逆變電路1.逆變失敗如果逆變角小于換流重疊角Y，即 Y時(shí)，從圖2 - 20所示的波形中可清楚看到，換流還未結(jié)束，電路的工作狀態(tài)到達(dá)uA與uB交點(diǎn)P，從P點(diǎn)之后， uA將高于uB ，晶閘管T承受反壓而重新關(guān)

28、斷，而應(yīng)該關(guān)斷的T1卻承受正壓而繼續(xù)導(dǎo)通，從而造成逆變失敗。2.最小逆變角min的選取1)換相重疊角Y隨電路形式、工作電流的大小不同而不同，一般選取為tq電角度。2)晶閘管關(guān)斷時(shí)間t、所對(duì)應(yīng)的電角度。一般t、大的可達(dá)200 300s，拆算電角度為40一50.上一頁下一頁返回2. 4 有源逆變電路3)安全裕量角 ?？紤]到脈沖調(diào)整時(shí)不對(duì)稱、電網(wǎng)波動(dòng)等因素影響，還必須有一個(gè)安全裕量角，一般選取為100。綜上所述，最小逆變角min為上一頁返回2. 5 無源逆變電路2. 5. 1電壓型單相半橋逆變電路電壓型半橋逆變電路結(jié)構(gòu)及波形如圖2 -21所示。它由兩個(gè)導(dǎo)電臂構(gòu)成，每個(gè)導(dǎo)電臂由一個(gè)全控器件和一個(gè)反并聯(lián)

29、二極管組成。在直流側(cè)接有兩個(gè)相互串聯(lián)的足夠大的電容C1和C2，且滿足C1= C2。設(shè)感性負(fù)載連接在A, 0兩點(diǎn)間。T1和T2之間存在死區(qū)時(shí)間，以避免上、下直通，在死區(qū)時(shí)間內(nèi)兩晶閘管均無驅(qū)動(dòng)信號(hào)。1.電壓型逆變電路半橋逆變電路工作原理在一個(gè)周期內(nèi)，電力晶體管T1和T2的基極信號(hào)各有半周正偏，半周反偏，且互補(bǔ)。若負(fù)載為阻感負(fù)載，設(shè)t2時(shí)刻以前，T1有驅(qū)動(dòng)信號(hào)導(dǎo)通，T2截止，則UD=Ud/2。下一頁返回2. 5 無源逆變電路2.電壓型早相全橋還變電路全控型開關(guān)器件T1和T2構(gòu)成一對(duì)橋臂，T2和T3構(gòu)成一對(duì)橋臂，T1和T4同時(shí)通、斷，T2和T3同時(shí)通、斷，兩對(duì)橋臂各交替導(dǎo)通1800。T1(T4)與T2

30、 (T3)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)互補(bǔ)，即T1和T4有驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí)，T2和T3無驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí)，反之亦然。圖2 - 22所示是RL負(fù)載時(shí)的電路和波形。2. 5. 2電流型逆變電路1.電流型單相橋式逆變電路 當(dāng)以頻率f交替切換開關(guān)管T1, T4和T2 , T3時(shí)，則在負(fù)載上獲得如圖2一23 (b)所示的電流波形。輸出電流波形為矩形波，與電路負(fù)載性質(zhì)無關(guān)，而輸出電壓波形由負(fù)載性質(zhì)決定。上一頁下一頁返回2. 5 無源逆變電路 2.電流型三相橋式逆變電路導(dǎo)電方式為1200導(dǎo)通、橫向換流方式，任意瞬間只有兩個(gè)橋臂導(dǎo)通。導(dǎo)通順序?yàn)門1一T2一T3一T4一T5一T6，依次間隔600每個(gè)橋臂導(dǎo)通1200。這樣，每個(gè)時(shí)刻上橋臂組和

31、下橋臂組中都各有一個(gè)臂導(dǎo)通。輸出電流波形與負(fù)載性質(zhì)無關(guān)，輸出電壓波形由負(fù)載的性質(zhì)決定(見圖2 -24)。上一頁返回2. 6 逆變器的SPWNI控制技術(shù)2. 6. 1 SPWM控制的基本原理(1) PWM產(chǎn)生原理將一個(gè)正弦波半波電壓分成N等份，并把正弦曲線每一等份所包圍的面積都用一個(gè)與其面積相等的等幅矩形脈沖來代替，且矩形脈沖的中點(diǎn)與相應(yīng)正弦等份的中點(diǎn)重合，得到如圖2 -25所示的脈沖列。這就是PWM波形。 (2) SPWM控制方式是對(duì)逆變電路開關(guān)器件的通斷進(jìn)行控制，使輸出端得到一系列幅值相等而寬度不相等的脈沖，用這些脈沖來代替正弦波或者其他需要的波形。下一頁返回2. 6 逆變器的SPWNI控制

