电工学-电力电子技术

第19章电力电子技术，19.1电力电子设备，19.2可控整流电路，19.3逆变电路，19.4交流调压电路。本章要求：1。了解晶闸管的基本结构、工作原理、特性曲线和主要参数；2.了解单相可控整流电路的可控原理和整流电压、电流的波形，了解单结晶闸管及其触发电路；3.了解逆变电路、变频电路、交流调压电路和斩波电路的工作原理和应用。第19章电力电子技术，19.1电力电子设备，(1)非受控设备的开和关没有可控功能。例如整流二极管(D)。(2)半控制装置的开启是可控的，但关闭是不可控的。如普通晶闸管(t)。(3)全控设备的开启和关闭具有可控功能。例如关断晶闸管(GTO)、功率晶体管(GTR)、功率场效应晶体管(VDMOS)和绝缘栅双极晶体管(IGBT)。19.1.1电力电子设备的分类、电力电子设备的符号、电力电子设备的主要性能指标、电压、电流和工作频率。晶闸管是在晶体管基础上发展起来的大功率半导体器件。它的出现将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、调压和开关。优点：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(平均正向电流可达数千安培，正向耐压可达数千伏)。(硅控整流器)，1。基本结构，晶闸管有三个PN结。(c)结构，(a)形状，晶闸管形状，结构和符号，晶闸管相当于PNP和NPN型两种晶体管的组合，2。工作原理，在很短的时间内使两个三极管饱和导通，这个过程叫做触发导通。晶闸管导通后，EG被去除，通过正反馈维持导通状态。2。工作原理，EA0，EG0，G，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)直流电压或正向脉冲(正向触发电压)被施加到晶闸管控制电路(在控制电极和阴极之间)。晶闸管导通后，控制极失去功能。依靠正反馈，晶闸管仍能保持导通状态。(1)必须降低晶闸管阳极电流，直到正反馈效应无法维持。(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，IG2IG1IG0，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：(1)正向重复峰值电压当UDRM晶闸管的控制极断开并正向阻断时，可重复施加到晶闸管两端的正向峰值电压。一般来说，UDRM比正向拐角电压UBO低100伏。(2)反向重复峰值电压当URRM的晶闸管控制极打开时，施加到晶闸管两端的反向峰值电压可以重复。URRM通常比反向转角电压低100伏|UBO|。(3)平均正向电流如果环境温度为40C，并且在标准散热条件下，晶闸管完全导通时可以连续通过的工频正弦半波电流的平均值。如果正弦半波电流的最大值为im，普通晶闸管的IF为1a-1000a。(4)当保持电流IH在规定的环境中并且控制极打开时，晶闸管保持导通状态所需的最小电流。晶闸管类型及其含义，平均电压组导通时共有九个电平，用字母AI表示0.41.2V，额定电压，用数百或数千位表示UFRM或URRM较小，额定正向平均电流(IF)，如KP5-7表示额定正向平均电流为5A，额定电压为700V.双向晶闸管，特性：相当于两个反向并联的晶闸管，共用一个控制极。晶闸管触发双向导通。当UA2UA1时，控制极向A1、uGA10施加正脉冲，晶闸管导通当触发电压施加到T1控制极时，T1和D2导通，电流路径为、A。电压U为正半周：此时，T1和D2都由于反向电压而关断。T2和D1承受直流电压。当触发电压施加到T2控制极时，T2和D1导通，电流路径为：电压u为负半周：b，此时，T1和D2由于反向电压都关断。(3)工作波形，(2)、(4)输出电压和电流的平均值，两种常用的可控整流电路，电路特性，该电路只使用一个晶闸管而没有反向电压。晶闸管和负载上的电流相同。(1)、电路特性，1。当电路连接到感性负载时，二极管D1和D2起着续流作用。因为T1的阳极连接到T2的阴极，所以独立的触发信号必须加到两个管的控制极。(2)、19.2.2晶闸管保护，晶闸管承受过电压、过电流能力很差，这是其主要缺点。晶闸管的热容量很小。一旦发生过电流，温度将急剧上升，这可能会烧坏PN结，导致炉膛破裂或元件内部开路。例如，当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能力非常差。当电压超过其反向击穿电压时，即使时间极短，它们也很容易损坏。如果直流电压超过导通电压，晶闸管就会被误导，导通后的电流会很大，从而对器件造成损坏。1。晶闸管过流保护，(1)快速熔断器保护，电路中有快速熔断器。当电路中发生过流故障时，它可以在晶闸管过热和损坏之前熔断，切断电流通路，以确保晶闸管的安全。与晶闸管串联，连接在输入端，连接在输出端，有三种快速熔断器接入模式，如下图所示。(2)过流继电器保护，(3)过流切断保护，其中过流继电器连接到输出端(DC传输)或输入端(交流侧)。当电路中出现过电流故障时，继电器会自动切断电路。交流侧设有电流检测电路，触发电路由过流信号控制。当电路中发生过流故障时，检测电路控制触发脉冲快速后退或停止产生触发脉冲，从而减小晶闸管的导通角或立即关断。(2)硒保护，2)晶闸管过压保护，以及(1)阻容保护，它使用电容来吸收过压。其本质是将引起过电压的能量转化为电场能量，储存在电容器中，然后释放到电阻中消耗掉。硒芯片保护(selenium整流器)，晶闸管元件的阻容保护，19.2.3单结晶体管触发电路，1。单结