晶闸管斩波电路及交流调压电路PPT教案

1、会计学1晶闸管斩波电路及交流调压电路晶闸管斩波电路及交流调压电路2设在 ton期间内晶闸管斩波器工作，则直流电源 Ud 与负载接通，在 toff期间内，斩波器关断，负载电流经过续流二极管 VDR 对负载续流，则负载端就被短接，这样在负载端产生经过斩波的直流电压 u，其输出电压的平均值第1页/共62页3二、斩波器的分类二、斩波器的分类直流斩波器的分类，除按上述的调制方法分类外，也可按负载电动机运行所在的象限（即直流电源和负载交换能量的形式）分为：1.第一象限直流斩波电路2.A型两象限斩波电路第2页/共62页4图 6.2 第一象限直流斩波电路及其波形第3页/共62页5图 6.3 A型两象限直流斩波

2、电路及其波形第4页/共62页6第二节第二节 几种直流斩波电路的分析几种直流斩波电路的分析前一节讨论了斩波器的基本原理、斩波器的分类，现就其具体的几种典型的斩波电路进行分析，以便对斩波电路的工作过程有更深刻的理解。第5页/共62页7一、逆阻型晶闸管直流斩波电路一、逆阻型晶闸管直流斩波电路采用普通晶闸构成的直流斩波电路，根据斩波器输出直流电压调制方式的不同，主要可分为输出电压脉宽为恒值的直流斩波电路和输出电压脉宽可调的直流斩波电路。现分别就其工作原理和工作波形介绍如下：第6页/共62页81.输出电压脉宽为恒值的直流斩波电路该斩波器的电路图如图 6.4 所示。该电路是由一个晶闸管作为斩波开关，其控制

3、方法采用的是前述的频率调制法。这里晶闸管的换流是采用第五章所介绍的 LC 电路换流方式。即 VT 导通后，经过一段时间，可以自行关断。第7页/共62页9图 6.4 输出电压脉宽恒值的逆阻型晶闸管直流斩波电路第8页/共62页10图 6.5 输出电压脉宽恒值的逆阻型晶闸管直流斩波电路的工作过程第9页/共62页11图 6.6 斩波电路的波形第10页/共62页12图 6.7 脉宽可调的逆阻型直流斩波电路及工作过程第11页/共62页13图 6.8 斩波电路的工作波形第12页/共62页14二、逆导型晶闸管直流斩波电路二、逆导型晶闸管直流斩波电路如图 6.3，由逆阻型晶闸管直流斩波电路的讨论可知，在斩波电路

4、中，晶闸管和二极管往往需要反并联使用，在变频电路中也是如此。采取这种做法导致主电路元件多、体积庞大，其经济性差。为适应斩波电路和某些变频电路的需要，器件制造者把晶闸管和反并联二极管同时集成在一个芯片上，再用它来做斩波器的主辅开关元件，这样就可使晶闸管的主电路大大简化，于是可构成逆导型晶闸管直流斩波电路。第13页/共62页151.逆导晶闸管逆导晶闸管，就是把一个晶闸管与一个反并联的二极管集成在一个芯片上制成。它的基本结构、等效电路以及伏安特性如图 6.9所示。第14页/共62页16图 6.9 逆导晶闸管（a）基本结构 （b）符号 （c）等值电路 （d）主电极伏安特性第15页/共62页172.逆导

5、型晶闸管直流斩波电路 逆导型晶闸管直流斩波电路如图 6.10所示。图中 KN1 为主逆导晶闸管，相当于晶闸管VT1 和二极管 VD1 的反并联，起斩波电路中主开关的作用。第16页/共62页18图 6.10 逆导型晶闸管直流斩波电路第17页/共62页19图 6.11 斩波电路的工作波形第18页/共62页20图 6.12 可关断晶闸管直流斩波电路第19页/共62页213.一种实用的斩波电路转子斩波调速是绕线式异步电动机调速方案中一种初投资少、结构简单、运行可靠、功率因数高的调整方案，在采用绕线式异步电动机拖动的风机水泵系统中，推广这种调速方案，对于节约电能有一定价值。第20页/共62页22图 6.

6、13 转子斩波调速主电路的构成第21页/共62页23图 6.14 一种实用的斩波电路第22页/共62页24至于 KZmin和 KZmax限制的保证，是通过控制电路中对控制电压的限幅来实现。电容 C 的计算，由于 VT1 的关断时间很短，可假设在关断时间内，电容的端电压 Uc 及电容的电流 IC 均不变，故第23页/共62页25L1 和 L2 分别用来限制电容 C 的放电和充电电流上升率，其值可根据 VT2、VT3 导通瞬间回路的电压方程求得第24页/共62页26第三节晶闸管交流调压电路及双向晶闸管的应用第三节晶闸管交流调压电路及双向晶闸管的应用由第一章关于晶闸管的讨论，我们知道，晶闸管的单向可

7、控导电性决定了该元件只能流过单方向的电流。但是如果能够把两个晶闸管反并联后接于交流电源与其负载之间，如图 6.16（a）所示，这样通过对反并联两个晶闸管的控制，就可实现对负载上的交流电压和功率的控制。这种装置称之为晶闸管交流调压器。第25页/共62页27交流调压器根据对晶闸管的控制可分为两种形式：1.通断周波数控制2.移相控制第26页/共62页28图 6.16 单相交流调压器第27页/共62页29图 6.17 单相交流调压器（电阻性负载） =90波形图第28页/共62页30根据负载电阻上电压波形 uR，可以求得输出电压有效值由于负载是电阻性负载，因此负载电流的波形与加在负载上的电压波形相同。其

