電力電子學(xué)-晶閘管ppt課件

1、機(jī)電傳動(dòng)控制目錄目錄 第十章第十章 第十章第十章 電力電子學(xué)電力電子學(xué)- -晶閘管晶閘管 及其基本電路及其基本電路 10.1 10.1 電力半導(dǎo)體器件電力半導(dǎo)體器件 10.2 10.2 單相可控整流電路單相可控整流電路 10.3 10.3 三相可控整流電路三相可控整流電路 10.4 10.4 逆變器逆變器 10.5 10.5 晶閘管的觸發(fā)電路晶閘管的觸發(fā)電路 10.6 10.6 晶閘管的串并聯(lián)和保護(hù)晶閘管的串并聯(lián)和保護(hù)機(jī)電傳動(dòng)控制 掌握晶閘管的基本工作原理、掌握晶閘管的基本工作原理、 特性和主要參數(shù)的含義；特性和主要參數(shù)的含義； 掌握幾種單相和三相基本可控整流電路掌握幾種單相和三相基本可控整流

2、電路 的工作原理及其特點(diǎn)的工作原理及其特點(diǎn) ( (特別是在不同性質(zhì)負(fù)載下的工作特點(diǎn)特別是在不同性質(zhì)負(fù)載下的工作特點(diǎn)) )； 熟悉逆變器的基本工作原理、用途和控制；熟悉逆變器的基本工作原理、用途和控制； 了解晶閘管工作時(shí)對(duì)觸發(fā)電路的要求了解晶閘管工作時(shí)對(duì)觸發(fā)電路的要求 和觸發(fā)電路的基本工作原理。和觸發(fā)電路的基本工作原理。機(jī)電傳動(dòng)控制 晶閘管的導(dǎo)通與關(guān)斷條件，可控性；晶閘管的導(dǎo)通與關(guān)斷條件，可控性； 晶閘管單相和三相基本可控整流電路晶閘管單相和三相基本可控整流電路 在不同性質(zhì)負(fù)載下的工作特點(diǎn)；在不同性質(zhì)負(fù)載下的工作特點(diǎn)； 晶閘管額定通態(tài)平均電流的含義及晶閘管額定通態(tài)平均電流的含義及 基本可控整流電

3、路中的選擇和額定電壓的選擇?；究煽卣麟娐分械倪x擇和額定電壓的選擇。 整流電路接電感性負(fù)載、電動(dòng)勢(shì)負(fù)載時(shí)的工作情況；整流電路接電感性負(fù)載、電動(dòng)勢(shì)負(fù)載時(shí)的工作情況； 額定通態(tài)平均電流的選擇；額定通態(tài)平均電流的選擇； 逆變器的工作原理。逆變器的工作原理。 機(jī)電傳動(dòng)控制第十章第十章 電力電子學(xué)電力電子學(xué)- -晶閘管及其基本電路晶閘管及其基本電路 機(jī)電傳動(dòng)控制 信息電子技術(shù)信息電子技術(shù) 包括：模擬電子技術(shù)、包括：模擬電子技術(shù)、 數(shù)字電子技術(shù)，數(shù)字電子技術(shù)， 主要用于信息處理。主要用于信息處理。 電力電子技術(shù)電力電子技術(shù) 應(yīng)用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)，應(yīng)用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)， 使用電力電子器件對(duì)電能進(jìn)行

4、變換和控制的技術(shù)。使用電力電子器件對(duì)電能進(jìn)行變換和控制的技術(shù)。 電力電子技術(shù)主要用于電力變換。電力電子技術(shù)主要用于電力變換。 目前電力電子器件均用半導(dǎo)體制成，故稱電力半導(dǎo)體器件。目前電力電子器件均用半導(dǎo)體制成，故稱電力半導(dǎo)體器件。 電力電子裝置的功率，可大到電力電子裝置的功率，可大到GWGW，小到數(shù)瓦甚至，小到數(shù)瓦甚至1W1W以下。以下。第十章第十章 電力電子學(xué)電力電子學(xué)- -晶閘管及其基本電路晶閘管及其基本電路 機(jī)電傳動(dòng)控制第十章第十章 電力電子學(xué)電力電子學(xué)- -晶閘管及其基本電路晶閘管及其基本電路 電力電力交流和直流兩種交流和直流兩種 從公用電網(wǎng)直接得到的是交流，從公用電網(wǎng)直接得到的是交流

5、， 從蓄電池和干電池得到的是直流。從蓄電池和干電池得到的是直流。機(jī)電傳動(dòng)控制第十章第十章 電力電子學(xué)電力電子學(xué)- -晶閘管及其基本電路晶閘管及其基本電路 機(jī)電傳動(dòng)控制第十章第十章 電力電子學(xué)電力電子學(xué)- -晶閘管及其基本電路晶閘管及其基本電路 利用開關(guān)器件利用開關(guān)器件實(shí)現(xiàn)電力變換實(shí)現(xiàn)電力變換機(jī)電傳動(dòng)控制第十章第十章 電力電子學(xué)電力電子學(xué)- -晶閘管及其基本電路晶閘管及其基本電路 利用開關(guān)器件利用開關(guān)器件實(shí)現(xiàn)電力變換實(shí)現(xiàn)電力變換機(jī)電傳動(dòng)控制第十章第十章 電力電子學(xué)電力電子學(xué)- -晶閘管及其基本電路晶閘管及其基本電路 利用開關(guān)器件利用開關(guān)器件實(shí)現(xiàn)電力變換實(shí)現(xiàn)電力變換機(jī)電傳動(dòng)控制第十章第十章 電力電

