實(shí)驗(yàn)六單相半波可控整流電路實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)六單相半波可控整流電路實(shí)驗(yàn)第一頁，共五十九頁，2022年，8月28日第二頁，共五十九頁，2022年，8月28日一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)掌握單結(jié)晶體管觸發(fā)電路的調(diào)試步驟和方法。(2)掌握單相半波可控整流電路在電阻負(fù)載及電阻電感性負(fù)載時(shí)的工作。(3)了解續(xù)流二極管的作用。第三頁，共五十九頁，2022年，8月28日二、實(shí)驗(yàn)所需掛件及附件序號型號備注1TKDD-1電源控制屏UAB=220V2DK03晶閘管主電路晶閘管和電感3DK05晶閘管觸發(fā)電路單結(jié)晶體管觸發(fā)電路4DK08給定及實(shí)驗(yàn)器件帶開關(guān)的二極管5DQ27三相可調(diào)電阻450Ω6雙蹤示波器YB43287萬用表DT9205第四頁，共五十九頁，2022年，8月28日三、實(shí)驗(yàn)線路及原理單結(jié)晶體管觸發(fā)電路的工作原理及線路圖已在1-3節(jié)中作過介紹。將DK05掛件上的單結(jié)晶體管觸發(fā)電路的輸出端“G”和“K”接到DK03掛件面板上的反橋中的任意一個(gè)晶閘管的門極和陰極，并將相應(yīng)的觸發(fā)脈沖的鈕子開關(guān)關(guān)閉（防止誤觸發(fā)）第五頁，共五十九頁，2022年，8月28日三、實(shí)驗(yàn)線路及原理單結(jié)晶體管觸發(fā)電路的工作原理及線路圖已在1-3節(jié)中作過介紹。將DK05掛件上的單結(jié)晶體管觸發(fā)電路的輸出端“G”和“K”接到DK03掛件面板上的反橋中的任意一個(gè)晶閘管的門極和陰極，并將相應(yīng)的觸發(fā)脈沖的鈕子開關(guān)關(guān)閉（防止誤觸發(fā)）第六頁，共五十九頁，2022年，8月28日三、實(shí)驗(yàn)線路及原理圖中的R負(fù)載用DQ27三相可調(diào)電阻，將兩個(gè)900Ω接成并聯(lián)形式。二極管VD1和開關(guān)S1均在DK08掛件上，電感Ld在DK03面板上，有100mH、200mH、700mH三檔可供選擇，本實(shí)驗(yàn)中選用700mH。直流電壓表及直流電流表從DK03掛件上得到。第七頁，共五十九頁，2022年，8月28日四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容900Ω并900Ω第八頁，共五十九頁，2022年，8月28日四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容(1)單結(jié)晶體管觸發(fā)電路的調(diào)試。(2)單結(jié)晶體管觸發(fā)電路各點(diǎn)電壓波形的觀察并記錄。(3)單相半波整流電路帶電阻性負(fù)載時(shí)Ud/U2=f(α)特性的測定。(4)單相半波整流電路帶電阻電感性負(fù)載時(shí)續(xù)流二極管作用的觀察。第九頁，共五十九頁，2022年，8月28日五、預(yù)習(xí)要求(1)閱讀電力電子技術(shù)教材中有關(guān)單結(jié)晶體管的內(nèi)容，弄清單結(jié)晶體管觸發(fā)電路的工作原理。(2)復(fù)習(xí)單相半波可控整流電路的有關(guān)內(nèi)容，掌握單相半波可控整流電路接電阻性負(fù)載和電阻電感性負(fù)載時(shí)的工作波形。(3)掌握單相半波可控整流電路接不同負(fù)載時(shí)Ud、Id的計(jì)算方法。第十頁，共五十九頁，2022年，8月28日五、預(yù)習(xí)要求α30°60°90°120°150°U2200200200200200Ud（記錄值）927450257Ud/U2Ud（計(jì)算值）92.4V74.3V50V24.8V6.6V第十一頁，共五十九頁，2022年，8月28日六、思考題(1)單結(jié)晶體管觸發(fā)電路的振蕩頻率與電路中電容C1的數(shù)值有什么關(guān)系?(2)單相半波可控整流電路接電感性負(fù)載時(shí)會出現(xiàn)什么現(xiàn)象?如何解決?第十二頁，共五十九頁，2022年，8月28日七、實(shí)驗(yàn)方法(1)單結(jié)晶體管觸發(fā)電路的調(diào)試將TKDD-1電源控制屏的電源選擇開關(guān)打到“直流調(diào)速”側(cè)，使輸出線電壓為200V，用兩根導(dǎo)線將200V交流電壓接到DK05的“外接220V”端，按下“啟動”按鈕，打開DK05電源開關(guān)，用雙蹤示波器觀察單結(jié)晶體管觸發(fā)電路中整流輸出的梯形波電壓、鋸齒波電壓及單結(jié)晶體管觸發(fā)電路輸出電壓等波形。調(diào)節(jié)移相電位器RP1，觀察鋸齒波的周期變化及輸出脈沖波形的移相范圍能否在30°～170°范圍內(nèi)移動?第十三頁，共五十九頁，2022年，8月28日七、實(shí)驗(yàn)方法(2)單相半波可控整流電路接電阻性負(fù)載觸發(fā)電路調(diào)試正常后，按電路圖接線。將電阻器調(diào)在最大阻值位置，按下“啟觀察α=30°、60°、90°、120°、150°時(shí)Ud、UVT的波形，并測量直流輸出電壓Ud和電源電壓U2，記錄于下表中。

