電力電子教案

1、天津機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院教師授課教案概 述一 什么是電力電子技術(shù)（一）定義將電子技術(shù)和控制技術(shù)引入傳統(tǒng)的電力技術(shù)領(lǐng)域，利用半導(dǎo)體電力開關(guān)器件組成各種電力變換電路實(shí)現(xiàn)電能的變換和控制，構(gòu)成了一門完整的學(xué)科，被國際電工委員會命名為電力電子學(xué)（Power Electronics）或稱為電力電子技術(shù)。電力電子技術(shù)是一門利用電力電子器件對電能進(jìn)行控制和轉(zhuǎn)換的學(xué)科。電力電子技術(shù)突出對“電力”變換，它變換的功率可以大到數(shù)百甚至數(shù)千兆瓦，也可以小到幾瓦或更小。（二）學(xué)科的組成及其研究任務(wù)1 電力電子技術(shù)的組成電力電子技術(shù)包括電力電子器件、變流電路和控制技術(shù)三個(gè)部分。目前，電力電子技術(shù)已逐步發(fā)展成為一門多學(xué)科互相滲

2、透的中和性技術(shù)學(xué)科。2 電力電子技術(shù)的研究任務(wù)它的研究任務(wù)有三方面的內(nèi)容：(1)電力電子器件的應(yīng)用；(2)電力電子電路的電能變換原理；(3)控制技術(shù)以及電力電子裝置的開發(fā)與應(yīng)用。二 電力電子器件的發(fā)展二十世紀(jì)五十年代，第一個(gè)晶閘管誕生后，在其后近五十年里，以器件為核心的電力電子技術(shù)的發(fā)展可分為兩個(gè)階段：19571980年成為傳統(tǒng)電力電子技術(shù)階段；1980年至今稱為現(xiàn)代電力電子技術(shù)階段。（一）傳統(tǒng)電力電子器件晶閘管的出現(xiàn)，一方面由于他的功率變換能力的突破，另一方面實(shí)現(xiàn)了以晶閘管核心強(qiáng)電變換電路的控制，使電子技術(shù)步入了功率領(lǐng)域，在工業(yè)上引起一場技術(shù)革命。晶閘管發(fā)展的特點(diǎn)是派生器件越來越多，功率越來

3、越大，性能越來越好。截至1980年，傳統(tǒng)的電力電子器件就已由普通晶閘管衍生出了雙向晶閘管(TRIAC)、快速晶閘管(FST)、逆導(dǎo)晶閘管(RCT)和不對稱晶閘管等。同時(shí)，各類晶閘管的電壓、電流、電壓變化率、電流變化率等參數(shù)定額均有很大提高，開關(guān)特性也有很大改善。傳統(tǒng)的電力電子器件已發(fā)展到相當(dāng)成熟的地步，但在實(shí)際應(yīng)用上存在著兩個(gè)制約其繼續(xù)發(fā)展的因素。提示控制功能上的欠缺，它通過門極只能控制開通而不能控制關(guān)斷，所以稱之為半控制器件。直流傳動(dòng)、機(jī)車牽引、電化電源在應(yīng)用方面成為當(dāng)時(shí)的三大支柱，這些以晶閘管為核心的變流電路幾乎是用了半個(gè)世紀(jì)，至今也沒有多大改進(jìn)。由于這些電路的功率因數(shù)低、網(wǎng)側(cè)負(fù)載上的諧波

4、嚴(yán)重，因此阻礙了他們的繼續(xù)發(fā)展，為電力電子變流電路帶來新的轉(zhuǎn)機(jī)。另一方面，晶閘管系列器件的價(jià)格相對低廉，在大電流、高電壓的發(fā)展空間依然較大，尤其在特大功率應(yīng)用場合，其它器件尚且不易替代。在我國，以晶閘管為核心的應(yīng)用設(shè)備仍有許多在生產(chǎn)現(xiàn)場使用，晶閘管及其相關(guān)的知識仍是初學(xué)者的基礎(chǔ)，因此在本書中占據(jù)了一定大的篇幅。（二）現(xiàn)代電力電子器件二十世紀(jì)八十年代以來，微電子技術(shù)與電力電子技術(shù)在各自發(fā)展的基礎(chǔ)上相結(jié)合而產(chǎn)生了一代高頻化、全控型的電力集成器件，從而使電力電子技術(shù)有傳統(tǒng)的電力電子技術(shù)跨入現(xiàn)代電力電子技術(shù)的新時(shí)代?，F(xiàn)代電力電子器件是指全控型的電力半導(dǎo)體器件，這類器件分為三大類：雙極型、單極型和混合型

5、。1 雙極型器件指在器件內(nèi)部電子和空穴兩種載流子都參與導(dǎo)電過程的半導(dǎo)體器件。這類器件的通態(tài)壓降低、阻斷電壓高、電流容量大，適合于中大容量的變流裝置。常見的有門極關(guān)斷（GTO）晶閘管、功率晶體管（GTR）、靜電感應(yīng)晶閘管（SITH）。2 單極型器件指在器件內(nèi)部只有一種載流子（多數(shù)載流子）參與導(dǎo)電過程的半導(dǎo)體器件。這類器件的典型產(chǎn)品有：電力場控晶體管（電力MOSFET）和靜電感應(yīng)晶體管(SIT)。單極型器件由多數(shù)載流子導(dǎo)電，無少子存儲效應(yīng)，因而開關(guān)時(shí)間短，一般在幾十納秒以下，所以工作頻率高。3 混合型器件混合型器件或雙極-MOS(BI-MOS)。所謂混合型是指雙極型器件與單極型器件的集成混合。它是

6、用GTR、GTO晶閘管以及SCR作為主導(dǎo)器件，用MOSFET為控制器件混合集成之后產(chǎn)生的器件。這種器件既具有GTR、GTO晶閘管及SCR等雙極型器件電流密度高、導(dǎo)通壓降低的優(yōu)點(diǎn)，又具有MOSEFT等單極型器件輸入阻抗高、響應(yīng)速度快的優(yōu)點(diǎn)。因此，這種新型混合器件已引起人們的高度重視。目前已開發(fā)的混合型器件有：肖特基注入MOS門極晶體管(SINFET)、絕緣門極雙極晶體管(IGT或IGBT)、MOS門極晶體管(MGT)、MOS晶閘管(MCT或MCTH)等。從總體看現(xiàn)代電力電子器件的主要特點(diǎn)是：集成化、高頻化、多功能全控化。三 電力電子技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域變換電路是以電力半導(dǎo)體器件為核心，通過不同電路和控

