修改后 傳動(dòng)課件8

1、1 1. 1.基本內(nèi)容基本內(nèi)容 2. 2.基本要求基本要求 3.3.重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)與難點(diǎn) 4. 4.例題分析例題分析 第八章第八章 電力電子電力電子晶閘管及晶閘管及 其基本電路其基本電路 2 半導(dǎo)體器件的發(fā)展方向半導(dǎo)體器件的發(fā)展方向:集成電路方面發(fā)展形成微電集成電路方面發(fā)展形成微電 子學(xué)子學(xué); 往電力半導(dǎo)體器件方面發(fā)展形成電子學(xué)往電力半導(dǎo)體器件方面發(fā)展形成電子學(xué). 晶閘管的出現(xiàn)起到了弱電控制與強(qiáng)電輸出之間的橋梁晶閘管的出現(xiàn)起到了弱電控制與強(qiáng)電輸出之間的橋梁 作用。作用。 第八章第八章 電力電子電力電子晶閘管及晶閘管及 其基本電路其基本電路本本 章章 概概 論論 3 4 8.1 晶閘管晶閘管 G

2、 P1 P2 N1 N2 5 P1 P2 N1 N2 K G A K A T2 T1 _ P2 N1 N2 IG IA P1 N1 P2 IK G P P N N N P A G K 6 T1 T2 8.1.2 工作原理工作原理 G2B ii 1BG2 2 C iii 在極短時(shí)間內(nèi)使兩在極短時(shí)間內(nèi)使兩 個(gè)三極管均飽和導(dǎo)通，個(gè)三極管均飽和導(dǎo)通， 此過(guò)程稱觸發(fā)導(dǎo)通。此過(guò)程稱觸發(fā)導(dǎo)通。 21 1 CC ii 2BG21 ii EG EA + _ R G i 2B i G21 i G2i 7 GEA + _ R T1 T2 G i 2B i G i 21 G i 2 E G G2B ii 1BG2 2

3、 C iii 21 1 CC ii 2BG21 ii 8 必須使可控硅陽(yáng)極電流減小必須使可控硅陽(yáng)極電流減小, ,直到直到正反饋正反饋效應(yīng)效應(yīng) 不能維持。不能維持。 將陽(yáng)極電源斷開(kāi)或者在晶閘管的將陽(yáng)極電源斷開(kāi)或者在晶閘管的 9 URRM UFRM IG2 IG1 IG0 UBR IF UBO IH oU I IG0IG1IG2 正向平均電流正向平均電流 )(曲曲線線UfI 10 UFRM: 晶閘管晶閘管控制極開(kāi)路且正向阻斷情況下控制極開(kāi)路且正向阻斷情況下, ,允允 許重復(fù)加在許重復(fù)加在晶閘管晶閘管兩端的正向峰值電壓。兩端的正向峰值電壓。 一般取一般取UFRM = = 80% UB0 。 普通普通

4、晶閘管晶閘管 UFRM 為為100V 3000V 控制極開(kāi)路時(shí)控制極開(kāi)路時(shí), ,允許重復(fù)作用在允許重復(fù)作用在晶閘管晶閘管元元 件上的反向峰值電壓。件上的反向峰值電壓。 一般取一般取 URRM = 80% UBR 普通普通晶閘管晶閘管 URRM為為100V3000V URRM： 11 )(sin 2 1 m 0 mF I ttdII 環(huán)境溫度為環(huán)境溫度為4040 C C及及標(biāo)準(zhǔn)散熱條件下，標(biāo)準(zhǔn)散熱條件下，晶閘晶閘 管處于管處于全導(dǎo)通時(shí)全導(dǎo)通時(shí)可以連續(xù)通過(guò)的工頻正弦可以連續(xù)通過(guò)的工頻正弦 半波電流的平均值。半波電流的平均值。 IF t 2 i 如果正弦半波電流的最大值為如果正弦半波電流的最大值為I