Ud=0.45U2(1+cosα)/2第十四頁，共五十九頁，2022年，8月28日七、實(shí)驗(yàn)方法(3)單相半波可控整流電路接電阻負(fù)載(3)單相半波可控整流電路接電阻負(fù)載第十五頁，共五十九頁，2022年，8月28日七、實(shí)驗(yàn)方法(3)單相半波可控整流電路接電阻電感性負(fù)載(3)單相半波可控整流電路接電阻電感性負(fù)載第十六頁，共五十九頁，2022年，8月28日(3)單相半波可控整流電路接電阻電感性負(fù)載將負(fù)載電阻R改成電阻電感性負(fù)載（由電阻器與平波電抗器Ld串聯(lián)而成）。暫不接續(xù)流二極管VD1，在不同阻抗角[阻抗角φ=tg-1(ωL/R)，保持電感量不變，改變R的電阻值,注意電流不要超過1A]情況下，觀察并記錄α=30°、60°、90°、120°時(shí)的直流輸出電壓值Ud及UVT的波形。第十七頁，共五十九頁，2022年，8月28日沒有接續(xù)流二極管時(shí)的電壓值α30°60°90°120°150°U2Ud(記錄值）Ud/U2Ud（計(jì)算值）第十八頁，共五十九頁，2022年，8月28日接入續(xù)流二極管VD1，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，觀察續(xù)流二極管的作用,以及UVD1波形的變化。α30°60°90°120°150°U2Ud（記錄值）Ud/U2Ud（計(jì)算值）第十九頁，共五十九頁，2022年，8月28日

