調(diào)光燈電路安裝與調(diào)試課件(PPT 73頁)

1、電力電子技術(shù)古越龍山電氣自動化技術(shù)第1頁，共73頁。 電力電子技術(shù)是電氣自動化技術(shù)專業(yè)的一門專業(yè)核心課程，橫跨“電子”、“電力”和“控制”三個領(lǐng)域，運用弱電（電子技術(shù)）控制強電（電力技術(shù)），是強弱電相結(jié)合的新學(xué)科。 課程介紹1957年第一只晶閘管誕生；快速晶閘管、逆導(dǎo)晶閘管、雙向晶閘管、不對稱晶閘管；8000V、6000A；新型半導(dǎo)體器件：GTR、GTO、MOSFET、IGBT、MCT；第2頁，共73頁。電力電子技術(shù)的應(yīng)用一、可控整流 將交流電變?yōu)橹绷麟?電力電子技術(shù)廣泛地用于工業(yè)自動控制、牽引運輸、電能變換、家用電器、變頻系統(tǒng)等領(lǐng)域。（1）公交電車：市電輸送時用交流成本比較低，故用于電車時要

2、把高壓交流變成合適電壓值的直流，交變直就是一個“整流”過程。（2）直流電機的調(diào)速、同步電機的勵磁、電焊等第3頁，共73頁。二、交流調(diào)壓 將固定的交流電變?yōu)榭烧{(diào)的交流電電力電子技術(shù)的應(yīng)用應(yīng)用：如燈光亮度調(diào)整、電機調(diào)速、電壓轉(zhuǎn)換、電磁控制等。第4頁，共73頁。三、有源逆變 將直流電變?yōu)榻涣麟娀厮碗娋W(wǎng)電力電子技術(shù)的應(yīng)用應(yīng)用：直流電機的可逆調(diào)速、繞線型異步電動機的串級調(diào)速、高壓直流輸電和太陽能發(fā)電等。第5頁，共73頁。四、無源逆變變頻 將頻率固定的交流電變?yōu)轭l率可調(diào)的交流電電力電子技術(shù)的應(yīng)用應(yīng)用：交流電機變頻調(diào)速、感應(yīng)加熱、不間斷電源等。第6頁，共73頁。五、直流斬波 將固定的直流電變?yōu)榭烧{(diào)的直流電電

3、力電子技術(shù)的應(yīng)用在直流傳動系統(tǒng)、充電蓄電電路、開關(guān)電源、電力電子變換裝置及各種用電設(shè)備中得到普通的應(yīng)用.第7頁，共73頁。項目1 調(diào)光燈電路的安裝與調(diào)試晶閘管同步變壓器調(diào)光電位器觸發(fā)電路主電路單結(jié)晶體管 第8頁，共73頁。任務(wù)一 認識晶閘管晶閘管按外形封裝形式可分為小電流塑封式（小容量，一般額定電流10A以下）、小電流螺旋式、大電流螺旋式（螺旋式額定電流一般介于10A至200A之間）和大電流平板式（額定電流在200A以上） 第9頁，共73頁。任務(wù)一 認識晶閘管第10頁，共73頁。任務(wù)一 認識晶閘管第11頁，共73頁。任務(wù)一 認識晶閘管第12頁，共73頁。任務(wù)一 認識晶閘管圖1-10晶閘管導(dǎo)通關(guān)

4、斷條件測試電路導(dǎo)通條件：陽極加正向電壓、門極加正向電壓；關(guān)斷條件：陽極電流小于維持電流結(jié)論第13頁，共73頁。1.12如圖題1.12所示，試畫出負載Rd上的電壓波形(不考慮管子的導(dǎo)通壓降)。AKG：控制角控制電路觸發(fā)電路主電路第14頁，共73頁。晶閘管的伏安特性任務(wù)一 認識晶閘管晶閘管上施加反向電壓時，伏安特性類似二極管的反向特性。晶閘管處于反向阻斷狀態(tài)時，只有極小的反相漏電流流過。當反向電壓超過一定限度，到反向擊穿電壓后，外電路如無限制措施，則反向漏電流急劇增加，導(dǎo)致晶閘管發(fā)熱損壞。第15頁，共73頁。晶閘管主要參數(shù)（1）陽極參數(shù)晶閘管的額定電壓UTe 晶閘管的額定電流IT(AV) 維持電流