7、制方法來實(shí)現(xiàn)對電能的轉(zhuǎn)換和控制。它的基本功能是使交流（AC）和直流（DC）電能互相轉(zhuǎn)換，分為以下幾種類型：可控整流器（ACDC）：把交流電壓變換成為固定或可調(diào)的直流電壓，如應(yīng)用于直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)壓調(diào)速、電解、電鍍設(shè)備等。有源逆變器（DCAC）:把直流電壓變換成為頻率固定或可調(diào)的交流電壓如應(yīng)用于燈光控制、溫度控制等。無源逆變器（ACDCAC）：把固定或變化頻率的交流電變換成頻率可調(diào)的或恒定的交流電，如應(yīng)用于變頻電源、UPS、變頻調(diào)術(shù)等設(shè)備。直流斬波器（DCDC）：把固定或變化的直流電壓變換成為固定或可調(diào)的直流電壓，如應(yīng)用于電氣機(jī)車、城市電車牽引等設(shè)備。無觸點(diǎn)電力靜態(tài)開關(guān)：接通或切斷交流或直流電流通

8、路。用于取代接觸器、繼電器?？刂萍夹g(shù)是改進(jìn)變流電路的性能和效率所不可缺少的關(guān)鍵技術(shù)之一。對于晶閘管而言，其控制方法是調(diào)整器件的導(dǎo)通角，即控制觸發(fā)脈沖預(yù)祝電路之間的相移角，稱之為相控技術(shù)。由全控型器件組成的變流電路中，多采用脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)，由于PWM技術(shù)可以有效的抑制諧波，動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快，是變流電路的性能大大提高。無論是控制技術(shù)還是PWM技術(shù)，都在應(yīng)用中不斷的完善、改進(jìn)，并涌現(xiàn)出許多專用集成觸發(fā)（驅(qū)動(dòng)）電路，給實(shí)際應(yīng)用電路帶來了簡便、工作穩(wěn)定和體積小等特點(diǎn)。與此同時(shí)，變流電路的控制技術(shù)正朝著數(shù)字化的方向發(fā)展。由電力半導(dǎo)體器件構(gòu)成的變流電路，伴隨著電力半導(dǎo)體的優(yōu)點(diǎn)而呈現(xiàn)許多優(yōu)勢。如體積小、

9、重量輕、耐磨損、無噪聲及維修方便；功率增益高、控制靈活；控制動(dòng)態(tài)性能好、應(yīng)快（毫秒激級或微秒級）、動(dòng)態(tài)時(shí)間短；效率高、節(jié)省能源。電力電子技術(shù)的應(yīng)用范圍十分廣泛。在交通運(yùn)輸、電力系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、新能源系統(tǒng)及在照明、空調(diào)等家電領(lǐng)域都發(fā)揮其重要作用，到處都能感受到電力電子技術(shù)的存在和其巨大魅力。電力電子裝置提供給的是各種不同的直流電源、恒頻交流電源和變頻電源，所以說，電力電子技術(shù)研究的也就是電源技術(shù)。四 本課程的教學(xué)要求和學(xué)習(xí)方法電力電子技術(shù)是主干課程之一。電力電子技術(shù)是高等學(xué)校自動(dòng)化、電氣工程及其自動(dòng)化等相關(guān)專業(yè)的主干課程之一。學(xué)習(xí)本課程時(shí)，要著重物理概念與基本分析方法的學(xué)習(xí)，理論要聯(lián)

10、系實(shí)際，盡量做到器件、電路、系統(tǒng)（包括控制技術(shù)）應(yīng)用三者結(jié)合。在學(xué)習(xí)方法上要特別注意電路的波形與相位分析，抓住電力電子器件在電路中導(dǎo)通與截止的變化過程，從波形分析中進(jìn)一步理解電路的工作情況，同時(shí)要注意培養(yǎng)讀圖與分析、器件參數(shù)選擇、電路參數(shù)計(jì)算與測量、調(diào)整以及故障分析等方面的實(shí)踐能力。通過本課程的學(xué)習(xí)應(yīng)達(dá)到以下要求：1 掌握晶閘管、電力MOSFET、IGBT等電力電子器件的結(jié)構(gòu)、工作原理、特性和使用方法；2 掌握整流電路、直流變換電路、逆變電路、交流變換電路的結(jié)構(gòu)、工作原理、控制和波形分析方法；3 掌握PWM技術(shù)的工作原理和控制特性，了解軟開關(guān)技術(shù)的基本原理；4 掌握基本電力電子裝置的實(shí)驗(yàn)和調(diào)試

11、方法；5 了解電力電子技術(shù)的應(yīng)用范圍和發(fā)展動(dòng)向。電力電子器件、變換電路、控制技術(shù)都在不斷發(fā)展與不斷更新，所涉及的知識面廣、內(nèi)容豐富多彩。在本課程的學(xué)習(xí)中還應(yīng)注意與電工基礎(chǔ)、電子技術(shù)基礎(chǔ)、電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)等知識的聯(lián)系；在講授和學(xué)習(xí)中注重概念、重視實(shí)驗(yàn)、識圖等應(yīng)用能力的培養(yǎng)。第1章 電力電子器件1.1 電力電子器件的基本模型定義：電力電子電路中能實(shí)現(xiàn)電能的變換和控制的半導(dǎo)體電子器件稱為電力電子器件（Power Electronic Device）。1.1.1 基本模型與特性-一、基本模型：電力電子器件可以抽象成下圖1.1.1所示的理想開關(guān)模型，它有三個(gè)電極，其中A和B代表開關(guān)的兩個(gè)主電極，K是控制開

12、關(guān)通斷的控制極。它只工作在“通態(tài)”和“斷態(tài)”兩種情況：通態(tài)時(shí)其電阻為零，斷態(tài)時(shí)其電阻無窮大。圖1.1.1 電力電子器件的理想開關(guān)模型二、基本特性（1）電力電子器件一般都工作在開關(guān)狀態(tài)。（2）電力電子器件的開關(guān)狀態(tài)由外電路（驅(qū)動(dòng)電路）來控制。（3）在工作中器件的功率損耗（通態(tài)、斷態(tài)、開關(guān)損耗）很大。為保證器件溫度過高而損壞，在其工作時(shí)一般都要安裝散熱器。1.1.2 電力電子器件的分類一、按器件的開關(guān)控制特性可以分為以下三類 不可控器件：如：電力二極管（Power Diode）；半控型器件：如：晶閘管（Thyristor）及其大部分派生器件。全控型器件：如：門極可關(guān)斷晶閘管（Gate-Turn-O