計(jì)算公式:Ud=0.45U2(l十cosα)/2第二十頁，共五十九頁，2022年，8月28日七、實(shí)驗(yàn)方法第二十一頁，共五十九頁，2022年，8月28日八、實(shí)驗(yàn)報(bào)告(1)畫出α=90°時(shí)，電阻性負(fù)載和電阻電感性負(fù)載的Ud、UVT波形。(2)畫出電阻性負(fù)載時(shí)Ud/U2=f(α)的實(shí)驗(yàn)曲線，并與計(jì)算值Ud的對應(yīng)曲線相比較。(3)分析實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的現(xiàn)象，寫出體會。第二十二頁，共五十九頁，2022年，8月28日九、注意事項(xiàng)雙蹤示波器有兩個(gè)探頭，可同時(shí)觀測兩路信號，但這兩探頭的地線都與示波器的外殼相連，所以兩個(gè)探頭的地線不能同時(shí)接在同一電路的不同電位的兩個(gè)點(diǎn)上，否則這兩點(diǎn)會通過示波器外殼發(fā)生電氣短路。為此，為了保證測量的順利進(jìn)行，可將其中一根探頭的地線取下或外包絕緣，只使用其中一路的地線，這樣從根本上解決了這個(gè)問題。當(dāng)需要同時(shí)觀察兩個(gè)信號時(shí)，必須在被測電路上找到這兩個(gè)信號的公共點(diǎn)，將探頭的地線接于此處，探頭各接至被測信號，只有這樣才能在示波器上同時(shí)觀察到兩個(gè)信號，而不發(fā)生意外。第二十三頁，共五十九頁，2022年，8月28日九、注意事項(xiàng)(2)由于脈沖“G”、“K”輸出端有電容影響，故觀察輸出脈沖電壓波形時(shí)，需將輸出端“G”和“K”分別接到晶閘管的門極和陰極（或者也可用約100Ω左右阻值的電阻接到“G”、“K”兩端，來模擬晶閘管門極與陰極的阻值），否則，無法觀察到正確的脈沖波形。第二十四頁，共五十九頁，2022年，8月28日(2)在本實(shí)驗(yàn)中觸發(fā)電路選用的是單結(jié)晶體管觸發(fā)電路，同樣也可以用鋸齒波同步移相觸發(fā)電路來完成實(shí)驗(yàn)。(3)在實(shí)驗(yàn)中，觸發(fā)脈沖是從外部接入DK03面板上晶閘管的門極和陰極，此時(shí),應(yīng)將所用晶閘管對應(yīng)的正橋觸發(fā)脈沖或反橋觸發(fā)脈沖的開關(guān)撥向“斷”的位置，避免誤觸發(fā)。九、注意事項(xiàng)第二十五頁，共五十九頁，2022年，8月28日(4)為避免晶閘管意外損壞，實(shí)驗(yàn)時(shí)要注意以下幾點(diǎn)：①在主電路未接通時(shí)，首先要調(diào)試觸發(fā)電路，只有觸發(fā)電路工作正常后，才可以接通主電路。②在接通主電路前，必須先將控制電壓Uct調(diào)到零，且將負(fù)載電阻調(diào)到最大阻值處；接通主電路后，才可逐漸加大控制電壓Uct，避免過流。③要選擇合適的負(fù)載電阻和電感，避免過流。在無法確定的情況下，應(yīng)盡可能選用大的電阻值。九、注意事項(xiàng)第二十六頁，共五十九頁，2022年，8月28日(5)由于晶閘管持續(xù)工作時(shí)，需要有一定的維持電流，故要使晶閘管主電路可靠工作，其通過的電流不能太小，否則可能會造成晶閘管時(shí)斷時(shí)續(xù)，工作不可靠。在本實(shí)驗(yàn)裝置中，要保證晶閘管正常工作，負(fù)載電流必須大于500mA以上。九、注意事項(xiàng)第二十七頁，共五十九頁，2022年，8月28日(6)在實(shí)驗(yàn)中要注意同步電壓與觸發(fā)相位的關(guān)系，例如在單結(jié)晶體管觸發(fā)電路中，觸發(fā)脈沖產(chǎn)生的位置是在同步電壓的上半周，而在鋸齒波觸發(fā)電路中，觸發(fā)脈沖產(chǎn)生的位置是在同步電壓的下半周，所以在主電路接線時(shí)應(yīng)充分考慮到這個(gè)問題，否則實(shí)驗(yàn)就無法順利完成。(7)使用電抗器時(shí)要注意其通過的電流不要超過1A，保證線性。九、注意事項(xiàng)第二十八頁，共五十九頁，2022年，8月28日

2、晶閘管單相半波可控整流，設(shè)交流電壓有效值為U，頻率為f，負(fù)載為電感性負(fù)載，延遲角為，如圖所示。繪出輸出電壓的波形以及輸出電流的波形，并求出值來。第二十九頁，共五十九頁，2022年，8月28日第三十頁，共五十九頁，2022年，8月28日答：晶閘管在延遲角α處導(dǎo)通后下面電壓方程式成立。

如果電流的初相位為α，則

其中第三十一頁，共五十九頁，2022年，8月28日

當(dāng)α=時(shí)，成為正弦半波電流?；虻谌?，共五十九頁，2022年，8月28日結(jié)束,謝謝!!!第三十三頁，共五十九頁，2022年，8月28日1.6

