4-5-机电传动控制-8章-电力电子学-5为1课时左右的习题课解析课件.ppt

1、前节回顾 直流电动机的机械特性(固有特性公式、人为特性：电枢回路串电阻、改变电枢电压、改变励磁磁通)直流他励电动机的启动特性：为何不能直接启动 直流他励电动机的调速特性：调速与速度变化。串电阻调速、调压调速、改变磁通调速。计算例题 直流他励电动机的制动特性：计算例题nnTKKRKUnteae02第第8章章 电力电子学基础电力电子学基础 8.1 半导体器件半导体器件 8.2 单相可控整流电路单相可控整流电路 8.3 逆变器 8.4 斩波电路与PWM控制电路 8.5 电力半导体器件的驱动电路本次课内容本次课内容第第8章章 电力电子学基础电力电子学基础 8.1 半导体器件 8.2 单相可控整流电路

2、8.3 逆变器 8.4 斩波电路与PWM控制电路 8.5 电力半导体器件的驱动电路 第第8章章 电力电子学基础电力电子学基础学习要求学习要求:掌握电力半导体器件的基本工作原理、特性和掌握电力半导体器件的基本工作原理、特性和主要参数主要参数的含义的含义；掌握几种掌握几种单相和三相基本可控整流电路单相和三相基本可控整流电路的工作原理及特点的工作原理及特点；熟悉熟悉逆变器逆变器的基本工作原理、用途和控制的基本工作原理、用途和控制；了解了解晶闸管晶闸管工作时对触发电路的要求和触发电路的基本工作原理。工作时对触发电路的要求和触发电路的基本工作原理。前前 言言 电力（强）电子学电力（强）电子学电力半导体器

3、件电力半导体器件微（弱）电子学微（弱）电子学集成电路集成电路半导体器件半导体器件电力电子学的任务：利用电力半导体器件和线路来利用电力半导体器件和线路来实现电功率的变换和控制。实现电功率的变换和控制。电力半导体器件电力半导体器件弱电弱电强电强电 全全控控型型器器件件半半控控型型器器件件不不可可控控器器件件电电力力半半导导体体器器件件 电力半导体器件根据其电力半导体器件根据其导通和管断导通和管断的的可控性可分为可控性可分为 由电力半导体器件和相应电路所组成的电力变换电路按功能可以分为：由电力半导体器件和相应电路所组成的电力变换电路按功能可以分为：可控整流电路可控整流电路将将固定频率、电压的交流电固

4、定频率、电压的交流电变为变为固定或可调的直流电固定或可调的直流电；交流调压电路交流调压电路将将固定频率、电压的交流电固定频率、电压的交流电变为变为可调电压的交流电可调电压的交流电；逆变电路逆变电路把把直流电直流电变为变为频率固定或可调的交流电频率固定或可调的交流电；变频电路变频电路把把固定频率的交流电固定频率的交流电变为变为频率可调的交流电频率可调的交流电；斩波电路斩波电路把把固定的直流电压固定的直流电压变为变为可调直流电压可调直流电压；电子开关电子开关功率半导体工作在开关状态，可以代替继电器、接触器用于频繁开合操作的场合。功率半导体工作在开关状态，可以代替继电器、接触器用于频繁开合操作的场合

5、。8.1半导体器件半导体器件 一、不可控型开关器件一、不可控型开关器件 大功率二极管大功率二极管属于不可控开关器件属于不可控开关器件二、半控型开关器件二、半控型开关器件 晶闸管晶闸管（Silicon Controlled Rectifier 简称简称SCR）是在）是在60年代发展起来的年代发展起来的一种新型电力半导体器件，晶闸管的出现起到了弱电控制与强电输出之间的一种新型电力半导体器件，晶闸管的出现起到了弱电控制与强电输出之间的桥梁作用。桥梁作用。优点优点：(1)功率放大倍数可以达到几十万倍，功率放大倍数可以达到几十万倍，即用即用很小的功率很小的功率(电流约电流约几十毫安几十毫安一百多毫安一百

