晶閘管斬波電路及交流調(diào)壓電路PPT教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1晶閘管斬波電路及交流調(diào)壓電路晶閘管斬波電路及交流調(diào)壓電路2設(shè)在 ton期間內(nèi)晶閘管斬波器工作，則直流電源 Ud 與負(fù)載接通，在 toff期間內(nèi)，斬波器關(guān)斷，負(fù)載電流經(jīng)過(guò)續(xù)流二極管 VDR 對(duì)負(fù)載續(xù)流，則負(fù)載端就被短接，這樣在負(fù)載端產(chǎn)生經(jīng)過(guò)斬波的直流電壓 u，其輸出電壓的平均值第1頁(yè)/共62頁(yè)3二、斬波器的分類(lèi)二、斬波器的分類(lèi)直流斬波器的分類(lèi)，除按上述的調(diào)制方法分類(lèi)外，也可按負(fù)載電動(dòng)機(jī)運(yùn)行所在的象限（即直流電源和負(fù)載交換能量的形式）分為：1.第一象限直流斬波電路2.A型兩象限斬波電路第2頁(yè)/共62頁(yè)4圖 6.2 第一象限直流斬波電路及其波形第3頁(yè)/共62頁(yè)5圖 6.3 A型兩象限直流斬波

2、電路及其波形第4頁(yè)/共62頁(yè)6第二節(jié)第二節(jié) 幾種直流斬波電路的分析幾種直流斬波電路的分析前一節(jié)討論了斬波器的基本原理、斬波器的分類(lèi)，現(xiàn)就其具體的幾種典型的斬波電路進(jìn)行分析，以便對(duì)斬波電路的工作過(guò)程有更深刻的理解。第5頁(yè)/共62頁(yè)7一、逆阻型晶閘管直流斬波電路一、逆阻型晶閘管直流斬波電路采用普通晶閘構(gòu)成的直流斬波電路，根據(jù)斬波器輸出直流電壓調(diào)制方式的不同，主要可分為輸出電壓脈寬為恒值的直流斬波電路和輸出電壓脈寬可調(diào)的直流斬波電路?，F(xiàn)分別就其工作原理和工作波形介紹如下：第6頁(yè)/共62頁(yè)81.輸出電壓脈寬為恒值的直流斬波電路該斬波器的電路圖如圖 6.4 所示。該電路是由一個(gè)晶閘管作為斬波開(kāi)關(guān)，其控制

3、方法采用的是前述的頻率調(diào)制法。這里晶閘管的換流是采用第五章所介紹的 LC 電路換流方式。即 VT 導(dǎo)通后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，可以自行關(guān)斷。第7頁(yè)/共62頁(yè)9圖 6.4 輸出電壓脈寬恒值的逆阻型晶閘管直流斬波電路第8頁(yè)/共62頁(yè)10圖 6.5 輸出電壓脈寬恒值的逆阻型晶閘管直流斬波電路的工作過(guò)程第9頁(yè)/共62頁(yè)11圖 6.6 斬波電路的波形第10頁(yè)/共62頁(yè)12圖 6.7 脈寬可調(diào)的逆阻型直流斬波電路及工作過(guò)程第11頁(yè)/共62頁(yè)13圖 6.8 斬波電路的工作波形第12頁(yè)/共62頁(yè)14二、逆導(dǎo)型晶閘管直流斬波電路二、逆導(dǎo)型晶閘管直流斬波電路如圖 6.3，由逆阻型晶閘管直流斬波電路的討論可知，在斬波電路

4、中，晶閘管和二極管往往需要反并聯(lián)使用，在變頻電路中也是如此。采取這種做法導(dǎo)致主電路元件多、體積龐大，其經(jīng)濟(jì)性差。為適應(yīng)斬波電路和某些變頻電路的需要，器件制造者把晶閘管和反并聯(lián)二極管同時(shí)集成在一個(gè)芯片上，再用它來(lái)做斬波器的主輔開(kāi)關(guān)元件，這樣就可使晶閘管的主電路大大簡(jiǎn)化，于是可構(gòu)成逆導(dǎo)型晶閘管直流斬波電路。第13頁(yè)/共62頁(yè)151.逆導(dǎo)晶閘管逆導(dǎo)晶閘管，就是把一個(gè)晶閘管與一個(gè)反并聯(lián)的二極管集成在一個(gè)芯片上制成。它的基本結(jié)構(gòu)、等效電路以及伏安特性如圖 6.9所示。第14頁(yè)/共62頁(yè)16圖 6.9 逆導(dǎo)晶閘管（a）基本結(jié)構(gòu) （b）符號(hào) （c）等值電路 （d）主電極伏安特性第15頁(yè)/共62頁(yè)172.逆導(dǎo)