5、m, 則則 普通晶閘管普通晶閘管IF為為1A 1000A。 12 13 額定電壓額定電壓, ,用百位或千位數(shù)表示用百位或千位數(shù)表示 取取UFRM或或URRM較小者較小者 額定正向平均電流額定正向平均電流( (IF) 晶閘管晶閘管 K P 普通型普通型 如如KP5-7表示表示額定正向平均電流為額定正向平均電流為5A, ,額定電壓為額定電壓為700V。 14 （二）雙向晶閘管（二）雙向晶閘管 上一頁(yè)上一頁(yè)下一頁(yè)下一頁(yè)返返 回回上一節(jié)上一節(jié) 圖圖 8.8.5 雙向晶閘管及交流調(diào)壓電路雙向晶閘管及交流調(diào)壓電路 15 *（三）可關(guān)斷晶閘管（三）可關(guān)斷晶閘管 上一頁(yè)上一頁(yè)下一頁(yè)下一頁(yè)返返 回回上一節(jié)上一節(jié)

6、 圖圖 8.8.6 可關(guān)斷晶閘管及直流調(diào)壓電路可關(guān)斷晶閘管及直流調(diào)壓電路 16 8.2 可控整流電路可控整流電路 (1) 電路電路 。uuu To , 0 。0, To uuu + + T 17 (2) 工作原理工作原理 t1 2 。uu,u T 0 o : 1 t 。0, To uuu t u O 晶晶閘閘管管不不導(dǎo)導(dǎo)通通。,0,0 g1 ut t 。uuu To , 0 g u t O 18 t O u O 動(dòng)畫動(dòng)畫 控制角控制角 t1 t u O t g u O t2 2 t T u O 導(dǎo)通角導(dǎo)通角 19 tuU d 2 1 O )d(sin2 2 1 ttU 2 cos1 45. 0

7、 LL O O R U R U I 2 cos1 45. 0 U 20 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 第八章第八章 電力電子電力電子晶閘管及其基本電路晶閘管及其基本電路 第二章節(jié)內(nèi)容第二章節(jié)內(nèi)容 結(jié)論：結(jié)論： 當(dāng)負(fù)載為電感性時(shí)，導(dǎo)通角當(dāng)負(fù)載為電感性時(shí)，導(dǎo)通角 將大于負(fù)載電感愈大。導(dǎo)通角愈將大于負(fù)載電感愈大。導(dǎo)通角愈 大每個(gè)周期中負(fù)載上的負(fù)電壓所大每個(gè)周期中負(fù)載上的負(fù)電壓所 占的比重就愈大輸出電壓和輸出占的比重就愈大輸出電壓和輸出 電流的平均值也就愈小。電流的平均值也就愈小。 21 帶續(xù)流二極管的帶續(xù)流二極管的 SCR整流電路整流電路 三續(xù)流二極管的作用：三續(xù)流二極管

8、的作用： 負(fù)載上由電感維持的電負(fù)載上由電感維持的電 流流經(jīng)二極管，此二極流流經(jīng)二極管，此二極 管稱為續(xù)流二極管管稱為續(xù)流二極管 ddv II 2 2 ddvs II 2 22 第八章第八章 電力電子電力電子晶閘管及其基本電路晶閘管及其基本電路第二章節(jié)內(nèi)容第二章節(jié)內(nèi)容 23 24 25 R Eu I d d 3反電勢(shì)負(fù)載反電勢(shì)負(fù)載 晶閘管導(dǎo)通條件：晶閘管導(dǎo)通條件： 電源電壓大于反電電源電壓大于反電 勢(shì)，還要有觸發(fā)脈勢(shì)，還要有觸發(fā)脈 沖。沖。 輸出平均電流為輸出平均電流為: 第八章第八章 電力電子電力電子晶閘管及其基本電路晶閘管及其基本電路第二章節(jié)內(nèi)容第二章節(jié)內(nèi)容 26 二單相全控橋二單相全控橋