32、技術(shù)2.6.2單極性SPWM控制方式(1)定義三角載波只在一個(gè)方向變化，得到的PWM波形也只在一個(gè)方向變化的控制方式稱為單極性SPWM控制方式。(2)原理如圖2一26所示為單相橋式PWM逆變電路原理圖。(3)晶體管的控制規(guī)律調(diào)節(jié)調(diào)制信號(hào)u1的幅值可以使輸出調(diào)制脈沖寬度作相應(yīng)的變化，這能改變逆變器輸出電壓的基波幅值，從而可實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓的平滑調(diào)節(jié);改變調(diào)制信號(hào)u1的頻率則可以改變輸出電壓的頻率。所以，從調(diào)節(jié)的角度來看，SPWM逆變器非常適用于交流變頻調(diào)速系統(tǒng)。波形如圖2一27。上一頁下一頁返回2. 6 逆變器的SPWNI控制技術(shù)2.6.3雙極性SPWM控制方式1)定義:三角載波是正負(fù)兩個(gè)方向變化

33、，所得到的SPWM波形也是在正負(fù)兩個(gè)方向變化控制方式。2)原理。在uf的一個(gè)周期內(nèi)，PWM輸出只有士Ud，兩種電平。逆變電路同一相上下臂的驅(qū)動(dòng)信號(hào)是互補(bǔ)的。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，為了防止上下兩個(gè)橋臂同時(shí)導(dǎo)通而造成短路，在給一個(gè)臂施加關(guān)斷信號(hào)后，再延遲t時(shí)間，然后給另一個(gè)臂施加導(dǎo)通信號(hào)。延遲時(shí)間的長短取決于功率開關(guān)器件的關(guān)斷時(shí)間。需要指出的是，這個(gè)延遲時(shí)間將會(huì)給輸出的PWM波形帶來不利影響，使其偏離正弦波。波形如圖2一28。上一頁下一頁返回2. 6 逆變器的SPWNI控制技術(shù)2. 6. 4 SPWM控制的逆變電路的優(yōu)點(diǎn)1)可以得到接近正弦波的輸出電壓，滿足負(fù)載需要。2)整流電路采用二極管整流，可獲得較高

34、的的功率因數(shù)。3)只用一級(jí)可控的功率的環(huán)節(jié)，電路結(jié)構(gòu)簡單。4)通過對(duì)輸出脈沖寬度控制就可改變輸出電壓的大小，大大加快了逆變器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度。上一頁返回圖2一1單相半波整流電路(阻性負(fù)載)返回圖2一2單相半波整流電路(阻一感性負(fù)載)返回圖2一3單相全控橋式整流電路帶電阻性負(fù)載的電路與工作波形返回圖2 -4單相全控橋式整流電路帶電感性負(fù)載電路與波形圖返回圖2 -5三相半波整流電路帶阻性負(fù)載電路與波形圖返回圖2-6 a = 300時(shí)三相半波整流阻性負(fù)載波形返回圖2一7 a = 600時(shí)三相半波整流阻性負(fù)載波形返回圖2一8三相半波整流電路帶阻一感性負(fù)載電路與波形圖返回圖2一9三相半波共陽極可控整流電路

35、及波形返回圖2一10三相橋式相控整流電路帶電阻負(fù)載a=00返回圖2一11三相橋式相控整流電路帶電阻負(fù)載a =30 0返回圖2一12三相橋式相控整流電路帶電阻負(fù)載a =900返回圖2一13大電感負(fù)載三相全控整流電路及波形返回圖2一14大電感負(fù)載三相全控整流波形返回圖2一15三相橋式半控整流電路及其電壓電流波形返回圖2一16考慮變壓器的漏抗后相控整流電路的等效電路及輸出電壓電流的波形返回圖2一17逆變電路工作原理返回圖2一18單相有源逆變電路返回圖2一19三相半波有源逆變電路返回圖2一20交流側(cè)電抗對(duì)逆變的影響返回圖2 -21電壓型半橋逆變電路及其電壓電流波形返回圖2 - 22電壓型單相全橋逆變電

