《电力电子技术》学习指导.doc

电力电子技术学习指导书编写：徐立娟 雷翔霄长沙民政职业技术学院前言电力电子设备的安装与调试是高等职业技术院校电类和机类专业的一门非常重要的专业基础课。但学生在学习本课程的过程中，普遍反映该课程的练习题求解较困难。因此编此学习指导书，以帮助学生牢固掌握基础知识，同时提高分析问题和解决问题的能力。本指导书是与该课程教材配套的，共六个模块，包括调光灯、三相可控整流电源、开关电源、中频感应加热电源、变频器。每模块又由六部分组成：1 本模块学习目标与要求对学生学习本模块所提出的要求，哪些知识要理解或掌握、哪些能分析计算、哪些会正确应用、哪些是一般了解，让学生在学习时能有的放矢。2 主要概念提示及难点释疑概括本模块的主要概念、难点问题的解决、突出重点，便于学生了解和掌握本课题主要内容，帮助学生解释难点。3 学习方法是对学生学习提出的学习意见。4 典型题解析通过对本模块典型立体的分析、计算，给学生以结题的启示，引导和扩展解题的思路，培养和提高学生分析和解决问题的能力。5 自我检测题巩固重点内容，突破疑难问题，加深对基本概念、基本电路的理解，有利于学生从中归纳总结分析和计算的思路、方法以及规律。6 自我检测题答案给出答案，有利学生自学、自练和自查，提高对课程基本内容的掌握程度。编者2008年11月目录模块一 调光灯4模块二 三相整流电源 34模块三 开关电源 51模块四 中频感应加热电源 58模块五 变频器 63模块一 调光灯调光灯在日常生活中的应用非常广泛，本模块通过对调光灯电路相关的知识：晶闸管、双向晶闸管、单相半波可控整流电路、单相交流调压、单结晶体管触发电路等内容的介绍和分析。使学生能够理解电路的工作原理，掌握电路原理图的绘制、电路分析的方法和电路的基本调试技能。一、学习目标与要求1 认识普通晶闸管、双向晶闸管、可关断晶闸管和单结晶体管器件。2 会选用和检测普通晶闸管、双向晶闸管、可关断晶闸管和单结晶体管。3 能分析普通晶闸管、双向晶闸管、可关断晶闸管和单结晶体管的工作原理。4 能分析单相半波整流电路和单结晶体管触发电路的工作原理。5 能了解触发电路与主电路电压同步的基本概念。6 学会调光灯电路的安装与调试技能。7 在小组合作实施项目过程中培养与人合作的精神。二、主要概念提示及难点释疑1晶闸管导通、关断条件1）晶闸管导通条件：阳极加正向电压、门极加适当正向电压。注意：阳极加正向电压是指阳极电位高于阴极电位，阳极电位可以是正也可以是负。门极正向电压是指门极电位高于阴极电位。2）关断条件：流过晶闸管的阳极电流小于维持电流。可以通过降低晶闸管阳极阴极间电压或增大主电路中的电阻。2晶闸管主要参数1）额定电压：用等级表示，选用管子时额定电压常常时实际工作时可能承受的最大电压的23倍。2）额定电流注意：不同于通常电气元件以有效值来定义额定电流，而是以平均值来定义的。选择管子时要用有效值相等原则即流过晶闸管实际电流的有效值等于（小于更好）管子的额定电流有效值。3单相半波可控整流电路工作原理及参数计算1） 几个名词术语和概念控制角：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：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。2）分析工作原理、绘制输出电压ud波形时要抓住晶闸管什么时候导通、什么时候关断这个关键。3）电感性负载时，理解输出负电压的原因。关键是理解电感储存、释放能量的性质。4）参数计算时要根据输出波形，应用电工基础中平均值、有效值的概念来推导计算公式。5）续流二极管的作用：使负载不出现负电压，提高输出电压。4单结晶体管触发电路1）单结晶体管的伏安特性图11 单结晶体管伏安特性（a）单结晶体管实验电路 （b）单结晶体管伏安特性 （c）特性曲线族2）单结晶体管的张驰振荡电路（a） （b）图12 单结晶体管张驰振荡电路电路图和波形图（a）电路图 （b）波形图3）单结晶体管触发电路单结晶体管触发电路如图13所示。由同步电路和脉冲移相与形成两部分组成的。图13 单结晶体管触发电路4双向晶闸管的触发方式双向晶闸管正反两个方向都能导通，门极加正负电压都能触发。主电压与触发电压相互配合，可以得到四种触发方式：1）+触发方式 主极T1为正，T2为负；门极电压G为正，T2为负。2）-触发方式 主极T1为正，T2为负；门极电压G为负，T2为正。