9、式整流電路式整流電路 把半控橋中的把半控橋中的 兩只二極管用兩兩只二極管用兩 只晶閘管代替構(gòu)只晶閘管代替構(gòu) 成全控橋。成全控橋。 第八章第八章 電力電子電力電子晶閘管及其基本電路晶閘管及其基本電路第二章節(jié)內(nèi)容第二章節(jié)內(nèi)容 27 cos9 . 0cos 22 sin2 2 2 2 2 )(2 u u tduu td ) 2 0( 單相全控橋中元件承受的最大正反向電壓是單相全控橋中元件承受的最大正反向電壓是 2 2u 第八章第八章 電力電子電力電子晶閘管及其基本電路晶閘管及其基本電路第二章節(jié)內(nèi)容第二章節(jié)內(nèi)容 28 83 三相可控整流電路三相可控整流電路 8.3.1 三相半波可控整流電路三相半波可控

10、整流電路 一電阻性負(fù)載一電阻性負(fù)載 第八章第八章 電力電子電力電子晶閘管及其基本電路晶閘管及其基本電路第二章節(jié)內(nèi)容第二章節(jié)內(nèi)容 29 第三章節(jié)內(nèi)容第三章節(jié)內(nèi)容 晶閘管承受的最大正向電壓表為，可晶閘管承受的最大正向電壓表為，可 能承受的最大的反向電壓為能承受的最大的反向電壓為: pp UU 22 632 0 ptpd UtdUU 2 6 5 6 )(2 17. 1sin2 3 2 1 1. 第八章第八章 電力電子電力電子晶閘管及其基本電路晶閘管及其基本電路 30 6 0 2當(dāng)當(dāng) 時(shí)時(shí), cos17. 1sin2 3 2 1 2 6 5 6 )(2ptpd UtdUU 第八章第八章 電力電子電力電

11、子晶閘管及其基本電路晶閘管及其基本電路 第三章節(jié)內(nèi)容第三章節(jié)內(nèi)容 31 6 5 6 3當(dāng)當(dāng) 時(shí)時(shí), 3 )30cos(1 17. 1sin2 3 2 1 2 6 )(2 ptpd UtdUU 當(dāng)當(dāng) 6 5 時(shí)時(shí), 0 d U ，所以三相半波可控整流，所以三相半波可控整流 電路其的移相范圍為電路其的移相范圍為: 6 5 0 第八章第八章 電力電子電力電子晶閘管及其基本電路晶閘管及其基本電路 第三章節(jié)內(nèi)容第三章節(jié)內(nèi)容 32 二電感性負(fù)載二電感性負(fù)載 6 當(dāng)當(dāng) 時(shí)，整流輸出電壓波形是連續(xù)的，而時(shí)，整流輸出電壓波形是連續(xù)的，而 當(dāng)時(shí)，整流輸出電壓波形是不連續(xù)的當(dāng)電源電壓下當(dāng)時(shí)，整流輸出電壓波形是不連續(xù)

12、的當(dāng)電源電壓下 降到零時(shí)，電流也同時(shí)下降到零降到零時(shí)，電流也同時(shí)下降到零-電阻性負(fù)載。電阻性負(fù)載。 cos17. 1sin2 3 2 1 2 6 5 6 )(2ptpd UtdUU 第八章第八章 電力電子電力電子晶閘管及其基本電路晶閘管及其基本電路 第三章節(jié)內(nèi)容第三章節(jié)內(nèi)容 33 2 0 三相半波整流電路帶電感三相半波整流電路帶電感 性負(fù)載時(shí)要求觸發(fā)脈沖的移性負(fù)載時(shí)要求觸發(fā)脈沖的移 相范圍是相范圍是 第八章第八章 電力電子電力電子晶閘管及其基本電路晶閘管及其基本電路 第三章節(jié)內(nèi)容第三章節(jié)內(nèi)容 34 p U 2 6 晶閘管承受的最大限晶閘管承受的最大限 度正反向電壓為度正反向電壓為: 第八章第八