13、ff Thyristor ）、功率場效應(yīng)管（Power MOSFET）、絕緣柵雙極型晶體管（Insulated-GateBipolar Transistor）等。二、電力電子器件按控制信號的性質(zhì)不同又可分為兩種： 電流控制型器件：如：晶閘管、門極可關(guān)斷晶閘管、功率晶體管、IGCT等； 電壓控制半導(dǎo)體器件：如：代表性器件為MOSFET和IGBT。1.2 電力二極管1.2.1 電力二極管及其工作原理一、電力二極管：1、電力二極管（Power Diode）也稱為半導(dǎo)體整流器，簡稱SR。屬不可控電力電子器件，是20世紀(jì)最早獲得應(yīng)用的電力電子器件。2、在中、高頻整流和逆變以及低壓高頻整流的場合發(fā)揮著積極

14、的作用,具有不可替代的地位。二、PN結(jié)與電力二極管工作原理：基本結(jié)構(gòu)和工作原理與二極管一樣。以半導(dǎo)體PN結(jié)為基礎(chǔ)。由一個(gè)面積較大的PN結(jié)和兩端引線以及封裝組成。圖1.2.1電力二極管的外形、結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號a）外形 b）結(jié)構(gòu) c）電氣符號從外形上看，主要有螺栓型和平板型兩種。1、當(dāng)電力二極管承受的正向電壓大到一定值（門檻電壓），正向電流才開始明顯增加，處于穩(wěn)定導(dǎo)通狀態(tài)。2、與正向電流IF對應(yīng)的電力二極管兩端的電壓即為其正向電壓降。圖1.2.2 電力二極管的伏安特性曲線1.2.2電力二極管的開關(guān)特性及主要類型一、電力二極管的開關(guān)特性1 定義：反映通態(tài)和斷態(tài)之間的轉(zhuǎn)換過程（關(guān)斷過程、開通過程）。

15、開通特性：電力二極管由零偏置轉(zhuǎn)換為正向偏置的通態(tài)過程。關(guān)斷特性：電力二極管由正向偏置的通態(tài)轉(zhuǎn)換為反向偏置的斷態(tài)過程。圖1.2.3 電力二極管開過程中電壓、電流波形延遲時(shí)間： （1.2.1）電流下降時(shí)間： （1.2.2）反向恢復(fù)時(shí)間： （1.2.3）二、電力二極管的主要類型：（1）普通二極管：普通二極管又稱整流管，多用于開關(guān)頻率在kHz以下的整流電路中，其反向恢復(fù)時(shí)間在s以上，額定電流達(dá)數(shù)千安，額定電壓達(dá)數(shù)千伏以上。（2）快恢復(fù)二極管：反向恢復(fù)時(shí)間在s以下的稱為快恢復(fù)二極管.。快恢復(fù)二極管從性能上可分為快速恢復(fù)和超快速恢復(fù)二極管。（3）肖特基二極管：肖特基二極管是一種金屬同半導(dǎo)體相接觸形成整流特

16、性的單極型器件，其導(dǎo)通壓降的典型值為0.40.6V，而且它的反向恢復(fù)時(shí)間短，為幾十納秒。但反向耐壓在200以下。它常被用于高頻低壓開關(guān)電路或高頻低壓整流電路中。三、電力二極管的主要參數(shù)：（1）額定正向平均電流IF(AV)額定正向平均電流在指定的管殼溫（簡稱殼溫，用TC表示）和散熱條件下，其允許流過的最大工頻正弦半波電流的平均值。設(shè)該正弦半波電流的峰值為Im,額定電流(平均電流)為: （1.2.4）額定電流有效值為: （1.2.5）正向平均電流是按照電流的發(fā)熱效應(yīng)來定義的，因此使用時(shí)應(yīng)按有效值相等的原則來選取電流定額，并應(yīng)留有1.52倍的裕量。（2）反向重復(fù)峰值電壓RRM：指器件能重復(fù)施加的反向

17、最高峰值電壓（額定電壓）此電壓通常為擊穿電壓U的2/3。（3）正向壓降F：指規(guī)定條件下，流過穩(wěn)定的額定電流時(shí)，器件兩端的正向平均電壓(又稱管壓降)。1.3 晶閘管晶閘管(Thyristor)包括：普通晶閘管(SCR)、快速晶閘管(FST)、雙向晶閘管(TRIAC)、逆導(dǎo)晶閘管(RCT) 、可關(guān)斷晶閘管(GTO) 和光控晶閘管等。普通晶閘管：也稱可控硅整流管(Silicon Controlled Rectifier), 簡稱SCR。由于它電流容量大,電壓耐量高以及開通的可控性(目前生產(chǎn)水平：4500A/8000V)已被廣泛應(yīng)用于相控整流、逆變、交流調(diào)壓、直流變換等領(lǐng)域，為特大功率低頻(200Hz

18、以下)裝置中的主要器件。1.3.1 晶閘管及其工作原理1、晶閘管的結(jié)構(gòu)：（1）外形封裝形式:可分為小電流塑封式、小電流螺旋式、大電流螺旋式和大電流平板式(額定電流在200A以上),由圖1.3.1(a)、(b)、(c)、(d)所示。圖1.3.1 晶閘管的外型及符號（2）晶閘管有三個(gè)電極, 它們是陽極A, 陰極K和門極(或稱柵極)G,它的電氣符號如圖1.3.1(e)所示。晶閘管是大功率器件, 工作時(shí)產(chǎn)生大量的熱，因此必須安裝散熱器。2、晶閘管的工作原理晶閘管(單向?qū)щ娦?,導(dǎo)通條件為陽極正偏和門極加正向觸發(fā)電流。圖1.3.2 晶閘管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和等效電路（1）導(dǎo)通：陽極施加正向電壓時(shí)給門極G也加正向

19、電壓門極電流Ig經(jīng)三極管放大后成為集電極電流，又是三極管的基極電流放大后的集電極電流進(jìn)一步使Ig增大且又作為的基極電流流入重復(fù)上述正反饋過程兩個(gè)三極管、都快速進(jìn)入飽和狀態(tài)晶閘管陽極A與陰極K之間導(dǎo)通滿足陽極正偏的條件,晶閘管就一直導(dǎo)通。（2）阻斷：晶閘管A 、K間承受正向電壓門極電流Ig=0時(shí)和之間的正反饋不能建立起來晶閘管A 、K間處于正向阻斷狀態(tài)。1.3.2 晶閘管的特性與主要參數(shù)1、晶閘管的伏安特性 ：圖1.3.3 晶閘管陽極伏安特性晶閘管的正向特性：=0器件兩端施加正向電壓正向阻斷狀態(tài)只有很小的正向漏電流流過正向電壓超過臨界極限即正向轉(zhuǎn)折電壓，則漏電流急劇增大器件開通隨著門極電流幅值的

