《电力电子技术》教案

电力电子技术教案 1电力电子技术及应用教案课程编号TC22605编写人李联中制定时间二一四年二月.2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633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。 43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u d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5（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6100A，若用两个反并联的普通晶闸管代替，按有效相等的原则，得210057.1)(?AV TI，所以，A IAVT45257.1100)(?。 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VT 1、VT4和VT 2、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2cos19.0)(sin2122?U t td U U d负载电流平均值的计算公式2cos19.02?d dddRURUI7输出电压的有效值的计算公式?2sin21)()sin2(1222U td tU U负载电流有效值的计算公式?2sin212dRUI流过每只晶闸管的电流的平均值的计算公式2cos145.0212?dd dTRUI I流过每只晶闸管的电流的有效值的计算公式IRUt dtRUId dT2122sin41)()sin2(21222?晶闸管可能承受的最大电压为22U U TM?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，U d=00.9U2；90时，电流断续，U d0。 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?cos9.02U U d?负载电流平均值的计算公式?cos9.02d dddRURUI?流过一只晶闸管的电流的平均值和有效值的计算公式d dTI I21?d TI I21?晶闸管可能承受的最大电压为22U U TM?88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2cos19.02?U U d?的移相范围是0180。 负载电流平均值的计算公式2cos19.02?d dddRURUI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d dDdTI I I21?II T21?晶闸管可能承受的最大电压为22U U TM?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2cos19.02?U U d?的移相范围是0180。 负载电流平均值的计算公式2cos19.02?d dddRURUI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d dDdTIII?2?d DTIII?2?9流过续流二极管的电流的平均值和有效值分别为d ddDRI II?22d DRII?晶闸管可能承受的最大电压为22U U TM? 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，10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（0.7U T0.8）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11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KP100 3、维持电流I H3mA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I H3mA，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/50K3mA，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1.57?100157A，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U DRM840V，U RRM=980V，试确定此晶闸管的额定电压是多少？解根据将U DRM和U RRM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。 12例19某电阻性负载要求024V直流电压，最大负载电流I d30A，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U d00.45U2=99V采用整流变压器降至60V供电，当?=0时U d00.45U2=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2cos145.02d?U U，其中在输出最大时，U2220V，U d24V，则计算得?121，T18012159晶闸管承受的最大电压为U TM2U2311V考虑2倍裕量，晶闸管额定电压U Tn=2U TM=622V流过晶闸管的电流有效值是I T42sin2d2?RU，其中，?121，?8.03024dddIUR则I T84A考虑2倍裕量，则晶闸管额定电流应为AITTAV T10757.128457.1)(?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W RI Pd8.56448.08422?13电源的视在功率W48.1884220222?I U I US电源侧功率因数305.0cos?SP? （3）采用整流变压器降至60V供电，U260V，U d24V，由2cos145.02d?U U计算得?39，T18039141晶闸管承受的最大电压为U TM2U284.9V考虑2倍裕量，晶闸管额定电压U Tn=2U TM=169.8V流过晶闸管的电流有效值是I TARU4.5142sin2d2?考虑2倍裕量，则晶闸管额定电流应为AITTAV T5.6557.124.5157.1)(?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W RI Pd6.21138.04.5122?电源的视在功率W08.34.5160222?I UI US电源侧功率因数685.0cos?SP?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14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?2cos145.02d?U U192.012204045.02cos?得?101则T18010179D180+101281由于L d=2fL d=2?3.14?50?0.1=31.4，所以为大电感负载，各电量分别计算如下ARUIddd20240?A I Id dT4.420360101180360180?A I Id T4.9360180?15A I Id dD6.1520360101180360180?A IId D6.17360180?2)V U UTM31122?V U U DM31122?3）选择晶闸管和续流二极管得型号V V U UTM933622311)32()32(Tn?A AIIT12957.14.9)25.1(57.1)25.1(T(AV)?取TnU700V，T(AV)I10A；选择晶闸管型号为KP107。 