13、章 電力電子電力電子晶閘管及其基本電路晶閘管及其基本電路 第三章節(jié)內(nèi)容第三章節(jié)內(nèi)容 35 8.3.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路 第八章第八章 電力電子電力電子晶閘管及其基本電路晶閘管及其基本電路 第三章節(jié)內(nèi)容第三章節(jié)內(nèi)容 36 cos34. 2 2 pUU d ) 2 0 ( 第八章第八章 電力電子電力電子晶閘管及其基本電路晶閘管及其基本電路 第三章節(jié)內(nèi)容第三章節(jié)內(nèi)容 37 第四章節(jié)內(nèi)容第四章節(jié)內(nèi)容 逆變：利用晶閘管電路把直流電變成交逆變：利用晶閘管電路把直流電變成交 流電的過(guò)程稱流電的過(guò)程稱 為逆變，把直流電變成交流電為逆變，把直流電變成交流電 的裝置叫逆變器。的裝置叫逆變器

14、。 交流器：同一套晶閘管電路即可實(shí)現(xiàn)整交流器：同一套晶閘管電路即可實(shí)現(xiàn)整 流，又可實(shí)現(xiàn)逆變這種裝置通常稱為逆變器。流，又可實(shí)現(xiàn)逆變這種裝置通常稱為逆變器。 有源逆變：把直流電逆變?yōu)橥l率的交有源逆變：把直流電逆變?yōu)橥l率的交 流電反饋到電網(wǎng)中去，稱為有源逆變。流電反饋到電網(wǎng)中去，稱為有源逆變。 無(wú)源逆變：若變流器交流側(cè)接負(fù)載，把直無(wú)源逆變：若變流器交流側(cè)接負(fù)載，把直 流電逆變?yōu)槟骋活l率或變頻率的交流電供給負(fù)流電逆變?yōu)槟骋活l率或變頻率的交流電供給負(fù) 載稱無(wú)源逆變。載稱無(wú)源逆變。 第八章第八章 電力電子電力電子晶閘管及其基本電路晶閘管及其基本電路 38 8.4.1 有源逆變電路有源逆變電路 整流是

15、指電能由交流側(cè)接傳送到直流側(cè)整流是指電能由交流側(cè)接傳送到直流側(cè)“逆變逆變 ”是電能由電流側(cè)流到交流側(cè)。是電能由電流側(cè)流到交流側(cè)。 整流狀態(tài)整流狀態(tài) 2 0 t i dd d d LRIEu d RIEU dd dd t i Uu d d L d 第八章第八章 電力電子電力電子晶閘管及其基本電路晶閘管及其基本電路第四章節(jié)內(nèi)容第四章節(jié)內(nèi)容 39 第八章第八章 電力電子電力電子晶閘管及其基本電路晶閘管及其基本電路第四章節(jié)內(nèi)容第四章節(jié)內(nèi)容 40 2 二二. 逆變狀態(tài)逆變狀態(tài) 電路工作于逆變狀態(tài)必須滿足兩個(gè)條件：電路工作于逆變狀態(tài)必須滿足兩個(gè)條件： 第八章第八章 電力電子電力電子晶閘管及其基本電路晶閘管

16、及其基本電路第四章節(jié)內(nèi)容第四章節(jié)內(nèi)容 41 d u 及及E的極性與整流狀態(tài)相反，且的極性與整流狀態(tài)相反，且 d UE 。 必須使必須使 第八章第八章 電力電子電力電子晶閘管及其基本電路晶閘管及其基本電路第四章節(jié)內(nèi)容第四章節(jié)內(nèi)容 42 . 逆變角逆變角 第八章第八章 電力電子電力電子晶閘管及晶閘管及 其基本電路其基本電路第四章節(jié)內(nèi)容第四章節(jié)內(nèi)容 43 cos17.1 2 pd UU 對(duì)三相半波逆變電路對(duì)三相半波逆變電路: 26 第八章第八章 電力電子電力電子晶閘管及晶閘管及 其基本電路其基本電路第四章節(jié)內(nèi)容第四章節(jié)內(nèi)容 44 8.4.2 無(wú)源逆變電路系統(tǒng)無(wú)源逆變電路系統(tǒng) 一無(wú)源逆變電路的工作原理

