機電傳動與控制第十章

1、1 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 學(xué)習(xí)要求學(xué)習(xí)要求: 晶閘管晶閘管的工作原理的工作原理； 單相和三相基本單相和三相基本可控整流電路可控整流電路的工作原理的工作原理； 逆變器和斬波電路逆變器和斬波電路的工作原理的工作原理； 2 電力（強）電子學(xué)電力（強）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 半導(dǎo)體器件半導(dǎo)體器件 電力電子學(xué)的任務(wù)：電力電子學(xué)的任務(wù)： 利用電力半導(dǎo)體器件和線路來實現(xiàn)電功率的變換和控制。利用電力半導(dǎo)體器件和線路來實現(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 弱電弱電強電強電 向向 晶晶閘閘

2、管管 雙雙晶晶閘閘管管 電電力力半半導(dǎo)導(dǎo)體體器器件件 可可關(guān)關(guān)斷斷晶晶閘閘管管 功功率率晶晶體體管管 大大功功率率二二極極管管 電子開關(guān)電路電子開關(guān)電路 整流電路整流電路 逆變電路逆變電路 斬波電路斬波電路 交流變頻變壓電路交流變頻變壓電路 3 電力半導(dǎo)體器件電力半導(dǎo)體器件 不可控型器件不可控型器件 半控型器件半控型器件 全控型器件全控型器件 按照開通和關(guān)斷的可控性按照開通和關(guān)斷的可控性 1011不可控型開關(guān)器件不可控型開關(guān)器件 大功率二極管大功率二極管 正向單向?qū)?、反向阻斷的單正向單向?qū)?、反向阻斷的?向電力電子開關(guān)向電力電子開關(guān) 允許工作頻率高，且正向壓降相當(dāng)小允許工作頻率高，且正向壓

3、降相當(dāng)小 4 10.1.2 半控型開關(guān)器件半控型開關(guān)器件-晶閘管晶閘管 (可控硅可控硅) 一、晶閘管的結(jié)構(gòu)和符號一、晶閘管的結(jié)構(gòu)和符號 A陽極，陽極，K陰極，陰極，G控制極控制極 4層半導(dǎo)體層半導(dǎo)體(P1、N1、P2、N2)，3個個PN結(jié)結(jié) 5 1. 螺栓形螺栓形: 更換元件很方便，用于更換元件很方便，用于100A 以下的元件。以下的元件。 2. 平板形平板形: 結(jié)構(gòu)散熱效果比較好，用于結(jié)構(gòu)散熱效果比較好，用于200A 以上的元件。以上的元件。 6 PNP型晶體管型晶體管VT1, NPN型晶體管型晶體管VT2. 二、晶閘管的工作原理二、晶閘管的工作原理 AK 間加正向電壓時間加正向電壓時, G

4、K 間施加正向電壓間施加正向電壓: 形成電流正反饋形成電流正反饋, 晶閘管導(dǎo)通晶閘管導(dǎo)通-正循環(huán)正循環(huán)。 AK 間加反向電壓時：間加反向電壓時： 晶閘管不能導(dǎo)通。晶閘管不能導(dǎo)通。 7 結(jié)論：結(jié)論： （1）晶閘管具有晶閘管具有正、反向阻斷能力正、反向阻斷能力- 起始時若控制極不加電壓，晶閘管均不導(dǎo)通；起始時若控制極不加電壓，晶閘管均不導(dǎo)通； （2）導(dǎo)通同時具備的）導(dǎo)通同時具備的兩個條件兩個條件- 晶閘管的陽極和控制極同時正向電壓時晶閘管才能導(dǎo)通；晶閘管的陽極和控制極同時正向電壓時晶閘管才能導(dǎo)通； （3）在晶閘管導(dǎo)通之后，）在晶閘管導(dǎo)通之后，控制極就失去控制作用控制極就失去控制作用； （4）欲使晶