V V U U933622311)32()32(DM Dn?A AII228.1657.16.17)25.1(57.1)25.1(DD(AV)?取DnU700V，D(AV)I20A；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U d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。 16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?1111C RTfe可以看出，频率与充电电阻R e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bbU20V，则峰点电压PU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PUU bb0.712.7V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115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17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314/2=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A I5.452xx000?要求输出功率减半，即2I值减小1/2，故工作电流应为A I1.3225.45?输出功率减半，即2U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?601516.5502arctan arctan?RL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。 18AVZUI110)732.1122022? （3）最大功率kW1.12)60cos110220(cos cos22?W IUIU P?5.060cos coscos?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kW4.481220222?RUP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VTU U1702.03.03.0220Ton2?负载上的功率kW292.03.03.04.48?P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。 19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R d为4，计算当?60?时，直流输出电压平均值dU、输出电流的平均值dI；若在负载两端并接续流二极管，其dU、dI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V UU d9960cos2209.0cos9.02?A ARUIddd8.24499?接续流二极管时V UU d5.14825.012209.02cos19.02?A ARUIddd1.3745.148?A IId dT4.121.37360601802?A IId T4.211.37360601802?A IIIdd dVD4.121.371806022?A IId VD4.211.3718060?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。 20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?60?，且此时负载电流A I d30?，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2I、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?60?时，晶闸管的平均电流为A IId dT1030360601802?整流二极管的电流平均值与晶闸管的电流平均值相等A IIdT dD10?晶闸管电流有效值为A A IIdT3.1730360601802?整流二极管和晶闸管的电流有效值为A I IT D3.17?续流二极管的电流平均值为21A IId dVD103018060?AIId VD3.173018060?变压器的二次侧电流为A AIId5.2430180601802?电源容量为W UI S53902205.2422?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?45?时输出电压波形； （2）推导出输出电压U d的计算公式； （3）求出的U d最大值和最小值。 图111例124图解 （1）设在0?期间，VT 1、VT2未触发导通，电路在正半周，VD3和VD2导通；输出电压2u ud?；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22u ud?。 在?期间，VT1承受反压而关断，VD3和VD1导通，输出电压2u ud?；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22u ud?。 输出电压波形如图111（b）所示。 （2）)cos3 (2)d(sin22)d(sin212220?Ut tUttUU d22 （3）当?0?时，2max24UUUd d?当?时，2max22UUUd d?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?23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I ATO。 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off?。 定义为GMATOoffII? （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24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?cos17.12dU U?。 25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u T1=0第2段，在VT1关断后，VT2导通期间，u T1=u u-u v=u uv，为一段线电压第3段，在VT3导通期间，u T1=u u-u w=u uw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?)6cos(1675.0d?U。 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I T三者的关系为32II IT? （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?cos17.12dU U?。 各电流有效值关系为I=Id、32II IT?。 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-1.17U2cos3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VT 1、VT 3、VT5，共阳极连接的三个晶闸管编号为VT 4、VT 6、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VT 1、VT 2、VT 3、VT 4、VT 5、VT6，触发26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3II T?IIIIT816.03222?