第十一章電力電子電路.ppt

1、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。,會計算,電阻性負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。,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,11.1 概 述,電力電子電路 用微弱信號對電力電子器件進行通斷控制，實現(xiàn)在高電壓、大電流或電能間進行各種轉(zhuǎn)換的電路。,電力電子器件的

2、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、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：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、使用維護方便。 缺點：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)進步，近年有改善）,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,螺栓式,平板式,塑封式,11.2.2 晶閘管的工作原理,等效 結(jié)構(gòu),等效工作電路,

3、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 (12IB2),形成正反饋，晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通,UGK = 0.6 1.2V,2. 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UGK 0則截止。,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大于實際工作峰值電壓23倍。,2. 通態(tài)平均電壓UF ：指通過正向正弦半波額定電流時，在導(dǎo)通一個周期內(nèi)管子兩端的平均電壓。為0.6 1.2V。,3. 反向擊穿電壓UBR ：指達到反向擊穿時所加

4、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。,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最大功率。,四、

5、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 、開通時間 ton、關(guān)斷時間toff。,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：,K P - ,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 1 000 A內(nèi)分14個規(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） 分9級，用A I 表示0.4 1.2V，級差0.1V,例如 KP10012G 表示IF = 100 A， UD = 12

6、00 V， UF = 1 V的普通型晶閘管。,11.3.1 電阻性負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,11.3.1 電阻性負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

7、阻斷、D1截止， T1、D2截止,二、參數(shù)計算,1. 輸出電壓和電流,2. 晶閘管和二極管工作參數(shù),例 11.3.1 要求UO =1120V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 V,IFM 10 A,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

8、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 10 V。 (3) 觸發(fā)脈沖寬度不低于 6 s，最好為20 50 s。 (感性負載應(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， 或為 2 1V，以免誤觸發(fā)。,一、單結(jié)晶體管的符號和外形,等效電路,符號,b1 第一基極 b2 第二基極 Rb1、Rb1 基極與基體間體電阻 Rbb = Rb1+ Rb1 2 15 k A 內(nèi)部分壓點, 分壓比 一般在 0.3 0.9 之間,外 形,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

9、結(jié)零偏，IE = 0，G點；,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點后， IE UE ，多子流量飽和， Rb1不再減小。,峰點,4 A,谷點,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,三、單結(jié)晶體管的振蕩電路,充電時間T1，放電時間T2,因（Rb1+ RB1 ）C RE C ，,T T2,四、單結(jié)晶體管的觸發(fā)電路,調(diào)節(jié)RB1即調(diào)節(jié)第一個觸發(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，單結(jié)管內(nèi)部uA = 0，使C電荷泄放 完，實現(xiàn)下一周期同步觸發(fā)。,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,* 通過調(diào)節(jié)RP調(diào)節(jié)觸發(fā)脈沖的控制角，使負載的導(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， T1截止，觸發(fā)電路重新工作，提供下一次觸發(fā)脈沖。,保護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