电力电子技术课件

绪论绪论4一、什么是电力电子技术123二、电力电子技术的发展三、电力电子技术的主要功能四、电力电子技术的应用整体设计（72学时）：模块名称学时项目一：晶闸管调光灯电路的设计、制作与调试22项目二：直流调速器电路的安装调试与维修10项目三：开关电源的安装调试与维修12项目四：晶闸管串级调速电路的安装调试与维修16项目五：电风扇无级调速器电路的设计、安装与调试8项目六：变频器的安装调试与检测4考核方案：

《电力电子技术》是强电类专业的考试课，课程考核采用理论考核和实践考核相结合的方式，强调实践动手能力的培养。什么是电力电子技术？电力电子技术的发展：绪论电力电子技术的发展:1957年第一只晶闸管诞生。快速晶闸管、逆导晶闸管、双向晶闸管、不对称晶闸管。8000V、6000A新型半导体器件：GTR、GTO、MOSFET、IGBT、MCT一、什么是电力电子技术电力电子技术是建立在电子学、电力学和控制学三个学科基础上的一门边缘学科，它横跨“电子”、“电力”和“控制”三个领域，主要研究各种电力电子器件，以及由电力电子器件所构成的各种电路或变流装置，以完成对电能的变换和控制。它运用弱电（电子技术）控制强电（电力技术），是强弱电相结合的新学科。电力电子技术是目前最活跃、发展最快的一门学科。随着科学技术的发展，电力电子技术又与现代控制理论、材料科学、电机工程、微电子技术等许多领域密切相关，已逐步发展成为一门多学科互相渗透的综合性技术学科。二、电力电子技术的发展电力电子技术的发展是以电力电子器件为核心发展起来的。从20世纪50年代中到70年代末，以大功率硅二极管、双极型功率晶体管和晶闸管应用为基础（尤其是晶闸管）的电力电子技术发展比较成熟。20世纪70年代末以来，两个方面的发展对电力电子技术引起了巨大的冲击。一是微机的发展对电力电子装置的控制系统、故障检测、信息处理等起了重大作用，今后还将继续发展；二、电力电子技术的发展二是微电子技术、光纤技术等渗透到电力电子器件中，开发出更多的新一代电力电子器件。其中除普通晶闸管向更大容量（6500V、3500A）发展外，门极可关断晶闸管(GTO)电压已达4500V，电流已达2500～3000A；双极型晶体管也向着更大容量发展，20世纪80年代中后期，其工业产品最高电压达1400V，最大电流达400A，工作频率比晶闸管高得多，采用达林顿结构时电流增益可达75～200。二、电力电子技术的发展随着光纤技术的发展，美国和日本于1981～1982年间相继研制成光控晶闸管并用于直流输电系统。这种光控管与电触发的晶闸管相比，简化了触发电路，提高了绝缘水平和抗干扰能力，可使变流设备向小型、轻量方向发展，既降低了造价，又提高运行的可靠性。同时，场控电力电子器件也得到发展，如功率场效应晶体管(PowerMOSFET)和功率静电感应晶体管(SIT)已达千伏级和数十至数百安级的电压、电流等级，中小容量的工作频率可达兆赫级。二、电力电子技术的发展由场控和双极型合成的新一代电力电子器件，如绝缘栅双极型晶体管（IGT或IGBT）和MOS控制晶闸管（MCT）也正在兴起，容量也已相当大。这些新器件均具有门极关断能力，且工作频率可以大大提高，使电力电子电路更加简单，使电力电子装置的体积、重量、效率、性能等各方面指标不断提高，它将使电力电子技术发展到一个更新的阶段。与此同时，电力电子器件、电力电子电路和电力电子装置的计算机模拟和仿真技术也在不断发展。三、电力电子技术的主要功能电力电子技术的功能是以电力电子器件为核心，通过对不同电路的控制来实现对电能的转换和控制。其基本功能如下：（1）可控整流。将交流电变换为固定或可调的直流电，亦称为AC/DC变换。（2）逆变。把直流电变换为频率固定或频率可调的交流电，亦称为DC/AC变换。其中，把直流电能变换为50Hz的交流电反送交流电网称为有源逆变，把直流电能变换为频率固定或频率可调的交流电供给用电器则称为无源逆变。三、电力电子技术的主要功能（3）交流调压与周波变换。把交流电压变换为大小固定或可调的交流电压称为交流调压。把固定或变化频率的交流电变换为频率可调的交流电称为变频（周波变换）。交流调压与变频亦称为AC/AC变换。（4）直流斩波。把固定的直流电变换为固定或可调的直流电，亦称为DC/DC变换。（5）无触点功率静态开关。用于接通或断开交直流电流通路，可以取代接触器、继电器。上述变换功能通称为变流。故电力电子技术通常也称为变流技术。实际应用中，可将上述各种功能进行组合。四、电力电子技术的应用电力电子技术的应用领域相当广泛，遍及庞大的发电厂设备到小巧的家用电器等几乎所有电气工程领域。容量可达1GW至几W不等，工作频率也可由几赫兹至100MHz。5、电力电子变流技术的应用

1、电机传动与控制轧钢机2、电子装置用电源微型计算机3、电力系统高压直流装置HVDC柔性交流输电FACTS4、交通运输5、家用电器6、其他新能源数码摄像机电源■等离子电视机、液晶电视机电源■不间断电源UPS■■现代照明电源■■■超导储能电源■感应加热电源■塑料薄膜加工等离子体放电装置■人工心脏电源■面向军事应用领域举例标准电力电子模块双向逆变器储能辅助系统功率源交流发电机双向逆变器双向逆变器传送带发动机能量管理和控制集总运行中心功率控制模块分区配电系统船用操作变流器模块船用操作变流器模块船用操作逆变器模块燃料电池发电模块

