电力电子技术－ch2 可控整流电路-单相半波

1、1,第一章 晶闸管,第一节 晶闸管的结构和工作原理,第二节 晶闸管的特性和主要参数,2,晶闸管内部管芯结构：双晶体管模型,第一节 晶闸管的结构和工作原理,复习,3,1 导通条件： UAK0 AND UGK0 (iG 0适当值) 2 关断条件： IA减小至维持电流以下 UAK减小到零或加反压来达到 一旦导通，门极失去控制 可用脉冲信号控制,第一节 晶闸管的结构和工作原理,二晶闸管的导通关断条件,只能控制导通，不能控制关断,复习,4,Ig,Ib2,Ic2 (Ib1),Ic1,第一节 晶闸管的结构和工作原理,三晶闸管的工作原理,导通的过程：,正反馈！,复习,5,一、晶闸管的伏安特性 UAK与IA之间

2、的变化关系曲线,第二节 晶闸管的特性和主要参数,I 象限：正向特性,III 象限：反向特性,复习,6,二、晶闸管的主要参数,1）电压参数,第二节 晶闸管的特性和主要参数,复习,UDSM断态不重复峰值电压 UDRM 断态重复峰值电压 URSM 反向不重复峰值电压 URRM 反向重复峰值电压 额定电压：min(UDRM ，URRM)取整,UON通态平均电压（管压降）： 通过正弦半波的额定通态平均电流和额定结温时，A-K电压降平均值,7,ITav通态平均电流（额定电流） 允许通过的工频正弦半波电流的平均值 （环境温度+40度和规定的冷却条件下导通角不小于170度阻性负载电路）,第二节 晶闸管的特性和

3、主要参数,二、晶闸管的主要参数,2）电流参数,复习,允许通过的电流有效值,IT =1.57ITav 1.57：正弦半波的波形系数Kf（=IT/Id）,ITav=(1.52) IT/1.57= (1.52) KfId/1.57,具体应用中的SCR额定电流选取：根据有效值！,8,第二节 晶闸管的特性和主要参数,二、晶闸管的主要参数,2）电流参数, ITav通态平均电流（额定电流）, 维持电流 IH 使晶闸管维持导通所必需的最小电流, 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24倍, 浪涌电流ITSM 指由于电路异常情况

4、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,复习,9,第二节 晶闸管的特性和主要参数,二、晶闸管的主要参数,3）动态参数, du/dt-断态电压临界上升率 条件：额定结温，门极开路 使SCR保持断态所能承受的最大电压上升率,超过会误导通： J2结电容效应-位移电流 限制方法： 在SCR A-K两端并RC (防止截止期间误导通),10,第二节 晶闸管的特性和主要参数,二、晶闸管的主要参数,3）动态参数, di/dt-通态电流临界上升率 在规定条件下，SCR门极触发开通时，SCR能承受的不会导致损坏的通态电流最大上升率,di/dt超过会引起过热损坏： 电流集中！ 限制方法： 在阳极电路串

5、一小电感；快速上升的强触发脉冲可提高di/dt承受能力,11,第二节 晶闸管的特性和主要参数,二、晶闸管的主要参数,3）动态参数, tON-门极控制开通时间 tON =td(延时)+tr(上升),12,第二节 晶闸管的特性和主要参数,二、晶闸管的主要参数,3）动态参数, tOF-电路换向关断时间 tOF =trr(反向恢复)+tgr(门极恢复) SCR承受反压时间必须大于ToF,13,动态特性,晶闸管的开通和关断过程波形,第二节 晶闸管的特性和主要参数,14,三、晶闸管的门极伏安特性和参数定额,门极伏安特性： UGK-Ig关系。 与二极管相似 三个区： 不触发区：0-UGDIGD UGD不触发