5、IH擎住電流（2）門極參數(shù)（3）動態(tài)參數(shù)任務(wù)一 認識晶閘管 整流設(shè)備的輸出端所接負載常用平均電流來表示，晶閘管額定電流采用的是平均電流，而不是有效值 。1）定義：在環(huán)境溫度為40和規(guī)定的冷卻條件下, 晶閘管在電阻性負載導(dǎo)通角不小于170的單相工頻正弦半波電路中, 當結(jié)溫穩(wěn)定且不超過額定結(jié)溫時所允許的最大通態(tài)平均電流。1.一般取額定電壓為正常工作時晶閘管所承受峰值電壓23倍。2.將UDRM和URRM中的較小值按百位取整后作為該晶閘管的額定值。例如：一晶閘管實測UDRM812V，URRM756V，將兩者較小的756V，再查表取700V。第16頁，共73頁。 這說明額定電流IT(AV)=100A的晶

6、閘管，其額定有效值為IT = Kf IT(AV) = 157A。2） IT(AV)計算方法：（1.3.3）（1.3.4）（1.3.5）（1.3.6）額定電流有效值為： 現(xiàn)定義某電流波形的有效值與平均值之比為這個電流波形的波形系數(shù)，用Kf表示：根據(jù)上式可求出正弦半波電流的波形系數(shù)：額定電流(平均電流)為：任務(wù)一 認識晶閘管第17頁，共73頁。晶閘管在實際選擇時，其額定電流的確定一般按以下原則：管子在額定電流時的電流有效值大于其所在電路中可能流過的最大電流的有效值，同時取1.52倍的余量，即：晶閘管的選取:所以： 例1-1 一晶閘管接在220V交流電路中，通過晶閘管電流的有效值為50A，問如何選擇

7、晶閘管的額定電壓和額定電流？提示：一般取額定電壓為正常工作時晶閘管所承受峰值電壓23倍。第18頁，共73頁。任務(wù)一 認識晶閘管1.9 圖題1.9中實線部分表示流過晶閘管的電流波形，其最大值均為Im，試計算各圖的電流平均值電流有效值和波形系數(shù)。1.10上題中，如不考慮安全裕量，問額定電流100A的晶閘管允許流過的平均電流分別是多少?第19頁，共73頁。1.14單相正弦交流電源，晶閘管和負載電阻串聯(lián)如圖題1.14所示，交流電源電壓有效值為220V。 (1)考慮安全余量，應(yīng)如何選取晶閘管的額定電壓？ (2)若當電流的波形系數(shù)為Kf=2.22時，通過晶閘管的有效電流為100A，考慮晶閘管的安全余量，應(yīng)

8、如何選擇晶閘管的額定電流？有效值第20頁，共73頁。普通晶閘管型號的含義任務(wù)一 認識晶閘管（1）國產(chǎn)晶閘管的命名國產(chǎn)可控硅（晶閘管）的型號有部頒新標準（JB1144-75）KP系列和部頒舊標準（JB1144-71）3CT系列。 KP系列的型號及含義如下：某晶閘管型號規(guī)格為KP200-8D，試問型號規(guī)格代表什么意義?第21頁，共73頁。1.8型號為KP100-3，維持電流IH=4mA的晶閘管，使用在圖題1.8所示電路中是否合理，為什么?(暫不考慮電壓電流裕量)第22頁，共73頁。項目1 調(diào)光燈電路的安裝與調(diào)試晶閘管同步變壓器調(diào)光電位器觸發(fā)電路主電路單結(jié)晶體管 第23頁，共73頁。任務(wù)二 認識單結(jié)