配电模块永磁马达耐故障的固态配电系统电抗冰装置电动制动发动机固态功率控制器电传动辅助设备；环境控制系统；发动机辅助设备固态遥控端口备用功率单元发电机电动飞行执行机构电源负载功率端口功率端口控制系统控制电动机控制器备用负载配电和控制■电力电子技术的应用类型可控整流将交流电变为直流电电力电子技术的应用类型有源逆变高压直流输电不间断电源将直流电变为交流电回送电网电力电子技术的应用类型交流调压将固定的交流电变为可调的交流电电力电子技术的应用类型变频将频率固定的交流电变为频率可调的交流电电力电子技术的应用变频电力电子技术的应用类型直流斩波将固定的直流电变为可调的直流电四、电力电子技术的应用（1）一般工业。工业中大量应用各种交直流电动机。直流电动机有良好的调速性能，为其供电的可控整流电源或直流斩波电源都是电力电子装置。近年来，由于电力电子变频技术的迅速发展，使得交流电动机的调速性能可与直流电动机相媲美，交流调速技术大量应用并占据主导地位。大至数千千瓦的各种轧钢机，小到几百瓦的数控机床的伺服电动机都广泛采用电力电子交直流调速技术。一些对调速性能要求不高的大型鼓风机等近年来也采用了变频装置，以达到节能的目的。还有一些不调速的电动机为了避免启动时的电路冲击而采用了软启动装置，这种软启动装置也是电力电子装置。四、电力电子技术的应用电化学工业大量使用直流电源，电解铝、电解食盐水等都需要大容量整流电源。电镀装置也需要整流电源。电力电子技术还大量用于冶金工业中的高频或中频感应加热电源、淬火电源等场合。四、电力电子技术的应用（2）交通运输。电气化铁道中广泛采用电力电子技术。电力机车中的直流机车采用整流装置，交流机车采用变频装置。直流斩波器也广泛用于铁道车辆。在未来的磁悬浮列车中，电力电子技术更是一项关键技术。除牵引电动机传动外，车辆中的各种辅助电源也都离不开电力电子技术。电动汽车的电机靠电力电子装置进行电力变换和驱动控制，其蓄电池的充电也离不开电力电子装置。一辆高级汽车中需要许多控制电机，它们也要靠变频器和斩波器驱动并控制。四、电力电子技术的应用飞机、船舶需要很多不同要求的电源，因此航空和航海都离不开电力电子技术。如果把电梯也算做交通运输工具，那么它也需要电力电子技术。以前的电梯大都采用直流调速系统，而现在交流调速已成为主流。四、电力电子技术的应用（3）电力系统。电力电子技术在电力系统中有着非常广泛的应用。据估计，发达国家在用户最终使用的电能中，有60％以上的电能至少经过一次以上的电力电子变流装置的处理。电力系统在通向现代化的进程中，电力电子技术是关键技术之一。可以毫不夸张地说，如果离开电力电子技术，电力系统的现代化就是不可实现的。直流输电在长距离、大容量输电时有很大的优势，其送电端的整流站和受电端的逆变站都采用晶闸管变流装置。近年发展起来的柔性交流输电也是依靠电力电子装置才得以实现。四、电力电子技术的应用无功补偿和谐波抑制对电力系统有重要的意义。晶闸管控制电抗器（TCR）、晶闸管投切电容器（TSC）都是重要的无功补偿装置。近年来出现的静止无功发生器（SVG）、有源电力滤波器（APF）等新型电力电子装置具有更为优越的无功功率和谐波补偿的性能。在配电网系统，电力电子装置还可用于防止电网瞬时停电、瞬时电压跌落、闪变等，以进行电能质量控制，改善供电质量。在变电所中，给操作系统提供可靠的交直流操作电源，给蓄电池充电等都需要电力电子装置。四、电力电子技术的应用（4）电子装置用于电源。各种电子装置一般都需要不同电压等级的直流电源供电。通信设备中的程控交换机所用的直流电源采用全控型器件的高频开关电源。大型计算机所需的工作电源、微型计算机内部的电源也都采用高频开关电源。在各种电子装置中，以前大量采用线性稳压电源供电，由于开关电源体积小、重量轻、效率高，现在已逐步取代了线性电源。因为各种信息技术装置都需要电力电子装置提供电源，所以可以说信息电子技术离不开电力电子技术。四、电力电子技术的应用（5）家用电器。种类繁多的家用电器，小至一台调光灯具、高频荧光灯具，大至通风取暖设备、微波炉以及众多电动机驱动设备都离不开电力电子技术。电力电子技术广泛用于家用电器使得它和我们的生活变得十分贴近。四、电力电子技术的应用（6）新能源。随着经济的快速增长和社会的全面进步，我国的能源供应和环境污染问题越来越突出，开发和利用新型能源的需求更加迫切，电力电子技术作为新型能源发电技术的发展及前景，紧密联系着社会的进步与需求。电力电子技术在新型能源发电系统中也被广泛应用，包括风力发电、太阳能光伏发电、燃料电池等。（7）其他。不间断电源（UPS）在现代社会中的作用越来越重要，用量也越来越大。目前，UPS在电力电子产品中已占有相当大的份额。四、电力电子技术的应用以前电力电子技术的应用偏重于中、大功率。现在，在1kW以下，甚至几十瓦以下的功率范围内，电力电子技术的应用也越来越广，其地位也越来越重要。这已成为一个重要的发展趋势，值得引起人们的注意。总之，电力电子技术的应用范围十分广泛。从人类对宇宙和大自然的探索，到国民经济的各个领域，再到我们的衣食住行，到处都能感受到电力电子技术的存在和巨大魅力。TheEnd项目一晶闸管调光灯电路的设计与制作

【学习目标】：完成本课题的学习后，能够：用万用表测试晶闸管和单结晶体管的好坏。掌握晶闸管工作原理。能根据晶闸管的电流定额和电压定额选择晶闸管元件。会分析单相桥式半控整流电路的工作原理并会用示波器检测并调试波形。会分析单结晶体管触发电路的工作原理并会用示波器检测并调试各点波形。会用示波器检测故障波形并能分析简单故障的原因。熟悉触发电路与主电路电压同步的基本概念。掌握相关英文词汇。

【项目描述】：调光灯在日常生活中的应用非常广泛，其种类也很多。下图为常见的调光台灯调光灯电路原理图调光电位器晶闸管晶闸管的结构晶闸管的外形小电流塑封式小电流螺旋式大电流螺旋式大电流平板式图形符号晶闸管的外形塑封式晶闸管的外形KP螺旋式晶闸管的外形平板式晶闸管的散热片自冷式风冷式水冷式晶闸管的散热片水冷式风冷式自冷式晶闸管的图形符号阴极K阳极A门极G晶闸管的结构GP1N1N2N2P2AK晶闸管的结构P1N1P2N2AGKJ1J2J3GP1N1N2N2P2AK

晶闸管是PNPN四层半导体结构。具有J1、J2、J3三个PN结。可用三个二极管或两个三极管等效。晶闸管的图形符号阴极K(cathode)阳极A（anode）门极G(gate)二极管工作原理（正向导电，反向不导电）。晶体二极管为一个由p型半导体和n型半导体形成的p-n结，二极管最重要的特性就是单方向导电性。在电路中，电流只能从二极管的正极流入，负极流出。

可以使用万用表测试二极管性能的好坏。测试前先把万用表的转换开关拨到欧姆档的RX1K档位（注意不要使用RX1档，以免电流过大烧坏二极管），再将红黑两根表笔短路，进行欧姆调零。二极管测试：二极管测试：1、正向特性测试把万用表的黑表笔（表内正极）搭触二极管的正极，红表笔（表内负极）搭触二极管的负极。若表针不摆到0值而是停在标度盘的中间，这时的阻值就是二极管的正向电阻，一般正向电阻越小越好。若正向电阻为0值，说明管芯短路损坏，若正向电阻接近无穷大值，说明管芯断路。短路和断路的管子都不能使用。二极管测试：2、反向特性测试把万用表的红表笔（表内负极）搭触二极管的正极，黑表笔（表内正极）搭触二极管的负极，若表针指在无穷大值或接近无穷大值，管子就是合格的。。三极管：

三极管是电流放大器件，有三个极，分别叫做集电极C，基极B，发射极E。分成NPN和PNP两种。

如图所示，我们把从基极B流至发射极E的电流叫做基极电流Ib；把从集电极C流至发射极E的电流叫做集电极电流Ic。这两个电流的方向都是流出发射极的，所以发射极E上就用了一个箭头来表示电流的方向。NPN型NPN型三极管的放大作用就是：

