第8章 電力電子學(xué)基礎(chǔ)

1、 第第8章章 電力電子學(xué)基礎(chǔ)電力電子學(xué)基礎(chǔ) 學(xué)習(xí)要求學(xué)習(xí)要求: 掌握電力半導(dǎo)體器件的基本工作原理、特性和主要參數(shù)的含義 掌握電力半導(dǎo)體器件的基本工作原理、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的工作原理及特點(diǎn) 掌握幾種單相和三相基本可控整流電路的工作原理及特點(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)電路的要求和觸發(fā)電路的基本工作原理。 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。 前前 言言 電力（強(qiáng)）電子學(xué)電力（強(qiáng)）電子學(xué)電力半導(dǎo)體器件電力半導(dǎo)體器件 微（弱）電子學(xué)微（弱）電子學(xué)集成電路集成電路

2、 半導(dǎo)體器件半導(dǎo)體器件 電力電子學(xué)的任務(wù)： 利用電力半導(dǎo)體器件和線路來實(shí)現(xiàn)電功率的變換和控制。 電力半導(dǎo)體器件電力半導(dǎo)體器件 弱電弱電強(qiáng)電強(qiáng)電 全全控控型型器器件件 半半控控型型器器件件 不不可可控控器器件件 電電力力半半導(dǎo)導(dǎo)體體器器件件 電力半導(dǎo)體器件根據(jù)其導(dǎo)通和管斷的電力半導(dǎo)體器件根據(jù)其導(dǎo)通和管斷的 可控性可分為可控性可分為 由電力半導(dǎo)體器件和相應(yīng)電路所組成的電力變換電路按功能可以分為：由電力半導(dǎo)體器件和相應(yīng)電路所組成的電力變換電路按功能可以分為： 可控整流電路可控整流電路將固定頻率、電壓的交流電變?yōu)楣潭ɑ蚩烧{(diào)的直流電；將固定頻率、電壓的交流電變?yōu)楣潭ɑ蚩烧{(diào)的直流電； 交流調(diào)壓電路交流調(diào)壓

3、電路將固定頻率、電壓的交流電變?yōu)榭烧{(diào)電壓的交流電；將固定頻率、電壓的交流電變?yōu)榭烧{(diào)電壓的交流電； 逆變電路逆變電路把直流電變?yōu)轭l率固定或可調(diào)的交流電；把直流電變?yōu)轭l率固定或可調(diào)的交流電； 變頻電路變頻電路把固定頻率的交流電變?yōu)轭l率可調(diào)的交流電；把固定頻率的交流電變?yōu)轭l率可調(diào)的交流電； 斬波電路斬波電路把固定的直流電壓變?yōu)榭烧{(diào)直流電壓；把固定的直流電壓變?yōu)榭烧{(diào)直流電壓； 電子開關(guān)電子開關(guān)功率半導(dǎo)體工作在開關(guān)狀態(tài)，可以代替繼電器、接觸器用于頻繁開合操作的場合。功率半導(dǎo)體工作在開關(guān)狀態(tài)，可以代替繼電器、接觸器用于頻繁開合操作的場合。 8.1半導(dǎo)體器件半導(dǎo)體器件 一、不可控型開關(guān)器件一、不可控型開關(guān)器

4、件 大功率二極管屬于不可控開關(guān)器件大功率二極管屬于不可控開關(guān)器件 二、半控型開關(guān)器件二、半控型開關(guān)器件 晶閘管（晶閘管（Silicon Controlled Rectifier 簡稱簡稱SCR）是在）是在60年代發(fā)展起來的一種新型電力半導(dǎo)體器件，晶年代發(fā)展起來的一種新型電力半導(dǎo)體器件，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。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。 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) ： (1)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，即用很小的功率即用很小的功率(電電 流約幾十毫安一百多毫安，電壓約流約幾十毫安一百多毫安，電壓約24V)可以控制較大的功可以控制