9、晶體管單結(jié)晶體管實物圖第24頁，共73頁。單結(jié)晶體管結(jié)構(gòu)任務(wù)二 認識單結(jié)晶體管（a）結(jié)構(gòu) （b）等效電路 （c）圖形符號 （d）外形管腳排列圖1-13 單結(jié)晶體管觸發(fā)電路常用的國產(chǎn)單結(jié)晶體管的型號主要有BT31、BT33、BT35。 第25頁，共73頁。（a）單結(jié)晶體管測試電路 b）單結(jié)晶體管伏安特性 （c）特性曲線族圖1-14 單結(jié)晶體管伏安特性任務(wù)二 認識單結(jié)晶體管單結(jié)晶體管特性式中分壓比，是單結(jié)晶體管的主要參數(shù)，一般為0.30.9。第26頁，共73頁。任務(wù)三 單結(jié)晶體管觸發(fā)電路（a）電路圖 （b）波形圖圖1-15 單結(jié)晶體管張馳振蕩電路電路圖和波形圖單結(jié)晶體管張馳振蕩電路 第27頁，共7

10、3頁。任務(wù)三 單結(jié)晶體管觸發(fā)電路第28頁，共73頁。任務(wù)一 認識晶閘管晶閘管的測試（1）A： 選用萬用表R100檔或R1k檔，分別測量各電極間的正反向電阻。如果其中有一管腳對另外兩個管腳的電阻都很大，在幾百千歐以上，則該管腳為陽極A；（2）G/K： 用萬用表R1檔，黑表筆接陽極（A），紅表筆接陰極（），黑表筆在保持和陽極（A）接觸的情況下，再與控制極（G）接觸，即給控制極加上觸發(fā)電壓。此時，晶間管導(dǎo)通，阻值減小，表針偏轉(zhuǎn)。然后，黑表筆保持和陽極（A）接觸，并斷開與控制極（G）的接觸。若斷開控制極（G）后，晶閘管仍維持導(dǎo)通狀態(tài)，即表針偏轉(zhuǎn)狀況不發(fā)生變化，則晶閘管基本正常。則黑筆對應(yīng)的為G。 第2

11、9頁，共73頁。第2章 相控整流電路 2.2 單相相控整流電路2.3 三相相控整流電路2.5 整流電路的有源逆變2.4 相控整流電路的換相壓降2.1 整流電路的性能指標2.6 相控電路的驅(qū)動控制 第30頁，共73頁。整流電路；交流轉(zhuǎn)換為直流 按照輸入交流電源的相數(shù):單相、三相和多相整流電路； 按電路中組成的電力電子器件控制特性:不可控、半控整流電路； 根據(jù)整流電路的結(jié)構(gòu)形式:半波、全波和橋式整流電路等類型。 相控整流電路:電壓可調(diào)； 二極管整流電路:電壓固定； 相控整流電路的類型 ：第2章 相控整流電路 第31頁，共73頁。 （1）輸出的直流電壓大小可以控制； （2）輸出直流側(cè)電壓和交流側(cè)電流

12、中的紋波都必須限制在允許范圍內(nèi)； （3）整流器的效率要高。 利用電力電子器件的可控開關(guān)特性把交流電能變?yōu)橹绷麟娔艿恼麟娐窐?gòu)成的系統(tǒng)稱為整流器。整流器電路性能和控制方式必須滿足的要求：定義：2.1 整流器的性能指標第32頁，共73頁。定義晶閘管從承受正向電壓起到觸發(fā)導(dǎo)通之間的電角度稱為控制角(或移相角)，晶閘管在一個周期內(nèi)導(dǎo)通的電角度稱為導(dǎo)通角，用表示。 圖2.2.1 單相半波可控整流 1、電路圖（2.2.2）2.2.1 單相半波相控整流電路-電阻性負載第33頁，共73頁。2、 電阻性負載時參數(shù)計算：根據(jù)波形圖2.2.1 (b)，可求出整流輸出電壓平均值為： 移相范圍：整流輸出電壓Ud的平均值