8、输出电流有效值第29页/共62页31该交流调压器的功率因数当单相交流调压器对交流电动机、变压器初级绕组等电感性负载供电时，此时的工作情况与具有电感性负载的晶闸管整流电路的工作情况相似。第30页/共62页32三、三相交流调压器三、三相交流调压器三相交流调压电路接线形式较多，并且每种电路也各有自己的特点。图 6.18给出了几种三相交流调压器的典型接线形式。而表 6.1列出了相应三相交流调压器的主要技术指标。1.Y0 接法的三相交流调压电路2.Y 接法三相交流调压电路第31页/共62页33图 6.18 三相交流调压典型接法第32页/共62页34第33页/共62页35图 6.19 Y0 接法三相交流调

9、压电路第34页/共62页36第35页/共62页37图 6.22 Y 接法三相交流调压电路的波形第36页/共62页38三、双向晶闸管及其应用三、双向晶闸管及其应用在单相和三相交流调压电路中，每相都是采用正反向并联的两个晶闸管元件起开关作用。虽然采取这种做法可满足调压电路的要求，但存在的明显缺点是元件数多，再考虑到每个晶闸管的散热器，必然体积大，且设备成本高。为克服这一不足，满足两个晶闸管反并联使用需要，人们把两个反并联连接的晶闸管集成到一个芯片上，并且用能够产生正负脉冲的一个控制电路，实现其控制。而适应这种要求应运而生的新型电力半导体器件就是双向晶闸管。第37页/共62页391.双向晶闸管图 6

10、.23表示出了双向晶闸管的基本结构，等效电路以及它的伏安特性。图 6.23 双向晶闸管（a）结构图 （b）等效电路 （c）伏安特性第38页/共62页402.双向晶闸管的应用双向晶闸管由于体积小，控制电路简单，广泛用来代替反并联的两个晶闸管，做可控的交流开关器件，用于交流调压电路和过零调功电路中。利用双向晶闸管构成的单相交流调压电路如图 6.24所示。第39页/共62页41图 6.24 双向晶闸管交流调压器第40页/共62页42为分析方便可把图 6.25（b）的纵坐标由原来的 0平移到 t= 处，如图中所示。显然在新坐标系中，在 t=0时，给 KS加触发脉冲，则 KS导通，所以有该常系数线性微分

11、方程电流 i的解第41页/共62页43图 6.25 R-L负载 时的波形图第42页/共62页44式中，i为电流 i的稳态分量该式中，电流有效值功率因数角第43页/共62页45另一个暂态分量式中，暂态分量的衰减时间常数为把 i和 i代入到（6.11）后，得第44页/共62页46第四节晶闸管过零调功电路第四节晶闸管过零调功电路晶闸管过零调功电路是一种采用过零触发，用调节晶闸管导通周波数的方式来控制输出功率的交流控制器，简称调功器。第45页/共62页47一、过零触发以及过零调功的概念一、过零触发以及过零调功的概念过零触发与前面的可控整流电路以及交流调压电路中所介绍的移相触发完全不同的另一种触发方式。

12、前面所讨论的晶闸管移相触发是通过改变触发脉冲的相位来控制晶闸管的导通时刻，从而使负载得到所需的电压。第46页/共62页48图 6.26 过零控制波形图（a）连续输出波形 （b）间隔输出波形第47页/共62页49由图可见，不论采用哪种工作方式，其实质都是通过调节设定周期内的周波数来实现输出功率的调节。显然，这种过零触发控制方式不适用于要求电压连续平滑调节的场合，较适用于以镍铬或铁铬铝等电阻温度系数变化较小材料制成的电热元件的温度控制系统中。第48页/共62页50二、调功器主电路的接线形式二、调功器主电路的接线形式如上所述，将一对反并联的晶闸管或者双向晶闸管接在单相交流电源与负载之间，或者将三对反

13、并联的晶闸管或者三只双向晶闸管接在三相交流电源与负载之间，这样就构成了如图6.27（a）所示的单相调功器和图 6.27（b）所示的三相调功器。第49页/共62页51三、调功器的工作原理三、调功器的工作原理图 6.27（a）为过零触发单相交流调功电路。交流电源电压 u1、VT1 和 VT2 的触发电压uG1、uG2分别如图 6.28中所示。由于各于晶闸管都是在电压 u1 过零时加触发脉冲 uG，因此就有电压 u2 输出。如果不触发 VT1 和 VT2，则输出电压 u2=0。由于是电阻性负载，所以当交流电源电压过零时，原来导通的晶闸管因其电流下降到维持电流以下而自行关断。第50页/共62页52表

14、6.2 三相晶闸管调功器主电路的几种接线方式第51页/共62页53表 6.2 三相晶闸管调功器主电路的几种接线方式第52页/共62页54图 6.27 交流调功器（a）单相交流调功器 （b）三相交流调功器第53页/共62页55图 6.28 单相交流零触发开关电路的工作波形第54页/共62页56如设定周期 TC 内导通的周波数为 n，50 Hz每个周波的周期 T（20 ms）则调功器的输出功率 P2 为第55页/共62页57第56页/共62页58四、调功器设计中的几个问题四、调功器设计中的几个问题由式（6.13）可见，调功器的输出功率 P2 是导通比 kZ 与额定输出容量 PN 的乘积。因此，在负载阻抗一定的情况下，PN 与电源的电压的平方成正比，即第57页/共62页591.电源电压波动与电压补偿2.电源变压器的选择3.调功器容量的选择第58页/共62页60题及思考题6.1 如果保持斩波频率不变，只改变导通时间 ton，试画出当工作率分别为 25% ，75% 时理想斩波器的输出电压波形。6.2 目前作为车辆用斩波器采用题图 6.31