6、子學(xué)電力電子學(xué)- -晶閘管及其基本電路晶閘管及其基本電路 利用開關(guān)器件利用開關(guān)器件實(shí)現(xiàn)電力變換實(shí)現(xiàn)電力變換機(jī)電傳動(dòng)控制第十章第十章 電力電子學(xué)電力電子學(xué)- -晶閘管及其基本電路晶閘管及其基本電路 電力電子學(xué)電力電子學(xué) 60年代出現(xiàn)，年代出現(xiàn)， 1974年，美國(guó)的年，美國(guó)的W. Newell 用倒三角形對(duì)電力電子學(xué)用倒三角形對(duì)電力電子學(xué) 進(jìn)行了描述，被全世界普遍接受。進(jìn)行了描述，被全世界普遍接受。 連續(xù)、離散連續(xù)、離散 電路、器件電路、器件靜止器、旋轉(zhuǎn)電機(jī)靜止器、旋轉(zhuǎn)電機(jī)描述電力電子學(xué)的倒三角形描述電力電子學(xué)的倒三角形機(jī)電傳動(dòng)控制第十章第十章 電力電子學(xué)電力電子學(xué)- -晶閘管及其基本電路晶閘管及

7、其基本電路 電力電子技術(shù)的發(fā)展分為四個(gè)階段電力電子技術(shù)的發(fā)展分為四個(gè)階段史前期史前期19571957年以前）年以前） 使用水銀整流器汞整流器），其性能和晶閘管類似。使用水銀整流器汞整流器），其性能和晶閘管類似。晶閘管時(shí)代晶閘管時(shí)代195819587070年代）年代） 晶閘管，又稱晶體閘流管或可控硅整流器晶閘管，又稱晶體閘流管或可控硅整流器SCRSCR），）， 通過門極控制開通，但不能控制關(guān)斷，通過門極控制開通，但不能控制關(guān)斷， 屬于半控型器件。屬于半控型器件。 目前由于其能承受的電壓電流容量仍是器件中最高的，目前由于其能承受的電壓電流容量仍是器件中最高的， 而且工作可靠，所以許多大容量場(chǎng)合仍大

8、量使用而且工作可靠，所以許多大容量場(chǎng)合仍大量使用SCRSCR。機(jī)電傳動(dòng)控制第十章第十章 電力電子學(xué)電力電子學(xué)- -晶閘管及其基本電路晶閘管及其基本電路 全控型器件時(shí)代全控型器件時(shí)代70年代后期）年代后期） 以下列幾種為代表：以下列幾種為代表： 可關(guān)斷晶閘管可關(guān)斷晶閘管(GTO)、 電力雙極型晶體管電力雙極型晶體管(BJT) 、 電力場(chǎng)效應(yīng)管電力場(chǎng)效應(yīng)管(MOSFET)。 這些器件可以通過門極或柵極、基極）這些器件可以通過門極或柵極、基極） 控制開通和關(guān)斷，屬于全控型器件?？刂崎_通和關(guān)斷，屬于全控型器件。 復(fù)合器件時(shí)代復(fù)合器件時(shí)代80年代后期）年代后期） 以絕緣柵極雙極型晶體管以絕緣柵極雙極型晶

9、體管IGBT為代表。為代表。 開展：功率模塊、功率集成電路、智能功率模塊等。開展：功率模塊、功率集成電路、智能功率模塊等。機(jī)電傳動(dòng)控制第十章第十章 電力電子學(xué)電力電子學(xué)- -晶閘管及其基本電路晶閘管及其基本電路 電力電子裝置提供給負(fù)載的電力電子裝置提供給負(fù)載的是各種不同的直流電源、是各種不同的直流電源、恒頻交流電源和變頻交流電源，恒頻交流電源和變頻交流電源，它對(duì)節(jié)省電能有重要意義，它對(duì)節(jié)省電能有重要意義，因此電力電子技術(shù)研究的因此電力電子技術(shù)研究的就是電源技術(shù)，就是電源技術(shù)，也被稱為是節(jié)能技術(shù)。也被稱為是節(jié)能技術(shù)。機(jī)電傳動(dòng)控制第十章第十章 電力電子學(xué)電力電子學(xué)- -晶閘管及其基本電路晶閘管及其

10、基本電路 機(jī)電傳動(dòng)控制第十章第十章 電力電子學(xué)電力電子學(xué)- -晶閘管及其基本電路晶閘管及其基本電路 機(jī)電傳動(dòng)控制第十章第十章 電力電子學(xué)電力電子學(xué)- -晶閘管及其基本電路晶閘管及其基本電路 機(jī)電傳動(dòng)控制第十章第十章 電力電子學(xué)電力電子學(xué)- -晶閘管及其基本電路晶閘管及其基本電路 機(jī)電傳動(dòng)控制第十章第十章 電力電子學(xué)電力電子學(xué)- -晶閘管及其基本電路晶閘管及其基本電路 機(jī)電傳動(dòng)控制第十章第十章 電力電子學(xué)電力電子學(xué)- -晶閘管及其基本電路晶閘管及其基本電路 機(jī)電傳動(dòng)控制第十章第十章 電力電子學(xué)電力電子學(xué)- -晶閘管及其基本電路晶閘管及其基本電路 機(jī)電傳動(dòng)控制第十章第十章 電力電子學(xué)電力電子學(xué)-