5、型晶閘管直流斬波電路 逆導(dǎo)型晶閘管直流斬波電路如圖 6.10所示。圖中 KN1 為主逆導(dǎo)晶閘管，相當(dāng)于晶閘管VT1 和二極管 VD1 的反并聯(lián)，起斬波電路中主開(kāi)關(guān)的作用。第16頁(yè)/共62頁(yè)18圖 6.10 逆導(dǎo)型晶閘管直流斬波電路第17頁(yè)/共62頁(yè)19圖 6.11 斬波電路的工作波形第18頁(yè)/共62頁(yè)20圖 6.12 可關(guān)斷晶閘管直流斬波電路第19頁(yè)/共62頁(yè)213.一種實(shí)用的斬波電路轉(zhuǎn)子斬波調(diào)速是繞線式異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速方案中一種初投資少、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、功率因數(shù)高的調(diào)整方案，在采用繞線式異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的風(fēng)機(jī)水泵系統(tǒng)中，推廣這種調(diào)速方案，對(duì)于節(jié)約電能有一定價(jià)值。第20頁(yè)/共62頁(yè)22圖 6.

6、13 轉(zhuǎn)子斬波調(diào)速主電路的構(gòu)成第21頁(yè)/共62頁(yè)23圖 6.14 一種實(shí)用的斬波電路第22頁(yè)/共62頁(yè)24至于 KZmin和 KZmax限制的保證，是通過(guò)控制電路中對(duì)控制電壓的限幅來(lái)實(shí)現(xiàn)。電容 C 的計(jì)算，由于 VT1 的關(guān)斷時(shí)間很短，可假設(shè)在關(guān)斷時(shí)間內(nèi)，電容的端電壓 Uc 及電容的電流 IC 均不變，故第23頁(yè)/共62頁(yè)25L1 和 L2 分別用來(lái)限制電容 C 的放電和充電電流上升率，其值可根據(jù) VT2、VT3 導(dǎo)通瞬間回路的電壓方程求得第24頁(yè)/共62頁(yè)26第三節(jié)晶閘管交流調(diào)壓電路及雙向晶閘管的應(yīng)用第三節(jié)晶閘管交流調(diào)壓電路及雙向晶閘管的應(yīng)用由第一章關(guān)于晶閘管的討論，我們知道，晶閘管的單向可

7、控導(dǎo)電性決定了該元件只能流過(guò)單方向的電流。但是如果能夠把兩個(gè)晶閘管反并聯(lián)后接于交流電源與其負(fù)載之間，如圖 6.16（a）所示，這樣通過(guò)對(duì)反并聯(lián)兩個(gè)晶閘管的控制，就可實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載上的交流電壓和功率的控制。這種裝置稱之為晶閘管交流調(diào)壓器。第25頁(yè)/共62頁(yè)27交流調(diào)壓器根據(jù)對(duì)晶閘管的控制可分為兩種形式：1.通斷周波數(shù)控制2.移相控制第26頁(yè)/共62頁(yè)28圖 6.16 單相交流調(diào)壓器第27頁(yè)/共62頁(yè)29圖 6.17 單相交流調(diào)壓器（電阻性負(fù)載） =90波形圖第28頁(yè)/共62頁(yè)30根據(jù)負(fù)載電阻上電壓波形 uR，可以求得輸出電壓有效值由于負(fù)載是電阻性負(fù)載，因此負(fù)載電流的波形與加在負(fù)載上的電壓波形相同。其

