变流与调速技术应用课件

變流技術

課題一變流技術第一節認識晶閘管第二節其他變流新器件（*）第三節單相可控整流電路第四節單相觸發電路第五節三相可控整流電路第六節三相觸發電路第七節逆變電路第一節認識晶閘管一、能力目標1.認識常用的晶閘管器件。2.能解釋具體的晶閘管型號。3.會選用和檢測晶閘管。二、使用材料及工具不同外形的晶閘管、200Ω可調電阻、導線、開關、指示燈、1.5V和6V直流電源（乾電池或穩壓電源均可）、萬用表等。第一節認識晶閘管三、專案要求1.認識晶閘管外形結構認真觀察所給的晶閘管外型結構，並找出晶閘管的三個端子,即陽極A、陰極K、控制極G。各種不同外型的晶閘管外型如圖1-1所示。（a） （b）（c）（d）第一節認識晶閘管2.解釋晶閘管的型號以Kp系列晶閘管為例，晶閘管的型號意義如圖1-2所示。圖1-2晶閘管型號解釋（e）（f）（g）圖1-1晶閘管的外型第一節認識晶閘管3.檢測晶閘管（1）判別晶閘管電極方法一：根據晶閘管的封裝形式來判斷各電極。平板形普通晶閘管的引出線端為門極G，平面端為陽極A，另一端為陰極K；螺栓形普通晶閘管的螺栓一端為陽極A，較細的引出線端為門極G，較粗的引出線端為陰極K。如圖1-1（e）、（f）、（g）所示。第一節認識電晶體方法二：用萬用表R×1kΩ擋測量晶閘管任意兩管腳間的電阻，如果其中有一管腳對另外兩管腳的電阻均很大，在幾百千歐以上，則該管腳為陽極A；再用萬用表R×10Ω擋測另外兩管腳間的電阻，應為幾十歐到幾百歐，得到正反不同的電阻值，電阻小時黑表筆所接的管腳為控制極G（又叫門極），紅表筆所接的管腳為陰極K。首先設晶閘管的三管腳為1、2、3，用萬用表的R×1kΩ擋測晶閘管任意兩管腳間的電阻，記入表1-1。第一節認識電晶體當測得某一管腳對另外兩管腳的正、反向電阻值均在幾百千歐以上，則該管腳為

極。再用萬用表R×10Ω擋測剩下的兩管腳間的正、反向電阻，電阻小的一次，黑表筆接的管腳為

極，紅表筆接的管腳為

極。R12（kΩ）R21（kΩ）R23（kΩ）R32（kΩ）R13（kΩ）R31（kΩ）

表1-1晶閘管任意兩管腳間的電阻值第一節認識電晶體（2）判斷晶閘管的好壞請判斷所給晶閘管的好與壞，具體判斷方法如下：將萬用表置於R×1kΩ擋，測量陽極A與陰極K之間的正反向電阻，正常時其電阻值都應在幾百千歐以上，如果測得的電阻值很小或為零，則陽極A與陰極K之間短路；用萬用表R×10Ω擋測門極G與陰極K之間正反向電阻，正常時應為數十歐到數百歐，反向電阻較正向電阻略大，如測得的正反向電阻值都很大，則門極G與陰極K之間斷路，如測得的阻值都很小或為零，則門極G與陰極K之間短路。第一節認識電晶體用萬用表R×1kΩ擋測A-K間的正、反向電阻，R×10Ω擋測G-K間的正、反向電阻，記入表1-2。RAK（kΩ）RKA（kΩ）RGK（Ω）RKG（Ω）

表1-2晶閘管A-K、G-K間的正、反向電阻值當A-K間的正、反向電阻值均在

以上時，則A-K間是正常的；如果測得電阻值均很小或為零，則A-K間

。當K-G間的正、反向電阻值為

時，則K-G間是正常的；如果測得K-G間的正、反向電阻值均很小或為零，則K-G間

；如果測得K-G間的正、反向電阻值均很大，則K-G間

。第一節認識電晶體注：在測量門極G與陰極K之間的電阻值時，不允許使用R×10kΩ擋，以免表內高壓電池擊穿門極G的PN結，損壞晶閘管。（3）觸發能力的檢測方法一：對於小功率（工作電流為5A以下）的普通晶閘管，可用萬用表R×1kΩ擋測量。測量時黑表筆接陽極A，紅表筆接陰極K，此時錶針不動，顯示阻值為無窮大（∞）。用鑷子或導線將晶閘管的陽極A與門極短路,如圖1-3（a）所示，相當於給G極加上正向觸發電壓，此時若電阻值為幾歐姆至幾十歐姆（具體阻值根據晶閘管的型號不同會有所差異），則表明晶閘管因正向觸發而導通。再斷開A極與G極的連接（A極、K極上的表筆不動，只將G極的觸發電壓斷掉），若錶針指示值仍保持在幾歐姆至幾十歐姆的位置不動，則說明此晶閘管的觸發性能良好。第一節認識電晶體對於工作電流在5A以上的中、大功率普通晶閘管，檢測時可在黑表筆端串接一只200Ω可調電阻和一組乾電池，重複上述步驟即可檢測出中、大功率普通晶閘管的觸發能力，如圖1-3（b）所示。（a）（b）圖1-3普通晶閘管觸發能力的測試第一節認識電晶體方法二：如圖1-4所示測試電路測試普通晶閘管的觸發能力。當開關S斷開時，晶閘管VT處於阻斷狀態，指示燈HL不亮（若此時HL亮，則是VT擊穿或漏電損壞）。合上開關S後（使電路接通一下，為晶閘管VT的門極G提供觸發電壓），若指示燈HL一直亮著，則表明晶閘管的觸發能力良好；若指示燈亮度偏低，則表明晶閘管的性能不良、導通壓降大（正常時導通壓降為1V左右）。若開關S接通時，指示燈亮，而開關S斷開時，指示燈熄滅，則說明晶閘管已損壞，觸發性能不良。第一節認識電晶體圖1-4普通晶閘管的測試電路第一節認識電晶體按圖1-4所示進行電路接線，斷開、合上開關S，觀察指示燈狀態，根據指示燈狀態判斷晶閘管觸發能力，記入表1-3。開關（S）狀態指示燈狀態觸發導通狀態斷開

