电力电子与变频技术（第2版）课件：调光灯的安装与调试

2025/3/7电力电子与变频技术1调光灯的安装与调试调光灯电路由主电路和触发电路两部分构成，通过对主电路及触发电路的分析使学生能够理解电路的工作原理，进而掌握分析电路的方法。注：现在实用调光灯都采用双向晶闸管。2025/3/7电力电子与变频技术2任务一晶闸管的结构与工作原理学习目标：1认识晶闸管2会测试晶闸管好坏3会选用晶闸管工作任务：1晶闸管的特性试验2用万用表及实验装置进行晶闸管的测试分析3晶闸管的工程选用相关知识：

1．认识晶闸管的结构晶闸管是一种大功率PNPN四层半导体元件，具有三个PN结，引出三个极，阳极A、阴极K、门极（控制极）G，其外形及符号如图所示。管脚名称（阳极A、阴极K、具有控制作用的门极G）标于图中。所示为晶闸管的图形符号及文字符号。

2025/3/7电力电子与变频技术3小电流塑封式 小电流塑封式 小电流螺旋式 阴极（K）

阴极（K）

阳极（A）

阳极（A）

门极（G）

门极（G）

2025/3/7电力电子与变频技术4以互补三极管等效内部结构

以三个PN结等效2025/3/7电力电子与变频技术52．晶闸管的导通关断原理当晶闸管的阳极和阴极电压，即EA下正上负(与图示方向相反)时，无论门极G是否有电流，白炽灯不亮，说明晶闸管始终处于关断状态；当时，即EA上正下负(与图示方向相同)，只有时，白炽灯才能点亮。说明晶闸管没有门极电流触发时，具有正向阻断能力；当满足，条件时可以导通。晶闸管一旦导通，此时去掉EG（即再令），白炽灯仍保持点亮，说明晶闸管仍保持导通状态。导通后晶闸管的管压降为1V左右，主电路中的电流IA由白炽灯内阻、RW和EA的大小决定。在IA逐渐降低（通过调整RW）至某一个小数值时，刚刚能够维持晶闸管导通；此时如果继续降低IA，则晶闸管会关断，该小电流称为晶闸管的维持电流。2025/3/7电力电子与变频技术63晶闸管特性反向击穿电压

反向阻断

正向阻断

正向转折电压

2025/3/7电力电子与变频技术74．晶闸管的主要参数（1）晶闸管的电压定额

1）断态重复峰值电压UDRM2）反向重复峰值电压URRM

3）额定电压Utn将UDRM和URRM中的较小值按百位取整后作为该晶闸管的额定值。例如：一晶闸管实测UDRM＝812V，URRM＝756V，将两者较小的756V取整得700V，该晶闸管的额定电压为700V。在使用过程中UTn≥(2~3)UTM（2）晶闸管的电流定额IT（AV）通态平均电流是指在环境温度为40℃和规定的冷却条件下，晶闸管在导通角不小于170°电阻性负载电路中，当不超过额定结温且稳定时，所允许通过的工频正弦半波电流的平均值。2025/3/7电力电子与变频技术8但是决定晶闸管结温的是管子损耗的发热效应，表征热效应的电流是以有效值表示的，其两者的关系为：

如额定电流为100A的晶闸管，其允许通过的电流有效值为157A。晶闸管在实际选择时，其额定电流的确定一般按以下原则：（3）维持电流IH在室温下门极断开时，元件从较大的通态电流降到刚好能保持导通的最小阳极电流称为维持电流IH。2025/3/7电力电子与变频技术9（5）门极参数（6）动态参数5．晶闸管的型号

四实践指导：根据实验条件完成2025/3/7电力电子与变频技术10任务二

单结晶体管触发电路一、学习目标

1．会单结晶体管组成的触发电路工作原理分析2．会单结晶体管组成的触发电路安装调试

二、

工作任务

1．认识单结晶体管的结构及特性2．单结晶体管组成的触发电路工作原理分析及安装调试

三、

相关知识

1．认识单结晶体管发射极e 第一基极b1 第二基极b2 在一块高电阻率的N型硅片上引出两个基极b1和b2，两个基极之间的电阻就是硅片本身的电阻，一般为2～12kΩ。在两个基极之间靠近b1的地方用合金法或扩散法掺入P型杂质并引出电极，成为发射极e。2025/3/7电力电子与变频技术11a）结构

