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1、電力電子技術(shù)基礎(chǔ),第二章,第二章電力電子技術(shù)基礎(chǔ),培訓(xùn)學(xué)習(xí)目標(biāo),熟悉電力晶體管、門極關(guān)斷晶閘管熟悉電力晶體管、門極關(guān)斷晶閘管和功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管的主要特點(diǎn);熟悉三相半波可控整流電路的組成、工作原理和波形分析;掌握正弦波觸發(fā)電路的組成及控制方式;熟悉三相橋式可控整流電路的組成、工作原理和波形分析;掌握三相全控橋式整流主電路與鋸齒波同步觸發(fā)電路的安裝與調(diào)試;掌握逆變電路的基本原理和典型應(yīng)用。,第二章 電力電子技術(shù)基礎(chǔ),第三節(jié) 逆變電路66 一、有源逆變電路66 二、無源逆變電路69 三、中高頻電源71 復(fù)習(xí)思考題,第一節(jié) 電力電子器件 一、功率晶體管(GTR) 二、門極關(guān)斷(GTO)晶閘管 三、功率
2、場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET) 第二節(jié) 晶閘管整流電路 一、三相半波可控整流電路 二、三相橋式整流電路,目 錄,第一節(jié) 電力電子器件,一、 功率晶體管(GTR),1.GTR的結(jié)構(gòu),圖2-1,2.GTR的主要參數(shù),(1)開路阻斷電壓UCEO (2)集電極最大持續(xù)電流ICM (3)電流增益hFE (4)開通時(shí)間ton (5)關(guān)斷時(shí)間toff,第一節(jié) 電力電子器件,二、門極關(guān)斷(GTO)晶閘管,1.GTO的門極伏安特性,圖 2-3,2.GTO的主要參數(shù),(1)電流關(guān)斷增益Goff (2)最大可關(guān)斷陽極電流IATO,3.GTO的優(yōu)點(diǎn),1)用門極負(fù)脈沖電流關(guān)斷方式代替主電路換流,關(guān)斷所需能量小。 2)門極
3、關(guān)斷晶閘管只需提供足夠幅度、寬度的門極關(guān)斷信號(hào)就能保證可靠的關(guān)斷。 3)有較高的開關(guān)速度,可關(guān)斷晶閘管的工作頻率可達(dá)35kHz。,第一節(jié) 電力電子器件,三、功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET),MOSFET是一種單極型的電壓控制器件,具有驅(qū)動(dòng)功率小、工作速度高,無二次擊穿問題,安全工作區(qū)域?qū)挼蕊@著特點(diǎn)。,1.功率MOSFET的基本工作原理,在柵極電壓為零(UGS=0)時(shí),即使在漏極和源極(簡(jiǎn)稱漏源,DS)之間施加電壓也不會(huì)造成P區(qū)內(nèi)載流子的移動(dòng),也就是說,此時(shí)MOSFET處于關(guān)斷狀態(tài)。但是,在保持漏源(DS)間施加正向電壓的前提下,如果在柵極G上施加正向電壓(UGS0),就有漏極電流ID,則MOS
4、FET開始導(dǎo)通。若在柵極上加反向電壓(UGS0),則沒有電流ID流過,器件處于關(guān)斷狀態(tài)。,圖2-4,第一節(jié) 電力電子器件,三、功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET),2.MOSFET的主要參數(shù),(1)通態(tài)電阻Ron (2)漏源擊穿電壓BUDS (3)柵源擊穿電壓BUGS (4)開啟電壓UGST (5)最大漏極電流IDM (6)開通時(shí)間ton和關(guān)斷時(shí)間toff,第二節(jié) 晶閘管整流電路,一、三相半波可控整流電路,1.電路接線方法,圖2-5,2.電阻性負(fù)載時(shí)測(cè)試波形,(1)電阻性負(fù)載兩端的電壓波形 (2)晶閘管兩端的電壓波形,圖2-6,第二節(jié) 晶閘管整流電路,一、三相半波可控整流電路,2.電阻性負(fù)載時(shí)測(cè)試
