电力电子电路

第11章电力电子电路内容导航11.0教学基本要求11.1概述11.2晶闸管的结构和工作原理11.3单相可控整流电路11.4触发电路11.5应用举例习题解答教学基本要求熟悉:晶闸管的工作原理和外特性;导通和阻断条件;电阻性负载的单相半控桥式整流电路工作原理;单结晶体管的工作原理和外特性,单结晶体管组成触发电路及同步触发电路的工作原理了解:晶闸管和单结晶体管的主要参数11.1概述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,来实现高电压,大电流的直流或交流电能之间进行各种形式转换的电路.电力电子器件又称电力或功率半导体器件,发展历程第一代:以晶体管为主体的半控型器件第二代:全控型器件第三代:功率集成电路电力电子器件的四种功能类型：1.交流电转换成直流电(AC￫DC)2.交流电转换成交流电(AC￫AC)3.直流电转换成直流电(DC￫DC)电力电子器件可取代接触器,实现通、断的无触点控制4.直流电转换成交流电(DC￫AC)11.2晶闸管的结构和工作原理晶闸管也称可控硅,它是一种大功率半导体器件晶闸管的优点:1.体积小重量轻2.耐压高3.容量大4.响应速度快5.控制灵活6.寿命长及使用维护方便等晶闸管的缺点:1.晶闸管产生的大量谐波会对电网产生不良影响,造成干扰2.过载能力和抗干扰能力差3.控制电路复杂等11.2.1晶闸管的结构内部构造:由四层半导体组成,中间形成三个PN结J1J2和J3,外部引出三个电极:阴极k,阳极a,控制极g.电路符号kga晶闸管外形11.2.2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:1.晶闸管使用时,要求阳极和阴极之间加正相电压,在控制极和阴极间加正相控制电压.等效结构等效电路图2.在触发信号Ugk的作用下,产生T2的基极电流IB2,即为触为触发信号电流IG,经T2放大后形成IC2=β2·IB2,而IB1=IC2,使T1的IC1=β1·β2·IB2,此电流又注入T2基极进一步放大,形成正反馈,使晶闸管迅速导通,这一过程称为晶闸管触发导通.3.当晶闸管导通后,将开关断开晶闸管仍将继续维持导通.4.当阳极电流IAIH或UAK≤0V,晶闸管转为关断状态,称为正相阻断状态.5.在晶闸管的阳极和阴极间加反向电压,两PN结均反偏,处于反向阻断状态.晶闸管的导通条件:在阳极和阴极之间加正向电压,在控制极加正向电压触发.晶闸管是一种导通时间可以控制的,具有单向导电性能的可控整流器件.11.2.3晶闸管的伏安特性和主要参数一.伏安特性二.主要参数1.电压定额:(1)正向转折电压UBO(2)断态重复峰值电压UDRMUDRM=UBO-100V(3)反向击穿电压UBR(4)反向重复峰值电压URRMURRM=UBR-100V(5)额定电压UD(6)正向平均电压UF2.电流定额:(1)额定正向平均电流IF(2)掣住电流ILA(3)维持电流IH(4)浪涌电流IFSM3.控制极定额:(1)控制极触发电压UG,触发电流IG(2)瞬时正向和反向最大电压和电流,平均功率及瞬时最大功率4.其它定额三.晶闸管的型号KP通态平均电压UF组别额定电压UD等级额定通态平均电流IF系列普通型晶闸管(S-双速型,K-快速型)晶闸管特性11.3单相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,把交流电变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图波形图一.工作原理(1)当u2为正半周时,a点为正电压,b点为负电压,当ωt=α时,T1在uG1作用下导通,T2阻断D1截止.当ωt=л,在u2过零时刻T1阻断.(2)当u2为正半周时,b点为正电压,a点为负电压.当ωt=л+α时,T2导通,T1阻断,D2截止.当ωt=2л时,u2过零使T2阻断.二.参数计算1.输出电压和电流输出直流电压平均值11.3.2电感性负载的单相半控桥式整流电路电路图波形图一.工作原理1.当u2为正半周时，在ωt=α时加触发脉冲，T1、D2导通，负载上有io流过，在电感中储存磁场能量i2oL/2.当ωt=π时T1和D2截止.2.当u2为负半周时，在ωt=π~(π＋α)期间,无触发信号,Ｔ１、Ｔ2和Ｄ1、D2均截止,电感上产生的自感应电势极性下正上负.负载继续有电流io流过且iD=io.当ωt=π＋α时，在触发信号作用下，使Ｔ2和Ｄ1导通，io方向不变.当ωt=2π时,Ｔ2和Ｄ1截止，io继续流通.二.参数计算输出直流平均电压负载平均电流流过晶闸管Ｔ和整流二极管Ｄ的电流平均值流过晶闸管Ｔ和整流二极管Ｄ的电流有效值流过续流二极管D3的电流平均值和有效值11.4触发电路对触发电路的基本要求:(1)触发脉冲发出时刻,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.(2)触发脉冲信号能提供足够大的电压和电流,应符合晶闸管对触发信号的要求.(4)触发脉冲要有足够的宽度.(3)触发脉冲的上升前沿要陡,以保证触发时间的准确性.触发电路: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,触发电路的输出电压应小于0.15~0.2V.11.4.1单结晶体管一.结构单结晶体管又称双基极晶体管.内部结构：管脚排列：符号:等效电路:二.单结晶体管的伏安特性单结晶体管的基本电路：单结晶体管的等效电路：单结晶体管的伏安特性是指发射结特性即IE=ƒ(UE)UBB=常数特性曲线图三.主要参数单结晶体管主要参数:分压比η基极电阻Rbb峰点电流IP谷点电流IV谷点电压UV饱和电压UES最大反压UB2E反向电流IEO调变电流IB2耗散功率PB2M11.4.2单结晶体管的触发电路一.单结晶体管振荡电路工作特性波形图电路图二.振荡条件三.振荡周期由于T1T2,故振荡周期T～T2,振荡频率四.单结晶体管的同步触发电路1.同步触发的基本原理单结晶体管同步触发电路电路图波形图2.利用放大器进行移相控制的触发电路11.5应用举例单相交流调压电路的应用