b）等效电路

c）图形符号

d）外形管脚排列2．单结晶体管的伏安特性及主要参数（1）单结晶体管的伏安特性2025/3/7电力电子与变频技术121）截止区——AP段当开关S闭合，电压Ubb通过单结晶体管等效电路中的rbl和rb2分压，得A点电位UA，可表示为η——分压比，是单结晶体管的主要参数，η一般为0.3～0.9。当Ue从零逐渐增加，但Ue<UA时，单结晶体管的PN结反向偏置，只有很小的反向漏电流。当Ue增加到与UA相等时，Ie＝0。2025/3/7电力电子技术132）负阻区——PV段当Ue>Up时，等效二极管VD导通，Ie增大，这时大量的空穴载流子从发射极注入A点到b1的硅片，使rbl迅速减小，导致UA下降，因而Ue也下降。UA的下降，使PN结承受更大的正偏，引起更多的空穴载流子注入到硅片中，使rbl进一步减小，形成更大的发射极电流Ie，这是一个强烈的增强式正反馈过程。当Ie增大到一定程度，硅片中载流子的浓度趋于饱和，rbl已减小至最小值，A点的分压UA最小，因而Ue也最小，得曲线上的V点。V点称为谷点，谷点所对应的电压和电流称为谷点电压Uv和谷点电流Iv。这一区间称为特性曲线的负阻区。3）饱和区——VN段

当硅片中载流子饱和后，欲使Ie继续增大，必须增大电压Ue，单结晶体管处于饱和导通状态。（2）单结晶体管的主要参数单结晶体管的主要参数有基极间电阻rbb、分压比η、峰点电流IP、谷点电压UV、谷点电流IV及耗散功率等。2025/3/7电力电子与变频技术143．单结晶体管张驰振荡电路4．单结晶体管触发电路2025/3/7电力电子与变频技术15任务三

单相可控整流电路一、

学习目标

1．掌握单相可控整流电路工作原理；2．会单相可控整流电路的分析。二、

工作任务

1.单相半波可控整流电路的分析调试。2.单相桥式可控整流电路分析调试。

三、

相关知识

1．单相半波可控整流电路电阻性负载工作原理2025/3/7电力电子与变频技术16（1）α=0o时的波形分析α=0o时实际电路中输出电压和晶闸管两端电压的理论波形。输出电压波形晶闸管两端电压波形α=0o时刻加入触发脉冲触发晶闸管VT导通，负载上得到输出电压ud的波形是与电源电压u2相同形状的波形；当电源电压u2过零时，晶闸管也同时关断，负载上得到的输出电压ud为零；在电源电压u2负半周内，晶闸管承受反向电压不能导通，直到第二周期α=0o触发电路再次施加触发脉冲时，晶闸管再次导通。2025/3/7电力电子与变频技术17（2）α=30o及α=60o时的波形分析α=30o时输出电压和晶闸管

α=60o时输出电压和晶闸管

两端电压的理论波形

两端电压的理论波形2025/3/7电力电子与变频技术18控制角α：控制角也叫触发角或触发延迟角，是指晶闸管从承受正向电压开始到触发脉冲出现之间的电角度。导通角θ：是指晶闸管在一周期内处于导通的电角度。移相：移相是指改变触发脉冲出现的时刻，即改变控制角α的大小。移相范围：移相范围是指一个周期内触发脉冲的移动范围，它决定了输出电压的变化范围。（4）由以上的分析可以得出：1）在单相整流电路中，把晶闸管从承受正向阳极电压起到加入触发触发脉冲而导通之间的电角度α称为控制角，亦称为触发延迟角或移相角。晶闸管在一个周期内导通时间对应的电角度用θ表示，称为导通角，且θ=π-α。2）在单相半波整流电路中，改变的α大小即改变触发脉冲在每周期内出现的时刻，则ud和id的波形也随之改变，但是直流输出电压瞬时值ud的极性不变，其波形只在u2的正半周出现，这种通过对触发脉冲的控制来实现控制直流输出电压大小的控制方式称为相位控制方式，简称相控方式。3）理论上移相范围0o～180o。在本课题中实际是达不到此移相范围的，若要实现移相范围0o～180o，则需要改进触发电路以扩大移向范围。2025/3/7电力电子与变频技术19（5）基本的物理量计算输出电压平均值与平均电流的计算：晶闸管电流有效值IT与管子两端可能承受的最大电压IT＝I2025/3/7电力电子与变频技术202.单相半波可控整流电路电感性负载工作原理（1）无续流二极管时单相半波可控整流电路用于大电感负载时，不管如何调节控制角α,Ud值总是很小，平均值电流Id也很小，没有实用价值。2025/3/7电力电子与变频技术21（2）接续流二极管时晶闸管和续流二极管可能承受的最大正反向电压、移相范围与阻性负载相同，由于电感性负载中的电流不能突变，当晶闸管被触发导通后，阳极电流上升较缓慢，故要求触发脉冲的宽度要宽些（＞20o），以免阳极电流尚未升到晶闸管擎住电流时，触发脉冲已消失，从而导致晶闸管无法导通。2025/3/7电力电子与变频技术22