5、波形,1)VT1在t1t2期間A(U)相導(dǎo)通,uVT1僅是管壓降,與橫軸重合。 2)t2t3期間B(V)相導(dǎo)通,經(jīng)VT2加到VT1的陰極,VT1承受反向電壓而關(guān)斷,承受的電壓為線電壓UAB。 3)t3t4期間C(W)相導(dǎo)通,經(jīng)VT3加到VT1的陰極,VT1承受反向電壓而關(guān)斷,承受的電壓為線電壓UAC。 4)負(fù)載Rd上的電壓ud由三相電源輪換供給,其波形是三相電源波形的正向包絡(luò)線。 5)t1、t2稱為自然換流點(diǎn),距相電壓波形原點(diǎn)30,觸發(fā)延遲角是以對(duì)應(yīng)的自然換流點(diǎn)為起始點(diǎn),往右計(jì)算。 6)對(duì)于電阻性負(fù)載,負(fù)載上的電壓波形與電流波形相同。,第二節(jié) 晶閘管整流電路,一、三相半波可控整流電路,3.大電
6、感負(fù)載時(shí)測(cè)試波形,圖29三相半波可控整流電路(電感性負(fù)載),1)30時(shí),電感性負(fù)載時(shí)電壓、電流的波形分析和參數(shù)計(jì)算與電阻性負(fù)載的相同。 2)30時(shí),電壓、電流的波形。 3)大電感負(fù)載時(shí),移相范圍為90。 4)晶閘管兩端的電壓波形。 5)當(dāng)電路加接續(xù)流二極管時(shí),ud的波形如同電阻性負(fù)載,id的波形如同大電感負(fù)載。,第二節(jié) 晶閘管整流電路,一、三相半波可控整流電路,4.正弦波觸發(fā)電路,(1)電路組成正弦波觸發(fā)電路,(2)同步電壓信號(hào),圖2-12,圖2-12,第二節(jié) 晶閘管整流電路,一、三相半波可控整流電路,4.正弦波觸發(fā)電路,(3)控制脈沖電壓信號(hào) 1)控制電壓Uc的引入是為了觸發(fā)脈沖與相對(duì)應(yīng)的晶
7、閘管陰極作相位移,即改變Uc的大小和極性,使移相角在0180范圍變化。 2)不同負(fù)載以及主電路電壓與同步電壓相位不同,其觸發(fā)脈沖初始位置也不同,電路引入偏移直流固定電壓Ub。一旦Ub確定后,通過改變控制電壓Uc來實(shí)現(xiàn)移相角的變化。 3)調(diào)整晶體管VT2和VT3構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)電路,從而獲得前沿陡、寬度可調(diào)的方波脈沖。 4)抗干擾措施:電容C2起本級(jí)微分負(fù)反饋?zhàn)饔?,可提高抗干擾能力;VD6可防止由于穩(wěn)壓電源電壓沿減小方向波動(dòng)時(shí),原來已充電的電容C3經(jīng)R4、電源TP、R2和晶體管VT2的發(fā)射極、基極放電、而引起該管截止,造成誤輸出觸發(fā)脈沖;VD1與VD4是對(duì)VT1與VT2基極所輸入的反壓限幅,以免VT1
8、與VT2損壞。,第二節(jié) 晶閘管整流電路,二、三相橋式整流電路,1.三相橋式主電路的結(jié)構(gòu)組成,圖2-14,(1)晶閘管導(dǎo)通要求及順序 1)三相全控橋式整流電路在任何時(shí)刻都必須有兩個(gè)晶閘管導(dǎo)通,才能形成導(dǎo)電回路,其中一個(gè)晶閘管是共陰極的,另一個(gè)是共陽極的。 2)在三相全控橋式整流電路中,晶閘管導(dǎo)通順序是:VT6、VT1VT1、VT2VT2、VT3VT3、VT4VT4、VT5VT5、VT6VT6、VT1。 (2)相位差 在三相全控橋式整流電路中,共陰極晶閘管VT1、VT3、VT5的觸發(fā)脈沖之間的相位差應(yīng)為120。,2.電路工作原理及特點(diǎn),第二節(jié) 晶閘管整流電路,二、三相橋式整流電路,2.電路工作原理
