单相半波不可控整流电路二极管导通课件.ppt

1、1. 电压定额电压定额通常取晶闸管的通常取晶闸管的UDRM和和URRM中较小的标值作为该器件的额定电中较小的标值作为该器件的额定电压。选用时，额定电压要留有一定裕量压。选用时，额定电压要留有一定裕量,一般取额定电压为正常工作一般取额定电压为正常工作时晶闸管所承受峰值电压时晶闸管所承受峰值电压23倍。倍。1)断态重复峰值电压UDRM在门极断路而结温为额定值时，允许重复加在器件上的正向峰值电压,一般为正向转折电压的80。2)反向重复峰值电压URRM在门极断路而结温为额定值时，允许重复加在器件上的反向峰值电压，一般为反向击穿电压的80。3)通态（峰值）电压UTM晶闸管通以某一规定倍数的额定通态平均电

2、流时的瞬态峰值电压（一般为2V）。2. 额定电流额定电流1) )通态平均电流（额定电流）IT(AV)晶闸管在环境温度为40C和规定的冷却状态下，稳定结温不超过额定结温时所允许连续流过的单相工频正弦半波电流的最大平均值。使用时应按实际电流与通态平均电流有效值相等的原则来选取晶闸管额定电流。实际使用时应留一定的裕量，一般取1.52倍。 2) ) 维持电流维持电流 IH 晶闸管处于通态时，使晶闸管维持导通所必需的最小电流一般为几十到几百毫安，与结温有关，结温越高，则IH越小 3) ) 擎住电流擎住电流 IL 晶闸管刚从断态转入通态并移除触发信号后，能维持导通所需的最小电流 对同一晶闸管来说，通常IL

3、约为IH的24倍 4) ) 浪涌电流浪涌电流ITSM 指由于电路异常情况引起的并使结温超过额定结温的不重复性最大正向过载电流3、门极触发电流、门极触发电压在室温下，晶闸管施加6V正向阳极电压时，使元件完全开通所必须的最小门极电流，称为门极触发电流IGT。对应于门极触发电流的门极电压，称为门极触发电压UGT。4、通态平均电压在规定环境温度、标准散热条件下，元件通以额定电流即额定正弦半波时，阳极和阴极间电压降的平均值，称通态平均电压（一般称作管压降）。从减小损耗和元件发热来看，应选择UT（AV）较小的管子。波形系数：有效值和平均值的比值。 Kf = ITn / IT（A V）在额定情况下，波形系数

4、Kf=ITn/IT（AV）=1.57对于一只额定电流IT（AV）=100A的晶闸管，允许的电流有效值应该为KfIT（AV）=157A（考虑正弦半波波形系数）。不同的电流波形，有不同的平均值与有效值，波形系数也不同。1）开通时间tgt：tgt =td +tr延迟时间td：从门极电流阶跃时刻开始，到阳极电流上升到稳态值的10%，这段时间称为延迟时间td 。上升时间tr：阳极电流从10%上升到稳态值的90%所需要的时间，称为上升时间tr普通晶闸管大约为6s左右，快速晶闸管可降到1s左右。为了缩短开通时间与保证触发导通时刻的正确，常采用实际触发电流比规定触发电流大35倍、前沿陡的窄脉冲来触发，称为强触

5、发。延迟时间延迟时间上升时间上升时间开通时间：开通时间：tgt=td+tr6. 动态特性动态特性trr：2）关断时间：）关断时间：tq=trr+tgrutttrrURRMIRMiAqrt关断时间关断时间tq：元件从正向电流降为零到元件恢复正向阻断的时间。：元件从正向电流降为零到元件恢复正向阻断的时间。反向阻断恢复时间反向阻断恢复时间trr：从正向电流降为零，到反向恢复电流衰减至接近于零的时间。：从正向电流降为零，到反向恢复电流衰减至接近于零的时间。正向阻断恢复时间正向阻断恢复时间tgr：反向恢复过程结束后，由于截流子复合过程比较慢，晶闸管要恢反向恢复过程结束后，由于截流子复合过程比较慢，晶闸管