5、較大的功 率率(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)， (2) 控制靈敏、反應(yīng)快，控制靈敏、反應(yīng)快，晶閘管的導(dǎo)通和截止時(shí)間都在微秒晶閘管的導(dǎo)通和截止時(shí)間都在微秒 級(jí)；級(jí)； (3) 損耗小、效率高損耗小、效率高，晶閘管本身的壓降很小，晶閘管本身的壓降很小(僅僅1V左左 右右)，總效率可達(dá)，總效率可達(dá)97.5%，而一般機(jī)組效率僅為，而一般機(jī)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) 過載能力弱過載能力弱，在過電流、過電壓情況下很容易損杯，要保證，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

6、中要采取保護(hù)措施，在選用時(shí)，其電壓、電其可靠工作，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；流應(yīng)適當(dāng)留有余量； (2) 抗干擾能力差抗干擾能力差，易受沖擊電壓的影響，當(dāng)外界干擾較強(qiáng)時(shí)，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；容易產(chǎn)生誤動(dòng)作； (3) 導(dǎo)致電網(wǎng)電壓波形畸變導(dǎo)致電網(wǎng)電壓波形畸變，高次諧波分量增加，干擾，高次諧波分量增加，干擾 周圍的電氣設(shè)備；周圍的電氣設(shè)備； (4) 控制電路比較復(fù)雜控制電路比較復(fù)雜，對(duì)維修人員的技術(shù)水平要求高。，對(duì)維修人員的技術(shù)水平要求高。 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

7、用晶閘管作為整流放大元件組成的晶閘在實(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。管控制系統(tǒng)，獲得越來越廣泛的應(yīng)用。 晶閘管是在半導(dǎo)體二極管、三極管之后發(fā)現(xiàn)的一種新型的大功率半導(dǎo)體器件，它是一晶閘管是在半導(dǎo)體二極管、三極管之后發(fā)現(xiàn)的一種新型的大功率半導(dǎo)體器件，它是一 種可控制的硅整流元件，亦稱可控硅。種可控制的硅整流元件，亦稱可控硅。 其中：其中：A陽極，陽極，K陰極，陰極，G控制極?？刂茦O。 結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)示意圖表示符號(hào)表示符號(hào) 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)

8、 1.晶閘管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)晶閘管的結(jié)構(gòu)和符號(hào) 2.晶閘管的工作原理晶閘管的工作原理 主電路加上交流電壓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 瞬間合上開關(guān)瞬間合上開關(guān)S，在，在t4 瞬間拉開開關(guān)瞬間拉開開關(guān) S。 （1）在）在0t1之間之間: 開關(guān)開關(guān)S未合上，未合上， ug=0，盡管，盡管uAK0，但，但ud=0，即晶閘，即晶閘 管未導(dǎo)通；管未導(dǎo)通； （2）在）在t1t2之間之間: uAK0 ，由于開，由于開 關(guān)關(guān)S合上，使合上，使ug0，而，而 ， 即晶閘即晶閘 管導(dǎo)通；管導(dǎo)通； （3）在）在 t2t3 之間，之間， uAK0，但，但 ud=0，即晶閘管關(guān)斷；

9、，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；2 uud （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)；，即晶閘管仍處于導(dǎo)通狀態(tài)； 2 uud 2 uud （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)。 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，晶閘管均不導(dǎo)通，這說明晶閘管具有正、）起始時(shí)

10、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；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)通必須同時(shí)具備的兩個(gè)條件；）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)，必須把陽極正向電壓降低到一定）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）。值（或斷開，或反向）。 3.晶閘管的伏安特性晶閘管的伏安特性 晶閘管陽極對(duì)

11、陰極的電壓和流過晶閘管的電流之間的關(guān)系稱為晶閘管的伏安特性。晶閘管陽極對(duì)陰極的電壓和流過晶閘管的電流之間的關(guān)系稱為晶閘管的伏安特性。 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)載決定，陽極和陰極間的管壓降很小。，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。 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 ，元件中有很小的反向電流（反向漏電流）流過，處于截止?fàn)顟B(tài)。，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)。 反向擊穿反向擊穿：當(dāng)：當(dāng) uAK =URS

