电力电子装置与控制

1、 晶闸管交流开关的特点： 双向晶闸交流开关是一种理想的快速交流开关, 与传统的接触器继电器系统相比, 其主回路没有触头及机械机构, 因而不存在电弧触头、磨损和熔焊等问题, 双向晶闸交流开关与其他控制元件一起组成复杂的自动控制系统适用于操作频繁, 可逆运行及适合有易燃气体的场合, 鉴于其具备上述优点, 所以尝试采用双向晶闸交流开关来替代接触器。(实现小电流控制大功率电路) 由晶闸管组成的开关具有无触点（无触点开关，是一种由微控制器和电力电子器件组成的新型开关器件，依靠改变电路阻抗值，阶跃地改变负荷电流，从而完成电路的通断。无触点开关是用可控硅来控制的，因此它是在PN结内部完成导通和截流的，不会有

2、火花，弥补了触点开关复合时有火花的不足，避免因电流过大出现火花或在高电压电路中击穿空气，造成误动作。）、动作迅速等优点，没有通常电磁式开关要产生的电弧、触点磨损和熔焊、噪声等缺点。尤其是用双向晶闸管组成的交流开关，其线路简单，得到广泛应用。第第2 2章章 简易触发的晶闸管交流开关电路简易触发的晶闸管交流开关电路2.单向晶闸管交流开关电路（图2-1（p15）电源为半波交流供电，当S闭合，电源电压正半周时，晶闸管VT触发导通，负半周时，VT关断。控制极串连电阻与二极管。若阻值过小，会使控制极电流过大而损坏晶闸管，若阻值过大，则晶闸管不能全导通，甚至不能导通。对于220V的交流电：（1）限流电阻为几

3、百至几千欧姆。（触发电流几十 到几百毫安） （2）二极管的作用是防止阴极与控制极承反向 电压而损坏 3.双向晶闸管交流开关电路（图2-2（p16）电源为半波交流供电，当S闭合，电源电压正负半周时，晶闸管VT触发导通。当S断开时，交流电压过零时，VT关断。控制极串连电阻与二极管。若阻值过小，会使控制极电流过大而损坏晶闸管，若阻值过大，则晶闸管不能全导通，甚至不能导通。对于220V的交流电：限流电阻为几百至几千欧姆。 吸收电容： C = (0.14)(f)电容器 阻容吸收电阻R2=(10100)()，1W以上的电阻器 VT选用耐压为电源电压3倍以上的晶闸管晶闸管的保护：（1）过流保护-快速熔断器保

4、护电路中加快速熔断器。当电路发生过流故障时，它能在晶闸管过热损坏之前熔断，切断电流通路，以保证晶闸管的安全。与晶闸与晶闸管串联管串联接在接在输入输入端端接在接在输出输出端端快速熔断器接入方式有三种，如下图所示。（2）过压保护-并联阻容吸收电路过压保护的原因：在变流装置中，当晶闸管承受的反向电压超过其反向击穿电压时，将会造成晶闸管反向击穿而损坏。当晶闸管承受的正向电压超过其正向转折电压时，就会造成晶闸管误导通，使电路工作不正常，引发电路故障，甚至也会损坏晶闸管。过电压是造成晶闸管电路故障的重要原因之一，产生过电压的原因有如下几种：（1）由于晶闸管装置的拉闸、合闸和晶闸管关断等电磁过程引起的，称为

5、操作过电压。（2）由于雷击等原因从电网侵入的浪涌电压，称为雷电过电压。过电压保护的分类：按过电压保护的部位，可分为：交流侧保护、器件侧保护和直流侧保护。 交流侧过电压保护由于操作交流侧电源时，使电感元件聚集的能量骤然释放所引起的瞬时过电压，一般有以下几种情况：（1）如果电路中存在变压器，且若在一次电压峰值时合闸，一次高电压将耦合到二次绕组上而出现瞬间过电压。（2）变压器空载时，一次绕组内只有励磁电流，而励磁电流滞后电源电压约 900。当电源电压过零时，这时若突然断闸，由于励磁电流突变，所以在二次绕组感应出很高的瞬时过电压，其峰值可达电源电压峰值的 6 倍以上，对晶闸管非常有害。（3）当变流装置

