1、電力電子技術(shù)西南科技大學(xué) 電力交流和直流兩種 從公用電網(wǎng)直接得到的是交流，從蓄電池和干電池得到的是直流。 交流變直流、直流變交流、直流變直流、交流變交流表1 電力變換的種類逆變直流斬波直流交流電力控制變頻、變相整流交流交流直流 輸出 輸入1.2 兩大分支兩大分支(2)電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)電力電子器件電力電子器件（Power Electronic Device） 可直接用于主電路中，實(shí)現(xiàn)電能的變換或控制的電子器件。主電路（主電路（Main Power Circuit） 電氣設(shè)備或電力系統(tǒng)中，直接承擔(dān)電能的變換或控制任務(wù)的電路。1.1.1 電力電子器件的概念和特征一、電力電子器件一、電力電子器

2、件概念概念:電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)通態(tài)損耗通態(tài)損耗是器件功率損耗的主要成因。器件開關(guān)頻率較高時(shí)，開關(guān)損耗開關(guān)損耗可能成為器件功率損耗的主要因素。主要損耗通態(tài)損耗斷態(tài)損耗開關(guān)損耗關(guān)斷損耗開通損耗1.1.1 電力電子器件的概念和特征電力電子器件的概念和特征 電力電子器件的損耗電力電子器件的損耗電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)電力電子系統(tǒng)電力電子系統(tǒng)：由控制電路控制電路、驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路保護(hù)電路 和以電力電子器件為核心的主電路主電路組成。圖1-1 電力電子器件在實(shí)際應(yīng)用中的系統(tǒng)組成1.1.2 應(yīng)用電力電子器件系統(tǒng)組成控制電路檢測(cè)電路驅(qū)動(dòng)電路RL主電路V1V2保護(hù)電路電氣隔離控制電路保護(hù)電路在主電

3、路和控制在主電路和控制電路中附加一些電路中附加一些電路，以保證電電路，以保證電力電子器件和整力電子器件和整個(gè)系統(tǒng)正?？煽總€(gè)系統(tǒng)正?？煽窟\(yùn)行運(yùn)行電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)三、電力電子器件的三、電力電子器件的 分類分類電力電子器件半控型器件：晶閘管及其派生器件全控型器件（自關(guān)斷器件）不可控器件：電力二極管按照器件能夠被控制的程度，分為以下三類：按照器件能夠被控制的程度，分為以下三類：(Power Diode)（Thyristor）（IGBT,MOSFET)電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)基本結(jié)構(gòu)和工作原理與信息電子電路中的二極管一樣。由一個(gè)面積較大的PN結(jié)和兩端引線以及封裝組成的。從外形上看，主要有螺栓型和

4、平板型兩種封裝。圖1-2 電力二極管的外形、結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號(hào) a) 外形 b) 結(jié)構(gòu) c) 電氣圖形符號(hào)1.2.1 PN結(jié)與電力二極管的工作原理電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)額定電流額定電流在指定的管殼溫度和散熱條件下，其允許流過的最大工頻正弦半波電流的平均值。IF(AV)是按照電流的發(fā)熱效應(yīng)來定義的，使用時(shí)應(yīng)按有效值相等的原則有效值相等的原則來選取電流定額，并應(yīng)留有一定的裕量。1.2.3 電力二極管的主要參數(shù)1) 正向平均電流正向平均電流IF(AV)電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)在指定溫度下，流過某一指定的穩(wěn)態(tài)正向電流時(shí)對(duì)應(yīng)的正向壓降。3） 反向重復(fù)峰值電壓反向重復(fù)峰值電壓URRM對(duì)電力二極管所能重復(fù)

5、施加的反向最高峰值電壓。使用時(shí)，應(yīng)當(dāng)留有兩倍的裕量。 4）反向恢復(fù)時(shí)間）反向恢復(fù)時(shí)間trr trr= td+ tf1.2.3 電力二極管的主要參數(shù)（2）2）正向壓降）正向壓降UF電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)結(jié)溫結(jié)溫是指管芯PN結(jié)的平均溫度，用TJ表示。TJM是指在PN結(jié)不致?lián)p壞的前提下所能承受的最高平均溫度。TJM通常在125175C范圍之內(nèi)。6) 浪涌電流浪涌電流IFSM指電力二極管所能承受最大的連續(xù)一個(gè)或幾個(gè)工頻周期的過電流。 1.2.3 電力二極管的主要參數(shù)（電力二極管的主要參數(shù)（3 3）5）最高工作結(jié)溫）最高工作結(jié)溫TJM電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)1) 普通二極管普通二極管（General

6、Purpose Diode）又稱整流二極管（Rectifier Diode）多用于開關(guān)頻率不高（1kHz以下）的整流電路其反向恢復(fù)時(shí)間較長(zhǎng),一般5s以上.正向電流定額和反向電壓定額可以達(dá)到很高(Kv/kA).按照正向壓降、反向耐壓、反向漏電流等性能，特別是反向恢復(fù)特性的不同介紹。1.2.4 電力二極管的主要類型電力二極管的主要類型電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)簡(jiǎn)稱快速二極管快恢復(fù)外延二極管快恢復(fù)外延二極管 （Fast Recovery Epitaxial DiodesFRED），其trr更短（可低于50ns）， UF也很低（0.9V左右），但其反向耐壓多在1200V以下。從性能上可分為快速恢復(fù)和超快

7、速恢復(fù)兩個(gè)等級(jí)。前者trr為數(shù)百納秒或更長(zhǎng)，后者則在100ns以下，甚至達(dá)到2030ns。1.2.4 電力二極管的主要類型電力二極管的主要類型2) 快恢復(fù)二極管快恢復(fù)二極管 （Fast Recovery DiodeFRD）電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)肖特基二極管的弱點(diǎn)弱點(diǎn)反向耐壓提高時(shí)正向壓降會(huì)提高，多用于200V以下。反向穩(wěn)態(tài)損耗不能忽略，必須嚴(yán)格地限制其工作溫度。肖特基二極管的優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)反向恢復(fù)時(shí)間很短（1040ns）。正向恢復(fù)過程中也不會(huì)有明顯的電壓過沖。反向耐壓較低時(shí)其正向壓降明顯低于快恢復(fù)二極管。效率高，其開關(guān)損耗和正向?qū)〒p耗都比快速二極管還小。1.2.4 電力二極管的主要類型（電力二極

8、管的主要類型（2 2）3. 肖特基二極管肖特基二極管 以金屬和半導(dǎo)體接觸形成的勢(shì)壘為基礎(chǔ)的二極管稱為肖特基勢(shì)壘二極管（Schottky Barrier Diode SBD）。電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)1.3 半控器件半控器件晶閘管晶閘管引言引言1956年美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了晶閘管。1957年美國(guó)通用電氣公司開發(fā)出第一只晶閘管產(chǎn)品。1958年商業(yè)化。開辟了電力電子技術(shù)迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用的嶄新時(shí)代。20世紀(jì)80年代以來，開始被全控型器件取代。能承受的電壓和電流容量最高，工作可靠，在大容量的場(chǎng)合具有重要地位。晶閘管晶閘管（Thyristor）：晶體閘流管，可控硅整流器（Silicon Controll

