電力電子技術－ch2 可控整流電路-單相半波

1、1,第一章 晶閘管,第一節(jié) 晶閘管的結(jié)構(gòu)和工作原理,第二節(jié) 晶閘管的特性和主要參數(shù),2,晶閘管內(nèi)部管芯結(jié)構(gòu)：雙晶體管模型,第一節(jié) 晶閘管的結(jié)構(gòu)和工作原理,復習,3,1 導通條件： UAK0 AND UGK0 (iG 0適當值) 2 關斷條件： IA減小至維持電流以下 UAK減小到零或加反壓來達到 一旦導通，門極失去控制 可用脈沖信號控制,第一節(jié) 晶閘管的結(jié)構(gòu)和工作原理,二晶閘管的導通關斷條件,只能控制導通，不能控制關斷,復習,4,Ig,Ib2,Ic2 (Ib1),Ic1,第一節(jié) 晶閘管的結(jié)構(gòu)和工作原理,三晶閘管的工作原理,導通的過程：,正反饋！,復習,5,一、晶閘管的伏安特性 UAK與IA之間

2、的變化關系曲線,第二節(jié) 晶閘管的特性和主要參數(shù),I 象限：正向特性,III 象限：反向特性,復習,6,二、晶閘管的主要參數(shù),1）電壓參數(shù),第二節(jié) 晶閘管的特性和主要參數(shù),復習,UDSM斷態(tài)不重復峰值電壓 UDRM 斷態(tài)重復峰值電壓 URSM 反向不重復峰值電壓 URRM 反向重復峰值電壓 額定電壓：min(UDRM ，URRM)取整,UON通態(tài)平均電壓（管壓降）： 通過正弦半波的額定通態(tài)平均電流和額定結(jié)溫時，A-K電壓降平均值,7,ITav通態(tài)平均電流（額定電流） 允許通過的工頻正弦半波電流的平均值 （環(huán)境溫度+40度和規(guī)定的冷卻條件下導通角不小于170度阻性負載電路）,第二節(jié) 晶閘管的特性和

3、主要參數(shù),二、晶閘管的主要參數(shù),2）電流參數(shù),復習,允許通過的電流有效值,IT =1.57ITav 1.57：正弦半波的波形系數(shù)Kf（=IT/Id）,ITav=(1.52) IT/1.57= (1.52) KfId/1.57,具體應用中的SCR額定電流選?。焊鶕?jù)有效值！,8,第二節(jié) 晶閘管的特性和主要參數(shù),二、晶閘管的主要參數(shù),2）電流參數(shù), ITav通態(tài)平均電流（額定電流）, 維持電流 IH 使晶閘管維持導通所必需的最小電流, 擎住電流 IL 晶閘管剛從斷態(tài)轉(zhuǎn)入通態(tài)并移除觸發(fā)信號后， 能維持導通所需的最小電流 對同一晶閘管來說，通常IL約為IH的24倍, 浪涌電流ITSM 指由于電路異常情況

4、引起的并使結(jié)溫超過額定結(jié)溫的不重復性最大正向過載電流,復習,9,第二節(jié) 晶閘管的特性和主要參數(shù),二、晶閘管的主要參數(shù),3）動態(tài)參數(shù), du/dt-斷態(tài)電壓臨界上升率 條件：額定結(jié)溫，門極開路 使SCR保持斷態(tài)所能承受的最大電壓上升率,超過會誤導通： J2結(jié)電容效應-位移電流 限制方法： 在SCR A-K兩端并RC (防止截止期間誤導通),10,第二節(jié) 晶閘管的特性和主要參數(shù),二、晶閘管的主要參數(shù),3）動態(tài)參數(shù), di/dt-通態(tài)電流臨界上升率 在規(guī)定條件下，SCR門極觸發(fā)開通時，SCR能承受的不會導致?lián)p壞的通態(tài)電流最大上升率,di/dt超過會引起過熱損壞： 電流集中！ 限制方法： 在陽極電路串

5、一小電感；快速上升的強觸發(fā)脈沖可提高di/dt承受能力,11,第二節(jié) 晶閘管的特性和主要參數(shù),二、晶閘管的主要參數(shù),3）動態(tài)參數(shù), tON-門極控制開通時間 tON =td(延時)+tr(上升),12,第二節(jié) 晶閘管的特性和主要參數(shù),二、晶閘管的主要參數(shù),3）動態(tài)參數(shù), tOF-電路換向關斷時間 tOF =trr(反向恢復)+tgr(門極恢復) SCR承受反壓時間必須大于ToF,13,動態(tài)特性,晶閘管的開通和關斷過程波形,第二節(jié) 晶閘管的特性和主要參數(shù),14,三、晶閘管的門極伏安特性和參數(shù)定額,門極伏安特性： UGK-Ig關系。 與二極管相似 三個區(qū)： 不觸發(fā)區(qū)：0-UGDIGD UGD不觸發(fā)

