1、第八章第八章 電力電子學基礎電力電子學基礎學習要求學習要求: 掌握晶閘管的基本工作原理、特性和主要參數掌握晶閘管的基本工作原理、特性和主要參數的含義的含義； 掌握幾種單相和三相基本可控整流電路的工作掌握幾種單相和三相基本可控整流電路的工作原理及特點原理及特點；了解逆變器的基本工作原理、用途和控制了解逆變器的基本工作原理、用途和控制；熟悉晶閘管工作時對觸發電路的要求和觸發電熟悉晶閘管工作時對觸發電路的要求和觸發電路的基本工作原理。路的基本工作原理。 前前 言言 電力電子學的任務：電力電子學的任務：利用電力半導體器件和線路來實現電功率的變換和控制。利用電力半導體器件和線路來實現電功率的變換和控制。

2、 弱電弱電強電強電電力半導體器件電力半導體器件應用電子學包括：傳感電子學、信息電子學、電力電子學，統應用電子學包括：傳感電子學、信息電子學、電力電子學，統稱大電力電子技術。稱大電力電子技術。 其中電力電子學在工程上稱電力電子技術或變流技術。是其中電力電子學在工程上稱電力電子技術或變流技術。是電力、電子、控制三門技術的交叉學科。電力、電子、控制三門技術的交叉學科。電力電子技術的定義：美國電氣與電子工程電力電子技術的定義：美國電氣與電子工程師協會（師協會（IEEE）對電力電子技術的定義為）對電力電子技術的定義為“有效地使用電力半導體器件，應用電路和有效地使用電力半導體器件，應用電路和設計理論以及分

3、析開發工具，實現對電能的設計理論以及分析開發工具，實現對電能的高效能變換和控制的一門技術，它包括電壓、高效能變換和控制的一門技術，它包括電壓、電流和頻率、波形等方面的變換。電流和頻率、波形等方面的變換。”8.1 電力半導體器件電力半導體器件 電力電子器件的分類電力電子器件的分類 根據器件的開關特性可分為：根據器件的開關特性可分為： 一、不控型器件：如電力二極管一、不控型器件：如電力二極管 二、是以晶閘管為代表的半控型器件；二、是以晶閘管為代表的半控型器件； 三、是新型的品類繁多的全控型器件，如電力晶三、是新型的品類繁多的全控型器件，如電力晶體管體管(GTR)，可關斷晶閘管，可關斷晶閘管(GTO

4、)，功率場效應晶，功率場效應晶體管體管(功率功率MOSFET)，絕緣柵雙極晶體管，絕緣柵雙極晶體管(IGBT)等等 8.1.1不可控開關器件8.1.2半控型開關器件8.1.3全控型開關器件器件發展歷史器件發展歷史（1）傳統電力電子技術（）傳統電力電子技術（1957-1980）以晶閘管為核心以晶閘管為核心特點：半控型，移相技術，分立元件特點：半控型，移相技術，分立元件缺點：半控型需要強迫關斷電路，整缺點：半控型需要強迫關斷電路，整機體積大、份量重、效率低、可靠性差；機體積大、份量重、效率低、可靠性差；移相技術功率因數低，對電網產生諧波污染；移相技術功率因數低，對電網產生諧波污染； 分立結構工作頻

5、率低，應用范圍受限制分立結構工作頻率低，應用范圍受限制（2）現代電力電子技術（）現代電力電子技術（1980-？）？）.以全控型為核心以全控型為核心.特點：全控型，新控制技術，集成化特點：全控型，新控制技術，集成化（單元胞器件組成），高頻化（單元胞器件組成），高頻化（GTO：1-2KHZ，GTR：5KHZ，MOSFET：數百數百KHZ，SIT：10MHZ），多功能），多功能（除開關功能外，還增加驅動保護功能），（除開關功能外，還增加驅動保護功能），智能化智能化 (1)整流整流 (2)逆變逆變 (3)變頻調壓變頻調壓 (4) 斬波斬波 DCAC(1)(2)(3)(4)電力電子技術的應用與未來電力電

6、子技術的應用與未來應用應用（1）旋轉的電動機傳動裝置）旋轉的電動機傳動裝置（2）靜止的各類電源和開關）靜止的各類電源和開關特種加熱電源、特種加熱電源、UPS電源、開關電源、電源、開關電源、直流輸電、家用電器、汽車電子化直流輸電、家用電器、汽車電子化0.2.2發展方向發展方向（1）有源濾波器：）有源濾波器： 用于濾波，功率補償，電壓穩定器及不對稱用于濾波，功率補償，電壓穩定器及不對稱負載的電壓調節器。負載的電壓調節器。（2）能量儲備設備：）能量儲備設備： 變速抽水儲能設備（發電廠根據負載變速抽水儲能設備（發電廠根據負載的大小調解供電系統的輸出容量）。的大小調解供電系統的輸出容量）。（3）超導磁懸