36、路和電壓、電流波形圖返回圖2 - 23電流型單相橋式逆變電路及電流波形返回圖2 - 24電流型三相橋式逆變電路與波形圖返回圖2一25 PWM波形返回圖2 - 26電壓型單相橋式PWM逆變電路原理圖返回圖2一27單極性PWM控制方式返回圖2一28雙極性PWM控制方式返回第3章 晶閘管觸發(fā)電路3. 1對(duì)觸發(fā)電路的要求3. 2單結(jié)晶體管觸發(fā)電路3. 3同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路3. 4 KC04集成移相觸發(fā)器3. 5六路雙脈沖發(fā)生器KC41 C3. 6三相全控橋整流電路的集成觸發(fā)電路返回3. 1 對(duì)觸發(fā)電路的要求晶閘管觸發(fā)主要有移相觸發(fā)、過零觸發(fā)和脈沖列調(diào)制觸發(fā)等。觸發(fā)電路對(duì)其產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖要求如下

37、:1)觸發(fā)信號(hào)可為直流、交流或脈沖電壓。2)觸發(fā)信號(hào)應(yīng)右早磅的功率(觸發(fā)電壓和觸發(fā)電流)。 3)觸發(fā)脈沖應(yīng)有一定的寬度，脈沖的前沿盡可能陡，以使元件在觸發(fā)導(dǎo)通后，陽極電流能迅速上升超過掣住電流而維持導(dǎo)通，強(qiáng)觸發(fā)電流波形如圖3一1所示。4)觸發(fā)脈沖必須與晶閘管的陽極電壓同步，脈沖移相范圍必須滿足電路要求。返回3. 2單結(jié)晶體管觸發(fā)電路由單結(jié)晶體管構(gòu)成的觸發(fā)電路具有簡單、可靠、抗干擾能力強(qiáng)、溫度補(bǔ)償性能好、脈沖前沿陡等優(yōu)點(diǎn)，在小容量的晶閘管裝置中得到了廣泛應(yīng)用。單結(jié)晶體管觸發(fā)電路由自激振蕩、同步電源、移相、脈沖形成等部分組成。(1)單結(jié)晶體管自激振蕩電路利用單結(jié)晶體管的負(fù)阻特性與RC電路的充放電可

38、組成自激振蕩電路，產(chǎn)生頻率可變的脈沖。工作原理:下一頁返回3. 2單結(jié)晶體管觸發(fā)電路經(jīng)D1D4整流后的直流電源UW，一路經(jīng)R, R2加在單結(jié)晶體管兩個(gè)基極b1, b2之間，另一路通過Re對(duì)電容C充電，通過單結(jié)晶體管放電，控制BT的導(dǎo)通、截止，在電容上形成鋸齒波振蕩電壓，在R1上得到一系列前沿很陡的觸發(fā)尖脈沖，如圖3 -2所示。其振蕩頻率為(2)同步電源同步電壓由變壓器TB獲得，而同步變壓器與主電路接至同一電源，故同步電壓與主電壓同相位、同頻率。(3)移相控制當(dāng)Re增大時(shí)，單結(jié)晶體管發(fā)射極充電到峰點(diǎn)電壓up的時(shí)間增大，第一個(gè)脈沖出現(xiàn)的時(shí)刻推遲，即控制角a增大，實(shí)現(xiàn)了移相。上一頁下一頁返回3. 2

39、單結(jié)晶體管觸發(fā)電路(4)脈沖輸出觸發(fā)脈沖ug由R1直接取出，這種方法簡單、經(jīng)濟(jì)，但觸發(fā)電路與主電路有直接的電聯(lián)系，不安全。無法工作于晶閘管串聯(lián)接法的全控橋電路。所以一般采用脈沖變壓器輸出。上一頁返回3. 3 同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路(1)鋸齒波形成、同步移相環(huán)節(jié)鋸齒波形成電路由T1 , T2 , T3和C2等元件組成，其中T1、D4、RP2和R3為一恒流源電路，如圖3 -3所示。T2截止時(shí)，恒流源電流IIC對(duì)電容C2充電，所以C2兩端電壓uc為(2)同步移相環(huán)節(jié)T4基極電位由鋸齒波電壓uh、控制電壓u2、直流偏移電壓up三者共同決定。(3)同步環(huán)節(jié)同步環(huán)節(jié)是由同步變壓器TB和作同步開關(guān)用的晶