閉合

先閉合，後斷開

表1-3開關、指示燈狀態與觸發導通狀態

四、工藝要求1.元器件和儀器的擺放規範。2.正確使用萬用表，按要求選擇擋位。3.電路接線要規範、美觀、佈線合理。五、學習形式由學生先預習專案要求，然後一人或兩人一組按專案要求依次做，教師全場巡視，個別輔導，最後由教師集中講解。六、檢測標準1.通過晶閘管的封裝外型能判斷出其陽極A，陰極K和控制極G。2.能用萬用表判斷出普通晶閘管的陽極A，陰極K和控制極G。3.能判斷出晶閘管的好壞及觸發能力。第一節認識電晶體第一節認識電晶體七、原理說明1.普通晶閘管晶閘管是矽晶體閘流管的簡稱，俗稱可控矽，它是一種大功率開關型半導體器件，在電路中用文字符號V或VT表示（舊標準用“SCR”表示）。包括普通晶閘管、雙向晶閘管，門極關斷晶閘管，逆導晶閘管、光控晶閘管、溫控晶閘管、快速晶閘管等幾種類型。它具有體積小、重量輕、效率高、壽命長、控制方便等優點，被廣泛用於可控整流、調壓、逆變以及無觸點開關等各種自動控制，非同步電動機的變頻調速和大功率的電能轉換等場合。第一節認識電晶體（1）普通晶閘管的基本結構普通晶閘管是由PNPN四層半導體材料組成的三端半導體器件，有三個PN結，對外有三個電極，第一層P型半導體引出的電極叫陽極A，第三層P型半導體引出的電極叫控制極G，第四層N型半導體引出的電極叫陰極K,如圖1-5（a）所示，晶閘管的圖形符號如圖1-5（b）所示J1J2J3（a）結構（b）圖形符號圖1-5普通晶閘管的結構與圖形符號第一節認識電晶體（2）普通晶閘管的工作原理普通晶閘管的陽極A與陰極K之間具有單向導電的性能。當晶閘管反向連接（即A極接電源負端，K極接電源正端）時，無論門極G所加電壓是什麼極性，晶閘管均處於阻斷狀態。當晶閘管正向連接（即A極接電源正端，K極接電源負端）時，若門極G所加觸發電壓為負時，則晶閘管也不導通，只有其門極G加上適當的正向觸發電壓時，晶閘管才能由阻斷狀態變為導通狀態。此時，晶閘管陽極A極與陰極K極之間呈低阻導通狀態，陽極A和陰極K極之間壓降約為1V。第一節認識電晶體普通晶閘管受觸發導通後，其門極G即使失去觸發電壓，只要陽極A和陰極K之間仍保持正向電壓，晶閘管將維持低阻導通狀態，即晶閘管導通後門極G失去控制作用。只有去掉陽極正向電壓，或者給陽極加反向電壓，或者降低正向陽極電壓，這樣就使通過晶閘管的陽極電流降低到維持電流以下，普通晶閘管才由低阻導通狀態轉換為高阻阻斷狀態，即晶閘管關斷狀態。普通晶閘管一旦阻斷，即使其陽極A與陰極K之間又重新加上正向電壓，仍需在門極G和陰極K之間重新加上正向觸發電壓後方可導通。第一節認識電晶體由以上分析得出如下結論：①晶閘管承受反向陽極電壓時，不管門極承受何種電壓，晶閘管都處於關斷狀態。②晶閘管承受正向陽極電壓時，僅在門極承受正向電壓的情況下晶閘管才導通。③晶閘管在導通情況下，只要有一定的正向陽極電壓，不論門極電壓如何，晶閘管保持導通，即晶閘管導通後，門極失去控制作用。

④晶閘管在導通情況下，當主回路電壓（或電流）減小到接近於零時，晶閘管關斷。

普通晶閘管的導通與阻斷狀態相當於開關的閉合和斷開狀態，可用它作為可控整流器的器件。第一節認識電晶體（3）晶閘管的主要參數①斷態重複峰值電壓UDRM

指在門極開路而器件的結溫為額定值時，允許重複加在器件上的正向峰值電壓。若加在管子上的電壓大於UDRM，管子可能會失控而自行導通。②反向重複峰值電壓URRM

指門極開路而結溫為額定值時，允許重複加在器件上的反向峰值電壓。當加在管子上反向電壓大於URRM時，管子可能會被擊穿而損壞。通常把UDRM和URRM中較小的那個數值標作晶閘管型號上的額定電壓。第一節認識電晶體③額定正向平均電流IT

其定義和二極體的額定整流電流意義相同，是指在規定環境溫度和標準散熱條件下晶閘管正常工作時A極和K極間所允許通過電流的平均值。要注意的是若晶閘管的導通時間遠小於正弦波的半個週期，即使IT值沒超過額定值，但峰值電流將非常大，可能超過管子所能提供的極限。④正向平均管壓降UF

正向平均管壓降UF也稱通態平均電壓UT，指在規定的工作溫度條件下，使晶閘管導通的正弦波半個週期內UAK的平均值，一般為0.4～1.2V。第一節認識電晶體⑤維持電流IH

指在常溫門極開路時，晶閘管從較大的通態電流降到剛好能維持通態所需要的最小通態電流。一般IH值從幾十到幾百毫安培，視晶閘管電流容量大小而定。⑥門極觸發電流IGT

指在規定環境溫度和晶閘管A極、K極之間為一定值電壓的條件下，使晶閘管從阻斷狀態轉變為導通常狀態所需要的最小門極直流電流。常溫下，使晶閘管能完全導通所需的門極電流，一般為毫安培級。⑦門極觸發電壓UGT

指在規定環境溫度和晶閘管A極、K極之間為一定值正向電壓的條件下，使晶閘管從阻斷狀態轉變為導通常狀態所需要的最小門極直流電壓。產生門極觸發電流所必須的最小門極電壓，一般為1.5V左右。第一節認識電晶體（4）晶閘管的選擇①晶閘管額定電壓的選擇晶閘管實際工作時承受的正常峰值電壓應低於正、反向重複峰值電壓UDRM和URRM，並留有2～３倍的額定電壓值的餘量，還應有可靠的過電壓保護措施。②晶閘管額定電流的選擇晶閘管實際工作通過的最大平均電流應低於額定通態平均電流IT，並應根據電流波形的變化進行相應換算，還應有1.5～2倍的餘量及過電流保護措施。③關於門極觸發電壓和電流的選擇晶閘管實際觸發電壓和電流應大於晶閘管參數UGT和IGT，以保證晶閘管可靠地被觸發，但也不能超過允許的極限值。第二節其他變流新器件（*）一、能力目標1.認識其他變流新器件。2.能解釋具體的變流新器件的型號。3.會檢測門極可關斷晶閘管（GTO）。二、使用材料及工具新型的變流器件（如GTO，BJT，MOSFET，IGBT，IPM等）、一個雙刀雙擲開關、3V和6V直流電源（乾電池或穩壓直流電源均可）、導線、指示燈、47Ω可調電阻、萬用表等。第二節其他變流新器件（*）三、專案要求1.認識各種新型的變流器件的外形結構認真觀察所給的新型的變流器件（如GTO、BJT、MOSFET、IGBT、IPM等）外形結構。各種新型的變流器件的外形圖如圖2-1所示。（a）IJBT（b）GTO（c）GTO（d）IPM（e）MOSFET圖2-1新型的變流器件外形圖第二節其他變流新器件（*）2.解釋新型變流器件的型號以富士IPM模組為例，如圖2-2所示解釋新型變流器件的型號。7

MBP

50

RT

A

060-01

機型的序列號 耐壓060：600V120:1200V

系列的序列號 系列名R:R-IPMRT:R-IPM3TE:EconoIPM

變頻器額定電流50：50A

表示IGBT-IPM

主元件數7：制動電路內置6：無制動電路圖2-2新型變流器件的型號解釋第二節其他變流新器件（*）3.檢測門極可關斷晶閘管GTO（1）判別GTO的各電極GTO三個電極判斷方法與專案1普通晶閘管的電極判斷方法相同。即用萬用表的R×100Ω擋，測任意兩腳間的電阻，僅當黑表筆接門極G，紅表筆接陰極K時，電阻呈低阻值，對其他情況電阻值均為無窮大。由此可以判斷門極G和陰極K，剩下的就是陽極A。首先設GTO的三個管腳為1、2、3，然後測任意兩管腳間的電阻計入表2-1。第二節其他變流新器件（*）由測量結果可以判斷出GTO的各電極，即管腳1為

