维修电工(高级)第二章.ppt

电力电子技术基础 第二章 第二章电力电子技术基础 培训学习目标 熟悉电力晶体管 门极关断晶闸管熟悉电力晶体管 门极关断晶闸管和功率场效应晶体管的主要特点 熟悉三相半波可控整流电路的组成 工作原理和波形分析 掌握正弦波触发电路的组成及控制方式 熟悉三相桥式可控整流电路的组成 工作原理和波形分析 掌握三相全控桥式整流主电路与锯齿波同步触发电路的安装与调试 掌握逆变电路的基本原理和典型应用 第二章电力电子技术基础 第三节逆变电路66一 有源逆变电路66二 无源逆变电路69三 中高频电源71复习思考题 第一节电力电子器件一 功率晶体管 GTR 二 门极关断 GTO 晶闸管三 功率场效应晶体管 MOSFET 第二节晶闸管整流电路一 三相半波可控整流电路二 三相桥式整流电路 目录 第一节电力电子器件 一 功率晶体管 GTR 1 GTR的结构 图2 1 2 GTR的主要参数 1 开路阻断电压UCEO 2 集电极最大持续电流ICM 3 电流增益hFE 4 开通时间ton 5 关断时间toff 第一节电力电子器件 二 门极关断 GTO 晶闸管 1 GTO的门极伏安特性 图2 3 2 GTO的主要参数 1 电流关断增益Goff 2 最大可关断阳极电流IATO 3 GTO的优点 1 用门极负脉冲电流关断方式代替主电路换流 关断所需能量小 2 门极关断晶闸管只需提供足够幅度 宽度的门极关断信号就能保证可靠的关断 3 有较高的开关速度 可关断晶闸管的工作频率可达35kHz 第一节电力电子器件 三 功率场效应晶体管 MOSFET MOSFET是一种单极型的电压控制器件 具有驱动功率小 工作速度高 无二次击穿问题 安全工作区域宽等显著特点 1 功率MOSFET的基本工作原理 在栅极电压为零 UGS 0 时 即使在漏极和源极 简称漏源 DS 之间施加电压也不会造成P区内载流子的移动 也就是说 此时MOSFET处于关断状态 但是 在保持漏源 DS 间施加正向电压的前提下 如果在栅极G上施加正向电压 UGS 0 就有漏极电流ID 则MOSFET开始导通 若在栅极上加反向电压 UGS 0 则没有电流ID流过 器件处于关断状态 图2 4 第一节电力电子器件 三 功率场效应晶体管 MOSFET 2 MOSFET的主要参数 1 通态电阻Ron 2 漏源击穿电压BUDS 3 栅源击穿电压BUGS 4 开启电压UGST 5 最大漏极电流IDM 6 开通时间ton和关断时间toff 第二节晶闸管整流电路 一 三相半波可控整流电路 1 电路接线方法 图2 5 2 电阻性负载时测试波形 1 电阻性负载两端的电压波形 2 晶闸管两端的电压波形 图2 6 第二节晶闸管整流电路 一 三相半波可控整流电路 2 电阻性负载时测试波形 1 VT1在 t1 t2期间A U 相导通 uVT1仅是管压降 与横轴重合 2 t2 t3期间B V 相导通 经VT2加到VT1的阴极 VT1承受反向电压而关断 承受的电压为线电压UAB 3 t3 t4期间C W 相导通 经VT3加到VT1的阴极 VT1承受反向电压而关断 承受的电压为线电压UAC 4 负载Rd上的电压ud由三相电源轮换供给 其波形是三相电源波形的正向包络线 5 t1 t2 称为自然换流点 距相电压波形原点30 触发延迟角 是以对应的自然换流点为起始点 往右计算 6 对于电阻性负载 负载上的电压波形与电流波形相同 第二节晶闸管整流电路 一 三相半波可控整流电路 3 大电感负载时测试波形 图2 9三相半波可控整流电路 电感性负载 1 30 时 电感性负载时电压 电流的波形分析和参数计算与电阻性负载的相同 2 30 时 电压 电流的波形 3 