6、多毫安，电，电压约压约24V)可以控制较大的功率可以控制较大的功率(电流自电流自几十几十安几千安安几千安，电压自几百伏几千伏，电压自几百伏几千伏)，(2)控制灵敏、反应快，控制灵敏、反应快，晶闸管的导通和截晶闸管的导通和截止时间都在止时间都在微秒级微秒级；(3)损耗小、效率高损耗小、效率高，晶闸管本身的，晶闸管本身的压降很小压降很小(仅仅1V左右左右)，总效率可达，总效率可达97.5%，而一般机组效率，而一般机组效率仅为仅为85%左右；左右；(4)体积小、重量轻体积小、重量轻。缺点：缺点：(1)过载能力弱过载能力弱，在过电流、过电压情况下，在过电流、过电压情况下很容易损杯，要保证其可靠工作，在

7、控制电路中很容易损杯，要保证其可靠工作，在控制电路中要采取保护措施，在选用时，其电压、电流应适要采取保护措施，在选用时，其电压、电流应适当留有余量；当留有余量；(2)抗干扰能力差抗干扰能力差，易受冲击电压的影响，当，易受冲击电压的影响，当外界干扰较强时，容易产生误动作；外界干扰较强时，容易产生误动作；(3)导致电网电压波形畸变导致电网电压波形畸变，高次，高次谐波分量增加，干扰周围的电气设备；谐波分量增加，干扰周围的电气设备；(4)控制电路比较复杂控制电路比较复杂，对维修人员，对维修人员的技术水平要求高。的技术水平要求高。晶闸管是在半导体二极管、三极管之后发现的一种新型的晶闸管是在半导体二极管、

8、三极管之后发现的一种新型的大功率半导体器件大功率半导体器件，它是一，它是一种可控制的硅整流元件，亦称种可控制的硅整流元件，亦称可控硅可控硅。其中：其中：A阳极，阳极，K阴极，阴极，G控制极。控制极。4层半导体层半导体(P1、N1、P2、N2)，3个个PN结结1.晶闸管的结构和符号晶闸管的结构和符号 A（阳极）（阳极）P1P2N1三三 个个 PN结结N2四四 层层 半半 导导 体体K（阴极）（阴极）G（控制极）（控制极）晶闸管的结构是由四层半导体材料叠成三晶闸管的结构是由四层半导体材料叠成三个个PNPN结，并在对应的半导体材料上引出了结，并在对应的半导体材料上引出了三个电极。这三个电极分别称为：

9、三个电极。这三个电极分别称为：AA阳极，阳极，GG控制极，控制极，KK阴极。阴极。符号符号AKG晶闸管试验晶闸管试验0-t10-t1:开开关未合关未合上，控制极对上，控制极对阴极的电压为阴极的电压为0 0，尽管阳极，尽管阳极对阴极的电压对阴极的电压为正，晶闸管为正，晶闸管未导通未导通.t2-t3:t2-t3:阳极对阴极的电压为阳极对阴极的电压为负负，尽管控制极对阴极的电压也为尽管控制极对阴极的电压也为正，晶闸管正，晶闸管关断关断 t4-t5:t4-t5:由于这时晶闸管处于由于这时晶闸管处于导导通通状态，则状态，则维持导通维持导通；当；当t=tt=t5 5时，由于，晶闸管关断，晶闸时，由于，晶闸

10、管关断，晶闸管处于阻断状态。管处于阻断状态。t3-t4:t3-t4:晶闸管的阳极对阴极又开始承受晶闸管的阳极对阴极又开始承受正正向向电压，这时，控制极对阴极有电压，这时，控制极对阴极有正正电压，所电压，所以，晶闸管又以，晶闸管又导通导通，电源电压再次加于上，电源电压再次加于上t1-t2:t1-t2:阳极对阴极的电压为阳极对阴极的电压为正正，由于开关合上，由于开关合上，使得控制极对阴极的电压也为使得控制极对阴极的电压也为正正，即晶闸，即晶闸管管导通导通，晶闸管压降很小，电源电压加于，晶闸管压降很小，电源电压加于电阻上电阻上 综上所述可得出以下结论：综上所述可得出以下结论：（1）起始时）起始时若控