極，管腳2為

極，管腳為

極。R12（Ω）R21（Ω）R23（Ω）R32（Ω）R13（Ω）R31（Ω）

表2-1GTO任意兩管腳間的電阻值第二節其他變流新器件（*）（2）檢測GTO的觸發能力和關斷能力電路如圖2-3所示，當開關S斷開時，GTO不導通，指示燈不亮。將開關S的K1觸點接通時，為G極加上正向觸發信號，指示燈亮，說明GTO已被觸發導通，若將S從K1斷開，指示燈維持發光，則說明GTO的觸發能力正常。若將開關S的K2觸點接通，為G極加上反向觸發信號，指示燈熄滅，則說明GTO的關斷能力正常。第二節其他變流新器件（*）圖2-3GTO的觸發、關斷能力判斷電路第二節其他變流新器件（*）按圖2-3所示電路接線，開關S指示燈的狀態及GTO的觸發、關斷能力判斷結果記入表2-2。開關（S）狀態指示燈觸發和關斷情況斷開

S接通觸點K1

S從K1斷開

S接通觸點K2

表2-2GTO的觸發能力與關斷能力的檢測結果第二節其他變流新器件（*）四、工藝要求1.元器件和儀器的擺放要規範。2.正確使用萬用表，按要求選擇擋位。3.電路接線規範、合理、美觀、整齊。五、學習形式可兩人一組或多人一組先預習專案要求，然後依照專案要求由學生先做，教師全場巡視，個別輔導，最後教師集中講解。六、檢測標準1.能根據元器件的銘牌型號判斷出器件的類型。2.能用萬用表判斷GTO的各電極。3.能通過開關S的狀態，指示燈的狀態判斷出GTO的觸發能力和關斷能力。第二節其他變流新器件（*）七、原理說明1.門極可關斷晶閘管（GTO）門極可關斷晶閘管GTO（GateTurn-OffThyristor）亦稱門控晶閘管。其主要特點為當門極加正向觸發信號時晶閘管能就能導通，當門極加負向觸發信號時晶閘管能自行關斷。可關斷晶閘管也屬於PNPN四層三端器件，其結構及等效電路和普通晶閘管相同，只是採取了特殊的工藝，使管子導通後，內部兩個等效電晶體的放大倍數一直保持近似於1，使管子工作在接近臨界飽和狀態。門極可關斷晶閘管（GTO）的圖形符號如圖2-4所示。第二節其他變流新器件（*）門極可關斷晶閘管（GTO）既保留了普通晶閘管耐壓高、電流大等優點，同時又具有主電路組件少，結構簡單，體積變小，成本低，不需要強迫換流裝置，開關損耗小，雜訊小，容易實現PWM脈寬調製控制和自關斷能力（在門極上加一個適當的負電壓，則能使管子關斷）等優點，使用方便，是理想的高壓、大電流開關器件。GTO的容量及使用壽命均超過巨型電晶體（GTR）,目前GTO已達到3000A、4500V的容量。大功率可關斷晶閘管已廣泛用於斬波調速、變頻調速、逆變電源等領域，正逐漸取代普通晶閘管。圖2-4門極可關斷晶閘管（GTO）的圖形符號第二節其他變流新器件（*）2.功率電晶體（GTR）功率電晶體GTR（BJT）又稱為巨型電晶體，是一種耐高壓、大電流的雙極型電晶體，一般為模組化，內部為二極或三極達林頓結構。該器件與GTO一樣都是電流控制型器件，因而所需驅動功率較大，但其開關頻率要高於GTO，它即保留了電晶體的基本特性，又擴大了容量，是形成其他多種電流控制性器件的基礎。利用功率晶閘管GTR組成的換流電路具有開關速度快，飽和降壓低，功耗小，安全工作區寬和自關斷能力（切斷基極電流即可切斷集電極電流）等特點。將兩個以上的GTR電晶體及其他換流電路所需的元器件集成在一起構成模組型電力電晶體，該類模組的三個電極與散熱片隔離，使得散熱更容易更均勻，結構更趨於小型化。這類模組型電力電晶體廣泛用於中小容量的PWM通用變頻器或UPS電源等場合。但缺點是開關頻率低，最高為2KHz左右，因而以GTR為逆變器件的變頻器的載波頻率也較低，電動機有較大的電磁雜訊，目前大多被絕緣柵雙極電晶體（IGBT）和功率場效應管（PowerMOSFET）所取代。第二節其他變流新器件（*）3.功率場效應電晶體（MOSFET）功率場效應電晶體（MOSFET）是電壓控制型電力電子開關器件，與雙極型電晶體不同，其門極控制信號是電壓而不是電流。它有三個管腳，分別表示為柵極G、源極S、漏極D。功率場效應電晶體（Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect-Transistor）即金屬-氧化物-半導體型場效應管，英文縮寫為MOSFET，屬於絕緣柵型。其主要特點是在金屬柵極與溝道之間有一層二氧化矽絕緣層，因此具有很高的輸入電阻。功率場效應電晶體MOSFET有N溝道和P溝道兩種,通常是將襯底（基板）與源極S接在一起。N溝道功率MOSFET類似於NPN型電晶體，當柵極G與源極S間輸入正向電壓時，漏極D至源極S之間導通。P溝道功率MOSFET類似於PNP型電晶體，當柵極G與源極S間輸入反向電壓時，漏極D至源極S之間導通。功率場效電晶體MOSFET的圖形符號如圖2-5所示。第二節其他變流新器件（*）功率場效應管（MOSFET）是新型的功率開關器件，它繼承了傳統的MOSFET的特點，又吸收了功率電晶體（GTR）的特點。因而具有開關速度高，驅動功率小，安全工作區域寬，超載能力強，抗干擾能力強，並聯容易等優點，越來越受到人們的重視，廣泛應用於高頻電源變換、電機調速、高頻感應加熱等領域.。（a）N溝道（b）P溝道圖2-5功率場效應電晶體MOSFET的圖形符號第二節其他變流新器件（*）4.絕緣柵極電晶體（IGBT）絕緣柵極電晶體IGBT是MOSFET和BJT（GTR）相結合的一種新型複合器件。其主體部分與電晶體相似，也有集電極C和發射極E；而驅動部分與絕緣柵極場效應管相似，引出柵極G，圖形符號如圖2-6所示。絕緣柵極電晶體IGBT集MOSFET和GTR的優點於一身，它採用電壓控制，在大電流狀態下工作時，導通內阻較低，管壓降小，對溫度不敏感，具有開關速度快，通態電壓低，可靠性高，功率大，輸入阻抗高，耐壓高，驅動電路簡單，保護容易等特點。其中輸入阻抗高是場控制器MOSFET的特性；通態電壓低是BJT（GTR）的特性。基於絕緣柵極電晶體IGBT的上述優點，使它用於通用變頻器比BJT（GTR）有更大的吸引力，有更廣泛的應用領域，目前已成為通用變頻器大功率開關電源，逆變器等電力電子裝置的理想功率器件。第二節其他變流新器件（*）5.智能功率模組（IPM）智能功率模組IPM（IntelligentPowerModule）一般使用IGBT作為功率開關元件，不僅把功率開關器件和驅動電路集成在一起，而且還內藏有過電壓，過電流和過熱等故障檢測電路，即使發生負載事故或使用不當，也可以使IPM自身不受損壞，並可將檢測信號送到CPU。它的智能化主要表現在實現控制功能，保護功能和介面功能等三方面。IPM模組採用陶瓷絕緣結構，可以直接安裝在散熱器上，散熱效果好。輸入、輸出端子並排成一列，間距為標準的2.54mm，用一個通用插件即可連接，利用導針便可插入印製電路板的插頭中。直流輸入端（P、N）、制動單元輸出端（P、B）及通用變頻器輸出端（U、V、W）等各端子安排得緊湊、合理，全部接線採用插件或螺釘，裝拆方便。因而IPM模組具有抗干擾能力強，不易損壞，體積小，結構緊湊，模組壓降小，可靠性高，開關速度快，低功耗，效率高，節電效果好，無須採取防靜電措施等優點。第二節其他變流新器件（*）IPM除了在工業變頻器中被大量採用之後，經濟型的IPM在近年內也開始在一些民用品如家用空調變頻器，冰箱變頻器、洗衣機變頻器中得到應用。IPM仍在向更高的水準發展，使其應用範圍更為廣泛，從非同步電動機的變頻調速、驅動裝置到不停電電源裝置、SVG裝置等，可以說凡是涉及到大功率開關器件、電力變換等場合，只要容量允許，都可以應用它。圖2-6絕緣柵極電晶體（IGBT）的圖形符號第三節單相可控整流電路一、能力目標1.晶閘管單相半控橋整流方法。2.熟悉晶閘管單相全控橋整流方法。3.掌握整流輸出電壓波形的繪製。二、使用材料及工具單相半控橋式整流電路底板、單結管整觸發電路底板、單相自耦調壓器（3kvA）、滑線變阻器（200Ω1A）、電抗器、直流電流表、雙蹤示波器、直流電源（100V）、直流電動機等。第二節其他變流新器件（*）第三節單相可控整流電路三、專案要求晶閘管單相半控整流電路如圖3-1所示。它由可控整流主電路和單結管觸發電路兩部組成。按圖3-1進行接線，依下列步驟進行實驗。圖3-1晶閘管單相半控整流電路第三節單相可控整流電路1.單結晶體管觸發電路斷開負載，接通電源開關，用示波器依次觀察並記錄鋸齒波電壓uG1、uG2。記錄波形時，注意各波形間對應關係，並標出電壓幅度及波形。改變移相電位器R*阻值，觀察電壓uG1、uG2波形的變化及移相範圍，並將數據記錄在表3-1中。uG1幅值uG2幅值uG1波形uG2波形移相範圍