大电感负载时 移相范围为90 4 晶闸管两端的电压波形 5 当电路加接续流二极管时 ud的波形如同电阻性负载 id的波形如同大电感负载 第二节晶闸管整流电路 一 三相半波可控整流电路 4 正弦波触发电路 1 电路组成正弦波触发电路 2 同步电压信号 图2 12 图2 12 第二节晶闸管整流电路 一 三相半波可控整流电路 4 正弦波触发电路 3 控制脉冲电压信号1 控制电压Uc的引入是为了触发脉冲与相对应的晶闸管阴极作相位移 即改变Uc的大小和极性 使移相角 在0 180 范围变化 2 不同负载以及主电路电压与同步电压相位不同 其触发脉冲初始位置也不同 电路引入偏移直流固定电压Ub 一旦Ub确定后 通过改变控制电压Uc来实现移相角 的变化 3 调整晶体管VT2和VT3构成单稳态电路 从而获得前沿陡 宽度可调的方波脉冲 4 抗干扰措施 电容C2起本级微分负反馈作用 可提高抗干扰能力 VD6可防止由于稳压电源电压沿减小方向波动时 原来已充电的电容C3经R4 电源TP R2和晶体管VT2的发射极 基极放电 而引起该管截止 造成误输出触发脉冲 VD1与VD4是对VT1与VT2基极所输入的反压限幅 以免VT1与VT2损坏 第二节晶闸管整流电路 二 三相桥式整流电路 1 三相桥式主电路的结构组成 图2 14 1 晶闸管导通要求及顺序1 三相全控桥式整流电路在任何时刻都必须有两个晶闸管导通 才能形成导电回路 其中一个晶闸管是共阴极的 另一个是共阳极的 2 在三相全控桥式整流电路中 晶闸管导通顺序是 VT6 VT1 VT1 VT2 VT2 VT3 VT3 VT4 VT4 VT5 VT5 VT6 VT6 VT1 2 相位差在三相全控桥式整流电路中 共阴极晶闸管VT1 VT3 VT5的触发脉冲之间的相位差应为120 2 电路工作原理及特点 第二节晶闸管整流电路 二 三相桥式整流电路 2 电路工作原理及特点 3 宽脉冲与双窄脉冲可采取两种办法 一种是宽脉冲触发 每个脉冲的宽度大于60 必须小于120 一般取80 100 另一种是双脉冲触发 在触发某一编号晶闸管时 同时给前一编号晶闸管补发一个脉冲 使共阴极与共阳极的两个应导通的晶闸管上都有触发脉冲 相当于用两个窄脉冲等效地代替大于60 的宽脉冲 4 整流输出波形与晶闸管承受电压1 0 时 三相桥式全控整流电路的波形 2 晶闸管承受的电压波形 3 当 变化时 对于电感性负载 晶闸管所承受的正向电压与sin 成正比 4 60 时的波形 5 90 时 电感性负载 输出电压波形 6 对电阻性负载 当 60 时 电压波形连续 电流也连续 第二节晶闸管整流电路 二 三相桥式整流电路 3 锯齿波触发电路 锯齿波触发电路由四个基本环节 即同步电压 锯齿波 的产生与移相环节 脉冲形成与放大环节 强触发与输出环节和双窄脉冲产生环节组成 图2 21 第二节晶闸管整流电路 二 三相桥式整流电路 4 安装接线与调试 图2 23三相全控桥式整流电路a 锯齿波同步触发电路b 主电路 图2 23 第二节晶闸管整流电路 二 三相桥式整流电路 4 安装接线与调试 1 用双踪示波器检查各要点的波形1 同时观察 与 点的波形 进一步加深对C1和R1作用的理解 2 同时观察 与 点的波形 知道锯齿波的底宽决定于线路中何种元器件的哪些参数 3 观察 到 点及脉冲变压器的输出电压uG的波形 记录各波形的幅度与宽度 知道uG的幅度和宽度与线路中哪些参数有关 第二节晶闸管整流电路 二 三相桥式整流电路 4 安装接线与调试 2 电阻负载1 线路接线 2 测定交流电源相序 3 确定主变压器与同步变压器的极性 并将它们接成 Y 4 调整电位器RP3 用双踪示波器依次测量相邻的两个触发器的锯齿波电压波形间隔应为60 