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1、變流技術(shù) 課題一變流技術(shù)第一節(jié) 認(rèn)識晶閘管第二節(jié) 其他變流新器件(*)第三節(jié) 單相可控整流電路第四節(jié) 單相觸發(fā)電路第五節(jié) 三相可控整流電路第六節(jié) 三相觸發(fā)電路第七節(jié) 逆變電路第一節(jié) 認(rèn)識晶閘管 一、能力目標(biāo) 1.認(rèn)識常用的晶閘管器件。 2.能解釋具體的晶閘管型號。 3.會選用和檢測晶閘管。 二、使用材料及工具 不同外形的晶閘管、200可調(diào)電阻、導(dǎo)線、開關(guān)、指示燈、1.5V和6V直流電源(干電池或穩(wěn)壓電源均可)、萬用表等。第一節(jié) 認(rèn)識晶閘管 三、項目要求 1.認(rèn)識晶閘管外形結(jié)構(gòu) 認(rèn)真觀察所給的晶閘管外型結(jié)構(gòu),并找出晶閘管的三個端子,即陽極A、陰極K、控制極G。各種不同外型的晶閘管外型如圖1-1所
2、示。(a) (b) (c) (d)第一節(jié) 認(rèn)識晶閘管 2.解釋晶閘管的型號 以Kp系列晶閘管為例,晶閘管的型號意義如圖1-2所示。圖1-2 晶閘管型號解釋(e) (f) (g)圖1-1 晶閘管的外型第一節(jié) 認(rèn)識晶閘管 3. 檢測晶閘管 (1)判別晶閘管電極 方法一: 根據(jù)晶閘管的封裝形式來判斷各電極。平板形普通晶閘管的引出線端為門極G,平面端為陽極A,另一端為陰極K;螺栓形普通晶閘管的螺栓一端為陽極A,較細(xì)的引出線端為門極G,較粗的引出線端為陰極K。如圖1-1(e)、(f)、(g)所示。第一節(jié) 認(rèn)識晶體管 方法二: 用萬用表R1k擋測量晶閘管任意兩管腳間的電阻,如果其中有一管腳對另外兩管腳的電
3、阻均很大,在幾百千歐以上,則該管腳為陽極A;再用萬用表R10擋測另外兩管腳間的電阻,應(yīng)為幾十歐到幾百歐,得到正反不同的電阻值,電阻小時黑表筆所接的管腳為控制極G(又叫門極),紅表筆所接的管腳為陰極K。 首先設(shè)晶閘管的三管腳為1、2、3,用萬用表的R1k擋測晶閘管任意兩管腳間的電阻,記入表1-1。第一節(jié) 認(rèn)識晶體管 當(dāng)測得某一管腳對另外兩管腳的正、反向電阻值均在幾百千歐以上,則該管腳為 極。 再用萬用表R10擋測剩下的兩管腳間的正、反向電阻,電阻小的一次,黑表筆接的管腳為 極,紅表筆接的管腳為 極。R12(k)R21(k)R23(k)R32(k)R13(k)R31(k)表1-1 晶閘管任意兩管腳
4、間的電阻值第一節(jié) 認(rèn)識晶體管 (2) 判斷晶閘管的好壞 請判斷所給晶閘管的好與壞,具體判斷方法如下: 將萬用表置于R1k擋,測量陽極A與陰極K之間的正反向電阻,正常時其電阻值都應(yīng)在幾百千歐以上,如果測得的電阻值很小或為零,則陽極A與陰極K之間短路;用萬用表R10擋測門極G與陰極K之間正反向電阻,正常時應(yīng)為數(shù)十歐到數(shù)百歐,反向電阻較正向電阻略大,如測得的正反向電阻值都很大,則門極G與陰極K之間斷路,如測得的阻值都很小或為零,則門極G與陰極K之間短路。第一節(jié) 認(rèn)識晶體管 用萬用表R1k擋測A-K間的正、反向電阻,R10擋測G-K間的正、反向電阻,記入表1-2。RAK(k)RKA(k)RGK()RK