11、-晶閘管及其基本電路晶閘管及其基本電路 按照器件能夠被控制的程度，分為三類：按照器件能夠被控制的程度，分為三類： 半控型器件半控型器件 通過控制信號(hào)控制其導(dǎo)通而不能控制其關(guān)斷。通過控制信號(hào)控制其導(dǎo)通而不能控制其關(guān)斷。 全控型器件全控型器件 通過控制信號(hào)控制其導(dǎo)通又控制其關(guān)斷。通過控制信號(hào)控制其導(dǎo)通又控制其關(guān)斷。 不可控器件不可控器件 不能用控制信號(hào)來控制通斷，不需驅(qū)動(dòng)電路。不能用控制信號(hào)來控制通斷，不需驅(qū)動(dòng)電路。 按照驅(qū)動(dòng)電路信號(hào)的性質(zhì)，分為兩類：按照驅(qū)動(dòng)電路信號(hào)的性質(zhì)，分為兩類： 電流驅(qū)動(dòng)型電流驅(qū)動(dòng)型 通過從控制端注入或抽出電流，實(shí)現(xiàn)通斷控制。通過從控制端注入或抽出電流，實(shí)現(xiàn)通斷控制。 電壓

12、驅(qū)動(dòng)型電壓驅(qū)動(dòng)型 通過在控制端施加電壓信號(hào)，實(shí)現(xiàn)通斷控制。通過在控制端施加電壓信號(hào)，實(shí)現(xiàn)通斷控制。 按照器件內(nèi)部電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電的情況分三類：按照器件內(nèi)部電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電的情況分三類： 單極型器件單極型器件 由一種載流子參與導(dǎo)電的器件。由一種載流子參與導(dǎo)電的器件。 雙極型器件雙極型器件 由電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電的器件。由電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電的器件。 復(fù)合型器件復(fù)合型器件 由單極型和雙極型器件集成混合而成的器件。由單極型和雙極型器件集成混合而成的器件。機(jī)電傳動(dòng)控制第十章第十章 電力電子學(xué)電力電子學(xué)- -晶閘管及其基本電路晶閘管及其基本電路 單極型器件單極型器

13、件 由一種載流子參與導(dǎo)電的器件。由一種載流子參與導(dǎo)電的器件。 雙極型器件雙極型器件 由電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電的器件。由電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電的器件。 復(fù)合型器件復(fù)合型器件 由單極型和雙極型器件集成混合而成的器件。由單極型和雙極型器件集成混合而成的器件。電力電子電力電子器件分類器件分類“ 樹樹 ”機(jī)電傳動(dòng)控制外形有外形有螺栓型和平板型螺栓型和平板型兩種封裝。兩種封裝。螺栓型：螺栓是其陽極，能與散熱器緊密聯(lián)接且安裝方便；螺栓型：螺栓是其陽極，能與散熱器緊密聯(lián)接且安裝方便；平板型：可由兩個(gè)散熱器將其夾在中間。平板型：可由兩個(gè)散熱器將其夾在中間。AAGGKKAGKKGAP1N1P2N2J1

14、J2J3第十章第十章 電力電子學(xué)電力電子學(xué)- -晶閘管及其基本電路晶閘管及其基本電路 (a)晶閘管外形晶閘管外形(b)晶閘管結(jié)構(gòu)晶閘管結(jié)構(gòu)(c)晶閘管電氣圖形符號(hào)晶閘管電氣圖形符號(hào)晶閘管晶閘管(SCR)(SCR)引出引出 陽極陽極A A 陰極陰極K K 門極門極( (控制端控制端)G)G三個(gè)聯(lián)接端。三個(gè)聯(lián)接端。其中：其中：A陽極，陽極，K陰極，陰極，G控制極?？刂茦O。4層半導(dǎo)體層半導(dǎo)體(P1、N1、P2、N2)，3個(gè)個(gè)PN結(jié)結(jié)機(jī)電傳動(dòng)控制第十章第十章 電力電子學(xué)電力電子學(xué)- -晶閘管及其基本電路晶閘管及其基本電路 n 晶閘管工作原理的實(shí)驗(yàn)說明晶閘管工作原理的實(shí)驗(yàn)說明n 由電源、晶閘管的陽極和陰

15、極、白熾燈組成晶閘管由電源、晶閘管的陽極和陰極、白熾燈組成晶閘管主電路；主電路；n 由電源、開關(guān)由電源、開關(guān)S、晶閘管的門極和陰極組成控制電路、晶閘管的門極和陰極組成控制電路n （觸發(fā)電路）。（觸發(fā)電路）。 使晶閘管導(dǎo)通使晶閘管導(dǎo)通晶閘管導(dǎo)通后晶閘管導(dǎo)通后使晶閘管使晶閘管恢復(fù)阻斷恢復(fù)阻斷主電路主電路控制電路控制電路觸發(fā)電路觸發(fā)電路晶閘管電路晶閘管電路機(jī)電傳動(dòng)控制第十章第十章 電力電子學(xué)電力電子學(xué)- -晶閘管及其基本電路晶閘管及其基本電路 晶閘管是用很小的功率控制晶閘管是用很小的功率控制 大功率的可控整流元件，大功率的可控整流元件， 要使晶閘管導(dǎo)通必須在要使晶閘管導(dǎo)通必須在 其陽極和控制極其陽極

16、和控制極 同時(shí)加正向電壓，同時(shí)加正向電壓， 晶閘管導(dǎo)通以后，晶閘管導(dǎo)通以后， 控制極就失去了控制極就失去了 控制作用?？刂谱饔谩?欲使晶閘管欲使晶閘管 恢復(fù)阻斷狀態(tài)，恢復(fù)阻斷狀態(tài)， 則必須把陽極正向電壓則必須把陽極正向電壓 降低到一定值降低到一定值(斷開或反向斷開或反向)。機(jī)電傳動(dòng)控制二、晶閘管的工作原理二、晶閘管的工作原理 實(shí)驗(yàn)電路如圖實(shí)驗(yàn)電路如圖a所示，主電路加上交流電壓所示，主電路加上交流電壓u2，控制極電路接入，控制極電路接入Eg，在，在t1 瞬間瞬間合上開關(guān)合上開關(guān)S，在，在t4 瞬間拉開開關(guān)瞬間拉開開關(guān)S，則，則u2、ug和電阻上和電阻上RL的電壓的電壓ud的波形關(guān)系如圖的波形關(guān)系