9、ed RectifierSCR）電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)1.3半控型器件半控型器件晶閘管（晶閘管（Thyristor或或SCR）1.3.1外型、結(jié)構(gòu)及電氣圖形符號(hào):A陽極K陰極G門極晶閘管的結(jié)構(gòu):管心由硅半導(dǎo)體材料做成，四層三端器件。螺栓型：額定電流小于200A。螺栓為陽極A，粗引線為陰極K，細(xì)引為門極G。平板型：額定電流小于200A。平面為陽極A，引出線為門極G。電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)1.3.3 晶閘管的主要參數(shù)晶閘管的主要參數(shù)斷態(tài)重復(fù)峰值電壓斷態(tài)重復(fù)峰值電壓UDRM 在門極斷路而結(jié)溫為額定值時(shí)，允許重復(fù)加在器件上的正向峰值電壓。反向重復(fù)峰值電壓反向重復(fù)峰值電壓URRM 在門極斷路而結(jié)溫為

10、額定值時(shí)，允許重復(fù)加在器件上的反向峰值電壓。通態(tài)（峰值）電壓通態(tài)（峰值）電壓UT 晶閘管通以某一規(guī)定倍數(shù)的額定通態(tài)平均電流時(shí)的瞬態(tài)峰值電壓。通 常 取 晶 閘 管 的UDRM和URRM中較小的標(biāo)值作為該器件的額定電壓額定電壓。選用時(shí)，一般取額定電壓為正常工作時(shí)晶閘管所承受峰值電壓23倍。使用注意：使用注意：1）電壓定額電壓定額電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)1.3.3 晶閘管的主要參數(shù)（晶閘管的主要參數(shù)（2 2）通態(tài)平均電流通態(tài)平均電流 IT(AV）在環(huán)境溫度為40C和規(guī)定的冷卻狀態(tài)下，穩(wěn)定結(jié)溫不超過額定結(jié)溫時(shí)所允許流過的最大工頻正弦半波電流的平均值最大工頻正弦半波電流的平均值。標(biāo)稱其額定電流的參數(shù)。

11、使用時(shí)應(yīng)按有效值相等的原則有效值相等的原則來選取晶閘管。維持電流維持電流 IH 使晶閘管維持導(dǎo)通所必需的最小電流。擎住電流擎住電流 IL 晶閘管剛從斷態(tài)轉(zhuǎn)入通態(tài)并移除觸發(fā)信號(hào)后， 能維持導(dǎo)通所需的最小電流。對(duì)同一晶閘管來說，通常對(duì)同一晶閘管來說，通常IL約為約為IH的的24倍倍。浪涌電流浪涌電流ITSM指由于電路異常情況引起的并使結(jié)溫超過額定結(jié)溫的不重復(fù)性最大正向過載電流 。2 2）電流定額電流定額電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)1.3.3 晶閘管的主要參數(shù)（晶閘管的主要參數(shù)（3 3） 除開通時(shí)間tgt和關(guān)斷時(shí)間tq外，還有：斷態(tài)電壓臨界上升率斷態(tài)電壓臨界上升率du/dt 指在額定結(jié)溫和門極開路的情況

12、下，不導(dǎo)致晶閘管從斷態(tài)到通 態(tài)轉(zhuǎn)換的外加電壓最大上升率。電壓上升率過大，使充電電流足夠大，就會(huì)使晶閘管誤導(dǎo)通 。 通態(tài)電流臨界上升率通態(tài)電流臨界上升率di/dt 指在規(guī)定條件下，晶閘管能承受而無有害影響的最大通態(tài)電流上升率。如果電流上升太快，可能造成局部過熱而使晶閘管損壞。3）動(dòng)態(tài)參數(shù)電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)1.3.4 晶閘管的派生器件晶閘管的派生器件有快速晶閘管和高頻晶閘管。開關(guān)時(shí)間以及du/dt和di/dt耐量都有明顯改善。普通晶閘管關(guān)斷時(shí)間數(shù)百微秒，快速晶閘管數(shù)十微秒，高頻晶閘管10s左右。高頻晶閘管的不足在于其電壓和電流定額都不易做高。由于工作頻率較高，不能忽略其開關(guān)損耗的發(fā)熱效應(yīng)。4

13、00Hz和 10kHz以上的斬波電路或逆變電路.1 1）快速晶閘管快速晶閘管（Fast Switching Thyristor FST)電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)1.3.4 晶閘管的派生器件（晶閘管的派生器件（2 2）2 2）雙向晶閘管雙向晶閘管（Triode AC SwitchTRIAC）圖1-10 雙向晶閘管的電氣圖形符號(hào)和伏安特性a) 電氣圖形符號(hào) b) 伏安特性可認(rèn)為是一對(duì)反并聯(lián)聯(lián)接的普通晶閘管的集成。有兩個(gè)主電極T1和T2，一個(gè)門極G。在第和第III象限有對(duì)稱的伏安特性。不用平均值而用有效值來不用平均值而用有效值來表示其額定電流值。表示其額定電流值。常用于交流調(diào)壓電路常用于交流調(diào)壓電路

14、, ,固態(tài)固態(tài)繼電器繼電器, ,交流電機(jī)調(diào)速。交流電機(jī)調(diào)速。a)b)IOUIG=0GT1T2電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)1.3.4 晶閘管的派生器件（晶閘管的派生器件（3 3）3)逆導(dǎo)晶閘管（逆導(dǎo)晶閘管（Reverse Conducting ThyristorRCT）a)KGAb)UOIIG=0圖1-11 逆導(dǎo)晶閘管的電氣圖形符號(hào)和伏安特性a) 電氣圖形符號(hào) b) 伏安特性將晶閘管反并聯(lián)一個(gè)二極管制作在同一管芯上的功率集成器件。具有正向壓降小、關(guān)斷時(shí)間短、高溫特性好、額定結(jié)溫高等優(yōu)點(diǎn)。一旦承受反向電壓即開通。常用于逆變電路。電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)1.3.4 晶閘管的派生器件晶閘管的派生器件4)光

15、控晶閘管（光控晶閘管（Light Triggered ThyristorLTT）AGKa)AK光強(qiáng)度強(qiáng)弱b)OUIA圖1-12 光控晶閘管的電氣圖形符號(hào)和伏安特性a) 電氣圖形符號(hào) b) 伏安特性又稱光觸發(fā)晶閘管，是利用一定波長(zhǎng)的光照信號(hào)觸發(fā)導(dǎo)通的晶閘管。光觸發(fā)保證了主電路與控制電路之間的絕緣，且可避免電磁干擾的影響。因此目前在高壓大功率的場(chǎng)合，如高壓直流輸電，高壓核聚變裝置。電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)1.3.2 晶閘管的基本特性小結(jié)晶閘管的基本特性小結(jié)承受反向電壓時(shí)，不論門極是否有觸發(fā)電承受反向電壓時(shí)，不論門極是否有觸發(fā)電流，晶閘管都不會(huì)導(dǎo)通。流，晶閘管都不會(huì)導(dǎo)通。承受正向電壓時(shí)，僅在門極有觸