12、M ，晶閘管突然由反向截止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)化為導(dǎo)通狀，晶閘管突然由反向截止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)化為導(dǎo)通狀 態(tài)。態(tài)。 URSM稱為稱為反向不重復(fù)峰值反向不重復(fù)峰值 電壓電壓，或用，或用UBR表示稱表示稱反向擊穿電壓反向擊穿電壓。 4. 晶閘管的主要參數(shù)晶閘管的主要參數(shù) 1） 斷態(tài)重復(fù)峰值電壓斷態(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 、 UDRM應(yīng)等于

13、所承受的正、反向電壓的（應(yīng)等于所承受的正、反向電壓的（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 的反向峰值電壓的反向峰值電壓 。 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)通過的工頻正弦半波電流（在一個(gè)周期內(nèi)）平均值，稱為度的標(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

14、態(tài)平均電流，簡稱為額定電流。額定通態(tài)平均電流，簡稱為額定電流。 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。一般為幾在規(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mA一百多一百多mA 三、全控型開關(guān)器件三、全控型開關(guān)器件 1.門極可關(guān)斷晶閘管（門極可關(guān)斷晶閘管（GTO） 工作特點(diǎn)：工作特點(diǎn)： 當(dāng)門極當(dāng)門極G上加正電壓或正脈沖信號(hào)時(shí)，上加正電壓或正脈沖信號(hào)時(shí)， GTO導(dǎo)通并保持；導(dǎo)通并保持； 當(dāng)門極上加上反向電壓或反向脈沖當(dāng)門極上加上反向電壓或反向脈沖 時(shí)，時(shí)，GTO關(guān)斷并保持。關(guān)斷并保持。 2.電力晶體管（

15、電力晶體管（GTR） 內(nèi)部結(jié)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu) 基本電路基本電路開關(guān)時(shí)間開關(guān)時(shí)間 主要特性主要特性 1） 開路關(guān)斷電壓開路關(guān)斷電壓基極開路時(shí)另兩個(gè)極之間能承受的最高電壓；基極開路時(shí)另兩個(gè)極之間能承受的最高電壓； 2）集電極最大持續(xù)電流）集電極最大持續(xù)電流基極偏置時(shí)，集電極能流過的最大電流?；鶚O偏置時(shí)，集電極能流過的最大電流。 3.電力場效應(yīng)晶體管電力場效應(yīng)晶體管 主要參數(shù)：主要參數(shù)： 1）開啟電壓）開啟電壓UT當(dāng)當(dāng)uGS上升到開啟電壓上升到開啟電壓UT時(shí)，開始時(shí)，開始 出現(xiàn)漏極電流出現(xiàn)漏極電流; 漏極電壓漏極電壓 漏極直流電流和脈沖直流峰值漏極直流電流和脈沖直流峰值 刪源電壓刪源電壓 2) 極間電容極

16、間電容 4.絕緣柵雙極晶體管絕緣柵雙極晶體管 簡化等效電路簡化等效電路圖形符號(hào)圖形符號(hào)基本電路基本電路 8.2 單相可控整流電路單相可控整流電路 整流整流將交流電變?yōu)橹绷麟姷倪^程；將交流電變?yōu)橹绷麟姷倪^程； 整流電路整流電路將交流電變?yōu)橹绷麟姷碾娐罚粚⒔涣麟娮優(yōu)橹绷麟姷碾娐罚?整流整流 單相單相 三相三相 不可控不可控 可控可控 不可控不可控 可控可控 8.2.1 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路 u2輸入電壓輸入電壓 ； ud輸出電壓輸出電壓 ； 控制角控制角 ；晶閘管元件承受正向電壓起始點(diǎn)晶閘管元件承受正向電壓起始點(diǎn) 到觸發(fā)脈沖的作用點(diǎn)之間的電角度。到觸發(fā)脈沖的作用點(diǎn)之間的電角度。