20、增大，正向轉(zhuǎn)折電壓降低。導(dǎo)通后的晶閘管特性和二極管的正向特性相仿。閘管的反向特性：晶閘管上施加反向電壓時(shí)，伏安特性類似二極管的反向特性。2.晶閘管的開關(guān)特性：晶閘管的開通和關(guān)斷過程電壓和電流波形。（1）開通過程：普通晶閘管延遲時(shí)為0.51.5s，上升時(shí)間為0.53s。（2）關(guān)斷過程：普通晶閘管的關(guān)斷時(shí)間約幾百微秒。（3）晶閘管的開通與關(guān)斷時(shí)間：普通晶閘管的開通時(shí)間 約為6s。關(guān)斷時(shí)間約為幾十到幾百微秒。3.晶閘管的主要特性參數(shù)（1）晶閘管的重復(fù)峰值電壓額定電壓1）正向重復(fù)峰值電壓 ：門極斷開(Ig=0), 元件處在額定結(jié)溫時(shí),正向陽極電壓為正向阻斷不重復(fù)峰值電壓 (此電壓不可連續(xù)施加)的80%

21、所對應(yīng)的電壓(此電壓可重復(fù)施加,其重復(fù)頻率為50HZ，每次持續(xù)時(shí)間不大于10ms)。2）反向重復(fù)峰值電壓 :元件承受反向電壓時(shí),陽極電壓為反向不重復(fù)峰值電壓的80%所對應(yīng)的電壓。3）晶閘管銘牌標(biāo)注的額定電壓通常取與中的最小值,選用時(shí)，定電壓要留有一定裕量,一般取額定電壓為正常工作時(shí)晶閘管所承受峰值電壓23倍。（2）晶閘管的額定通態(tài)平均電流額定電流1）定義：在環(huán)境溫度為40和規(guī)定的冷卻條件下, 晶閘管在電阻性負(fù)載導(dǎo)通角不小于170°的單相工頻正弦半波電路中, 當(dāng)結(jié)溫穩(wěn)定且不超過額定結(jié)溫所允許的最大通態(tài)平均電流。在選用晶閘管額定電流時(shí)，根據(jù)實(shí)際最大的電流算后至少還要乘以1.52的安全系數(shù)

22、，其有一定的電流裕量。2）計(jì)算方法：額定電流(平均電流)為： （1.3.3）額定電流有效值為： （1.3.4）（3）門極觸發(fā)電流和門極觸發(fā)電壓定義：在室溫下，晶閘管加6V正向陽極電壓時(shí)，使元件完全導(dǎo)通所必須的最小門極電流，稱為門極觸發(fā)電流。對應(yīng)于門極觸發(fā)電流的門極電壓稱為門極觸發(fā)電壓。（4）通態(tài)平均電壓定義：在規(guī)定環(huán)境溫度、標(biāo)準(zhǔn)散熱條件下， 元件通以正弦半波額定電流時(shí)，陽極與陰極間電壓降的平均值，稱通態(tài)平均電壓(又稱管壓降)。（5）維持電流和掣住電流在室溫下門極斷開時(shí)，元件從較大的通態(tài)電流降至剛好能保持導(dǎo)通的最小陽極電流為維持電流。給晶閘管門極加上觸發(fā)電壓，當(dāng)元件剛從阻斷狀態(tài)轉(zhuǎn)為導(dǎo)通狀態(tài)就撤除

23、觸發(fā)電壓，此時(shí)元件維持導(dǎo)通所需要的最小陽極電流稱掣住電流。1.3.3 晶閘管的派生器件1. 快速晶閘管(Fast Switching ThyristorFST)可允許開關(guān)頻率在400HZ以上工作的晶閘管稱為快速晶閘管(簡稱FST)。開關(guān)頻率在10KHZ 以上的稱為高頻晶閘管?？焖倬чl管為了提高開關(guān)速度，其硅片厚度做得比普通晶閘管薄，因此承受正反向阻斷重復(fù)峰值電壓較低，一般在2000V以下。2. 雙向晶閘管(TRIAC)正反兩方向均可觸發(fā)導(dǎo)通，所以雙向晶閘管在第和第II象限有對稱的伏安特性。圖1.3.4 雙向晶閘管的電氣圖形符號 圖 1.3.5 逆導(dǎo)晶閘管的電氣圖形符號和伏安特性 和伏安特性（a

24、) 電氣圖形符號 (b) 伏安特性 a) 電氣圖形符號 b) 伏安特性3. 逆導(dǎo)晶閘管 (RCT)1)將晶閘管反并聯(lián)一個(gè)二極管制作在同一管芯上的功率集成器件。2)與普通晶閘管相比，逆導(dǎo)晶閘管具有正壓降小、關(guān)斷時(shí)間短、高溫特性好、額定結(jié)溫高等優(yōu)點(diǎn)；4. 光控晶閘管(LTT)1)又稱光觸發(fā)晶閘管，是利用一定波長的光照信號觸發(fā)導(dǎo)通的晶閘管。2) 小功率光控晶閘管只有陽極和陰極兩個(gè)端子。3）大功率光控晶閘管則還帶有光纜，光纜上裝有作為觸發(fā)光源的發(fā)光二極管或半導(dǎo)體激光器。4）光觸發(fā)保證了主電路與控制電路之間的絕緣，且可避免電磁干擾的影響，因此目前在高壓大功率的場合，如高壓直流輸電和高壓核聚變裝置中占據(jù)重

25、要的地位。圖1.3.6 控晶閘管的電氣圖形符號和伏安特性a) 電氣圖形符號 b) 伏安特性1.4 可關(guān)斷晶閘管可關(guān)斷晶閘管(Gate-Turn-Off Thyristor)簡稱GTO。它具有普通晶閘管的全部優(yōu)點(diǎn)，如耐壓高，電流大等。同時(shí)它又是全控型器件，即在門極正脈沖電流觸發(fā)下導(dǎo)通，在負(fù)脈沖電流觸發(fā)下關(guān)斷。1、可關(guān)斷晶閘管的結(jié)構(gòu)與普通晶閘管的相同點(diǎn)：PNPN四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，外部引出陽極、陰極和門極。和普通晶閘管的不同點(diǎn)：GTO是一種多元的功率集成器件，內(nèi)部包含數(shù)十個(gè)甚至數(shù)百個(gè)共陽極的小GTO元，這些GTO元的陰極和門極則在器件內(nèi)部并聯(lián)在一起。圖1.4.1 GTO的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號(a)