9、及特點(diǎn),(3)寬脈沖與雙窄脈沖 可采取兩種辦法:一種是寬脈沖觸發(fā),每個(gè)脈沖的寬度大于60(必須小于120),一般取80100;另一種是雙脈沖觸發(fā),在觸發(fā)某一編號(hào)晶閘管時(shí),同時(shí)給前一編號(hào)晶閘管補(bǔ)發(fā)一個(gè)脈沖,使共陰極與共陽極的兩個(gè)應(yīng)導(dǎo)通的晶閘管上都有觸發(fā)脈沖,相當(dāng)于用兩個(gè)窄脈沖等效地代替大于60的寬脈沖。,(4)整流輸出波形與晶閘管承受電壓 1)=0時(shí),三相橋式全控整流電路的波形。 2)晶閘管承受的電壓波形。 3)當(dāng)變化時(shí),對(duì)于電感性負(fù)載,晶閘管所承受的正向電壓與sin成正比。 4)=60時(shí)的波形。 5)=90時(shí),電感性負(fù)載,輸出電壓波形。 6)對(duì)電阻性負(fù)載,當(dāng)60時(shí),電壓波形連續(xù),電流也連續(xù)。,
10、第二節(jié) 晶閘管整流電路,二、三相橋式整流電路,3.鋸齒波觸發(fā)電路,鋸齒波觸發(fā)電路由四個(gè)基本環(huán)節(jié),即同步電壓(鋸齒波)的產(chǎn)生與移相環(huán)節(jié)、脈沖形成與放大環(huán)節(jié)、強(qiáng)觸發(fā)與輸出環(huán)節(jié)和雙窄脈沖產(chǎn)生環(huán)節(jié)組成,圖2-21,第二節(jié) 晶閘管整流電路,二、三相橋式整流電路,4.安裝接線與調(diào)試,圖223三相全控橋式整流電路 a)鋸齒波同步觸發(fā)電路b)主電路,圖2-23,第二節(jié) 晶閘管整流電路,二、三相橋式整流電路,4.安裝接線與調(diào)試,(1)用雙蹤示波器檢查各要點(diǎn)的波形 1)同時(shí)觀察與點(diǎn)的波形,進(jìn)一步加深對(duì)C1和R1作用的理解。 2)同時(shí)觀察與點(diǎn)的波形,知道鋸齒波的底寬決定于線路中何種元器件的哪些參數(shù)。 3)觀察到點(diǎn)及
11、脈沖變壓器的輸出電壓uG的波形,記錄各波形的幅度與寬度,知道uG的幅度和寬度與線路中哪些參數(shù)有關(guān)。,第二節(jié) 晶閘管整流電路,二、三相橋式整流電路,4.安裝接線與調(diào)試,(2)電阻負(fù)載 1)線路接線。 2)測(cè)定交流電源相序。 3)確定主變壓器與同步變壓器的極性,并將它們接成/Y。 4)調(diào)整電位器RP3,用雙蹤示波器依次測(cè)量相鄰的兩個(gè)觸發(fā)器的鋸齒波電壓波形間隔應(yīng)為60,斜率要求基本一致。 5)觀察各觸發(fā)器的輸出觸發(fā)脈沖,如果X、Y端不連接,輸出觸發(fā)脈沖為單窄脈沖,;X、Y端連接后,輸出觸發(fā)脈沖為雙窄脈沖。 6)調(diào)節(jié)Ub,正常后,調(diào)節(jié)RP2電位器,使Uc=0時(shí),初始脈沖應(yīng)對(duì)=120處。 7)檢查確認(rèn)電
12、路無誤后,合上Q2,調(diào)節(jié)Uc電位器,觀察從1200變化時(shí)ud波形。畫出=0、30、60、90時(shí)ud、uVT1波形;記錄uVT1波形。 8)去掉與晶閘管VT1相串聯(lián)的熔斷器,觀察并記錄ud、uVT1的波形。 9)人為改變電源相序,觀察=90時(shí)ud的波形,分析原因?;謴?fù)電源相序,對(duì)調(diào)主變壓器二次側(cè)相位,觀察ud波形是否正常。,第二節(jié) 晶閘管整流電路,二、三相橋式整流電路,4.安裝接線與調(diào)試,(3)電阻電感負(fù)載 1)斷開Q2換上電阻電感負(fù)載,然后將RP1電位器調(diào)到Uc=0,調(diào)節(jié)電位器RP2,使觸發(fā)脈沖初始位置在=90處。 2)改變Uc大小,觀察并記錄=30、60、90及ud、id、uVT1等波形。