斜率要求基本一致 5 观察各触发器的输出触发脉冲 如果X Y端不连接 输出触发脉冲为单窄脉冲 X Y端连接后 输出触发脉冲为双窄脉冲 6 调节Ub 正常后 调节RP2电位器 使Uc 0时 初始脉冲应对 120 处 7 检查确认电路无误后 合上Q2 调节Uc电位器 观察 从120 0 变化时ud波形 画出 0 30 60 90 时ud uVT1波形 记录uVT1波形 8 去掉与晶闸管VT1相串联的熔断器 观察并记录ud uVT1的波形 9 人为改变电源相序 观察 90 时ud的波形 分析原因 恢复电源相序 对调主变压器二次侧相位 观察ud波形是否正常 第二节晶闸管整流电路 二 三相桥式整流电路 4 安装接线与调试 3 电阻电感负载1 断开Q2换上电阻电感负载 然后将RP1电位器调到Uc 0 调节电位器RP2 使触发脉冲初始位置在 90 处 2 改变Uc大小 观察并记录 30 60 90 及ud id uVT1等波形 3 改变Rd的数值 观察id波形脉动情况及 90 时ud波形 第三节逆变电路 一 有源逆变电路 1 有源逆变电路的工作原理 1 整流工作状态 0 90 2 有源逆变工作状态 90 180 图2 26 第三节逆变电路 一 有源逆变电路 2 实现有源逆变的条件 1 要有一个提供逆变能量的直流电源 2 要有一个能反馈直流电能至交流电网的全控电路 触发延迟角应大于90 3 应选取适当的L值 3 逆变失败的原因及措施 逆变失败的原因有 1 触发电路的工作不可靠 如脉动丢失 延迟等 2 晶闸管发生故障 3 交流电源发生异常现象 4 换相的余量角不足 第三节逆变电路 二 无源逆变电路 将直流电变换成交流电 DC AC 并把交流电输出接负载 称之为 无源 逆变 DC AC变换的逆变器常用的几种换流方式有 负载谐振式换流 强迫换流 全控型开关器件换流 图2 28 第三节逆变电路 二 无源逆变电路 1 电压型逆变器的特点及典型电路 图2 29三相串联电感式逆变器 这种逆变器特点 1 主晶闸管承受的电压变化率的值较低 2 主晶闸管除承担负载电流外 还承担环流电流 适用于中功率负载 3 适用于调压范围不太大的场合 图2 29 第三节逆变电路 二 无源逆变电路 2 电流型逆变器的特点及典型电路 电流逆变器的特点是 1 逆变器的直流电源输入侧采用大电感作为滤波元件 直流电流波形比较平直 2 无需设置与逆变桥反并联的反馈二极管桥 线路简单 3 逆变器依靠换流电容和交流电动机漏感的谐振来换流 适用于单机运行 4 适用于经常要求起动 制动与反转的拖动系统 图2 30 第三节逆变电路 三 中高频电源 1 中高频电源装置 1 工作原理 2 电路组成该装置由整流器 滤波器 逆变器 负载以及控制电路组成 图2 32 第三节逆变电路 三 中高频电源 2 电路分析 1 整流主电路 2 逆变主电路 3 逆变触发电路1 自动频率控制 2 信号检测与引前触发时间tf的调节 3 脉冲形成电路 4 启动触发环节 5 他励信号源 IGC 3 保护措施 1 直流电路过电压保护 2 交流短路保护 3 逆变过电流 过电压保护 4 电压 电流截止环节 第三节逆变电路 三 中高频电源 4 通电调试步骤 1 在主电路不带电的情况下 对继电器部分的动作程序进行模拟试验 2 检查同步变压器的相序 相位与图样是否相符 3 检查整流触发系统 4 整流电流试验 5 整流中功率及大功率试验 6 逆变触发系统试验 7 启动环节的检查 8 整机启动运行 5 中频电源常见故障分析与处理 中频电源常见故障分析与处理方法见表2 2 第二章电力电子技术基础 1 GTR和GTO各有什么特点 两者有何区别 2