电力电子学晶闸管及基本电路课件.ppt

1、第九章第九章 电力电子学电力电子学-晶闸管及基本电路晶闸管及基本电路n9.1 9.1 电力半导体器件电力半导体器件n9.2 9.2 单相可控整流电路单相可控整流电路n9.3 9.3 三相可控整流电路三相可控整流电路n9.4 9.4 逆变器逆变器n9.5 9.5 晶闸管的触发电路晶闸管的触发电路n9.6 9.6 晶闸管的串并联和保护晶闸管的串并联和保护第九章第九章 电力电子学电力电子学-晶闸管及基本电路晶闸管及基本电路n9.1 9.1 电力半导体器件电力半导体器件n9.1.1 9.1.1 晶闸管晶闸管n1.1.晶闸管结构与符号晶闸管结构与符号阳极阳极控制极控制极阴极阴极控制极控制极200A第九章

2、第九章 电力电子学电力电子学-晶闸管及基本电路晶闸管及基本电路 9.1 9.1 电力半导体器件电力半导体器件n9.1.19.1.1 晶闸管晶闸管n1.1.晶闸管结构与符号晶闸管结构与符号第九章第九章 电力电子学电力电子学-晶闸管及基本电路晶闸管及基本电路 9.1 9.1 电力半导体器件电力半导体器件n9.1.19.1.1 晶闸管晶闸管n2.2.晶闸管的工作原理晶闸管的工作原理第九章第九章 电力电子学电力电子学-晶闸管及基本电路晶闸管及基本电路 9.1 9.1 电力半导体器件电力半导体器件n9.1.19.1.1 晶闸管晶闸管n2.2.晶闸管的工作原理晶闸管的工作原理结论结论：1 1晶闸管具有双晶

3、闸管具有双向阻断能力向阻断能力2 2晶闸管晶闸管A A、G G两两 极加电压才导通：极加电压才导通：3 3晶闸管导通后，晶闸管导通后，G G极失去作用，极失去作用，使晶闸管再次阻使晶闸管再次阻断，必须将断，必须将A A极极断电或反向断电或反向.第九章第九章 电力电子学电力电子学-晶闸管及基本电路晶闸管及基本电路 9.1 9.1 电力半导体器件电力半导体器件n9.1.19.1.1 晶闸管晶闸管n3.3.晶闸管的伏安特性晶闸管的伏安特性触发电压触发电压（电流）（电流）A A、K K间加直流间加直流6V6V，G G极最小电压（电流）极最小电压（电流）第九章第九章 电力电子学电力电子学-晶闸管及基本电

4、路晶闸管及基本电路 9.1 9.1 电力半导体器件电力半导体器件n9.1.19.1.1 晶闸管晶闸管n4.4.晶闸管的应用晶闸管的应用n1)1)顺变装置顺变装置（交流电变成直流电）（交流电变成直流电）n可变电压电源、恒压、恒流源、直流电机电源可变电压电源、恒压、恒流源、直流电机电源n2)2)逆变装置逆变装置（直流变成交流电源）（直流变成交流电源）n频率精度高，负荷变化时输岀稳定，恒频率电源、频率精度高，负荷变化时输岀稳定，恒频率电源、不间断电源、交流电机电源。不间断电源、交流电机电源。n3)3)变频装置变频装置（顺变和逆变的组合）用于同步机和（顺变和逆变的组合）用于同步机和异步机的调速。异步机

5、的调速。n4)4)直流电动机的调速直流电动机的调速（可代替直流发电机）（可代替直流发电机）n效率高、响应快、体积小、重量轻。效率高、响应快、体积小、重量轻。第九章第九章 电力电子学电力电子学-晶闸管及基本电路晶闸管及基本电路 9.1 9.1 电力半导体器件电力半导体器件n9.1.29.1.2 其他电力半导体器件其他电力半导体器件n1.1.双向晶闸管双向晶闸管第九章第九章 电力电子学电力电子学-晶闸管及基本电路晶闸管及基本电路 9.1 9.1 电力半导体器件电力半导体器件n9.1.29.1.2 其他电力半导体器件其他电力半导体器件n可关断晶闸管可关断晶闸管1.G1.G极可控制元件导通与关极可控制