表3-1觸發脈衝第三節單相可控整流電路2.電阻負載的實驗斷開電源開關，在主電路接上電阻負載，合上電源開關，用示波器記錄在不同α角時，負載兩端電壓ud，TR的二次側電壓u2幅值及波形，ud、uVT、uVD1的波形，測量相應電源電壓u2和負載電壓ud的數值，記錄於表3-2中。

α30°60°90°120°150°u2

ud（記錄值）

ud/u2

ud（計算值）

表3-2不同控制角α下各實驗數據第三節單相可控整流電路比較ud/u2和0.9（1+cosα）/2的大小，結論是_______________________________________________________________________________。在圖3-2中繪製ud、id波形。圖3-2電阻負載ud、id波形第三節單相可控整流電路3.電阻電感負載的實驗斷開電源，Q1斷開，接上電阻電感負載，改變R大小，用示波器觀察不並聯續流二極體VD情況下，不同控制角α情況下的負載電壓和電流ud、id波形。並在圖3-3（a）上繪製Ud、id波形。圖3-3電阻電感負載ud、id波形第三節單相可控整流電路突然切斷觸發脈衝電路時，觀察ud的波形，會發現_______________現象。在晶閘管無觸發脈衝時，ud應該為零，實際上負載ud為半波電壓。這種現象稱為失控，是不允許的。閉合Q1，改變R大小，用示波器觀察並聯續流二極體VD情況下，不同控制角α情況下的負載電壓和電流ud、id波形。並記錄在圖3-3（b）中。突然切斷觸發脈衝電路時，觀察ud的波形，失控現象是否存在。續流二極體VD的作用是____________。第三節單相可控整流電路4.直流電動機負載的實驗接上電動機負載，同時將觸發電路給定電壓uC調到零位。合上主電路電源，調節uC使ud由零逐漸上升到額定值，電動機降壓起動。用示波器觀察並記錄不同α角時，輸出電壓ud、id波形，並繪製在圖3-4中。圖3-4直流電動機負載ud、id波形第三節單相可控整流電路四、工藝要求1.接線符合規範，續流二極體VD不能接反。2.注意開關通斷順序。3.保證儀器儀錶的正確使用和用電的安全。五、學習形式本項目的學習形式建議以小組的形式進行，為保證每個學生的動手能力，每組以2～4人為宜。指導教師採用集體的形式進行對電路組成作簡單的介紹，對實驗進行示範教學,提醒實驗的注意事項。學生動手之前時，應閱讀圖紙，熟悉實驗步驟和注意事項。指導教師在各組巡視、輔導，並可對個別學生現場提問。通過本實踐訓練，著重培養學生的操作水準和分析問題的能力、培養團結協作能力、與人相處的能力和一定的語言表達能力。第三節單相可控整流電路六、檢測標準1.準確畫出實驗中記錄的波形（注意各波形間對應關係），並進行討論。2.能夠對實驗數據uL=ud/u2與理論計算數據0.9（1+cosα）/2進行比較，並分析產生誤差原因。七、原理說明1.單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路如圖3-5所示，設u2=U2sin（ωt）。其工作原理是：正半周：0＜t＜t1，ug=0，VT1正向阻斷，id=0,ud=0；t=t1時,加入ug脈衝，VT1導通，忽略其正向壓降，ud=u2,id=ud/Rd。第三節單相可控整流電路負半周：π≤t＜2π當u2自然過零時，VT1由於承受反壓自行關斷,ud=0,id=0。注：從0到t1的電度角為α，叫控制角。從t1到π的電度角為θ，叫導通角，顯然α+θ=π。當α=0，θ=180度時，可控矽全導通，與不可控整流一樣，當α=180度，θ=0度時，可控矽全關斷，輸出電壓為零。改變控制角α的大小，可改變ud大小。ud波形為非正弦波，其波形如圖3-5所示，從圖可知改變α的大小，ud波形在變化，其平均值也在變化，其平均值（直流電壓）為：