3）+触发方式 主极T1为负，T2为正；门极电压G为正，T2为负。4）-触发方式 主极T1为负，T2为正；门极电压G为负，T2为正。5双向晶闸管的参数1）双向晶闸管额定通态电流不同于普通晶闸管的额定通态电流。前者用交流有效值标定，后者用正弦半波平均值标定，选择晶闸管时不能混淆。例如双向晶闸管额定通态电流为100A，若用两个反并联的普通晶闸管代替，按有效相等的原则，得，所以，。因此一个100A的双向晶闸管与两个45A反并联的普通晶闸管等效。2）在选择双向晶闸管的额定通态电流时，要考虑到电动机的启动电流的影响，在交流开关的主电流中串入空心电抗器，可抑制换向电压上网率，降低对双向晶闸管换向能力的要求。6交流调压电路（1）单相交流调压电路电感性负载时，要用宽脉冲触发晶闸管，否则在（负载功率因数角）时，会使一个晶闸管不能导通，负载波形只有半周，出现很大的直流分量，电路不能正常工作。（2）单相交流调压电路电阻性负载时，移相范围是=0180，而电感性负载时，移相范围是=180（3）交流功率调节容量较大时，应采用三相交流调压。三相交流调压电路接线方式及性能特点见教材。（4）交流调压可以采用移相触发也可以采用过零触发来实现。过零触发就是在电压为零附近触发晶闸管导通，在设定的周期内改变晶闸管导通的频率树来实现交流调压或调功率。7单相桥式全控整流电路1）电路使用了四个晶闸管，触发电路需发出在相位上相差180的两组触发脉冲。2）电阻性负载时，在电源电压正负半周内，两组晶闸管VT1、VT4和VT2、VT3轮流导通向负载供电，使得输出电压波形为单相半波电路输出电压波形的两倍。单相全控桥式整流电路带电阻性负载电路参数的计算：输出电压平均值的计算公式：负载电流平均值的计算公式：输出电压的有效值的计算公式：负载电流有效值的计算公式：流过每只晶闸管的电流的平均值的计算公式：流过每只晶闸管的电流的有效值的计算公式：晶闸管可能承受的最大电压为：3）电感性负载时，如电感足够大，输出电压波形出现负值。90时，电流连续，Ud=00.9U2；90时，电流断续，Ud0。4）单相全控桥式整流电路带电感性负载电路参数的计算：输出电压平均值的计算公式：负载电流平均值的计算公式：流过一只晶闸管的电流的平均值和有效值的计算公式：晶闸管可能承受的最大电压为：8单相桥式半控整流电路1）电路是用两只二极管代替了单相桥式全控整流电路种的两只晶闸管，只能用于整流而不能用于逆变。2）大电感负载时存在自然续流和失控现象3）单相全控桥式整流电路带电阻性负载电路参数的计算：输出电压平均值的计算公式：的移相范围是0180。负载电流平均值的计算公式：流过一只晶闸管和整流二极管的电流的平均值和有效值的计算公式：晶闸管可能承受的最大电压为：4）加了续流二极管后，单相全控桥式整流电路带电感性负载电路参数的计算如下：输出电压平均值的计算公式：的移相范围是0180。负载电流平均值的计算公式：流过一只晶闸管和整流二极管的电流的平均值和有效值的计算公式：流过续流二极管的电流的平均值和有效值分别为：晶闸管可能承受的最大电压为：三、学习方法1对比法：双向晶闸管的学习与普通晶闸管对比，找出他们的异同；移相触发与过零触发比较，找出各自优缺点。电阻性负载和电感性负载以及电感性负载接续流二极管的电路对比分析。2波形分析法：波形分析法是整流电路以及触发电路的工作原理分析最有效的方法，读者要学会利用波形分析来分析电路工作原理。3讨论分析法：读者要学习与他人讨论分析问题，并了解其他读者的学习方法和学习收获，提高学习效率。4分析计算法：电路中各电量的计算要通过工作原理分析来推导。5理论联系实际法：将理论波形和实际波形联系起来，对照分析。四、典型题解析例11 晶闸管导通的条件是什么？导通后流过晶闸管的电流由什么决定？晶闸管的关断条件是什么？如何实现？晶闸管导通与阻断时其两端电压各为多少？解：晶闸管导通的条件是：晶闸管阳极和阴极之间加正向阳极电压。门极和阴极之间加适当的正向阳极电压。导通后流过晶闸管的电流由主电路电源电压和负载大小决定。晶闸管的关断条件是：阳极电流小于维持电流。关断晶闸管可以通过降低晶闸管阳极阴极间电压或增大主电路中的电阻。晶闸管导通时两端电压为通态平均电压（管压降），阻断时两端电压由主电路电源电压决定。例12 调试图14所示晶闸管电路，在断开负载Rd测量输出电压Ud是否可调时，发现电压表读数不正常，接上Rd后一切正常，请分析为什么？