11、制极不加电压若控制极不加电压，则不论阳极加正向电压还是反向电压，晶闸管均不，则不论阳极加正向电压还是反向电压，晶闸管均不导通，这说明晶闸管导通，这说明晶闸管具有正、反向阻断能力具有正、反向阻断能力；（2）晶闸管的）晶闸管的阳极阳极和和控制极同时正向电压控制极同时正向电压时晶闸管才能导通，这是晶闸管导通时晶闸管才能导通，这是晶闸管导通必须必须同时具备同时具备的两个条件；的两个条件；（3）在晶闸管导通之后，其控制极就失去控制作用在晶闸管导通之后，其控制极就失去控制作用，欲使晶闸管恢复阻断状态，欲使晶闸管恢复阻断状态，必必须把阳极正向电压降低到一定值须把阳极正向电压降低到一定值（或断开，或反向）。（

12、或断开，或反向）。3.晶闸管的伏安特性晶闸管的伏安特性 晶闸管晶闸管阳极阳极对对阴极阴极的的电压电压和和流过晶闸管的电流流过晶闸管的电流之间的关系称为晶闸管的伏安特性。之间的关系称为晶闸管的伏安特性。晶闸管的伏安特性晶闸管的伏安特性（1 1）正向阻断状态正向阻断状态：晶闸管的：晶闸管的阳极与阴极间加上正向电压，阳极与阴极间加上正向电压，而晶闸管控制极开路（而晶闸管控制极开路（I Ig g=0=0）情况下，开始元件中有很小的情况下，开始元件中有很小的电流（称为电流（称为正向漏电流正向漏电流）流过）流过，晶闸管阳极与阴极间表现出，晶闸管阳极与阴极间表现出很大的电阻，处于截止状态很大的电阻，处于截止

13、状态（称为正向阻断状态），简称断称为正向阻断状态），简称断态态。图中第一象限红色段曲线图中第一象限红色段曲线。（2 2）正向击穿正向击穿：在控制极开路的情况下，当阳极电压上升到某一数值时，：在控制极开路的情况下，当阳极电压上升到某一数值时，晶闸管突然由阻断状态转化为导通状态。阳极这时的电压称为晶闸管突然由阻断状态转化为导通状态。阳极这时的电压称为断态不重断态不重复峰值电压（复峰值电压（U UDSMDSM），），或称或称正向转折电压（正向转折电压（U UBOBO）。导通后，元件中流导通后，元件中流过较大的电流，其值主要由限流电阻（使用时由负载）决定。过较大的电流，其值主要由限流电阻（使用时由负载

14、）决定。图中第一图中第一象限绿色段曲线。象限绿色段曲线。AKG晶闸管的伏安特性晶闸管的伏安特性(5)(5)反向击穿：反向击穿：当反向电压增大到某一数值时，当反向电压增大到某一数值时，反向漏电流急剧增大，这时，所对应的电压反向漏电流急剧增大，这时，所对应的电压称为称为反向不重复峰值电压（反向不重复峰值电压（U URSMRSM），），或称或称反反向转折（击穿）电压（向转折（击穿）电压（U URRRR）。图中第三象限图中第三象限绿色段曲线。绿色段曲线。（3 3）正向导通状态：正向导通状态：晶闸管的阳极与阴晶闸管的阳极与阴极间加上极间加上正向电压正向电压，晶闸管控制极，晶闸管控制极加上加上正向电压正向

15、电压的情况下，晶闸管导的情况下，晶闸管导通，通，阳极电流的大小由负载决定阳极电流的大小由负载决定，阳极和阴极间的管压降很小阳极和阴极间的管压降很小。图中图中第一象限蓝色段曲线。第一象限蓝色段曲线。（4 4）反向截止状态：反向截止状态：在晶闸管阳极与阴极间在晶闸管阳极与阴极间加上反向电压时，开始晶闸管处于加上反向电压时，开始晶闸管处于反向阻反向阻断状态断状态，只有很小的反向漏电流流过。，只有很小的反向漏电流流过。图图中第三象限黄色段曲线。中第三象限黄色段曲线。4.晶闸管的主要参数晶闸管的主要参数 1）断态重复峰值电压断态重复峰值电压UDRM 晶闸管正向阻断状态下，可以重复加在晶闸管阳极和阴极两晶

