第十一章电力电子电路.ppt

1、第11章 教学基本要求,要知道,晶闸管导通及关断条件、控制角与导通角含义及之间关系、可控整流基本原理、单结晶体管构成的触发电路基本原理及同步触发含义。,会计算,电阻性负载的单相半控桥式整流电路的输出直流平均电压及对晶闸管和整流二极管参数要求、单结晶体管触发电路控制角及移相范围。,电力电子电路,第 十一 章,11.2.1 晶闸管的符号和外型,11.2.2 晶闸管的工作原理,11.1 概 述,11.2.3 晶闸管的主要参数及型号,11.2 晶闸流管的结构和工作原理,11.1 概 述,电力电子电路 用微弱信号对电力电子器件进行通断控制，实现在高电压、大电流或电能间进行各种转换的电路。,电力电子器件的

2、发展（又称电力或功率半导体器件） 第一代：以晶闸管为主的半控型 第二代：半控型（自关断） 第三代：功率集成电路（集功率开关器件、驱动、缓冲、保护、检测和传感器于一身）,晶闸管(Thyristor) 可控硅，是一中受控硅二极管。 优点：体积小、重量轻、耐压高、容量大、响应速度快、控制灵活、寿命长、使用维护方便。 缺点：大多工作与断续的非线性周期工作状态，产生大量谐波干扰电网；过载能力和抗扰能力较差、控制电路复杂。（由于技术进步，近年有改善）,11.2 晶闸管的结构和工作原理,11.2.1 晶闸管的符号和外型,符号,螺栓式,平板式,塑封式,11.2.2 晶闸管的工作原理,等效 结构,等效工作电路,

3、符号电路,1. 触发导通：,S闭合，触发信号UGK, IB2 (IG ), IC2 (2IB2), IC1 (12IB2),形成正反馈，晶闸管触发导通,UGK = 0.6 1.2V,2. 关断方法： 降低正向电压，使阳极电流小于维持电流IH则截止。 使UGK 0则截止。,11.2.3 晶闸管的主要参数及型号,一、电压额定值,1. 额定电压(耐压)UD：指加在管子上的最大允许电压。 为保证安全，选型要求UD大于实际工作峰值电压23倍。,2. 通态平均电压UF ：指通过正向正弦半波额定电流时，在导通一个周期内管子两端的平均电压。为0.6 1.2V。,3. 反向击穿电压UBR ：指达到反向击穿时所加

4、反向电压。,4. 反向重复峰值电压URRM ：当控制极开路，允许重复加在管子上的反向峰值电压。 URRM = UBR 100 V。,二、电流额定值,1. 额定正向平均电流IF ：指允许通过工频正弦半波电流平均值。一般取IF为正常平均电流的1.5 2倍。,2. 维持电流 IH ：指由通态到断态的最小阳极电流。,3. 浪涌电流IFSM ：指晶闸管能承受的最大过载电流的峰值。,三、控制极额定参数,1. 控制极触发电压UG、触发电流 IG ：指管子触发导通所需的最小控制极直流电压、电流。通常UG为1 5V，IG为几十至几百毫安。,2. 控制极正向、反向最大电压、最大电流和平均功率及瞬时最大功率。,四、

5、其它定额,通态电流上升率dia/dt、断态电压临界上升率duak/dt 、开通时间 ton、关断时间toff。,五、晶闸管型号,据JB1144 75 规定，KP型普通晶闸管的型号和含义为：,K P - ,晶闸管,普通型晶闸管 （另有K-快速型，S双向型）,额定通态平均电流 IF系列 从1 1 000 A内分14个规格。,额定电压 UD 等级，1000 V级差为100 V； 1000 3000 V级差为200 V，单位为100V。,通态平均电压 UF 组别（小于100A不标） 分9级，用A I 表示0.4 1.2V，级差0.1V,例如 KP10012G 表示IF = 100 A， UD = 12

6、00 V， UF = 1 V的普通型晶闸管。,11.3.1 电阻性负载的单相半控桥式整流电路,11.3.2 触发电路,11.3.3 晶闸管、单结晶体管电路应用举例,11.3 单相可控整流电路及触发电路,11.3.1 电阻性负载的单相半控桥式整流电路,一、工作原理,两只晶闸管和两只 二极管构成半控整流,u2、ak和 RL组成主回路,gk及其控制电路组成触发回路,u2正半周 ，当t = ，T1触发导通、D2导通， T2、D1截止 当t = ， u2= 0 ，T1阻断、D2截止， T2、D1截止,u2负半周 , 当t = +，T2触发导通、D1导通， T1、D2截止 当t = 2， u2= 0 T2

7、阻断、D1截止， T1、D2截止,二、参数计算,1. 输出电压和电流,2. 晶闸管和二极管工作参数,例 11.3.1 要求UO =1120V可调， 直流平均电流为10A， 220V交流供电，单相桥式半控，试选择U2、晶闸管和二极管。,解,当 = 0，变压器副边电压有效值U2最大为：,考虑电网波动及变压器效率，取U2为150 V。,晶闸管和二极管的平均电流为：,额定电流为 IF = 2ITAV = 10 A,晶闸管和二极管承受的最大反向电压为：,选择晶闸管和 二极管的要求,URM 2 212 V,IFM 10 A,11.3.2 触发电路,触发电路 向晶闸管控制极提供触发信号的电路。,对触发脉冲的

8、基本要求： (1) 与主回路电源电压的相位具有一定控制角对应关系。 (2) 触发电压为4 10 V。 (3) 触发脉冲宽度不低于 6 s，最好为20 50 s。 (感性负载应更宽) (4) 在发送触发脉冲之前，触发输出电压应 0.15 0.2V， 或为 2 1V，以免误触发。,一、单结晶体管的符号和外形,等效电路,符号,b1 第一基极 b2 第二基极 Rb1、Rb1 基极与基体间体电阻 Rbb = Rb1+ Rb1 2 15 k A 内部分压点, 分压比 一般在 0.3 0.9 之间,外 形,二、单结晶体管的伏安特性,当UE UA，PN结反偏，IE 反向电流很小，FG段；,UE = UA，PN

9、结零偏，IE = 0，G点；,UE = UA （UA+ UD）， PN结微导通， IE = 0， GP段；,UE UA+UD, PN结导通，呈现负阻特性， IE UE PV段； （因内部多子流量增大，Rb1减少， UA UE ）,在V点后， IE UE ，多子流量饱和， Rb1不再减小。,峰点,4 A,谷点,三、单结晶体管的振荡电路,初始，uE = 0，T截止，C 充电， uE 按指数曲线 ； 当UE UP，T 突然导通，C 放电并输出上跳沿， uE 按指数曲线迅速 ； 当UE UV，T又截止， C 开始充电,三、单结晶体管的振荡电路,充电时间T1，放电时间T2,因（Rb1+ RB1 ）C RE C ，,T T2,四、单结晶体管的触发电路,调节RB1即调节第一个触发脉冲的角。 Tr为同步变压器，给一次侧主回路和二次侧提供相同频率， 在u1、 u2、 uB过零同时，单结管内部uA = 0，使C电荷泄放 完，实现下一周期同步触发。,11.3.3 晶闸管、单结晶体管电路应用举例,一、单相交流调压电路的应用,* 通过调节RP调节触发脉冲的控制角，使负载的导通角 改变，从而调节输出电压。 * 每当T1导通，触发电路停止振荡，当220V交流过零时， T1截止，触发电路重新工作，提供下一次触发脉冲。,保护T1，C1 吸收尖峰过电压，R1 起阻尼作用，防止自激振荡产生高压,起隔离作用