6、电压 IGD 不触发电流 可靠触发区：ABCGFED UGT触发电压 IGT 触发电流 不可靠触发区：ABCJIH,G,第二节 晶闸管的特性和主要参数,15,UGFM门极的正向峰值电压 IGFM 门极的正向峰值电流 PGav 门极的平均功率 PGM 门极的峰值功率,第二节 晶闸管的特性和主要参数,三、晶闸管的门极伏安特性和参数定额,16,第一章 学习要求！,了解、掌握晶闸管的： 电工符号，三个极名称； 内部结构构成及工作原理（双晶体管模型）； 开通和关断条件； 基本特性(伏安特性) 主要参数；额定电流 门极可靠触发区选取 选择和使用中应注意的一些问题,17,晶闸管的选取方法！,主要包括额定电压

7、、额定电流参数两部分。额定电压参数的选取主要是根据晶闸管所承受的最大电压，再根据要求乘以电压安全裕量系数； 额定电流参数的选取主要是根据晶闸管电流的通态平均值，再根据要求乘以电流安全裕量系数即可。 根据计算的电压和电流的数值，及生产厂家提供的晶闸管的参数表，就可确定所选晶闻管的型号。,18,电力电子技术 Power Electronics,第二章 可控整流电路,19,第二章 可控整流电路,本课程重点内容之一(一般30%) 主要内容： 几种常用的可控整流电路及工作原理，不同性质负载下电压电流波形，电量基本关系，掌握分析方法; 工作原理波形分析定量分析 掌握各种电路特点和应用范围，根据用电设备要求

8、正确设计可控整流电路及元件的参数,20,可控整流电路简介,电能的变换：整流器、逆变器、斩波器、交流调压器,整流电路的定义：将交流电变换成大小可以调节的直流电，是出现最早的电力电子电路,整流电路的分类：,按电路结构可分为桥式电路和零式电路,按交流输入相数分为单相电路和多相电路,按组成的器件可分为不可控、半控、全控,21,几种典型的单相可控整流电路,单相半波整流电路,单相桥式全控整流电路,单相桥式半控整流电路,带电阻负载的工作情况 带阻感负载的工作情况 带反电动势负载时的工作情况,22,可控整流电路的学习要领,熟悉可控整流电路并掌握分析方法 根据电路负载性质，分析导通关断物理过程,不同性质负载下电

9、压电流波形，电量基本关系,掌握各种电路特点和应用范围,根据用电设备要求正确设计可控整流电路及元件的参数,23,单相半波可控整流电路,单相半波整流电路 纯阻性负载工作情况 阻感性负载工作情况 带续流二极管的阻感性负载工作情况,24,单相半波可控整流电路,带电阻负载的工作情况,电阻负载的特点：电压与电流成正比，两者波形相同 。,变压器T起幅值变换和电气隔离的作用,电路由变压器、晶闸管和电阻负载组成,25,复习：晶闸管的开通和关断原理,承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通。 承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能开通。 晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用。 要使晶闸

10、管关断，只能使晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下 。,晶闸管正常工作时的开通和关断原理：,26,(0, t 1),末加门极驱动电压情况： 假设: SCR(VT)为理想开关 u2= U2msint单相交流电源 u20时： SCR承受正向电压 若无门极触发信号: SCR-正向阻断； 承受电压为：u2; id=0, ud=0,单相半波可控整流电路,带电阻负载的工作情况,27,当t=时： 加触发信号： SCR导通 iT= id = i2（副边回路） ud=u2 id=ud/R=u2/R t=时： iT= id = i2 =0 SCR关断,(t 1，),单相半波可控整流电路,带电阻负载的工作情况,2

11、8,SCR承受反压阻断,( ，2),单相半波可控整流电路,带电阻负载的工作情况,29,单相半波可控整流电路,ud为脉动直流，只在u2正半周出现，-半波整流 可控器件+交流输入为单相-单相半波可控整流电路 ud波形在一个电源周期中只脉动1次-单脉波整流电路,30,单相半波可控整流电路,几个重要的基本概念：,触发角a ：从晶闸管开始承受正向阳极电压起到施加触发脉冲止的电角度,移相范围：控制角的变化范围,导通角 ：晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度,31,单相半波可控整流,直流输出电压平均值为,VT的a 移相范围为180 相控整流：通过控制触发脉冲的相位，即可控制直流输出电压大小,带电阻负载的工