17、 導(dǎo)通角導(dǎo)通角 ；是晶閘管在一周期時(shí)間內(nèi)導(dǎo)是晶閘管在一周期時(shí)間內(nèi)導(dǎo) 通的電角度。通的電角度。 的的范范圍圍 0 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 的的范范圍圍 2 1 450 2 cos R U . R U I d d 2 cos1 45. 0)(sin2 2 1 22 UttdUUd tsinUu 22 2 輸入電壓輸入電壓： 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： 2 2U 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)載上就得不

18、到所需要的電壓和電流。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。 三、加續(xù)流二極管的電路三、加續(xù)流二極管的電路 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)一只二極管的措施。均電壓，可采取負(fù)載兩端并聯(lián)一只二極管的措施。 ddVS 2 II ddv 2 2 II 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值：續(xù)流二極管的電流平均值： 2 cos1 45. 0)(sin2 2 1 22 UttdUUd tsinUu 22 2 輸入電壓輸入電壓： 負(fù)

19、載電壓負(fù)載電壓： 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： 2 2U 8.2.2 單相橋式整流電路單相橋式整流電路 一、晶閘管組成的半控橋式整流電路。一、晶閘管組成的半控橋式整流電路。 1. 電阻性負(fù)載電阻性負(fù)載 2 cos1 9 . 0)(sin2 1 22 UttdUUd 2 1 90 2 cos R U . R U I d d 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： 2 2U 2. 電感性負(fù)載電感性負(fù)載 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

20、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。閘管因電流為零而關(guān)斷，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： d I 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： d I 2 cos1 9 . 0)(sin2 1 22 UttdUUd 負(fù)載電壓負(fù)載電壓： 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： 2 2U 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 VS

21、1或或VS2可靠關(guān)斷，這樣也就不會(huì)出現(xiàn)失控現(xiàn)象?？煽筷P(guān)斷，這樣也就不會(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： d I 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 ： ddv II 2 2 2 cos1 9 . 0)(sin2 1 22 UttdUUd 負(fù)載電壓負(fù)載電壓： 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： 2 2U 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

22、管進(jìn)行控制，改變晶閘管的控制角，即可改變其輸出電壓。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。 3.反電勢負(fù)載反電勢負(fù)載 當(dāng)整流電路輸出接有電勢負(fù)載時(shí)當(dāng)整流電路輸出接有電勢負(fù)載時(shí),只有當(dāng)只有當(dāng)電源電源的瞬時(shí)值大于反電勢電源電源的瞬時(shí)值大于反電勢，同時(shí)又有觸發(fā)脈沖時(shí)，晶閘管才能導(dǎo)通，整流，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。晶閘管關(guān)斷的時(shí)間內(nèi)，負(fù)載上保留原有的反電勢。 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)

23、載時(shí)低負(fù)載電流平均值比電阻性負(fù)載時(shí)低 R EU I d d 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，要 求的容量也大，因此，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)。求的容量也大，因此，對(duì)于大容量電動(dòng)

24、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)。 二、單相全控橋式整流電路二、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替即構(gòu)成全控橋。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。 例例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,電流電流I0=010A?，F(xiàn)采用單相半?，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。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

25、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)應(yīng)的則對(duì)應(yīng)的輸入交流電壓有效值輸入交流電壓有效值為最大。為最大。 V . U U200 90 180 90 0 實(shí)際上還要考慮實(shí)際上還要考慮電網(wǎng)電壓波動(dòng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)、管壓降管壓降以及以及導(dǎo)通角導(dǎo)通角常常到不了常常到不了1800 ，交流電壓要比上述計(jì)算而得到的值適當(dāng)加大，交流電壓要比上述計(jì)算而得到的值適當(dāng)加大10%左左 右，即大約為右，即大約為220V。因此，在本例中可以不用整流變壓器，直接接到。因此，在本例中可以不用整流變壓器，直接接到220V的交流電源上

26、。的交流電源上。 交流電流有效值交流電流有效值 ： A. A V V R U I L 212 10 180 220 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、最大反向電壓和二極管所承受的最大反向電壓相等，即：相等，即： VV.UUU RMFM 3102204112 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 ： A A III VVS 5 2 10 2 1 0 8.2.3 三相可控整流電路三相可控整流電路 一、三相半波可控整流電路一、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