6、直接接到电源上时，由于相邻负载电流的突然断开，会在电源回路的电感上产生感应电动势，感应电动势与电源电压极性恰好是顺极性相加而引起过电压。 交流侧过电压保护交流侧操作过电压都是瞬时的尖峰过电压，抑制这种尖峰过电压的有效方法是并联阻容吸收电路。它是利用电容器两端电压不能够突变的原理，将变压器铁心所释放的磁场能量转化为电容器的电场能量储存起来，从而有效地仰制尖峰过电压。 器件侧过电压保护 器件侧过电压保护 利用电容吸收过压。其实质就是将造成过电压的能量变成电场能量储存到电容中，然后释放到电阻中消耗掉。因为电路总是存在电感的，为了限制电路电压上升率过大，确保晶闸管安全运行，常在晶闸管两端并联RC阻容吸

7、收网络，利用电容两端电压不能突变的特性来限制电压上升率。与电容C串联电阻R可起阻尼作用，它可以防止R、L、C电路在过渡过程中，因振荡在电容器两端出现的过电压损坏晶闸管。同时，避免电容器通过晶闸管放电电流过大，造成过电流而损坏晶闸管。 RCRC晶闸管元件晶闸管元件的阻容保护的阻容保护 器件侧过电压保护晶闸管关断过程引起的过电压，称关断过电压。其过电来吸收尖峰过电压，把电压限制在晶闸管允许的范围内，如图所示。串联电阻的作用是：起阻尼作用，它可以防止R、L、C电路在过渡过程中，因振荡在电容器两端出现的过电压损坏晶闸管。同时，避免电容器通过晶闸管放电电流过大，造成过电流而损坏晶闸管。直流侧过电压保护直

8、流侧是电感性负载时,在某种情况下,会发生浪涌过电压，如下图 所示。当整流桥中某两桥臂突然阻断时，因大电感 Ld中电流突变，而感生出很高的电动势，并通过负载加在另外处于阻断状态的晶闸管上，因此有可能造成晶闸管硬开通而损坏。对于容量较大的装置，当采用阻容保护影响到系统的快速性时，应选择硒堆或压敏电阻保护。（压敏电阻正常工作时，呈高阻态，遇到过电压时，它被击穿，可通过高达数千安的放电电流，因而抑制过电压的能力非常强。）4.两只单向晶闸管交流开关电路5.简易移相触发电路1输入电压U2与脉冲电流Ig的波形如下：（Rp分别为55、720）6.阻容移相触发电路电源电压U2与Uc的波形图如下所示：（Rp分别为

9、200、800）电容值C=0.1微法电容值C=10微法电容值C=100微法(1)滑动变阻器阻止可变，其它固定，Rp为：200时的U2、Uvt波形图(1)滑动变阻器阻止可变，其它固定，Rp为：2000时的U2、Uvt波形图(1)滑动变阻器阻止可变，其它固定，Rp为：5000时的U2、Uvt波形图(阻值对冲放电时间相对电容影响小)(1)滑动变阻器阻止可变，其它固定，Rp为：10000时的U2、Uvt波形图(阻值对冲放电时间相对电容影响小)（2）电容值可变时对电路的影响，C=0.1微法（2）电容值可变时对电路的影响，C=1微法（2）电容值可变时对电路的影响，C=4微法（2）电容值可变时对电路的影响，

10、C=10微法7.固态开关电路（1）.固态开关的外形（2）.固态开关基础知识 固态继电器（固态继电器（SSR）固态开关固态开关（SSSSSS） 固态接触器（固态接触器（SSC） 固态开关也是一种晶闸管交流开关，它是一种四端有源器件，其中两个端子为输入控制端，另外两个端子为输出受控端。为实现输入与输出的电气隔离，器件采用了高耐压的专用光耦合器。当施加输入信号后，其主电路（晶闸管与输出回路）是导通状态，无输入信号时，主电路呈阻断状态。它利用大功率三极管，功率场效应管，单向可控硅和双向可控硅等器件的开关特性，来达到无触点，无火花地接通和断开被控电路。因此适合于频繁工作或潮湿、有腐蚀性以及易燃气体的环境

