維修電工(高級)第二章.ppt

1、電力電子技術基礎,第二章,第二章電力電子技術基礎,培訓學習目標,熟悉電力晶體管、門極關斷晶閘管熟悉電力晶體管、門極關斷晶閘管和功率場效應晶體管的主要特點；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)電路的安裝與調試；掌握逆變電路的基本原理和典型應用。,第二章 電力電子技術基礎,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 復習思考題,第一節(jié) 電力電子器件 一、功率晶體管（GTR） 二、門極關斷（GTO）晶閘管 三、功率

2、場效應晶體管（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的結構,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）開通時間ton （5）關斷時間toff,第一節(jié) 電力電子器件,二、門極關斷（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）電流關斷增益Goff （2）最大可關斷陽極電流IATO,3.GTO的優(yōu)點,1）用門極負脈沖電流關斷方式代替主電路換流，關斷所需能量小。 2）門極

3、關斷晶閘管只需提供足夠幅度、寬度的門極關斷信號就能保證可靠的關斷。 3）有較高的開關速度，可關斷晶閘管的工作頻率可達35kHz。,第一節(jié) 電力電子器件,三、功率場效應晶體管（MOSFET）,MOSFET是一種單極型的電壓控制器件，具有驅動功率小、工作速度高，無二次擊穿問題，安全工作區(qū)域寬等顯著特點。,1.功率MOSFET的基本工作原理,在柵極電壓為零（UGS=0）時，即使在漏極和源極（簡稱漏源，DS）之間施加電壓也不會造成P區(qū)內載流子的移動，也就是說，此時MOSFET處于關斷狀態(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，器件處于關斷狀態(tài)。,圖2-4,第一節(jié) 電力電子器件,三、功率場效應晶體管（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）開通時間ton和關斷時間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.電阻性負載時測試波形,（1）電阻性負載兩端的電壓波形 （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.電阻性負載時測試

5、波形,1）VT1在t1t2期間A（U）相導通，uVT1僅是管壓降，與橫軸重合。 2）t2t3期間B（V）相導通，經(jīng)VT2加到VT1的陰極，VT1承受反向電壓而關斷，承受的電壓為線電壓UAB。 3）t3t4期間C（W）相導通，經(jīng)VT3加到VT1的陰極，VT1承受反向電壓而關斷，承受的電壓為線電壓UAC。 4）負載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線。 5）t1、t2稱為自然換流點，距相電壓波形原點30，觸發(fā)延遲角是以對應的自然換流點為起始點，往右計算。 6）對于電阻性負載，負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、感負載時測試波形,圖29三相半波可控整流電路（電感性負載）,1）30時，電感性負載時電壓、電流的波形分析和參數(shù)計算與電阻性負載的相同。 2）30時，電壓、電流的波形。 3）大電感負載時，移相范圍為90。 4）晶閘管兩端的電壓波形。 5）當電路加接續(xù)流二極管時，ud的波形如同電阻性負載，id的波形如同大電感負載。,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,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 1）控制電壓Uc的引入是為了觸發(fā)脈沖與相對應的晶

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來實現(xiàn)移相角的變化。 3）調整晶體管VT2和VT3構成單穩(wěn)態(tài)電路，從而獲得前沿陡、寬度可調的方波脈沖。 4）抗干擾措施：電容C2起本級微分負反饋作用，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時，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構組成,圖2-14,（1）晶閘管導通要求及順序 1）三相全控橋式整流電路在任何時刻都必須有兩個晶閘管導通，才能形成導電回路，其中一個晶閘管是共陰極的，另一個是共陽極的。 2）在三相全控橋式整流電路中，晶閘管導通順序是：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為120。,2.電路工作原理及特點,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,（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)某一編號晶閘管時，同時給前一編號晶閘管補發(fā)一個脈沖，使共陰極與共陽極的兩個應導通的晶閘管上都有觸發(fā)脈沖，相當于用兩個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，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）當變化時，對于電感性負載，晶閘管所承受的正向電壓與sin成正比。 4）=60時的波形。 5）=90時，電感性負載，輸出電壓波形。 6）對電阻性負載，當60時，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.安裝接線與調試,（1）用雙蹤示波器檢查各要點的波形 1）同時觀察與點的波形，進一步加深對C1和R1作用的理解。 2）同時觀察與點的波形，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。,第二節(jié) 晶閘管整流電路,二、三相橋式整流電路,4.安裝接線與調試,（2）電阻負載 1）線路接線。 2）測定交流電源相序。 3）確定主變壓器與同步變壓器的極性，并將它們接成/Y。 4）調整電位器RP3，用雙蹤示波器依次測量相鄰的兩個觸發(fā)器的鋸齒波電壓波形間隔應為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）調節(jié)Ub，正常后，調節(jié)RP2電位器，使Uc=0時，初始脈沖應對=120處。 7）檢查確認電

12、路無誤后，合上Q2，調節(jié)Uc電位器，觀察從1200變化時ud波形。畫出=0、30、60、90時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ud的波形，分析原因?；謴碗娫聪嘈?，對調主變壓器二次側相位，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.安裝接線與調試,（3）電阻電感負載 1）斷開Q2換上電阻電感負載，然后將RP1電位器調到Uc=0，調節(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波形脈動情況及=90時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.實現(xiàn)有源逆變的條件,1）要有一個提供逆變能量的直流電源。 2）要有一個能反饋直流電能至交流電網(wǎng)的全控電路，觸發(fā)延遲角應大于90。 3）應選取適當?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：負載諧振式換流、強迫換流、全控型開關器件換流。,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： 1）主晶閘管承受的電壓變化率的值較低。 2）主晶閘管除承擔負載電流外，還承擔環(huán)流電流，適用于中功率負載。 3）適用于調壓范圍不太大的場合。,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及典型電路,電流逆變器的特點是： 1）逆變器的直流電源輸入側采用大電感作為濾波元件，直

15、流電流波形比較平直。 2）無需設置與逆變橋反并聯(lián)的反饋二極管橋，線路簡單。 3）逆變器依靠換流電容和交流電動機漏感的諧振來換流，適用于單機運行。 4）適用于經(jīng)常要求起動 、制動與反轉的拖動系統(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）自動頻率控制。 2）信號檢測與引前觸發(fā)時間tf的調節(jié)。 3）脈沖形成電路。 4）啟動觸發(fā)環(huán)節(jié)。 5）他勵信號源（IGC）。,3.保護措施,（1）直流電路過電壓保護 （2）交流短路保護 （3）逆變過電流、過電壓保護 （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.通電調試步驟,1）在主電路不帶電的情況下，對繼電器部分的動作程序進行模擬試驗。 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。 5）整流中功率及大功率試驗。 6）逆變觸發(fā)系統(tǒng)試驗。 7）啟動環(huán)節(jié)的檢查。 8）整機啟動運行。,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 電力電子技術基礎,1.GTR和GTO各有什么特點？兩者有何區(qū)別？ 2.三相半