图14 例12图解：当S断开时，由于电压表内阻很大，即使晶闸管门极加触发信号，此时流过晶闸管阳极电流仍小于擎住电流，晶闸管无法导通，电流表上显示的读数只是管子漏电流形成的电阻与电压表内阻的分压值，所以此读数不准。在S合上以后，Rd介入电路，晶闸管能正常导通，电压表的读数才能正确显示。例13 画出图15所示电路电阻Rd上的电压波形。图15 习题13图解：例14 说明晶闸管型号KP100-8E代表的意义。解：KP100-8E表示额定电流100A、额定电压8级（800V、通态平均电压组别E（0.7UT0.8）普通晶闸管。例15 晶闸管的额定电流和其他电气设备的额定电流有什么不同？解：由于整流设备的输出端所接负载常用平均电流来衡量其性能，所以晶闸管额定电流的标定与其他电器设备不同，采用的是平均电流，而不是有效值，又称为通态平均电流。所谓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。例16 型号为KP1003、维持电流IH3mA的晶闸管，使用在图16所示的三个电路中是否合理？为什么（不考虑电压、电流裕量）？图16 例16图解：（a）图的目的是巩固维持电流和擎住电流概念，擎住电流一般为维持电流的数倍。本题给定晶闸管的维持电流IH3mA，那么擎住电流必然是十几毫安，而图中数据表明，晶闸管即使被触发导通，阳极电流为100V/50K3 mA，远小于擎住电流，晶闸管不可能导通，故不合理。（b）图主要是加强对晶闸管型号的含义及额定电压、额定电流的理解。本图所给的晶闸管额定电压为300A、额定电流100A。图中数据表明，晶闸管可能承受的最大电压为311V，大于管子的额定电压，故不合理。（c）图主要是加强对晶闸管型号的含义及额定电压、额定电流的理解。晶闸管可能通过的最大电流有效值为150A，小于晶闸管的额定电流有效值1.57100157A，晶闸管可能承受的最大电压150V，小于晶闸管的额定电压300V，在不考虑电压、电流裕量的前提下，可以正常工作，故合理。例17 某晶闸管元件测得UDRM840V，URRM=980V，试确定此晶闸管的额定电压是多少？解：根据将UDRM和URRM中的较小值按百位取整后作为该晶闸管的额定值，将两者较小的840V按教材表12取整得800V，该晶闸管的额定电压为8级（800V）。例18 有些晶闸管触发导通后，触发脉冲结束时它又关断是什么原因？解：晶闸管的阳极加正向电压，门极加正向触发脉冲时，晶闸管被触发导通。此后阳极电流逐渐上升到擎住电流后，去掉触发脉冲，则管子继续导通，知道电流升到负载电流后，进入正常工作状态。如果阳极电流还没有升到擎住电流值就去掉门极脉冲，则晶闸管就不能继续导通而关断。例19 某电阻性负载要求024V直流电压，最大负载电流Id30A，如用220V交流直接供电与用变压器降压到60V供电，都采用单相半波整流电路，是否都能满足要求？试比较两种供电方案所选晶闸管的导通角、额定电压、额定电流值以及电源和变压器二次侧的功率因数和对电源的容量的要求有何不同、两种方案哪种更合理（考虑2倍裕量）？解：（1） 采用220V电源直接供电，当=0时Ud00.45U2=99V采用整流变压器降至60V供电，当=0时Ud00.45U2=27V所以只要适当调节角，上述两种方案均满足输出024V直流电压的要求。（2）采用220V电源直流供电，因为，其中在输出最大时，U2220V，Ud24V，则计算得121，T18012159晶闸管承受的最大电压为UTM U2311V考虑2倍裕量，晶闸管额定电压UTn=2UTM=622V流过晶闸管的电流有效值是IT，其中，121，则IT84A考虑2倍裕量，则晶闸管额定电流应为因此，所选晶闸管的额定电压要大于622V，额定电流要大于107A。电源提供的有功功率电源的视在功率电源侧功率因数（3）采用整流变压器降至60V供电，U260V，Ud24V，由计算得39，T18039141晶闸管承受的最大电压为UTM U284.9V考虑2倍裕量，晶闸管额定电压UTn=2UTM=169.8V流过晶闸管的电流有效值是IT考虑2倍裕量，则晶闸管额定电流应为因此，所选晶闸管的额定电压要大于169.8V ，额定电流要大于65.5A。电源提供的有功功率电源的视在功率电源侧功率因数通过以上计算可以看出，增加了变压器后，使整流电路的控制角减小，所选晶闸管的额定电压、额定电流都减小，而且对电源容量的要求减小，功率因数提高。所以，采用整流变压器降压的方案更合理。