5、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）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，或反向斷開，或反向）。）。 8 （1）在）在0t1之間之間: ug=0，uAK0，ud=0，晶閘管未導(dǎo)通晶閘管未導(dǎo)通； （2）在）在t1t2之間之間: uAK0 ，ug0， ， 晶閘管導(dǎo)通晶閘管導(dǎo)通； （3）在）在 t2t3 之間，之間， uAK0， ud=0，晶閘管關(guān)斷晶閘管關(guān)斷； （4）在）在 t3t4 之間，之間， uAK0，ug0 , , 晶閘管導(dǎo)通晶閘管導(dǎo)通； 2 uud （5）當(dāng)）當(dāng)t4t 5時，時， ug=0 ，uAK0 ， ，晶閘管處于導(dǎo)通狀態(tài)晶閘管處于導(dǎo)通狀

6、態(tài)； 2 uud 2 uud （6）當(dāng)）當(dāng) tt5 時，時， uAK=0 ， ug=0 ，ud=0，晶閘管關(guān)斷晶閘管關(guān)斷。 二、晶閘管的實驗電路分析二、晶閘管的實驗電路分析 9 三、晶閘管的伏安特性三、晶閘管的伏安特性 -陽極陰極電壓和陽極電流的關(guān)系陽極陰極電壓和陽極電流的關(guān)系 a. 正向阻斷狀態(tài)正向阻斷狀態(tài)b. 正向擊穿正向擊穿c. 正向?qū)顟B(tài)正向?qū)顟B(tài)d. 反向截止?fàn)顟B(tài)反向截止?fàn)顟B(tài)e. 反向擊穿反向擊穿 正向轉(zhuǎn)折電壓正向轉(zhuǎn)折電壓 (斷態(tài)不重復(fù)峰值電壓斷態(tài)不重復(fù)峰值電壓) 反向擊穿電壓反向擊穿電壓 維持電流維持電流 觸發(fā)電流觸發(fā)電流 反向漏電流反向漏電流 正向漏電流正向漏電流 6V直流電

7、壓直流電壓 10 滯回電壓比較器滯回電壓比較器 光敏三極管光敏三極管 電位器電阻的設(shè)置調(diào)電位器電阻的設(shè)置調(diào) 整路燈通斷的天亮程度整路燈通斷的天亮程度 uo ui 0 Uom -Uom UH UL 11 雙向晶閘管雙向晶閘管 12 全控型開關(guān)器件全控型開關(guān)器件 1. 門極可關(guān)斷晶閘管門極可關(guān)斷晶閘管 2. 電力晶體管電力晶體管 3. 電力場效應(yīng)管電力場效應(yīng)管 4. 絕緣柵雙極場效應(yīng)管絕緣柵雙極場效應(yīng)管 13 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； 10.2.1 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路 控制角控制角：正向電壓起始點

8、到觸發(fā)脈正向電壓起始點到觸發(fā)脈 沖的作用點的電角度。沖的作用點的電角度。 導(dǎo)通角導(dǎo)通角：晶閘管在一周期時間內(nèi)導(dǎo)晶閘管在一周期時間內(nèi)導(dǎo) 通的電角度。通的電角度。 一一. 帶電阻性負載的可控整流電路帶電阻性負載的可控整流電路 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： 負載電壓均值負載電壓均值： 負載電流均值負載電流均值： 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 14 二、帶電感性負載的可控整流電路二、帶電感性負載的可控整流電路 電感性負載：電感

9、性負載： 負載的感抗負載的感抗L 和電阻和電阻R 的相比不可忽略的相比不可忽略 1. 晶閘管的導(dǎo)通角晶閘管的導(dǎo)通角將大于將大于 。 2. 負載電感愈大負載電感愈大= 導(dǎo)通角導(dǎo)通角愈大愈大= 負載上的負電壓所占的比重愈大負載上的負電壓所占的比重愈大= 輸出電壓和輸出電流的平均值愈小。輸出電壓和輸出電流的平均值愈小。 15 三、帶電感性負載的可控整流電路三、帶電感性負載的可控整流電路 ( 加續(xù)流二極管加續(xù)流二極管 ) 為了為了提高提高大電感負載時的單相半波可控整流電路大電感負載時的單相半波可控整流電路 整流整流輸出平均電壓輸出平均電壓，采取負載兩端并聯(lián)，采取負載兩端并聯(lián)一只二極管。一只二極管。 ddVS II 2 ddv II 2 2 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