集电极C电流受基极电流的控制，并且基极B电流很小的变化，会引起集电极C电流很大的变化，且变化满足一定的比例关系：集电极电流的变化量是基极电流变化量的β倍，即电流变化被放大了β倍，所以我们把β叫三极管的放大倍数（β一般远大于1，例如几十，几百）。

如果我们将一个变化的小信号加到基极跟发射极之间，这就会引起基极电流Ib的变化，Ib的变化被放大后，导致了Ic很大的变化。PNPPNP管放大原理：

当PNP管的VC<VB<VE时，使得集电结反偏，发射结正偏时，管子的发射极E电流流入管子，基极电流和集电极电流流出管子，且集电极电流跟基极电流之间成β关系，三极电流满足IE=IB+IC=(1+β)·IB。即基极电流可以控制集电极电流，这种控制作用就称为管子的放大作用。晶闸管的等效电路(二极管等效电路)AKGJ1J2J3晶闸管的等效电路(三极管等效电路)P2N2GKP1N1AJ1J2J3P2N1晶闸管的工作原理晶闸管晶闸管工作原理T1T2A

在极短时间内使两个三极管均饱和导通，此过程称触发导通。形成正反馈过程KGEA>0、EG>0EGEA+_R英文拓展晶闸管thyristor

或可控硅SCR（SiliconControlledRectifier）阳极anode门极gate阴极cathode晶闸管的导通关断条件实验电路图Ia:阳极电流Ig:门极电流Ua:阳极电压Ug:门极电压晶闸管的导通关断条件实验电路图晶闸管的导通实验一实验顺序实验时晶闸管条件实验后灯的情况结论阳极电压Ua门极电压Ua1反向反向暗2反向零暗3反向正向暗晶闸管在反向阳极电压作用下，不论门极为何种电压，它都处于关断状态。晶闸管的导通实验二实验顺序实验时晶闸管条件实验后灯的情况结论阳极电压Ua门极电压Ua1正向反向暗2正向零暗3正向正向亮晶闸管同时在正向阳极电压与正向门极电压作用下才能导通。晶闸管导通后的实验（原来灯亮）实验顺序实验时晶闸管条件实验后灯的情况结论阳极电压Ua门极电压Ua1正向反向亮2正向零亮3正向正向亮已导通的晶闸管在正向阳极电压作用下，门极失去控制作用。晶闸管导通后的关断实验（原来灯亮）实验顺序实验时晶闸管条件实验后灯的情况结论阳极电压Ua门极电压Ua1正向（逐渐减小到接近于零）任意暗晶闸管在导通状态时，当Ea减小到接近于零时，晶闸管关断。名词解释：维持电流IH：擎住电流IL：

擎住电流约为维持电流的2～4倍导通状态刚好维持导通阻断状态刚好维持导通△晶闸管的导通、关断条件导通条件：①阳极对阴极加适当的正向电压（uAK>0

）②门极对阴极加适当的正向脉冲（uGK>0）※阳极电流大于擎住电流IAK>IL

(实质条件）关断条件：①阳极对阴极加反向电压（uAK<0

）※阳极电流小于维持电流IAK<IH

(实质条件）如何用指针式万用表判别晶闸管的管脚？用万用表判别晶闸管的管脚KGA

用指针式万用表R×1KΩ（或×100Ω）档测量三引脚间的阻值，当出现阻值较小（约为几十Ω）时，黑表笔所接的为G极，红表笔为K极。剩下的另一引脚为A极。假如三引脚两两之间均不通或阻值均很小，说明该管子已坏。※晶闸管管脚的判别方法如何判别晶闸管的好坏？用万用表判别晶闸管的好坏AGK用万用表判别晶闸管的好坏AGKAKG

用指针式万用表判别出三个管脚以后，用R×100Ω档黑表笔接A极，红表笔接K极，此时表针基本不动，用镊子（或其它导体）快速短接一下A极与G极，表针明显有较大程度的偏转且去掉短接线后能一直保持，说明管子正常；否则说明管子已坏。

※晶闸管好坏的判别方法有关晶闸管的几个名词触发：当晶闸管加上正向阳极电压后，门极加上适当的正向门极电压，使晶闸管导通的过程称为触发。维持电流IH：室温下门极断开时，晶闸管从较大的通态电流降至刚好能保持晶闸管导通所必需的最小阳极电流。擎住电流IL：晶闸管加上触发电压，当元件从阻断状态刚转入通态就去除触发信号，此时要维持晶闸管导通所需要的最小阳极电流。通常擎住电流约为维持电流的2～4倍。正向阻断：晶闸管加正向电压未超过其额定电压，门极未加电压的情况下，晶闸管关断。硬开通：给晶闸管加足够的正向阳极电压，即使晶闸管未加门极电压也会导通的现象叫硬开通。反向阻断：当晶闸管加反向阳极电压时，晶闸管不会导通。普通晶闸管的特性晶闸管具有单向导电性。（A

→K）晶闸管具有可控性。（uAK>0

&

uGK>0）

晶闸管一旦导通，门极将失去控制作用。导通后流过晶闸管的电流由主电路电源和负载来决定。小结英文拓展触发trigger极性polarity维持电流holdingcurrent擎住电流latchingcurrent例题如图，阳极电流为交流电压，门极在t1瞬间合上开关Q，t4时刻开关Q断开，求电阻上的电压波形ud。QEgUgIaUaU2RdUdQEgUgIaUaU2RdUdU2UgUdtttt1t2t3t4总结1、晶闸管有哪些应用？2、晶闸管的结构和等效电路？3、晶闸管的导通关断条件？电力电子装置安装与调试晶闸管的基本特性1、晶闸管的静态伏安特性第I象限的是正向特性有阻断状态和导通状态之分。在正向阻断状态时，晶闸管的伏安特性是一组随门极电流的增加而不同的曲线簇。当IG足够大时，晶闸管的正向转折电压很小，可以看成与一般二极管一样

第III象限的是反向特性晶闸管的反向特性与一般二极管的反向特性相似。

■晶闸管的伏安特性IG2>IG1>IG电力电子装置安装与调试IG=0时，器件两端施加正向电压，为正向阻断状态，只有很小的正向漏电流流过，正向电压超过临界极限即正向转折电压Ubo，则漏电流急剧增大，器件开通（硬开通）随着门极电流幅值的增大，正向转折电压降低导通后的晶闸管特性和二极管的正向特性相仿晶闸管本身的压降很小，在1V左右导通期间，如果门极电流为零，并且阳极电流降至接近于零的某一数值IH以下，则晶闸管又回到正向阻断状态。IH称为维持电流。■电力电子装置安装与调试晶闸管施加反向电压时，伏安特性类似二极管的反向特性晶闸管的门极触发电流从门极流入晶闸管，从阴极流出阴极是晶闸管主电路与控制电路的公共端门极触发电流也往往是通过触发电路在门极和阴极之间施加触发电压而产生的晶闸管的门极和阴极之间是PN结J3，其伏安特性称为门极伏安特性。为保证可靠、安全的触发，触发电路所提供的触发电压、电流和功率应限制在可靠触发区。■电力电子装置安装与调试晶闸管的基本特性2.