26、各單元的陰極、門極間隔排列的圖形 ( b) 并聯(lián)單元結(jié)構(gòu)斷面示意圖 (c) 電氣圖形符號2、可關(guān)斷晶閘管的工作原理1）GTO的導(dǎo)通機(jī)理與SCR是相同的。2）在關(guān)斷機(jī)理上與SCR是不同的。門極加負(fù)脈沖即從門極抽出電流(即抽取飽和導(dǎo)通時(shí)儲存的大量載流子)，強(qiáng)烈正反饋使器件退出飽和而關(guān)斷。3、可關(guān)斷晶閘管的應(yīng)用1）GTO主要用于直流變換和逆變等需要元件強(qiáng)迫關(guān)斷的地方，電壓、電流容量較大，與普通晶閘管接近，達(dá)到兆瓦級的數(shù)量級。用門極正脈沖可使GTO開通， 用門極負(fù)脈沖可以使其關(guān)斷， 這是GTO最大的優(yōu)點(diǎn)。GTO有能承受反壓和不能承受反壓兩種類型， 在使用時(shí)要特別注意。不少GTO都制造成逆導(dǎo)型，類似于逆

27、導(dǎo)晶閘管，需承受反壓時(shí)應(yīng)和電力二極管串聯(lián) 。1.4.2 可關(guān)斷晶閘管的特性圖1.4.2 可關(guān)斷晶閘管的開關(guān)特性1.5 電力晶體管1) 術(shù)語用法：電力晶體管（GTR，直譯為巨型晶體管）。耐高電壓、大電流的雙極結(jié)型晶體管。在電力電子技術(shù)的范圍內(nèi)，GTR與BJT這兩個(gè)名稱等效。2）應(yīng)用：20世紀(jì)80年代以來，在中、小功率范圍內(nèi)取代晶閘管，但目前又大多被IGBT和電力MOSFET取代。1.5.1 電力晶體管及其工作原理與普通的雙極結(jié)型晶體管基本原理是一樣的。主要特性是耐壓高、電流大、開關(guān)特性好。通常采用至少由兩個(gè)晶體管按達(dá)林頓接法組成的單元結(jié)構(gòu)。采用集成電路工藝將許多這種單元并聯(lián)而成 。1.5.2 電

28、力晶體管的特性GTR共射電路輸出特性輸出特性：截止區(qū)(又叫阻斷區(qū))、線性放大區(qū)、準(zhǔn)飽和區(qū)和深飽和區(qū)四個(gè)區(qū)域。1.6 電力場效應(yīng)晶體管1）分為結(jié)型場效應(yīng)管簡稱JFET）和絕緣柵金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)管（簡稱MOSFET）2）通常指絕緣柵型中的MOS型，簡稱電力MOSFET。3）特點(diǎn)：輸入阻抗高(可達(dá)40M以上)、開關(guān)速度快，工作頻率高(開關(guān)頻率可達(dá)1000kHz)、驅(qū)動(dòng)電路簡單，需要的驅(qū)動(dòng)功率小、熱穩(wěn)定性好、無二次擊穿問題、安全工作區(qū)(SOA)寬；電流容量小，耐壓低，一般只適用功率不超過10kW的電力電子裝置。1.6.1 電力場效應(yīng)管及其工作原理1、電力場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)圖1.6.1 N溝道VD

29、MOS管元胞結(jié)構(gòu)與電氣符號目前生產(chǎn)的VDMOS中絕大多數(shù)是N溝道增強(qiáng)型，這是由于P溝道器件在相同硅片面積下，其通態(tài)電阻是N型器件的23倍。因此今后若無特別說明，均指N溝道增強(qiáng)型器件。VDMOS的典型結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：(1)垂直安裝漏極，實(shí)現(xiàn)垂直導(dǎo)電，這不僅使硅片面積得以充分利用，而且可獲得大的電流容量；(2)設(shè)置了高電阻率的N區(qū)以提高電壓容量；(3)短溝道(1 2m)降低了柵極下端SiO2層的柵溝本征電容和溝道電阻，提高了開關(guān)頻率；(4)載流子在溝道內(nèi)沿表面流動(dòng)，然后垂直流向漏極。2、電力場效應(yīng)管的工作原理（1）截止：柵源電壓 0 或 0 (為開啟電壓，又叫閾值電壓)；（2）導(dǎo)通：時(shí)，加至漏極電壓0；

30、（3）漏極電流ID ：VDMOS的漏極電流ID受控于柵壓。1.7 絕緣柵雙極型晶體管IGBT：絕緣柵雙極型晶體管。兼具功率MOSFET高速開關(guān)特性和GTR的低導(dǎo)通壓降特性兩者優(yōu)點(diǎn)的一種復(fù)合器件。IGBT于1982年開始研制，1986年投產(chǎn)，是發(fā)展最快而且很有前途的一種混合型器件。目前IGBT產(chǎn)品已系列化，最大電流容量達(dá)1800A，最高電壓等級達(dá)4500V，工作頻率達(dá)50kHZ。在電機(jī)控制、中頻電源、各種開關(guān)電源以及其它高速低損耗的中小功率領(lǐng)域，IGBT取代了GTR和一部分MOSFET的市場。1.7.1 絕緣柵雙極型晶體管及其工作原理1. IGBT的結(jié)構(gòu) 圖1.7.1 IGBT的結(jié)構(gòu)、簡化等效電

31、路與電氣符號IGBT的結(jié)構(gòu)如圖1.7.1(a)所示。它是在VDMOS管結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上再增加一個(gè)P+層，形成了一個(gè)大面積的P+N結(jié)，和其它結(jié)、一起構(gòu)成了一個(gè)相當(dāng)于由VDMOS驅(qū)動(dòng)的厚基區(qū)PNP型GTR;簡化等效電路如圖1.7.1(b)所示。電氣符號如圖1.7.1（c）所示GBT有三個(gè)電極:集電極、發(fā)射極和柵極。2. IGBT的工作原理IGBT也屬場控器件，其驅(qū)動(dòng)原理與電力MOSFET基本相同，是一種由柵電壓控制集電極電流的柵控自關(guān)斷器件。1.7.2 緣柵雙極型晶體管的特性IGBT的伏安特性和轉(zhuǎn)移特性圖1.7.2 IGBT的伏安特性和轉(zhuǎn)移特性（1）IGBT的伏安特性（如圖1.7.2a)反映在一定的柵

32、極一發(fā)射極電壓下器件的輸出端電壓UCE與電流的關(guān)系。IGBT的伏安特性分為:截止區(qū)、有源放大區(qū)、飽和區(qū)和擊穿區(qū)。（2）IGBT的轉(zhuǎn)移特性曲線（如圖1.7.2b）IGBT開通： > (開啟電壓,一般為36V) ；其輸出電流與驅(qū)動(dòng)電壓基本呈線性關(guān)系；IGBT關(guān)斷： < ；第2章 相控整流電路整流電路：交流轉(zhuǎn)換為直流。相控整流電路:電壓可調(diào)。二極管整流電路:電壓固定。相控整流電路的類型 ：按照輸入交流電源的相數(shù):單相、三相和多相整流電路；按電路中組成的電力電子器件控制特性:不可控、半控整流電路；根據(jù)整流電路的結(jié)構(gòu)形式:半波、全波和橋式整流電路等類型。2.1 整流器的性能指標(biāo)定義：利用電力

