第十一章電力電子電路

第十一章電力電子電路第1頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月第11章教學(xué)基本要求要知道晶閘管導(dǎo)通及關(guān)斷條件、控制角與導(dǎo)通角含義及之間關(guān)系、可控整流基本原理、單結(jié)晶體管構(gòu)成的觸發(fā)電路基本原理及同步觸發(fā)含義。會計(jì)算電阻性負(fù)載的單相半控橋式整流電路的輸出直流平均電壓及對晶閘管和整流二極管參數(shù)要求、單結(jié)晶體管觸發(fā)電路控制角及移相范圍。第2頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月電力電子電路第

十一

章11.2.1晶閘管的符號和外型11.2.2晶閘管的工作原理11.1概述11.2.3晶閘管的主要參數(shù)及型號11.2晶閘流管的結(jié)構(gòu)和工作原理第3頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月11.1概述電力電子電路—用微弱信號對電力電子器件進(jìn)行通斷控制，實(shí)現(xiàn)在高電壓、大電流或電能間進(jìn)行各種轉(zhuǎn)換的電路。電力電子器件的發(fā)展（又稱電力或功率半導(dǎo)體器件）第一代：以晶閘管為主的半控型第二代：半控型（自關(guān)斷）第三代：功率集成電路（集功率開關(guān)器件、驅(qū)動、緩沖、保護(hù)、檢測和傳感器于一身）晶閘管(Thyristor)—可控硅，是一中受控硅二極管。優(yōu)點(diǎn)：體積小、重量輕、耐壓高、容量大、響應(yīng)速度快、控制靈活、壽命長、使用維護(hù)方便。缺點(diǎn)：大多工作與斷續(xù)的非線性周期工作狀態(tài)，產(chǎn)生大量諧波干擾電網(wǎng)；過載能力和抗擾能力較差、控制電路復(fù)雜。（由于技術(shù)進(jìn)步，近年有改善）第4頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月11.2晶閘管的結(jié)構(gòu)和工作原理11.2.1晶閘管的符號和外型符號陽極ak陰極g控制極螺栓式平板式塑封式第5頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月11.2.2晶閘管的工作原理等效結(jié)構(gòu)等效工作電路符號電路1.觸發(fā)導(dǎo)通：S閉合，觸發(fā)信號UGK

IB2

(IG)

IC2

(

2IB2)

IC1

(

1

2IB2)形成正反饋，晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通UGK=0.6~1.2V2.關(guān)斷方法：降低正向電壓，使陽極電流小于維持電流IH則截止。使UGK0則截止。第6頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月11.2.3晶閘管的主要參數(shù)及型號一、電壓額定值1.額定電壓(耐壓)UD：指加在管子上的最大允許電壓。為保證安全，選型要求UD大于實(shí)際工作峰值電壓2~3倍。2.通態(tài)平均電壓UF：指通過正向正弦半波額定電流時(shí)，在導(dǎo)通一個(gè)周期內(nèi)管子兩端的平均電壓。為0.6

~

1.2V。3.反向擊穿電壓UBR：指達(dá)到反向擊穿時(shí)所加反向電壓。4.反向重復(fù)峰值電壓URRM：當(dāng)控制極開路，允許重復(fù)加在管子上的反向峰值電壓。URRM=UBR

–

100

V。二、電流額定值1.額定正向平均電流IF

：指允許通過工頻正弦半波電流平均值。一般取IF為正常平均電流的1.5~2倍。2.維持電流

IH：指由通態(tài)到斷態(tài)的最小陽極電流。3.浪涌電流IFSM：指晶閘管能承受的最大過載電流的峰值。第7頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月三、控制極額定參數(shù)1.控制極觸發(fā)電壓UG、觸發(fā)電流IG

：指管子觸發(fā)導(dǎo)通所需的最小控制極直流電壓、電流。通常UG為1~5V，IG為幾十至幾百毫安。2.控制極正向、反向最大電壓、最大電流和平均功率及瞬時(shí)最大功率。四、其它定額通態(tài)電流上升率dia/dt、斷態(tài)電壓臨界上升率duak/dt、開通時(shí)間ton、關(guān)斷時(shí)間toff。第8頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月五、晶閘管型號據(jù)JB1144—75規(guī)定，KP型普通晶閘管的型號和含義為：KP

-

晶閘管普通型晶閘管（另有K-快速型，S—雙向型）額定通態(tài)平均電流IF系列從1~1000

A內(nèi)分14個(gè)規(guī)格。額定電壓UD等級，

1000

V級差為100

V；1000

~3000

V級差為200

V，單位為100V。通態(tài)平均電壓UF組別（小于100A不標(biāo)）分9級，用A~

I表示0.4~1.2V，級差0.1V例如KP100－12G表示IF=

100

A，UD=

1200

V，UF=

1

V的普通型晶閘管。第9頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月11.3.1電阻性負(fù)載的單相半控橋式整流電路11.3.2觸發(fā)電路11.3.3晶閘管、單結(jié)晶體管電路應(yīng)用舉例11.3單相可控整流電路及觸發(fā)電路第10頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月11.3.1電阻性負(fù)載的單相半控橋式整流電路一、工作原理兩只晶閘管和兩只二極管構(gòu)成半控整流u2、ak和RL組成主回路gk及其控制電路組成觸發(fā)回路u2正半周，當(dāng)t=