动态特性

与二极管类似，开通、关断过程产生动态损耗

晶闸管的开通和关断过程波形■电力电子装置安装与调试晶闸管的基本特性1)

开通过程延迟时间td：门极电流阶跃时刻开始，到阳极电流上升到稳态值的10%的时间上升时间tr：阳极电流从10%上升到稳态值的90%所需的时间开通时间tgt：以上两者之和，

tgt=td+tr

普通晶闸管延迟时间为0.5~1.5

s，上升时间为0.5~3

s■电力电子装置安装与调试晶闸管的基本特性2)关断过程反向阻断恢复时间trr：正向电流降为零到反向恢复电流衰减至近于零的时间正向阻断恢复时间tgr：晶闸管要恢复其对正向电压的阻断能力还需要一段时间在正向阻断恢复时间内如果重新对晶闸管施加正向电压，晶闸管会重新正向导通实际应用中，应对晶闸管施加足够长时间的反向电压，使晶闸管充分恢复其对正向电压的阻断能力，电路才能可靠工作关断时间tq：trr与tgr之和，即tq=trr+tgr

普通晶闸管的关断时间约几百微秒，这是设计反向电压设计时间的依据。■电力电子装置安装与调试晶闸管的主要参数1.电压额定1)

断态重复峰值电压UDRM——

在门极断路而结温为额定值时，允许重复加在器件上的正向峰值电压,一般为正向转折电压的80％。2)

反向重复峰值电压URRM——

在门极断路而结温为额定值时，允许重复加在器件上的反向峰值电压，一般为反向击穿电压的80％。3)

通态（峰值）电压UTM——

晶闸管通以某一规定倍数的额定通态平均电流时的瞬态峰值电压（一般为2V）。通常取晶闸管的UDRM和URRM中较小的标值作为该器件的额定电压。选用时，额定电压要留有一定裕量,一般取额定电压为正常工作时晶闸管所承受峰值电压2

3倍。■电力电子装置安装与调试晶闸管的主要参数2.额定电流1)

通态平均电流（额定电流）IT(AV)

晶闸管在环境温度为40

C和规定的冷却状态下，在导通角不小于170°的电阻性负载电路中，稳定结温不超过额定结温时，所允许连续流过的单相工频正弦半波电流的最大平均值。使用时应按实际电流与通态平均电流有效值相等的原则来选取晶闸管额定电流。实际使用时应留一定的裕量，一般取1.5

2倍。■波形系数

在实际应用中流过晶闸管的电流的波形是多种多样的，但对于同一只晶闸管而言在流过不同电流波形时，所允许的电流的有效值是相同的。因此，在使用时应按照工作中晶闸管波形的电流与额定情况下的通态平均电流的发热效应相等的原则，即有效值相等的原则来选取晶闸管的额定电流。电力电子装置安装与调试波形系数定义电流波形的有效值与其平均值之比为这个电流的波形系数，用Kf表示。I为此电流的有效值，Id为此电流的平均值。电力电子装置安装与调试额定情况下的波形系数电力电子装置安装与调试因此晶闸管的额定情况下的有效值为1.57IT(AV)电力电子装置安装与调试晶闸管的主要参数对于一只额定电流IT(AV)=100A的晶闸管，允许的电流有效值应该为157A。对于特定电流波形，其有效值和平均值的比值成为波形系数Kf=Irms/IAV，按有效值相等原则选择晶闸管时遵循：例：当三个不同的电流波形，分别流经额定电流为

IT(AV)=100A的晶闸管时，其允许的电流平均值为IAV不同。■电力电子装置安装与调试晶闸管的主要参数（1）正弦半波整流电流波形状态■电力电子装置安装与调试晶闸管的主要参数实际波形的平均值:实际波形的有效值:波形系数:100A的器件允许的电流平均值:

这时100A的器件只能当作70A(平均值)使用.■电力电子装置安装与调试晶闸管的主要参数（2）正弦全波整流电流波形状态■电力电子装置安装与调试实际波形的平均值:实际波形的有效值:实际波形的波形系数:100A的器件允许的电流平均值:

这时100A的器件可当作140A(平均值)使用晶闸管的主要参数■电力电子装置安装与调试晶闸管的主要参数（3）方波半波整流电流波形状态■电力电子装置安装与调试实际波形的平均值:实际波形的有效值:实际波形的波形系数:100A的器件允许的电流平均值:

这时100A的器件只能当作90A(平均值)使用.晶闸管的主要参数■电力电子装置安装与调试晶闸管的主要参数2)

维持电流IH

——晶闸管处于通态时，使晶闸管维持导通所必需的最小电流一般为几十到几百毫安，与结温有关，结温越高，则IH越小3)

擎住电流IL

——

晶闸管刚从断态转入通态并移除触发信号后，能维持导通所需的最小电流

对同一晶闸管来说，通常IL约为IH的2~4倍4)

浪涌电流ITSM

——指由于电路异常情况引起的并使结温超过额定结温的不重复性最大正向过载电流■电力电子装置安装与调试晶闸管的主要参数3、动态参数（1）晶闸管的开通时间tgt与关断时间tq

开通与关断时间的含义如前所述

（2）断态电压临界上升率du/dt

指在额定结温和门极开路的情况下，不导致晶闸管从断态到通态转换的外加电压最大上升率。（2）通态电流临界上升率di/dt

指在规定条件下，晶闸管能承受而无有害影响的最大通态电流上升率。如果电流上升太快，则晶闸管刚一开通，便会有很大的电流集中在门极附近的小区域内，从而造成局部过热而使晶闸管损坏。■电力电子装置安装与调试晶闸管的型号:根据国家的有关规定，普通晶闸管的型号及含义如下:

电力电子装置安装与调试开通条件与关断条件举例一■电力电子装置安装与调试开通条件与关断条件举例二■电力电子装置安装与调试晶闸管应用要点：1、触发导通条件：

UAK>0，UGK>0（或IGK>0），并有足够的触发功率。

一旦器件导通，门极电流就不再具有控制作用。因此，门极触发电流可用脉冲电流，无需用直流。2、晶闸管的关断方法：

自然关断：在导通期间，如果要求器件返回到正向阻断状态，必须令门极电流为零，且将阳极电流降低到一个称为维持电流的临界极限值以下，并保持一段时间。

强迫关断：通过加一反向电压UAK<0，并保持一段时间使其关断。在实际电路中是采用阳极电压反向、减小阳极电压、增大回路阻抗等方式，使阳极电流小于维持电流，使晶闸管关断。■电力电子装置安装与调试晶闸管应用要点：3、晶闸管可靠关断的条件：关断时间tq：恢复晶闸管电压阻断能力所需的最小电路换流反压时间。电路换流反压时间t

：正向电流过零点与重新施加正向电压的起点之间的时间间隔。可靠关断的条件：

UAK<0(或IA<IH)，并保持一段时间t

>

tq。由于在触发导通时积累的非平衡载流子需要恢复时间，使其可靠关断，因此需要在t

>

tq之后再施加正向电压而不会导通。■电力电子装置安装与调试单结晶体管触发电路

单结晶体管触发电路单结晶体管电力电子装置安装与调试1．单结晶体管1）单结晶体管的结构在一块高电阻率的N型硅片上引出两个基极b1和b2，两个基极之间的电阻就是硅片本身的电阻，一般为2～12kΩ。在两个基极之间靠近b1的地方合金法或扩散法掺入P型杂质并引出电极，成为发射极e。它有三个电极，只有一个PN结，因此称为“单结晶体管”，又因为管子有两个基极，所以又称为“双极二极管”、“双基极管”。