6、電壓 IGD 不觸發(fā)電流 可靠觸發(fā)區(qū)：ABCGFED UGT觸發(fā)電壓 IGT 觸發(fā)電流 不可靠觸發(fā)區(qū)：ABCJIH,G,第二節(jié) 晶閘管的特性和主要參數(shù),15,UGFM門極的正向峰值電壓 IGFM 門極的正向峰值電流 PGav 門極的平均功率 PGM 門極的峰值功率,第二節(jié) 晶閘管的特性和主要參數(shù),三、晶閘管的門極伏安特性和參數(shù)定額,16,第一章 學習要求！,了解、掌握晶閘管的： 電工符號，三個極名稱； 內(nèi)部結(jié)構(gòu)構(gòu)成及工作原理（雙晶體管模型）； 開通和關斷條件； 基本特性(伏安特性) 主要參數(shù)；額定電流 門極可靠觸發(fā)區(qū)選取 選擇和使用中應注意的一些問題,17,晶閘管的選取方法！,主要包括額定電壓

7、、額定電流參數(shù)兩部分。額定電壓參數(shù)的選取主要是根據(jù)晶閘管所承受的最大電壓，再根據(jù)要求乘以電壓安全裕量系數(shù)； 額定電流參數(shù)的選取主要是根據(jù)晶閘管電流的通態(tài)平均值，再根據(jù)要求乘以電流安全裕量系數(shù)即可。 根據(jù)計算的電壓和電流的數(shù)值，及生產(chǎn)廠家提供的晶閘管的參數(shù)表，就可確定所選晶聞管的型號。,18,電力電子技術 Power Electronics,第二章 可控整流電路,19,第二章 可控整流電路,本課程重點內(nèi)容之一(一般30%) 主要內(nèi)容： 幾種常用的可控整流電路及工作原理，不同性質(zhì)負載下電壓電流波形，電量基本關系，掌握分析方法; 工作原理波形分析定量分析 掌握各種電路特點和應用范圍，根據(jù)用電設備要求

8、正確設計可控整流電路及元件的參數(shù),20,可控整流電路簡介,電能的變換：整流器、逆變器、斬波器、交流調(diào)壓器,整流電路的定義：將交流電變換成大小可以調(diào)節(jié)的直流電，是出現(xiàn)最早的電力電子電路,整流電路的分類：,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,按組成的器件可分為不可控、半控、全控,21,幾種典型的單相可控整流電路,單相半波整流電路,單相橋式全控整流電路,單相橋式半控整流電路,帶電阻負載的工作情況 帶阻感負載的工作情況 帶反電動勢負載時的工作情況,22,可控整流電路的學習要領,熟悉可控整流電路并掌握分析方法 根據(jù)電路負載性質(zhì)，分析導通關斷物理過程,不同性質(zhì)負載下電

9、壓電流波形，電量基本關系,掌握各種電路特點和應用范圍,根據(jù)用電設備要求正確設計可控整流電路及元件的參數(shù),23,單相半波可控整流電路,單相半波整流電路 純阻性負載工作情況 阻感性負載工作情況 帶續(xù)流二極管的阻感性負載工作情況,24,單相半波可控整流電路,帶電阻負載的工作情況,電阻負載的特點：電壓與電流成正比，兩者波形相同 。,變壓器T起幅值變換和電氣隔離的作用,電路由變壓器、晶閘管和電阻負載組成,25,復習：晶閘管的開通和關斷原理,承受反向電壓時，不論門極是否有觸發(fā)電流，晶閘管都不會導通。 承受正向電壓時，僅在門極有觸發(fā)電流的情況下晶閘管才能開通。 晶閘管一旦導通，門極就失去控制作用。 要使晶閘

10、管關斷，只能使晶閘管的電流降到接近于零的某一數(shù)值以下 。,晶閘管正常工作時的開通和關斷原理：,26,(0, t 1),末加門極驅(qū)動電壓情況： 假設: SCR(VT)為理想開關 u2= U2msint單相交流電源 u20時： SCR承受正向電壓 若無門極觸發(fā)信號: SCR-正向阻斷； 承受電壓為：u2; id=0, ud=0,單相半波可控整流電路,帶電阻負載的工作情況,27,當t=時： 加觸發(fā)信號： SCR導通 iT= id = i2（副邊回路） ud=u2 id=ud/R=u2/R t=時： iT= id = i2 =0 SCR關斷,(t 1，),單相半波可控整流電路,帶電阻負載的工作情況,2

11、8,SCR承受反壓阻斷,( ，2),單相半波可控整流電路,帶電阻負載的工作情況,29,單相半波可控整流電路,ud為脈動直流，只在u2正半周出現(xiàn)，-半波整流 可控器件+交流輸入為單相-單相半波可控整流電路 ud波形在一個電源周期中只脈動1次-單脈波整流電路,30,單相半波可控整流電路,幾個重要的基本概念：,觸發(fā)角a ：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,移相范圍：控制角的變化范圍,導通角 ：晶閘管在一個電源周期中處于通態(tài)的電角度,31,單相半波可控整流,直流輸出電壓平均值為,VT的a 移相范圍為180 相控整流：通過控制觸發(fā)脈沖的相位，即可控制直流輸出電壓大小,帶電阻負載的工

