機(jī)車電力電子技術(shù) 課件 第二章 相控整流技術(shù)

第二章相控整流技術(shù)2.1晶閘管2.2單相可控整流電路2.3三相可控整流電路2.4整流電路濾波2.5晶閘管濾波電路2.6SS4G型電力機(jī)車整流柜及DC600V列車供電柜2.1晶閘管晶閘管(Thyristor)也稱作可控硅整流器，簡稱SCR(SiliconControlledRectifier)，晶閘管的電壓、電流等級都比較高。從外形上來看，晶閘管主要有螺栓型和平板型兩種封裝，如圖2-1(a)和2-1(b)所示，電流等級的大小與PN結(jié)的面積成正比，因此，平板型晶閘管的電流等級(>200A)要大于螺栓型晶閘管的電流等級(<200A)。晶閘管的結(jié)構(gòu)晶閘管SCR是PNPN四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)、具有三個(gè)PN結(jié)(J1、J2、J3)，如圖2-2(a)所示，晶閘管內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以看作是在三層NPN半導(dǎo)體的基礎(chǔ)上再增加一層P型半導(dǎo)體形成的。P1區(qū)引出陽極A，N2區(qū)引出陰極K，P2區(qū)引出門極G。晶閘管導(dǎo)通原理

在門極G不加驅(qū)動(dòng)電流的情況下，在陽極A和陰極K之間加上正向電壓，PN結(jié)J2處于反偏狀態(tài)，在陽極A和陰極K之間加上反向電壓，PN結(jié)J1、J3處于反偏狀態(tài)，因此晶閘管總是處于截止?fàn)顟B(tài)。只有在門極G和陰極K之間加上一定的正向驅(qū)動(dòng)電壓、電流，并且在A、K之間加上正向電壓，晶閘管才導(dǎo)通。晶閘管工作特點(diǎn)：

2.1.2晶閘管的基本特性1.晶閘管的陽極伏安特性1)正向特性(1)晶閘管的開通(2)晶閘管的關(guān)斷2)反向特性2.晶閘管的門極伏安特性3.晶閘管的動(dòng)態(tài)特性2.1.3晶閘管的主要參數(shù)

2.2單相可控整流電路2.2.1單相半波可控整流電路1.帶電阻性負(fù)載的工作情況相控整流電路常用術(shù)語

2.帶阻感性負(fù)載的工作情況負(fù)載中的電感有以下特點(diǎn)：電感有阻礙電流變化的作用，使得流過電感的電流不能發(fā)生突變，當(dāng)電流增加時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢e=Ldi/dt阻止電流增加，當(dāng)電流減小時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢e=Ldi/dt反過來阻止電流減小，這使得流過電感的電流不能發(fā)生突變。另外，電感在電路的工作過程中儲(chǔ)存磁場能量，但不消耗能量。為了不使輸出直流電壓平均值下降，在整流電路的負(fù)載兩端并聯(lián)一個(gè)二極管，稱為續(xù)流二極管

2.2.2單相橋式全控整流電路在單相半波整流電路中變壓器輸出電流僅存在直流分量，容易造成變壓器的直流磁化問題；而且變壓器和晶閘管只在正弦交流電的正半波通電，通電流時(shí)間太短、利用率太低，半波整流電路輸出電壓脈動(dòng)較大，輸出電壓平均值也偏低。實(shí)際應(yīng)用中，極少使用半波整流電路，而是采用橋式全控整流電路。根據(jù)負(fù)載性質(zhì)的不同，分別介紹R負(fù)載、R-L負(fù)載、R-E負(fù)載及R-L-E負(fù)載幾種典型電路。1.電阻性負(fù)載單相橋式全控整流電路電阻性負(fù)載基本電量計(jì)算公式

2.阻感性負(fù)載單相橋式全控整流電路

阻感性負(fù)載基本電量計(jì)算如下：

3.反電勢(R-E)負(fù)載及(R-L-E)負(fù)載單相橋式全控整流電路R-E負(fù)載基本主要電量計(jì)算如下：

2.2.3單相橋式半控整流電路

(a)電路(b)波形圖2-12電感性負(fù)載單相橋式半控整流電路原理圖及波形

“失控”問題的解決“失控”問題的解決2.2.4單相全波可控整流電路

2.3三相可控整流電路2.3.1三相半波共陰極可控整流電路1.電阻性負(fù)載電阻性負(fù)載分析

2.阻感性負(fù)載

三相半波可控整流電路阻感性負(fù)載基本電量計(jì)算

2.3.2三相半波共陽極可控整流電路2.3.2三相半波共陽極可控整流電路2.3.3三相橋式可控整流電路將陰極連接在一起的三個(gè)晶閘管(T1、T3、T5)稱為共陰極組，將陽極連接在一起的三個(gè)晶閘管(T4、T6、T2)稱為共陽極組，三相橋式整流電路相當(dāng)于1個(gè)三相共陰極接法的半橋和1個(gè)三相共陽極接法的半橋的組合。三相橋式可控整流電路基本電量計(jì)算

2.3.4三相橋式半控整流電路CRH1動(dòng)車組電池充電模塊輸入整流器采用了三相橋式半控整流電路，如圖2-26所示所示，這種電路結(jié)構(gòu)輸出的直流電壓比三相橋式全控整流電路的高，旁邊的二極管是為了防止三相橋式半控整流電路失控現(xiàn)象的發(fā)生，有利于3個(gè)晶閘管的關(guān)斷。2.4整流電路濾波2.4.1電容C濾波電路2.4.1電容C濾波電路

2.4.2電感L濾波電路

圖2-28電感濾波電路2.4.3L-C濾波電路

2.5晶閘管觸發(fā)電路2.5.1晶閘管的驅(qū)動(dòng)要求(1)正向脈沖：門極對陰極為正電壓。(2)脈沖形式：寬脈沖、窄脈沖、脈沖列均可。(3)與主電路同步：保持固定相位關(guān)系。(4)與主電路隔離：高、低壓電源隔離。(5)抗干擾能力：防止誤觸發(fā)。2.5.2單結(jié)晶體管觸發(fā)電路單結(jié)晶體管(簡稱UJT)又稱基極二極管，只有一個(gè)PN結(jié)，一個(gè)發(fā)射極和兩個(gè)基極，所以又稱它為雙基極二極管；它的基片為條狀的高阻N型硅片，兩端分別引出兩個(gè)基極B1和B2，在硅片中間略偏B2一側(cè)用合金法制作一個(gè)P區(qū)作為發(fā)射極E。單結(jié)晶體管特性

2.6SS4G型電力機(jī)車整流柜及DC600V列車供電柜原理

2.6.2DC600V列車供電柜DC600V列車供電柜有兩套完全獨(dú)立的供電系統(tǒng)，其電路原理完全相同，如圖2-35所示，單相交流