《電力電子應(yīng)用技術(shù)》課件第2章-08-15

第二章

雙向晶閘

管及其應(yīng)用contents目錄12345雙向晶閘管交流調(diào)壓電路交流調(diào)功電路和晶閘管交流開(kāi)關(guān)晶閘管的觸發(fā)電路電路仿真第一節(jié)雙向晶閘管

工作原理

主要參數(shù)基本結(jié)構(gòu)

基本特性器件選型雙向晶閘管器件選型主要參數(shù)基本特性基本結(jié)構(gòu)工作原理

雙向晶閘管是一種5層半導(dǎo)體4個(gè)PN結(jié)組成的3端器件。從結(jié)構(gòu)上將雙向晶閘管分解為兩部分；這兩部分正好等效為兩只反并聯(lián)普通晶閘管共用一個(gè)門(mén)極G，由于雙向晶閘管無(wú)法分出陽(yáng)極和陰極，通常把和門(mén)極G在一個(gè)面上的電極稱為T(mén)1極，和門(mén)極不在一面的電極稱為T(mén)2極。結(jié)構(gòu)

分解圖

等效電路

電氣圖形符號(hào)塑封式螺栓式■■雙向晶閘管

器件選型主要參數(shù)基本特性基本結(jié)構(gòu)工作原理■雙向晶閘管雙向晶閘管的伏安特性曲線■雙向晶閘管基本特性是指伏安特性。要使雙向晶閘管能通過(guò)交流電流，必須在每半個(gè)周期內(nèi)對(duì)門(mén)極觸發(fā)一次。■只有在器件中通過(guò)的電流大于掣住電流后，去掉觸發(fā)脈沖后才能維持器件繼續(xù)導(dǎo)通；只有在器件中通過(guò)的電流下降到維持電流以下時(shí)，器件才能關(guān)斷并恢復(fù)阻斷能力。器件選型主要參數(shù)基本特性基本結(jié)構(gòu)工作原理雙向晶閘管器件選型主要參數(shù)基本特性基本結(jié)構(gòu)工作原理電流臨界下降率主要參數(shù)電壓臨界上升率額定通態(tài)電流額定電壓維持電流雙向晶閘管?為了保證電路可靠運(yùn)行，必須根據(jù)電路的工作條件，合理選擇雙向晶閘管。具體選型原則同普通晶閘管。雙向晶閘管的型號(hào)較多，有BTB26系列、KS系列、DTA系列、BCR系列等多種類型。根據(jù)GB4192-1986標(biāo)準(zhǔn)，雙向晶閘管的型號(hào)規(guī)格及其含義。?例如型號(hào)KS50-10-51具體表示為額定電流50A、額定電壓10級(jí)（1000V）、斷態(tài)電壓臨界上升率5級(jí)、換向電流臨界下降率1級(jí)的雙向晶閘管。國(guó)產(chǎn)雙向晶閘管的型號(hào)規(guī)格及其含義器件選型主要參數(shù)基本特性基本結(jié)構(gòu)工作原理

第二節(jié)交流調(diào)壓電路

單相交流調(diào)壓電路

三相交流調(diào)壓電路交流調(diào)壓電路

單相交流調(diào)壓電路?單相交流調(diào)壓電路是交流調(diào)壓中最基本的電路，主要用于小功率電路中。單相交流調(diào)壓電路的工作情況與負(fù)載的性質(zhì)密切相關(guān)，電阻性負(fù)載和阻感性負(fù)載時(shí)電路工作情況。?單相交流調(diào)壓電路（電阻性負(fù)載）電路由兩只反并聯(lián)的晶閘管和負(fù)載電阻組成；也可以由一只雙向晶閘管和負(fù)載電阻組成。單相交流調(diào)壓電路（電阻性負(fù)載）電路及工作波形

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電路組成與工作原理交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路