电力电子装置安装与调试

等效电路图形符号外形管脚排列电力电子装置安装与调试触发电路常用的国产单结晶体管的型号主要有BT31，BT33，BT35，其外形与管脚排列。发射极e第一基极b1第二基极b2B表示半导体，T表示特种管，3表示三个电极，1、3、5表示耗散功率分别为100mW、300mW、500mW。电力电子装置安装与调试单结管的管脚及好坏检测

把指针式万用表置于R×100挡或R×1K挡，黑表笔接假设的发射极，红表笔接另外两极，当出现两次低电阻时，黑表笔接的就是单结晶体管的发射极。然后用黑表笔接发射极，红表笔分别接另外两极，两次测量中，电阻大的一次，红表笔接的就是B1极。应当说明的是，上述判别B1、B2的方法，不一定对所有的单结晶体管都适用，有个别管子的E--B1间的正向电阻值较小。不过准确地判断哪极是B1，哪极是B2，在实际使用中并不特别重要。即使B1、B2用颠倒了，也不会使管子损坏，只影响输出脉冲的幅度（单结晶体管多作脉冲发生器使用），当发现输出的脉冲幅度偏小时，只要将原来假定的B1、B2对调过来就可以了。电力电子装置安装与调试单结晶体管性能好坏的判断

单结管性能的好坏可以通过测量其各极间的电阻值是否正常来判断。用万用表R×1k档，将黑表笔接发射极E，红表笔依次接两个基极（B1和B2），正常时均应有几千欧至十几千欧的电阻值。再将红表笔接发射极E，黑表笔依次接两个基极，正常时阻值为无穷大。单结管两个基极（B1和B2）之间的正、反向电阻值均为2～10kΩ范围内，若测得某两极之间的电阻值与上述正常值相差较大时，则说明该单结管已损坏。

电力电子装置安装与调试2）单结晶体管的伏安特性单结晶体管的伏安特性：当两基极b1和b2间加某一固定直流电压时，发射极电流与发射极正向电压Ue之间的关系曲线称为单结晶体管的伏安特性＝f（Ue）。单结晶体管实验电路电力电子装置安装与调试

当开关S断开，Ibb为零，加发射极电压Ue时，得到如图①所示伏安特性曲线，该曲线与二极管伏安特性曲线相似。

单结晶体管伏安特性电力电子装置安装与调试当开关闭合，当b2、b1间加正向电压，e、b1间为高阻特性，但当e的电位达到电压的某一比值时，e、b1间变为低阻特性，这是单结管最基本的特点。开关闭合，电压Ubb通过单结晶体管等效电路中的rbl和rb2分压，得A点电位UA，可表示为式中η——分压比，是单结晶体管的主要参数，η一般为0．3～0．9。Ue<UA时，PN结反偏；Ue=UA时，Ie=0；

UA<Ue<UA+UD时，PN结正偏，只有很小的漏电流；Ue=UA+UD时，PN结完全导通，进入P点（峰点）

UP=UA+UD①截止区——aP段电力电子装置安装与调试Ue>Up再增加时：Ie→rb1→η→UA→Ue

rb1←偏压

当增大到一定程度，硅片中载流子的浓度趋于饱和，rbl已减小至最小值，A点的分压UA最小，因而Ue也最小，得曲线上的V点。V点称为谷点，谷点所对应的电压和电流称为谷点电压Uv和谷点电流Iv。PV为负阻区，在负阻区不能停留。②负阻区——PV段电力电子装置安装与调试V点过后，载流子饱和，欲使Ie须Ue，即又恢复正阻特性。谷点电压是维持单结管导通的最小电压。③饱和区——VN段电力电子装置安装与调试单结晶体管伏安特性曲线簇电力电子装置安装与调试（2）单结晶体管的主要参数单结晶体管的主要参数有：基极间电阻rbb

分压比η

峰点电流IP

谷点电压UV

谷点电流IV

耗散功率等。电力电子装置安装与调试2．单结晶体管自激振荡电路（a）单结晶体管自激振荡电路的电路图（b）单结晶体管自激振荡电路波形图电力电子装置安装与调试3．单结晶体管触发电路1）单结晶体管触发电路，是由同步电路和脉冲移相与形成两部分组成的。2）同步电路触发信号和电源电压在频率和相位上相互协调的关系叫同步。同步电路由同步变压器、桥式整流电路VD1～VD4、电阻R3及稳压管组成。电力电子装置安装与调试3）波形分析单结晶体管触发电路的调试以及在今后的使用过程中的检修主要是通过几个点的典型波形来判断个元器件是否正常。①桥式整流后脉动电压的波形将探头的测试端接于“A”点，接地端接于“E”点，测得波形。

（a）实测波形（b）理论波形电力电子装置安装与调试②、削波后梯形波电压波形将探头的测试端接于“B”点，测得B点的波形（a）实测波形（b）理论波形电力电子装置安装与调试

（2）脉冲移相与形成1）电路组成脉冲移相由电阻RE和电容C组成，脉冲形成由单结晶体管、温补电阻R3、输出电阻R4组成。改变自激振荡电路中电容C的充电电阻的阻值，就可以改变充电的时间常数，图中用电位器RP来实现这一变化，例如：RP↑→τC↑→出现第一个脉冲的时间后移→α↑→Ud↓电力电子装置安装与调试2）波形分析①、电容电压的波形将探头的测试端接于“C”点

（a）实测波形（b）理论波形半个周期电力电子装置安装与调试

（2）脉冲移相与形成

调节电位器RP的旋钮，观察C点的波形的变化范围。电力电子装置安装与调试②、输出脉冲的波形将探头的测试端接于“D”点

（a）实测波形（b）理论波形电力电子装置安装与调试

调节电位器RP的旋钮，观察D点的波形的变化范围。电力电子装置安装与调试3．触发电路各元件的选择（1）充电电阻的选择改变充电电阻的大小，就可以改变张驰振荡电路的频率，但是频率的调节有一定的范围，如果充电电阻选择不当，将使单结晶体管自激振荡电路无法形成振荡。充电电阻的取值范围为：其中：

U——加于图中B-E两端的触发电路电源电压

UV——单结晶体管的谷点电压

IV——单结晶体管的谷点电流

UP

——单结晶体管的峰点电压

IP——单结晶体管的峰点电流电力电子装置安装与调试（2）电阻的选择电阻R3是用来补偿温度对峰点电压的影响，通常取值范围为：200～600Ω。（3）输出电阻R4的选择输出电阻的大小将影响输出脉冲的宽度与幅值，通常取值范围为：50～100Ω。（4）电容C的选择电容C的大小与脉冲宽窄和的大小有关，通常取值范围为：0.1～1μF。电力电子装置安装与调试【总结与提高】