16、闸管正向阻断状态下，可以重复加在晶闸管阳极和阴极两端的正向峰值电压端的正向峰值电压。UDRM=UDSM -100 在选择晶闸管时还要考虑留有足够的余量，一般：在选择晶闸管时还要考虑留有足够的余量，一般：晶闸管的晶闸管的UDRM、UDRM应等于所承受的正、反向电压的（应等于所承受的正、反向电压的（23）倍。）倍。2）反向重复峰值电压）反向重复峰值电压URRM 晶闸管反向截止状态下，可以重复加在晶闸管阳极和阴极两端晶闸管反向截止状态下，可以重复加在晶闸管阳极和阴极两端的反向峰值电压的反向峰值电压。URRM=URSM -100 3）额定通态平均电流（额定电流）额定通态平均电流（额定电流）IT 在环境

17、温度不大于在环境温度不大于40度的度的标准散热标准散热及全导通的条件下，晶闸管元件可以连续通过的工频正弦半波电流（在一个周期内）平均值，称为及全导通的条件下，晶闸管元件可以连续通过的工频正弦半波电流（在一个周期内）平均值，称为额定通态平均电流，简称为额定通态平均电流，简称为额定电流额定电流。4）维持电流）维持电流 IH 在规定的环境温度和控制极断路时，维持元件继续导通的在规定的环境温度和控制极断路时，维持元件继续导通的最小电流最小电流称维持电流。一般为几称维持电流。一般为几mA一百多一百多mA 三、全控型开关器件三、全控型开关器件1.门极门极可关断可关断晶闸管（晶闸管（GTO）工作特点：工作特

18、点：1)当门极当门极G上加上加正电压正电压或正脉冲信号时，或正脉冲信号时，GTO导通并保持导通并保持；2)当门极上加上当门极上加上反向电压反向电压或反向脉冲或反向脉冲时，时，GTO关断并保持关断并保持。2.电力晶体管（电力晶体管（GTR）、大功率晶体管、）、大功率晶体管、达林顿管达林顿管（复合管复合管）内部结构内部结构基本电路基本电路开关时间开关时间主要特性主要特性 1）开路关断电压开路关断电压基极开路时另两个极之间能承受的最高电压；基极开路时另两个极之间能承受的最高电压；2）集电极最大持续电流集电极最大持续电流基极偏置时，集电极能流过的最大电流。基极偏置时，集电极能流过的最大电流。2.电力晶

19、体管（电力晶体管（GTR）、大功率晶体管、）、大功率晶体管、达林顿管达林顿管（复合管）（复合管）3.电力场效应晶体管电力场效应晶体管(P-MOSFET)主要参数：主要参数：1）开启电压开启电压UT当当uGS上升到开启电压上升到开启电压UT时，开始出现漏极电流时，开始出现漏极电流;2)漏极电压漏极电压3)漏极漏极直流电流直流电流和脉冲直流峰值和脉冲直流峰值4)删源电压删源电压5)极间电容极间电容4.绝缘栅双极晶体管绝缘栅双极晶体管（IGBT）简化等效电路简化等效电路图形符号图形符号基本电路基本电路第第8章章 电力电子学基础电力电子学基础 8.1 半导体器件 8.2 单相可控整流电路 8.3 逆变

20、器 8.4 斩波电路与PWM控制电路 8.5 电力半导体器件的驱动电路 8.2 单相可控整流电路单相可控整流电路 整流整流将交流电变为直流电的过程；将交流电变为直流电的过程；整流电路整流电路将交流电变为直流电的电路；将交流电变为直流电的电路；整流整流单相单相 三相三相 不不可可控控可可控控 不不可可控控可可控控1.1.电阻负载电阻负载为导通角：为导通角：晶闸管在一个周期时间晶闸管在一个周期时间内导通的电角度内导通的电角度范围：范围：,0为控制角为控制角：晶闸管从承受：晶闸管从承受正向电压起始点到触发脉冲正向电压起始点到触发脉冲的作用点之间的电角度的作用点之间的电角度范围：范围：0,+=+=8.