單相交流調(diào)壓電路適用于單相負(fù)載，對(duì)于三相電熱爐、大容量異步電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)裝置、高頻感應(yīng)加熱、電解與電鍍等大容量的三相負(fù)載，調(diào)壓或調(diào)節(jié)輸出功率，可采用三相交流調(diào)壓電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。三相交流調(diào)壓主電路基本形式

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三相交流調(diào)壓電路有帶中線星形、無(wú)中線星形、支路控制和中點(diǎn)控制內(nèi)三角等接線方式。三相交流調(diào)壓主電路基本形式■

三相交流調(diào)壓電路反并聯(lián)的晶閘管接在電源與負(fù)載之間，負(fù)載為“Y”形連接?！龅谌?jié)交流調(diào)功電路和晶閘管交流開(kāi)關(guān)

晶閘管交流開(kāi)關(guān)

交流調(diào)功電路交流調(diào)功電路和晶閘管交流開(kāi)關(guān)交流調(diào)功電路交流調(diào)功電路的工作原理連續(xù)式

間隔式

交流調(diào)壓電路是在交流電源周期內(nèi)通過(guò)觸發(fā)角對(duì)晶閘管做移相控制的，交流調(diào)功電路則是以交流電源周期為單位將晶閘管做開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)通斷控制的?！鼋涣髡{(diào)功電路可以分為連續(xù)式和間隔式兩種工作方式如圖所示?！鼋涣髡{(diào)功電路的工作方式

交流調(diào)功電路和晶閘管交流開(kāi)關(guān)晶閘管交流開(kāi)關(guān)

晶閘管交流開(kāi)關(guān)也是將晶閘管反并聯(lián)后串入交流電路中來(lái)代替機(jī)械開(kāi)關(guān)進(jìn)行工作，起接通和斷開(kāi)電路的作用。一般的機(jī)械開(kāi)關(guān)相應(yīng)速度都比較慢，觸點(diǎn)間的摩擦導(dǎo)致開(kāi)關(guān)壽命比較短，晶閘管交流開(kāi)關(guān)使用時(shí)響應(yīng)速度快，無(wú)觸點(diǎn)，壽命長(zhǎng)，可以頻繁地開(kāi)通和關(guān)斷。另外晶閘管在作為開(kāi)關(guān)控制時(shí)總是在電流過(guò)零時(shí)關(guān)斷，在關(guān)斷時(shí)不會(huì)因?yàn)榫€路電感儲(chǔ)存能量造成過(guò)電壓和電磁干擾，特別適用于操作頻繁、可逆運(yùn)行、易燃和多粉塵等場(chǎng)合。普通晶閘管反并聯(lián)

雙向晶閘管

普通晶閘管

晶閘管交流開(kāi)關(guān)既不像交流調(diào)壓電路一樣地進(jìn)行相位控制，也不像交流調(diào)功電路一樣控制電路的平均輸出功率。交流開(kāi)關(guān)只是控制通斷，通常沒(méi)有明確的控制周期，控制頻率比交流調(diào)功電路低得多。■■第四節(jié)晶閘管的觸發(fā)電路