16、發(fā)電流的承受正向電壓時(shí)，僅在門極有觸發(fā)電流的情況下晶閘管才能開通。情況下晶閘管才能開通。晶閘管一旦導(dǎo)通，晶閘管一旦導(dǎo)通，門極就失去控制作用門極就失去控制作用。要使晶閘管關(guān)斷，只能使晶閘管的電流降要使晶閘管關(guān)斷，只能使晶閘管的電流降到接近于零的某一數(shù)值以下到接近于零的某一數(shù)值以下 。晶閘管正常工作時(shí)的特性總結(jié)如下：電力電子技術(shù)西南科技大學(xué) 定義SCR額定電流時(shí)是在規(guī)定的條件下。 不同形式的整流電路帶不同類型的負(fù)載，具有不同的導(dǎo)通角，流過晶閘管的電流波形不一。額定電流定義是在工頻正弦半波情況下通過SCR的最大平均電流，所以實(shí)際允許的平均電流與額定電流是有差別的。注意：注意：SCR的額定電流選取問題

17、的額定電流選取問題電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)00.0050.010.0150.020.0250.030.0350.040102030405060708090100()02202200()1ImIm sin211Im(Im sin)221.572TA VTTTTfTA VItdti R tIR TIi dttdtTIkIIT(AV)晶閘管電流晶閘管電流平均值平均值發(fā)熱量發(fā)熱量有效值有效值波形系數(shù)波形系數(shù)T電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)例例1.1 流經(jīng)晶閘管的波形如圖1-1所示，試計(jì)算該電流波形的平均值、有效值及波形系數(shù)。若取安全裕量為2，問額定電流為100A的晶閘管，其允許通過的電流平均值和最大值是多少

18、？mI3it圖1-1電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)解：電流平均值為：電流有效值為：mmdIttdII24. 0)(sin213mmItdtII46. 0)()sin(2123波形系數(shù)為：92. 124. 046. 0mmdfIIIIK考慮2倍安全裕量，100A的晶閘管允許通過的電流平均值為：電流最大值為：)(4192. 1210057. 1AIdVT)(17124. 0AIIdmVT電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)例例:B :表示額定電流表示額定電流額定電壓管壓降額定電壓管壓降0.4v0.5v的普的普通晶閘管通晶閘管.管壓降等級(jí)管壓降等級(jí)額定電壓等級(jí)額定電壓等級(jí)額定電流額定電流普通型快開型普通型快開型逆導(dǎo)型

19、可關(guān)斷型逆導(dǎo)型可關(guān)斷型雙向型雙向型晶閘管產(chǎn)品型號(hào)晶閘管產(chǎn)品型號(hào)電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)管子額定電流的選擇：管子額定電流的選擇：(1).按電流有效值相等的原則選擇晶閘管；按電流有效值相等的原則選擇晶閘管；(2).留裕量，取留裕量，取1.5-2倍后取整倍后取整(3) .額定電流等級(jí)：額定電流等級(jí)：50A以下以下:1、5、10、20、30、40、50A； 1001000A:100、200、300、400、500、600、800、1000A。()2()1.572TAVfdAVIkI電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)1.4.1 門極可關(guān)斷晶閘管門極可關(guān)斷晶閘管結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：與普通晶閘管的相同點(diǎn)相同點(diǎn)： PNPN四層

20、半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，外部引出陽極、陰極和門極。和普通晶閘管的不同點(diǎn)不同點(diǎn)：GTO是一種多元的功率集成器件。c)圖1-13AGKGGKN1P1N2N2P2b)a)AGK圖1-13 GTO的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號(hào) a) 各單元的陰極、門極間隔排列的圖形 b) 并聯(lián)單元結(jié)構(gòu)斷面示意圖 c) 電氣圖形符號(hào)1）GTO的結(jié)構(gòu)和工作原理的結(jié)構(gòu)和工作原理電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)1.4.1 門極可關(guān)斷晶閘管門極可關(guān)斷晶閘管GTO導(dǎo)通過程與普通晶閘管一樣，只是導(dǎo)通時(shí)飽和導(dǎo)通過程與普通晶閘管一樣，只是導(dǎo)通時(shí)飽和程度較淺。程度較淺。GTO關(guān)斷過程中有強(qiáng)烈正反饋使器件退出飽和而關(guān)關(guān)斷過程中有強(qiáng)烈正反饋使器件退出飽和而關(guān)斷。斷。

21、多元集成結(jié)構(gòu)還使多元集成結(jié)構(gòu)還使GTO比普通晶閘管開通過程快，比普通晶閘管開通過程快，承受承受di/dt能力強(qiáng)能力強(qiáng) 。 由上述分析我們可以得到以下結(jié)論結(jié)論：電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)1.4.2 電力晶體管電力晶體管電力晶體管（Giant TransistorGTR，直譯為巨型晶體管） 。耐高電壓、大電流的雙極結(jié)型晶體管（Bipolar Junction TransistorBJT），英文有時(shí)候也稱為Power BJT。 應(yīng)用應(yīng)用20世紀(jì)80年代以來，在中、小功率范圍內(nèi)取代晶閘管，但目前又大多被IGBT和電力MOSFET取代。術(shù)語用法：術(shù)語用法：電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)1.4.2 電力晶體管電力

22、晶體管(GTR)一、一、GTR結(jié)構(gòu)和工作原理結(jié)構(gòu)和工作原理 GTR通常采用至少由兩個(gè)晶體管按達(dá)林頓接法組成的單元結(jié)構(gòu)的集成器件。單管的GTR結(jié)構(gòu)與普通的雙極結(jié)型晶體管是類似的。GTR是由三層半導(dǎo)體（分別引出集電極、基極和發(fā)射極)形成的兩個(gè)PN結(jié)(集電結(jié)和發(fā)射結(jié))構(gòu)成，多采NPN結(jié)構(gòu)。 在應(yīng)用中，GTR一般采用共發(fā)射極接法。電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)與普通的雙極結(jié)型晶體管基本原理是一樣的。主要特性是耐壓高、電流大、開關(guān)特性好。通常采用至少由兩個(gè)晶體管按達(dá)林頓接法組成的單元結(jié)構(gòu)。采用集成電路工藝將許多這種單元并聯(lián)而成 。1）GTR的特性的特性:1.4.2 電力晶體管電力晶體管電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)