例110 图17是中小型发电机采用的单相半波晶闸管自激励磁电路，L为励磁电感，发电机满载时相电压为220V，要求励磁电压为40V，励磁绕组内阻为2，电感为0.1H，试求：1)满足励磁要求时，晶闸管的导通角及流过晶闸管与续流二极管的电流平均值和有效值。2）晶闸管与续流二极管可能承受的电压各使多少？3）选择晶闸管与续流二极管的型号。4）如电路原先运行正常，突然发现电机电压很低，经检查，晶闸管触发电路以及熔断器均正常，试问是何原因？图17 习题110图解：1）先求控制角得 101则 T18010179D180+101281由于Ld=2fLd=23.14500.1=31.4，所以为大电感负载，各电量分别计算如下2) 3）选择晶闸管和续流二极管得型号取700V，10A；选择晶闸管型号为KP107。取700V，20A；选择晶闸管型号为ZP207。4）是续流二极管开路造成的。因为发电机励磁线圈为大电感负载，所以输出电压Ud始终为零或电压很低。例111 单相半波整流电路，如门极不加触发脉冲；晶闸管内部短路；晶闸管内部断开，试分析上述3种情况下晶闸管两端电压和负载两端电压波形。解：（1）晶闸管门极不加触发脉冲，即晶闸管呈阻断状态，可视作开路，所以输出电压和晶闸管两端电压波形如图18（a）所示。（2）晶闸管内部短路，显然晶闸管两端电压为零，此时输出电压和晶闸管两端电压波形如图18（b）所示。（3）晶闸管内部开路，输出电压和晶闸管两端电压波形如图18（c）所示。图18 例111波形图例112 单结晶体管触发电路中，削波稳压管两端并接移只大电容，可控整流电路能工作吗？为什么？解：不能工作。因为单结晶体管触发电路得同步使靠稳压管两端得梯形波电压过零实现得，使电容充电得开始时刻与主电路一一对应。如果接上滤波电容，电路就没有过零点，因此电路不能正常工作。例113 单结晶体管张驰振荡电路是根据单结晶体管的什么特性组成工作的？振荡频率的高低与什么因素有关？解：单结晶体管张驰振荡电路是根据单结晶体管的负阻特性组成工作的。根据振荡电路的频率可以看出，频率与充电电阻Re和电容容量C有关。例114 用分压比为0.6的单结晶体管组成振荡电路，若20V，则峰点电压为多少？如果管子的b1脚虚焊，电容两端的电压为多少？如果是b2脚虚焊（b1脚正常），电容两端电压又为多少？解：峰点电压Ubb0.712.7V如果管子的b1脚虚焊，电容两端的电压为20V如果是b2脚虚焊（b1脚正常），电容两端电压0.7V例11 5 在交流调压电路或交流开关中，使用双向晶闸管有什么好处？解：双向晶闸管不论是从结构上，还是从特性上，都可以把它看作是一对反并联晶闸管集成元件。它只有一个门极，可用交流或直流脉冲触发，使之能正、反向导通。在交流调压电路或交流开关中使用双向晶闸管可以简化电路、减小装置体积和质量、节省投资、方便维护。例116 双向晶闸管额定电流的定义和普通晶闸管额定电流的定义有何不同？额定电流为100A的两只普通晶闸管反并联可以用额定电流为多少的双向晶闸管代替？解：双向晶闸管的额定电流用有效值表示，而普通晶闸管的额定电流是用平均值表示的。额定电流100A的普通晶闸管，其通过电流的峰值为100A=314A，则双向晶闸管的额定电流为314/=222A。例117 一台220V/10kW的电炉，采用单相交流调压电路，现使其工作在功率为5kW的电路中，试求电路的控制角、工作电流以及电源侧功率因数。解：电炉是电阻性负载。220V、10kW的电炉其电流有效值应为要求输出功率减半，即值减小1/2，故工作电流应为输出功率减半，即值减小1/2，则=90功率因数cos=00.707例118 图19单相交流调压电路，U2220V，L=5.516mH，R1，试求：1） 控制角的移相范围。2） 负载电流最大有效值。3） 最大输出功率和功率因数。图19 例118图解：1）单相交流调压电感性负载时，控制角的移相范围是所以控制角的移相范围是60。2）因=时，电流为连续状态，此时负载电流最大。3）最大功率 例119 采用双向晶闸管组成的单相调功电路采用过零触发，U2220V，负载电阻R1，在控制的设定周期Tc内，使晶闸管导通0.3s，断开0.2s。试计算：1） 输出电压的有效值。2） 负载上所得得平均功率与假定晶闸管一直导通时输出得功率。3） 选择双向晶闸管得型号。解：负载在全导通时，送出的功率为负载在导通0.3s断开0.2s过零触发下，负载上的电压有效值负载上的功率例120 单相桥式全控整流电路中，若有一只晶闸管因过电流而烧成短路，结果会怎样？若这只晶闸管烧成断路，结果又会怎样？