33、電子器件的可控開關(guān)特性把交流電能變?yōu)橹绷麟娔艿恼麟娐窐?gòu)成的系統(tǒng)稱為整流器。整流器電路性能和控制方式必須滿足的要求：（1）輸出的直流電壓大小可以控制；（2）輸出直流側(cè)電壓和交流側(cè)電流中的紋波都必須限制在允許范圍內(nèi)；（3）整流器的效率要高。1、電壓紋波系數(shù)整流器的輸出電壓是脈動(dòng)的，其中除了有主要的直流成分外，還有一定交流諧波成分。定義整流器的輸出電壓的交流紋波有效值與直流平均值之比為電壓紋波系數(shù)。即 ： （2.1.1）如果直流輸出電壓有效值用U表示，則因此有 （2.1.2）2、電壓脈動(dòng)系數(shù)若第n次諧波峰值為Unm, 則定義與之比為電壓脈動(dòng)系數(shù)， （2.1.3）3、輸入電流總畸變率THD整流電路輸

34、出為各次諧波電流之和。輸入電流總畸變率THD（Total Harmonic Distortion）又稱諧波因數(shù)HF（Harmonic Factor），是指除基波電流以外的所有諧波電流有效值與基波電流效值之比，即：（2.1.4）式中為n次諧波電流有效值。4、輸入功率因數(shù)PF定義交流電源輸入有功功率平均值P與其視在功率S之比為輸入功率因數(shù)PF（Power factor）, 即： （2.1.5）對于無畸變的正弦波，諧波電流在一個(gè)周期內(nèi)的平均功率為零，只有基波電流形成有功功率 上式中是輸入電壓與輸入電流基波分量之間的相位角。則 稱為基波位移因數(shù)(或基波功率因數(shù))，于是輸入功率因數(shù)為: （2.1.6）式

35、中稱為基波因數(shù)，且有所以： （2.1.7）上式表明：功率因數(shù)由基波電流相移和電流波形畸變這兩個(gè)因素共同決定。越小，基波功率因數(shù)越大，相應(yīng)的PF也越大。另一方面，輸入電流總畸變率THD越小，功率因數(shù)PF也越大。2.2 單相相控整流電路單相相控整流電路可分為單相半波、單相全波和單相橋式相控整流電路，它們所連接的負(fù)載性質(zhì)不同就會有不同的特點(diǎn)。2.2.1 單相半波相控整流電路1. 電阻性負(fù)載圖2.2.1 單相半波可控整流如圖2.2.1（a）所示是單相半波相控整流帶電阻性負(fù)載的電路。圖中稱為整流變壓器，其二次側(cè)的輸出電壓為 （2.2.1）在電源正半周，晶閘管T承受正向電壓，t<期間由于未加觸發(fā)脈沖

36、，T處于正向阻斷狀態(tài)而承受全部電壓，負(fù)載Rd中無電流通過，負(fù)載上壓ud為零。在t = 時(shí)T被觸發(fā)導(dǎo)通，電源電壓全部加在上（忽略管壓降），到t=時(shí)，電壓過零，在上述過程中，=。隨著電壓的下降電流也下降，當(dāng)電流下降到小于晶閘管的維持電流時(shí)，晶閘管T關(guān)斷，此時(shí)、均為零。在的負(fù)半周，T承受反壓，一直處于反相阻斷狀態(tài)，全部加在T兩端。直到下一個(gè)周期的觸發(fā)脈沖到來后，T又被觸發(fā)導(dǎo)通，電路工作情況又重復(fù)上述過程。如圖2.2.1（b）所示。在單相相控整流電路中，定義晶閘管從承受正向電壓起到觸發(fā)導(dǎo)通之間的電角度稱為控制角(或移相角)，晶閘管在一個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通的電角度稱為導(dǎo)通角，用表示。對于圖2.2.1所示的電路，

37、若控制角為，則晶閘管的導(dǎo)通角為 （2.2.2）2) 電阻性負(fù)載時(shí)參數(shù)計(jì)算：（1）整流輸出電壓平均值根據(jù)波形圖2.2.1 (b)，可求出整流輸出電壓平均值為 (2.2.3)上式表明，只要改變控制角(即改變觸發(fā)時(shí)刻)，就可以改變整流輸出電壓的平均值，達(dá)到相控整流的目的。這種通過控制觸發(fā)脈沖的相位來控制直流輸出電壓大小的方式稱為相位控制方式，簡稱相控方式。當(dāng)=0時(shí)，=0，當(dāng)=時(shí)，=0.45為最大值。移相范圍：整流輸出電壓的平均值從最大值變化到零時(shí)，控制角的變化范圍為移相范圍。單相半波相控整流電路帶電阻性負(fù)載時(shí)移相范圍為。(2) 整流輸出電壓的有效值U根據(jù)有效值的定義，整流輸出電壓的有效值為 (2.2

38、.4)(3) 整流輸出電流的平均值和有效值I （2.2.5） （2.2.6）(4) 變壓器二次側(cè)輸出的有功功率P、視在功率S和功率因數(shù)PF如果忽略晶閘管T的損耗，則變壓器二次側(cè)輸出的有功功率為 （2.2.7）電源輸入的視在功率為 （2.2.8）電路的功率因數(shù) （2.2.9）從上式可知，功率因數(shù)是控制角的函數(shù)，且越大，相控整流輸出電壓越低，功率因數(shù)PF越小。當(dāng)=0時(shí)，PF=0.707為最大值。這是因?yàn)殡娐返妮敵鲭娏髦胁粌H存在諧波，而且基波電流與基波電壓(即電源輸入正弦電壓)也不同相，即使是電阻性負(fù)載，PF也不會等于1。例2-1 單相半波相控制整流電路，電阻性負(fù)載，由220V交流電源直接供電，要求