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U b？设置偏移电压的目的是当触发电路的控制电压为0时，使晶闸管整流装置输出电压为0，对应控制角定义为初始相位角。 整流电路的型式不同、负载的性质不同，则初始相位角不同。 （2）锯齿波触发电路的组成和工作原理锯齿波触发电路由同步、锯齿波形成、移相、脉冲形成与放大、双窄脉冲的形成和强触发环节组成。 锯齿波触发电路脉冲的输出时刻由V4管导通时刻决定，脉冲的宽度由V5管持续截止的时间决定，而V5管截止时间的长短由电容C3反向充电时间常数决定。 5触发电路的定相 （1）触发电路同步电压的确定包括两方面内容1）根据晶闸管主电路的结构、所带负载的性质及采用的触发电路的形式，确定出该触发电路能够满足移相要求的同步电压与晶闸管阳极电压的相位关系。 2）用三相同步变压器的不同连接方式或再配合阻容移相得到上述确定的同步电压。 （2）实现同步的方法步骤如下1）根据主电路的结构、负载的性质及触发电路的型式与脉冲移相范围的要求，确定该触发电路的同步电压u s与对应晶闸管阳极电压u u之间的相位关系。 2）根据整流变压器TR的接法，以定位某线电压作参考矢量，画出整流变压器二次电压也就是晶闸管阳极电压的矢量，再根据步骤确定的同步电压u s与晶闸管阳极电压u u的相位关系，画出电源的同步相电压和同步线电压矢量。 3）根据同步变压器二次线电压矢量位置，定出同步变压器TS的钟点数的接法，然后27确定出u su、u sv、u sw分别接到VT 1、VT 3、VT5管触发电路输入端；确定出u s(-u)、u s(-v)、u s(-w)分别接到VT 4、VT 6、VT2管触发电路的输入端，这样就保证了触发电路与主电路的同步。 6保护电路最常用的过电压保护是阻容吸收电路。 此外还有硒堆、压敏电阻以及整流式阻容吸收电路等。 最常用的过电流保护是快速熔断器。 此外还有快速开关等。 保护电路元件的选择计算以及估算常常与实际值相差很多。 因此可以从经验值中选择保护元件。 三、学习方法1波形分析法读者要学会利用波形分析来分析桥式整流电路工作原理。 2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。 3对比法将单相桥式全控桥和半控桥电路波形和工作原理对比分析。 4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。 5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。 四、典型题解析例21三相半波可控整流电路带电阻性负载时，如果触发脉冲出现在自然换相点之前15处，试分析当触发脉冲宽度分别为10和20时电路能否正常工作？并画出输出电压波形。 解当触发脉冲宽度分别为10，如图21所示，当触发脉冲u g1触发U相晶闸管，则U相晶闸管导通。 当u g2触发V相晶闸管时，这时U相电压高于V相电压，所以V相晶闸管不导通，U相晶闸管继续导通。 过了自然换相点后，尽管V相电压高于U相电压，但V相晶闸管的触发脉冲已消失，所以V相晶闸管仍不导通。 U相晶闸管导通到过零点关断。 这样下去，接着导通的是W相晶闸管。 由此可以看出，由于晶闸管间隔导通而出现了输出波形相序混乱现象，这是不允许的。 28图21例21波形当触发脉冲宽度分别为10时，输出波形和=0?时波形一样。 例22图22为三相全控桥整流电路，试分析在控制角=60?时发生如下故障的输出电压Ud的波形。 （1）熔断器1FU熔断。 （2）熔断器2FU熔断。 （3）熔断器2FU、3FU熔断。 解 （1）熔断器1FU熔断时输出电压波形如图22b所示，凡与U相有关的线电压均不导通。 （2）熔断器2FU熔断时输出电压波形如图22c所示，V字头线电压不导通。 （3）熔断器2FU、3FU熔断时输出电压波形如图22d所示，凡VW字头线电压均不导通。 29图22例22图例23图23为两相零式可控整流电路，直接由三相交流电源供电 （1）画出控制角0、60时输出电压波形。 （2）控制角的移相范围多大？ （3）?max?dU，?min?dU （4）推导Ud的计算公式。 图23例23电路图解 （1）控制角0时输出电压波形如图48（a）所示，60时输出电压波形如图23（b）所示。 30（a）(b)图23例23波形图例24若用示波器观察三相桥式全控整流电路波形分别如图24(a)(b)(c)(d)(e)所示，试判断电路的故障。 （a）31(b)(c)(d)(e)图24例24波形图解(a)图用示波器测得每个周期输出电压波形与正确波形相比波头少了两个，在t1时刻不能换相，到t2时刻才恢复正常换相，t1t2为120；三相全控桥电路每个周期输出电压的六个波头，少两个波头正好是120。 波形种出现负值是由于电感L中的储能释放，回馈给电源所致。 正常运行时每个桥臂导通120，无论少哪两个波头，都可以判断出是有一个臂断路，但到底是哪个桥臂断路，波头上没有符号指明，需要进一步检查。 在各桥臂熔断器完好，连接线无松脱的前提下，用示波器量测各管波形。 哪个管的波形没有导通段，即是故障所在，或者是管子坏，或者是没有触发脉冲。 (b)图如图每个周期的波形波头只少一个，只有60，因此不会是桥臂短路，问题出现在触发电路。 根据三相全控桥电路触发脉冲为双窄脉冲的特点，t1时未通说明主脉冲丢32失，t2时导通是补脉冲的作用。 到底哪个管子的触发电路出了问题，需测量各管子两端电压波形，正常管子导通120，导通段只有60的管子，其触发电路有问题，进一步检查该触发电路的同步移相环节，即可找出故障所在。 (c)图每个周期只有两个连续波头，其中已个波头提前输出，连续少了四个波头。 说明不同相的量个桥臂断路。 (d)图每个周期少了四个波头，但不是连续的四个波头，而是每半个周期有一个，再连续少两个。 不难分析出是两相导电。 故障为交流侧某相失电或某相两个桥臂断路。 (e)图每个周期少了三个波头，可以看出是两个不相同的桥臂断路，一个属于共阴极组，一个属于共阳极组。 例25在单相桥式全控整流电路中，若U2220V，E100V，R2，当30时，能否实现有源逆变？为什么？画出这时的电压电流波形。 解V UUd4.17130cos2209.0cos9.02?E100V，所以无法实现有源逆变。 波形如图25所示。 图25例25波形图例26单相全控桥式整流电路，当?90时，若直流侧直流电动机取走，而代之以一个电阻，晶闸管的导通角还能达到180吗？晶闸管的输出电压平均值还能出现负值吗？解不能。 因为实现有源逆变不可缺少的条件时必须具有对晶闸管时正向的直流电源，当用电阻取代电动机后，在?90时，输出电压接近零，而?90时，输出电压平均值保持零，电流出现断续，不可能使电压平均值出现负值。 例2-7在晶闸管两端并联R、C吸收回路的主要作用有哪些？其中电阻R的作用是什么？解R、C回路的作用是吸收晶闸管瞬间过电压，限制电流上升率，动态均压作用。 R的作用为使L、C形成阻尼振荡，不会产生振荡过电压，减小晶闸管的开通电流上升率，33降低开通损耗。 例2-8三相半波可控整流电路，如果三只晶闸管共用一套触发电路，如图45所示，每隔120同时给三只晶闸管送出脉冲，电路能否正常工作？此时电路带电阻性负载时的移相范围是多少？图26例28图解能工作。 因为虽然三个晶闸管同时加触发脉冲，只有阳极电压最高相所接的晶闸管导通，其余两个晶闸管受反压阻断。 但是，移相范围只有120，达不到150移相范围要求。 34模块目三开关电源开关电源是一种高效率、高可靠性、小型化、轻型化的稳压电源，是电子设备的主流电源。 广泛应用于生活、生产、军事等各个领域。 各种计算机设备、彩色电视机等家用电器等都大量采用了开关电源。 本课题介绍了开关电源的相关知识开关器件（电力晶体管、电力