23、1.4.3 電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管(P-MOSFET)分類分類:1)絕緣柵型的電力絕緣柵型的電力MOSFET 2)結(jié)型電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)型電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管SIT特點(diǎn)特點(diǎn):電力MOSFET是用柵極電壓來控制漏極電流的，因此它的第一個(gè)顯著特點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，需要的驅(qū)動(dòng)功率小。其第二個(gè)顯著特點(diǎn)是開關(guān)速度快，工作頻率高。另外，電力MOSFET熱穩(wěn)定性優(yōu)于GTR。但是電力M0SFET電流容量小，耐壓低，一般只適用于功率不超過10kw的電力電子裝置。電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)1.4.3 電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管電力電力MOSFET的種類的種類 按導(dǎo)電溝道可分為P溝道和N溝道。電力MOSFE

24、T主要是N溝道增強(qiáng)型。1、電力、電力MOSFET的結(jié)構(gòu)和工作原理的結(jié)構(gòu)和工作原理小功率MOS管是橫向?qū)щ娖骷?。電力電力MOSFET大都采用垂直導(dǎo)電結(jié)構(gòu)大都采用垂直導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。電力電力MOSFET的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)1.4.3 電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管電力電力MOSFET的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)是單極型晶體管。導(dǎo)電機(jī)理與小功率MOS管相同，但結(jié)構(gòu)上有較大區(qū)別。采用多元集成結(jié)構(gòu)，不同的生產(chǎn)廠家采用了不同設(shè)計(jì)。N+GSDP溝道b)N+N-SGDPPN+N+N+溝道a)GSDN溝道圖1-19圖1-19 電力MOSFET的結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號(hào)電力電子技術(shù)西南科技大學(xué) 概述概述符號(hào)、命名、特點(diǎn)N溝

25、道 VDS0DGS D（Drain）漏極 S（Source）源極 G（Gate）門極、控制極P溝道 VDS0GDS寄生二極管電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)1.4.3 電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管截止截止：漏源極間加正電源，柵源極間電壓為零。P基區(qū)與N漂移區(qū)之間形成的PN結(jié)J1反偏，漏源極之間無電流流過。導(dǎo)電導(dǎo)電：在柵源極間加正電壓UGS當(dāng)UGS大于UT時(shí)，P型半導(dǎo)體反型成N型而成為反型層反型層，該反型層形成N溝道而使PN結(jié)J1消失，漏極和源極導(dǎo)電 。電力電力MOSFET的工作原理的工作原理電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)1.4.3 電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管不存在少子儲(chǔ)存效應(yīng)，關(guān)斷過程非常迅速。開

26、關(guān)時(shí)間在10100ns之間，工作頻率可達(dá)100kHz以上，是主要電力電子器件中最高的。場(chǎng)控器件，靜態(tài)時(shí)幾乎不需輸入電流。但在開關(guān)過程中需對(duì)輸入電容充放電，仍需一定的驅(qū)動(dòng)功率。開關(guān)頻率越高，所需要的驅(qū)動(dòng)功率越大。MOSFET的開關(guān)速度的開關(guān)速度電力電子技術(shù)西南科技大學(xué) 控制特性：電壓控制型，高輸入電阻，較大輸 入電容。 性能參數(shù)：高速高速 高可靠性高可靠性：無二次擊穿，開啟電壓 3V，過載24倍脈沖 電流，正溫度系數(shù)。 高導(dǎo)通壓降高導(dǎo)通壓降 10KW以下小功率方案小結(jié)小結(jié):P-MOSFET特點(diǎn)特點(diǎn)電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)1.4.4 絕緣柵雙極晶體管絕緣柵雙極晶體管(IGBT).(IGBT).前言

27、前言兩類器件取長(zhǎng)補(bǔ)短結(jié)合而成的復(fù)合器件復(fù)合器件Bi-MOS器件器件絕緣柵雙極晶體管（絕緣柵雙極晶體管（Insulated-gate Bipolar TransistorIGBT)1986年投入市場(chǎng)，是中小功率電力電子設(shè)備的主導(dǎo)器件。繼續(xù)提高電壓和電流容量，以期再取代GTO的地位。 GTR的特點(diǎn)雙極型，電流驅(qū)動(dòng)，有電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，通流能力很強(qiáng)，開關(guān)速度較低，所需驅(qū)動(dòng)功率大，驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜。 P-MOSFET的優(yōu)點(diǎn)單極型，電壓驅(qū)動(dòng)，開關(guān)速度快，輸入阻抗高，熱穩(wěn)定性好，所需驅(qū)動(dòng)功率小而且驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單。電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)1.4.4 絕緣柵雙極晶體管絕緣柵雙極晶體管一、一、IGBT的結(jié)構(gòu)和工作原理的結(jié)

28、構(gòu)和工作原理三端器件：柵極G、集電極C和發(fā)射極E,其開通和關(guān)斷是由柵極和發(fā)射極間的電壓UGE決定的。EGCN+N-a)PN+N+PN+N+P+發(fā)射極 柵極集電極注入?yún)^(qū)緩沖區(qū)漂移區(qū)J3J2J1GEC+-+-+-IDRNICVJ1IDRonb)GCc)圖1-22 IGBT的結(jié)構(gòu)、簡(jiǎn)化等效電路和電氣圖形符號(hào)a) 內(nèi)部結(jié)構(gòu)斷面示意圖 b) 簡(jiǎn)化等效電路 c) 電氣圖形符號(hào)電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)符號(hào)、命名、特點(diǎn)CGEGECRdrRbr等效電路二、概述二、概述電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)1.4.4 絕緣柵雙極晶體管絕緣柵雙極晶體管 驅(qū)動(dòng)原理與電力MOSFET基本相同，場(chǎng)控器件，通斷由柵射極電壓UGE決定。導(dǎo)

29、通導(dǎo)通：UGE大于開啟電壓UGE(th)時(shí)，MOSFET內(nèi)形成溝道，為晶體管提供基極電流，IGBT導(dǎo)通。關(guān)斷關(guān)斷：柵射極間施加反壓或不加信號(hào)時(shí)，MOSFET內(nèi)的溝道消失，晶體管的基極電流被切斷，IGBT關(guān)斷。 IGBT的工作原理的工作原理電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)復(fù)合型器件，輸入特性近似MOSFET，導(dǎo)通特性近似GTR，因此具有控制容易（電壓控制型）、導(dǎo)通電壓低、電流大的優(yōu)點(diǎn)。與MOSFET和GTR相比，耐壓和通流能力還可以進(jìn)一步提高，同時(shí)保持開關(guān)頻率高的特點(diǎn)小結(jié)小結(jié)IGBT特點(diǎn)特點(diǎn)缺點(diǎn)是關(guān)斷時(shí)有拖尾，開關(guān)速度低于P-MOSFET，另有擎住效應(yīng)。選用時(shí)注意：選用時(shí)注意：IGBT常與反并聯(lián)的快速二