13、從最大值變化到零時，控制角的變化范圍為移相范圍。當=0時，Ud=0，當=時，Ud=0.45U2為最大值。 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，簡稱相控方式。單相半波相控整流電路帶電阻性負載時移相范圍為。2.2.1 單相半波相控整流電路-電阻性負載第34頁，共73頁。根據(jù)有效值的定義，整流輸出電壓的有效值為 （2.2.4）那么，整流輸出電流的平均值Id和有效值I分別為電流的波形系數(shù)Kf為 （2.2.7）（2.2.5）（2.2.6）上式(2.2.7)表明，控制角越大，波形系數(shù)Kf越大。 2.2.1 單相半波相控整流電路-電阻性負載第35頁，共73頁。 （2.2.

14、8）如果忽略晶閘管T的損耗，則變壓器二次側(cè)輸出的有功功率為 電源輸入的視在功率為（2.2.10）（2.2.9） 從上式可知，功率因數(shù)是控制角的函數(shù)，且越大，相控整流輸出電壓越低，功率因數(shù)PF越小。 當=0時，PF=0.707為最大值。這是因為電路的輸出電流中不僅存在諧波，而且基波電流與基波電壓(即電源輸入正弦電壓)也不同相，即是使電阻性負載，PF也不會等于1。電路的功率因數(shù)2.2.1 單相半波相控整流電路-電阻性負載第36頁，共73頁。2.2 單相半波可控整流電路中，如果：（1）晶閘管門極不加觸發(fā)脈沖；（2）晶閘管內(nèi)部短路；（3）晶閘管內(nèi)部斷開；試分析上述三種情況負載兩端電壓ud的波形。 第3

15、7頁，共73頁。2.6：某電阻性負載要求024V直流電壓，最大負載電流Id=30A，如采用由220V交流直接供電和由變壓器降壓到60V供電的單相半波相控整流電路，是否兩種方案都能滿足要求?試比較兩種供電方案的晶閘管的導(dǎo)通角、額定電壓、額定電流。2.2.1 單相半波相控整流電路-電阻性負載第38頁，共73頁。2.7：某電阻性負載，Rd=50,要求Ud在0600V可調(diào)，試用單相半波整流電路來供給，分別計算： （1）晶閘管額定電壓、電流值；（2）連接負載的導(dǎo)線截面積(導(dǎo)線允許電流密度j=6A/mm2)；（3）負載電阻上消耗的最大功率。 2.2.1 單相半波相控整流電路-電阻性負載第39頁，共73頁。

16、圖2.2.3 感性負載單相半波可控整流電路及其波形1、工作原理2.2.1 單相半波相控整流電路-RL負載第40頁，共73頁。感性負載上的輸出電壓平均值Ud故 （2.2.11）（2.2.12）（2.2.13） 式(2.2.13)表明, 感性負載上的電壓平均值等于負載電阻上的電壓平均值。2.2.1 單相半波相控整流電路-RL負載第41頁，共73頁。由于負載中存在電感，使負載電壓波形出現(xiàn)負值部分，晶閘管的流通角變大，且負載中L越大，越大，輸出電壓波形圖上負壓的面積越大，從而使輸出電壓平均值減小。在大電感負載LR的情況下，負載電壓波形圖中正負面積相近，即不論為何值， ，都有 。 2. 大電感性負載（L