把交流电变成大小可调的单一方向直流电的过程称为可控整流。可控整流装置由主电路和触发电路两部分构成。整流装置的输入端一般接在交流电网上。为了适应负载对电源电压大小的要求，或者为了提高可控整流装置的功率因数，一般在主电路输入端接整流变压器，把一次侧电压U1，变成二次侧电压U2。由晶闸管等组成的可控整流主电路，其输出端的负载，可以是电阻性（如白炽灯、电炉、电焊机等）、大电感性负载（如直流电动机的励磁绕组、滑差电动机的电枢线圈等）以及反电势负载（如直流电动机的电枢反电势负载、充电状态下的蓄电池等）。以上负载往往要求整流能输出在一定范围内变化的直流电压。为此，只要改变触发电路所提供的触发脉冲送出的时刻（即控制角），就能改变晶闸管在交流电压u2一周期内导通时间，这样负载上直流电压的平均值就可以得到控制。为了使触发电路能和主电路电压同步，在触发电路输入端接同步变压器。

把交流电变成大小可调的单一方向直流电的过程称为可控整流。可控整流装置由主电路和触发电路两部分构成。整流装置的输入端一般接在交流电网上。为了适应负载对电源电压大小的要求，或者为了提高可控整流装置的功率因数，一般在主电路输入端接整流变压器，把一次侧电压U1，变成二次侧电压U2。由晶闸管等组成的可控整流主电路，其输出端的负载，可以是电阻性（如白炽灯、电炉、电焊机等）、大电感性负载（如直流电动机的励磁绕组、滑差电动机的电枢线圈等）以及反电势负载（如直流电动机的电枢反电势负载、充电状态下的蓄电池等）。以上负载往往要求整流能输出在一定范围内变化的直流电压。为此，只要改变触发电路所提供的触发脉冲送出的时刻（即控制角），就能改变晶闸管在交流电压u2一周期内导通时间，这样负载上直流电压的平均值就可以得到控制。为了使触发电路能和主电路电压同步，在触发电路输入端接同步变压器。可控整流电路

用晶闸管组成的可控整流电路，可以很方便地把交流电变成大小可调的直流电，且具有体积小、重量轻、效率高以及控制灵敏等优点。整流电路单相单相半波单相全波单相桥式三相三相半波三相桥式双反星形负载性质：电阻性电感性反电势性

单相半波可控整流电路1．电阻性负载调光灯主电路单相变压器二次侧电压u2为50HZ正弦波，晶闸管VT。当在电源正半周内且在门极加触发脉冲时导通。VT导通时，ud=u2,截止时ud=0VTRdTRudu2（1）工作原理

名词解释：wtuda

qa：控制角，即晶闸管承受正压到触发导通之间的电角度。q：导通角，即晶闸管在一个周期内导通的电角度。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。1）时的波形分析（a）输出电压波形（b）晶闸管两端电压波形分析:在电源电压正半周区间内，触发脉冲触发晶闸管VT导通负载上得到输出电压的波形是与电源电压相同形状的波形；当电源电压过零时，晶闸管也同时关断，负载上得到的输出电压为零；在电源电压负半周内，晶闸管承受反向电压不能导通，直到第二周期触发电路再次施加触发脉冲时，晶闸管再次导通。晶闸管两端电压分析：在晶闸管导通期间，忽略晶闸管的管压降，在晶闸管截止期间，管子将承受全部反向电压。2）时的波形分析（a）输出电压波形（b）晶闸管两端电压波形分析：在时，晶闸管承受正向电压，此时加入触发脉冲晶闸管导通，负载上得到输出电压的波形是与电源电压相同形状的波形；同样当电源电压过零时，晶闸管也同时关断，负载上得到的输出电压为零；在电源电压过零点到之间的区间上，虽然晶闸管已经承受正向电压，但由于没有触发脉冲，晶闸管依然处于截止状态。

时输出电压和晶闸管两端电压的实测波形（a）输出电压波形（b）晶闸管两端电压波形

触发导通时刻过零关断时刻3）其他角度时的波形分析（a）输出电压波形（b）晶闸管两端电压波形

时的波形分析

时输出电压和晶闸管两端电压的实测波形（a）输出电压波形（b）晶闸管两端电压波形

3）其他角度时的波形分析（a）输出电压波形（b）晶闸管两端电压波形

时的波形分析

时输出电压和晶闸管两端电压的实测波形（a）输出电压波形（b）晶闸管两端电压波形

3）其他角度时的波形分析（a）输出电压波形（b）晶闸管两端电压波形

时的波形分析

时输出电压和晶闸管两端电压的实测波形（a）输出电压波形（b）晶闸管两端电压波形

（2）单相半波可控整流带电阻性负载电路参数的计算1）输出电压平均值与平均电流的计算：2）负载上电压有效值U与电流有效值的计算：有效值U的计算：负载电流有效值的计算：3）晶闸管电流有效值与管子两端可能承受的最大电压为：流过晶闸管电流的有效值：晶闸管可能承受的正反向峰值电压为：4）功率因数

例题例1单相半波可控整流电路，阻性负载，电源电压U2为220V，要求的直流输出电压为50V，直流输出平均电流为20A，试计算：晶闸管的控制角。输出电流有效值。电路功率因数。晶闸管的额定电压和额定电流，并选择晶闸管的型号。解：1．由计算输出电压电压为50V时的晶闸管控制角α求得α＝90°2．当α＝90°时，

3．4．根据额定电流有效值IT大于等于实际电流有效值I相等的原则IT≥I，则IT(AV)≥(1.5~2)取2倍安全裕量，晶闸管的额定电流为IT(AV)≥42.4~56.6A。按电流等级可取额定电流100A。晶闸管的额定电压为UTn=(2~3)UTM=(2~3)=622~933V.按电压等级可取额定电压800V即8级。选择晶闸管型号为：KP100－8。2．电感性负载

讨论：电感线圈对电流变化的阻碍作用

1）在0～a期间：晶闸管阳极电压大于零，此时晶闸管门极没有触发信号，晶闸管处于正向阻断状态，输出电压和电流都等于零。2）在a时刻：门极加上触发信号，晶闸管被触发导通，电源电压u2施加在负载上，输出电压ud=u2。3）在π时刻：交流电压过零，由于电感的存在，流过晶闸管的阳极电流仍大于零，晶闸管会继续导通，此时电感储存的能量一部分释放变成电阻的热能，同时另一部分送回电网，电感的能量全部释放完后，晶闸管在电源电压u2的反压作用下而截止。结论：由于电感的存在，不管如何调节控制角，Ud值总是很小，电流平均值Id也很小，没有实用价值。实际的单相半波可控整流电路在带有电感性负载时，都在负载两端并联有二极管。

电感性负载并接二极管时的电路

从波形图分析：①在电源电压正半周（0～π区间）:晶闸管承受正向电压，触发脉冲在a时刻触发晶闸管导通，负载上有输出电压和电流。此时续流二极管VD承受反向电压而关断。②在电源电压负半周（π～2π区间）:电感的感应电压使续流二极管VD承受正向电压导通续流，此时电源电压u2＜0，u2通过续流二极管使晶闸管承受反向电压而关断，负载两端的输出电压仅为续流二极管的管压降。如果电感足够大，续流二极管一直导通到下一周期晶闸管导通，使电流id连续，且id波形近似为一条直线。