6、元件导通与关断（不同极性脉冲信号）断（不同极性脉冲信号）2.2.发电流发电流(20mA)(20mA)比普通晶闸比普通晶闸管大管大(30uA(30uA）3.3.动态特性好（关断动态特性好（关断1us1us）而晶闸管需（而晶闸管需（5-30us5-30us）4.4.应用直流调压和开关电路应用直流调压和开关电路。第九章第九章 电力电子学电力电子学-晶闸管及基本电路晶闸管及基本电路 9.2 9.2 单相可控整流电路单相可控整流电路n9.2.19.2.1单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路n1.1.带电阻性负载的可控整流电路带电阻性负载的可控整流电路 3.10R2cos1U45.0I2.102cos

7、1U45.0U2d2d 第九章第九章 电力电子学电力电子学-晶闸管及基本电路晶闸管及基本电路 9.2 9.2 单相可控整流电路单相可控整流电路n9.2.19.2.1单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路n2.2.带电感性负载的可控整流电路带电感性负载的可控整流电路第九章第九章 电力电子学电力电子学-晶闸管及基本电路晶闸管及基本电路 9.2 9.2 单相可控整流电路单相可控整流电路n9.2.19.2.1单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路n3.3.续流二极管的作用续流二极管的作用第九章第九章 电力电子学电力电子学-晶闸管及基本电路晶闸管及基本电路 9.2 9.2 单相可控整流电路单相可控整

8、流电路n9.2.29.2.2单相桥式可控整流电路单相桥式可控整流电路n1.1.单相半控桥式整流电路单相半控桥式整流电路n1)1)电阻性负载电阻性负载 7.10R2cos1U9.0I6.102cos1U9.0U2d2d 元件承受元件承受的正反向的正反向电压是电电压是电源电压的源电压的最大值最大值2U2U2 2第九章第九章 电力电子学电力电子学-晶闸管及基本电路晶闸管及基本电路 9.2 9.2 单相可控整流电路单相可控整流电路n9.2.29.2.2单相桥式可控整流电路单相桥式可控整流电路n1.1.单相半控桥式整流电路单相半控桥式整流电路n2)2)电感性负载电感性负载第九章第九章 电力电子学电力电子

9、学-晶闸管及基本电路晶闸管及基本电路 9.2 9.2 单相可控整流电路单相可控整流电路n9.2.29.2.2单相桥式可控整流电路单相桥式可控整流电路n1.1.单相半控桥式整流电路单相半控桥式整流电路n2)2)电感性负载电感性负载带电感性负载时可带电感性负载时可不要续流二极管不要续流二极管第九章第九章 电力电子学电力电子学-晶闸管及基本电路晶闸管及基本电路 9.2 9.2 单相可控整流电路单相可控整流电路n9.2.29.2.2单相桥式可控整流电路单相桥式可控整流电路n1.1.单相半控桥式整流电路单相半控桥式整流电路n2)2)电感性负载电感性负载单向脉动直流单向脉动直流电电第九章第九章 电力电子学

10、电力电子学-晶闸管及基本电路晶闸管及基本电路 9.2 9.2 单相可控整流电路单相可控整流电路n9.2.29.2.2单相桥式可控整流电路单相桥式可控整流电路n1.1.单相半控桥式整流电路单相半控桥式整流电路n3)3)反电势负载反电势负载REUIdd 第九章第九章 电力电子学电力电子学-晶闸管及基本电路晶闸管及基本电路 9.2 9.2 单相可控整流电路单相可控整流电路n9.2.29.2.2单相桥式可控整流电路单相桥式可控整流电路n1.1.单相半控桥式整流电路单相半控桥式整流电路n3)3)反电势负载反电势负载第九章第九章 电力电子学电力电子学-晶闸管及基本电路晶闸管及基本电路 9.2 9.2 单相

11、可控整流电路单相可控整流电路n9.2.29.2.2单相桥式可控整流电路单相桥式可控整流电路n2.2.单相全控桥式整流电路单相全控桥式整流电路 9.1020cosU9.0U2d 第九章第九章 电力电子学电力电子学-晶闸管及基本电路晶闸管及基本电路 9.2 9.2 单相可控整流电路单相可控整流电路n9.2.29.2.2单相桥式可控整流电路单相桥式可控整流电路n2.2.单相全控桥式整流电路单相全控桥式整流电路n例例9.19.1一台白炽灯泡调光电路，需要可调的直流电源，一台白炽灯泡调光电路，需要可调的直流电源，U U0 0n=0=0180V180V，电流，电流I I0 0=0=09A9A，采用半控桥式

12、整流电路如图，采用半控桥式整流电路如图，试求最大交流电压和电流的有效值，并选用元件。试求最大交流电压和电流的有效值，并选用元件。n解解：设导通角：设导通角=0 U=0 U0 0=180V,I=180V,I0 0=9A=9A 有效值有效值U=U0/0.9=180V/0.9=200VI=U/RL=220/(180V/9A)=12.2A平均电流Ivs=Iv=9A/2=5AUFM=URm=1.414U=1.414220=39V239 600V选用3cT9/600,2cz9/300第九章 电力电子学-晶闸管及基本电路 9.3 9.3 三相可控整流电路三相可控整流电路n9.3.1 9.3.1 三相半波可控

13、整流电路三相半波可控整流电路n1.1.电阻性负载电阻性负载(=0)(=0)10.1017.12PdUU 第九章 电力电子学-晶闸管及基本电路 9.3 9.3 三相可控整流电路三相可控整流电路n9.3.1 9.3.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路n1.1.电阻性负载电阻性负载(0/6)(0/6)11.10cos17.12PdUU 第九章 电力电子学-晶闸管及基本电路 9.3 9.3 三相可控整流电路三相可控整流电路n9.3.1 9.3.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路n1.1.电阻性负载电阻性负载(05/6)(05/6)RUIUUUUUddpddPd/17.106/500

14、,6/512.10330cos117.1202平均电流平均电压触发范围当第九章 电力电子学-晶闸管及基本电路 9.3 9.3 三相可控整流电路三相可控整流电路n9.3.1 9.3.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路n2.2.电感性负载电感性负载 13.10cos17.12PdUU 第九章 电力电子学-晶闸管及基本电路 9.3 9.3 三相可控整流电路三相可控整流电路n9.3.1 9.3.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路n2.2.电感性负载电感性负载2/00,2/触发脉冲的移相范围是感性负载时故三相半波整流带当dU第九章 电力电子学-晶闸管及基本电路 9.3 9.3 三相可

15、控整流电路三相可控整流电路n9.3.1 9.3.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路n2.2.电感性负载电感性负载变压器利用率低，易产生变压器利用率低，易产生变压器铁芯饱和变压器铁芯饱和第九章 电力电子学-晶闸管及基本电路 9.3 9.3 三相可控整流电路三相可控整流电路n9.3.2 9.3.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路三相桥式全控负载平三相桥式全控负载平均电压均电压U Ud d=U=Ud d阴阴+U+Ud d阳阳第九章 电力电子学-晶闸管及基本电路 9.3 9.3 三相可控整流电路三相可控整流电路n9.3.2 9.3.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路 3/

16、0cos34.22 PdUU共阴共阴Vs1,Vs3,Vs5,共阳共阳Vs2,Vs4,Vs6第九章 电力电子学-晶闸管及基本电路 可控整流电路可控整流电路(顺变器顺变器)小结小结n 单相半波电路简单，指标差，只适用单相半波电路简单，指标差，只适用 于小功率要求不高的场合。于小功率要求不高的场合。n 单相桥式电路性能指标好，电压脉动频率大单相桥式电路性能指标好，电压脉动频率大,适适用小功率电路。用小功率电路。n 晶闸管在直流负载侧的单相桥式电路，接线简单，晶闸管在直流负载侧的单相桥式电路，接线简单，小功率的反电势负载。小功率的反电势负载。n 三相半波可控整流电路，指标一般，较少采用。三相半波可控整

17、流电路，指标一般，较少采用。n 三相桥式可控电路，各项指标好，最适合大功率三相桥式可控电路，各项指标好，最适合大功率高压电路。高压电路。n 三相全控桥可工作在整流状态，同时还能工作在三相全控桥可工作在整流状态，同时还能工作在逆变状态。逆变状态。第九章 电力电子学-晶闸管及基本电路 9.4 9.4 逆逆 变变 器器n9.4.19.4.1有源逆变电路有源逆变电路n1.1.整流状态整流状态(0/2)(0/2)16.1015.1014.10dUdudtddiLRdIEdUdtddiLRdIEdu 第九章 电力电子学-晶闸管及基本电路 9.4 9.4 逆变器逆变器n9.4.19.4.1有源逆变器有源逆变

18、器n2.2.逆变状态逆变状态(/2)(/2)2/6/17.10cos17.12PdddUUUEEU逆变角，的极性与整流状态相反与逆变条件：第九章 电力电子学-晶闸管及基本电路 9.4 9.4 逆变器逆变器n9.4.2 9.4.2 无源逆变器无源逆变器n1).1).无源逆变器的简单工作原理无源逆变器的简单工作原理第九章 电力电子学-晶闸管及基本电路 9.4 9.4 逆变器逆变器n9.4.29.4.2无源逆变器无源逆变器n2).2).单相晶闸管桥式逆变器单相晶闸管桥式逆变器第九章 电力电子学-晶闸管及基本电路 9.4 9.4 逆变器逆变器n9.4.29.4.2无源逆变器无源逆变器n2.2.单相无源

19、逆变器的电压控制单相无源逆变器的电压控制n(1)(1)控制输入直流电压控制输入直流电压n(2)(2)内部控制内部控制n脉宽控制脉宽控制第九章 电力电子学-晶闸管及基本电路 9.4.9.4.2 无源逆变器无源逆变器n2.2.单相无源逆变器的电压控制单相无源逆变器的电压控制n脉宽调制脉宽调制n改变脉冲数改变脉冲数n改变脉冲宽度改变脉冲宽度频率、电压协调控制频率、电压协调控制(U/f(U/f保持不变保持不变)如如f f降低则保持脉冲降低则保持脉冲数不变，间隔拉大使数不变，间隔拉大使输岀电压输岀电压U U降低降低第九章 电力电子学-晶闸管及基本电路 9.4.9.4.2 无源逆变器无源逆变器n2.2.单

20、相无源逆变器的电压控制单相无源逆变器的电压控制n波形的改善波形的改善第九章 电力电子学-晶闸管及基本电路 9.4.9.4.2 无源逆变器无源逆变器n3.3.无源逆变器的换相（换流）无源逆变器的换相（换流）第九章 电力电子学-晶闸管及基本电路 9.4.9.4.2 无源逆变器无源逆变器n3.3.无源逆变器的换相（换流）无源逆变器的换相（换流）第九章 电力电子学-晶闸管及基本电路 9.5 9.5 晶闸管的触发电路晶闸管的触发电路n晶闸管对触发电路的要求晶闸管对触发电路的要求n(1)(1)触发电压和触发电流触发电压和触发电流，要求触发电压，要求触发电压 4VU4VUg g9V9V；n(2)(2)触发时

21、间触发时间(一般在一般在9us9us以下以下)，因此，触发脉冲的宽度必，因此，触发脉冲的宽度必须在须在9 9u us s以上以上(最好有最好有20us20us一一5050u us)s)，才能保证晶闸管可靠触，才能保证晶闸管可靠触发。发。第九章 电力电子学-晶闸管及基本电路 9.5 9.5 晶闸管的触发电路晶闸管的触发电路n晶闸管对触发电路的要求晶闸管对触发电路的要求 (3)(3)提高抗干扰能力提高抗干扰能力不触发时，不触发时，触发电路的输出电压应该小于触发电路的输出电压应该小于 0.15V0.15V0.20V0.20V，必要时可，必要时可 在控制极上加上一个在控制极上加上一个1V1V2V2V的的 负偏压负偏压(就是在控制极上加一个就是在控制极上加一个 对阴极为负的电压对阴极为负的电压)(4)(4)触发脉冲的前沿要陡触发脉冲的前沿要陡，前沿，前沿 最好在最好在9us9us以下，否则将会以下，否则将会 因温度、电压等因素的变化而因温度、电压等因素的变化而 造成晶闸管的触发时间前后造成晶闸管的触发时间前后 不一致。不一致。