《电力电子技术》课件.ppt

(18-1),第19章 电力电子技术,19.1 电力电子器件,19.2 可控整流电路,19.4 交流调压电路,(18-2),本章要求：1.了解晶闸管的基本构造、工作原理、特性曲线 和主要参数；2.了解单相可控整流电路的可控原理和整流电压 与电流的波形，了解单结晶闸管及其触发电路；3、了解交流调压电路的工作原理和应用。,第19章 电力电子技术,(18-3),19.1 电力电子器件,(1)不控器件 器件的导通和关断无可控功能。如整流二极管(D)。,(2)半控器件器件的导通可控,但关断不可控。如普通晶闸管(T)。,(3)全控器件 器件的导通和关断均具可控的功能。如可关断晶闸管(GTO)、功率晶体管(GTR)、功率场效晶体管(VDMOS)及绝缘栅双极晶体管(IGBT)。,19.1.1 电力电子器件的分类,(18-4),电力电子器件的符号,电力电子器件的主要性能指标,电压、电流、工作频率。,(18-5),19.1.2 晶闸管,晶闸管是在晶体管基础上发展起来的一种大功率半导体器件。它的出现使半导体器件由弱电领域扩展到强电领域。晶闸管也像半导体二极管那样具有单向导电性，但它的导通时间是可控的，主要用于整流、逆变、调压及开关等方面。,优点：体积小、重量轻、效率高、动作迅速、维修简单、操作方便、寿命长、容量大（正向平均电流达千安、正向耐压达数千伏）。,（Silicon Controlled Rectifier）,(18-6),1.基本结构,晶闸管具有三个PN结。,(c)结构,(a)外形,晶闸管的外形、结构及符号,(18-7),晶闸管相当于PNP和NPN型两个晶体管的组合,(18-8),2.工作原理,在极短时间内使两个三极管均饱和导通，此过程称触发导通。,形成正反馈过程,EA 0、EG 0,A,K,G,(18-9),晶闸管导通后，去掉EG，依靠正反馈，仍可维持导通状态。,2.工作原理,EA 0、EG 0,G,(18-10),晶闸管导通的条件：,(1)晶闸管阳极电路(阳极与阴极之间)施加正向电压。(2)晶闸管控制电路(控制极与阴极之间)加正向电压或正向脉冲(正向触发电压)。,晶闸管导通后，控制极便失去作用。依靠正反馈，晶闸管仍可维持导通状态。,晶闸管关断的条件：,(1)必须使可控硅阳极电流减小，直到正反馈效应不能维持。(2)将阳极电源断开或者在晶闸管的阳极和阴极间加反向电压。,(18-11),正向特性,反向特性,IG2 IG1 IG0,正向转折电压,反向转折电压,正向平均电流,维持电流,3.伏安特性,(18-12),4.主要参数,(1)正向重复峰值电压UDRM 晶闸管控制极开路且正向阻断情况下,可以重复加在晶闸管两端的正向峰值电压。一般UDRM 比正向转折电压UBO低100V。,(2)反向重复峰值电压URRM 晶闸管控制极开路时,可以重复加在晶闸管两端的反向峰值电压。一般URRM 比反向转折电压|UBO|低100V。,(3)正向平均电流 IF 环境温度为40C及标准散热条件下，晶闸管处于全导通时可以连续通过的工频正弦半波电流的平均值。,(18-13),如果正弦半波电流的最大值为Im,则,普通晶闸管IF为1A 1000A。,(4)维持电流 IH 在规定的环境和控制极断路时，晶闸管维持导通状态所必须的最小电流。,(18-14),晶闸管型号及其含义,导通时平均电压组别共九级,用字母AI表示0.41.2V,额定电压,用百位或千位数表示取UFRM或URRM较小者,额定正向平均电流(IF),如KP5-7表示额定正向平均电流为5A,额定电压为700V。,(18-15),双向晶闸管,特点：,相当于两个晶闸管反向并联，两者共用一个控制极。晶闸管双向触发导通。,UA2UA1时 控制极相对于A1加正脉冲，uGA1 0，晶闸管正向导通，电流从A2流向A1。,UA2UA1时 控制极相对于A1加负脉冲，uGA1 0，晶闸管反向导通，电流从A1流向A2。,工作原理：,(18-16),可关断晶闸管,符号：,特点：,控制极加正触发信号，晶闸管导通；控制极加负触发信号，晶闸管关断。,GTO全控示意图,(18-17),19.2 可控整流电路,19.2.1 可控整流电路,1.单相半波可控整流电路,(1)电阻性负载,u 0 时：若uG=0，晶闸管不导通，,u 0 时:晶闸管承受反向电压不导通,uO=0,uT=u，故称可控整流。