结论：电阻负载加续流二极管后，输出电压波形与电阻性负载波形相同，流过晶闸管和续流二极管的电流波形是矩形波。在晶闸管关断时，该管能为负载提供续流回路，故称续流二极管作用：使负载不出现负电压电路参数计算①输出电压平均值Ud与输出电流平均值Id。②流过晶闸管电流的平均值IdT和有效值IT流过晶闸管电流的平均值IdT：流过晶闸管电流的有效值IT：③流过续流二极管电流的平均值IdD和有效值ID流过续流二极管电流的平均值IdD:流过续流二极管电流的有效值ID：④晶闸管和续流二极管承受的最大正反向电压。晶闸管和续流二极管承受的最大正反向电压都为电源电压的峰值，即：RdVT1VT2VD1VD2TR共阴极连接的晶闸管共阳极连接的二极管单相桥式半控整流电路bridgerectifiercircuit1、阻性负载工作过程数量关系VT1、VT2具有单向可控导电性，VD1、VD2具有单向导电性，不具有可控性，因此将此电路称为单相半控桥。

数量关系：共阳极连接的二极管VT1VT2VD1VD2RdTRLd一、电路图工作过程共阴极连接的晶闸管图2--14单相半控桥感性负载二、工作原理VT1、VD2导通VT1、VD1导通1、当u2电压在正半周，控制角为α时，触发晶闸管VT1导通，负载电流id经VT1、VD2流通，电感储存能量，产生上正下负的自感电动势。2、u2电压下降到零开始变负时，电感由储存能量变为释放能量，产生上负下正的自感电动势，维持电流流通，VT1将继续到通，同时VD2关断、VD1导通，负载端电压为0。二、工作原理VT2、VD1导通VT2、VD2导通3、当u2为负半周且控制角为α时，触发VT2导通，负载电流id经VT2、VD1流通，电感由释放能量变成储存能量，负载端电压ud=uba=-u2。4、u2电压由负变正过零时，电感由储存能量变为释放能量，产生上负下正的自感电动势，维持电流流通，VT2将继续到通，同时VD1关断、VD2导通，负载端电压为0。结论1.晶闸管在触发时刻换流，二极管在电源电压过零时刻换流。2.对于单向半控桥感性负载，负载端的电压波形如右图。根据波形得Ud=0.9U2(1+cosα)/2

结论3.单相半控桥感性负载，负载端电压波形与阻性负载完全相同，即单相半控桥感性负载本身具有续流作用。4.在实际使用的过程中，单相半控桥感性负载容易产生失控现象。

当突然把控制角增大到180°或突然切断触发电路时，会发生正在导通的晶闸管一直导通而两个二极管轮流导通的现象。三、失控现象有一大电感负载采用单相半控桥式有续流二极管的整流电路供电，负载电阻为5Ω，输入电压220v，晶闸管的控制角α=60º，求流过晶闸管、二极管的电流平均值和有效值。解：负载端输出的电压平均值

Ud=0.9U2(1+COSα)/2=149V例1负载端电流平均值：

Id=Ud/Rd=149/5=30A一周期内晶闸管得导通角

θ=180º-α=180º-60º=120º一周期内二极管的导通角

θD=2α=120º例则电流平均值及有效值为

例单相半控桥整流电路，当导通角θ=120º时流过续流二极管和晶闸管的电流平均值相同。。返回TheEnd任务实施1-1

晶闸管调光灯电路的焊接与调试【学习目标】：1.按要求焊接晶闸管调光灯电路，掌握焊接方法。2.调试晶闸管调光灯电路，掌握典型故障的检测与判断。调光灯调光灯电路原理图调光电位器晶闸管英文回顾：晶闸管thyristor单结晶体管

unijunctiontransisitor英文拓展：电路板

circuitboard焊接

solder用万用表判别晶闸管的管脚KGA

用指针式万用表R×1KΩ（或×100Ω）档测量三引脚间的阻值，当出现阻值较小（约为几十Ω）时，黑表笔所接的为G极，红表笔为K极。剩下的另一引脚为A极。假如三引脚两两之间均不通或阻值均很小，说明该管子已坏。※晶闸管管脚的判别方法用万用表判别晶闸管的好坏AGK用万用表判别晶闸管的好坏AGKAKG

用指针式万用表判别出三个管脚以后，用R×100Ω档黑表笔接A极，红表笔接K极，此时表针基本不动，用镊子（或其它导体）快速短接一下A极与G极，表针明显有较大程度的偏转且去掉短接线后能一直保持，说明管子正常；否则说明管子已坏。

※晶闸管好坏的判别方法单结管的管脚及好坏检测

把指针式万用表置于R×100挡或R×1K挡，黑表笔接假设的发射极，红表笔接另外两极，当出现两次低电阻时，黑表笔接的就是单结晶体管的发射极。然后用黑表笔接发射极，红表笔分别接另外两极，两次测量中，电阻大的一次，红表笔接的就是B1极。单结晶体管性能好坏的判断单结管性能的好坏可以通过测量其各极间的电阻值是否正常来判断。用万用表R×1k档，将黑表笔接发射极E，红表笔依次接两个基极（B1和B2），正常时均应有几千欧至十几千欧的电阻值。再将红表笔接发射极E，黑表笔依次接两个基极，正常时阻值为无穷大。单结管两个基极（B1和B2）之间的正、反向电阻值均为2～10kΩ范围内，若测得某两极之间的电阻值与上述正常值相差较大时，则说明该单结管已损坏。焊接注意事项：焊接时利用烙铁头的对元件引线和焊盘预热，烙铁头与焊盘的平面最好成45°夹角，等待焊金属上升至焊接温度时，再加焊锡丝。被焊金属未经预热，而将焊锡直接加在烙铁头上，使焊锡直接滴在焊接部位，这种焊接方法常常会导致虚焊。插件元件焊接步骤1）插入

将插件元件插入电路板标示位置过孔中，与电路板紧贴至无缝为止。如未与电路板贴紧，在重复焊接时焊盘高温易使焊盘损伤或脱落，物流过程中也可导致焊盘损伤或脱落。

2)

预热

烙铁与元件引脚、焊盘接触，同时预热焊盘与元件引脚，而不是仅仅预热元件，此过程约需1秒钟时间。3)

加焊锡

焊锡加焊盘上（而不是仅仅加在元件引脚上），待焊盘温度上升到使焊锡丝熔化的温度，焊锡就自动熔化。不能将焊锡直接加在烙铁上使其熔化，这样会造成冷焊。4)

加适量的焊锡，然后先拿开焊锡丝。

5)焊后加热拿开焊锡丝后，不要立即拿走烙铁，继续加热使焊锡完成润湿和扩散两个过程，直到是焊点最明亮时再拿开烙铁，不应有毛刺和空隙。

6)

冷却

在冷却过程中不要移动插件元件。电烙铁使用注意事项电烙铁温度升高后，首先应将烙铁尖点上薄薄的一层焊锡，避免烙铁尖因氧化而不沾锡。使用过程中，烙铁尖表面应一直保持有薄薄的焊锡层，多余的焊锡可轻轻甩在烙铁架上，或用一块湿布（湿海绵）擦拭一下。暂时不用时，应将电烙铁温度调至最低。

开始焊接项目二直流调速装置的电路分析与检测【学习目标】掌握单相桥式可控整流电路的工作原理。掌握有源逆变电路的的工作原理。识别GTO的器件，了解其功能和作用。掌握GTO的工作原理。分析晶闸管直流调速装置的工作原理。掌握相关英文词汇【项目描述】可控整流电路的应用是电力电子技术中应用最为广泛的一种技术。本项目将以直流调速装置为例，让大家了解单相桥式可控整流电路和有源逆变电路在直流调速装置中的应用。一、单相全控桥式整流电路1．单相桥式全控整流电路（1）电阻性负载单相桥式整流电路带电阻性负载的电路1．单相桥式全控整流电路单相桥式整流电路带电阻性负载的工作波形1．单相桥式全控整流电路单相全控桥式整流电路带电阻性负载电路参数的计算：①、输出电压平均值的计算公式：