8、輸出電流有效值第29頁(yè)/共62頁(yè)31該交流調(diào)壓器的功率因數(shù)當(dāng)單相交流調(diào)壓器對(duì)交流電動(dòng)機(jī)、變壓器初級(jí)繞組等電感性負(fù)載供電時(shí)，此時(shí)的工作情況與具有電感性負(fù)載的晶閘管整流電路的工作情況相似。第30頁(yè)/共62頁(yè)32三、三相交流調(diào)壓器三、三相交流調(diào)壓器三相交流調(diào)壓電路接線形式較多，并且每種電路也各有自己的特點(diǎn)。圖 6.18給出了幾種三相交流調(diào)壓器的典型接線形式。而表 6.1列出了相應(yīng)三相交流調(diào)壓器的主要技術(shù)指標(biāo)。1.Y0 接法的三相交流調(diào)壓電路2.Y 接法三相交流調(diào)壓電路第31頁(yè)/共62頁(yè)33圖 6.18 三相交流調(diào)壓典型接法第32頁(yè)/共62頁(yè)34第33頁(yè)/共62頁(yè)35圖 6.19 Y0 接法三相交流調(diào)

9、壓電路第34頁(yè)/共62頁(yè)36第35頁(yè)/共62頁(yè)37圖 6.22 Y 接法三相交流調(diào)壓電路的波形第36頁(yè)/共62頁(yè)38三、雙向晶閘管及其應(yīng)用三、雙向晶閘管及其應(yīng)用在單相和三相交流調(diào)壓電路中，每相都是采用正反向并聯(lián)的兩個(gè)晶閘管元件起開(kāi)關(guān)作用。雖然采取這種做法可滿足調(diào)壓電路的要求，但存在的明顯缺點(diǎn)是元件數(shù)多，再考慮到每個(gè)晶閘管的散熱器，必然體積大，且設(shè)備成本高。為克服這一不足，滿足兩個(gè)晶閘管反并聯(lián)使用需要，人們把兩個(gè)反并聯(lián)連接的晶閘管集成到一個(gè)芯片上，并且用能夠產(chǎn)生正負(fù)脈沖的一個(gè)控制電路，實(shí)現(xiàn)其控制。而適應(yīng)這種要求應(yīng)運(yùn)而生的新型電力半導(dǎo)體器件就是雙向晶閘管。第37頁(yè)/共62頁(yè)391.雙向晶閘管圖 6

10、.23表示出了雙向晶閘管的基本結(jié)構(gòu)，等效電路以及它的伏安特性。圖 6.23 雙向晶閘管（a）結(jié)構(gòu)圖 （b）等效電路 （c）伏安特性第38頁(yè)/共62頁(yè)402.雙向晶閘管的應(yīng)用雙向晶閘管由于體積小，控制電路簡(jiǎn)單，廣泛用來(lái)代替反并聯(lián)的兩個(gè)晶閘管，做可控的交流開(kāi)關(guān)器件，用于交流調(diào)壓電路和過(guò)零調(diào)功電路中。利用雙向晶閘管構(gòu)成的單相交流調(diào)壓電路如圖 6.24所示。第39頁(yè)/共62頁(yè)41圖 6.24 雙向晶閘管交流調(diào)壓器第40頁(yè)/共62頁(yè)42為分析方便可把圖 6.25（b）的縱坐標(biāo)由原來(lái)的 0平移到 t= 處，如圖中所示。顯然在新坐標(biāo)系中，在 t=0時(shí)，給 KS加觸發(fā)脈沖，則 KS導(dǎo)通，所以有該常系數(shù)線性微分

11、方程電流 i的解第41頁(yè)/共62頁(yè)43圖 6.25 R-L負(fù)載 時(shí)的波形圖第42頁(yè)/共62頁(yè)44式中，i為電流 i的穩(wěn)態(tài)分量該式中，電流有效值功率因數(shù)角第43頁(yè)/共62頁(yè)45另一個(gè)暫態(tài)分量式中，暫態(tài)分量的衰減時(shí)間常數(shù)為把 i和 i代入到（6.11）后，得第44頁(yè)/共62頁(yè)46第四節(jié)晶閘管過(guò)零調(diào)功電路第四節(jié)晶閘管過(guò)零調(diào)功電路晶閘管過(guò)零調(diào)功電路是一種采用過(guò)零觸發(fā)，用調(diào)節(jié)晶閘管導(dǎo)通周波數(shù)的方式來(lái)控制輸出功率的交流控制器，簡(jiǎn)稱調(diào)功器。第45頁(yè)/共62頁(yè)47一、過(guò)零觸發(fā)以及過(guò)零調(diào)功的概念一、過(guò)零觸發(fā)以及過(guò)零調(diào)功的概念過(guò)零觸發(fā)與前面的可控整流電路以及交流調(diào)壓電路中所介紹的移相觸發(fā)完全不同的另一種觸發(fā)方式。