17、。一無(wú)源逆變電路的工作原理。 1無(wú)源逆變器的簡(jiǎn)單工作原理。無(wú)源逆變器的簡(jiǎn)單工作原理。 2單相晶閘管橋式逆變器。單相晶閘管橋式逆變器。 二極管之作用：二極管之作用： 一一. 起反饋?zhàn)饔眉窗沿?fù)載中的無(wú)功能量反饋回起反饋?zhàn)饔眉窗沿?fù)載中的無(wú)功能量反饋回 直流電源。直流電源。 二二. 是防止逆變器的輸出峰值過(guò)分地超過(guò)直流是防止逆變器的輸出峰值過(guò)分地超過(guò)直流 電源電壓，以維持輸出電壓為恒定值。電源電壓，以維持輸出電壓為恒定值。 第八章第八章 電力電子電力電子晶閘管及晶閘管及 其基本電路其基本電路第四章節(jié)內(nèi)容第四章節(jié)內(nèi)容 45 二二. 單相無(wú)源逆變器的電壓控制單相無(wú)源逆變器的電壓控制 1. 控制逆變器的電壓

18、控制。控制逆變器的電壓控制。 2. 在逆變器內(nèi)部的電壓控制。在逆變器內(nèi)部的電壓控制。 第八章第八章 電力電子電力電子晶閘管及晶閘管及 其基本電路其基本電路第四章節(jié)內(nèi)容第四章節(jié)內(nèi)容 46 基基 本本 要要 求求 掌握晶閘管的基本工作原理、特性和主要參數(shù)掌握晶閘管的基本工作原理、特性和主要參數(shù) 的含義；的含義； 掌握幾種單相和三相基本可控整流電路的工作掌握幾種單相和三相基本可控整流電路的工作 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

19、的要求和觸發(fā)電了解晶閘管工作時(shí)對(duì)觸發(fā)電路的要求和觸發(fā)電 路的基本工作原理。路的基本工作原理。 第八章第八章 電力電子電力電子晶閘管及晶閘管及 其基本電路其基本電路 47 重重 點(diǎn)點(diǎn) 與與 難難 點(diǎn)點(diǎn) 1、重點(diǎn)、重點(diǎn) 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)平均電流的含義及基晶閘管額定通態(tài)平均電流的含義及基 本可控整流電路的選擇和額定電壓的選本可控整流電路的選擇和額定電壓的選 擇。擇。 第八章第八章 電力電子電力電子晶閘管及晶閘管及

20、其基本電路其基本電路 48 2、難點(diǎn)、難點(diǎn) 整流電路接電感性負(fù)載、電動(dòng)勢(shì)負(fù)載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；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。 第八章第八章 電力電子電力電子晶閘管及晶閘管及 其基本電路其基本電路重重 點(diǎn)點(diǎn) 與與 難難 點(diǎn)點(diǎn) 49 例例 題題 分分 析析 例例8.1 已知可控整流電路的電流波形有如圖已知可控整流電路的電流波形有如圖8.1所所 示的三種形狀示的三種形狀(陰影部分為導(dǎo)通區(qū)陰影部分為導(dǎo)通區(qū)),各種波形的最大各種波形的最大 值均為值均為 m I ,試計(jì)算各種波形電流平均值試計(jì)算各種波形電

21、流平均值 321ddd 、I、II ,電流有效值電流有效值 321eee 、I、II,它們的波形系數(shù)它們的波形系數(shù) 321 、K、KK 和允許的電流平均值和允許的電流平均值 321 、I、II .如果選用額定通態(tài)平如果選用額定通態(tài)平 AI 100的晶閘管，問(wèn)是否能滿足要求的晶閘管，問(wèn)是否能滿足要求?均電流均電流 第八章第八章 電力電子電力電子晶閘管及晶閘管及 其基本電路其基本電路 50 解：（解：（1）對(duì)于圖（）對(duì)于圖（a）：）： 88. 1 4 3 45. 0 1 1 1 m m d e I I I I K 第八章第八章 電力電子電力電子晶閘管及晶閘管及 其基本電路其基本電路 例例 題題 分

