电力电子技术课程课件

电力电子基本电路电力电子应用电路常用电力电子器件电力电子技术返回晶闸管是晶体闸流管的简称，又称为可控硅，是一种可以控制的大功率硅整流元件。一、晶闸管的结构和工作原理晶闸管具有三个PN结和四层半导体结构，它同二极管一样具有单向导电性，但导通时间是可控的。PNPNA阳极K阴极G（门极）控制极A阳极G（门极）控制极K阴极常用电力电子器件1、晶闸管外形+-+-S+-+-S+-+-S+-+-S晶闸管通断实验晶闸管的工作原理PNPNA阳极K阴极G（门极）控制极PNNPNPAGKAKGIAIC1IC2IKIGT1T2这样，形成强烈的正反馈，使两管迅速的饱和导通。晶闸管导通后，控制极就失去了控制作用。晶闸管在正向阳极电压下，只要一个短时存在的正向脉冲电压加在控制极和阴极之间即可，这个脉冲电压称为触发电压。+-+-S+-+-SAKGIAIC1IC2IKIGT1T2晶闸管导通的条件：1）阳极（A）和阴极（K）之间加正向电压。（A接正，K接负）2）控制极（G）与阴极（K）之间加适当的正向触发电压。（G接正，K接负）晶闸管由导通转为截止的方法：降低阳极电源电压，使阳极电流IA减小到不能维持正反馈，或将阳极电压反接。二、晶闸管的伏安特性UI0△UBAUFMIFURMIH+--+CAKGIAIC1IC2IKIGT1T2PNNPNPAGK三、晶闸管的主要参数1、正向重复峰值电压UFRM2、反向重复峰值电压URRM3、额定正向平均电流IF4、维持电流IH5、门极触发电压和电流在规定的散热条件和环境温度下（40oC)，晶闸管的阳极和阴极间可以连续通过的工频正弦半波电流的平均值，称为额定正向平均电流。门极开路时，维持晶闸管导通所必须的最小电流值。在晶闸管阳极和阴极间加6V电压时，能使它导通的最小门极电压和电流。四、晶闸管型号及其含义导通时平均电压组别共九级,用字母A~I表示0.4~1.2V额定电压,用百位或千位数表示取UFRM或URRM较小者额定正向平均电流(IF)（晶闸管类型）P--普通晶闸管K--快速晶闸管S--双向晶闸管

晶闸管KP普通型如KP5-7表示额定正向平均电流为5A,额定电压为700V。2、双向晶闸管双向晶闸管（TriodeACSwitch）简称TRIAC，是一种交流开关，它具有被触发后能双向导通的性质，因此在交流开关、交流调压（如电灯调光及加热器控制）等方面获得了广泛的应用。结构图等效电路电路符号双向晶闸管的伏伏安特性双向晶闸管触发发状态双向晶闸管一旦旦导通，即使失失去触发电压，，也能继续维持持导通状态。当当主电极T1、T2电流减小至维持持电流以下或T1、T2间电压改变极性性，且无触发电电压时，双向晶晶闸管阻断，只只有重新施加触触发电压，才能能再次导通3、门极可关断晶晶闸管门极可关断晶闸闸管（GateTurnoffThyristor）简称GTO。它具有普通晶晶闸管的全部优优点，如耐压高高、电流大等。。同时它又是全全控型器件，即即在门极正脉冲冲电流触发下导导通，在负脉冲冲电流触发下关关断。结构电路符号门极可关断晶闸闸管的内部结构构与普通晶闸管管相同，但在制制作时采用特殊殊的工艺使管子子导通后处于临临界饱和，而不不像普通晶闸管管那样处于深度度饱和状态，这这样可以用门极极负脉冲电流破破坏临界饱和状状态使其关断。。可关断晶闸管的的主要参数与普普通晶闸管大多多相似一、单相半波可可控整流电路1、输出电压的平平均值U0可控整流2、输出平均电流流3、晶闸管的平均均电流I=I04、晶闸管的最高高反向电压URM电感性负载电路及工作原理理设u1为正弦波DAuLGu1u2uTRKLu2正半周时晶闸管管导通，u2过零后，由于电电感反电动势的的存在，晶闸管管在一定时间内内仍维持导通，，失去单向导电电作用。D称为续流二极管管,加入D的目的就是消除除反电动势的影响。。u1t0+++二、单项桥式半半控整流1、输出电压的平平均值U02、输出平均电流流4、晶闸管的最高高反向电压URM3、晶闸管的平均均电流单结晶体管触发发电路晶闸管的导通除除了必须加正向向阳极电压外，，在控制极与阴阴极之间还必须须加触发电压。。对触发信号的的要求：1、触发信号应有有一定的持续时时间（20S~50S）。