6、要恢复其对正向电压的阻断能力还需要一段时间，这段时间叫正向阻断恢复时间。（在复其对正向电压的阻断能力还需要一段时间，这段时间叫正向阻断恢复时间。（在tgr 内内重新对晶闸管加正向电压，晶闸管会重新正向导通，不受门极控制。所以实际应用中，重新对晶闸管加正向电压，晶闸管会重新正向导通，不受门极控制。所以实际应用中，应在应在tgr 后才允许对晶闸管重新加正向电压。）后才允许对晶闸管重新加正向电压。） 反向反向阻断阻断恢复时间恢复时间正向正向阻断阻断恢复时间恢复时间T1时刻起在反压作用下，瞬时刻起在反压作用下，瞬时出现反向阳极电流。时出现反向阳极电流。 T2时时刻，反向电流达到最大值。刻，反向电流达到

7、最大值。再反方向衰减。再反方向衰减。在恢复电流快速衰减时，由在恢复电流快速衰减时，由于外电路电感的作用，会在于外电路电感的作用，会在晶闸管两端引起反向的尖峰晶闸管两端引起反向的尖峰电压电压URRM。t1t2t3100%90%10%uAKttO0tdtrtrrtgrURRMIRMiA晶闸管的开通和关断过程波形晶闸管的开通和关断过程波形延迟时间延迟时间上升时间上升时间反向阻断反向阻断恢复时间恢复时间正向阻断正向阻断恢复时间恢复时间开通时间：开通时间：tgt=td+tr关断时间：关断时间：tq=trr+tgr指在额定结温和门极开路的情况下，不导致晶闸管从指在额定结温和门极开路的情况下，不导致晶闸管从

8、断态到通态转换的外加电压最大上升率。断态到通态转换的外加电压最大上升率。指在规定条件下，晶闸管能承受而无有害影响的最大指在规定条件下，晶闸管能承受而无有害影响的最大通态电流上升率。通态电流上升率。 如果电流上升太快，则晶闸管刚一开通，便会有很大的电如果电流上升太快，则晶闸管刚一开通，便会有很大的电流集中在门极附近的小区域内，从而造成局部过热而使晶闸流集中在门极附近的小区域内，从而造成局部过热而使晶闸管损坏管损坏 。 (2) 通态电流临界上升率通态电流临界上升率di/dt 在阻断的晶闸管两端施加的电压具有正向的上升率时，相在阻断的晶闸管两端施加的电压具有正向的上升率时，相当于一个电容的当于一个电

9、容的J2结会有充电电流流过，被称为位移电流。结会有充电电流流过，被称为位移电流。此电流流经此电流流经J3结时，起到类似门极触发电流的作用。如果电结时，起到类似门极触发电流的作用。如果电压上升率过大，使充电电流足够大，就会使晶闸管误导通压上升率过大，使充电电流足够大，就会使晶闸管误导通 。 (1) 断态电压临界上升率断态电压临界上升率du/dt 除开通时间除开通时间tgt和关断时间和关断时间tq外，还有：外，还有： 7. 晶闸管的型号晶闸管的型号第二章第二章 单相可控整流电路单相可控整流电路2.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路整流电路（整流电路（Rectifier）是电力电子电路中出

10、现最早的一）是电力电子电路中出现最早的一种，它的作用是将交流电能变为直流电能供给直流用电种，它的作用是将交流电能变为直流电能供给直流用电设备。设备。整流电路的分类整流电路的分类 按组成的器件可分为按组成的器件可分为不可控不可控、半控半控、全控全控三种。三种。 按电路结构可分为按电路结构可分为桥式桥式电路和电路和零式零式电路。电路。按交流输入相数分为按交流输入相数分为单相单相电路和电路和多相多相电路电路。 按变压器二次侧电流的方向是单向或双向，分为按变压器二次侧电流的方向是单向或双向，分为单拍单拍电路和电路和双拍双拍电路。电路。二极管导通，忽略二二极管导通，忽略二极管正向压降，极管正向压降， u