解：若有一晶闸管因为过流而烧成断路，则单相桥式全控整流电路变成单相半波可控整流电路。如果这只晶闸管被烧成短路，会引起其他晶闸管因对电源短路而烧毁，严重时使输入变压器因过流而损坏。例121 单相桥式全控整流电路带大电感负载时，它与单相桥式半控整流电路中的续流二极管的作用是否相同？为什么？解：作用不同。全控整流电路电感性负载时，其输出电压波形出现负值，使输出电压平均值降低，因此，负载两端接上续流二极管后，输出电压波形中不再有负值，可以提高输出平均电压，以满足负载的需要。半控桥电路电感性负载时，由于本身的自然续流作用，即使不接续流二极管，其输出电压波形也不会出现负值。但是一旦触发脉冲丢失，会使晶闸管失控。因此仍要再负载两端街上续流二极管，防止失控。例122 单相桥式全控整流电路，大电感负载，交流侧电流有效值为220V，负载电阻Rd为4，计算当时，直流输出电压平均值、输出电流的平均值；若在负载两端并接续流二极管，其、又是多少？此时流过晶闸管和续流二极管的电流平均值和有效值又是多少？画出上述两种情形下的电压电流波形。解：不接续流二极管时，由于是大电感负载，故接续流二极管时不接续流二极管时波形如图110（a）所示；接续流二极管时波形如图110（b）所示。图110 例122波形图例123单相桥半控整流电路，对直流电动机供电，加有电感量足够大的平波电抗器和续流二极管，变压器二次侧电压220V，若控制角，且此时负载电流，计算晶闸管、整流二极管和续流二极管的电流平均值及有效值，以及变压器的二次侧电流、容量S。解：由于平波电抗器的电感量足够大，所以可视为大电感负载，整流输出电流的波形为以水平直线。当时，晶闸管的平均电流为整流二极管的电流平均值与晶闸管的电流平均值相等晶闸管电流有效值为整流二极管和晶闸管的电流有效值为续流二极管的电流平均值为变压器的二次侧电流为电源容量为例124 图111（a）为具有中点二极管的单相半控桥式整流电路。（1） 绘出时输出电压波形；（2） 推导出输出电压Ud的计算公式；（3） 求出的Ud最大值和最小值。图111 例124图解：（1）设在0期间，VT1、VT2未触发导通，电路在正半周，VD3和VD2导通；输出电压；在期间，由于VT1因触发而导通，VD3承受反压而关断，VD2继续导通，则输出电压。在期间，VT1承受反压而关断，VD3和VD1导通，输出电压；在2期间，VT2因触发而导通，VD1继续导通，VD3因反压而截止，则输出电压。输出电压波形如图111（b）所示。（2）（3）当时，当时，例125 图112（a）所示，晶闸管的为60，试画出晶闸管承受的电压波形，整流管和续流二极管每周期各导电多少度？并计算晶闸管、整流二极管以及续流二极管的电流平均值和有效值。已知电源电压是220V，负载是电感性负载，电阻为5。（a） (b)图112 例125图例126 直流电动机负载单相全控桥整流电路中，串接平波电抗器的意义是什么?解：由单相全控桥整流电路输出的电压波形是脉动的缺角正弦波，当增大时，输出电压、电流脉冲加剧，电流的交流分量增大。对直流电动机来说，过大的交流分量将导致电动机的换向恶化、铁损增加，使电动机过热。又因为电流使脉动的。例127 可关断晶闸管GTO有哪些主要参数？其中哪些参数与普通晶闸管相同？哪些不同？解：可关断晶闸管GTO的主要参数有：断态重复峰值电压、断态不娼妇峰值电压、反向重复峰值电压和反向不重复峰值电压、开通时间、关断时间等，这些参数定义与普通晶闸管相同。与普通晶闸管不同的是：（1）最大可关断阳极电流IATO。也是标称GTO额定电流的参数。与普通晶闸管的额定电流不同。（2）电流关断增益。定义为（3）维持电流与擎住电流。GTO的维持电流和擎住电流的含义和普通晶闸管的含义基本相同。但是，由于GTO的多元集成结构，使得每个GTO远的维持电流和擎住电流不可能完全相同。因此把阳极电流减小到开始出现某些GTO元不能再维持导通时的值称为整个GTO的维持电流；而规定所有GTO元都达到其擎住电流的阳极电流为GTO的擎住电流。例128 哪些因素影响GTO的导通和关断？解：影响GTO导通的主要因素有：阳极电压、阳极电流、温度和开通控制信号的波形。影响GTO关断的主要因素有：被关断的阳极电流、负载性质、温度、工作频率、缓冲电路和关断控制信号波形等五、自我检测题1填空题1）晶闸管对触发脉冲的要求是 、 和 。2）单结晶体管产生的触发脉冲是 脉冲；主要用于驱动功率的晶闸管；3）普通晶闸管的图形符号是 ，三个电极分别是 ， 和 4）晶闸管的导通条件是 ；关断条件是 .。