机电传动及控制第十章

1、1第十章第十章 电力电子学电力电子学晶闸管及其基本电路晶闸管及其基本电路学习要求学习要求: 晶闸管晶闸管的工作原理的工作原理； 单相和三相基本单相和三相基本可控整流电路可控整流电路的工作原理的工作原理； 逆变器和斩波电路逆变器和斩波电路的工作原理的工作原理；2 电电力力（强强）电电子子学学电电力力半半导导体体器器件件微微（弱弱）电电子子学学集集成成电电路路半半导导体体器器件件电力电子学的任务：电力电子学的任务：利用电力半导体器件和线路来实现电功率的变换和控制。利用电力半导体器件和线路来实现电功率的变换和控制。 电力半导体器件电力半导体器件弱电弱电强电强电 向向晶晶闸闸管管双双晶晶闸闸管管电电力

2、力半半导导体体器器件件 可可关关断断晶晶闸闸管管功功率率晶晶体体管管大大功功率率二二极极管管电子开关电路电子开关电路整流电路整流电路逆变电路逆变电路斩波电路斩波电路交流变频变压电路交流变频变压电路3电力半导体器件电力半导体器件不可控型器件不可控型器件半控型器件半控型器件全控型器件全控型器件按照开通和关断的可控性按照开通和关断的可控性1011不可控型开关器件不可控型开关器件大功率二极管大功率二极管正向单向导通、反向阻断的单正向单向导通、反向阻断的单向电力电子开关向电力电子开关允许工作频率高，且正向压降相当小允许工作频率高，且正向压降相当小410.1.2 半控型开关器件半控型开关器件-晶闸管晶闸管

3、 (可控硅可控硅)一、晶闸管的结构和符号一、晶闸管的结构和符号 A阳极，阳极，K阴极，阴极，G控制极控制极4层半导体层半导体(P1、N1、P2、N2)，3个个PN结结51. 螺栓形螺栓形: 更换元件很方便，用于更换元件很方便，用于100A 以下的元件。以下的元件。2. 平板形平板形: 结构散热效果比较好，用于结构散热效果比较好，用于200A 以上的元件。以上的元件。6PNP型晶体管型晶体管VT1, NPN型晶体管型晶体管VT2.二、晶闸管的工作原理二、晶闸管的工作原理AK 间加正向电压时间加正向电压时, GK 间施加正向电压间施加正向电压: 形成电流正反馈形成电流正反馈, 晶闸管导通晶闸管导通

4、-正循环正循环。AK 间加反向电压时：间加反向电压时： 晶闸管不能导通。晶闸管不能导通。7 结论：结论： （1）晶闸管具有晶闸管具有正、反向阻断能力正、反向阻断能力- 起始时若控制极不加电压，晶闸管均不导通；起始时若控制极不加电压，晶闸管均不导通； （2）导通同时具备的）导通同时具备的两个条件两个条件- 晶闸管的阳极和控制极同时正向电压时晶闸管才能导通；晶闸管的阳极和控制极同时正向电压时晶闸管才能导通； （3）在晶闸管导通之后，）在晶闸管导通之后，控制极就失去控制作用控制极就失去控制作用； （4）欲使晶闸管恢复阻断状态，必须把阳极正向电压降低到一定值（或）欲使晶闸管恢复阻断状态，必须把阳极正向

5、电压降低到一定值（或断开，或反向断开，或反向）。）。8 （1）在）在0t1之间之间: ug=0，uAK0，ud=0，晶闸管未导通晶闸管未导通； （2）在）在t1t2之间之间: uAK0 ，ug0， ， 晶闸管导通晶闸管导通； （3）在）在 t2t3 之间，之间， uAK0， ud=0，晶闸管关断晶闸管关断； （4）在）在 t3t4 之间，之间， uAK0，ug0 , , 晶闸管导通晶闸管导通；2uud （5）当）当t4t 5时，时， ug=0 ，uAK0 ， ，晶闸管处于导通状态晶闸管处于导通状态；2uud2uud （6）当）当 tt5 时，时， uAK=0 ， ug=0 ，ud=0，晶闸管关

6、断晶闸管关断。 二、晶闸管的实验电路分析二、晶闸管的实验电路分析9三、晶闸管的伏安特性三、晶闸管的伏安特性 -阳极阴极电压和阳极电流的关系阳极阴极电压和阳极电流的关系a. 正向阻断状态正向阻断状态b. 正向击穿正向击穿c. 正向导通状态正向导通状态d. 反向截止状态反向截止状态e. 反向击穿反向击穿正向转折电压正向转折电压(断态不重复峰值电压断态不重复峰值电压)反向击穿电压反向击穿电压维持电流维持电流触发电流触发电流反向漏电流反向漏电流正向漏电流正向漏电流6V直流电压直流电压10 滞回电压比较器滞回电压比较器 光敏三极管光敏三极管 电位器电阻的设置调电位器电阻的设置调整路灯通断的天亮程度整路灯

7、通断的天亮程度uoui0Uom-UomUHUL11双向晶闸管双向晶闸管12全控型开关器件全控型开关器件1. 门极可关断晶闸管门极可关断晶闸管2. 电力晶体管电力晶体管3. 电力场效应管电力场效应管4. 绝缘栅双极场效应管绝缘栅双极场效应管1310.2 单相可控整流电路单相可控整流电路 整流将交流电变为直流电的过程；整流将交流电变为直流电的过程；10.2.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路 控制角控制角：正向电压起始点到触发脉正向电压起始点到触发脉冲的作用点的电角度。冲的作用点的电角度。 导通角导通角：晶闸管在一周期时间内导晶闸管在一周期时间内导通的电角度。通的电角度。 一一. 带电阻

8、性负载的可控整流电路带电阻性负载的可控整流电路 214502 cosRU.RUIdd 2cos145. 0)(sin22122UttdUUdtsinUu 222 输入电压输入电压：负载电压均值负载电压均值：负载电流均值负载电流均值：晶闸管承受的最大正反向电压晶闸管承受的最大正反向电压：22U14二、带电感性负载的可控整流电路二、带电感性负载的可控整流电路 电感性负载：电感性负载：负载的感抗负载的感抗L 和电阻和电阻R 的相比不可忽略的相比不可忽略1. 晶闸管的导通角晶闸管的导通角将大于将大于 。2. 负载电感愈大负载电感愈大= 导通角导通角愈大愈大= 负载上的负电压所占的比重愈大负载上的负电压所占的比重愈大= 输出电压和输出电流的平均值愈小。输出电压和输出电流的平均值愈小。15三、带电感性负载的可控整流电路三、带电感性负载的可控整流电路 ( 加续流二极管加续流二极管 ) 为了为了提高提高大电感负载时的单相半波可控整流电路大电感负载时的单相半波可控整流电路整流整流输出平均电压输出平均电压，采取负载两端并联，采取负载两端并联一只二极管。一只二极管。ddVSII 2ddvII 22晶闸管电流平均值：晶闸管电流平均值： 续流二极管的电