17、R ）圖2.2.4 LR 時不同時的電壓波形2.2.1 單相半波相控整流電路-RL負載第42頁，共73頁。 3. 大電感負載+續(xù)流二極管圖2.2.5 大電感負載接續(xù)流管的單相 半波整流電路及電流電壓波形 電源電壓正半周，負載電流由晶閘管導(dǎo)通提供；電源電壓負半周時，續(xù)流二極管D維持負載電流； 因此負載電流是一個連續(xù)且平穩(wěn)的直流電流。大電感負載時，負載電流波形是一條平行于橫軸的直線，其值為Id； 2.2.1 單相半波相控整流電路-RL負載第43頁，共73頁。晶閘管與續(xù)流管承受的最大電壓均為大電感+續(xù)流二極管的參數(shù)計算 若設(shè)T和D分別為晶閘管和續(xù)流二極管在一個周期內(nèi)的導(dǎo)通角，則容易得出晶閘管的電壓平

18、均值為流過續(xù)流二極管的電流平均值為流過晶閘管和續(xù)流管的電流有效值分別為 （2.2.17）（2.2.14）（2.2.15）（2.2.16）2.2.1 單相半波相控整流電路-RL負載第44頁，共73頁。例題：圖為中小型發(fā)電機采用單相半波晶閘管自激恒壓激磁的原理圖。發(fā)電機相電壓為220V，要求激磁電壓為45V。激磁線圈的電阻為4，電感為0.2H，試決定晶閘管的導(dǎo)通角、流過晶閘管與續(xù)流二極管的平均值與有效值。第45頁，共73頁。習(xí)題：有一轉(zhuǎn)差離合器的勵磁繞組，其直流電阻為45，希望在090V范圍內(nèi)可調(diào)，采用單相半波可控整流電路，由電網(wǎng)直接供電，電源電壓為220V，試選擇晶閘管和二極管。第46頁，共73

19、頁。優(yōu)點：線路簡單，調(diào)整方便；缺點：（1）輸出電壓脈動大，負載電流脈動大（電阻性負載時）。（2）整流變壓器次級繞組中存在直流電流分量， 使鐵芯磁化，變壓器容量不能充分利用。若不用變壓器，則交流回路有直流電流，使電網(wǎng)波形畸變引起額外損耗。應(yīng)用：單相半波可控整流電路只適于小容量、波形要求不高的場合。2.2.1 單相半波相控整流電路總結(jié)第47頁，共73頁。2.2.1 單相半波相控整流電路 1. 電阻性負載總結(jié)第48頁，共73頁。 2. 電感性負載（等效為電感L和電阻R串聯(lián)）圖2.2.3 感性負載單相半波可控整流電路及其波形2.2.1 單相半波相控整流電路總結(jié)第49頁，共73頁。 2. 電感性負載（大

20、電感、并聯(lián)續(xù)流二極管）2.2.1 單相半波相控整流電路總結(jié)第50頁，共73頁。2.2.2 單相橋式相控整流電路 1、阻性負載 即Ud為最小值時，=180，Ud為最大值時=0，所以單相全控橋式整流電路帶電阻性負載時，的移相范圍是0180。新課第51頁，共73頁。1、阻性負載參數(shù)計算：3）輸出電流的平均值和有效值分別為2）整流輸出電壓的有效值為1）整流輸出電壓的平均值 （2.2.18）（2.2.19）（2.2.20）（2.2.21）2.2.2 單相橋式相控整流電路 第52頁，共73頁。1、阻性負載參數(shù)計算：4）流過每個晶閘管的平均電流為輸出電流平均值的一半，即5）流過每個晶閘管的電流有效值為（2.

21、2.23）（2.2.22）6）晶閘管承受的最大反向電壓為 U2。 7）在一個周期內(nèi)每個晶閘管只導(dǎo)通一次，流過晶閘管的電流波形系數(shù)為 （2.2.24）2.2.2 單相橋式相控整流電路 第53頁，共73頁。1、阻性負載參數(shù)計算： 9） 在一個周期內(nèi)電源通過變壓器兩次向負載提供能量，因此負載電流有效值d與變壓器次級電流有效值I2相同。那么電路的功率因數(shù)可以按下式計算8）負載電流的波形系數(shù)為（2.2.26）（2.2.25）2.2.2 單相橋式相控整流電路 第54頁，共73頁。、 的移相范圍相等，均為0180；、輸出電壓平均值Ud是半波整流電路的倍；、在相同的負載功率下，流過晶閘管的平均電流減小一半；、