簡(jiǎn)易觸發(fā)電路

單結(jié)晶體管觸發(fā)電路

集成觸發(fā)電路

雙向觸發(fā)二極管觸發(fā)電路晶閘管的觸發(fā)電路簡(jiǎn)易觸發(fā)電路

當(dāng)負(fù)載功率較小，控制精度要求不高，晶閘管常采用簡(jiǎn)易觸發(fā)電路。這類電路僅由幾個(gè)電阻、電容、二極管及光耦合器組成，一般不用同步變壓器，因而結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)試方便，應(yīng)用比較廣泛。普通晶閘管簡(jiǎn)易觸發(fā)電路及其工作波形雙向晶閘管簡(jiǎn)易觸發(fā)電路雙向晶閘管的簡(jiǎn)易觸發(fā)電路，當(dāng)開(kāi)關(guān)S撥至“1”時(shí)，晶閘管的門(mén)極開(kāi)路無(wú)觸發(fā)信號(hào)，電路不導(dǎo)通。當(dāng)開(kāi)關(guān)S撥至“2”時(shí)，利用二極管VD的單向?qū)щ娦?，雙向晶閘管只在觸發(fā)，負(fù)載上僅得到正半周電壓。晶閘管的觸發(fā)電路單結(jié)晶體管觸發(fā)電路單結(jié)晶體管觸發(fā)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，輸出脈沖前沿陡，抗干擾能力強(qiáng)，運(yùn)行可靠，調(diào)試方便，廣泛應(yīng)用于對(duì)中小容量晶閘管的觸發(fā)控制。單結(jié)晶體管結(jié)構(gòu)、等效電路及電氣圖形符號(hào)單結(jié)晶體管原理測(cè)試電路

單結(jié)晶體管的伏安特性曲線可以分為三個(gè)區(qū)：截止區(qū)、負(fù)阻區(qū)、飽和區(qū)。晶閘管的觸發(fā)電路雙向觸發(fā)二極管觸發(fā)電路雙向觸發(fā)二極管也稱二端交流器件（DIAC），是由NPN三層半導(dǎo)體構(gòu)成的二端半導(dǎo)體器件，可等效于基極開(kāi)路、發(fā)射極與集電極對(duì)稱的NPN晶體管。結(jié)構(gòu)、電氣圖形符號(hào)及等效電路雙向觸發(fā)二極管的伏安特性曲線雙向觸發(fā)二極管構(gòu)成的交流調(diào)壓電路

晶閘管的觸發(fā)電路集成觸發(fā)電路

隨著集成電路制造技術(shù)的不斷提高，集成觸發(fā)電路產(chǎn)品不斷出現(xiàn)，且應(yīng)用越來(lái)越普及，已逐步取代分立式電路，集成電路。TCA785內(nèi)部電路框圖TCA785典型應(yīng)用電路第五節(jié)電路仿真

仿真運(yùn)行及觀察仿真波形

設(shè)置仿真參數(shù)

設(shè)置模塊參數(shù)

建立仿真模型

仿真運(yùn)行及觀察仿真波形設(shè)置仿真參數(shù)設(shè)置模塊參數(shù)建立仿真模型電路仿真

PSIM軟件的仿真單相交流調(diào)壓電路仿真模型元件名稱數(shù)量

具體參數(shù)

提取路徑正弦電壓源1有效值220V，峰值311V電源/電壓/正弦函數(shù)模塊TRIAC晶閘管1

功率電路/開(kāi)關(guān)/TRIAC電感1功率電路/RLC支路/電感電阻1功率電路/RLC支路/電阻電壓表1

其他/探頭/電壓探頭（節(jié)點(diǎn)到節(jié)點(diǎn)）電流表1

其他/其他/探頭/電流探頭（1）新建一個(gè)空白的模型窗口

雙擊PSIM圖標(biāo)，在“文件”菜單欄下點(diǎn)擊“新建”，系統(tǒng)彈出空白的仿真界面。（2）搭建仿真電路在該電路仿真中將會(huì)使用到的元器件模型、數(shù)量及其提取路徑。

仿真運(yùn)行及觀察仿真波形設(shè)置仿真參數(shù)建立仿真模型電路仿真

在對(duì)繪制好的模型進(jìn)行仿真前，還需要確定仿真的步長(zhǎng)、時(shí)間和選取仿真的算法等。設(shè)置仿真參數(shù)可單擊“仿真”選項(xiàng)卡，下拉菜單中選擇“仿真控制”選項(xiàng)，在彈出的“SimulationControl”對(duì)話框中設(shè)置時(shí)間步長(zhǎng)、總時(shí)間、仿真類型等，如圖所示?！癝imulationControl”對(duì)話框

模型仿真計(jì)算完成后重要的是從“波形形成過(guò)程項(xiàng)目SI