40、體管T2組成。下一頁返回3. 3 同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路(4)脈沖形成環(huán)節(jié)脈沖形成環(huán)節(jié)由T4、T5組成，T7、T8組成脈沖放大電路。(5)雙窄脈沖形成環(huán)節(jié)T5、T6構(gòu)成“或”門。 T5、T6的導(dǎo)通使T7、T8都導(dǎo)通，輸出脈沖。上一頁返回3. 4 KC04集成移相觸發(fā)器KC04集成移相觸發(fā)器可分為同步、鋸齒波形成、移相、脈沖形成、脈沖輸出等幾部分電路。(1)同步電路同步電路由晶體管T1T4等元件組成。正弦波同步電壓。uT經(jīng)限流電阻加到T1、T2基極。在uT正半周， T2截止， T1導(dǎo)通，D1導(dǎo)通，T4由于得不到足夠的基極電壓而截止。在uT的負(fù)半周， T1截止，T2, T3導(dǎo)通，D2導(dǎo)通，T4

41、同樣由于得不到足夠的基極電壓而截止。在上述uT的正、負(fù)半周內(nèi)，當(dāng)uS 0. 7 V時(shí)，T6導(dǎo)通，即u c5 + Up + Uk控制了T6的導(dǎo)通與截止時(shí)刻，也就是控制了脈沖的移相。(4)脈沖形成電路T7與外圍元件組成脈沖形成電路。(5)脈沖輸出電路T8 T15組成脈沖輸出電路。同步電壓uT的一個(gè)周期內(nèi)，T7的集電極輸出兩個(gè)相位差為1800的脈沖。上一頁返回3. 5 六路雙脈沖發(fā)生器KC41 C如圖3一5所示，KC41 C的一腳是六路脈沖輸入端(如三片KC04的六個(gè)輸出脈沖)，每路脈沖由輸入二極管送給本相和前相，再由T1一T6組成的六路電流放大器，分六路輸出。當(dāng)控制端腳接低電平時(shí)，T7截止。當(dāng)腳接

42、高電平時(shí)，T7導(dǎo)通，各路輸出脈沖被封鎖。返回3. 6三相全控橋整流電路的集成觸發(fā)電路利用三片KC04與一片KC41 C可以組成如圖3一6所示的三相全控橋式整流電路的觸發(fā)電路。三相全控橋整流要求用雙窄脈沖觸發(fā)，即用兩個(gè)間隔600的窄脈沖去觸發(fā)晶閘管。返回圖3一1強(qiáng)觸發(fā)電流波形返回圖3一2單結(jié)晶體管觸發(fā)電路與波形返回圖3一3鋸齒波觸發(fā)電路返回圖3一4 KC04集成移相觸發(fā)器返回圖3一5六路雙脈沖發(fā)生器KC41 C返回圖3一6三相全控橋整流電路的集成觸發(fā)電路返回第4章 直流一直流變換電路4. 1直流變換的基本結(jié)構(gòu)和工作原理4. 2直流斬波器4. 3變壓器隔離的直流一直流變換器返回4. 1 直流變換的

43、基木結(jié)構(gòu)和工作原理直流變換電路是利用電力開關(guān)器件周期性的開通與關(guān)斷來改變輸出電壓的大小，將固定的直流電壓改變成可調(diào)的直流電壓的一種電力電子電路，廣泛地應(yīng)用于直流開關(guān)電源和直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。圖4一1 (a)是直流斬波器的結(jié)構(gòu)原理圖。圖中開關(guān)S可以是各種全控型電力電子開關(guān)器件，輸入電源電壓E為固定的直流電壓。當(dāng)開關(guān)S閉合時(shí)，直流電源經(jīng)過S給感性負(fù)載供電;開關(guān)S斷開時(shí)，直流電源供給負(fù)載RL的電流被切斷，L的儲(chǔ)能經(jīng)二極管VD續(xù)流，負(fù)載RL兩端的電壓接近于零。根據(jù)控制開關(guān)S對(duì)輸入直流電壓調(diào)制方式的不同，直流斬波電路有三種不同的斬波形式，即:1)脈沖寬度調(diào)制方式(PWM):斬波開關(guān)的調(diào)制周期T不變，調(diào)節(jié)斬

44、波開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間ton與關(guān)斷時(shí)間toff的比值。下一頁返回4. 1 直流變換的基木結(jié)構(gòu)和工作原理2)脈沖頻率調(diào)制形式(PFM:斬波開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間ton不變，改變斬波開關(guān)的工作周期T。3)混合調(diào)制形式:同時(shí)改變斬波開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間， ton和斬波開關(guān)的工作周期孔采取這種調(diào)制方法，輸出直流平均電壓的可調(diào)范圍較寬，但控制電路較復(fù)雜。在這三種方法中，除在輸出電壓調(diào)節(jié)范圍要求較寬時(shí)采用混合調(diào)制外，一般都采用頻率調(diào)制或脈寬調(diào)制，原因是它們的控制電路比較簡單。在直流斬波器中，比較常用的是脈沖寬度調(diào)制。上一頁返回4. 2 直流斬波器4. 2. 1降壓式直流斬波電路1.電路結(jié)構(gòu)降壓式直流斬波器又稱為Buck變換器，它是