Ud=第三節單相可控整流電路圖3-5單相半波可控整流第三節單相可控整流電路2.單相橋式半控整流電路（1）電阻負載電路與波形如圖3-6所示。VT1、VT2的陰極接在一起稱共陰極連接。即使觸發脈衝Ug1、Ug2同時觸發兩管時，只能使陽極電位高的管子導通，導通後使另一管子承受反壓而截止。二極體VD1、VD2為共陽極連接，總是陰極電位低的管子導通。其工作原理是：圖3-6單相橋式半控整流第三節單相可控整流電路正半周：t1時刻加入Ug1，VT1，VD2導通，電流經VT1→Rd→VD2路徑形成電流通路。uVT1=0,ud=u2,uVT2=-u2。u2過零時，VT1自行關斷。負半周：t2時刻加入ug2，VT2導通，電流經VT2→Rd→VD1路徑形成電流通路。uVT2=0,ud=-u2,uVT1=u2。u2過零時,VT2自行關斷。ud為非正弦波，其幅值為半波整流的兩倍，所以Rd上的直流電壓ud為：第三節單相可控整流電路（2）大電感整流電路電機電器的電磁線圈、帶電感濾波的電阻負載等均屬於電感性負載。當輸出端串接的電感Ld足夠大，使負載電流波形為一水準直線時，這種負載通常稱大電感負載。圖3-7電阻電感負載第三節單相可控整流電路以圖3-6半波整流電路為例，接上圖3-7（a）負載，在t1<ωt<π時，VT1、VD2導通。當u2電壓下降到零並開始變負時，由於電感感生電動勢的作用，使電流不能為零，該電流維持VT1的導通，此時2點的電位比1點高，VD1導通。電流經VT1，VD1形成回路。在t2

時刻觸發VT2，VT2導通。同時2點的電位比1點高，VD1導通。電流經VT2，VD1形成回路。這種電路的特點是：晶閘管在觸發時刻換流，二極體在電源過零時換流。流過晶閘管和二極體的電流都是寬度為1800的方波且與α無關。第三節單相可控整流電路這種電路看起來是可以工作的，但在實際運行時，當突然把控制角α增大到1800或突然切斷觸發電路時，會發生正在導通的晶閘管一直導通而兩個二極體輪流導通的失控現象。例如在切斷觸發電路時，VT1正在導通，當u2變負時，由於Ld的作用，使 電流通過VT1、VD1形成續流。如果Ld中儲存的能量在整個u2負半周都沒有釋放完，就使VT1在整個負半周都保持導通，當u2又進入正半周時VT1又承受正壓繼續導通，同時VD1關斷，VD2導通。因此這種電路在不加觸發脈衝時，負載上仍保留了正弦半波的輸出電壓，這種現象稱失控。在使用時是不允許的。第三節單相可控整流電路由於出現失控，所以這種半波橋式整流電路還需加接續流二極體，如圖3-7（b）所示，由於負載電流流經續流二極體，使橋路輸出電壓只有1V左右，迫使晶閘管與二極體串聯電路的電流減小到維持晶閘管導通所需電流以下，使晶閘管關斷，不會出現失控情況。3.單相橋式全控整流電路圖3-8單相橋式全控整流電路第三節單相可控整流電路單相全控橋式整流電路如圖3-8所示，電阻負載時，電路工作情況同半波橋式整流電路相同，所不同的是全控橋式整流電路每半周要求同時觸發橋路對角的兩只晶閘管，當負載為電阻電感負載時，u2為正時，同時ug1觸發VT1、VT4，VT1、VT4導通，電源電壓加於負載上，當過零為負時，由於電感上反電動勢的作用，使VT1、VT4繼續導通直至ug2觸發VT2、VT3。負載電流改由VT2、VT3回路供給。第四節單相觸發電路一、能力目標1.熟悉單結晶體管觸發電路的工作原理及調試方法。2.掌握單結晶體管觸發電路的調試方法。3.掌握單結晶體管觸發電路控制角α的確定方法。二、使用材料及工具單結管觸發電路底板、單相自耦調壓器（3KVA）、滑線變阻器（200Ω，1A）、直流電流表、雙蹤示波器、直流電源（100V）等。第四節單相觸發電路四、專案要求單結晶體管觸發電路如圖4-1所示。按圖3-1進行接線，依下列步驟進行實驗。圖4-1單結晶體管觸發電路第四節單相觸發電路1.單結晶體管觸發電路的調試，接通電源開關，用示波器依次觀察電路中①，②，③，④各點的波形並畫出波形。2.改變R*大小，觀察脈衝G1、G2波形的頻率變化。R*增大時，脈衝波形頻率變____（大/小）。R*減小時，脈衝波形頻率變____（大/小）。3.改變移相電位器R*阻值，觀察電壓UG1、UG2波形的變化及移相範圍，記入表4-1中。UG1幅值UG2幅值移相範圍

表4-1控制角的移相範圍第四節單相觸發電路4.改變移相電位器R*阻值，觀察電壓UG1、UG2波形，並將U2及Ug的波形繪製於圖4-2中，根據圖確定控制角α的大小。圖4-2

U2及Ug的波形第四節單相觸發電路四、工藝要求1.接線符合規範。2.注意開關通、斷順序。3.保證儀器儀錶的正確使用和用電的安全。五、學習形式本項目的學習形式建議以小組的形式進行，為保證每名學生的動手能力，每組以2～4人為宜。指導教師採用集體的形式進行對電路組成作簡單的介紹，對實驗進行示範教學,提醒實驗的注意事項。學生動手之前時，應閱讀圖紙，熟悉實驗步驟和注意事項。指導教師在各組巡視、輔導，並可對個別學生現場提問。通過本實踐訓練，著重培養學生的操作水準和分析問題的能力、培養團結協作能力、與人相處的能力和一定的語言表達能力。第四節單相觸發電路六、檢測標準1.準確畫出實驗中記錄的波形（注意各波形間對應關係），並進行討論。2.能夠確定影響觸發脈衝的頻率和寬度的因素。3.能夠改變觸發脈衝控制角，確定觸發脈衝控制角大小。七、原理說明1.對觸發電路的要求觸發信號應有足夠的功率，為使電路在各種可能工作條件下都能觸發，觸發電路送出的觸發電壓和電流必須大於元件門極規定的觸發電壓和電流的最大值並留有足夠的餘量。第四節單相觸發電路觸發脈衝應有一定的寬度，脈衝前沿盡可能的陡。以使元件在觸發導通後，陽極電流迅速上升而維持導通。觸發脈衝必須與晶閘管的陽極電壓同步，脈衝移相範圍必須滿足電路的要求。2.單結晶體管觸發電路由單結晶體管組成的觸發電路，具有簡單、可靠、觸發脈衝前沿陡、抗干擾能力強以及溫度補償性能好等優點。在單相與要求不高的三相晶閘管裝置中得到廣泛應用。單結管自激振盪電路如圖4-3所示。第四節單相觸發電路圖4-3單結管自激振盪電路第四節單相觸發電路電路工作原理是：電路通電後，單結晶體管截止，電源通過Re→C對電容C充電，至單結管峰值電壓Up時單結晶體管飽和導通。電容C通過單結晶體管→R1放電，至單結管穀點電壓Uv時單結晶體管截止，電容又開始新的一個週期的充放電。由於電容C充電時間長，而放電時間很短。於是產生Ug觸發脈衝電壓信號。其中振盪頻率是：其中：η是單結晶體管的分壓比。調節Re即可改變振盪頻率。Re減小時，頻率增大，脈衝密又多，Re增大時，頻率減小，脈衝疏而少。但頻率調節有一定範圍的。輸出電阻R1的大小影響脈衝的寬度與幅值，若R1太小，放電太快，脈衝太窄，不易觸發晶閘管；若若R1太大，單結管未導通時，由於單結管的漏電流在R1上產生的壓降過大，可能造成晶閘管的誤導通。通常取50～100Ω第五節三相可控整流電路一、能力目標1.熟悉三相全控橋式整流電路的接線。2.觀察不同負載電壓、電流的波形。3.熟悉三相整流電路的工作原理。二、使用材料及工具鋸齒波同步觸發電路板、三相全控橋式整流主電路板、單路及雙路穩壓電源、三相整流變壓器，三相同步變壓器，電抗器，雙蹤示波器，萬用表，變阻器，相序指示器等。第五節三相可控整流電路三、專案要求三相全控橋式整流電路如圖5-1所示。它由觸發電路和主電路組成。按圖5-1進行接線，依下列步驟進行實驗。圖5-1三相全控橋式整流電路第五節三相可控整流電路1.熟悉線路的組成，主變壓器接法為D/Y-11，同步變壓器接成____________組別。2.電阻負載實驗按圖5-1接好線，觸發電路正常後，調節Ub，使Uc=0時，α=1200。調節Uc,將數據填入表5-1中，並在圖5-2中繪製Ud波形。αUc大小Ud大小0º