39、輸出平均直流電壓50V，求晶閘管的控制角、導(dǎo)通角、電源容量及功率因數(shù)，并選用晶閘管。解 由于，把、代入，可得=89°導(dǎo)通角因?yàn)?，所以電源容量。功率因?shù)選用晶閘管元件承受的最大電壓；。流過晶閘管的電流的有效值晶閘管的額定電，所以選用晶閘管的型號為KP30-8。2. 電感性負(fù)載 （等效為電感L和電阻R串聯(lián)）（1）工作原理及參數(shù)計(jì)算整流電路的負(fù)載常常是電感性負(fù)載。感性負(fù)載可以等效為電感L和電阻R串聯(lián)。圖2.2.2（a）是帶電感性負(fù)載的單相半波可控整流電路，圖2.2.2（b）是整流電路各電量波形圖。當(dāng)正半周時(shí)，時(shí)刻觸發(fā)晶閘管T，加到感性負(fù)載上。由于電感中感應(yīng)電動(dòng)勢的作用，電流只能從零開始上升

40、，到時(shí)刻達(dá)最大值，圖2.2.2 感性負(fù)載單相半波可控整流電路及其波形隨后開始減小。由于電感中感應(yīng)電動(dòng)勢要阻礙電流的減小，到時(shí)刻過零變負(fù)時(shí)，并未下降到零，而在繼續(xù)減小，此時(shí)負(fù)載上的電壓為負(fù)值。直到時(shí)刻，電感上的感應(yīng)電動(dòng)勢與電源電壓相等，下降到零，晶閘管T關(guān)斷。此后晶閘管承受反壓，到下一周的時(shí)刻，觸發(fā)脈沖又使晶閘管導(dǎo)通，并重復(fù)上述過程。從圖2.2.2（b）所示的波形可知，在電角度到期間，負(fù)載電壓為正，在到+期間負(fù)載上電壓為負(fù)，因此，與電阻性負(fù)載相比，感性負(fù)載上所得到的輸出電壓平均值變小了，其值可由下式計(jì)算： （2.2.10） （2.2.11）故 （2.2.12）(2) 續(xù)流二極管（Free Whe

41、eling Diode）的作用由于負(fù)載中存在電感，使負(fù)載電壓波形出現(xiàn)負(fù)值部分，晶閘管的導(dǎo)通角變大，且負(fù)載中L越大，越大，輸出電壓波形圖上負(fù)壓的面積越大，從而使輸出電壓平均值減小。在大電感負(fù)載L>>R的情況下，負(fù)載電壓波形圖中正負(fù)面積相近，即不論為何值，都有。其波形如圖2.2.3所示。圖2.2.3 L>>R 時(shí)不同時(shí)的電流波形在單相半波相控整流電路中，由于電感的存在，整流輸出電壓的平均值將減小，特別在大電感負(fù)載（L>>R）時(shí)，輸出電壓平均值接近于零，負(fù)載上得不到應(yīng)有的電壓。解決的辦法是在負(fù)載的兩端并聯(lián)續(xù)流二極管D。圖2.2.4 大電感負(fù)載接續(xù)流管的單相半波整流

42、電路及電流電壓波形如圖2.2.4(a)為大電感負(fù)載接續(xù)流管的單相半波整流電路。針對圖2.2.4(b)所示的電路，在電源電壓正半周t=時(shí)刻觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通，二極管D承受反壓不導(dǎo)通，負(fù)載上電壓波形與不加二極管時(shí)相同。當(dāng)電源電壓過零變負(fù)時(shí)，二極管受正向電壓而導(dǎo)通，負(fù)載上電感維持的電流經(jīng)二極管繼續(xù)流通，故二極管D稱為續(xù)流二極管。二極管導(dǎo)通時(shí)，晶閘管被加上反向電壓而關(guān)斷，此時(shí)負(fù)載上電壓為零不會出現(xiàn)負(fù)電壓。由此可見，在電源電壓正半周，負(fù)載電流由晶閘管導(dǎo)通提供；電源電壓負(fù)半周時(shí)，續(xù)流二極管D維持負(fù)載電流；因此負(fù)載電流是一個(gè)連續(xù)且平穩(wěn)的直流電流。大電感負(fù)載時(shí)，負(fù)載電流波形是一條平行于橫軸的直線，其值為。波形圖如

43、圖2.2.4(b)所示。電感性負(fù)載（大電感）參數(shù)計(jì)算若設(shè)和分別為晶閘管和續(xù)流二極管在一個(gè)周期內(nèi)的導(dǎo)通角，則容易得出晶閘管的電壓平均值為： （2.2.13）流過續(xù)流二極管的電流平均值為： （2.2.14）流過晶閘管和續(xù)流管的電流有效值分別為： （2.2.15） （2.2.16）晶閘管與續(xù)流管承受的最大電壓均為：3、單相半波可控整流電路特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：線路簡單，調(diào)整方便；缺點(diǎn)：（1）輸出電壓脈動(dòng)大，負(fù)載電流脈動(dòng)大（電阻性負(fù)載時(shí)）。（2）整流變壓器次級繞組中存在直流電流分量， 使鐵芯磁化，變壓器容量不能充分利用。若不用變壓器，則交流回路有直流電流，使電網(wǎng)波形畸變引起額外損耗。應(yīng)用：單相半波可控整流電路只

44、適于小容量、波形要求不高的場合。2.3 三相相控整流電路2.3.1 三相半波相控整流電路1、電阻性負(fù)載1）工作原理分析1）在t1t2期間，相電壓比、相都高，如果在t1時(shí)刻觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通，負(fù)載上得到相電壓uA。2）在t2t3期間，相電壓最高，若在t2時(shí)刻觸發(fā)導(dǎo)通，負(fù)載上得到B相電壓uB， 并關(guān)斷 。3）在t3 t4時(shí)期間，C相電壓最高，若在t3刻觸發(fā)導(dǎo)通，負(fù)載上得到相電壓uC，并關(guān)斷。自然換流點(diǎn)：t1、t2和t3時(shí)刻距相電壓波形過零點(diǎn)30°電角度，它是各相晶閘管能被正常觸發(fā)導(dǎo)通的最早時(shí)刻，在該點(diǎn)以前，對應(yīng)的晶閘管因承受反壓，不能觸發(fā)導(dǎo)通，所以把它叫做自然換流點(diǎn)。在三相相控整流電路中，把

45、自然換流點(diǎn)作為計(jì)算控制角的起點(diǎn)，即該處=0°（注意：這與單相可控整流電路是不同的）。當(dāng)=30°時(shí)，ud、id波形臨界連續(xù)。當(dāng)=150°時(shí)，整流輸出電壓為零。結(jié)論： 在<30°時(shí)負(fù)載電流連續(xù)，每個(gè)晶閘管的導(dǎo)電角均為120°，當(dāng)>30°時(shí)，輸出電壓和電流波形將不再連續(xù)； 在電源交流電路中不存在電感情況下，晶閘管之間的電流轉(zhuǎn)移是在瞬間完成的； 負(fù)載上的電壓波形是相電壓的一部分； 晶閘管處于截止?fàn)顟B(tài)時(shí)所承受的電壓是線電壓而不是相電壓。aq-=o150若A相電源輸入相電壓 ，B、C相相應(yīng)滯后1200則有如下數(shù)量關(guān)系： 當(dāng)=0