7、浮鐵道系統：）超導磁懸浮鐵道系統： 大容量逆變器（大容量逆變器（50-100MVA）使火車時速達）使火車時速達500KM/H（4）小型化開關電源：）小型化開關電源： 目前計算機電源占其設備的一半空間，使用目前計算機電源占其設備的一半空間，使用開關電源將使其小型化，研究表明，開關電源的開關電源將使其小型化，研究表明，開關電源的工作頻率從工作頻率從20KHZ提高到提高到1 MHZ，則電源中的則電源中的DC/DC變換器的體積將縮小為原來的變換器的體積將縮小為原來的1/7。（5）汽車電子化：）汽車電子化：高級汽車電動機控制系統高級汽車電動機控制系統（6）家用電器：）家用電器： 調光燈、高頻熒光燈、通風

8、取暖設備、調光燈、高頻熒光燈、通風取暖設備、微波爐以及眾多電動機驅動設備都離不開電微波爐以及眾多電動機驅動設備都離不開電力電子技術。力電子技術。 8.1.1 不可控開關不可控開關器件器件 大功率二極管即整流二極管大功率二極管即整流二極管8.1.1不可控開關器件8.1.2半控型開關器件8.1.3全控型開關器件電力二極管（電力二極管（Power Diode） 自自1950s初期就獲得應用，其結構和原理簡單，工作可初期就獲得應用，其結構和原理簡單，工作可靠，直到現在仍然大量應用于許多電氣設備當中。靠，直到現在仍然大量應用于許多電氣設備當中。 在采用全控型器件的電路中電力二極管往往是不可缺在采用全控型

9、器件的電路中電力二極管往往是不可缺少的，特別是開通和關斷速度很快的少的，特別是開通和關斷速度很快的快恢復二極管快恢復二極管和和肖肖特基二極管特基二極管。 AKAKa)IKAPNJb)c)AKPN結與電力二極管的工作原理結與電力二極管的工作原理電力二極管是以半電力二極管是以半導體導體PN結結為基礎的為基礎的, ,實際上是由一個面積實際上是由一個面積較大的較大的PN結結和和兩端引兩端引線線以及以及封裝封裝組成的。組成的。從外形上看，可以有從外形上看，可以有螺栓型螺栓型、平板型平板型等多等多種封裝。種封裝。圖圖2-2 電力二極管的外形、結構和電氣圖形符號電力二極管的外形、結構和電氣圖形符號 a) 外

10、形外形 b) 基本結構基本結構 c) 電氣圖形符號電氣圖形符號按照正向壓降、反向耐壓、反向漏電流等性按照正向壓降、反向耐壓、反向漏電流等性能，特別是反向恢復特性的不同，介紹幾種常能，特別是反向恢復特性的不同，介紹幾種常用的電力二極管。用的電力二極管。 普通二極管（普通二極管（General Purpose Diode） 又稱又稱整流二極管（整流二極管（Rectifier Diode），多，多用于開關頻率不高（用于開關頻率不高（1kHz以下）的整流電路以下）的整流電路中。中。 其其反向恢復時間反向恢復時間較長，一般在較長，一般在5 s以上以上 。 其其正向電流定額正向電流定額和和反向電壓定額反向

11、電壓定額可以達可以達到很高。到很高。 6kV 6kA15/89快恢復二極管（快恢復二極管（Fast Recovery DiodeFRD） 恢復過程恢復過程很短，特別是很短，特別是反向恢復過程反向恢復過程很短（一很短（一般在般在5 s以下）以下） 。 快恢復外延二極管快恢復外延二極管 （Fast Recovery Epitaxial DiodesFRED） ，采用，采用外延型外延型P-i-N結構結構 ，其，其反向恢復時間更短（可低于反向恢復時間更短（可低于50ns），正向壓降也很），正向壓降也很低（低（0.9V左右）。左右）。 從性能上可分為從性能上可分為快速恢復快速恢復和和超快速恢復超快速恢復

12、兩個等兩個等級。前者反向恢復時間為數百納秒或更長，后者則級。前者反向恢復時間為數百納秒或更長，后者則在在100ns以下，甚至達到以下，甚至達到2030ns。16/89肖特基二極管（肖特基二極管（Schottky Barrier DiodeSBD） 優點：優點：反向恢復時間反向恢復時間很短（很短（1040ns），），正向恢復過程中不會有明顯的正向恢復過程中不會有明顯的電壓過沖電壓過沖；在反向耐壓較低的情況下其在反向耐壓較低的情況下其正向壓降正向壓降也很也很小，明顯低于快恢復二極管；因此，其小，明顯低于快恢復二極管；因此，其開開關損耗關損耗和和正向導通損耗正向導通損耗都比快速二極管還都比快速二極管

13、還要小，效率高。要小，效率高。 弱點：當所能承受的反向耐壓提高時其弱點：當所能承受的反向耐壓提高時其正向壓降正向壓降也會高得不能滿足要求，因此多也會高得不能滿足要求，因此多用于用于200V500A以下的低壓場合；以下的低壓場合；反向漏電反向漏電流流較大且對較大且對溫度溫度敏感，因此敏感，因此反向穩態損耗反向穩態損耗不能忽略，而且必須更嚴格地限制其工作不能忽略，而且必須更嚴格地限制其工作溫度。溫度。8.1.2 半空型開關器件半空型開關器件1 1普通晶閘管普通晶閘管(SCR(SCR，VTVT）2.2. 雙向晶閘管（雙向晶閘管（TRIAC,MTTRIAC,MT）3.3. 逆導晶閘管（逆導晶閘管（RC