30、極管封裝在常與反并聯(lián)的快速二極管封裝在一起，制成模塊，成為逆導(dǎo)器件。一起，制成模塊，成為逆導(dǎo)器件。數(shù)數(shù)KW到數(shù)十到數(shù)十KW中功率首選方案，目前已可做到中功率首選方案，目前已可做到2.5KV/1800A。電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)外因過電壓：外因過電壓：操作過電壓操作過電壓雷擊過電壓雷擊過電壓內(nèi)因過電壓：內(nèi)因過電壓：換相過電壓換相過電壓關(guān)斷過電壓關(guān)斷過電壓RC過電壓抑制電路RC或RCD緩沖電路 采用雪崩二極管、金屬氧化物壓敏電阻、硒堆和轉(zhuǎn)折二采用雪崩二極管、金屬氧化物壓敏電阻、硒堆和轉(zhuǎn)折二極管極管(BOD)等非線性元器件來限制或吸收過電壓也是較常用等非線性元器件來限制或吸收過電壓也是較常用的措施。

31、的措施。 過 電 壓1.7.1過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護(hù)過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護(hù)電力電子裝置可能的過電壓電力電子裝置可能的過電壓外因過電壓外因過電壓和內(nèi)因過電壓內(nèi)因過電壓電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)1.7.3 緩沖電路緩沖電路緩沖電路作用分析緩沖電路作用分析無緩沖電路：有緩沖電路：圖1-38di/dt抑制電路和充放電型RCD緩沖電路及波形ADCB無緩沖電路有緩沖電路uCEiCO 圖1-39關(guān)斷時(shí)的負(fù)載線電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)圖1-42電力電子器件分類“樹” 本章小結(jié)（本章小結(jié)（1）主要內(nèi)容主要內(nèi)容全面介紹各種主要電全面介紹各種主要電力電子器件的基本結(jié)力電子器件的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、構(gòu)、工作原理、基

32、本基本特性特性和主要參數(shù)等。和主要參數(shù)等。注意幾個(gè)概念：注意幾個(gè)概念：額定額定電壓、額定電流、平電壓、額定電流、平均值、有效值、波形均值、有效值、波形系數(shù)系數(shù)。集中討論電力電子器集中討論電力電子器件的驅(qū)動(dòng)、保護(hù)和串、件的驅(qū)動(dòng)、保護(hù)和串、并聯(lián)使用并聯(lián)使用。電力電子器件類型歸納電力電子器件類型歸納單極型單極型：電力MOSFET和SIT雙極型雙極型：電力二極管、晶閘管、GTO、GTR和SITH 復(fù)合型復(fù)合型：IGBT和MCT電力電子技術(shù)西南科技大學(xué) 本章小結(jié)（本章小結(jié)（2） 特點(diǎn)特點(diǎn)：輸入阻抗高，所需驅(qū)動(dòng)功率小，驅(qū)輸入阻抗高，所需驅(qū)動(dòng)功率小，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，工作頻率高動(dòng)電路簡(jiǎn)單，工作頻率高。電流驅(qū)動(dòng)型

33、電流驅(qū)動(dòng)型：雙極型器件中除SITH外 特點(diǎn)特點(diǎn)：具有電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，因而通態(tài)壓降具有電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，因而通態(tài)壓降低，導(dǎo)通損耗小，但工作頻率較低，所需低，導(dǎo)通損耗小，但工作頻率較低，所需驅(qū)動(dòng)功率大驅(qū)動(dòng)功率大,驅(qū)動(dòng)電路較復(fù)雜。驅(qū)動(dòng)電路較復(fù)雜。 電壓驅(qū)動(dòng)型：?jiǎn)螛O型器件和復(fù)合型器件，雙極型器件中的SITH.電力電子技術(shù)西南科技大學(xué) 本章小結(jié)（本章小結(jié)（3） IGBT為主體，第四代產(chǎn)品，制造水平2.5kV / 1.8kA，兆瓦以下首選。與IGCT等新器件激烈競(jìng)爭(zhēng)，試圖在兆瓦以上取代GTO。GTO：兆瓦以上首選，制造水平6kV / 6kA。光控晶閘管光控晶閘管：功率更大場(chǎng)合，8kV / 3.5kA，裝置最高達(dá)

34、300MVA，容量最大。P-MOSFET中小功率領(lǐng)域特別是低壓場(chǎng)合地位牢固。功率模塊和功率集成電路功率模塊和功率集成電路是現(xiàn)在電力電子發(fā)展的一個(gè)共同趨勢(shì)。當(dāng)前的格局當(dāng)前的格局:電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)第二章第二章 整流電路（整流電路（Rectifier）要求及重點(diǎn)l理解和掌握單相橋式、三相半波、三相橋式等整流電路的電路結(jié)構(gòu)、工作原理、波形分析、電氣性能、分析方法和參數(shù)計(jì)算。l重點(diǎn)：波形分析和基本電量計(jì)算的方法。l難點(diǎn)：不同負(fù)載對(duì)工作情況的影響電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)前言前言:整流電路的基本概念整流電路的基本概念l控制角 從晶閘管開始承受正向電壓到被觸發(fā)導(dǎo)通這一電角度。l導(dǎo)通角 晶閘管在一個(gè)周期

35、內(nèi)導(dǎo)通的電角度。l移相改變控制角的大小，即改變觸發(fā)脈沖出現(xiàn)的相位。l移相控制 調(diào)節(jié)控制角 角即來控制輸出直流電壓平均值Ud的大小的控制方式.電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)整流電路的基本概念整流電路的基本概念（2）l移相范圍控制角的允許調(diào)節(jié)范圍。l同步觸發(fā)脈沖信號(hào)和晶閘管電壓（即電源電壓）在頻率和相位上的協(xié)調(diào)配合關(guān)系。l自然換相點(diǎn)當(dāng)電路中的可控元件全部由不可控元件代替時(shí)，各元件的導(dǎo)電轉(zhuǎn)換點(diǎn)。電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)2.1單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路.前言前言負(fù)載的形式負(fù)載的形式電阻性電阻性燈泡、電阻加熱爐、電解電鍍燈泡、電阻加熱爐、電解電鍍電感性電感性電機(jī)繞組，帶電感的負(fù)載電機(jī)繞組，帶電感

36、的負(fù)載反電動(dòng)勢(shì)反電動(dòng)勢(shì)蓄電池、直流電動(dòng)機(jī)蓄電池、直流電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)ACDC,直流輸出與負(fù)載的形式有關(guān)直流輸出與負(fù)載的形式有關(guān)電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)2.1單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路.電阻負(fù)載電阻負(fù)載電阻負(fù)載電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)單相半波整流電路的基本電量單相半波整流電路的基本電量l直流平均電壓 Ud 與控制角 的關(guān)系: Ud = f ()l直流平均電流 Id 與 的關(guān)系: I d = f ()l負(fù)載兩端的電壓有效值U與的關(guān)系： U = f ()2cos1( U0.45tdsinU221U22dt)2cos1( RU 0.45RUIddd4sin22-UtdsinU221U222

37、）（tUd受控于受控于 電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)單相半波整流電路的基本電量單相半波整流電路的基本電量（續(xù)）（續(xù)）l副邊繞組電流有效值 I2 與 的關(guān)系：I 2 = f ()l流過SCR的電流有效值 IT 和平均值 IdT lSCR承受的最大正向電壓UDM和最大反向電壓URM4sin22-RURUI222RM2DMU2 UU2UddT2TII II電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)功率因數(shù)功率因數(shù)cos ?輸出功率:222PI UI R變壓器二次側(cè)功率:2SIU有效值乘積有效值乘積!功率因數(shù)功率因數(shù):222()sin22sin0 242I UPSI U電阻性負(fù)載電阻性負(fù)載cos1,電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)