②、负载电流平均值的计算公式：

③、输出电压的有效值的计算公式：

④、负载电流有效值的计算公式：

⑤、流过一只可关断晶闸管（GTO）的电流的平均值的计算公式：

⑥、流过一只GTO的电流的有效值的计算公式：⑦、GTO可能承受的最大电压为：（2）电感性负载电感性负载的电路

（2）电感性负载电感性负载的工作波形分析（2）电感性负载单相全控桥式整流电路带电感性负载电路参数的计算：①、输出电压平均值的计算公式：移相范围是0°～90°。②、负载电流平均值的计算公式：

③、流过一只GTO的电流的平均值和有效值的计算公式：

④、GTO可能承受的最大电压为：（2）电感性负载为了扩大移相范围，去掉输出电压的负值，提高Ud的值，也可以在负载两端并联续流二极管，接了续流二极管以后，的移相范围可以扩大到0°～180°。

二、有源逆变电路1．有源逆变的工作原理（1）两电源间的能量传递(a)(b)(c)1．有源逆变的工作原理图（a）为两个电源同极性连接，称为电源逆串；图（b）也是两电源同极性相连；图（c）为两电源反极性连接，称为电源顺串；此时电源E1与E2均输出功率，电阻上消耗的功率为两电源功率之和：PR＝P1＋P2。1．有源逆变的工作原理通过上述分析，我们知道：（1）无论电源是顺串还是逆串，只要电流从电源正极端流出，则该电源就输出功率；反之，若电流从电源正极端流入，则该电源就吸收功率。（2）两个电源逆串连接时，回路电流从电动势高的电源正极流向电动势低的电源正极。如果回路电阻很小，即使两电源电动势之差不大，也可产生足够大的回路电流，使两电源间交换很大的功率。（3）两个电源顺串时，相当于两电源电动势相加后再通过R短路，若回路电阻R很小，则回路电流会非常大，这种情况在实际应用中应当避免。1.有源逆变的工作原理单相桥式变流电路整流与逆变原理(a)电路图(b)整流状态下的波形图(c)逆变状态下的波形图1.有源逆变的工作原理图（a）中GTO的控制角a＜90°，则电路工作在整流状态，通过调整角，则交流电压通过I组GTO输出功率，电动机吸收功率。负载中电流值为:若当开关S拔向位置2时，又同时触发脉冲控制角调整到a＞90°，则Ⅱ组GTO输出电压将为上负下正，波形如图（c）所示。调整角使GTO在E与u2的作用下导通，负载中电流为:这种情况下，电动机输出功率，运行于发电制动状态，Ⅱ组GTO吸收功率并将功率送回交流电网。这种情况就是有源逆变。1.有源逆变的工作原理逆变时的输出电压控制有的是与整流时相同，计算公式仍为

我们令，称为逆变角，则1.有源逆变的工作原理实现有源逆变必须满足下列条件：（1）变流装置的直流侧必须外接电压极性与GTO导通方向一致的直流电源，且其值稍大于变流装置直流侧的平均电压。（2）变流装置必须工作在＜90°区间，使其输出直流电压极性与整流状态时相反，才能将直流功率逆变为交流功率送至交流电网。要指出的是，关控桥或接有续流二极管的电路，因它们不可能输出负电压，也不允许直流侧接上直流输出反极性的直流电动势，所以这此电路不能实现有源逆变。2．逆变失败与逆变角的限制（1）逆变失败的原因有源逆变换流失败分析2．逆变失败与逆变角的限制造成逆变失败的原因主要有以下几种情况：①触发电路故障。如触发脉冲丢失、脉冲延时等不能适时、准确的向GTO分配脉冲的情况，均会导致GTO不能正常换相。②GTO故障。如GTO失去正常导通或阻断能力，该导通时不能导通，该阻断时不能阻断，均会导致逆变失败。③逆变状态时交流电源突然缺相或消失。由于此时变流器的交流侧失去了与直流电动势E极性相反的电压，致使直流电动势经过晶闸管形成短路。④逆变角取值过小，造成换相失败。（2）逆变失败的限制逆最小逆变角的取值一般为≥30°～35°为防止小于，有时要在触发电路中设置保护电路，不能进入的区域。在电路中加上安全脉冲产生装置，安全脉冲位置就设在处，一旦工作脉冲就移入处，安全脉冲保证在处触发晶闸管

1．GTO的结构及工作原理主要特点：既可用门极正向触发信号使其触发导通，又可向门极加负向触发电压使其关断。（a）可关断（GTO）的外形（b）可关断（GTO）的图形符号三、可关断晶闸管（GTO）1．GTO的结构及工作原理可关断（GTO）的内部结构2．GTO的驱动电路理想的门极驱动信号（电流、电压）波形如图所示，其中实线为电流波形，虚线为电压波形。2．GTO的驱动电路GTO门极驱动电路包括开通电路、关断电路和反偏电路。下图为双电源供电的门极驱动电路，由门极导通电路、门极关断电路和门极反偏电路组成。门极反偏电路门极关断电路门极导通电路一、晶闸管对触发电路的要求

触发信号要有足够的功率触发脉冲必须与主电路电源保持同步触发脉冲要有一定的宽度，前沿要陡发脉冲的移相范围应能满足主电路的要求二、几种常用触发信号电压波形正弦波尖脉冲方波强触发脉冲脉冲列锯齿波触发电路整流电路的触发电路有很多种，要根据具体的整流电路和应用场合选择不同的触发电路。实际中，大多情况选用锯齿波同步触发电路和集成触发器。

1、锯齿波同步触发电路的组成和工作原理

锯齿波同步触发电路（1）锯齿波形成（2）同步移相（3）脉冲形成放大环节（4）双脉冲（5）脉冲封锁（6）强触发环节锯齿波同步触发电路分析锯齿波同步触发电路锯齿波同步触发电路分析脉冲形成放大环节：脉冲形成与放大环节由V4，V5、V6，V7、V8,C3等元件组成,T4管道同瞬间决定脉冲输出时刻,T5关持续截止,时间即使脉冲的宽度,而T5截止只时间的长短是由C3反向充电时间常数R11C3决定.VD6在于提高V7、V8管的导通阀值，提高抗干扰能力。

uK—移动脉冲的相位，脉冲移相的目的。

uP—当uK=0时，确定脉冲的初始相位。返回锯齿波形成、同步移相环环节该环节主要由V1、V2、V3、C2、DW、等元件组成T1、DW、RW1、R3、组成恒流源向C2提供充电电流调节RW1，即可改变锯齿波的斜率。uc2t同步电压环节同步电压环节由同步变压器BT和V2管等元件组成。同步的实现：同步电源变压器BT和主电路整流变压器接在同一电源上。双窄脉冲的形成本相触发单元发生第一个脉冲后，间隔60°的第二个脉冲可以以滞后60°相位的后一相触发