14、TRCT，VSVSd d）4.4. 光控晶閘管（光控晶閘管（LTTLTT）5.5. 快速晶閘管（快速晶閘管（FSTFST）8.1.1不可控開關器件8.1.2半控型開關器件8.1.3全控型開關器件1.1.半控器件半控器件晶閘管晶閘管晶閘管（晶閘管（Thyristor）是）是晶體閘流管晶體閘流管的簡稱，又稱的簡稱，又稱作作可控硅整流器可控硅整流器（Silicon Controlled RectifierSCR），以前被簡，以前被簡稱為可控硅。稱為可控硅。 1956年美國貝爾實驗室（年美國貝爾實驗室（Bell Laboratories）發明）發明了晶閘管，了晶閘管，1957年美國通用電氣公司（年美國

15、通用電氣公司（General Electric）開發出了世界上第一只晶閘管產品，并）開發出了世界上第一只晶閘管產品，并于于1958年使其商業化。年使其商業化。晶閘管俗稱可控硅，包括：晶閘管俗稱可控硅，包括：KP（普通型）、（普通型）、KS（雙向型）、（雙向型）、KK（快速型）、（快速型）、KG（可關斷型）、（可關斷型）、KN（逆導型）、（逆導型）、KP加反并聯整流二極管）及光加反并聯整流二極管）及光控型。控型。(1)(1)外型：螺栓式外型：螺栓式安裝方便，安裝方便，散熱效果差（散熱效果差（100A100A以下）以下） 平板式平板式安裝麻煩，安裝麻煩，散熱效果好（散熱效果好（200A200A以上

16、）以上） 塑封式塑封式小電流小電流1. 晶閘管的工作原理晶閘管的工作原理 實驗電路如圖所示，主電路加上交流電壓實驗電路如圖所示，主電路加上交流電壓u u2 2，控，控制極電路接入制極電路接入E Eg g，在，在t t1 1 瞬間合上開關瞬間合上開關S S，在，在t t4 4 瞬間拉瞬間拉開開關開開關S S，則，則u u2 2、u ug g和電阻上和電阻上R RL L的電壓的電壓u ud d的波形關系。的波形關系。 可控單向導電性可控單向導電性 綜上所述可得出以下結論：綜上所述可得出以下結論： （1 1）起始時若控制極不加電壓，則不論陽極加正向）起始時若控制極不加電壓，則不論陽極加正向電壓還是反

17、向電壓，晶閘管均不導通，這說明晶閘管電壓還是反向電壓，晶閘管均不導通，這說明晶閘管具有正、反向阻斷能力；具有正、反向阻斷能力； （2 2）晶閘管的陽極和控制極同時正向電壓時晶閘管晶閘管的陽極和控制極同時正向電壓時晶閘管才能導通，這是晶閘管導通必須同時具備的兩個條件；才能導通，這是晶閘管導通必須同時具備的兩個條件； （3 3）在晶閘管導通之后，其控制極就失去控制作用，）在晶閘管導通之后，其控制極就失去控制作用，欲使晶閘管恢復阻斷狀態，必須把陽極正向電壓降低欲使晶閘管恢復阻斷狀態，必須把陽極正向電壓降低到一定值（或斷開，或反向）。到一定值（或斷開，或反向）。 (3)(3)散熱方式：散熱方式：自冷自

18、冷20A20A以下以下風冷風冷30A-1000A30A-1000A，風速，風速6m/s6m/s水冷水冷200A-1000A200A-1000A，水質電阻率，水質電阻率20k20k /cm,PH/cm,PH值值6-6-8 8，流量，流量400ml/min400ml/min，進進水溫度水溫度3535c cA陽極陽極K陰極陰極G（門（門極）極）(2)(2)符號：符號：(1)(1) G G 懸空（或加反壓）懸空（或加反壓）AKAK正偏：正偏：J2J2阻斷不通阻斷不通（數百（數百K K ）AKAK反偏：反偏：J1J1、J3J3阻斷不阻斷不通通（數百（數百K K ）(2) (2) AKAK正偏；正偏；GK

19、GK正偏正偏IgIg電流的引入將產生正電流的引入將產生正反饋，晶閘管迅速導反饋，晶閘管迅速導通。通。2. 晶閘管的伏安特性晶閘管的伏安特性 晶閘管陽極對陰極的電壓和流過晶閘管的電流之間晶閘管陽極對陰極的電壓和流過晶閘管的電流之間的關系稱為晶閘管的伏安特性。的關系稱為晶閘管的伏安特性。 正向正向( uAK 0 )正向阻斷狀態正向阻斷狀態: : 當當u ug g=0=0， u uAKAK 00， u uAKAK 00，晶閘管導，晶閘管導通，其電流的大小由負載決定，陽極和陰極間通，其電流的大小由負載決定，陽極和陰極間的管壓降很小。的管壓降很小。反向反向( uAK 0 ) 反向截止狀態反向截止狀態:

20、當當 uAK 3030 時（時（a a=60=60 時的波形）時的波形）u u2 2過零時，過零時，VTVT1 1不關斷，直到不關斷，直到VTVT2 2的脈沖到來，的脈沖到來，才換流，由才換流，由VTVT2 2導通向負載供電，同時向導通向負載供電，同時向VTVT1 1施加反壓使其關斷施加反壓使其關斷u ud d波形中出現負的部波形中出現負的部分分阻感負載時的移相范圍為阻感負載時的移相范圍為9090 數量關系數量關系U Ud d/ /U U2 2與a a 成余弦關系。如果負載中的電感量不是很大，則當a a3030 后，ud中負的部分減少， U Ud d略為增加，U Ud d/ /U U2 2與a

21、的關系將介于曲線1和2之間 變壓器二次電流即晶閘管電流的有效值為 晶閘管的額定電流為 晶閘管最大正反向電壓峰值均為變壓器二次線電壓峰值ddVTI.III5770312dVTVT(AV)I.II36805712452U.UURMFMi id d波形有一定的脈動，但為簡化分析及定量計算，波形有一定的脈動，但為簡化分析及定量計算，可將可將i id d近似為一條水平線近似為一條水平線三相半波的主要缺點在于其變壓器二次電流中含三相半波的主要缺點在于其變壓器二次電流中含有直流分量，為此其應用較少有直流分量，為此其應用較少udiauaubucibiciduacuabuacOtOtOtOtOtOtuVT1ab

22、cTRLu2udeLidVT1VT2VT38.2.4 8.2.4 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路bacTn負載iaidudVT1VT3VT5VT4VT6VT2d2d1 應用最為廣泛應用最為廣泛 共陰極組共陰極組陰極連接在一起的陰極連接在一起的3個晶閘管（個晶閘管（VT1，VT3，VT5） 共陽極組共陽極組陽極連接在一起的陽極連接在一起的3個晶閘管（個晶閘管（VT4，VT6，VT2）8.2.單相可控整流電路8.1電力半導體器件8.2.3三相半波電路8.2.4三相半波電路u2ud1ud2u2Luduabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuabuacubcubaucau

23、cbuabuacuaucubt1OtOtOtOt= 0iVT1uVT11. 帶電阻負載時的工作情況帶電阻負載時的工作情況a a =0=0 時的情況時的情況 假設將電路中的晶閘管換作二極管假設將電路中的晶閘管換作二極管進行分析進行分析 對于共陰極阻的對于共陰極阻的3 3個晶閘管，陽極個晶閘管，陽極所接交流電壓值最大的一個導通所接交流電壓值最大的一個導通 對于共陽極組的對于共陽極組的3 3個晶閘管，陰極個晶閘管，陰極所接交流電壓值最低（或者說負得所接交流電壓值最低（或者說負得最多）的導通最多）的導通 任意時刻共陽極組和共陰極組中各任意時刻共陽極組和共陰極組中各有有1 1個晶閘管處于導通狀態個晶閘管

24、處于導通狀態從相電壓波形看從相電壓波形看，共陰極組晶閘管導通時，u ud1d1為相電壓的正包絡線，共陽極組導通時，u ud2d2為相電壓的負包絡線，u ud d=u=ud1 d1 - - u ud2d2是兩者的差值，為線電壓在正半周的包絡線直接從線電壓波形看直接從線電壓波形看， u ud d為線電壓中最大的一個，因此u ud d波形為線電壓的包絡線時 段IIIIIIIVVVI共陰極組中導通的晶閘管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共陽極組中導通的晶閘管VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流輸出電壓udua-ub=uabua-uc=uacub-uc=ubcub-ua=ubauc-ua=uca

25、uc-ub=ucb三相橋式全控整流電路的特點三相橋式全控整流電路的特點（1）2 2管同時通形成供電回路，其中共陰極組和管同時通形成供電回路，其中共陰極組和共陽極組各共陽極組各1 1，且不能為同，且不能為同1 1相器件相器件（2 2）對觸發脈沖的要求：）對觸發脈沖的要求： 按按VTVT1 1-VT-VT2 2-VT-VT3 3-VT-VT4 4-VT-VT5 5-VT-VT6 6的順序，相位依的順序，相位依次差次差6060 共陰極組共陰極組VTVT1 1、VTVT3 3、VTVT5 5的脈沖依次差的脈沖依次差120120 ，共陽極組共陽極組VTVT4 4、VTVT6 6、VTVT2 2也依次差也

26、依次差120120 同一相的上下兩個橋臂，即同一相的上下兩個橋臂，即VTVT1 1與與VTVT4 4，VTVT3 3與與VTVT6 6，VTVT5 5與與VTVT2 2，脈沖相差，脈沖相差180180 （3 3）u ud d一周期脈動一周期脈動6 6次，每次脈動的波形都一樣，次，每次脈動的波形都一樣，故該電路為故該電路為6 6脈波整流電路脈波整流電路（4 4）需保證同時導通的）需保證同時導通的2 2個晶閘管均有脈沖個晶閘管均有脈沖 可采用兩種方法：一種是寬脈沖觸發可采用兩種方法：一種是寬脈沖觸發 另一種是雙脈沖觸發（常用）另一種是雙脈沖觸發（常用）（5 5）晶閘管承受的電壓波形與三相半波時相同