11、中。(3)固态开关电路图(a)1、2为输入端，相当于继电器或接触器的线圈；3、4为输出端，相当于继电器或接触器的一对触点，与负载串联后接到交流电源上。一.什么是光电耦合器？1.定义： 光电耦合器是以光为媒介传输电信号的一种电光电耦合器是以光为媒介传输电信号的一种电光光电转换器件。电转换器件。它由发光源和受光器两部分组成。把发光源和受光器组装在同一密闭的壳体内，彼此间用透明绝缘体隔离。发光源的引脚为输入端，受光器的引脚为输出端，常见的发光源为发光二极管，受光器为光敏二极管、光敏三极管等等。2.工作原理在光电耦合器输入端加电信号使发光源发光，光的强度取决于激励电流的大小，此光照射到封装在一起的受光

12、器上后，因光电效应而产生了光电流，由受光器输出端引出，这样就实现了电光电的转换。如下图所示：2.工作原理(3)固态开关电路图(a)1、2为输入端，相当于继电器或接触器的线圈；3、4为输出端，相当于继电器或接触器的一对触点，与负载串联后接到交流电源上。这种电路相对于输入信号的交流电源的任意相位均可同步接通，称为非0电压开关R3R2RC固态开关电路图(b)输入1、2输入信号时且光电晶闸管门极不短接时（UgUk），耦合器B中的光控晶闸管导通，经过整流桥与导通的光控晶闸管给VT提供门极电流，使得VT导通。R3、R2、VT1组成零电压开关功能电路，当电源电压过零并且升至一定幅度值时，VT1导通，原导通的

13、光控晶闸管被关断。R3R216.单相交流调压电路（1）交流调压什么是交流调压？一种形式的交流电 另外一种形式交流电 交流电力控制电路只改变电压,电流或控制电路的通断,而不改变频率的电路。交流调压电路 -相位控制交流调功电路- 通断控制变频电路改变频率的电路 交交变频 - 直接 交直交变频 - 间接交流调压电路 -相位控制Ou1uoiouVTwtOwtOwtOwt(2)单相调压电路a双向触发二极管：在一般情况下，双向触发二极管处于高阻截止状态，只有当外加电压（不论正、反向）加到双向触发二极管上，且外加电压高于双向触发二极管的击穿电压时，双向触发二极管就击穿导通。一般的双向触发二极管的击穿电压为几

14、十伏。双向触发二极管：双向触发二极管是与双向晶闸管同时问世的，常用来触发双向晶闸管（1）单相调压电路结构a（图p21） （2）工作原理分析：主电路：U2，负载RL，VT 触发电路：可调电阻RP，电容C1，触发二极管VD 电容C作用：高频旁路电容当电路接通交流电压（市电）后，交流电便通RL、RP向电容C充电，只要电容C上的充电电压高于双向触发二极管的击穿电压时，电容C便触发双向触发二极管VD，触发双向晶闸管VT导通。于双向触发二极管在正、反向电压均能工作，所以双向触发二极管触发电路在交流电的正、负半周内都能工作。调节Rp能改变C的充放电时间常数，因而改变触发脉冲的长短，触发角度的改变，改变了VT

15、的导通角（导通程度），VT的输出电流与输出电压平均值因此随着改变，从而达到调节灯泡亮度的目的。电压U1，Uc1波形图如下：应用：通过调节电位器R2，可以改变双向可控硅的导通角，从而改变通过灯泡的电流（平均值）实现连续调光。如果将灯泡换电熨斗、电热褥还可实现连续调温。因此，该电路使用于简单的直流电机调速、调光灯、电熨斗、电热褥、电风扇无级调速器、电吹风等电路中。（2）单相调压电路结构b（图p21.2）-可调光台灯的实用电路 （2）工作原理分析：主电路：U2，负载RL，VT 触发电路：可调电阻RP，电容C1，触发二极管VD R2、C2阻容电路的作用:在角较大时，RP阻值较大，C1充电缓慢。如果电源电压已过峰值并降得很低，此时电容C1充电值仍小于双向触发二极管的触发电压，则C1不足以击穿双向二极管。晶闸管也无法导通。增设R2、C2阻容电路后，在大角时, 电容C2给电容C1增加一个充电“电源”