12、前面所討論的晶閘管移相觸發(fā)是通過(guò)改變觸發(fā)脈沖的相位來(lái)控制晶閘管的導(dǎo)通時(shí)刻，從而使負(fù)載得到所需的電壓。第46頁(yè)/共62頁(yè)48圖 6.26 過(guò)零控制波形圖（a）連續(xù)輸出波形 （b）間隔輸出波形第47頁(yè)/共62頁(yè)49由圖可見(jiàn)，不論采用哪種工作方式，其實(shí)質(zhì)都是通過(guò)調(diào)節(jié)設(shè)定周期內(nèi)的周波數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)輸出功率的調(diào)節(jié)。顯然，這種過(guò)零觸發(fā)控制方式不適用于要求電壓連續(xù)平滑調(diào)節(jié)的場(chǎng)合，較適用于以鎳鉻或鐵鉻鋁等電阻溫度系數(shù)變化較小材料制成的電熱元件的溫度控制系統(tǒng)中。第48頁(yè)/共62頁(yè)50二、調(diào)功器主電路的接線形式二、調(diào)功器主電路的接線形式如上所述，將一對(duì)反并聯(lián)的晶閘管或者雙向晶閘管接在單相交流電源與負(fù)載之間，或者將三對(duì)反

13、并聯(lián)的晶閘管或者三只雙向晶閘管接在三相交流電源與負(fù)載之間，這樣就構(gòu)成了如圖6.27（a）所示的單相調(diào)功器和圖 6.27（b）所示的三相調(diào)功器。第49頁(yè)/共62頁(yè)51三、調(diào)功器的工作原理三、調(diào)功器的工作原理圖 6.27（a）為過(guò)零觸發(fā)單相交流調(diào)功電路。交流電源電壓 u1、VT1 和 VT2 的觸發(fā)電壓uG1、uG2分別如圖 6.28中所示。由于各于晶閘管都是在電壓 u1 過(guò)零時(shí)加觸發(fā)脈沖 uG，因此就有電壓 u2 輸出。如果不觸發(fā) VT1 和 VT2，則輸出電壓 u2=0。由于是電阻性負(fù)載，所以當(dāng)交流電源電壓過(guò)零時(shí)，原來(lái)導(dǎo)通的晶閘管因其電流下降到維持電流以下而自行關(guān)斷。第50頁(yè)/共62頁(yè)52表

14、6.2 三相晶閘管調(diào)功器主電路的幾種接線方式第51頁(yè)/共62頁(yè)53表 6.2 三相晶閘管調(diào)功器主電路的幾種接線方式第52頁(yè)/共62頁(yè)54圖 6.27 交流調(diào)功器（a）單相交流調(diào)功器 （b）三相交流調(diào)功器第53頁(yè)/共62頁(yè)55圖 6.28 單相交流零觸發(fā)開(kāi)關(guān)電路的工作波形第54頁(yè)/共62頁(yè)56如設(shè)定周期 TC 內(nèi)導(dǎo)通的周波數(shù)為 n，50 Hz每個(gè)周波的周期 T（20 ms）則調(diào)功器的輸出功率 P2 為第55頁(yè)/共62頁(yè)57第56頁(yè)/共62頁(yè)58四、調(diào)功器設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問(wèn)題四、調(diào)功器設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問(wèn)題由式（6.13）可見(jiàn)，調(diào)功器的輸出功率 P2 是導(dǎo)通比 kZ 與額定輸出容量 PN 的乘積。因此，在負(fù)載阻抗一定的情況下，PN 與電源的電壓的平方成正比，即第57頁(yè)/共62頁(yè)591.電源電壓波動(dòng)與電壓補(bǔ)償2.電源變壓器的選擇3.調(diào)功器容量的選擇第58頁(yè)/共62頁(yè)60題及思考題6.1 如果保持?jǐn)夭l率不變，只改變導(dǎo)通時(shí)間 ton，試畫(huà)出當(dāng)工作率分別為 25% ，75% 時(shí)理想斬波器的輸出電壓波形。6.2 目前作為車(chē)輛用斬波器采用題圖 6.31