《电力电子技术》PPT课件

1、第19章电力电子技术，19.1电力电子器件，20.2可控整流电路，19.3逆变电路，19.4交流调压电路，19.5 DC斩波电路，以及本章的要求，1。了解晶闸管的基本结构、工作原理、特性和主要参数。2.了解可控整流电路的工作原理，掌握平均电压与控制角的关系。3.了解单结晶体管及其触发电路的工作原理。第19章电力电子技术，19.1.1电力电子设备的分类，19.1电力电子设备。根据开关特性的不同，电力电子器件可分为以下三类：(1)非受控器件：这些器件没有可控的开关功能，如整流二极管。(2)半控装置：这种装置只能控制其导通，不能控制其关断，如普通晶闸管。(3)全控装置：该装置可控制其导通和关断，如关

2、断晶闸管、功率晶体管和功率场效应晶体管。晶闸管是在晶体管基础上发展起来的高效半导体器件。它的出现使半导体器件从弱电场扩展到强电场。晶闸管也像半导体二极管一样具有单向导电性，但其导通时间是可控的，主要用于整流、逆变、电压调节和开关。体积小、重量轻、效率高、动作快、维护简单、操作方便、使用寿命长、容量大(正向平均电流达千安培，正向耐受电压达千伏)。19.1.2晶闸管，1。基本结构：晶闸管是一个四层结构，有三个PN结，其形状、结构和符号如图所示。(c)结构，(a)晶闸管的形状、形状、结构和符号、晶闸管相当于PNP和NPN晶体管的组合、2工作原理，a、两个三极管都在很短的时间内饱和并导通，这个过程称为

3、触发导通。形成正反馈过程，在晶闸管导通后，EG被移除，并且通过正反馈仍然可以保持导通状态。工作原理，g，ea 0，EG 0，K，晶闸管导通条件：1。晶闸管阳极电路(阳极和阴极之间)施加直流电压。2.晶闸管控制电路(在控制电极和阴极之间)增加了直流电压或正向脉冲(正向触发电压)。晶闸管接通后，控制极将失去其功能。依靠正反馈，晶闸管仍能保持导通状态。晶闸管关断的条件：1 .晶闸管的阳极电流必须减小，直到正反馈效应不能保持。2.断开阳极电源或在晶闸管的阳极和阴极之间施加反向电压。正向特性、反向特性、IG2、IG1、IG0、正向转向电压、反向转向电压、正向平均电流、保持电流、3。伏安特性，4。主要参数

4、，UFRM:正向重复峰值电压(晶闸管耐受电压值)。当晶闸管控制电极打开并正向阻断时，允许向晶闸管重复添加。一般情况下，UFRM=80% UB0。普通晶闸管的UFRM为100V 3000V、中频正弦半波电流的最大值为im，普通晶闸管的中频为1A 1000A。导通状态平均电压(管电压降)在规定的条件下，晶闸管阳极和阴极之间通过正弦半波平均电流时的平均电压。一般约1V。IH:在规定的环境中保持电流，当控制极打开时，晶闸管保持导通状态所需的最小电流。一般来说，IH超过1100毫安。UG，IG:当阳极电压在室温下为6V DC时，完全接通晶闸管所需的控制电极的最小DC电压和电流。一般来说，UG是1到5V，

5、IG是几十到几百毫安。晶闸管模型及其含义，导通时的平均电压组有九个等级，即0.41.2V(带字母AI)、额定电压和额定正向平均电流(IF)，较小的UFRM或URRM为数百或数千位数。例如，KP5-7表示额定正向平均电流为5A，额定电压为700伏.，UA2UA1，负脉冲被施加到相对于A2的控制电极，晶闸管反向导通，并且电流从A2流向A1。交流调压电路，双向二极管。它可以通过在两端施加一定值的正电压或负电压来接通。双向二极管，19.2.1可控整流电路，1。单相半波可控整流器阻性负载，(1)电路，当u 0:如果ug=0，晶闸管不导通，当u 0，晶闸管在反向电压下不导通，uo=0，uT=u，所以称为可

6、控整流器。触发信号施加到控制极，晶闸管由直流电压导通。(2)工作原理，当t1、u 0、晶闸管由反向电压导通时，即当晶闸管反向闭锁时，施加触发信号，晶闸管由直流电压导通，当u 0、O、电压和电流波形、动画、单相半波可控整流电路的控制角接通电阻负载时，t1、(3)工作波形、(4)整流输出电压和电流的平均值，由改变控制角可以改变输出电压Uo的公式可知。感性负载和续流二极管(1)电路当电压u过零时，由于感性反电动势的存在，晶闸管保持导通一段时间，并失去其单向导通。在电感负载中，当晶闸管刚刚被触发导通时，电感元件上将产生感应电势(如图所示的极性)，并且电流将从零开始逐渐上升而不是跳跃(见波形)。O，t1

7、，t2，2，2)工作波形(无续流二极管)，当u 0: d反向关断时，不影响整流电路的运行。3。感性负载(带续流二极管)，(1)电路，(3)工作波形(带续流二极管)，iL，2，2。单相半控桥式整流电路，电路，(1)工作原理，T1和D2承受直流电压。当触发电压施加到T1的控制极时，T1和D2导通，电流路径为、(a)当电压U为正半周时，此时T2和D1均承受反向电压并关断。T2和D1承受直流电压。当触发电压施加到控制电极时，T2、T2和D1导通，电流路径为(B)，当电压U为负半周时，此时，T1和D2都承受反向电压并关断。3。工作波形，2。动画，4。输出电压和电流的平均值，两种常用的可控整流电路，电路特