21、2.1 单相半波单相半波可控整流电路可控整流电路 214502 cosRU.RUIdd 2cos145.0)(sin22122UttdUUdtsinUu 222 输入电压输入电压：负载电压负载电压：负载电流负载电流：晶闸管承受的晶闸管承受的最大正反向电压最大正反向电压：22UU2是输入电压的有效值2.2.电感性负载电感性负载电感具有阻碍电流电感具有阻碍电流变化的作用变化的作用 单相半波可控整流电路用于大电感性负载时，如果不采取措施，单相半波可控整流电路用于大电感性负载时，如果不采取措施，负载上就得不到所需要的电压和电流。负载上就得不到所需要的电压和电流。为了提高大电感负载时的单相半波可控整流电

22、路整流输出平为了提高大电感负载时的单相半波可控整流电路整流输出平均电压，均电压，可采取负载两端并联一只二极管的措施。可采取负载两端并联一只二极管的措施。ddVS2II ddv22II 晶闸管电流平均值：晶闸管电流平均值：续流二极管的电流平均值：续流二极管的电流平均值：2cos145.0)(sin22122UttdUUdtsinUu 222 输入电压输入电压：负载电压负载电压：晶闸管承受的最大正反向电压晶闸管承受的最大正反向电压：22U三、加续流二极管的电路三、加续流二极管的电路 8.2.2 单相桥式可控单相桥式可控整流电路整流电路 一、晶闸管组成的一、晶闸管组成的半控桥式半控桥式整流电路。整流

23、电路。1.电阻性负载电阻性负载 2cos19.0)(sin2122 UttdUUd21902 cosRU.RUIdd负载电压负载电压：负载电流负载电流：晶闸管承受的最大正反向电压晶闸管承受的最大正反向电压：22U 2.电感性负载电感性负载 有了续流二极管有了续流二极管，当电源电压降到零时，负载电流流经续流二极管，晶，当电源电压降到零时，负载电流流经续流二极管，晶闸管因电流为零而关断，不会出现失控现象。闸管因电流为零而关断，不会出现失控现象。流过每只晶闸管平均电流：流过每只晶闸管平均电流：dI 2流过续流二极管的平均电流：流过续流二极管的平均电流：dI 2cos19.0)(sin2122 Utt

24、dUUd负载电压负载电压：晶闸管承受的最大正反向电压晶闸管承受的最大正反向电压：22U一、晶闸管组成的一、晶闸管组成的半控桥式半控桥式整流电路。整流电路。半控桥式整流电路在电感性负载时，可以不加续流二极管半控桥式整流电路在电感性负载时，可以不加续流二极管。这是因为在电源电压过零时，电感中的电流通过这是因为在电源电压过零时，电感中的电流通过V1和和V2形成续流，形成续流，确保确保VS1或或VS2可靠关断，这样可靠关断，这样也不会也不会出现失控现象。出现失控现象。流过每只晶闸管平均电流：流过每只晶闸管平均电流：dI 2流过续流二极管的平均电流流过续流二极管的平均电流：ddvII 222cos19.

25、0)(sin2122 UttdUUd负载电压负载电压：晶闸管承受的最大正反向电压晶闸管承受的最大正反向电压：22U一、晶闸管组成的一、晶闸管组成的半控桥式半控桥式整流电路。整流电路。3.反电势负载反电势负载 当整流电路输出接有电势负载时当整流电路输出接有电势负载时,只有当只有当电源电源的瞬时值大于反电势电源电源的瞬时值大于反电势，同时又有触发脉冲时，晶闸管才能导通，整流，同时又有触发脉冲时，晶闸管才能导通，整流电路才有电流输出，在电路才有电流输出，在晶闸管关断的时间内，负载上保留原有的反电势。晶闸管关断的时间内，负载上保留原有的反电势。一、晶闸管组成的一、晶闸管组成的半控桥式半控桥式整流电路。

26、整流电路。a.负载两端的电压平均值比电阻性负载时高负载两端的电压平均值比电阻性负载时高 b.负载电流平均值比电阻性负载时低负载电流平均值比电阻性负载时低 REUIdd 因为导通角小，导电时间短，因为导通角小，导电时间短，回路电阻小，所以，回路电阻小，所以，电流的幅值与平均值之比值相当大，电流的幅值与平均值之比值相当大，晶闸管元件工作条件差，晶闸管元件工作条件差，晶闸晶闸管必须降低电流定额使用管必须降低电流定额使用。另外，对于直流电动机来说整流子换向电流大，易产生火花，对于电源则因电流有效值大，要。另外，对于直流电动机来说整流子换向电流大，易产生火花，对于电源则因电流有效值大，要求的容量也大，因