45、一種降壓型DC一DC變換器，它的輸出電壓平均值U0(u0(的平均值)恒小于輸入電壓E，主要用于開關(guān)電源以及需要直流降壓的環(huán)節(jié)，如圖4 -2所示。電路中的控制開關(guān)VT采用全控器件IGBT，也可使用GTR , P一MOSFET等其他全控器件，如果要使用普通晶閘管等半控器件，則必須增設(shè)輔助關(guān)斷電路。電路中的二極管VD起續(xù)流作用，在VT關(guān)斷時(shí)為電感L儲(chǔ)存的能量提供續(xù)流通路，為獲得平直的輸出直流電壓，輸出端采用了LC低通濾波電路，R為負(fù)載，E為輸入直流電源，U0為輸出電壓u0的直流平均電壓。電路輸出端的濾波電容足夠大，以保證輸出電壓恒定。下一頁返回4. 2 直流斬波器2.工作原理1)在控制開關(guān)VT導(dǎo)通期

46、間(ton)，二極管VD反偏，電源E通過電感L向負(fù)載R供電，此間iL增加，電感L的儲(chǔ)能也增加，導(dǎo)致在電感兩端有一個(gè)正向電壓UL= E一u0，左正右負(fù)，如圖4-2 (a)所示。這個(gè)電壓引起電感電流i:的線性增加。2)在控制開關(guān)VT關(guān)斷期間toff ，電感產(chǎn)生感應(yīng)電勢，左負(fù)右正，使續(xù)流二極管VD導(dǎo)通，電流i:經(jīng)二極管VD續(xù)流， UL= -u0 ，電感L向負(fù)載R供電，電感的儲(chǔ)能逐步消耗在R上，電流iL線性下降。如此周而復(fù)始進(jìn)行周期變化。3.基本數(shù)量關(guān)系在穩(wěn)態(tài)情況下，電感電壓波形是周期性變化的。電感電壓在一個(gè)周期內(nèi)對(duì)時(shí)間的積分為0，即上一頁下一頁返回4. 2 直流斬波器4. 2. 2升壓式直流斬波電路

47、1.電路的結(jié)構(gòu)升壓式斬波器也稱為Boost變換器，它是一種升壓型DC一DC變換器，其輸出電壓平均值U,恒大于輸入電壓E，主要用于開關(guān)電源以及直流電動(dòng)機(jī)能量回饋制動(dòng)中。升壓式斬波電路與降壓式斬波電路最大的不同點(diǎn)是，控制開關(guān)VT與負(fù)載R呈并聯(lián)形式連接，具體電路及工作波形如圖4一3所示。2.工作原理假設(shè)電路輸出端的濾波電容器足夠大，以保證輸出電壓恒定，電感L的值也很大。上一頁下一頁返回4. 2 直流斬波器1)當(dāng)控制開關(guān)VT導(dǎo)通時(shí)，電源E向串接在回路中的電感充電儲(chǔ)能，電感電壓UL左正右負(fù)，而負(fù)載電壓u0上正下負(fù)，此時(shí)在R與L之間的續(xù)流二極管VD被反偏，VD截止。2)在控制開關(guān)VT關(guān)斷時(shí)，儲(chǔ)能電感L兩端

48、電勢極性變成左負(fù)右正，續(xù)流二極管VD轉(zhuǎn)為正偏，儲(chǔ)能電感L與電源E疊加共同向電容C充電，向負(fù)載R提供能量，如果VT的關(guān)斷時(shí)間為toff，則此段時(shí)間內(nèi)電感L釋放的能量可以表示為3.基本數(shù)量關(guān)系當(dāng)電路處于穩(wěn)態(tài)時(shí)，一個(gè)周期內(nèi)電感L儲(chǔ)存的能量與釋放的能量相等，即上一頁下一頁返回4. 2 直流斬波器由上式可以求出負(fù)載電壓u0的表達(dá)式，即4. 2. 3升一降壓復(fù)合式直流斬波電路1.電路結(jié)構(gòu)升一降壓式直流斬波電路也稱為反極性斬波電路，該電路的輸出電壓可以高于或低于輸入電壓，電路結(jié)構(gòu)圖如圖4-4 (a)所示。該電路的結(jié)構(gòu)特征是儲(chǔ)能電感L與負(fù)載R并聯(lián)，續(xù)流二極管VD反向串接在儲(chǔ)能電感與負(fù)載之間。電路分析前可先假設(shè)