17、如圖b所示。所示。 （1在在0t1之間之間: 開開關(guān)關(guān)S未合上，未合上，ug=0，盡管，盡管uAK0，但，但ud=0，即晶，即晶閘管未導(dǎo)通；閘管未導(dǎo)通； （2在在t1t2之間之間: uAK0 ，由于開關(guān)，由于開關(guān)S合上，合上，使使ug0，而，而 ， 即即晶閘管導(dǎo)通；晶閘管導(dǎo)通； （3在在 t2t3 之間，之間， uAK0，但，但 ud=0，即晶閘管關(guān)斷；，即晶閘管關(guān)斷； （4在在 t3t4 之間，之間， uAK0，這時(shí)，這時(shí)ug0 ,而而 ，所以，晶閘管又導(dǎo)通；，所以，晶閘管又導(dǎo)通；2uud （5當(dāng)當(dāng) t=t4 時(shí)，時(shí)， ug=0 ，但，但uAK0 ， ，即晶閘管仍處于導(dǎo)通狀態(tài)；，即晶閘管仍處

18、于導(dǎo)通狀態(tài)；2uud2uud （6當(dāng)當(dāng) t=t5 時(shí)，時(shí)， uAK=0 ， ug=0 ，而，而ud=0，即晶閘管關(guān)斷，晶閘管處于阻斷狀態(tài)。，即晶閘管關(guān)斷，晶閘管處于阻斷狀態(tài)。 機(jī)電傳動(dòng)控制 綜上所述可得出以下結(jié)論：綜上所述可得出以下結(jié)論： （1起始時(shí)若控制極不加電壓，則不論陽極加正向電壓還是反向電壓，晶閘管均不起始時(shí)若控制極不加電壓，則不論陽極加正向電壓還是反向電壓，晶閘管均不導(dǎo)通，這說明晶閘管具有正、反向阻斷能力；導(dǎo)通，這說明晶閘管具有正、反向阻斷能力； （2晶閘管的陽極和控制極同時(shí)正向電壓時(shí)晶閘管才能導(dǎo)通，這是晶閘管導(dǎo)通必須晶閘管的陽極和控制極同時(shí)正向電壓時(shí)晶閘管才能導(dǎo)通，這是晶閘管導(dǎo)通必

19、須同時(shí)具備的兩個(gè)條件；同時(shí)具備的兩個(gè)條件； （3在晶閘管導(dǎo)通之后，其控制極就失去控制作用，欲使晶閘管恢復(fù)阻斷狀態(tài)，必在晶閘管導(dǎo)通之后，其控制極就失去控制作用，欲使晶閘管恢復(fù)阻斷狀態(tài)，必須把陽極正向電壓降低到一定值或斷開，或反向）。須把陽極正向電壓降低到一定值或斷開，或反向）。 晶閘管的晶閘管的PN結(jié)可通過幾十安結(jié)可通過幾十安幾千安的電流，因而，它是一種大功率的半導(dǎo)體器件，幾千安的電流，因而，它是一種大功率的半導(dǎo)體器件，由于晶閘管導(dǎo)通時(shí)，相當(dāng)于兩只三極管飽和導(dǎo)通，因而，陽極與陰極間的管壓降為由于晶閘管導(dǎo)通時(shí)，相當(dāng)于兩只三極管飽和導(dǎo)通，因而，陽極與陰極間的管壓降為1V左左右，而電源電壓幾乎全部分配

20、在負(fù)載電阻上。右，而電源電壓幾乎全部分配在負(fù)載電阻上。機(jī)電傳動(dòng)控制第十章第十章 電力電子學(xué)電力電子學(xué)- -晶閘管及其基本電路晶閘管及其基本電路 晶閘管的伏安特性曲線是非線性的。晶閘管的伏安特性曲線是非線性的。為了正確選用晶閘管，為了正確選用晶閘管，了解它的主要參數(shù)至關(guān)重要。了解它的主要參數(shù)至關(guān)重要。 斷態(tài)重復(fù)峰值電壓斷態(tài)重復(fù)峰值電壓UDRMUDRM 斷態(tài)不重復(fù)峰值電壓斷態(tài)不重復(fù)峰值電壓UDSMUDSM 反向重復(fù)峰值電壓反向重復(fù)峰值電壓URRMURRM 反向不重復(fù)峰值電壓反向不重復(fù)峰值電壓URSMURSM 通態(tài)通態(tài)( (峰值峰值) )電壓電壓UTMUTM 正向電流正向電流 IGIG 額定通態(tài)平均

21、電流額定通態(tài)平均電流ITIT 維持電流維持電流 IHIH晶閘管陽極伏安特性晶閘管陽極伏安特性正向?qū)ㄑ┍罁舸㎡+UA-UA-IAIAIHIG2IG1IG=0UboUDSMUDRMURRMURSM第第I象限象限正向特性正向特性第第III象限象限反向反向特性特性IG2IG1IG機(jī)電傳動(dòng)控制正向正向( uAK 0 ) 正向阻斷狀態(tài)正向阻斷狀態(tài): 當(dāng)當(dāng)ug=0， uAK 0， uAK 0，晶閘管導(dǎo)通，其電流的大小由負(fù)，晶閘管導(dǎo)通，其電流的大小由負(fù)載決定，陽極和陰極間的管壓降很小。載決定，陽極和陰極間的管壓降很小。反向反向( uAK 0 ) 反向截止?fàn)顟B(tài)反向截止?fàn)顟B(tài): 當(dāng)當(dāng) uAK URSM ，元件中有