38、l幾個(gè)概念的解釋：幾個(gè)概念的解釋：lU Ud d為脈動(dòng)直流，波形只在U U2 2正半周內(nèi)出現(xiàn)，故稱“半波半波”整流。l采用了可控器件晶閘管，且交流輸入為單相，故該電路為單相半波可控單相半波可控整流電路。lU Ud d波形在一個(gè)電源周期中只脈動(dòng)1次，故該電路為單脈波單脈波整流電路。電力電子技術(shù)西南科技大學(xué) 該電路中的移相范圍為180?？梢娬{(diào)節(jié) 角即可控制直流電壓平均值Ud的大小。這種通過控制觸發(fā)脈沖的相位來控制直流輸出電壓大小的方式稱為相位控制方式簡(jiǎn)稱相控方式。相控方式電力電子技術(shù)西南科技大學(xué) 例2.1: 某單相半波可控整流電路，電阻性負(fù)載。直接與220V交流電源相接，要求輸出的直流平均電壓為8

39、5V，最大輸出直流平均電流為20A。求此電路中，R ，U，I2， IVT，IdVT和 ,并選擇晶閘管(考慮2倍裕量)。cos電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)44,707. 0122045. 0852145. 02cos2UUd2)已知 可計(jì)算負(fù)載電阻:,20,85AIVUdd)(25. 42085ddIURVUd851)已知 , 根據(jù)式(2-1)：21c o s0 .4 52dUU解：可計(jì)算觸發(fā)角:電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)4)變壓器二次側(cè)繞組電流有效值:)(3525. 47 .1482ARUI7 .14842sin22UU3）整流輸出電壓有效值:5)計(jì)算流過晶閘管的電流有效值和平均值:)(20)(35

40、2AIIAIIddVTVT電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)6)功率因數(shù):676. 02207 .148cos2222UUIUUISP7)選擇晶閘管定額: 晶閘管電流定額為: 應(yīng)選擇額定電流為50A的晶閘管; 晶閘管的電壓定額為: 應(yīng)選擇額定電壓為700V左右的晶閘管. 如KP50-7系列系列)(6 .4457. 135257. 12)(AIIVTAVT)(622222VUURM電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)2.帶阻感負(fù)載（帶阻感負(fù)載（L+R）的工作情況）的工作情況 注意：電感對(duì)電流變化有抗拒作用，電感器件中的電流是不能突變的。（這是分析感性負(fù)載的出發(fā)點(diǎn)） 2.1.1 2.1.1 單相半波可控整流電路單相半波

41、可控整流電路電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)圖22 帶阻思負(fù)載的單相半波可 控整流電路波形由于電感的存在,輸出電壓波形出現(xiàn)負(fù)的部分.電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)基本數(shù)量關(guān)系：基本數(shù)量關(guān)系：)cos(cos22)(sin22122UttdUUd)cos(cos222RURUIdd移相范圍：01800 當(dāng)較大時(shí)，L儲(chǔ)能越多,越大，Ud的負(fù)的部分越接近正的部分，其平均值越接近于零，輸出電流平均值也越小。為解決這一矛盾，在負(fù)載兩端并聯(lián)一個(gè)二極管。電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)帶續(xù)流二極管時(shí)的工作狀態(tài)帶續(xù)流二極管時(shí)的工作狀態(tài) 當(dāng)u2過零變負(fù)時(shí)，VDR導(dǎo)通，ud為零。此時(shí)為負(fù)的u2通過VDR向VT施加反壓使其關(guān)斷，L儲(chǔ)存的

42、能量保證了電流id在L-R-VDR回路中流通，此過程通常稱為續(xù)流。 電力電子技術(shù)西南科技大學(xué) 1.當(dāng)電感量小，正半周儲(chǔ)能小，則負(fù)半周維持能力小，電流 出現(xiàn)斷續(xù)情況。 2.當(dāng)電感量大，正半周儲(chǔ)能多， 負(fù)半周維持續(xù)流二極管導(dǎo)通能力大，電流 連續(xù)脈動(dòng)。 3. 時(shí)。電流的脈動(dòng)分量很小，電流 波形近似于一條平行于橫軸直線。 晶閘管導(dǎo)通角晶閘管導(dǎo)通角diDRVdiRL di單相半波整流帶續(xù)流二極管時(shí)的工作狀態(tài)單相半波整流帶續(xù)流二極管時(shí)的工作狀態(tài)電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)2.1.1 2.1.1 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路數(shù)量關(guān)系數(shù)量關(guān)系 若近似認(rèn)為id為一條水平線，恒為Id，則有ddVT2IId

43、2dVT2)(21ItdIIddVD2RIId22dVD2)(21RItdII（2-6）（2-5）（2-7）（2-8）帶續(xù)流二極管時(shí)的帶續(xù)流二極管時(shí)的工作狀態(tài)工作狀態(tài)電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)小結(jié)單相半波整流電路的特點(diǎn)l結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單l單脈波電路l電壓脈動(dòng)率高l變壓器利用率低l變壓器存在直流磁化問題 實(shí)際上很少應(yīng)用此種電路，分析該電路的主要目的在于利用其簡(jiǎn)單易學(xué)的特點(diǎn)，建立起整流電路的基本概念。電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)2.1.2單相橋式全控整流電路單相橋式全控整流電路1. 1帶電阻負(fù)載的工作情況a) 全波整流b) 無直流磁化問題c) 小容量的SCR 整流裝置中常見，但在實(shí)際應(yīng)用時(shí) ，取 ，這是為了保證

44、電網(wǎng)在一定范圍內(nèi)波動(dòng)時(shí)，輸出能保證！0min30共陰共陽電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)1.單相全控橋式整流電路（單相全控橋式整流電路（R R負(fù)載）負(fù)載）正向阻斷時(shí)，T1和T4串聯(lián)分壓電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)基本數(shù)據(jù)分析基本數(shù)據(jù)分析2cos19 . 0)(sin2122UttdUUd(2-9)=0時(shí),。180 時(shí),209 . 0 UUUdd0dU 180。的 移 相 范 圍 為 02cos19 . 0RURUIcdd輸出電流平均值：電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)晶閘管的電流平均值：2cos145.022RUIIddVT晶閘管的電流有效值：22sin2)()sin2(21222RUtdtRUIVT輸出電流有效