5）从晶闸管开始承受正向电压起到晶闸管导通之间的电角度称为 角，用 表示。6）型号为KP100-8的元件表示 管、它的额定电压为 伏、额定电流为 安。7）给晶闸管阳极加上一定的 电压；在门极加上 电压，并形成足够的 电流，晶闸管才能导通。8）由波形系数可知，晶闸管在额定情况下的有效值电流为ITn等于 倍IT（AV），如果IT（AV）=100安培，则它允许的有效电流为 安培。通常在选择晶闸管时还要留出 倍的裕量。9）晶闸管的维持电流IH是指在 温度条件下，门极断开时，晶闸管从较大通态电流下降到刚好能保持导通所必须的最小 电流。10）型号为KS100-8的元件表示 晶闸管、它的额定电压为 伏、额定有效电流为 安。11）双向晶闸管的触发方式有： I+ 触发：第一阳极T1接 电压，第二阳极T2接 电压；门极G 接 电压，T2接 电压。I- 触发：第一阳极T1接 电压，第二阳极T2接 电压；门极G接 电压，T2接 电压。 +触发：第一阳极T1接 电压，第二阳极T2接 电压,门极G接 电压，T2接 电压。-触发：第一阳极T1接 电压，第二阳极T2接 电压；门极G接 电压，T2接 电压。12）在单相交流调压电路中，负载为电阻性时移相范围是 ，负载是阻感性时移相范围是 。13）双向晶闸管的图形符号是 ，三个电极分别是 ， 和 ；14）交流零触发开关电路是利用在电源电压 方式来控制晶闸管导通与关断的。2判断题1）给晶闸管加上正向阳极电压它就会导通。 （ ）2）普通晶闸管额定电流的定义，与其他电气元件一样，是用有效值来定义的 。 （ ）3）用稳压管削波的梯形波给单结晶体管自激振荡电路供电，目的是为了使触发脉冲与晶闸管主电路实现同步。 （ ）4）在单相半波整流电路中，晶闸管的额定电压应取U2。 （ ）5）KP25表示的是额定电压200V，额定电流500A的普通型晶闸管。 （ ）6）在单结晶体管触发电路中，稳压管削波的作用是为了扩大脉冲移相范围。（ ）7）双向晶闸管与普通晶闸管一样，额定电流也用通态电流平均值表示 （ ）8）双向晶闸管的结构与普通晶闸管一样，也是由四层半导体（P1N1P2N2）材料构成的。（ ）9）双向晶闸管的额定电流的定义与普通晶闸管不一样，双向晶闸管的额定电流是用电流有效值来表示的。 （ ）10）双向晶闸管的结构与普通晶闸管不一样，它是由五层半导体材料构成的。（ ）3选择题1）单相半控桥整流电路的两只晶闸管的触发脉冲依次应相差 度。A、180， B、60， c、360， D、1202）单相半波可控整流电阻性负载电路中，控制角的最大移相范围是 。A、90 B、120 C、150 D、1803）某型号为KP100-10的普通晶闸管工作在单相半波可控整流电路中，晶闸管能通过的电流有效值为 。A、100A B、157A C、10A D、15.7A4）单相半波可控整流电路，晶闸管两端承受的最大电压为 。A、U2 B、2 U2 C、 D、5）单结晶体管触发电路输出的触发信号是 。 A、 B、 C、D、4问答题 1）单结晶体管的特性曲线可以分为哪几段？如果用一个二极管和两个电阻接成如下方式，请按对单结晶体管特性曲线进行研究的相同做法，设计试验电路，并作出它的Ie-Ue特性曲线。2）由下面单结晶体管的触发电路图画出各点波形。3）晶闸管触发的触发脉冲要满足哪几项基本要求？4）单相半波可控整流电路，如（1）晶闸管内部短路，（2）晶闸管内部开路，在下面的坐标中画出其直流输出电压Ud和晶闸管两端电压UT的波形。 5）画出单结晶体管自激震荡电路的电路图，并画出电容两端电压与输出电压波形。6）交流调压电路中，晶闸管常用哪些方式控制？7）单相交流调压电路中，对于电阻-电感负载，为什么晶闸管的触发脉冲要用宽脉冲或脉冲列？8）双向晶闸管有哪几种触发方式？用的最多的有哪两种？9）在交流调压电路中，采用相位控制和通断控制各有何优缺点？为什么通断控制适用于大惯性负载？10）单相交流调压电路，负载阻抗角为30，问控制角的有效移相范围有多大？4计算题1）在图1-13示交流调压电路中，已知U2220V负载电阻RL10，当触发角90时，计算RL吸收的交流电功率是多少？并画出RL上的电压波形图。导通区用阴影线表示。图1-13 2）一台工业炉原由额定电压为单相交流220供电，额定功率为10千瓦。现改用双向晶闸管组成的单相交流调压电源供电，如果正常工作时负载只需要5千瓦。