30º

60º

90º

表5-1α改變時的實驗數據第五節三相可控整流電路將主變壓器二次側兩相對調，觀察Ud波形，觀察波形是否正常，結論是___________________。圖5-2三相全控橋式整流α=60º輸出波形第五節三相可控整流電路3.電感、電阻負載斷開Q2，換上電感、電阻負載，調節Uc至Uc=0,調節Ub,使α=90º。改變Uc大小，在圖5-3中記錄Ud,UVT1波形及負載電流id波形。圖5-3三相全控橋式整流α=90º輸出波形改變Rd的數值，觀察id波形脈動情況。當Rd增加時，脈動情況是_____________________________。第五節三相可控整流電路四、工藝要求1.接線符合規範，變壓器的相序不能接錯，2.先進行觸發電路的測試，保證各觸發脈衝相位正確。3.調整電位器時注意方向和和幅度的變化不能太大。4.在調整各鋸齒波波形時，應將示波器Ya、Yb的靈敏度調至相同。5.閉合Q2前應將Uc調到零，調Uc時應均勻、平滑。6.保證儀器儀錶的正確使用和用電的安全。第五節三相可控整流電路五、學習形式本項目的學習形式建議以小組的形式進行，為保證每名學生的動手能力每組以2～4人為宜。指導教師採用集體的形式進行對電路組成作簡單的介紹，對實驗進行示範教學,提醒實驗的注意事項。學生動手之前時，應閱讀圖紙，熟悉實驗步驟和注意事項。指導教師在各組巡視、輔導，並可對個別組重點指導。通過本實踐訓練，著重培養學生的操作水準和分析問題的能力、培養團結協作能力、與人相處的能力和一定的語言表達能力。第五節三相可控整流電路六、檢測標準1.電路的連接是否正確。2.實驗步驟是否合理。3.繪製的波形是否正確。七、原理說明1.三相半波可控整流電路（1）電阻負載三相半波可控整流電路電阻負載如圖5-4所示。第五節三相可控整流電路圖5-4三相半波可控整流電阻負載第五節三相可控整流電路當α≤30º時，ug1在a點後延α角觸發VT1，VT1導通，VT2、VT3由於承受反壓而截止。由於ug1，ug2，ug3觸發脈衝相差點120º，在b點，VT2、VT3由於承受反壓而截止，VT1繼續導通。直到ug2觸發VT2，VT2導通後，VT1截止。每個晶閘管導通120º。ud，

id波形連續。整流輸出電壓Ud為：

當30º<α≤150º時，ud，

id波形斷續，晶閘管導通角小於120º，ud值為：

注：純電阻負載，α移相範圍為0º～150º。第五節三相可控整流電路當觸發脈衝出現在自然換流點（a,b,c,d,e,f）之前,且觸沖很窄時，晶閘管受到正壓時觸發脈衝已消失，各相間隔輪流導通，使輸出電壓斷續，這是不允許的，為此必須對α的最小值實行限制措施。（2）電感負載三相半波可控整流電路電感負載如圖5-5所示。第五節三相可控整流電路圖5-5三相半波可控整流電感負載第五節三相可控整流電路大電感負載α≤30º時，ud的波形與純電阻時相同，當α>30º時VT1導通，當uU已過零時開始變負時，由於大電感感生電動勢的作用，VT1繼續導通直至VT2導通為止。各晶閘管導通120º，保證了電流連續，如果電感足夠大id基本平直。三相半波可控整流電路帶電感性負載時，可接續流二極體。接了續流二極體後，ud的波形與純電阻時相同，負載電流id與帶大電感負載時相同。第五節三相可控整流電路2.三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路由VT1、VT3、VT5和VT2、VT4、VT6兩組晶閘管組成，負載是大電感負載，觸發角α=0º，如圖5-6所示。其中VT1、VT4接U相，VT3、VT6接V相，VT5、VT2接W相。觸發脈衝順序是：ug1→ug2→ug3→ug4→ug5→ug6。在1～3之間，VT1導通120º，VT6、VT2輪流導通60º，在3～5之間，VT3導通120º，VT2、VT4輪流導通60º，在5～7之間，VT5導通120º，VT4、VT6輪流導通60º。整流輸出電壓ud為：

Ud=2.34U2cosα注：三相橋式可控整流電路必須用雙脈衝或寬脈衝觸發。大電感負載時移相範圍為0º～90º，電阻負載時移相範圍為0º～120º。第五節三相可控整流電路圖5-6三相橋式全控整流第六節三相觸發電路一、能力目標1.掌握鋸齒波同步觸發電路各主要點的波形。2.熟悉鋸齒波同步觸發電路工作原理及調試方法。3.掌握同步定相的方法與調試晶閘管裝置的步驟。二、使用材料及工具鋸齒波同步觸發電路板、單路及雙路穩壓電源、三相同步變壓器、電抗器、雙蹤示波器、萬用表、變阻器、相序指示器等。

第六節三相觸發電路三、專案要求

鋸齒波同步觸發電路如圖6-1所示。圖6-1鋸齒波同步觸發電路第六節三相觸發電路1.觀察圖6-1的線路，確定同步電壓的取法。並完善表6-1。

2.接通觸發電路的電源，同時觀察①、②點的電壓波形。R1和C1的作用是________________。調節RP3，同時觀察②、③的電壓波形，③波形的幅度變化情況是________________。調節RP1,觀察⑧點的電壓波形,鋸齒波波形的幅度與寬度與_____________________、_______________________、___________________元件有關。1CF2CF3CF4CF5CF6CF-UW