22、很小的反向電流反，元件中有很小的反向電流反向漏電流流過，處于截止?fàn)顟B(tài)。向漏電流流過，處于截止?fàn)顟B(tài)。 反向擊穿：當(dāng)反向擊穿：當(dāng) uAK =URSM ，晶閘管突然由反向截止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)化為，晶閘管突然由反向截止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)化為導(dǎo)通狀導(dǎo)通狀 態(tài)。態(tài)。 URSM稱為反向不重復(fù)峰值電壓，或用稱為反向不重復(fù)峰值電壓，或用UBR表示稱反向擊表示稱反向擊穿電壓。穿電壓。機(jī)電傳動(dòng)控制四、晶閘管的主要參數(shù)四、晶閘管的主要參數(shù) 為了正確選用晶閘管元件，必須要了解它的主要參數(shù)，一般在產(chǎn)品目錄上給出了參數(shù)為了正確選用晶閘管元件，必須要了解它的主要參數(shù)，一般在產(chǎn)品目錄上給出了參數(shù)的平均值或極限值，產(chǎn)品合格證上標(biāo)有元件的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。的平

23、均值或極限值，產(chǎn)品合格證上標(biāo)有元件的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。 1. 斷態(tài)重復(fù)峰值電壓UDRM 晶閘管正向阻斷狀態(tài)下，可以重復(fù)加在晶閘管陽極和陰極兩端的正向峰值電壓晶閘管正向阻斷狀態(tài)下，可以重復(fù)加在晶閘管陽極和陰極兩端的正向峰值電壓 。UDRM=UDSM -100 在選擇晶閘管時(shí)還要考慮留有足夠的余量，一般：在選擇晶閘管時(shí)還要考慮留有足夠的余量，一般： 晶閘管的晶閘管的UDRM 應(yīng)等于所承受的應(yīng)等于所承受的正向電壓的正向電壓的23倍。倍。 2. 反向重復(fù)峰值電壓反向重復(fù)峰值電壓URRM 晶閘管反向截止?fàn)顟B(tài)下，可以重復(fù)加在晶閘管陽極和陰極兩端的反向峰值電壓晶閘管反向截止?fàn)顟B(tài)下，可以重復(fù)加在晶閘管陽極和陰極兩端的

24、反向峰值電壓 。URRM=URSM -100 3. 額定通態(tài)平均電流額定電流額定通態(tài)平均電流額定電流IT 在環(huán)境溫度不大于在環(huán)境溫度不大于40度的標(biāo)準(zhǔn)散熱及全導(dǎo)通的條件下，晶閘管元件可以連續(xù)通過的工度的標(biāo)準(zhǔn)散熱及全導(dǎo)通的條件下，晶閘管元件可以連續(xù)通過的工頻正弦半波電流在一個(gè)周期內(nèi)平均值，稱為額定通態(tài)平均電流，簡(jiǎn)稱為額定電流。頻正弦半波電流在一個(gè)周期內(nèi)平均值，稱為額定通態(tài)平均電流，簡(jiǎn)稱為額定電流。 4. 維持電流維持電流 IH 在規(guī)定的環(huán)境溫度和控制極斷路時(shí)，維持元件繼續(xù)導(dǎo)通的最小電流稱維持電流。一在規(guī)定的環(huán)境溫度和控制極斷路時(shí)，維持元件繼續(xù)導(dǎo)通的最小電流稱維持電流。一般為幾般為幾mA一百多一百

25、多mA 機(jī)電傳動(dòng)控制優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) ： (1) 用很小的功率用很小的功率(電流約幾十毫安一百多毫安，電壓約電流約幾十毫安一百多毫安，電壓約24V)可以控制較大的功率可以控制較大的功率(電流自幾十安幾千安，電壓自幾百伏幾千伏電流自幾十安幾千安，電壓自幾百伏幾千伏)，功率放大倍數(shù)可以達(dá)到幾十萬倍；，功率放大倍數(shù)可以達(dá)到幾十萬倍； (2) 控制靈敏、反應(yīng)快，晶閘管的導(dǎo)通和截止時(shí)間都在微秒級(jí)；控制靈敏、反應(yīng)快，晶閘管的導(dǎo)通和截止時(shí)間都在微秒級(jí)； (3) 損耗小、效率高，晶閘管本身的壓降很小損耗小、效率高，晶閘管本身的壓降很小(僅僅1V左右左右)，總效率可達(dá)，總效率可達(dá)97.5%，而一，而一般機(jī)組效率僅為般機(jī)

26、組效率僅為85%左右；左右； (4) 體積小、重量輕。體積小、重量輕。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： (1) 過載能力弱，在過電流、過電壓情況下很容易損杯，要保證其可靠工作，在控制電路中要采取保護(hù)措施，在選用時(shí)，其電壓、電流應(yīng)適當(dāng)留有余量； (2) 抗干擾能力差，易受沖擊電壓的影響，當(dāng)外界干擾較強(qiáng)時(shí)，容易產(chǎn)生誤動(dòng)作；抗干擾能力差，易受沖擊電壓的影響，當(dāng)外界干擾較強(qiáng)時(shí)，容易產(chǎn)生誤動(dòng)作； (3) 導(dǎo)致電網(wǎng)電壓波形畸變，高次諧波分量增加，干擾周圍的電氣設(shè)備；導(dǎo)致電網(wǎng)電壓波形畸變，高次諧波分量增加，干擾周圍的電氣設(shè)備； (4) 控制電路比較復(fù)雜，對(duì)維修人員的技術(shù)水平要求高。控制電路比較復(fù)雜，對(duì)維修人員的技術(shù)水平要求高。