试问双向晶闸管的触发角应为多少度？试求此时的电流有效值，以及电源侧的功率因数值。5分析题1）画出图1-14所示整流电路在控制角时的波形图，并说出该电路的移相范围是多大？如果该电路的相电压为220V，则输出最大直流电压和最小直流电压分别为多少。图1-142）单相半波可控整流电路，大电感负载接续流二极管，已知U2220V，R10，要求输出整流电压平均值为030V连续可调，试求控制角的范围，选择晶闸管额定电压和额定电流。3）图1-15为采用双向晶闸管的单相电源漏电检测原理图，试分析其工作原理。图1-154）图1-16为一单相交流调压电路，试分析当开关Q置于位置1、2、3时，电路的工作情况并画出开关置于不同位置时，负载上得到的电压波形。图1-165）已知自耦变压器基本绕组为1-0，调整绕组1-3与1-2之间的匝数是1-0的10。试分析图1-17示两组反并联晶闸管组成的电路，是如何实现在输入电压波动时，使输出电压0保持稳定？图1-17六、自我检测题答案1填空题1）要有足够的驱动功率、触发脉冲前沿要陡幅值要高、触发脉冲要与晶闸管阳极电压同步。2）尖脉冲、小3） 阳极A、阴极K、门极G；4）阳极和阴极加正向电压，门极接正向电压形成了足够门极电流时晶闸管导通；当晶闸管阳极电流小于维持电流IH时，导通的晶闸管关断。 5）控制角、。6）普通晶闸管、800V、100A7）正向，正向门极，门极触发8）1.57；157；1.529）温40度以下；阳极10）双向晶闸管、800V、 100A。11）I+ 触发：正，负；G正，负。I- 触发：正，负；负，正。 +触发： 负，正；正，负。-触发：负，正；负，正。12）， ，13）第一阳极T1，第二阳极T2，门极G14）过零触发2判断题1） 2） 3） 4） 5） 6） 7）8）9）10）3选择题1）A 2）D 3）B 4）C 5）A4问答题1）单结晶体管特性曲线可分为：截止区、负阻区、饱和导通区。2）3）A:触发信号应有足够的功率。B：触发脉冲应有一定的宽度，脉冲前沿尽可能陡，使元件在触发导通后，阳极电流能迅速上升超过掣住电流而维持导通。C：触发脉冲必须与晶闸管的阳极电压同步，脉冲移相范围必须满足电路要求。4）5）6）交流调压电路中的晶闸管常用两种方式控制：（1）相位控制。在电源电压的每一周期，在选定的时刻将负载与电源接通，改变选定时刻即可达到调压的目的。（2）通断控制。将晶闸管作为开关，使负载与电源接若干周波，然后再断开一定的周波，通过改变通断的时间比达到调压的目的。7）见教材。8）I+ 触发： T1接正电压， T2接负；门极G接正，T2接负。I- 触发： T1接正，T2接负；门极G为负，T2 接正。+ 触发T1接负，T2接正，门极G接正，T2接负。- 触发T1接负， T2接正；门极G接负，T2接正。9）通断控制采用了“零”触发的控制方式，几乎不产生谐波污染，但由于在导通周期内电动机承受的电压额定电压，而在间歇周期内电动机承受的电压为零，故加在电动机上的电压变化剧烈，致使转矩较大，特别是在低速时，影响尤为严重。脉动相位控制输出电压较为精确，调速精度较高、快速性好，低速时转速脉动较小。但由于相位控制的导通波形只是工频正弦波一周期的一部分，会产生成分复杂的谐波，对电网造成谐波污染。10）301804计算题1）2.4KW2）1、/2； 32.1A； 0.7075分析题1）当触发角为0度时输出电压平均值最大。 当触发角=150时输出电压平均值最小。2）控制角范围是113 180 。额定电压622V（2倍裕量）、额定电流1.23A（1.5倍裕量）。3）三相插座漏电，双向晶闸管以I+或III-的方式触发导通，继电器线圈得电，J1,4常开触头闭合，常闭触头断开，切断插座电源；同时J1,2常开触头闭合，常闭触头断开，晶闸管门极接通电源；双向晶闸管导通使指示灯亮，提示插座漏电。正常工作时，双向晶闸管门极无触发信号，不导通，继电器线圈不得电，三相插座带电，指示灯不亮，提示正常工作。4）Q置于位置1：双向晶闸管得不到触发信号，不能导通，负载上无电压Q置于位置2：正半周，双向晶闸管+触发方式导通。负半周，由于二极管VD反偏，双向晶闸管得不到触发信号，不能导通，负载上得到半波整流电压。Q置于位置3：正半周，双向晶闸管+触发方式导通。负半周，双向晶闸管-触发方式导通，负载上得到近似单相交流电压。5）通过对电压检测，实施对两组反并联晶闸管门极予以控制。