表6-11CF～6CF觸發板同步電壓的確定第六節三相觸發電路3.按圖6-1接好線，調整各觸發器鋸齒斜率電位器RP3，用示波器依次觀察相鄰觸發器的鋸齒波電壓波形，間隔為60º，斜率相同。③點的電壓波形如圖6-2所示。圖6-2觸發器的鋸齒波電壓波形第六節三相觸發電路觀察各觸發脈衝的輸出觸發脈衝，如果X、Y端不聯接，輸出觸發脈衝為單窄脈衝，X、Y端聯接，輸出觸發脈衝為雙窄脈衝。1CF的輸出波形如圖6-3所示。圖6-31CF輸出波形第六節三相觸發電路四、工藝要求1.接線符合規範，變壓器的相序不能接錯。2.先進行觸發電路的測試，保證各觸發脈衝相位正確。3.調整電位器時注意方向和和幅度的變化不能太大。4.在調整各鋸齒波波形時，應將示波器Ya、Yb的靈敏度調至相同。5.在閉合Q2前應將Uc調到零，調Uc時應均勻、平滑。6.保證儀器儀錶的正確使用和用電的安全。第六節三相觸發電路五、學習形式本項目的學習形式建議以小組的形式進行，為保證每個學生的動手能力，每組以2～4人為宜。指導教師採用集體的形式進行對電路組成作簡單的介紹，對實驗進行示範教學,提醒實驗的注意事項。學生動手之前時，應閱讀圖紙，熟悉實驗步驟和注意事項。指導教師在各組巡視、輔導，並可對個別組重點指導。通過本實踐訓練，著重培養學生的操作水準和分析問題的能力、培養團結協作能力、與人相處的能力和一定的語言表達能力。

六、檢測標準1.電路的連接是否正確。2.實驗步驟是否合理。3.觸發電路的波形調整的準確及相鄰觸發脈衝的相位間隔是否準確。4.繪製的波形是否正確。七、原理說明1.鋸齒波觸發電路鋸齒波觸發電路如圖6-1所示，輸出可為雙窄脈衝（適用於有兩個晶閘管同時導通的電路），也可以是單窄脈衝。電路由三個基本環節：脈衝的形成與放大、鋸齒波的形成和脈衝移相、同步環節。此外，還有強觸發和雙窄脈衝形成環節。第六節三相觸發電路第六節三相觸發電路 （1）脈衝形成環節由V4、V5，V7、V8組成。V4、V5

脈衝形成，V7、V8

脈衝放大，控制電壓Uc加在V4基極上。Uc對脈衝的控制作用及脈衝形成：Uc=0時，V4截止。V5飽和導通。V7、V8處於截止狀態，無脈衝輸出。電容C3充電，充電後電容兩端電壓接近2E1（30V）。uco=0.7V時，V4導通，V5立即截止。V7、V8導通，輸出觸發脈衝。電容C3放電和反向充電，使V5基極電位上升，V5又重新導通。使V7、V8截止，輸出脈衝終止。脈衝前沿由V4導通時刻確定，脈衝寬度與反向充電回路時間常數R11C3有關。電路的觸發脈衝由脈衝變壓器TP二次側輸出，其一次繞組接在V5集電極電路中。第六節三相觸發電路 （2）鋸齒波的形成和脈衝移相環節鋸齒波的形成和脈衝移相環節電路由V1、V2、V3和C2等元件組成,V1、VS、RP3和R3為一恒流源電路。工作原理：

V2截止時，恒流源電流I1c對電容C2充電，調節RP2，即改變C2的恒定充電電流I1c，可見RP2是用來調節鋸齒波斜率的。V2導通時，因R4很小故C2迅速放電，ub3電位迅速降到零伏附近。V2週期性地通斷，ub3便形成一鋸齒波，同樣ue3也是一個鋸齒波。射極跟隨器V3的作用是減小控制回路電流對鋸齒波電壓ub3的影響，V4基極電位由鋸齒波電壓、控制電壓uco、直流偏移電壓up三者作用的疊加的值確定。加up的目的是為了確定控制電壓uco=0時脈衝的初始相位。第六節三相觸發電路 （3）同步環節同步就是要求觸發脈衝的頻率與主電路電源的頻率相同且相位關係確定。鋸齒波是由開關V2管來控制的。V2開關的頻率就是鋸齒波的頻率由同步變壓器所接的交流電壓決定。V2由導通變截止期間產生鋸齒波，鋸齒波起點基本就是同步電壓由正變負的過零點，V2截止狀態持續的時間就是鋸齒波的寬度--取決於充電時間常數R1C1。第六節三相觸發電路 2.集成觸發電路集成觸發器具有可靠性高，技術性能好，體積小，功耗低，調試方便。目前國內常用的有KJ系列和KC系列，下麵以KJ系列為例：KJ004與分立元件的鋸齒波移相觸發電路相似，分為同步、鋸齒波形成、移相、脈衝形成、脈衝分選及脈衝放大幾個環節。如圖6-4所示。第六節三相觸發電路圖6-4KJ004集成觸發器第六節三相觸發電路 3.觸發電路的定相（同步）觸發電路的定相--觸發電路應保證每個晶閘管觸發脈衝與施加於晶閘管的交流電壓保持固定、正確的相位關係。採取的措施措施有：同步變壓器原邊接入為主電路供電的電網，保證頻率一致。觸發電路定相的關鍵是確定同步信號與晶閘管陽極電壓的關係。

第七節逆變電路 一、能力目標 1.熟悉三相半波有源逆變的過程。 2.掌握實現有源逆變的條件。 3.熟悉不同逆變角β時逆變電壓的波形。 4.觀察逆變失敗現象，總結防止逆變失敗的原因。 5.瞭解無源逆變的原理。 二、使用材料及工具鋸齒波同步觸發電路板、三相半波可控整流主電路板、雙穩壓電源、三相整流變壓器、三相同步變壓器、三相調壓器及三相整流橋、電抗器、雙蹤示波器、萬用表、直流電流表、三相刀開關、單相雙擲開關、變阻器、相序指示器等。第七節逆變電路 三、專案要求三相半波有源逆變電路如圖7-1所示。它由主電路、整流電路、觸發電路三部分組成，其中整流電路採用三相橋式不可控整流電路，提供逆變所需的直流電源E。觸發電路為鋸齒波同步觸發電路。按圖7-1接線，依下列步驟進行實驗。 1.檢查電源電壓相序、變壓器極性和接線組別以及觸發電路的同步電壓是否符合要求。各開關處於斷開位置，Rd調至最大值。 2.合上Q1，接通各穩壓直流電源，用示波器觀察1CF～3CF各點波形。調整_____使各鋸齒波斜率一致,調整______使各觸發脈衝間隔為120º，α=60º。第七節逆變電路圖7-1三相半波橋式有源逆變電路第七節逆變電路3.將Q2投向1，接電阻負載，用示波器觀察ud的波形。並在圖7-2上繪出波形圖。圖7-2α=60º時ud的波形第七節逆變電路4.將Uc調整到零，調節Ub，使α=150º。將三相調壓器調到零，合上Q2。調節三相調壓器使u增大，觀察並記錄如下數據。填在表7-1中。Uudid0