27、 在實(shí)踐中，應(yīng)該充分發(fā)揮晶閘管有利的一面，同時(shí)采取必要措施消除其不利的一面。在實(shí)踐中，應(yīng)該充分發(fā)揮晶閘管有利的一面，同時(shí)采取必要措施消除其不利的一面。目前，采用晶閘管作為整流放大元件組成的晶閘管控制系統(tǒng)，獲得越來越廣泛的應(yīng)用。目前，采用晶閘管作為整流放大元件組成的晶閘管控制系統(tǒng)，獲得越來越廣泛的應(yīng)用。機(jī)電傳動(dòng)控制10.2 單相可控整流電路單相可控整流電路 整流將交流電變?yōu)橹绷麟姷倪^程；整流將交流電變?yōu)橹绷麟姷倪^程；整流電路將交流電變?yōu)橹绷麟姷碾娐?；整流電路將交流電變?yōu)橹绷麟姷碾娐罚徽髡鲉蜗鄦蜗?三三相相 不可控不可控可控可控 不可控不可控可控可控10.2.1 單相半波可控整流電路單相半波可

28、控整流電路 u2輸入電壓輸入電壓 ；ud輸出電壓輸出電壓 ； 控制角控制角 ；晶閘管元件承；晶閘管元件承受正向電壓起始點(diǎn)到觸發(fā)受正向電壓起始點(diǎn)到觸發(fā)脈沖的作用點(diǎn)之間的電角脈沖的作用點(diǎn)之間的電角度。度。 導(dǎo)通角導(dǎo)通角 ；是晶閘管在一；是晶閘管在一周期時(shí)間內(nèi)導(dǎo)通的電角度。周期時(shí)間內(nèi)導(dǎo)通的電角度。 對(duì)單相半波可控整流電路：對(duì)單相半波可控整流電路： 的的范范圍圍 0的的范范圍圍 0 一、帶電阻性負(fù)載的可控整流電路一、帶電阻性負(fù)載的可控整流電路 機(jī)電傳動(dòng)控制214502 cosRU.RUIdd 2145022122cosU.)t(tdsinUUdtsinUu 222 輸入電壓：輸入電壓：負(fù)載電壓：負(fù)載電

29、壓：負(fù)載電流：負(fù)載電流：晶閘管承受的最大正反向電壓：晶閘管承受的最大正反向電壓：22U二、帶電感性負(fù)載的可控整流電路二、帶電感性負(fù)載的可控整流電路 單相半波可控整流電路用于大電感性負(fù)載時(shí)，如果不采取措施，負(fù)載上就單相半波可控整流電路用于大電感性負(fù)載時(shí)，如果不采取措施，負(fù)載上就得不到所需要的電壓和電流。得不到所需要的電壓和電流。機(jī)電傳動(dòng)控制三、續(xù)流二極管的作用三、續(xù)流二極管的作用 為了提高大電感負(fù)載時(shí)的單相半波可控整流電路整流輸出平均電壓，可采取為了提高大電感負(fù)載時(shí)的單相半波可控整流電路整流輸出平均電壓，可采取負(fù)載兩端并聯(lián)一只二極管措施，如下圖。負(fù)載兩端并聯(lián)一只二極管措施，如下圖。10.2.2

30、單相半控橋式整流電路單相半控橋式整流電路 晶閘管組成的半控橋式整流電路，如下圖。晶閘管組成的半控橋式整流電路，如下圖。 (a) 單相橋式整流電路 (b)電阻性負(fù)載時(shí)的電壓電流波形1. 電阻性負(fù)載電阻性負(fù)載 21902122 cosU.)t(tdsinUUd21902 cosRU.RUIdd負(fù)載電壓：負(fù)載電壓：負(fù)載電流：負(fù)載電流：晶閘管承受的最大正反向電壓：晶閘管承受的最大正反向電壓：22UddVSII 2ddvII 22 晶閘管電流平均值：晶閘管電流平均值： 續(xù)流二極管的電流平均續(xù)流二極管的電流平均值：值：機(jī)電傳動(dòng)控制 2. 電感性負(fù)載電感性負(fù)載 如圖所示半控橋式整流電路在電感性負(fù)載時(shí)采用加接

31、續(xù)流二極管的措施。如圖所示半控橋式整流電路在電感性負(fù)載時(shí)采用加接續(xù)流二極管的措施。 有了續(xù)流二極管，當(dāng)電源電壓降到零時(shí)，負(fù)載電流流經(jīng)續(xù)流二極管，晶閘管有了續(xù)流二極管，當(dāng)電源電壓降到零時(shí)，負(fù)載電流流經(jīng)續(xù)流二極管，晶閘管因電流為零而關(guān)斷，不會(huì)出現(xiàn)失控現(xiàn)象。因電流為零而關(guān)斷，不會(huì)出現(xiàn)失控現(xiàn)象。 如圖所示半控橋式整流電路在電感性負(fù)載時(shí)，可以不加續(xù)流二極管。如圖所示半控橋式整流電路在電感性負(fù)載時(shí)，可以不加續(xù)流二極管。 這是因?yàn)樵陔娫措妷哼^零時(shí)，電感中的電流通過這是因?yàn)樵陔娫措妷哼^零時(shí)，電感中的電流通過V1和和V2形成續(xù)流，確保形成續(xù)流，確保VS1或或VS2可靠關(guān)斷，這樣也就不會(huì)出現(xiàn)失控現(xiàn)象。可靠關(guān)斷，這