電力電子器件器件的驅(qū)動1.6.1電力電子器件驅(qū)動電路概述1.6.2晶閘管的觸發(fā)電路1.6.3典型全控型器件的驅(qū)動電路第三十四頁，共五十九頁，2022年，8月28日1.6.1電力電子器件驅(qū)動電路概述使電力電子器件工作在較理想的開關(guān)狀態(tài)，縮短開關(guān)時(shí)間，減小開關(guān)損耗。對裝置的運(yùn)行效率、可靠性和安全性都有重要的意義。一些保護(hù)措施也往往設(shè)在驅(qū)動電路中，或通過驅(qū)動電路實(shí)現(xiàn)。驅(qū)動電路的基本任務(wù)：按控制目標(biāo)的要求施加開通或關(guān)斷的信號。對半控型器件只需提供開通控制信號。對全控型器件則既要提供開通控制信號，又要提供關(guān)斷控制信號。驅(qū)動電路——主電路與控制電路之間的接口第三十五頁，共五十九頁，2022年，8月28日1.6.1電力電子器件驅(qū)動電路概述

驅(qū)動電路還要提供控制電路與主電路之間的電氣隔離環(huán)節(jié)，一般采用光隔離或磁隔離。

光隔離一般采用光耦合器

磁隔離的元件通常是脈沖變壓器圖1-25光耦合器的類型及接法a)普通型b)高速型c)高傳輸比型第三十六頁，共五十九頁，2022年，8月28日1.6.1電力電子器件驅(qū)動電路概述按照驅(qū)動信號的性質(zhì)分，可分為電流驅(qū)動型和電壓驅(qū)動型。驅(qū)動電路具體形式可為分立元件的，但目前的趨勢是采用專用集成驅(qū)動電路。雙列直插式集成電路及將光耦隔離電路也集成在內(nèi)的混合集成電路。為達(dá)到參數(shù)最佳配合，首選所用器件生產(chǎn)廠家專門開發(fā)的集成驅(qū)動電路。分類第三十七頁，共五十九頁，2022年，8月28日1.6.2晶閘管的觸發(fā)電路作用：產(chǎn)生符合要求的門極觸發(fā)脈沖，保證晶閘管在需要的時(shí)刻由阻斷轉(zhuǎn)為導(dǎo)通。晶閘管觸發(fā)電路應(yīng)滿足下列要求：脈沖的寬度應(yīng)保證晶閘管可靠導(dǎo)通。觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠的幅度。不超過門極電壓、電流和功率定額，且在可靠觸發(fā)區(qū)域之內(nèi)。有良好的抗干擾性能、溫度穩(wěn)定性及與主電路的電氣隔離。tIIMt1t2t3t4圖1-26理想的晶閘管觸發(fā)脈沖電流波形t1~t2脈沖前沿上升時(shí)間（<1s）t1~t3強(qiáng)脈寬度IM強(qiáng)脈沖幅值（3IGT~5IGT）t1~t4脈沖寬度I脈沖平頂幅值（1.5IGT~2IGT）晶閘管的觸發(fā)電路第三十八頁，共五十九頁，2022年，8月28日1.6.2晶閘管的觸發(fā)電路V1、V2構(gòu)成脈沖放大環(huán)節(jié)。脈沖變壓器TM和附屬電路構(gòu)成脈沖輸出環(huán)節(jié)。

V1、V2導(dǎo)通時(shí)，通過脈沖變壓器向晶閘管的門極和陰極之間輸出觸發(fā)脈沖。圖1-27常見的晶閘管觸發(fā)電路常見的晶閘管觸發(fā)電路第三十九頁，共五十九頁，2022年，8月28日

典型全控型器件的驅(qū)動電路(1)GTOGTO的開通控制與普通晶閘管相似。GTO關(guān)斷控制需施加負(fù)門極電流。圖1-28推薦的GTO門極電壓電流波形OttOuGiG1)

電流驅(qū)動型器件的驅(qū)動電路正的門極電流5V的負(fù)偏壓GTO驅(qū)動電路通常包括開通驅(qū)動電路、關(guān)斷驅(qū)動電路和門極反偏電路三部分，可分為脈沖變壓器耦合式和直接耦合式兩種類型。第四十頁，共五十九頁，2022年，8月28日