表7-1α=150º時ud，id的實驗數據第七節逆變電路5.觀察ud波形並在圖7-3中繪出波形，根據波形說明電路是否進入了逆變狀態。圖7-3α=150º時ud的波形從圖中可知：ud為___________（正/負）波形,所以晶閘管電路起進入了________________（逆變/整流）狀態。第七節逆變電路6.調節Uc,使α=120º、90º時，觀察Ud、及晶閘管VT1兩端電壓ut1的波形。記錄Ud,Ut1、id大小。αUt1Udid120º

90º

結論：Ud的大小和_______________________有關系表7-2不同控制角時ud，id的實驗數據從表7-2知：α越大，Ud越________________。第七節逆變電路7.在Uc=0時，調節Rd使其最大，調節Ub,使α=150º，突然關斷3CF的觸發脈衝，觀察ud的波形，並在圖7-4上繪製ud的波形。從圖中可以看出：晶閘管在逆變過程中，突然關斷觸發脈衝，使晶閘管整流輸出的暫態電壓與E順極性串聯，出現很大的短路電流流過晶閘管和負載，這種情況稱為逆變失敗或逆變顛覆。將Rd調至最大的原因是：_______________。圖7-4α=150º

突然關斷3CF的觸發脈衝時ud的波形第七節逆變電路8.將3CF恢復正常，調節Uc使α=60º，在圖4-5繪製ud的波形，從圖可知ud的波形為正波形，晶閘管整流輸出電壓與E順極性串聯，電路逆變失敗。比較圖7-3、圖7-4中ud波形。它們的不同點是：_____。9.調節Ub,使β≈0º，觀察ud波形，根據ud波形說明電路是否進入了逆變狀態。圖7-5α=60º時Ud的波形第七節逆變電路四、工藝要求1.接線符合規範，變壓器的相序不能接錯，接線牢靠。2.先進行觸發電路的測試，保證各觸發脈衝相位正確。3.在調整各鋸齒波波形時，應將示波器Ya、Yb的靈敏度調至相同。4.保證儀器儀錶的正確使用和用電的安全。第七節逆變電路五、學習形式本項目的學習形式建議以小組的形式進行，為保證每個學生的動手能力每組以2～4人為宜。指導教師採用集體的形式進行對逆變原理及電路組成作簡單的介紹，對實驗進行示範教學,提醒實驗的注意事項。學生動手之前時，應閱讀圖紙，熟悉實驗步驟和注意事項。指導教師在各組巡視、輔導，並可對個別學生現場提問。通過本實踐訓練，著重培養學生的操作水準和分析問題的能力、培養團結協作能力、與人相處的能力和一定的語言表達能力。第七節逆變電路六、檢測標準1.電路的連接是否正確。2.實驗步驟是否合理。3.能觀察到逆變及逆變失敗的過程。4.繪製的波形是否正確。5.能分析α=60º，β=60º兩種情況下Ud波形不同的原因。6.可以總結逆變失敗的原因。第七節逆變電路七、原理說明1.逆變定義及分類在有些場合下，需要將直流電變成交流電，即：直流電→逆變器→交流電→用電器或電網，這個過程稱逆變。逆變分成有源逆變和無源逆變。有源逆變：直流電→逆變器→交流電（與電網頻率相同）→電網。無源逆變：直流電→逆變器→交流電（頻率可調）→用電器。注：與逆變不同的是整流：交流電→整流器→直流電→用電器。第七節逆變電路2.有源逆變的工作原理圖7-6是單相全波可控整流電路，為直流電動機帶捲揚機系統供電。圖7-6單相逆變電路第七節逆變電路當捲揚機上升時，觸發角α小於90º，晶閘管輸出電壓輸出波形如圖7-7（a）所示。ud>0、且ud>E，電動機的電勢E的方向如圖7-6（a）所示，且ud>E。晶閘管電路為電動機提供電能。晶閘管處於整流狀態。等效電路如圖7-8（a）所示。圖7-7單相逆變電路波形第七節逆變電路當重物下放時，由於電動機的方向發生了變化，所以E的方向也變化了，這就要求u方向也要變化，當α>90º時，晶閘管輸出的波形如圖7-7（b）所示，ud小於零。增大α，可使|E|>|ud|。這樣Id的方向不變。這時系統將電動機的機械能轉化為電能並通過晶閘管送到電網上，這就是逆變。逆變的等效電路如圖7-8（b）所示。圖7-8整流、逆變時等效電路第七節逆變電路以上說明在源逆變是在一定條件下發生的。實現有源逆變的條件： （1）直流側必須外接與直流電流Id同方向的直流電源E，其數據要稍大於ud。 （2）變流器必須工作在α>90º,使ud<0。

這兩個條件缺一不可。半控橋式晶閘管電路或有續流二極體的電路，不可能輸出負電壓，不允許直流側接上反極性直流電源，所以不能實現有源逆變。第七節逆變電路 3.三相半波有源逆變在圖7-1中，三相半波帶電動機負載電路，由於直流電動機的電動勢E極性，使電路具有有源逆變的條件。當控制角α為90º～180º時，電路可以處於逆變狀態。與整流一樣，按照三相交流電源的相序依次換相，每個晶閘管導通120º。圖7-9是α=120º時的電壓波形。從圖中可知，晶閘管輸出電壓ud為負值，且負載為直流電動機，提供了逆變所要求的電動勢。可將電動機的能量回饋至電網。第七節逆變電路若交流電為ud=U2sinωt，由於逆變運行時α>90º,cosα計算不太方便，於是引入逆變角β，α=π-β。逆變器輸出電壓：Ud=-1.17U2cosβ。圖7-9α=120º時ud及E的波形第七節逆變電路 4.三相全控橋式有源逆變三相全控橋式有源逆變工作情況現整流時一樣，要求每個隔60º依次觸發晶閘管，每個晶閘管導通角為120º，觸發脈衝必須是寬脈衝或者窄雙脈衝。直流側電壓計算公式為第七節逆變電路 5.逆變失敗在逆變過程中，如出現晶閘管損壞、觸發脈衝丟失、或快熔燒斷時，使電源暫態極性Ud與E順極性串聯，出現很大的短路電流流過晶閘管與負載，這種現象稱為逆變失敗或逆變顛覆。因此對要求工作在逆變狀態的晶閘管電路，對其觸發電路的可靠性，元件的品質以及過流保護性能，都比整流電路要求高。以三相半波電路為例，U相晶閘管導通到t2時，正常情況Ug2觸發VT2管切換到V相導通。由於Ug2丟失或VT2管損壞或V相缺相等原因，VT2無法導通，VT1不受反壓無法關斷，使U相電壓波形繼續導通到正半周，使晶閘管輸出暫態電壓極性與E順極性串聯，如圖7-10所示，出現很大的短路電流流過晶閘管和負載。從而發生逆變事件。第七節逆變電路另一種常導致逆變失敗的原因是逆變電路工作時控制角α太大，逆變角β=180º-α太小。因此在要求較為的場合，可在觸發電路中加一套保護線路，在逆變時不至於β太小而使逆變失敗。圖7-10逆變失敗時ud及E的波形第七節逆變電路 6.無源逆變