32、樣也就不會(huì)出現(xiàn)失控現(xiàn)象。 流過每只晶閘管平均電流：流過每只晶閘管平均電流：dI 2 流過續(xù)流二極管的平均電流：流過續(xù)流二極管的平均電流： dI 流過每只晶閘管平均電流：流過每只晶閘管平均電流：dI 2 流過續(xù)流二極管的平均電流流過續(xù)流二極管的平均電流 ：ddvII 22機(jī)電傳動(dòng)控制 為了節(jié)省晶閘管元件，還可采用如圖所示的接線，它由四只整流二極管組成為了節(jié)省晶閘管元件，還可采用如圖所示的接線，它由四只整流二極管組成單相橋式電路，將交流電整流成脈動(dòng)的直流電，然后用一只晶閘管進(jìn)行控制，改單相橋式電路，將交流電整流成脈動(dòng)的直流電，然后用一只晶閘管進(jìn)行控制，改變晶閘管的控制角，即可改變其輸出電壓。變晶閘

33、管的控制角，即可改變其輸出電壓。 3.反電勢(shì)負(fù)載反電勢(shì)負(fù)載 當(dāng)整流電路輸出接有電勢(shì)負(fù)載時(shí)當(dāng)整流電路輸出接有電勢(shì)負(fù)載時(shí),只有當(dāng)電源電源的瞬時(shí)值大于反電勢(shì)，同只有當(dāng)電源電源的瞬時(shí)值大于反電勢(shì)，同時(shí)又有觸發(fā)脈沖時(shí)，晶閘管才能導(dǎo)通，整流電路才有電流輸出，在晶閘管關(guān)斷的時(shí)又有觸發(fā)脈沖時(shí)，晶閘管才能導(dǎo)通，整流電路才有電流輸出，在晶閘管關(guān)斷的時(shí)間內(nèi)，負(fù)載上保留原有的反電勢(shì)。時(shí)間內(nèi)，負(fù)載上保留原有的反電勢(shì)。 機(jī)電傳動(dòng)控制 a. 負(fù)載兩端的電壓平均值比電阻性負(fù)載時(shí)高負(fù)載兩端的電壓平均值比電阻性負(fù)載時(shí)高 b. 負(fù)載電流平均值比電阻性負(fù)載時(shí)低負(fù)載電流平均值比電阻性負(fù)載時(shí)低 REUIdd 因?yàn)閷?dǎo)通角小，導(dǎo)電時(shí)間短，回

34、路電阻小，所以，電流的幅值與平均值之比因?yàn)閷?dǎo)通角小，導(dǎo)電時(shí)間短，回路電阻小，所以，電流的幅值與平均值之比值相當(dāng)大，晶閘管元件工作條件差，晶閘管必須降低電流定額使用。另外，對(duì)于值相當(dāng)大，晶閘管元件工作條件差，晶閘管必須降低電流定額使用。另外，對(duì)于直流電動(dòng)機(jī)來說整流子換向電流大，易產(chǎn)生火花，對(duì)于電源則因電流有效值大，直流電動(dòng)機(jī)來說整流子換向電流大，易產(chǎn)生火花，對(duì)于電源則因電流有效值大，要求的容量也大，因而，對(duì)于大容量電動(dòng)機(jī)或蓄電池負(fù)載，常常串聯(lián)電抗器，用要求的容量也大，因而，對(duì)于大容量電動(dòng)機(jī)或蓄電池負(fù)載，常常串聯(lián)電抗器，用以平滑電流的脈動(dòng)，如下圖。以平滑電流的脈動(dòng)，如下圖。 機(jī)電傳動(dòng)控制機(jī)電傳動(dòng)控

35、制10.2.3 單相全控橋式整流電路單相全控橋式整流電路 單相全控橋式整流電路如圖所示。把半控橋中的兩只二極管用兩只晶閘管代單相全控橋式整流電路如圖所示。把半控橋中的兩只二極管用兩只晶閘管代替即構(gòu)成全控橋。替即構(gòu)成全控橋。 機(jī)電傳動(dòng)控制 例10.1 欲裝一臺(tái)白熾燈泡調(diào)光電路，需要可調(diào)的直流電源，調(diào)節(jié)范圍：電壓U0=0V180V,電流I0=010A?，F(xiàn)采用單相半控橋式整流電路，試求最大輸入交流電壓和電流有效值，并選擇整流元件。 解解: 設(shè)在晶閘管導(dǎo)通角設(shè)在晶閘管導(dǎo)通角為為(控制角為控制角為0 )時(shí)輸出電壓值為最大時(shí)輸出電壓值為最大180V），）， 則對(duì)則對(duì)應(yīng)的輸入交流電壓有效值為最大。應(yīng)的輸入交

36、流電壓有效值為最大。V.UU20090180900 實(shí)際上還要考慮電網(wǎng)電壓波動(dòng)、管壓降以及導(dǎo)通角常常到不了實(shí)際上還要考慮電網(wǎng)電壓波動(dòng)、管壓降以及導(dǎo)通角常常到不了1800 ，交流電壓，交流電壓要比上述計(jì)算而得到的值適當(dāng)加大要比上述計(jì)算而得到的值適當(dāng)加大10%左右，即大約為左右，即大約為220V。因而，在本例中。因而，在本例中可以不用整流變壓器，直接接到可以不用整流變壓器，直接接到220V的交流電源上。的交流電源上。 交流電流有效值交流電流有效值 ：A.AVVRUIL21210180220 晶閘管所承受的最大正向電壓、最大反向電壓和二極管所承受的最大反向電壓晶閘管所承受的最大正向電壓、最大反向電壓