27、，晶閘管承受的電壓波形與三相半波時相同，晶閘管承受最大正、反向電壓的關系也相同晶閘管承受最大正、反向電壓的關系也相同a=30 時的工作情況時的工作情況( (波形圖波形圖）區別在于：晶閘管起始導通時刻推遲了區別在于：晶閘管起始導通時刻推遲了3030 ，組成，組成u ud d的每一段線電壓因此推遲的每一段線電壓因此推遲3030 從從w wt t1 1開始把一周期等分為開始把一周期等分為6 6段，段，u ud d波形仍由波形仍由6 6段線電段線電壓構成，每一段導通晶閘管的編號等仍符合表壓構成，每一段導通晶閘管的編號等仍符合表2-12-1的的規律規律變壓器二次側電流變壓器二次側電流i ia a波形的特

28、點：在波形的特點：在VTVT1 1處于通態的處于通態的120120 期間，期間，i ia a為正，為正，i ia a波形的形狀與同時段的波形的形狀與同時段的u ud d波形波形相同，在相同，在VTVT4 4處于通態的處于通態的120120 期間，期間，i ia a波形的形狀也與波形的形狀也與同時段的同時段的u ud d波形相同，但為負值。波形相同，但為負值。a=60 時工作情況時工作情況v ud波形中每段線電壓的波形繼續后移，ud平均值繼續降低。a=60時ud出現為零的點= 60ud1ud2uduacuacuabuabuacubcubaucaucbuabuacuaubucOtt1OtOtuVT

29、1bacTn負載iaidudVT1VT3VT5VT4VT6VT2d2d1當當a a6060 時，如時，如a a=90=90 時時電阻負載電阻負載bacTn負載iaidudVT1VT3VT5VT4VT6VT2d2d1小結小結v當a a6060 時，u ud d波形均連續，對于電阻負載，i id d波形與u ud d波形形狀一樣，也連續v當a a6060 時，u ud d波形每60中有一段為零，u ud d波形不能出現負值v帶電阻負載時三相橋式全控整流電路a 角的移相范圍是1202 2三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路阻感負載時的工作情況阻感負載時的工作情況a60 時時vu ud d波形連續

30、，工作情況與帶電阻負載時十分相似，波形連續，工作情況與帶電阻負載時十分相似，各晶閘管的通斷情況、輸出整流電壓各晶閘管的通斷情況、輸出整流電壓u ud d波形、晶波形、晶閘管承受的電壓波形等都一樣閘管承受的電壓波形等都一樣v區別在于：由于負載不同，同樣的整流輸出電壓區別在于：由于負載不同，同樣的整流輸出電壓加到負載上，得到的加到負載上，得到的負載電流負載電流i id d波形不同波形不同。阻感。阻感負載時，由于電感的作用，使得負載電流波形變負載時，由于電感的作用，使得負載電流波形變得平直，得平直，當電感足夠大的時候，負載電流的波形當電感足夠大的時候，負載電流的波形可近似為一條水平線。可近似為一條水

31、平線。ud1u2ud2u2LudidtOtOtOtOua= 0ubuct1uabuacubcubaucaucbuabuaciVT1ud1= 30ud2uduabuacubcubaucaucbuabuactOtOtOtOidiat1uaubuc圖圖2-23 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路帶阻感負載帶阻感負載 =30 時的波形時的波形a 60 時時v阻感負載時的工作情況與電阻負載時不同，電阻負載時ud波形不會出現負的部分，而阻感負載時，由于電感L的作用，ud波形會出現負的部分v帶阻感負載時，三相橋式全控整流電路的a 角移相范圍為90= 90ud1ud2uacubcubaucaucbuab

32、uacuabuduacuabuactOtOtOubucuat1uVT1圖圖2-24 三相橋式整流電路帶阻三相橋式整流電路帶阻感負載，感負載， =90 時的波形時的波形 3定量分析定量分析當整流輸出電壓連續時（即帶阻感負載時，或帶電阻負載a60 時）的平均值為： 帶電阻負載且a 60時，整流電壓平均值為： 輸出電流平均值為 ：Id=Ud /Rcos34.2)(sin63123232UttdUUd)3cos(134. 2)(sin63232dUttdUU當整流變壓器為當整流變壓器為圖圖17中所示采用星形接法，帶阻感負中所示采用星形接法，帶阻感負載時，變壓器二次側電流波形如載時，變壓器二次側電流波形

33、如圖圖23中所示，為正負中所示，為正負半周各寬半周各寬120 、前沿相差、前沿相差180 的矩形波，其有效值為：的矩形波，其有效值為：晶閘管電壓、電流等的定量分析與三相半波時一致。晶閘管電壓、電流等的定量分析與三相半波時一致。三相橋式全控整流電路接反電勢阻感負載時，在負載三相橋式全控整流電路接反電勢阻感負載時，在負載電感足夠大足以使負載電流連續的情況下，電路工作電感足夠大足以使負載電流連續的情況下，電路工作情況與電感性負載時相似，電路中各處電壓、電流波情況與電感性負載時相似，電路中各處電壓、電流波形均相同，僅在計算形均相同，僅在計算Id時有所不同，接反電勢阻感負時有所不同，接反電勢阻感負載時的