22、分 析析 mtmd ItdII 4 3 sin 2 1 3 )(1 mtme IdtII45. 0)sin( 2 1 3 )( 2 1 51 根據(jù)有效值相等的原則，有根據(jù)有效值相等的原則，有 AAI T 84100 88.1 57.1 1 因因57. 1 1 K,所以，所以，100A晶閘管的允許電流平均值小于晶閘管的允許電流平均值小于 100A， 故不能滿足要求。故不能滿足要求。 （2）對(duì)于圖（）對(duì)于圖（b）：）： mtmd ItdII 2 sin 1 0 )(2 第八章第八章 電力電子電力電子晶閘管及晶閘管及 其基本電路其基本電路 例例 題題 分分 析析 52 mtme IdtII 2 )s

23、in( 1 0 )( 2 2 11. 1 22)2 ( 2 2 2 2 m m d e I I I I K AAI T 141100 11.1 57.1 2 因因 57. 1 2 K，所以，所以，100A的晶閘管允許的電流平均的晶閘管允許的電流平均 值大于值大于100A，故能滿足要求。故能滿足要求。 第八章第八章 電力電子電力電子晶閘管及晶閘管及 其基本電路其基本電路 例例 題題 分分 析析 53 （3）對(duì)于圖（）對(duì)于圖（c）：）： 32 1 32 0 )(3 m tmd I dII 3 )( 2 1 32 0 )( 2 3 m tme I dII 73. 1 3 3 3 3 3 3 3 m

24、m d e I I I I K AAIT8 .90100 73. 1 57. 1 3 第八章第八章 電力電子電力電子晶閘管及晶閘管及 其基本電路其基本電路 例例 題題 分分 析析 54 因因 所以，所以，100A的晶閘管允許的電流平均值小于的晶閘管允許的電流平均值小于 100A，故不能滿足要求。故不能滿足要求。 通過(guò)上述分析可知，不同波形的電流平均值、有效通過(guò)上述分析可知，不同波形的電流平均值、有效 值、波形系數(shù)都是不一樣的，所以額定電流為值、波形系數(shù)都是不一樣的，所以額定電流為100A 的晶閘管在不同電流波形時(shí)所允許的電流平均值也的晶閘管在不同電流波形時(shí)所允許的電流平均值也 是不同的。是不同

25、的。 57. 1 3 K 第八章第八章 電力電子電力電子晶閘管及晶閘管及 其基本電路其基本電路 例例 題題 分分 析析 55 例例2如圖如圖8.3所示，有一單相半控橋整流電路，帶所示，有一單相半控橋整流電路，帶 電感性負(fù)載并有續(xù)流二極管，負(fù)載電阻電感性負(fù)載并有續(xù)流二極管，負(fù)載電阻 5 L R 電源電壓電源電壓 VU220 2 ,晶閘管的控制角晶閘管的控制角 60 試求：試求： （1）輸出直流電壓；）輸出直流電壓； （2）晶閘管和二極管的電壓、電流定額；）晶閘管和二極管的電壓、電流定額； （3）選用晶閘管。）選用晶閘管。 . 第八章第八章 電力電子電力電子晶閘管及晶閘管及 其基本電路其基本電路

26、例例 題題 分分 析析 56 VUU d 5 .148 2 60cos1 2209 . 0 2 cos1 9 . 0 2 解：（解：（1）根據(jù)教材中的式（）根據(jù)教材中的式（8.6），輸出直流電壓），輸出直流電壓 （2）負(fù)載電流為）負(fù)載電流為: A V R U I L d d 30 5 5 .148 第八章第八章 電力電子電力電子晶閘管及晶閘管及 其基本電路其基本電路 例例 題題 分分 析析 57 晶閘管及二極管導(dǎo)通角晶閘管及二極管導(dǎo)通角: 12060180180 續(xù)流管導(dǎo)通角續(xù)流管導(dǎo)通角: 12024036022 3 v 晶閘管和二極管電流的平均值晶閘管和二極管電流的平均值: AAIII ddvdvs 1030