49、電感L很大，電容C也很大，使電感電流iL和電容電壓uc即負(fù)載電壓(u0 = uc)基本恒定。上一頁下一頁返回4. 2 直流斬波器2.工作原理1)當(dāng)控制開關(guān)VT導(dǎo)通時(shí)，直流電源E經(jīng)VT給電感L充電儲(chǔ)存能量，電感電壓上正下負(fù)，此時(shí)二極管VD被負(fù)載電壓(下正上負(fù))和電感電壓反偏，流過VT的電流為i1(=iL)，方向如圖4一4 (a)所示。2)當(dāng)控制開關(guān)VT關(guān)斷時(shí)，電感L極性變反(上負(fù)下正)，VD正偏導(dǎo)通，電感L中儲(chǔ)存的能量通過VD向負(fù)載R和電容C釋放，放電電流為i2，電容C被充電儲(chǔ)能，負(fù)載R也得到電感L提供的能量。3.基本數(shù)量關(guān)系結(jié)合圖4 -4分析可知，電路處于穩(wěn)態(tài)時(shí)，每個(gè)周期T內(nèi)電感兩端電壓UL對(duì)

50、時(shí)間的積分值為零，即上一頁返回4. 3變壓器隔離的直流一直流變換器4. 3. 1正激變換器1.電路結(jié)構(gòu)在圖4 -2的降壓變換器中，如果將變壓器接入VT管的右側(cè)及VD管的左側(cè)位置，即得圖4 -5所示的正激變換器主電路。由于圖中變壓器一次側(cè)流過單向脈動(dòng)電流，鐵芯極易飽和，為此必須采取防飽和措施，使變壓器鐵芯磁場周期性復(fù)位，防止變壓器鐵芯飽和。另外，開關(guān)器件位置可稍作變動(dòng)，使其發(fā)射極與電源相連接，便于設(shè)計(jì)控制電路。圖4一6是采用能量消耗法磁場復(fù)位方案的正激變換器原理圖。N1、N2分別為變壓器一、二次繞組匝數(shù)。下一頁返回4. 3變壓器隔離的直流一直流變換器2.工作原理在圖4一6中:1)開關(guān)管VT導(dǎo)通時(shí)

51、，有U2 = (N2 /N1) E，電源能量經(jīng)變壓器傳遞到負(fù)載側(cè)。2)開關(guān)管VT截止時(shí)，變壓器一次側(cè)電流經(jīng)VD3和穩(wěn)壓管DW續(xù)流，磁場能量主要消耗在穩(wěn)壓管上。VT承受的最高電壓為E及UDW之和， UDW為穩(wěn)壓管DW的穩(wěn)壓值。正激變換器是具有隔離變壓器的降壓變換器，因而具有降壓變換器的一些特性。上一頁下一頁返回4. 3變壓器隔離的直流一直流變換器4. 3. 2反激變換器1.電路結(jié)構(gòu)反激變換器電路原理如圖4 -7所示。與升一降壓變換器相比較，反激變換器用變壓器代替了升一降壓變換器中的儲(chǔ)能電感。這里的變壓器除了起輸入輸出電隔離作用外，還起到儲(chǔ)能電感的作用。2.工作原理1)當(dāng)開關(guān)管VT導(dǎo)通時(shí)，由于VD

52、，承受反向電壓，變壓器二次側(cè)相當(dāng)于開路，此時(shí)變壓器一次側(cè)相當(dāng)于一個(gè)電感。電源E向變壓器一次側(cè)輸送能量，并以磁場形式存儲(chǔ)起來。2)當(dāng)開關(guān)管VT截止時(shí)，線圈中磁場儲(chǔ)能不能突變，將會(huì)在變壓器二次側(cè)產(chǎn)生上正下負(fù)的感應(yīng)電勢，該感應(yīng)電勢使VD1承受正向電壓而導(dǎo)通，從而磁場儲(chǔ)能轉(zhuǎn)移到負(fù)載上。考慮濾波電感L及續(xù)流二極管VD2的實(shí)用反激變換器電路如圖4一8所示.上一頁下一頁返回4. 3變壓器隔離的直流一直流變換器4. 3. 3半橋式隔離的降壓變換器1.電路結(jié)構(gòu)半橋式隔離的降壓變換器如圖4 -9所示，C1, C2為濾波電容，VD1, VD2為VT1 , VT2的續(xù)流二極管，VD3 , VD4為整流二極管，LC為輸