45、值：VTIRUtdtRUI222sin)()sin2(12222電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)（補(bǔ)）例（補(bǔ)）例2.2:2.2: 單相全控橋式整流電路,阻性負(fù)載，要求輸出直流電壓 可調(diào)，負(fù)載平均電流恒定為20A,晶閘管最小觸發(fā)角限制為 ，計(jì)算變壓器二次側(cè)電壓，電流值，估計(jì)其容量以及晶閘管導(dǎo)通角的變化范圍并選擇晶閘管。VVUd1002030電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)1)已知 minmax21 cos30 ,100 ,0.9()2ddUVUU對(duì)應(yīng)的由式有)(119)30cos1 (45. 0100)cos1 (45. 02VUUd2)在整個(gè)可調(diào)范圍內(nèi), 恒為20A,考慮嚴(yán)重情況,即在 時(shí),電路仍然輸出20A

46、電流,據(jù)此可求出最大觸發(fā)角:dIVUd20min6265. 011199 . 022019 . 02cos2UUd129因此,晶閘管導(dǎo)通角的變化范圍為:15051解解: :電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)當(dāng) 一定時(shí),越大,所需I2越大, 時(shí)有: dI1292sin22 ()2.140.9 (1 cos )fdIkI 因此,變壓器二次側(cè)繞組的電流為:)( 8 .422014. 214. 22AIId3)估計(jì)變壓器容量: )( 1 . 58 .42119222KVAIUSSN電力電子技術(shù)西南科技大學(xué))(169119222VU 晶閘管承受的最大反向電壓為： 若考慮2倍裕量為338V,則可選取型號(hào)為KP50-

47、5的晶閘管,其通態(tài)平均電流為50A,正向重復(fù)峰值電壓為五級(jí)(500V).4)選擇晶閘管: )(308.4221212AIIVT考慮2倍裕量時(shí)晶閘管額定電流:)(3857.12AIIVTdVT電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)2.帶阻感負(fù)載的工作情況帶阻感負(fù)載的工作情況電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)基本數(shù)量關(guān)系基本數(shù)量關(guān)系: cos9 . 03cos22)(sin21222UUtd tUUd=0909 .00;20ddUUU時(shí)，時(shí)，角的移相范圍為 .90RURUIddcos9 . 02晶閘管承受的最大正反向電壓均為 。晶閘管導(dǎo)通角與無關(guān)，均為180。電流平均值和有效值分別為：ddVTddVTIIIII707.0

48、2121和22U電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)3、單相全控橋式整流電路（反電勢(shì)、單相全控橋式整流電路（反電勢(shì)負(fù)載）負(fù)載）只有在 時(shí)，晶閘管才有導(dǎo)通的可能。Eu 2電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)2.1.3 2.1.3 單相全波可控整流電路單相全波可控整流電路a)b)u1TRu2u2i1VT1VT2ududi1OOtt返回適用于低輸出電壓場(chǎng)合1、帶電阻負(fù)載、帶電阻負(fù)載電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)2.1.4單相橋式半控整流電路1.阻性阻性負(fù)載的工作情況與全控時(shí)相同。2.感性感性負(fù)載 感性負(fù)載與阻性負(fù)載時(shí)輸出電壓Ud波形完全相同.而晶閘管的電流在一周內(nèi)各占一半,其換流時(shí)刻由門極觸發(fā)脈沖決定;而二極管VD2,VD4的導(dǎo)

49、通與關(guān)斷僅由電源電壓決定,在 換流.各元件導(dǎo)通均為180.電源(0) ,( + ) 區(qū)間內(nèi)停止對(duì)負(fù)載供電.nt 電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)單相橋式半控整流電路.電阻負(fù)載a)TabROb)u2i2udidVT1VT2VD3VD4u2OudIdtt返回電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)單相橋式半控整流電路（單相橋式半控整流電路（LR負(fù)載）負(fù)載）電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)失 控 現(xiàn) 象 分 析l產(chǎn)生原因l突然將觸發(fā)脈沖切斷l(xiāng)將 角增大到 180 l實(shí)質(zhì)：l對(duì)晶閘管的工作失去控制作用l避免方法：l加續(xù)流二極管電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)失失 控控 現(xiàn)現(xiàn) 象象 分分 析（析（2）l使負(fù)載電路通過D3續(xù)流,而不再經(jīng)過T1,

50、D2或T2,D1,這樣可使晶閘管恢復(fù)阻斷能力。電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)圖2-11 單相橋式半控整流電路的另一接法負(fù)載Tu2VD3VD4VT1VT2電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)例2.3 有一大電感負(fù)載采用單相半控橋有續(xù)流二極管的整流電路,負(fù)載電阻 ,電源電壓 ,晶閘管觸發(fā)角 ,求流過晶閘管、二極管的電流平均值.4RVU220260電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)解解:整流輸出電壓的平均值(同全橋)：)(5 .148)260cos1(2209 . 0)2cos1(9 . 02VUUd負(fù)載電流平均值：)(13.3745 .148ARUIdd1）流過晶閘管和整流二極管的電流平均值為：)(38.1213.37260

51、2AIIIddVDdVT電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)2)流過晶閘管和整流二極管的電流有效值為：)(44.212AIIIdVDVT3）流過續(xù)流二極管的電流平均值和有效值分別為：38.1213.3760ddVDIIR)(44.2113.3760AIIdVDR電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)本單元小結(jié)本單元小結(jié):l優(yōu)點(diǎn)：l結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單l對(duì)觸發(fā)電路的要求較低l缺點(diǎn)：l輸出直流電壓脈動(dòng)大l易造成電網(wǎng)負(fù)載不平衡電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)2.22.2三相可控整流電路三相可控整流電路交流測(cè)由三相電源供電。負(fù)載容量較大，或要求直流電壓脈動(dòng)較小、容易濾波?；A(chǔ)是三相半波可控整流電路，三相橋式全控整流電路應(yīng)用最廣 。電力電子技術(shù)西南

52、科技大學(xué)1.電阻負(fù)載 主電路如圖所示,為得到零線，變壓器二次側(cè)必須接成星形，而一次側(cè)接成三角形，避免3次諧波流人電網(wǎng)。三個(gè)晶閘管分別接入三相電源，它們的陰極連接在一起，稱為共陰共陰極接法極接法，這種接法觸發(fā)電路有公共端，連線方便。 導(dǎo)通后,負(fù)載電壓為相電壓,截止時(shí),晶閘管承受反向電壓為線電壓.自然換相點(diǎn):2.2.22.2.2三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路0TudidVT2VT1VT3Rbca)a一次側(cè)接成三角形共陰極共陰極組組 陰極 連 接 在一起二次側(cè)接成星形電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)2.2.2 三相半波可控整流（三相半波可控整流（R）（1）TudidVT2VT1VT3Rbca)a動(dòng)

53、畫電力電子技術(shù)西南科技大學(xué) 如果30。例如60 時(shí)，整流電壓的波形如圖，當(dāng)導(dǎo)通一相的相電壓過零變負(fù)時(shí)，該相晶閘管關(guān)斷。此時(shí)下一相晶閘管雖承受正電壓，但它的觸發(fā)脈沖還未到，不會(huì)導(dǎo)通，因此輸出電壓電流均為零，直到觸發(fā)脈沖出現(xiàn)為止。這種情況下，負(fù)載電流斷續(xù)，各晶閘管導(dǎo)通角為90. 若角繼續(xù)增大，整流電壓將越來越小，150時(shí)，整流輸出電壓為零。電阻負(fù)載時(shí)角的移相范圍為150。負(fù)載電流斷續(xù)2.2.2 三相半波可控整流（三相半波可控整流（R）（續(xù)（續(xù)2）電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)基本數(shù)量關(guān)系基本數(shù)量關(guān)系(R)(R)：1、整流電流平均值：30時(shí)，電流連續(xù)，有：cos17. 1cos263)(sin232122