34、載時的Id為：為： 式中式中R和和E分別為負載中的電阻值和反電動勢的值。分別為負載中的電阻值和反電動勢的值。dd2d2d2816.03232)(3221IIIII REUI dd三相半波可控整流電路共陰極接法電阻負載時的電路及三相半波可控整流電路共陰極接法電阻負載時的電路及 =0=0 時的波形時的波形TudidVT2VT1VT3Rbca)ab)c)d)e)f)u2Riduaubuc=0Ot1t2t3uGOudOOuabuacOiVT1uVT1ttttt返回 三相半波可控整流電路，電阻負載，三相半波可控整流電路，電阻負載，=30=30 時時的波形的波形=30u2uaubucOtOtOtOtOtu

35、Guduabuact1iVT1uVT1uacTudidVT2VT1VT3Rbca)a返回三相半波可控整流電路，電阻負載，三相半波可控整流電路，電阻負載，=60=60 時的時的波形波形tttt=60u2uaubucOOOOuGudiVT1TudidVT2VT1VT3Rbca)a返回三相半波可控整流電路，阻感負載時的電路及三相半波可控整流電路，阻感負載時的電路及=60=60 時的時的波形波形udiauaubucibiciduacuabuacOtOtOtOtOtOtuVT1abcTRLu2udeLidVT1VT2VT3返回三相橋式全控整流電路原理圖三相橋式全控整流電路原理圖bacTn負載iaidud

36、VT1VT3VT5VT4VT6VT2d2d1返回圖圖2-18 2-18 三相橋式全控整流電路帶電阻負載三相橋式全控整流電路帶電阻負載=0=0 時的波形時的波形u2ud1ud2u2Luduabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuaucubt1OtOtOtOt= 0iVT1uVT1bacTn負載iaidudVT1VT3VT5VT4VT6VT2d2d1返回表表2-1 2-1 三相橋式全控整流電路電阻負載三相橋式全控整流電路電阻負載=0=0 時晶閘管工作情況時晶閘管工作情況時 段IIIIIIIVVVI共陰極組中導通的晶閘管VT1VT1

37、VT3VT3VT5VT5共陽極組中導通的晶閘管VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流輸出電壓udUabUacUbcUbaUcaUcb返回圖圖2-19 2-19 三相橋式全控整流電路帶電阻負載三相橋式全控整流電路帶電阻負載=30=30 時的波形時的波形ud1ud2= 30iaOtOtOtOtuduabuacuaubuct1uabuacubcubaucaucbuabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuVT1bacTn負載iaidudVT1VT3VT5VT4VT6VT2d2d1返回圖圖2-20 2-20 三相橋式全控整流電路帶電阻負載三相橋式全控整流電路帶電阻負載=60=60

38、時的波形時的波形= 60ud1ud2uduacuacuabuabuacubcubaucaucbuabuacuaubucOtt1OtOtuVT1bacTn負載iaidudVT1VT3VT5VT4VT6VT2d2d1返回圖圖2-21 2-21 三相橋式全控整流電路帶電阻負載三相橋式全控整流電路帶電阻負載=90=90 時的波形時的波形ud1ud2uduaubucuaubtOtOtOtOtOiaiduabuacubcubaucaucbuabuacubcubaiVT1bacTn負載iaidudVT1VT3VT5VT4VT6VT2d2d1返回 圖圖2-22 2-22 三相橋式全控整流電路帶阻感負載三相橋式

39、全控整流電路帶阻感負載=0=0 時的波形時的波形 ud1u2ud2u2LudidtOtOtOtOua= 0ubuct1uabuacubcubaucaucbuabuaciVT1bacTn負載iaidudVT1VT3VT5VT4VT6VT2d2d1返回三相橋式全控整流電路帶阻感負載三相橋式全控整流電路帶阻感負載 =30=30 時的波形時的波形ud1= 30ud2uduabuacubcubaucaucbuabuactOtOtOtOidiat1uaubucbacTn負載iaidudVT1VT3VT5VT4VT6VT2d2d1三相橋式整流電路帶阻感負載，三相橋式整流電路帶阻感負載，=90=90 時的波形

40、時的波形bacTn負載iaidudVT1VT3VT5VT4VT6VT2d2d110.5 晶閘管的觸發電路晶閘管的觸發電路 向晶閘管供給觸發脈沖的電路，叫向晶閘管供給觸發脈沖的電路，叫觸發電路觸發電路。 （1）單結晶體管觸發電路）單結晶體管觸發電路 （2）小容量晶閘管觸發電路）小容量晶閘管觸發電路 （3）晶體管觸發電路）晶體管觸發電路 10.5.1 晶閘管對觸發電路的要求晶閘管對觸發電路的要求 實質：晶閘管的可靠觸發實質：晶閘管的可靠觸發 （1 1）觸發電路應能供給足夠大的）觸發電路應能供給足夠大的觸觸發電壓和觸發電流發電壓和觸發電流，一般要求觸發電，一般要求觸發電壓應該在壓應該在4V4V以上，