27、此，对于大容量电动机或蓄电池负载，求的容量也大，因此，对于大容量电动机或蓄电池负载，常常串联电抗器，用以平滑电流的脉动。常常串联电抗器，用以平滑电流的脉动。常常串联电抗器常常串联电抗器 二、单相二、单相全控全控桥式整流电路桥式整流电路 单相全控桥式整流电路如图所示。把半控桥中的两只二极管用两只晶闸管代替即构成全控桥。单相全控桥式整流电路如图所示。把半控桥中的两只二极管用两只晶闸管代替即构成全控桥。带阻性负载时 于半空桥式完全相同，公式亦相同 带感性负载时 二、单相全控桥式整流电路二、单相全控桥式整流电路2222sin()0.9cos2dUUtdtU 晶闸管承受的最大正反向电压晶闸管承受的最大正

28、反向电压：22U 例例8.1(P207)欲装一台欲装一台白炽灯泡白炽灯泡调光电路调光电路，需要，需要可调的直流电源可调的直流电源，调节范围：电压，调节范围：电压U0=0V180V,电流电流I0=010A。现采用。现采用单相半控桥式整流电路单相半控桥式整流电路，试求，试求最大输入交流电压和电流有效值，并选择整流元件。最大输入交流电压和电流有效值，并选择整流元件。解解:设在晶闸管导通角设在晶闸管导通角为为(控制角为控制角为0)时输出电压值为最大（时输出电压值为最大（180V），），则对应的则对应的输入交流电压有效值输入交流电压有效值为最大。为最大。V.UU20090180900 实际上还要考虑实际

29、上还要考虑电网电压波动电网电压波动、管压降管压降以及以及导通角导通角常常到不了常常到不了1800，交流电压要比上述计算而得到的值，交流电压要比上述计算而得到的值适当加大适当加大10%左左右，右，即大约为即大约为220V。因此，在本例中可以。因此，在本例中可以不用整流变压器不用整流变压器，直接接到，直接接到220V的交流电源上。的交流电源上。交流电流有效值交流电流有效值：A.AVVRUIL21210180220 晶闸管所承受的最大正向电压、最大反向电压和二极管所承受的最大反向电压晶闸管所承受的最大正向电压、最大反向电压和二极管所承受的最大反向电压相等，即：相等，即：VV.UUURMFM31022

30、04112流过晶闸管和二极管的平均电流流过晶闸管和二极管的平均电流：AAIIIVVS5210210 适当考虑余量适当考虑余量8.2.3 三相可控整流电路三相可控整流电路 8.2.3 三相可控整流电路三相可控整流电路 一、三相半波可控整流电路一、三相半波可控整流电路 三相半波可控整流电路图如图所示。三相半波可控整流电路图如图所示。自然换相点：自然换相点：0 时时：当当01.触发相序：触发相序：ABC触发脉冲的相位：触发脉冲的相位：1200PPdU.)t(tdsinUU265621712321 设输入电压为：设输入电压为：tsinUuPA 22U2p 是变压器副边相电压的有效值 cosU.)t(t

31、dsinUUP)()(Pd265621712321时时：当当602 .时时当当6563 .330117123210262 cosU.)t(tdsinUUP)(Pd 可能承受的可能承受的最大反向电压最大反向电压为为：PU22PPUU22632 当晶闸管没有触发信号时，晶闸管承受的当晶闸管没有触发信号时，晶闸管承受的最大正向电压最大正向电压为为:第第8章章 电力电子学基础电力电子学基础 8.1 半导体器件 8.2 单相可控整流电路 8.3 逆变器逆变器 8.4 斩波电路与PWM控制电路 8.5 电力半导体器件的驱动电路剩下的下次课讲，留作业剩下的下次课讲，留作业前节回顾 什么是功率器件（电力半导体