46、6;時(shí)整流輸出電壓平均值d最大。增大，Ud減小，當(dāng)=150°時(shí)，Ud=0。所以帶電阻性負(fù)載的三相半波相控整流電路的移相范圍為0150° 當(dāng)30°時(shí)，負(fù)載電流連續(xù)，各相晶閘管每周期輪流導(dǎo)電120°，即導(dǎo)通角T =120°。輸出電壓平均值為)300(cos17.1)(sin23/2126562°££°=ò+aawwpappaUttdUUd式中2為整流變壓器二次側(cè)相電壓有效值。 當(dāng)>30°時(shí)，負(fù)載電流斷續(xù)， ，輸出電壓平均值d為ò+=papwwp62)(sin23/21ttd

47、UUd3)30cos(117.12a+°+=U)15030(°£<°a26U22UdddRUI=(4) 晶閘管承受的最大反向電壓為電源線電壓峰值，即 ，最大正向電壓為電源相電壓，即 。(5) 負(fù)載電流的平均值ddTII31=流過每個(gè)晶閘管的平均電流流過每個(gè)晶閘管的電流有效值為)2cos2332(212app+=dTRUIoo30££ao)2sin412cos4365(212aaapp+-=dTRUIoo15030<£a2、大電感負(fù)載波形分析例=60°時(shí)不接續(xù)流二極管的波形1）電路特點(diǎn)：(1)在30

48、76;時(shí)，Ud的波形與電阻性負(fù)載時(shí)相同。(2)>30°時(shí)Ud波形出現(xiàn)部分負(fù)壓。(3)盡管>30°，由于大電感負(fù)載的作用，仍然使各相晶閘管導(dǎo)通120°，保證了電流的連續(xù)。2）大電感負(fù)載數(shù)量關(guān)系整流輸出電壓平均值ud為ò+=apapawwp65622cos17.1)(sin23/21UttdUUd當(dāng)=0°時(shí)Ud最大，當(dāng)=90°時(shí)，Ud=0。因此，大電感負(fù)載時(shí)，三相半波整流電路的移相范圍為090°。流過每個(gè)晶閘管的平均電流與有效電流分別為dddTdTIIII313601202=°°=pqdddTTI

49、III577.0312=pq3、大電感負(fù)載接續(xù)流二極管時(shí)數(shù)量關(guān)系1）ud的波形與純電阻性負(fù)載時(shí)一樣，Ud的計(jì)算公式也一樣。)300(cos17.1)(sin23/2126562°££°=ò+aawwpappaUttdUUd2）負(fù)載電流id=iT1+iT2+iT3+iD。3）一周期內(nèi)晶閘管的導(dǎo)通角 T=15004）續(xù)流二極管在一周期內(nèi)導(dǎo)通三次，其導(dǎo)通角D=3(30°)。5）流過晶閘管的平均電流和有效電流分別為ddTTIII°-°=3601502apqddTdTIII°-°=3601502apq6）

50、流過續(xù)流管的平均電流和有效電流分別為2.3.2 三相橋式相控整流電路 1、電阻性負(fù)載工作原理共陰極組的自然換流點(diǎn)(=0°)在、時(shí)刻，分別觸發(fā)、晶閘管。共陽極組的自然換流點(diǎn)(=0°)在、時(shí)刻，分別觸發(fā)、晶閘管。晶閘管的導(dǎo)通順序?yàn)椋?。圖2.3.5 三相橋式相控整流電路帶電阻負(fù)載=0° 時(shí)的情況（l）每個(gè)時(shí)刻均需2個(gè)不同組的晶閘管同時(shí)導(dǎo)通，形成向負(fù)載供電的回路，其中且不能為同一相的晶閘管；（2）對觸發(fā)脈沖的要求：6個(gè)晶閘管的觸發(fā)脈沖按的順序（相位依次差60°）分別觸發(fā)晶閘管；共陰極組、的觸發(fā)脈沖依次相差120°，共陽極組、的觸發(fā)脈沖也依次差120&#

51、176;,同一相的上下兩個(gè)橋臂，即 、與，與 ，與脈沖相差180°；（3）全控橋觸發(fā)脈沖類型：寬脈沖觸發(fā)：使脈沖寬度大于60°(一般取80°100°);雙脈沖觸發(fā)：用兩個(gè)窄脈沖代替寬脈沖，兩個(gè)窄脈沖的前沿相差60°，脈寬一般為20°30°。 （4）帶電阻負(fù)載時(shí)三相橋式全控整流電路角的移相范圍是 120°。 3、三相橋式全控整流電路不同時(shí)工作原理: =30°時(shí)工作波形： 圖2.3.6 三相橋式相控整流電路 帶電阻負(fù)載=30° 時(shí)的情況=60°時(shí)工作波形： 圖2.3.7 三相橋式相控整流電

52、路 帶電阻負(fù)載=60° 時(shí)的情況=90°時(shí)工作波形：圖2.3.8 三相橋式相控整流電路 帶電阻負(fù)載=90° 時(shí)的情況4、三相橋式全控整流電路參數(shù)計(jì)算1）當(dāng)60°時(shí)，負(fù)載電流連續(xù)，負(fù)載上承受的是線電壓設(shè)其表達(dá)式為，在內(nèi)積分上 、下限為和。因此當(dāng)控制角為時(shí)，整流輸出電壓的平均值為: （2.3.14）2）當(dāng)60°時(shí)，負(fù)載電流不連續(xù)，整流輸出電壓的平均值為:（2.3.15）晶閘管承受的最大正、反向峰值電壓為: 5、大電感負(fù)載這里介紹帶大電感負(fù)載的三相全控橋式整流電路。如圖2-13（a）所示是帶大電感負(fù)載的三相全控橋式整流電路。電路移向范圍為090°1）=0°時(shí)工作波形圖2.3.9（a）所示是三相全控橋式整流電路帶電感負(fù)載的電路。為了節(jié)省篇幅這里只討論大電感負(fù)載的情況。和三相全控橋式整流電路帶電阻負(fù)載時(shí)一樣，把共陰極組的晶閘管依次編號為、把共陽極的晶閘管依次編號、。圖2.3.9（b）（e）所式為帶大電感負(fù)載的三相全控橋式整流電路在時(shí)的電流電壓波形。由三相半波電路的分析可知，共陰極組的自然換流點(diǎn)在、時(shí)刻，分別觸發(fā)