,控制极加触发信号，晶闸管承受正向电压导 通，,(18-18),工作原理,t1,u2 0 时:可控硅承受反向电压不导通,即：晶闸管反向阻断,加触发信号，晶闸管承受正向电压导通,u2 0时:,(18-19),O,接电阻负载时单相半波可控整流电路电压、电流波形,控制角,t1,t2,2,导通角,(18-20),整流输出电压及电流的平均值,由公式可知：,改变控制角，可改变输出电压UO。,(18-21),2.单相半控桥式整流电路,(1)电路,(2)工作原理,T1和D2承受正向电压。T1控制极加触发电压,则T1和D2导通，电流的通路为,a,电压u 为正半周时：,此时，T和D均承受反向电压而截止。,(18-22),T2和D1承受正向电压。T2控制极加触发电压,则T2和D1导通，电流的通路为,电压u 为负半周时：,b,此时，T1和D2均承受反向电压而截止。,(18-23),(3)工作波形,2,(18-24),(4)输出电压及电流的平均值,(18-25),两种常用可控整流电路,电路特点,该电路只用一只晶闸管，且其上无反 向电压。,2.晶闸管和负载上的电流相同。,(1),(18-26),电路特点,1.电路接入电感性负载时，二极管D1、D2起 续流作用。,2.由于T1的阳极和T2的阴极相连，两管控制 极必须加独立的触发信号。,(2),(18-27),单结晶体管触发电路,1.单结晶体管,PN结,N型硅片,(a)示意图,单结晶体管结构示意图及其表示符号,(b)符号,(1)结构,(18-28),(2)工作原理,UE UBB+UD=UP 时,PN结反偏，IE很小；,PN结正向导通,IE迅速增加。,分压比(0.5 0.9),测量单结晶体管的实验电路,由图可求得,RE,(18-29),(3)单结晶体管的伏安特性,Ip,IV,UEUP后，大量空穴注入基区，致使IE增加、UE反而下降，出现负阻-负阻区。,(18-30),(1)UE UP时单结管截止；,UE UP时单结管导通，UE UV时恢复截止。,单结晶体管的特点,(2)晶体管的峰点电压UP与外 加固定电压UBB及分压比 有关，峰点电压UP或分压比不同，则峰值电 压UP不同。,(3)不同单结晶体管的谷点电压UV和谷点电流IV都 不一样。谷点电压大约在2 5V之间。常选用 稍大一些，UV稍小的单结晶体管，以增大输 出脉冲幅度和移相范围。,(18-31),2.单结晶体管触发电路,(1)振荡电路,单结晶体管弛张振荡电路,单结晶体管弛张振荡电路利用单结管的负阻特性及RC电路的充放电特性组成频率可调的振荡电路。,(18-32),(2)振荡过程分析,设通电前uC=0。,接通电源U,电容C经电阻R充电。电容电压uC逐渐升高。,当uC UP时,单结管导通,电容C放电,R1上得到一脉冲电压。,电容放电至 uC Uv时，单结管重新关断，使uO0。,(18-33),注意：R值不能选的太小，否则单结管不能关断，电路亦不能振荡。,(b)电压波形,(18-34),(3)单结管触发的半控桥式整流电路,(18-35),1)整流削波,削 波,整流,(18-36),2)触发电路,UZ,t,3)输出电压uL,(18-37),问 题 讨 论,1.单结管触发的可控整流电路中，主电路和触发 电路为什么接在同一个变压器上？,目的：保证主电路和触发电路的电源电压同时过零(即两者同步)，使电容在每半个周期均从零开始充电，从而保证每半个周期的第一个触发脉冲出现的时刻相同(即角一样)以使输出平均电压不变。,2.触发电路中，整流后为什么加稳压管？,稳压管的作用：是将整流后的电压变成梯形(即削波)，使单结管两端电压稳定在稳压管的稳压值上，从而保证单结管产生的脉冲幅度和每半个周期产生第一脉冲的时间，不受交流电源电压变化的影响。,(18-38),3.一系列触发脉冲中，为什么只有第一个起作用？如何改变控制角？,根据晶闸管的特性，它一旦触发导通，在阳极电压足够大的条件下，即使去掉触发信号，仍能维持导通状态。因此，每半个周期中只有第一个触发脉冲起作用。,改变充电时间常数即可改变控制角。控制角变化的范围称为移相范围。,4.电压的调节,(18-39),19.4 交流调压电路,1.电路,2.工作波形,3.输出电压有效值,(18-40),简单的交流调压电路,双向二极管：只要在其两端加上一定数值的正或负电压即可使其导通。,双向二极管,