32、）、主要功能是什么？半控器件晶闸管晶闸管：结构特点、符号、导通截止规律、主要性能参数、伏安特性 全控型功率器件：达林顿管、大功率晶体管、IGBT等。单相半波可控整流电路：导通角、控制角、电路原理、相应公式 单相桥式可控整流电路：电路原理、相应公式 单相全控桥式整流电路：电路原理、相应公式 三相可控整流电路：电路原理、相应公式 单相可控整流的计算例题 8.3 逆变器逆变器 8.4 斩波电路与斩波电路与PWM控制电路控制电路 8.5 电力半导体器件的驱动电路电力半导体器件的驱动电路 习题课、答疑习题课、答疑1次次本次课内容本次课内容 8.3 逆变器逆变器 利用晶闸管电路利用晶闸管电路把直流电变成交

33、流电，这种对应于整流的把直流电变成交流电，这种对应于整流的逆向过程逆向过程，称之为逆变，把直流电变成交流电的装置，叫做，称之为逆变，把直流电变成交流电的装置，叫做逆变器逆变器。变流器交流侧变流器交流侧接到负载接到负载，把直流电逆变为某一频率或可变频率的交流电供给，把直流电逆变为某一频率或可变频率的交流电供给负载负载逆变逆变无源逆变无源逆变变流器的交流侧变流器的交流侧接到交流电源上接到交流电源上，把直流电逆变为，把直流电逆变为同频率的交流电反馈到电网去同频率的交流电反馈到电网去 一、无源逆变电路的工作原理一、无源逆变电路的工作原理无源逆变器的工作原理，可以用如图所示的无源逆变器的工作原理，可以用

34、如图所示的开关电路开关电路来说明。来说明。1.无源逆变器的简单工作原理无源逆变器的简单工作原理 变流器变流器即可实现整流，又可实现逆变的装置。即可实现整流，又可实现逆变的装置。二、单相无源逆变器的电压控制二、单相无源逆变器的电压控制 1.控制逆变器的输入直流电压控制逆变器的输入直流电压 2.在逆变器内部的电压控制在逆变器内部的电压控制 若使延迟角从若使延迟角从0变到变到1800，将可以使逆变器的输出电压从最大值变到零。，将可以使逆变器的输出电压从最大值变到零。（1）脉宽控制）脉宽控制 不改变逆变器输入直流电压的大小，而是通过改变逆变器中晶闸管（或晶体管）的不改变逆变器输入直流电压的大小，而是通

35、过改变逆变器中晶闸管（或晶体管）的导通时间导通时间以控制输出脉冲的宽度来以控制输出脉冲的宽度来改变逆变器输出电压，此方法称改变逆变器输出电压，此方法称脉宽控制脉宽控制。单相晶闸管桥式逆变器单相晶闸管桥式逆变器缺点：谐波分量大缺点：谐波分量大 逆变器输出逆变器输出电压的幅值电压的幅值是通过改变脉冲是通过改变脉冲总的导通时间与总的总的导通时间与总的关断时间的比率关断时间的比率来控制的，这有两种基本的方法：来控制的，这有两种基本的方法：第一种方法第一种方法是维持恒定的脉冲宽度而改变每一半周期内是维持恒定的脉冲宽度而改变每一半周期内的脉冲数；的脉冲数；第二种方法第二种方法是改变脉宽，而维持每一半周期内

36、的脉冲数是改变脉宽，而维持每一半周期内的脉冲数不变。不变。（2）脉冲宽度调制（）脉冲宽度调制（PWM）（一般电子开关器件用全控型的）（一般电子开关器件用全控型的）如果使如果使VS1与与VS4，VS2与与VS3通过高频调制控制通过高频调制控制，能在半个周期内重复导通和关断，能在半个周期内重复导通和关断N次，则其输出电压波形为一系列次，则其输出电压波形为一系列被调制的矩形脉冲（称被调制的矩形脉冲（称载波载波），如图所示（这时），如图所示（这时N=5）。）。第一种方法是维持恒定的脉冲宽度而改变每一半周期第一种方法是维持恒定的脉冲宽度而改变每一半周期内的脉冲数。内的脉冲数。第二种方法是改变脉宽，而维持

37、每一半周期内的第二种方法是改变脉宽，而维持每一半周期内的脉冲数不变。脉冲数不变。脉冲宽度调制（脉冲宽度调制（PWMPWM）VS1VS1、VS4VS4与与VS2VS2、VS3VS3通过高频调制控通过高频调制控制制可以实现频率和电压协调控制；可以实现频率和电压协调控制；谐波分量没有得到抑制谐波分量没有得到抑制改进措施：使半个周期内多个脉宽以接近正改进措施：使半个周期内多个脉宽以接近正弦规律变化弦规律变化大大减小高次谐波成分大大减小高次谐波成分第第8章章 电力电子学基础电力电子学基础 8.1 半导体器件 8.2 单相可控整流电路 8.3 逆变器 8.4 斩波电路与斩波电路与PWM控制电路（自修）控制

38、电路（自修）8.5 电力半导体器件的驱动电路电力半导体器件的驱动电路8.5 晶闸管的触发电路晶闸管的触发电路 向晶闸管供给触发脉冲的电路向晶闸管供给触发脉冲的电路，叫，叫触发电路触发电路。8.5.1 晶闸管对触发电路的要求晶闸管对触发电路的要求 实质：晶闸管的可靠触发实质：晶闸管的可靠触发 （1）触发电路应能供给足够大的）触发电路应能供给足够大的触发电压和触发电流触发电压和触发电流，一般要求触发电压应该在，一般要求触发电压应该在4V以上，以上，10V以下；以下；（2）触发脉冲的宽度触发脉冲的宽度必须在必须在10微秒微秒以上，如果负载是大电感，电流以上，如果负载是大电感，电流 上升比较慢，那么，

39、触上升比较慢，那么，触发脉冲的宽度还应该增大。发脉冲的宽度还应该增大。（3）不触发时，触发电路的输出电压应该）不触发时，触发电路的输出电压应该小于小于0.15V0.20V，为了提高抗干扰能力，避，为了提高抗干扰能力，避免误触发，必要时可在控制极上加上一个免误触发，必要时可在控制极上加上一个1V2V的负偏压；的负偏压；（5）在晶闸管整流等移相控制的触发电路中，触发脉冲应该和主电路）在晶闸管整流等移相控制的触发电路中，触发脉冲应该和主电路同步同步，脉冲发出，脉冲发出的时间应该能够平稳地前后移动（移相），的时间应该能够平稳地前后移动（移相），移相的范围移相的范围要足够宽。要足够宽。（4）触发脉冲的）

40、触发脉冲的前沿要陡前沿要陡，保证晶闸管的触发时间前后一致。，保证晶闸管的触发时间前后一致。良好的触发波形不好的触发波形 8.5.2 单结晶体管触发电路单结晶体管触发电路 一、单结晶体管一、单结晶体管 单结晶体管单结晶体管是一种特殊的半导体器件，它有是一种特殊的半导体器件，它有三个电极三个电极，一个发射极和两个基极，故又叫，一个发射极和两个基极，故又叫双基极二双基极二极管极管。1.工作特性工作特性2.工作特点工作特点 发射极电压大于发射极电压大于UP时，单结晶体管时，单结晶体管导通导通；导通后，发射极电压必须小于谷点电压导通后，发射极电压必须小于谷点电压 UV时，单结晶体管才时，单结晶体管才截止

41、截止。UP峰值电压峰值电压UV谷点电压谷点电压负负 阻阻 区区二、单结晶体管的自振荡电路二、单结晶体管的自振荡电路 利用单结晶体管的负阻特性和利用单结晶体管的负阻特性和RC充放电特性，可组成充放电特性，可组成自振荡电路。自振荡电路。E、R的大小对触发脉冲的影响：的大小对触发脉冲的影响：相位相位R、C的大小对触发脉冲的影响：的大小对触发脉冲的影响：宽度（频率）宽度（频率）一般一般R较大、较大、R1较小，所以放电过程快于充电过程较小，所以放电过程快于充电过程三、单结晶体管触发电路三、单结晶体管触发电路（P245图图8.61）稳压管稳压管四、晶体管四、晶体管集成触发电路集成触发电路（P246图图8.62）集成电路集成电路 目前的应用主流目前的应用主流五、数字型触发电路五、数字型触发电路作 业 P252 8.1 8.3 8.11 8.16 其余为练习题