12、作情况,32,阻性负载情况小结 * SCR管触发导通，将交流电变成脉动的直流电 * 改变角，可以改变输出电压电流波形和大小 * SCR管可能承受的最大反向电压为U2电压峰值，最大正向电压为U2峰值 * SCR是否能触发导通的依据是电压正偏 * SCR从导通变关断的依据是流过SCR的电流为零(或AK两端电压小于零),单相半波可控整流电路,33,单相半波整流电路 纯阻性负载工作情况 阻感性负载工作情况 带续流二极管的阻感性负载工作情况,单相半波可控整流电路,34,电感的特性,根据电磁感应定律：当有变动电流通过电感时，由于穿过线圈的磁通随之而变动，线圈中将会有感应电动势产生； 根据楞次定律：感应电流

13、产生的磁通总是反抗回路中原磁通量的变化，即与电流净增加方向相反； 根据电感电流的变化，可以得知感应电动势的大小和方向 所以感应电动势的实际方向总是企图阻止电流的变化；电感电流不能发生突变,单相半波可控整流电路,35,电感的能量,电感所储存的磁场能量 当电流绝对值增加时，电感元件储能增加，元件吸收电能转变为磁场能量 当电流绝对值减小时，电感元件储能减小，元件将磁场能量释放出来转变成电能 电感是一种储能元件，并不将吸收的能量消耗掉，而是以磁场能量形式储存，也不会释放出多于吸收储存的能量无源器件,单相半波可控整流电路,36,电感的伏秒积平衡,如果电感电流周期性变化，且工作在稳定状态，即电感的电流在周

14、期开始时的值等于该周期结束时的值，那么电感一个周期内的伏秒积为零，即电感的二端的电压平均值为零,单相半波可控整流电路,37,带感性负载的工作情况,关键：电压过零时VT维持导通；电流过零时VT关断；负载端电压平均值下降,阻感负载的特点：电感对电流变化有抗拒作用，使得流过电感的电流不发生突变。,单相半波可控整流电路,38,单相半波可控整流电路,初始条件：t= a ，id=0，求解,当t=+a 时，id=0，代入式整理得,VT处于通态时，如下方程成立：,带感性负载的工作情况,导通角的计算,负载阻抗、阻抗角,39,负载阻抗角、触发角a、晶闸管导通角的关系,若为定值，a 越大，在u2正半周L储能越少，维

15、持导电的能力就越弱，越小,若a为定值， 越大，电感量越大，则L贮能越多，越大,若a为定值， 越大，在u2负半周L维持晶闸管导通的时间长，ud中负的部分也越多，平均值Ud越小,单相半波可控整流电路,40,单相半波整流电路,单相半波整流电路 纯阻性负载工作情况 阻感性负载工作情况 带续流二极管的阻感性负载工作情况,41,单相半波可控整流电路,带续流二极管 为避免Ud太小，在整流电路的负载两端并联续流二极管,续流过程：,当u2过零变负时，VDR导通，ud为零,续流期间ud为零，ud中不再出现负的部分,此时为负的u2通过VDR向VT施加反压使其关断，L储存的能量保证了电流id在L-R-VDR回路中流通

16、-续流,42,。,单相半波可控整流电路,带续流二极管与不带续流二极管的比较,在u2正半周时两者工作情况一样,续流期间ud为0，ud中不再出现负的部分,43,当电感足够大时L R,有效值：,平均值：,一般可认为输出电流近似维持不变，id为一条水平线，恒为Id,带续流二极管电路计算,单相半波可控整流电路,44,单相半波可控整流电路的特点,这种电路结构简单，但输出电压脉动大 变压器二次侧电流中含直流分量，造成变压器铁芯直流磁化 实际上很少应用此种电路,45,单相半波可控整流电路的小结,熟悉单相半波可控整流电路和工作原理，建立起整流电路的基本概念，学会此类电路的通用分析方法,掌握单相半波可控整流的分析方法 根据工作模态作出等效电路 列出工作模态的稳态方程 求解微分方程，获得表达式,掌握两种负载下的电压电流波形，电量基本关系 根