13、3)改變Rd的數(shù)值,觀察id波形脈動(dòng)情況及=90時(shí)ud波形。,第三節(jié) 逆變電路,一、有源逆變電路,1.有源逆變電路的工作原理,(1)整流工作狀態(tài)(090),(2)有源逆變工作狀態(tài)(90180),圖2-26,第三節(jié) 逆變電路,一、有源逆變電路,2.實(shí)現(xiàn)有源逆變的條件,1)要有一個(gè)提供逆變能量的直流電源。 2)要有一個(gè)能反饋直流電能至交流電網(wǎng)的全控電路,觸發(fā)延遲角應(yīng)大于90。 3)應(yīng)選取適當(dāng)?shù)腖值。,3.逆變失敗的原因及措施,逆變失敗的原因有: 1)觸發(fā)電路的工作不可靠,如脈動(dòng)丟失、延遲等。 2)晶閘管發(fā)生故障。 3)交流電源發(fā)生異?,F(xiàn)象。 4)換相的余量角不足。,第三節(jié) 逆變電路,二、無源逆變電
14、路,將直流電變換成交流電(DC/AC),并把交流電輸出接負(fù)載,稱之為(無源)逆變。DC/AC變換的逆變器常用的幾種換流方式有:負(fù)載諧振式換流、強(qiáng)迫換流、全控型開關(guān)器件換流。,圖2-28,第三節(jié) 逆變電路,二、無源逆變電路,1.電壓型逆變器的特點(diǎn)及典型電路,圖229三相串聯(lián)電感式逆變器,這種逆變器特點(diǎn): 1)主晶閘管承受的電壓變化率的值較低。 2)主晶閘管除承擔(dān)負(fù)載電流外,還承擔(dān)環(huán)流電流,適用于中功率負(fù)載。 3)適用于調(diào)壓范圍不太大的場(chǎng)合。,圖2-29,第三節(jié) 逆變電路,二、無源逆變電路,2.電流型逆變器的特點(diǎn)及典型電路,電流逆變器的特點(diǎn)是: 1)逆變器的直流電源輸入側(cè)采用大電感作為濾波元件,直
15、流電流波形比較平直。 2)無需設(shè)置與逆變橋反并聯(lián)的反饋二極管橋,線路簡(jiǎn)單。 3)逆變器依靠換流電容和交流電動(dòng)機(jī)漏感的諧振來換流,適用于單機(jī)運(yùn)行。 4)適用于經(jīng)常要求起動(dòng) 、制動(dòng)與反轉(zhuǎn)的拖動(dòng)系統(tǒng)。,圖2-30,第三節(jié) 逆變電路,三、中高頻電源,1.中高頻電源裝置,(1)工作原理,(2)電路組成 該裝置由整流器、濾波器、逆變器、負(fù)載以及控制電路組成。,圖2-32,第三節(jié) 逆變電路,三、中高頻電源,2.電路分析,(1)整流主電路 (2)逆變主電路 (3)逆變觸發(fā)電路 1)自動(dòng)頻率控制。 2)信號(hào)檢測(cè)與引前觸發(fā)時(shí)間tf的調(diào)節(jié)。 3)脈沖形成電路。 4)啟動(dòng)觸發(fā)環(huán)節(jié)。 5)他勵(lì)信號(hào)源(IGC)。,3.保護(hù)措施,(1)直流電路過電壓保護(hù) (2)交流短路保護(hù) (3)逆變過電流、過電壓保護(hù) (4)電壓、電流截止環(huán)節(jié),第三節(jié) 逆變電路,三、中高頻電源,4.通電調(diào)試步驟,1)在主電路不帶電的情況下,對(duì)繼電器部分的動(dòng)作程序進(jìn)行模擬試驗(yàn)。 2)檢查同步變壓器的相序、相位與圖樣是否相符。 3)檢查整流觸發(fā)系統(tǒng)。 4)整流電流試驗(yàn)。 5)整流中功率及大功率試驗(yàn)。 6)逆變觸發(fā)系統(tǒng)試驗(yàn)。 7)啟動(dòng)環(huán)節(jié)的檢查。 8)整機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行。,5.中頻電源常見故障分析與處理,中頻電源常見故障分析與處理方法見表2-2。,第二章 電力電子技術(shù)基礎(chǔ),1.GTR和GTO各有什么特點(diǎn)??jī)烧哂泻螀^(qū)別? 2.三相半
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