典型全控型器件的驅(qū)動電路直接耦合式驅(qū)動電路可避免電路內(nèi)部的相互干擾和寄生振蕩，可得到較陡的脈沖前沿。目前應(yīng)用較廣，但其功耗大，效率較低。圖1-29典型的直接耦合式GTO驅(qū)動電路第四十一頁，共五十九頁，2022年，8月28日

典型全控型器件的驅(qū)動電路開通驅(qū)動電流應(yīng)使GTR處于準(zhǔn)飽和導(dǎo)通狀態(tài)，使之不進(jìn)入放大區(qū)和深飽和區(qū)。關(guān)斷GTR時(shí)，施加一定的負(fù)基極電流有利于減小關(guān)斷時(shí)間和關(guān)斷損耗。關(guān)斷后同樣應(yīng)在基射極之間施加一定幅值（6V左右）的負(fù)偏壓。tOib

圖1-30理想的GTR基極驅(qū)動電流波形(2)GTR第四十二頁，共五十九頁，2022年，8月28日

典型全控型器件的驅(qū)動電路GTR的一種驅(qū)動電路，包括電氣隔離和晶體管放大電路兩部分。圖1-31

GTR的一種驅(qū)動電路驅(qū)動GTR的集成驅(qū)動電路中，THOMSON公司的UAA4002和三菱公司的M57215BL較為常見。第四十三頁，共五十九頁，2022年，8月28日

典型全控型器件的驅(qū)動電路電力MOSFET和IGBT是電壓驅(qū)動型器件。為快速建立驅(qū)動電壓，要求驅(qū)動電路輸出電阻小。使MOSFET開通的驅(qū)動電壓一般10~15V，使IGBT開通的驅(qū)動電壓一般15~20V。關(guān)斷時(shí)施加一定幅值的負(fù)驅(qū)動電壓（一般取-5~-15V）有利于減小關(guān)斷時(shí)間和關(guān)斷損耗。在柵極串入一只低值電阻可以減小寄生振蕩。2)電壓驅(qū)動型器件的驅(qū)動電路第四十四頁，共五十九頁，2022年，8月28日

典型全控型器件的驅(qū)動電路(1)電力MOSFET的一種驅(qū)動電路：電氣隔離和晶體管放大電路兩部分圖1-32電力MOSFET的一種驅(qū)動電路專為驅(qū)動電力MOSFET而設(shè)計(jì)的混合集成電路有三菱公司的M57918L，其輸入信號電流幅值為16mA，輸出最大脈沖電流為+2A和-3A，輸出驅(qū)動電壓+15V和-10V。

第四十五頁，共五十九頁，2022年，8月28日

典型全控型器件的驅(qū)動電路(2)IGBT的驅(qū)動圖1-33

M57962L型IGBT驅(qū)動器的原理和接線圖常用的有三菱公司的M579系列（如M57962L和M57959L）和富士公司的EXB系列（如EXB840、EXB841、EXB850和EXB851）。