41、以上，10V10V以下以下（2 2）觸發脈沖的寬度必須在觸發脈沖的寬度必須在1010微微秒以上，秒以上，如果負載是大電感，電流如果負載是大電感，電流 上升比較慢，那么，觸發脈沖的寬上升比較慢，那么，觸發脈沖的寬度還應該增大。度還應該增大。（3 3）不觸發時，觸發電路的輸出電壓應該小于）不觸發時，觸發電路的輸出電壓應該小于0.15V0.15V0.20V0.20V。為了提高抗干擾能力，避免誤觸發，。為了提高抗干擾能力，避免誤觸發，必要時可在控制極上加上一個必要時可在控制極上加上一個1V1V2V2V的負偏壓；的負偏壓； （4 4）觸發脈沖的前沿要陡，保證晶閘管的觸發時間）觸發脈沖的前沿要陡，保證晶閘

42、管的觸發時間前后一致。前后一致。 （5 5）在晶閘管整流等移相控制的）在晶閘管整流等移相控制的觸發電路中，觸發脈沖應該和主電觸發電路中，觸發脈沖應該和主電路路同步同步，脈沖發出的時間應該能夠，脈沖發出的時間應該能夠平穩地前后移動（移相），平穩地前后移動（移相），移相的移相的范圍范圍要足夠寬。要足夠寬。 10.5.2 單結晶體管觸發電路單結晶體管觸發電路 一、單結晶體管一、單結晶體管 單結晶體管是一種特殊的半導體器件，它有三個電單結晶體管是一種特殊的半導體器件，它有三個電極，一個發射極和兩個基極，故又叫極，一個發射極和兩個基極，故又叫雙基極二極管雙基極二極管。 1. 1. 工作特性工作特性2.

43、2. 工作特點工作特點 發射極電壓大于發射極電壓大于U UP P時，單結晶體管導通；時，單結晶體管導通； 導通后，發射極電壓必須小于谷點電壓導通后，發射極電壓必須小于谷點電壓 U UV V時，時，單結晶體管才截止。單結晶體管才截止。U UP P峰值電壓峰值電壓U UV V谷點電壓谷點電壓 二、單結晶體管的自振蕩電路二、單結晶體管的自振蕩電路 利用單結晶體管的負阻特性和利用單結晶體管的負阻特性和RCRC充放電特性，充放電特性，可組成自振蕩電路。可組成自振蕩電路。 E E的大小對觸發脈沖的影響：相位的大小對觸發脈沖的影響：相位 周期周期 R R、C C的大小對觸發脈沖的影響：寬度的大小對觸發脈沖的

44、影響：寬度 三、單結晶體管觸發電路三、單結晶體管觸發電路大功率二極管大功率二極管功率晶體管功率晶體管可關斷晶閘管可關斷晶閘管雙相晶閘管雙相晶閘管單相晶閘管單相晶閘管電力半導體器件電力半導體器件 優點優點 ： (1) 用很小的功率用很小的功率(電流約幾十毫安一百多毫安，電電流約幾十毫安一百多毫安，電壓約壓約24V)可以控制較大的功率可以控制較大的功率(電流自幾十安幾千安，電流自幾十安幾千安，電壓自幾百伏幾千伏電壓自幾百伏幾千伏)，功率放大倍數可以達到幾十萬，功率放大倍數可以達到幾十萬倍；倍； (2) 控制靈敏、反應快，晶閘管的導通和截止時間都控制靈敏、反應快，晶閘管的導通和截止時間都在微秒級；在

45、微秒級； (3) 損耗小、效率高，晶閘管本身的壓降很小損耗小、效率高，晶閘管本身的壓降很小(僅僅1V左左右右)，總效率可達，總效率可達97.5%，而一般機組效率僅為，而一般機組效率僅為85%左右；左右； (4) 體積小、重量輕。體積小、重量輕。缺點：缺點： (1) 過載能力弱，在過電流、過電壓情況下很容易損過載能力弱，在過電流、過電壓情況下很容易損杯，要保證其可靠工作，在控制電路中要采取保護措施，杯，要保證其可靠工作，在控制電路中要采取保護措施，在選用時，其電壓、電流應適當留有余量；在選用時，其電壓、電流應適當留有余量； (2) 抗干擾能力差，易受沖擊電壓的影響，當外界干抗干擾能力差，易受沖擊

46、電壓的影響，當外界干擾較強時，容易產生誤動作；擾較強時，容易產生誤動作； (3) 導致電網電壓波形畸變，高次諧波分量增加，干導致電網電壓波形畸變，高次諧波分量增加，干擾周圍的電氣設備；擾周圍的電氣設備； (4) 控制電路比較復雜，對維修人員的技術水平要求控制電路比較復雜，對維修人員的技術水平要求高。高。 在實踐中，應該充分發揮晶閘管有利的一面，同時采在實踐中，應該充分發揮晶閘管有利的一面，同時采取必要措施消除其不利的一面。目前，采用晶閘管作為整取必要措施消除其不利的一面。目前，采用晶閘管作為整流放大元件組成的晶閘管控制系統，獲得越來越廣泛的應流放大元件組成的晶閘管控制系統，獲得越來越廣泛的應用