例如：输入电压高于10%时，让VT1、VT2这组反并联的晶闸管的触发脉冲移到180，使它不输出电压，而让VT3、VT4这组反并联晶闸管的触发脉冲移到0，使他们分别在正负半周全导通时输出电压降低；当输入电压低于额定值10%时，让VT1、VT2这组反并联晶闸管的触发脉冲移到0，使他们分别在正负半周全导通。让VT3、VT4反并联晶闸管的触发脉冲移到180使他们截止，从而使输出电压提高10%，达到稳定输出电压的目的。模块二 三相可控整流电源可控整流电源是一种把交流电压变换成固定或可调直流电压的装置。其工作原理是将交流电源经过由晶闸管组成的整流电路，通过移相触发改变可控硅导通角大小的方式控制输出的直流电的大小。广泛应用于冶金、化工、电解、电镀、矿山、直流电动机调压调速等大功率工业控制领域。一、学习目标与要求1能分析锯齿波触发电路、集成触发电路和数字触发电路的工作原理。2能分析三相可控整流电路的工作原理并熟悉输出电压和晶闸管两端电压波形。3能根据整流电路形式及元件参数进行输出电压、电流等参数的计算和元器件选择。4熟悉可控整流电源的保护方法。5了解同步的概念及实现同步的方法。6熟悉有源逆变的工作原理和典型的有源逆变电路。7在项目实施过程中，培养团队合作精神、强化安全意识和职业行为规范。8熟悉电力电子电路的分析方法。9初步具备电力电子装置的安装与调试能力、成本核算方法。二、主要概念提示及难点释疑1学习三相整流电路时应注意的几点（1）=0的地方自然换相点为相邻相电压（或线电压）的交点。它距相电压波形的原点30，距对应线电压原点60。（2）=0时，相当于二极管电路不可控整流情况，单相整流电路输出电压波形为正弦电压正半周波形，三相半波整流电路输出电压波形为三相相电压的正向包络线，而三相桥式整流电路输出电压波形是三相相电压的正负包络线，即六个线电压的正向包络线。2负载性质不同的三相半波可控整流电路的特点（1）电阻性负载（移相范围=0150）030时，一个周期内，三个晶闸管轮流导电，每个晶闸管导通角120，电流连续。输出电压平均值。晶闸管两端电压波形由3段组成：第1段，VT1导通期间，为一管压降，可近似为uT1=0 第2段，在VT1关断后，VT2导通期间，uT1=uu-uv=uuv，为一段线电压 第3段，在VT3导通期间，uT1=uu-uw=uuw为另一段线电压， 如果增大控制角,将脉冲后移,整流电路的工作情况相应地发生变化。30150时，每个晶闸管的导通角为150-，电流断续。输出电压平均值。此时，在三个晶闸管全部都关断期间，晶闸管承受该相的相电压，每个周期内由六断组成。晶闸管承受的反向最大电压为线电压峰值，正向电压为相电压峰值。I、I2和IT三者的关系为（2）电感性负载（移相范围=090）电感足够大，使电流波形连续且近似为一水平线，每个晶闸管轮流导通120，输出电压平均值。各电流有效值关系为I=Id、。当3090时，输出电压波形出现负值，因而常加续流二极管，以提高输出电压平均值。此时输出电压波形和电阻性负载一样，晶闸管的导通角为150-，续流二极管每个周期内导通三次，导通角为3-90。（3）共阳极接法的三相半波电路该电路的自然换相点为相电压负半周相邻两相电压的交点。换相总是由一相换到阴极电位更负的一相上去。电流连续时，输出电压平均值为Ud-1.17U2 cos3学习三相桥式全控整流电路应注意的问题（1）按三相U、V、W的顺序，共阴极连接的三个晶闸管编号为VT1、VT3、VT5，共阳极连接的三个晶闸管编号为VT4、VT6、VT2。如此编号目的是为了分析问题方便。（2）在任何时刻都必须有两个晶闸管（分别属于共阴极组和共阳极组）同时导通，构成电流通路，才有电压输出。因此为保证整流电路能启动运行或在电流断续后能再次导通，触发脉冲的宽度应大于60而小于120或用双窄脉冲，以使两个晶闸管同时得到触发而导通。（3）每隔60有一个晶闸管换流，共阴极组和共阳极组轮流进行，但只在本连接组内换流。每个周期内，六个晶闸管导通的顺序为VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6，触发脉冲也必须按此顺序做响应安排，各脉冲依次相隔60。电流连续时，每个晶闸管导通120。（4）输出电压波形为六个线电压的组合。（5）=60是电阻性负载电流连续与断续的分界点。电感性负载时。60时，输出电压波形中出现负值。（6）I、I2和IT三者的关系为4锯齿波同步触发电路（1）锯齿波同步触发电路中，如何设置偏移电压Ub？设置偏移电压的目的是当触发电路的