多采用專用的混合集成驅(qū)動器。第四十六頁，共五十九頁，2022年，8月28日1.7電力電子器件器件的保護(hù)1.7.1過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護(hù)1.7.2過電流保護(hù)1.7.3緩沖電路第四十七頁，共五十九頁，2022年，8月28日1.7.1過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護(hù)外因過電壓：主要來自雷擊和系統(tǒng)操作過程等外因操作過電壓：由分閘、合閘等開關(guān)操作引起雷擊過電壓：由雷擊引起內(nèi)因過電壓：主要來自電力電子裝置內(nèi)部器件的開關(guān)過程換相過電壓：晶閘管或與全控型器件反并聯(lián)的二極管在換相結(jié)束后，反向電流急劇減小，會由線路電感在器件兩端感應(yīng)出過電壓。關(guān)斷過電壓：全控型器件關(guān)斷時(shí)，正向電流迅速降低而由線路電感在器件兩端感應(yīng)出的過電壓。電力電子裝置可能的過電壓——外因過電壓和內(nèi)因過電壓第四十八頁，共五十九頁，2022年，8月28日1.7.1過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護(hù)過電壓保護(hù)措施圖1-34過電壓抑制措施及配置位置F避雷器D變壓器靜電屏蔽層C靜電感應(yīng)過電壓抑制電容RC1閥側(cè)浪涌過電壓抑制用RC電路RC2閥側(cè)浪涌過電壓抑制用反向阻斷式RC電路RV壓敏電阻過電壓抑制器RC3閥器件換相過電壓抑制用RC電路RC4直流側(cè)RC抑制電路RCD閥器件關(guān)斷過電壓抑制用RCD電路電力電子裝置可視具體情況只采用其中的幾種。其中RC3和RCD為抑制內(nèi)因過電壓的措施，屬于緩沖電路范疇。第四十九頁，共五十九頁，2022年，8月28日1.7.2過電流保護(hù)過電流——過載和短路兩種情況保護(hù)措施負(fù)載觸發(fā)電路開關(guān)電路過電流繼電器交流斷路器動作電流整定值短路器電流檢測電子保護(hù)電路快速熔斷器變流器直流快速斷路器電流互感器變壓器同時(shí)采用幾種過電流保護(hù)措施，提高可靠性和合理性。電子電路作為第一保護(hù)措施，快熔僅作為短路時(shí)的部分區(qū)段的保護(hù)，直流快速斷路器整定在電子電路動作之后實(shí)現(xiàn)保護(hù)，過電流繼電器整定在過載時(shí)動作。圖1-37過電流保護(hù)措施及配置位置第五十頁，共五十九頁，2022年，8月28日1.7.2過電流保護(hù)全保護(hù)：過載、短路均由快熔進(jìn)行保護(hù)，適用于小功率裝置或器件裕度較大的場合。短路保護(hù)：快熔只在短路電流較大的區(qū)域起保護(hù)作用。對重要的且易發(fā)生短路的晶閘管設(shè)備，或全控型器件，需采用電子電路進(jìn)行過電流保護(hù)。常在全控型器件的驅(qū)動電路中設(shè)置過電流保護(hù)環(huán)節(jié)，響應(yīng)最快?？烊蹖ζ骷谋Ｗo(hù)方式：全保護(hù)和短路保護(hù)兩種第五十一頁，共五十九頁，2022年，8月28日

緩沖電路關(guān)斷緩沖電路（du/dt抑制電路）——吸收器件的關(guān)斷過電壓和換相過電壓，抑制du/dt，減小關(guān)斷損耗。開通緩沖電路（di/dt抑制電路）——抑制器件開通時(shí)的電流過沖和di/dt，減小器件的開通損耗。復(fù)合緩沖電路——關(guān)斷緩沖電路和開通緩沖電路的結(jié)合。按能量的去向分類法：耗能式緩沖電路和饋能式緩沖電路（無損吸收電路）。通常將緩沖電路專指關(guān)斷緩沖電路，將開通緩沖電路叫做di/dt抑制電路。緩沖電路(SnubberCircuit)

：

又稱吸收電路，抑制器件的內(nèi)因過電壓、du/dt、過電流和di/dt，減小器件的開關(guān)損耗。第五十二頁，共五十九頁，2022年，8月28日b)tuCEiCOdidt抑制電路無時(shí)didt抑制電路有時(shí)有緩沖電路時(shí)無緩沖電路時(shí)uCEiC

緩沖電路緩沖電路作用分析無緩沖電路：有緩沖電路：圖1-38

di/dt抑制電路和充放電型RCD緩沖電路及波形a)電路b)波形ADCB無緩沖電路有緩沖電路uCEiCO

圖1-39關(guān)斷時(shí)的負(fù)載線第五十三頁，共五十九頁，2022年，8月28日

緩沖電路充放電型RCD緩沖電路，適用于中等容量的場合。圖1-38

di/dt抑制電路和充放電型RCD緩沖電路及波形a)電路其中RC緩沖電路主要用于小容量器件，而放電阻止型RCD緩沖電路用于中或大容量器件。圖1-40另外兩種常用的緩沖電路RC吸收電路放電阻止型RCD吸收電路第五十四頁，共五十九頁，2022年，8月28日1.8電力電子器件器件的串聯(lián)和