53、出濾波電路。4. 3. 4全橋式隔離的降壓變換常見的全橋式隔離的降壓變換器電路如圖4一10所示。1)電路的工作原理是:將VT1, VT4作為一組，VT2 , VT3作為另一組，交替控制兩組開關(guān)的關(guān)斷與導(dǎo)通，即可利用變壓器將電源能量傳遞到二次側(cè)。變壓器二次側(cè)電壓經(jīng)VD1及VD2整流、LC濾波后即得直流輸出電壓。改變占空比即可控制輸出電壓大小。上一頁下一頁返回4. 3變壓器隔離的直流一直流變換器2)電容C0的作用是防止變壓器流過直流電流分量而設(shè)置的。由于正負(fù)半波控制脈沖的寬度難以做到絕對(duì)相同，同時(shí)開關(guān)器件特性難以完全一致，從而電路工作時(shí)流過變壓器一次側(cè)的電流正負(fù)半波難以完全對(duì)稱，因此，加上C0以防

54、止鐵芯磁場飽和。上一頁返回圖4-1脈寬調(diào)速系統(tǒng)原理圖與工作波形圖返回(a)結(jié)構(gòu)原理圖:(b)波形圖圖4 -2降壓式直流斬波電路(Buck變換器)與工作波形圖返回(a)結(jié)構(gòu)原理圖:(b)波形圖圖4一3 升壓式斬波電路及工作波形圖返回(a)結(jié)構(gòu)原理圖:(b)波形圖圖4-4升一降壓式斬波電路及工作波形返回圖4一5正激變換器主電路原理圖返回圖4 - 6能量消耗法磁場復(fù)位方案的正激變換器原理圖返回圖4一7反激變換器電路原理圖返回圖4一8帶LC濾波的反激變換器實(shí)用電路返回圖4一9半橋式降壓變換器返回圖4一10全橋式隔離的降壓變換器電路返回第5章 交流變換電路5. 1晶閘管交流開關(guān)電路5. 2交流調(diào)壓電路5

55、. 3交一交變頻電路返回5. 1晶閘管交流開關(guān)電路5.1.1晶閘管交流開關(guān)電路晶閘管交流開關(guān)的基本形式在圖5一1中給出了兩種電路連接結(jié)構(gòu)。該電路中的晶閘管交流開關(guān)可以在毫安級(jí)門極電流的觸發(fā)下，控制幾十至幾百安培以上的負(fù)載電流的通斷。交流開關(guān)的工作特點(diǎn)是晶閘管在承受正向電壓時(shí)觸發(fā)導(dǎo)通，而在電壓過零或承受反向電壓時(shí)自然關(guān)斷。 圖5一1 (a)是采用兩個(gè)單向晶閘管反向并聯(lián)構(gòu)成的交流開關(guān)，其優(yōu)點(diǎn)是負(fù)載回路結(jié)構(gòu)簡單。圖5一1 ( b)是采用二極管全橋整流電路與一個(gè)晶閘管構(gòu)成的交流開關(guān)，負(fù)載串接在二極管全橋的交流輸入端，直流輸出端接單向晶閘管，其優(yōu)點(diǎn)是晶閘管的觸發(fā)電路相對(duì)比較簡單。下一頁返回5. 1晶閘管

56、交流開關(guān)電路5. 1. 2雙向晶閘管交流開關(guān)電路圖5一1 (a)所示晶閘管交流開關(guān)中的兩只晶閘管也可以用一只雙向晶閘管替代，這樣可以簡化負(fù)載控制回路和觸發(fā)回路的結(jié)構(gòu)。雙向晶閘管交流開關(guān)電路如圖5 -2所示。雙向晶閘管在應(yīng)用中要注意觸發(fā)的靈敏度。雙向晶閘管正反兩個(gè)方向都能導(dǎo)通，門極加正負(fù)電壓都能觸發(fā)。主電壓與觸發(fā)電壓相互配合，可以得到四種觸發(fā)方式:(1) I+觸發(fā)方式(2) I一觸發(fā)方式(3)+觸發(fā)方式(4)-觸發(fā)方式上一頁下一頁返回5. 1晶閘管交流開關(guān)電路由于雙向晶閘管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原因，四種觸發(fā)方式中觸發(fā)靈敏度不相同。 +觸發(fā)方式靈敏度最低，使用時(shí)要盡量避開，常用的觸發(fā)方式為I+和-。如果設(shè)I