11、o=u2为分析简单起见，把二极管当作理想元件处理，即为分析简单起见，把二极管当作理想元件处理，即二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。二极管截止二极管截止, uo=0u2 0 时时:u20；（3） t2期间，L释放磁场能，使id逐渐减为0，此时负载反给电源充电，电感L感应电势极性是上负下正，使电流方向不变，只要该感应电动势比U2大，VT仍承受正向电压而继续维持导通，直至L中磁场能量释放完毕，VT承受反向电压而关断；a)u1TVTRLu2uVTudidu20t12 tttttug0ud0id0uVT0qab)c)d)e)f)+ + +电力电子电路

12、的一种基本分析电力电子电路的一种基本分析方法方法 把器件理想化，将电路简化把器件理想化，将电路简化为为分段线性电路分段线性电路。 器件的每种状态组合对应一器件的每种状态组合对应一种种线性电路拓扑线性电路拓扑，器件通断状，器件通断状态变化时，电路拓扑发生改变。态变化时，电路拓扑发生改变。 以前述单相半波电路为例以前述单相半波电路为例 当当VT处于断态时，相当处于断态时，相当 于电路在于电路在VT处断开，处断开， id=0。当当VT处于通时，处于通时， 相当于相当于VT短路。短路。a)b)VTRLVTRLu2u2单相半波可控整流电路的分单相半波可控整流电路的分段线性等效电路段线性等效电路 a) V

13、T处于关断状态处于关断状态 b) VT处于导通状态处于导通状态基本数量关系直流输出电压平均值Ud由于从ud的波形可以看出，此时输出的平均电压Ud和电阻负载相比，有所下降。=212)(sin221aattdUUd考虑一种极端情况：如果为大电感负载，则ud中的负面积接近正面积，输出的直流平均电压Ud0，则id也很小，这样的电路无实际用途。所以，实际的大感电路中，常常在负载两端并联一个续流二极管。 若若 为定值，为定值，a a角大，角大，q q越小。越小。 若若a a为定值，为定值， 越大，越大，q q越大越大 ，且，且 平均值平均值Ud越接近零。为解决上述矛越接近零。为解决上述矛 盾，在整流电路的

14、负载两端并联一盾，在整流电路的负载两端并联一 个二极管，称为个二极管，称为续流二极管续流二极管，用，用 VDR表示。表示。有续流二极管的电路有续流二极管的电路 电路分析电路分析 u2正半周时，与没有续流二极管正半周时，与没有续流二极管 时的情况是一样的。时的情况是一样的。 当当u2过零变负时，过零变负时，VDR导通，导通，ud 为零，此时为负的为零，此时为负的u2通过通过VDR向向VT 施加反压使其关断，施加反压使其关断，L储存的能量保储存的能量保 证了电流证了电流id在在L-R-VDR回路回路中流通，中流通， 此过程通常称为此过程通常称为续流续流。 若若L足够大，足够大，id连续连续，且，且

15、id波形接波形接 近一条水平线近一条水平线 。u2udiduVTiVTIdIdt1ttttttOOOOOO -a +ab)c)d)e)f)g)iVDRa)带续流二极管的单相半波电路基本数量关系：输出直流电压的平均值Ud（和纯阻性负载相同）输出直流电流的平均值Id.（和纯阻性负载相同）若近似认为id为一条水平线，恒为Id，则流过SCR的电流平均值和有效值分别为：ddTIIa2=ddTItdIIaa2)(212=2cos145. 02a=UUd2cos145. 02a=RURUIdd 基本数量关系基本数量关系流过晶闸管的电流平均值流过晶闸管的电流平均值IdT和有效值和有效值IT分别为：分别为： 续流二极管的电流平均值续流二极管的电流平均值IdDR和有效值和有效值IDR分别为分别为 其移相范围为其移相范围为180 ，其承受的最大正反向电压均为，其承受的最大正反向电压均为u2的的峰值即峰值即 续流二极管承受的电压为续流二极管承受的电压为-ud，其最大反向电压为，其最大反向电压为 ，亦为亦为u2的峰值。的峰值。ddTIIa2=ddTItdIIaa2)(212=ddDRIIa2=ddDRItdIIaa2)(2122=22U22Uv 线路简单、易调整，但输出电流脉动大，变压器二次侧电流中含直流分量，造成变压器铁芯直流磁化；v 实际上很少应用此种电路；