22、功率因數(shù)提高了 倍。 通過上述數(shù)量關(guān)系的分析，電阻負載時，對單相全控橋式整流電路與半波整流電路可作如下比較：2.2.2 單相橋式相控整流電路(續(xù)) 第55頁，共73頁。例2.2.2 阻性負載的單相全控橋式整流電路，已知負載電阻為4，要求輸出電流在025A之間變化，求：（1）整流變壓器的變比；（2）連接導(dǎo)線的截面積（取允許電流密度j=6A/mm2)（3）選擇晶閘管的型號（考慮2倍余量）（4）在不考慮損耗的情況下，選擇整流變壓器的容量（5）計算負載電阻的功率（6）計算電路的最大功率因數(shù)。第56頁，共73頁。2.7某電阻性負載，Rd=50,要求Ud在0600V可調(diào)，試用單相全控橋整流電路來供給，分別

23、計算：晶閘管額定電壓、電流值；連接負載的導(dǎo)線截面積(導(dǎo)線允許電流密度j=6Amm2)；負載電阻上消耗的最大功率。第57頁，共73頁。2大電感負載 圖2.2.8 單相全控橋式整流電路帶電感性負載電路與波形圖電路控制角的移相范圍為0/22.2.2 單相橋式相控整流電路(續(xù)) 第58頁，共73頁。2大電感負載參數(shù)計算：1）在電流連續(xù)的情況下整流輸出電壓的平均值為2）整流輸出電壓有效值為3）晶閘管承受的最大正反向電壓為 U2。(090)(2.2.27) (2.2.28) 4）在一個周期內(nèi)每組晶閘管各導(dǎo)通180，兩組輪流導(dǎo)通，變壓器次級中的電流是正負對稱的方波，電流的平均值Id和有效值I相等，其波形系數(shù)

24、為。2.2.2 單相橋式相控整流電路(續(xù)) 第59頁，共73頁。2大電感負載參數(shù)計算：5）在電流連續(xù)的情況下整流輸出電壓的平均值為(2.2.29) (2.2.30) 單相全控橋式整流電路具有輸出電流脈動小，功率因數(shù)高，變壓器次級中電流為兩個等大反向的半波，沒有直流磁化問題，變壓器的利用率高。 在大電感負載情況下，接近/2時，輸出電壓的平均值接近于零，負載上的電壓太小。且理想的大電感負載是不存在的，故實際電流波形不可能是一條直線，而且在之前，電流就出現(xiàn)斷續(xù)。電感量越小，電流開始斷續(xù)的值就越小。 6）結(jié)論：2.2.2 單相橋式相控整流電路(續(xù)) 第60頁，共73頁。習(xí)題： 單相橋式全控整流電路，U

25、2100V，負載中R=2，L值極大，當=45時，要求：作出ud、id、和i2的波形；求整流輸出平均電壓Ud、電流Id，變壓器二次電流有效值I2；考慮2倍安全裕量，確定晶閘管的額定電壓和額定電流。 第61頁，共73頁。圖為單相全波整流電路，由一只晶閘管與一只整流二極管組成，已知U2=220 V，=45。求：畫出=45時Ud的波形輸出直流電壓Ud畫出晶閘管兩端電壓UT與二極管兩端電壓Ud波形。第62頁，共73頁。2.8 整流變壓器二次側(cè)中間抽頭的雙半波相控整流電路如圖題2.8所示。（1）說明整流變壓器有無直流磁化問題?（2）分別畫出電阻性負載和大電感負載在=60時的輸出電壓Ud、電流id的波形，比較與單相全控橋式整流電路是否相同。若已知U2=220V，分別計算其輸出直流電壓值Ud。（3）畫出電阻性負載=60時晶閘管兩端的電壓uT波形，說明該電路晶閘管承受的最大