8、性，这种电路只使用一个晶闸管，并且其上没有反向电压。晶闸管和负载上的电流是相同的。(1)，电路特性，1。当电路连接到感性负载时，D1和D2将充当续流二极管。(2)，20.2.3三相半波可控整流电路，动画，2。因为T1的阳极与T2的阴极相连，所以必须向两个控制极添加独立的触发信号。三相桥式半控整流电路2。工作原理1。电路，动画19.2.2晶闸管保护。晶闸管承受过电压和过电流的能力差，这是它的主要缺点。晶闸管的热容量很小。一旦发生过电流，温度会急剧上升，这可能会烧坏PN结，导致元件内部短路或开路。例如，100A晶闸管的过电流为400A时，只允许持续0.02秒，否则会因过热而损坏；晶闸管承受过电压的

9、能力极差，当电压超过其反向击穿电压时，即使时间很短，也容易损坏。如果直流电压超过了转折点电压，晶闸管就会产生误导，并且导通后的电流会更大，从而损坏器件。晶闸管过流保护(1)快速熔断器保护，在电路中增加快速熔断器。当电路出现过流故障时，可以在晶闸管过热损坏前熔断，切断电流通路，保证晶闸管的安全。与晶体栅管串联，连接在输入端和输出端。有三种快速保险丝接入模式，如下图所示。(2)过流保护和(3)过流切断保护，过流继电器连接到输出端(DC侧)或输入端(交流侧)。当电路出现过流故障时，继电器会自动切断电路。交流侧设置电流检测电路，触发电路，硒堆保护(硒整流器)，晶闸管元件的阻容保护，19.2.3单结晶体

10、管触发电路，1。单结晶体管的结构和工作原理(1)结构，PN结，N型硅片，(2)原理图，单结晶体管结构示意图及其符号，(3)工作原理，当UE UBB UD=UP时，PN结正向导通，IE迅速增加。分压比(0.5-0.9)、和测量单结晶体管的实验电路可以从图中得到。(3)单结晶体管的伏安特性，伏安特性和负阻区：在耗尽型耗尽型耗尽型耗尽型耗尽型耗尽型耗尽型耗尽型耗尽型耗尽型耗尽型耗尽型耗尽型耗尽型耗尽型耗尽型耗尽型耗尽型耗尽型耗尽型耗尽型耗尽型耗尽型耗尽型耗尽型耗尽型耗尽型耗尽型耗尽型耗尽型耗尽型耗尽型耗尽型耗尽型耗尽型耗尽型耗尽型耗尽型耗尽型耗尽型耗尽型耗尽型耗尽型耗尽，1。当用户设备启动时，单根管

11、道被切断；单结管在用户设备启动时打开，在用户设备处于紫外线状态时关闭。2.单结晶体管的峰值电压UP与外部固定电压UBB和分压比有关。如果外部电压UBB或分压比不同，峰值电压UP也会不同。不同单结晶体管的谷点电压和谷点电流是不同的。谷点电压约为2 5V。具有稍大或稍小的紫外辐射的单结晶体管通常用于增加输出脉冲幅度和相移范围。单结晶体管触发电路(1)振荡电路，利用单结晶体管的负阻特性和RC电路的充放电特性形成频率可调的振荡电路的单结晶体管弛豫振荡电路。(2)振荡过程分析，上电前让uC=0。打开电源u，通过电阻R给电容c充电.电容器电压uC逐渐升高。当uC UP时，单结导通，电容器c放电，在R1上获

12、得脉冲电压。当电容放电至uC Uv时，单结管再次关断，变为ug0。(a)、(b)、注意：R值不能选得太小，否则单结管不能关断，电路不能振荡。(c)电压波形、3。由单结晶体管触发的半控桥式整流电路，(1)电路，2。工作原理：(1)整流器削波、削波、整流，(2)触发电路，(t、(3)输出电压UL、0、0。目的：保证主电路和触发电路的电源电压同时过零(即同步)，使电容器在每半个周期从零开始充电，从而保证每半个周期的第一个触发脉冲出现在同一时间(即同一角度)，从而保持平均输出电压不变。2.在触发电路中，为什么要在整流后增加稳压器？调压器的作用是将整流后的电压变成梯形(即削波)，使单结两端的电压稳定在调压器的调节值，从而保证单结产生的脉冲幅度和每半个周期产生第一个脉冲的时间不受交流电源电压变化的影响。在一系列触发脉冲中，为什么只有第一个起作用？如何改变控制角度？根据晶闸管的特性，一旦被触发导通，即使触发信号消失，当阳极电压足够大时，它仍能保持导通状态。因此，在每个半周期中只有第一个触发脉冲有效。改变充电时间常数可以改变控制角度。控制角度变化的范围称为相移范围。4。电压调节，单结晶体管触发电路，输出脉冲可以直接从电阻R1引出(如上图所示)，或者通过脉冲变压器输出。由于晶闸管控制电极和阴极之间允许的反向电压非常小，为了防止反向击穿，二极管D1串联在脉冲变压器的次级侧以分离反向电压，