57、+的觸發(fā)電流為1，則各種方式的大致觸發(fā)特性比較見表5一1。5. 1. 3自動(dòng)恒溫電熱爐自動(dòng)恒溫電熱爐的應(yīng)用如圖5 -3所示。圖中由雙向晶閘管替代傳統(tǒng)的交流接觸器構(gòu)成三相自動(dòng)溫控電熱爐電路，當(dāng)開關(guān)Q撥到“自動(dòng)”位置時(shí)，爐溫可以自動(dòng)保持在給定溫度范圍內(nèi)。上一頁下一頁返回5. 1晶閘管交流開關(guān)電路帶抽頭變壓器的晶閘管穩(wěn)壓電源由于電源電壓和負(fù)荷的改變，變壓器的副邊電壓往往會(huì)變動(dòng)，為使電壓穩(wěn)定，最簡便的方法是改變變壓器的匝數(shù)比，即調(diào)節(jié)變壓器原邊或副邊繞組的抽頭，對(duì)于大功率的電熱爐變壓器，當(dāng)需要隨負(fù)荷改變而調(diào)壓時(shí)就常用這種方式。如圖5一4所示，在變壓器副邊設(shè)置若干抽頭，改接抽頭進(jìn)行調(diào)壓。由于電熱爐功率大，

58、一般是用晶閘管(或其他電力電子器件)開關(guān)進(jìn)行切換。像這類具有功率切換功能的開關(guān)稱為交流開關(guān)或交流無觸點(diǎn)開關(guān)。若需要調(diào)節(jié)功率大小，則稱為交流功率調(diào)節(jié)器。上一頁返回5. 2 交流調(diào)壓電路交流調(diào)壓電路是一種能調(diào)節(jié)交流電壓有效值大小的電路。交流調(diào)壓電路中的晶閘管通常有兩種控制方式。(1)相位控制在電源電壓的每一周期，在選定的時(shí)刻將負(fù)載與電源接通，改變選定的時(shí)刻即可達(dá)到調(diào)壓的目的，如圖5-5所示。(2)通斷控制將晶閘管作為開關(guān)，使負(fù)載與電源接通若干周波，然后再斷開若干周波，通過改變通斷的時(shí)間比達(dá)到調(diào)壓的目的。波形如圖5 -6所示，有全周波連續(xù)式和全周波間隔式兩種形式。通斷控制采取的是過零觸發(fā)方式。這種控

59、制方式的交流調(diào)壓電路多用于輸出功率的調(diào)節(jié)，所以又叫交流調(diào)功電路。下一頁返回5. 2 交流調(diào)壓電路5. 2. 1雙向晶閘管構(gòu)成的交流調(diào)壓電路雙向晶閘管通常與雙向二極管配合組成交流調(diào)壓電路。1.雙向二極管(1)外形與符號(hào)雙向二極管又稱雙向觸發(fā)二極管，它在電路中可以雙向?qū)?。雙向二極管的實(shí)物外形和圖形符號(hào)如圖5 -7所示。(2)性質(zhì)普通二極管具有單向?qū)щ娦?，而雙向二極管具有雙向?qū)щ娦裕膶?dǎo)通電壓通常比較高。下面通過圖5-8所示電路來說明雙向二極管性質(zhì)。上一頁下一頁返回5. 2 交流調(diào)壓電路(3)特性曲線雙向二極管的性質(zhì)可用圖5 -9所示的曲線來表示，坐標(biāo)中的橫軸表示雙向二極管兩端的電壓，縱坐標(biāo)表

60、示流過雙向二極管的電流。從圖中可以看出，當(dāng)雙向二極管兩端加正向電壓時(shí)，如果兩端電壓低于UB1，流過的電流很小，雙向二極管不能導(dǎo)通，一旦兩端的電壓達(dá)到UB1 (稱為觸發(fā)電壓)，雙向二極管馬上導(dǎo)通，流過的電流增大，同時(shí)雙向二極管兩端的電壓會(huì)下降(低于UB1)。(4)檢測雙向二極管的檢測包括好壞檢測和觸發(fā)電壓檢測。好壞檢測。將萬用表撥至R x 1 k擋，測量雙向二極管正、反向電阻，如圖5-10所示。若雙向二極管正常，正、反向電阻均為無窮大。若測得的正、反向電阻很小或?yàn)?，說明雙向二極管漏電或短路，不能使用。上一頁下一頁返回5. 2 交流調(diào)壓電路觸發(fā)電壓檢測。檢測雙向二極管的觸發(fā)電壓方法如下:第1步: