1、2022-12-15电力电子电路电力电子电路电力电子电路电力电子电路内容导航内容导航11.0 教学基本要求教学基本要求 11.1 概述概述11.2 晶闸管的结构和工作原理晶闸管的结构和工作原理11.3 单相可控整流电路单相可控整流电路11.4 触发电路触发电路11.5 应用举例应用举例习题解答习题解答电力电子电路教学基本要求教学基本要求熟悉熟悉:晶闸管的工作原理和外特性晶闸管的工作原理和外特性;导通和导通和 阻断条件阻断条件;电阻性负载的单相半控桥式电阻性负载的单相半控桥式整流电路工作原理整流电路工作原理;单结晶体管的工单结晶体管的工 作原理和外特性作原理和外特性,单结晶体管组成触发单结晶体管
2、组成触发 电路及同步触发电路的工作原理电路及同步触发电路的工作原理 了解了解:晶闸管和单结晶体管的主要参数晶闸管和单结晶体管的主要参数 电力电子电路11.1 概述概述电力电子电路的功能电力电子电路的功能用微弱信号对电力电子器件进行通断控制用微弱信号对电力电子器件进行通断控制,来实现来实现高电压高电压,大电流的直流或交流电能之间进行各种形大电流的直流或交流电能之间进行各种形式转换的电路式转换的电路.电力电子器件又称电力或功率半导体器件电力电子器件又称电力或功率半导体器件,发展历程发展历程第一代第一代:以晶体管为主体的以晶体管为主体的半控型器件半控型器件第二代第二代:全控型器件全控型器件第三代第三
3、代:功率集成电路功率集成电路 电力电子电路电力电子器件的四种功能类型：电力电子器件的四种功能类型：1.交流电转换成直流电交流电转换成直流电(AC DC)2.交流电转换成交流电交流电转换成交流电(AC AC)3.直流电转换成直流电直流电转换成直流电(DC DC)电力电子器件可取代接触器电力电子器件可取代接触器,实现通、断的实现通、断的无触点控制无触点控制4.直流电转换成交流电直流电转换成交流电(DC AC)电力电子电路11.2晶闸管的结构和工作原理晶闸管的结构和工作原理晶闸管也称可控硅晶闸管也称可控硅,它是一种大功率半导体器件它是一种大功率半导体器件晶闸管的优点晶闸管的优点:1.体积小体积小 重
4、量轻重量轻 2.耐压高耐压高3.容量大容量大4.响应速度快响应速度快5.控制灵活控制灵活6.寿命长及使用维护方便等寿命长及使用维护方便等晶闸管的缺点晶闸管的缺点:1.晶闸管产生的大量谐波会对电网产生不良影响晶闸管产生的大量谐波会对电网产生不良影响,造成干扰造成干扰2.过载能力和抗干扰能力差过载能力和抗干扰能力差3.控制电路复杂等控制电路复杂等电力电子电路11.2.1 晶闸管的结构晶闸管的结构内部构造内部构造:由四层半导体组成由四层半导体组成,中间形成三个中间形成三个PN结结J1 J2和和J3,外部引出外部引出三个电极三个电极:阴极阴极k,阳极阳极a,控制极控制极g.电路符号电路符号 晶闸管外形
5、晶闸管外形电力电子电路11.2.2晶闸管的工作原理晶闸管的工作原理晶闸管的工作原理图晶闸管的工作原理图晶闸管的工作原理晶闸管的工作原理:1.晶闸管使用时晶闸管使用时,要求阳极和阴极之间加正相电压要求阳极和阴极之间加正相电压,在控制在控制极和阴极间加正相控制电压极和阴极间加正相控制电压.等效结构等效结构等效电路图等效电路图电力电子电路2.在触发信号在触发信号Ugk的作用下的作用下,产生产生T2的基极电流的基极电流IB2,即为触即为触为触发信号电流为触发信号电流IG,经经T2放大后形成放大后形成IC2=2IB2,而而IB1=IC2,使使T1的的IC1=12IB2,此电流又注入此电流又注入T2基极进
6、一步放大基极进一步放大,形成正形成正反馈反馈,使晶闸管迅速导通使晶闸管迅速导通,这一过程称为这一过程称为晶闸管触发导通晶闸管触发导通.3.当晶闸管导通后当晶闸管导通后,将开关断开晶闸管仍将继续将开关断开晶闸管仍将继续维持导通维持导通.4.当阳极电流当阳极电流IAIH或或UAK 0V,晶闸管转为关断状态晶闸管转为关断状态,称为称为正相阻断状态正相阻断状态.5.在晶闸管的阳极和阴极间加反向电压在晶闸管的阳极和阴极间加反向电压,两两PN结均反偏结均反偏,处于处于反向阻断状态反向阻断状态.电力电子电路晶闸管的导通条件晶闸管的导通条件:在阳极和阴极之间加正向电压在阳极和阴极之间加正向电压,在控制极加正向
7、电压触发在控制极加正向电压触发.晶闸管是一种晶闸管是一种导通时间可以控制的导通时间可以控制的,具有具有单向导电性能单向导电性能的的可控整流器件可控整流器件.电力电子电路11.2.3晶闸管的伏安特性和主要参数晶闸管的伏安特性和主要参数一一.伏安特性伏安特性二二.主要参数主要参数1.电压定额电压定额:(1)正向转折电压正向转折电压UBO(2)断态重复峰值电压断态重复峰值电压UDRMUDRM=UBO-100V电力电子电路(3)反向击穿电压反向击穿电压UBR(4)反向重复峰值电压反向重复峰值电压URRMURRM=UBR-100V(5)额定电压额定电压UD(6)正向平均电压正向平均电压UF2.电流定额电
8、流定额:(1)额定正向平均电流额定正向平均电流IF(2)掣住电流掣住电流ILA(3)维持电流维持电流IH(4)浪涌电流浪涌电流IFSM电力电子电路3.控制极定额控制极定额:(1)控制极触发电压控制极触发电压UG,触发电流触发电流IG(2)瞬时正向和反向最大电压和电流瞬时正向和反向最大电压和电流,平均功平均功率及瞬时最大功率率及瞬时最大功率4.其它定额其它定额三三.晶闸管的型号晶闸管的型号KP通态平均电压通态平均电压UF组别组别额定电压额定电压UD等级等级额定通态平均电流额定通态平均电流IF系列系列普通型晶闸管普通型晶闸管(S-双速型双速型,K-快速型快速型)晶闸管特性晶闸管特性电力电子电路11
9、.3单相可控整流电路单相可控整流电路可控整流电路可控整流电路:利用晶闸管导通时间可控的特点利用晶闸管导通时间可控的特点,把交流电变把交流电变 成大小可调的直流电的电路成大小可调的直流电的电路.11.3.1电阻性负载的单相半控桥式整流电路电阻性负载的单相半控桥式整流电路电阻性负载的单相半控桥式整流电阻性负载的单相半控桥式整流电路图电路图波形图波形图电力电子电路一一.工作原理工作原理(1)当当u2为正半周时为正半周时,a点为正电压点为正电压,b点为负电压点为负电压,当当t=t=时时,T,T1 1在在u uG1G1作用下导通作用下导通,T,T2 2阻断阻断D D1 1截止截止.当当t=,在在u2过零
10、时刻过零时刻T1阻阻断断.(2)当当u2为正半周时为正半周时,b点为正电压点为正电压,a点为负电压点为负电压.当当t=+时时,T2导通导通,T1阻断阻断,D2截止截止.当当t=2时时,u2过零使过零使T2阻断阻断.二二.参数计算参数计算1.输出电压和电流输出电压和电流输出直流电压平均值输出直流电压平均值电力电子电路11.3.2 电感性负载的单相半控桥式整流电路电感性负载的单相半控桥式整流电路电路图电路图 波形图波形图电力电子电路一一.工作原理工作原理1.当当u2为正半周时，在为正半周时，在t=时加触发脉冲，时加触发脉冲，T1、D2导通，导通，负载上有负载上有io流过，在电感中储存磁场能量流过，
11、在电感中储存磁场能量i2oL/2.当当t=时时T1和和D2截止截止.2.当当u2为负半周时，在为负半周时，在t=()期间期间,无触发信号无触发信号,、2和和1、D2均截止均截止,电感上产生的自感应电势极性下正上电感上产生的自感应电势极性下正上负负.负载继续有电流负载继续有电流io流过且流过且iD=io.当当t=时，在触发时，在触发信号作用下，使信号作用下，使2和和1导通，导通，io方向不变方向不变.当当t=2时时,2和和1截止，截止，io继续流通继续流通.二二.参数计算参数计算输出直流平均电压输出直流平均电压负载平均电流负载平均电流电力电子电路流过晶闸管和整流二极管的电流平均值流过晶闸管和整流
12、二极管的电流平均值流过晶闸管和整流二极管的电流有效值流过晶闸管和整流二极管的电流有效值流过续流二极管流过续流二极管D3的电流平均值和有效值的电流平均值和有效值电力电子电路11.4 触发电路触发电路对触发电路的基本要求对触发电路的基本要求:(1)触发脉冲发出时刻触发脉冲发出时刻,必须与主回路电源电压的相位必须与主回路电源电压的相位 具有一定对应的控制角关系具有一定对应的控制角关系.(2)触发脉冲信号能提供足够大的电压和电流触发脉冲信号能提供足够大的电压和电流,应符合晶应符合晶闸管对触发信号的要求闸管对触发信号的要求.(4)触发脉冲要有足够的宽度触发脉冲要有足够的宽度.(3)触发脉冲的上升前沿要陡
13、触发脉冲的上升前沿要陡,以保证触发时间的准确性以保证触发时间的准确性.触发电路触发电路:向晶闸管控制极提供触发信号的电路向晶闸管控制极提供触发信号的电路.(5)在触发脉冲发送之前在触发脉冲发送之前,触发电路的输出电压应小于触发电路的输出电压应小于0.150.2V.电力电子电路11.4.1单结晶体管单结晶体管一一.结构结构单结晶体管又称单结晶体管又称双基极晶体管双基极晶体管.内部结构：内部结构：管脚排列：管脚排列：符号符号:等效电路等效电路:电力电子电路二二.单结晶体管的伏安特性单结晶体管的伏安特性单结晶体管的基本电路：单结晶体管的基本电路：单结晶体管的等效电路：单结晶体管的等效电路：单结晶体管
14、的伏安特性是单结晶体管的伏安特性是指发射结特性指发射结特性即即IE=(UE)UBB=常数常数电力电子电路特性曲线图特性曲线图电力电子电路三三.主要参数主要参数单结晶体管主要参数单结晶体管主要参数:分压比分压比基极电阻基极电阻Rbb峰点电流峰点电流IP谷点电流谷点电流IV谷点电压谷点电压UV饱和电压饱和电压UES最大反压最大反压UB2E反向电流反向电流IEO调变电流调变电流IB2耗散功率耗散功率PB2M电力电子电路 11.4.2单结晶体管的触发电路单结晶体管的触发电路一一.单结晶体管振荡电路单结晶体管振荡电路工作特性工作特性波形图波形图电路图电路图电力电子电路二二.振荡条件振荡条件三三.振荡周期振荡周期由于由于T1T2,故振荡周期故振荡周期TT2,振荡频率振荡频率电力电子电路四四.单结晶体管的同步触发电路单结晶体管的同步触发电路1.同步触发的基本原理同步触发的基本原理单结晶体管同步触发电路单结晶体管同步触发电路电路图电路图电力电子电路波形图波形图电力电子电路2.利用放大器进行移相控制的触发电路利用放大器进行移相控制的触发电路2022-12-15电力电子电路