54、2656UUttdUUd30時(shí)，電流斷續(xù)，有：)6cos(1 675.0)(sin2321226UttdUUd2、負(fù)載電流平均值：3、晶閘管承受的最大反向電壓：RUIdd22245.2632UUUURM4、最大正向電壓：22UUFM電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)2、阻感負(fù)載（L很大）301） 時(shí)，整流電壓波形同電阻負(fù)載。=0波形=30波形電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)負(fù)載電流連續(xù)2）、 時(shí)，例如 的波形如圖. 30602、阻感負(fù)載（L很大）(續(xù)1)電力電子技術(shù)西南科技大學(xué) 當(dāng)U2過零時(shí)，由于電感的存在，阻止電流下降，因而VTl繼續(xù)導(dǎo)通，直到下一相晶閘管VT2的觸發(fā)脈沖到來，才發(fā)生換流，由VT2導(dǎo)通向負(fù)載供

55、電，同時(shí)向VTl施加反壓使其關(guān)斷。這種情況下ud波形中出現(xiàn)負(fù)的部分，如到90時(shí)，ud波形中正負(fù)面積相等，ud的平均值為零?？梢娮韪胸?fù)載時(shí)的移相范圍為90。負(fù)載電壓出現(xiàn)負(fù)的部分續(xù)續(xù)2電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)3)3)基本數(shù)量關(guān)系基本數(shù)量關(guān)系a）、電流連續(xù)，整流電壓平均值：cos17. 12UUdb）、變壓器二次電壓即晶閘管電流有效值：ddVTIIII577. 0312c）、由此可得晶閘管的額定電流為：dVTAVVTIII368.057.1)(d）、晶閘管最大正反向電壓峰值均為變壓器二次線電壓峰值：2245.26UUUURMFM電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)補(bǔ)例補(bǔ)例2.4 已知三相半波可控整流電路帶大電感

56、負(fù)載, , 整流器二次側(cè)繞組電壓 ,求不接續(xù)流二極管時(shí)的 值,并選擇晶閘管元件.60 2R2200UVdI輸出波形電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)解：解：不接續(xù)流二極管時(shí)，大電感負(fù)載下：)(11760cos20017. 1cos17. 12VUUd)(5 .582117ARUIdd流過晶閘管電流有效值：75.335 .583131dVTII電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)考慮2倍裕量，晶閘管定額電流為：)(4357.12)(AIIVTAVVT考慮2倍裕量，晶閘管定額電壓為：)(98020045.22622VUURM可選型號(hào)為KP50-10的晶閘管。電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)單元小結(jié):三相半波可控整流電路的優(yōu)、缺

57、點(diǎn)l優(yōu)點(diǎn)：輸出電壓脈動(dòng)小輸出功率大三相負(fù)載平衡l缺點(diǎn)變壓器利用率低容易出現(xiàn)直流磁化現(xiàn)象零線上通過較大的負(fù)載電流電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)2.2.22.2.2三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路 目前在各種整流電路中，應(yīng)用最為廣泛的是三相橋式全控整流電路，其原理如圖，習(xí)慣將其中陰極連接在一起的3個(gè)晶閘管(VTl、VT3、VT5)稱為共陰極組；陽極連接在一起的3個(gè)晶閘管(VT4、VT6、VT2)稱為共陽極組。按此編號(hào)，晶閘管的導(dǎo)通順序?yàn)閂T1VT2VT3一VT4一VT5一VT6。圖2-17 三相橋式全控整流電路原理圖共陰極組共陽極組電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路

58、的觸發(fā)要求的觸發(fā)要求l本組內(nèi)SCR每隔 120換流一次；共陰極與共陽極組的換流點(diǎn)相隔 60 。lSCR的導(dǎo)通順序：(6-1) (1-2) (2-3) (3-4) (4-5) (5-6)l自然換相點(diǎn)為相電壓（或線電壓）的交點(diǎn)。l必須使用雙窄脈沖或?qū)捗}沖（見下頁）。電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)1.1.帶電阻負(fù)載帶電阻負(fù)載 時(shí)，各晶閘管均在自然換相點(diǎn)處換相，各自然換相點(diǎn)既是相電壓的交點(diǎn)，同時(shí)也是線電壓的交點(diǎn)。 輸出整流電壓ud為這兩個(gè)相電壓相減，是線電壓中最大的一個(gè)，因此輸出整流電壓輸出整流電壓ud波波形為線電壓在正半周期形為線電壓在正半周期的包絡(luò)線的包絡(luò)線。0電力電子技術(shù)西南科技大學(xué) 三相橋式全控整流

59、電路的特點(diǎn)三相橋式全控整流電路的特點(diǎn)(1)（2）對(duì)觸發(fā)脈沖的要求：按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的順序，相位依次差60。共陰極組VT1、VT3、VT5的脈沖依次差120，共陽極組VT4、VT6、VT2也依次差120。同一相的上下兩個(gè)橋臂，即VT1與與VT4，VT3與與VT6，VT5與與VT2，脈沖相差180。（1）2管同時(shí)通形成供電回路，其中共陰極組和共陽極組各1，且不能為同一相器件。電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)三相橋式全控整流電路的三相橋式全控整流電路的特點(diǎn)(2)（3）ud一周期脈動(dòng)6次，每次脈動(dòng)的波形都一樣，故該電路為6脈波整流電路。（4）需保證同時(shí)導(dǎo)通的2個(gè)晶閘管均有脈沖可

60、采用兩種方法：一種是寬脈沖觸發(fā) 一種是雙脈沖觸發(fā)（常用） (5）晶閘管承受的電壓波形與三相半波時(shí)相同，晶閘管承受最大正、反向電壓的關(guān)系也相同。電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)續(xù)：續(xù)：當(dāng) 時(shí)，晶閘管從自然換相點(diǎn)向后移角開始換相。如 時(shí)，晶閘管導(dǎo)通順序不變，相位后移30，電壓波形由三段組成。030262UUFM26UURM 移相范圍12060波形如圖90波形如圖電力電子技術(shù)西南科技大學(xué)2.阻感負(fù)載阻感負(fù)載(L很大很大) 當(dāng) 時(shí)，ud波形連續(xù)，電路的工作情況與帶電阻負(fù)載時(shí)十分相似，區(qū)別在于負(fù)載不同時(shí)，同樣的整流輸出電壓加到負(fù)載上，得到的負(fù)載電流id波形不同。當(dāng)電感足夠大的時(shí)候，負(fù)載電流的波形可近似為一條水平