12、作情況,32,阻性負載情況小結(jié) * SCR管觸發(fā)導通，將交流電變成脈動的直流電 * 改變角，可以改變輸出電壓電流波形和大小 * SCR管可能承受的最大反向電壓為U2電壓峰值，最大正向電壓為U2峰值 * SCR是否能觸發(fā)導通的依據(jù)是電壓正偏 * SCR從導通變關斷的依據(jù)是流過SCR的電流為零(或AK兩端電壓小于零),單相半波可控整流電路,33,單相半波整流電路 純阻性負載工作情況 阻感性負載工作情況 帶續(xù)流二極管的阻感性負載工作情況,單相半波可控整流電路,34,電感的特性,根據(jù)電磁感應定律：當有變動電流通過電感時，由于穿過線圈的磁通隨之而變動，線圈中將會有感應電動勢產(chǎn)生； 根據(jù)楞次定律：感應電流

13、產(chǎn)生的磁通總是反抗回路中原磁通量的變化，即與電流凈增加方向相反； 根據(jù)電感電流的變化，可以得知感應電動勢的大小和方向 所以感應電動勢的實際方向總是企圖阻止電流的變化；電感電流不能發(fā)生突變,單相半波可控整流電路,35,電感的能量,電感所儲存的磁場能量 當電流絕對值增加時，電感元件儲能增加，元件吸收電能轉(zhuǎn)變?yōu)榇艌瞿芰?當電流絕對值減小時，電感元件儲能減小，元件將磁場能量釋放出來轉(zhuǎn)變成電能 電感是一種儲能元件，并不將吸收的能量消耗掉，而是以磁場能量形式儲存，也不會釋放出多于吸收儲存的能量無源器件,單相半波可控整流電路,36,電感的伏秒積平衡,如果電感電流周期性變化，且工作在穩(wěn)定狀態(tài)，即電感的電流在周

14、期開始時的值等于該周期結(jié)束時的值，那么電感一個周期內(nèi)的伏秒積為零，即電感的二端的電壓平均值為零,單相半波可控整流電路,37,帶感性負載的工作情況,關鍵：電壓過零時VT維持導通；電流過零時VT關斷；負載端電壓平均值下降,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。,單相半波可控整流電路,38,單相半波可控整流電路,初始條件：t= a ，id=0，求解,當t=+a 時，id=0，代入式整理得,VT處于通態(tài)時，如下方程成立：,帶感性負載的工作情況,導通角的計算,負載阻抗、阻抗角,39,負載阻抗角、觸發(fā)角a、晶閘管導通角的關系,若為定值，a 越大，在u2正半周L儲能越少，維

15、持導電的能力就越弱，越小,若a為定值， 越大，電感量越大，則L貯能越多，越大,若a為定值， 越大，在u2負半周L維持晶閘管導通的時間長，ud中負的部分也越多，平均值Ud越小,單相半波可控整流電路,40,單相半波整流電路,單相半波整流電路 純阻性負載工作情況 阻感性負載工作情況 帶續(xù)流二極管的阻感性負載工作情況,41,單相半波可控整流電路,帶續(xù)流二極管 為避免Ud太小，在整流電路的負載兩端并聯(lián)續(xù)流二極管,續(xù)流過程：,當u2過零變負時，VDR導通，ud為零,續(xù)流期間ud為零，ud中不再出現(xiàn)負的部分,此時為負的u2通過VDR向VT施加反壓使其關斷，L儲存的能量保證了電流id在L-R-VDR回路中流通

16、-續(xù)流,42,。,單相半波可控整流電路,帶續(xù)流二極管與不帶續(xù)流二極管的比較,在u2正半周時兩者工作情況一樣,續(xù)流期間ud為0，ud中不再出現(xiàn)負的部分,43,當電感足夠大時L R,有效值：,平均值：,一般可認為輸出電流近似維持不變，id為一條水平線，恒為Id,帶續(xù)流二極管電路計算,單相半波可控整流電路,44,單相半波可控整流電路的特點,這種電路結(jié)構(gòu)簡單，但輸出電壓脈動大 變壓器二次側(cè)電流中含直流分量，造成變壓器鐵芯直流磁化 實際上很少應用此種電路,45,單相半波可控整流電路的小結(jié),熟悉單相半波可控整流電路和工作原理，建立起整流電路的基本概念，學會此類電路的通用分析方法,掌握單相半波可控整流的分析方法 根據(jù)工作模態(tài)作出等效電路 列出工作模態(tài)的穩(wěn)態(tài)方程 求解微分方程，獲得表達式,掌握兩種負載下的電壓電流波形，電量基本關系 根