37、和二極管所承受的最大反向電壓相等，即：相等，即：VV.UUURMFM3102204112流過晶閘管和二極管的平均電流流過晶閘管和二極管的平均電流 ：AAIIIVVS5210210機(jī)電傳動(dòng)控制10.3 三相可控整流電路三相可控整流電路 10.3.1 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路 三相半波可控整流電路圖如圖所示。三相半波可控整流電路圖如圖所示。 自然換相點(diǎn)：自然換相點(diǎn)：0 時(shí)時(shí)：當(dāng)當(dāng)01 .觸發(fā)相序：觸發(fā)相序：ABC觸發(fā)脈沖的相位：觸發(fā)脈沖的相位：1200PPdU.)t(tdsinUU265621712321 設(shè)輸入電壓為：設(shè)輸入電壓為：tsinUuPA 22機(jī)電傳動(dòng)控制 cosU.)

38、t(tdsinUUP)()(Pd265621712321時(shí)：時(shí)：當(dāng)當(dāng)602 .時(shí)時(shí)當(dāng)當(dāng)6563 .330117123210262 cosU.)t(tdsinUUP)(Pd機(jī)電傳動(dòng)控制 可能承受的最大反向電壓為：可能承受的最大反向電壓為：PU22PPUU22632 當(dāng)晶閘管沒有觸發(fā)信號(hào)時(shí)，晶閘管承受的最大正向電壓為當(dāng)晶閘管沒有觸發(fā)信號(hào)時(shí)，晶閘管承受的最大正向電壓為:機(jī)電傳動(dòng)控制10.4 逆變器逆變器 利用晶閘管電路把直流電變成交流電，這種對(duì)應(yīng)于整流的逆向過程，稱之利用晶閘管電路把直流電變成交流電，這種對(duì)應(yīng)于整流的逆向過程，稱之為逆變，把直流電變成交流電的裝置，叫做逆變器。為逆變，把直流電變成交流

39、電的裝置，叫做逆變器。變流器交流側(cè)接到負(fù)載，把直流電逆變?yōu)槟骋活l變流器交流側(cè)接到負(fù)載，把直流電逆變?yōu)槟骋活l率或可變頻率的交流電供給負(fù)載，則稱為。率或可變頻率的交流電供給負(fù)載，則稱為。 逆變逆變無源逆變無源逆變變流器的交流側(cè)接到交流電源上，把直流電逆變?yōu)樽兞髌鞯慕涣鱾?cè)接到交流電源上，把直流電逆變?yōu)橥l率的交流電反饋到電網(wǎng)去同頻率的交流電反饋到電網(wǎng)去 一、無源逆變電路的工作原理一、無源逆變電路的工作原理 無源逆變器的工作原理，可以用如圖所示的開關(guān)電路來說明。無源逆變器的工作原理，可以用如圖所示的開關(guān)電路來說明。 1. 無源逆變器的簡(jiǎn)單工作原理無源逆變器的簡(jiǎn)單工作原理 機(jī)電傳動(dòng)控制 2.單相晶閘管橋

40、式逆變器單相晶閘管橋式逆變器 二、單相無源逆變器的電壓控制二、單相無源逆變器的電壓控制 1. 控制逆變器的輸入直流電壓控制逆變器的輸入直流電壓 2. 在逆變器內(nèi)部的電壓控制 （1脈寬控制脈寬控制 不改變逆變器輸入直流電壓的大小，而是通過改變逆變器中晶閘管或晶體不改變逆變器輸入直流電壓的大小，而是通過改變逆變器中晶閘管或晶體管的導(dǎo)通時(shí)間以控制輸出脈沖的寬度來改變逆變器輸出電壓，此方法稱脈寬控管的導(dǎo)通時(shí)間以控制輸出脈沖的寬度來改變逆變器輸出電壓，此方法稱脈寬控制。制。 機(jī)電傳動(dòng)控制 若使延遲角從若使延遲角從0變到變到1800，將可以使逆變器的輸出電壓從最大值變到零。，將可以使逆變器的輸出電壓從最大

41、值變到零。 （2脈沖寬度調(diào)制脈沖寬度調(diào)制PWM） 如果使如果使VS1與與VS4，VS2與與VS3通過高頻調(diào)制控制，能在半個(gè)周期內(nèi)重復(fù)導(dǎo)通過高頻調(diào)制控制，能在半個(gè)周期內(nèi)重復(fù)導(dǎo)通和關(guān)斷通和關(guān)斷N次，則其輸出電壓波形為一系列被調(diào)制的矩形脈沖稱載波），如下次，則其輸出電壓波形為一系列被調(diào)制的矩形脈沖稱載波），如下圖這時(shí)圖這時(shí)N=5）。）。機(jī)電傳動(dòng)控制 逆變器輸出電壓的幅值是通過改變脈逆變器輸出電壓的幅值是通過改變脈沖總的導(dǎo)通時(shí)間與總的關(guān)斷時(shí)間的比率來沖總的導(dǎo)通時(shí)間與總的關(guān)斷時(shí)間的比率來控制的，這有兩種基本的方法：控制的，這有兩種基本的方法： 第一種方法是維持恒定的脈沖寬度而改第一種方法是維持恒定的脈沖寬度而改變每一半周期內(nèi)的脈沖數(shù)；變每一半周期內(nèi)的脈沖數(shù)； 第二種方法是改變脈寬，而維持每一半第二種方法是改變脈寬，而維持每一半周期內(nèi)的脈沖數(shù)不變。周期內(nèi)的脈沖數(shù)不變。三、無源逆變器的換相換流）三、無源逆變器的換相換流） 兩組晶閘管交替地導(dǎo)通和關(guān)斷的過程，就是電