2、触发信号应具具有一定的功率率，一般为0.5W~2W。触发电压一般为为4V~10V，以满足晶闸管所需要的的起始“偏流””的大小3、触发信号应具具有较陡的前沿沿，一般小于10S。4、能灵活地控制制触发信号发生生的时刻。产生触发电压的的电路称为晶闸闸管的触发电路路。结构PN结发射极EN型硅片B2第二基极B1第一基极欧姆接触电阻EB2B2符号B2B1UBBEIERB2RB1等效电路单结晶体管伏安特性单结晶体管的伏伏安特性是指基基极B1和B2之间加一固定电电压UBB时，发射极电流流IE与电压UE之间的关系曲线线。IEUEUP0截止区UVVBIVIP负阻区饱和区PAUBBIEUEEB2B2+-B2B1UBBEIERB2RB1UEA当发射极与基极极之间不加电压压时，分压比=常数单结晶体管不导导通，AP段称为截止区。IEUEUP0截止区UVVBIVIP负阻区饱和区PAB2B1UBBEIERB2RB1UEAIEUEUP0截止区UVVBIVIP负阻区饱和区PAB2B1UBBEIERB2RB1UEA当UE=UD+UBB时，单结晶体管开始始导通，IE增大，，P点为峰峰点，，UP为峰点点电压压，IP为峰点点电流流。UP=UD+UBB。PV段特性曲线的动态电阻为负值，故称为负阻区。IEUEUP0截止区UVVBIVIP负阻区饱和区PAB2B1UBBEIERB2RB1UEA当IE增大到到一定定值时时，UE下降到到最低低点，，称为为谷点点V，此后，，IE继续增增大时时，电电压略略有上上升，，但变变化不不大，，这个个区称称为饱和区区。uCEUPUV00uR1tt单结晶晶体管管具有有IE增加UE反而减减小的的负阻阻特性性，可可以和和RC电路一一起组组成自自振荡荡电路路。单结晶体管振荡电路IEUEUP0截止区UVVBIVIP负阻区饱和区PARPR2R1+-uCS充电放电uR1B2B1单结晶晶体管管触发发电路路u0RLTH2TH1D1D2~主电路uR3DZRRPR2R1+-uC电路中元件作用：：1）、稳压管削波作作用0utuZt02）、变压器的同步步作用uCt00u0t3）、改变RP的移相作用4）、电阻R2的温度补偿作用t0ug晶闸管虽然优点很很多，但也有过载载能力差等弱点。。因此，在实际应应用中必须采取过过电流和过电压保保护。带放大环节的单结晶体管触发电路u0RLTH2TH1D1D2~主电路uR3DZRR2R1+ugR4R5CuiT1T2晶闸管的保护一、过流保护晶闸管发生过电流流的原因主要有：：1）负载端过过载或短路路；2）某个晶闸闸管被击穿穿短路，造造成其它元元件的过电流；3）触发电路路工作不正正常或受干干扰，使晶晶闸管误触发，引起起过电流。。1、快速熔断断器TH2TH1D1D2A）、快速熔断器器接在负载载端B）、快速熔断器器与元件串串联C）、快速熔断器器接在输入入端晶闸管过电电流的保护护措施：2、过电流继继电器在输入端或或输入端接接过电流继继电器，都都可以在发发生电流故故障时动作作，使输入入端的开关关跳闸，这这种保护对对过载是有有效的，但但在发生短短路时，由由于过电流流继电器的的动作及自自动开关的的跳闸需要要一定的时时间，如果果短路电流流比较大，，这种方法法不好。3、过流截止止保护利用过电流流的信号将将晶闸管的的触发脉冲冲移后，使使晶闸管的的导通角减减小或停止止触发。二、晶闸管管的过电压压保护引起过电压压的原因是是因为电路路中一般都都接有电感感元件。晶闸管过电电压的保护护措施：1、阻容保护护利用电容来来吸收过电电压，其实实质就是将将造成过电电压的能量量变成电场场能量储存存到电容器器中，然后后释放到电电阻中去消消耗掉。2、硒堆保护护电力电子应应用电路1．无级（连连续）调光光灯无级调光灯灯电路，实实质上它是是一个可控控硅调压电电路，通过过调节加到到灯泡上的的电压来实实现调光。。该电路也可可用于调节节电烙铁、、电熨斗的的温度，调调节电风扇扇的转速等等2、拨盘式密密码锁控制制电路密码：7—10——2。改换密码锁锁的密码号号时,需变更拨盘和晶晶闸管控制极的的连线5和11接地的目的是为为了防止长期按按下按钮SB，同时又拨动拨拨