3.单相桥式全控整流电路参数计算①输出直流电压平均值②负载电流平均值2025/3/7电力电子与变频技术232025/3/7电力电子与变频技术24（2）单相桥式全控整流电路电感性负载与电阻性负载相比，ud的波形出现了负半周部分，在α=0o时，输出电压Ud最大0.9U2；在α=90o时，输出电压Ud最小，等于零，因此α的移相范围是0°～90°。id的波形则是连续的近似一条直线，这是由于电感中的电流不能突变，电感起到了平波的作用，电感愈大则电流愈平稳。2025/3/7电力电子与变频技术252）参数计算（3）单相桥式全控整流电路电感性负载并接续流二极管

a）电路图b）波形图图1-39并接续流二极管的单相全控桥大电感性负载

2025/3/7电力电子与变频技术26单相全控桥大电感负载接续流管的电路各电量计算式如下：4．单相桥式半控整流电路2025/3/7电力电子与变频技术27

2）参数计算①输出电压平均值α的移相范围是0°～180°。②负载电流平均值③流过一只晶闸管和整流二极管的电流的平均值和有效值

④晶闸管可能承受的最大电压

(2)电感性负载2025/3/7电力电子与变频技术28任务四

三相可控整流电路的分析一、

学习目标

1．掌握三相可控整流电路在不同负载时的电路波形分析、参数计算和器件选择。2．能利用输出电压波形分析电路故障。二、

工作任务

1．分析调试三相半波可控整流电路。2．分析调试三相全控桥式可控整流电路。

三、

相关知识

1．三相半波可控整流电路

（1）三相半波不可控整流电路2025/3/7电力电子与变频技术29（2）三相半波可控整流电路①0°≤α≤30°输出电压平均值Ud波形连续②30°≤α≤150°输出电压平均值Ud波形不连续2025/3/7电力电子与变频技术303）基本的物理量计算①整流输出电压的平均值计算：当0°≤≤30°时，此时电压电流波形连续，通过分析可得到

（1-39）当30°≤≤150°时，此时电压电流波形断续，通过分析可得到（1-40）Id=Ud/Rd（1-42）三相半波可控整流电路在电阻性负载时，控制角的移相范围是0～150°。2025/3/7电力电子与变频技术312．三相桥式全控整流电路（1）电阻性负载

图1-55三相桥式全控整流电路三相全控桥式整流电路

=00时的波形2025/3/7电力电子与变频技术32导通晶闸管及负载电压导通期间ωt1～ωt2ωt2～ωt3ωt3～ωt4ωt4～ωt5ωt5～ωt6ωt6～ωt7导通VTVT6，VT1VT1，VT2VT2，VT3VT3，VT4VT4，VT5VT5，VT6共阴电压u相

u相v相v相w相w相共阳电压v相w相

w相

u相u相v相负载电压线电压uuv线电压uuw线电压uvw线电压uvu线电压uwu线电压uwv3）三相桥式全控整流电路的特点①必须有两个晶闸管同时导通才可能形成供电回路，其中共阴极组和共阳极组各一个，且不能为同一相的器件。②对触发脉冲的要求按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，相位依次差60°，共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差120°，共阳极组VT4、VT6、VT2也依次差120°。同一相的上下两个晶闸管，即VT1与VT4，VT3与VT6，VT5与VT2，脉冲相差180°。2025/3/7电力电子与变频技术3