47、。用。 di/dt太大將導致器件局部過熱損壞太大將導致器件局部過熱損壞門極在芯片側部門極在芯片側部(螺栓型）螺栓型）門極在芯片中部（平板型）門極在芯片中部（平板型）l 開關器件開關器件/功率器件功率器件/電子開關電子開關l 器件性能；電流電壓容量、通態壓降、器件性能；電流電壓容量、通態壓降、開關頻率、功耗等開關頻率、功耗等l 器件分類：不控型器件分類：不控型/半控型半控型/全控型全控型 不控型：電力二極管不控型：電力二極管 半控型：晶閘管（半控型：晶閘管（SCR） 全控型：雙極型（全控型：雙極型（GTR，GTO，SIH） 單極型（單極型（MOSFET，SIT） 混合型（混合型（IGBT，MCT

48、，PIC）。）。單管單管/模塊模塊3.7.1 逆變的概念逆變的概念什么是逆變？為什么要逆變？什么是逆變？為什么要逆變？ 逆變（逆變（invertion）：把直流電轉變成交流電的過程。：把直流電轉變成交流電的過程。 逆變電路：把直流電逆變成交流電的電路。逆變電路：把直流電逆變成交流電的電路。 當交流側和電網連結時，為當交流側和電網連結時，為有源逆變有源逆變電路。電路。 變流電路的交流側不與電網聯接，而直接接到負變流電路的交流側不與電網聯接，而直接接到負載，即把直流電逆變為某一頻率或可調頻率的交流電載，即把直流電逆變為某一頻率或可調頻率的交流電供給負載，稱為供給負載，稱為無源逆變無源逆變。 對于對

49、于可控整流電路可控整流電路，滿足一定條件就可工作于，滿足一定條件就可工作于有源有源逆變逆變，其電路形式未變，只是電路工作條件轉變。既，其電路形式未變，只是電路工作條件轉變。既工作在整流狀態又工作在逆變狀態，稱為工作在整流狀態又工作在逆變狀態，稱為變流電路變流電路。3.7.1 逆變的概念逆變的概念圖圖3-46 直流發電機直流發電機電動機之間電能的流轉電動機之間電能的流轉a）兩電動勢同極性）兩電動勢同極性EGEM b）兩電動勢同極性）兩電動勢同極性EMEG c）兩電動勢反極性，形成短路）兩電動勢反極性，形成短路逆變的概念逆變的概念EM逆變產生的條件逆變產生的條件 以單相全波電路代替上以單相全波電路

50、代替上述發電機來分析述發電機來分析 電動機電動機M作作電動機電動機運運行，全波電路應工作在行，全波電路應工作在整流整流狀態狀態， 的范圍在的范圍在0 /2間，間，直流側輸出直流側輸出Ud為正值，并且為正值，并且UdEM，交流電網輸出電功，交流電網輸出電功率，電動機則輸入電功率。率，電動機則輸入電功率。 電動機電動機M作作發電回饋發電回饋制動制動運行，由于晶閘管器件運行，由于晶閘管器件的的單向導電性單向導電性，電路內，電路內Id的方的方向依然不變，向依然不變， 而而M軸上輸入軸上輸入的機械能轉變為電能反送給的機械能轉變為電能反送給G，只能改變只能改變EM的極性的極性，為了避，為了避免兩電動勢順向

51、串聯，免兩電動勢順向串聯，Ud的的極性極性也必須反過來，故也必須反過來，故 的范的范圍在圍在 /2 ，且，且|EM|Ud|。 uuua)b)u10udu20u10OO tIdidUdEM10ud2010OOIdidUd /2，使，使Ud為負值。為負值。 兩者必須同時具備才能實現有源逆變。兩者必須同時具備才能實現有源逆變。半控橋或有續流二極管的電路半控橋或有續流二極管的電路，因其整流電壓，因其整流電壓ud不能不能出現負值，也不允許直流側出現負極性的電動勢，故出現負值，也不允許直流側出現負極性的電動勢，故不能實現有源逆變，欲實現有源逆變，只能采用不能實現有源逆變，欲實現有源逆變，只能采用全控全控電

52、路電路。三相橋整流電路的有源逆變工作狀態三相橋整流電路的有源逆變工作狀態uabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbuabuacubcuaubucuaubucuaubucuaubu2udtOtOb=4b=3b=6b=4b=3b=6t1t3t2圖圖3-48 三相橋式整流電路工作于有源逆變狀態時的電壓波形三相橋式整流電路工作于有源逆變狀態時的電壓波形 逆變角逆變角 通常把通常把 /2時的控制角用時的控制角用 - =b b表示，表示，b b稱為逆變角稱為逆變角。 b b的大小自的大小自b b=0的起始點向的起始點向左方左方計量。計量。 三相橋式電路工作于有源逆變狀態，不同逆變角時的輸出電壓波三相橋式電路工作于有源逆變狀態，不同逆變角時的輸出電壓波形及晶閘管兩端電壓波形如圖形及晶閘管兩端電壓波形如圖3-48所示。所示。 三相橋整流電路的有源逆變工作狀態三相橋整流電路的有源逆變工作狀態IIIddVT577. 03REUIMdd基本的數量關系基本的數量關系 三相橋式電路的輸出電三相橋式電路的輸出電壓壓Ud