，T1觸發(fā)導(dǎo)通、D2導(dǎo)通，T2、D1截止當(dāng)t=，u2=0

，T1阻斷、D2截止，T2、D1截止u2負(fù)半周,當(dāng)t=+

，T2觸發(fā)導(dǎo)通、D1導(dǎo)通，T1、D2截止當(dāng)t=2，u2=0

T2阻斷、D1截止，T1、D2截止第11頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月二、參數(shù)計(jì)算1.輸出電壓和電流2.晶閘管和二極管工作參數(shù)第12頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月例11.3.1要求UO=1~120V可調(diào)，直流平均電流為10A，220V交流供電，單相橋式半控，試選擇U2、晶閘管和二極管。[解]當(dāng)

=0

，變壓器副邊電壓有效值U2最大為：考慮電網(wǎng)波動及變壓器效率，取U2為150

V。晶閘管和二極管的平均電流為：額定電流為IF=2ITAV=10

A晶閘管和二極管承受的最大反向電壓為：選擇晶閘管和二極管的要求URM>2

212

VIFM>

10

A第13頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月11.3.2觸發(fā)電路觸發(fā)電路—向晶閘管控制極提供觸發(fā)信號的電路。

對觸發(fā)脈沖的基本要求：(1)與主回路電源電壓的相位具有一定控制角對應(yīng)關(guān)系。(2)觸發(fā)電壓為4

~

10V。(3)觸發(fā)脈沖寬度不低于6s，最好為20~50s。(感性負(fù)載應(yīng)更寬)

(4)在發(fā)送觸發(fā)脈沖之前，觸發(fā)輸出電壓應(yīng)<0.15~0.2V，或?yàn)楱C2~–1V，以免誤觸發(fā)。第14頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月一、單結(jié)晶體管的符號和外形等效電路DAb2b1eRb2Rb1符號b2b1b1—第一基極b2—第二基極Rb1、Rb1—基極與基體間體電阻Rbb=Rb1+Rb12~15kA—內(nèi)部分壓點(diǎn)

—分壓比一般在0.3~0.9之間外形eb1b2eb1

b2第15頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月二、單結(jié)晶體管的伏安特性當(dāng)UE<UA，PN結(jié)反偏，IE反向電流很小，F(xiàn)G段；UE=UA，PN結(jié)零偏，IE=0，G點(diǎn)；UE=UA~（UA+UD），PN結(jié)微導(dǎo)通，IE=0，GP段；UE>UA+UD,PN結(jié)導(dǎo)通，呈現(xiàn)負(fù)阻特性，IE

UE

PV段；（因內(nèi)部多子流量增大，Rb1減少，

UA

UE）在V點(diǎn)后，IE

UE

，多子流量飽和，Rb1不再減小。峰點(diǎn)4

A谷點(diǎn)第16頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月三、單結(jié)晶體管的振蕩電路初始，uE=0，T截止，C充電，uE按指數(shù)曲線

；當(dāng)UE>UP，T

突然導(dǎo)通，C放電并輸出上跳沿，

uE按指數(shù)曲線迅速

；當(dāng)UE

UV，T又截止，C開始充電…第17頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月三、單結(jié)晶體管的振蕩電路充電時(shí)間T1，放電時(shí)間T2,因（Rb1+RB1）C<<REC，T

T2第18頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月四、單結(jié)晶體管的觸發(fā)電路主回路產(chǎn)生梯形波uB，作觸發(fā)電路電源觸發(fā)電路調(diào)節(jié)RB1即調(diào)節(jié)第一個(gè)觸發(fā)脈沖的

角。Tr為同步變壓器，給一次側(cè)主回路和二次側(cè)提供相同頻率，在u1、

u2、

uB過零同時(shí)，單結(jié)管內(nèi)部uA=0，使C電荷泄放完，實(shí)現(xiàn)下一周期同步觸發(fā)。第19頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月11.3.3晶閘管、單結(jié)晶體管電路應(yīng)用舉例一、單相交流調(diào)壓電路的應(yīng)用主回路*通過調(diào)節(jié)RP調(diào)節(jié)觸發(fā)脈沖的控制

角，使負(fù)載的導(dǎo)通角改變，從而調(diào)節(jié)輸出電壓。*每當(dāng)T1導(dǎo)通，觸發(fā)電路停止振蕩，當(dāng)220V交流過零時(shí)，T1截止，觸發(fā)電路重新工作，提供下一次觸發(fā)脈沖。保護(hù)T1，C1吸收尖峰過電壓，R1起阻尼作用，防止自激振蕩產(chǎn)生高壓起隔離作用第20頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月二、樓梯燈自動關(guān)燈電路充電到峰點(diǎn)電壓UPT1導(dǎo)通，產(chǎn)生正脈沖使T2瞬