27、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：AB C 觸發(fā)脈沖的相位：觸發(fā)脈沖的相位： 1200 PPd U.)t(tdsinUU 2 65 6 2 1712 3 2 1 設(shè)輸入電壓為：設(shè)輸入電壓為： tsinUu PA 2 2 cosU. )t(tdsinUU P )( )( Pd 2 65 6 2 171 2 3 2 1 時(shí)：時(shí)：當(dāng)當(dāng) 6 02 . 時(shí)時(shí)當(dāng)當(dāng) 6 5 6 3 . 3 301 171 2 3 2 1 0 2 6 2 cos U. )t(tdsinUU P )( Pd 可能承受的最大反向電壓為可能承受的最大反向電壓為： P U22 PP UU 22 632

28、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: 8.3 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)于整流的逆向過程逆向過程，稱之為逆變，把直流電變成交流電的裝置，叫做，稱之為逆變，把直流電變成交流電的裝置，叫做 逆變器逆變器。 變流器交流側(cè)接到負(fù)載，把直流電逆變?yōu)槟骋活l率或可變頻率的交流電供給變流器交流側(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。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

29、到交流電源上，把直流電逆變?yōu)?同頻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. 無源逆變器的簡單工作原理無源逆變器的簡單工作原理 2.單相晶閘管橋式逆變器單相晶閘管橋式逆變器 二、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

30、（或晶體管）的導(dǎo)通時(shí)間以控制輸出脈沖的寬度來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，此方法稱改變逆變器輸出電壓，此方法稱脈寬控制脈寬控制。 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)通和關(guān)斷通過高頻調(diào)制控制，能在半個(gè)周期內(nèi)重復(fù)導(dǎo)通和關(guān)斷N次，則其輸出電壓波形為一系列次，則其輸出電壓波形為一系列 被調(diào)

31、制的矩形脈沖（稱被調(diào)制的矩形脈沖（稱載波載波），如圖所示（這時(shí)），如圖所示（這時(shí)N=5）。）。 逆變器輸出電壓的幅值是通過改變脈沖逆變器輸出電壓的幅值是通過改變脈沖總的導(dǎo)通時(shí)間與總的總的導(dǎo)通時(shí)間與總的 關(guān)斷時(shí)間的比率關(guān)斷時(shí)間的比率來控制的，這有兩種基本的方法：來控制的，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變每一半周期內(nèi)的脈沖數(shù)；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)； 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。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。 第一種方法是維持恒定的脈沖寬度而改變每一半周期第一種方法是維持恒定的脈沖寬度而改

32、變每一半周期 內(nèi)的脈沖數(shù)。內(nèi)的脈沖數(shù)。 第二種方法是改變脈寬，而維持每一半周期內(nèi)的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。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） 但由于電流是直流電，沒有像交流電那樣電壓有但由于電流是直流電，沒有像交流電那樣電壓有 過零變負(fù)的時(shí)候，所以，如不采取措施，則晶閘管一旦過零變負(fù)的時(shí)候，所以，如不采取措施，則晶閘管一旦 觸發(fā)導(dǎo)通后就關(guān)斷不了。觸發(fā)導(dǎo)通后就關(guān)斷不了。 兩組晶閘管交替地兩組晶閘管交替地導(dǎo)通和關(guān)斷的過程導(dǎo)通和關(guān)斷的過程，就是電流轉(zhuǎn)換的過程，簡稱，就是電流轉(zhuǎn)換的過程，簡稱換流換流。 負(fù)載是由電感負(fù)載是由電感L和補(bǔ)償電容和補(bǔ)償電容C組成的并聯(lián)諧振回路，組成的并聯(lián)諧振回路，Ld為限流電抗器。為限流電抗器。 10.4 晶閘管的觸發(fā)電路晶閘管的觸發(fā)電路 向晶閘管供給觸發(fā)脈沖的電路，叫向晶閘管供給觸發(fā)脈沖的電路，叫觸發(fā)電路觸發(fā)電路。