5、G()表1-2 晶閘管A-K、G-K間的正、反向電阻值 當(dāng)A-K間的正、反向電阻值均在 以上時,則A-K間是正常的;如果測得電阻值均很小或為零,則A-K間 。 當(dāng)K-G間的正、反向電阻值為 時,則K-G間是正常的;如果測得K-G間的正、反向電阻值均很小或為零,則K-G間 ;如果測得K-G間的正、反向電阻值均很大,則K-G間 。第一節(jié) 認(rèn)識晶體管 注:在測量門極G與陰極K之間的電阻值時,不允許使用R10k擋,以免表內(nèi)高壓電池?fù)舸╅T極G的PN結(jié),損壞晶閘管。 (3) 觸發(fā)能力的檢測 方法一: 對于小功率(工作電流為5A以下)的普通晶閘管,可用萬用表R1k擋測量。測量時黑表筆接陽極A,紅表筆接陰極K
6、,此時表針不動,顯示阻值為無窮大()。用鑷子或?qū)Ь€將晶閘管的陽極A與門極短路,如圖1-3(a)所示,相當(dāng)于給G極加上正向觸發(fā)電壓,此時若電阻值為幾歐姆至幾十歐姆(具體阻值根據(jù)晶閘管的型號不同會有所差異),則表明晶閘管因正向觸發(fā)而導(dǎo)通。再斷開A極與G極的連接(A極、K極上的表筆不動,只將G極的觸發(fā)電壓斷掉),若表針指示值仍保持在幾歐姆至幾十歐姆的位置不動,則說明此晶閘管的觸發(fā)性能良好。第一節(jié) 認(rèn)識晶體管 對于工作電流在5A以上的中、大功率普通晶閘管,檢測時可在黑表筆端串接一只200可調(diào)電阻和一組干電池,重復(fù)上述步驟即可檢測出中、大功率普通晶閘管的觸發(fā)能力,如圖1-3(b)所示。(a) (b) 圖
7、1-3普通晶閘管觸發(fā)能力的測試第一節(jié) 認(rèn)識晶體管 方法二: 如圖1-4所示測試電路測試普通晶閘管的觸發(fā)能力。當(dāng)開關(guān)S斷開時,晶閘管VT處于阻斷狀態(tài),指示燈HL不亮(若此時HL亮,則是VT擊穿或漏電損壞)。合上開關(guān)S后(使電路接通一下,為晶閘管VT的門極G提供觸發(fā)電壓),若指示燈HL一直亮著,則表明晶閘管的觸發(fā)能力良好;若指示燈亮度偏低,則表明晶閘管的性能不良、導(dǎo)通壓降大(正常時導(dǎo)通壓降為1V左右)。若開關(guān)S接通時,指示燈亮,而開關(guān)S斷開時,指示燈熄滅,則說明晶閘管已損壞,觸發(fā)性能不良。第一節(jié) 認(rèn)識晶體管圖1-4 普通晶閘管的測試電路第一節(jié) 認(rèn)識晶體管 按圖1-4所示進(jìn)行電路接線,斷開、合上開關(guān)
8、S ,觀察指示燈狀態(tài),根據(jù)指示燈狀態(tài)判斷晶閘管觸發(fā)能力,記入表1-3。開關(guān)(S)狀態(tài)指示燈狀態(tài)觸發(fā)導(dǎo)通狀態(tài) 斷開 閉合先閉合,后斷開表1-3 開關(guān)、指示燈狀態(tài)與觸發(fā)導(dǎo)通狀態(tài) 四、工藝要求 1.元器件和儀器的擺放規(guī)范。 2.正確使用萬用表,按要求選擇擋位。 3.電路接線要規(guī)范、美觀、布線合理。 五、學(xué)習(xí)形式 由學(xué)生先預(yù)習(xí)項目要求,然后一人或兩人一組按項目要求依次做,教師全場巡視,個別輔導(dǎo),最后由教師集中講解。 六、檢測標(biāo)準(zhǔn) 1.通過晶閘管的封裝外型能判斷出其陽極A,陰極K和控制極G。 2.能用萬用表判斷出普通晶閘管的陽極A,陰極K和控制極G。 3.能判斷出晶閘管的好壞及觸發(fā)能力。 第一節(jié) 認(rèn)識晶
9、體管第一節(jié) 認(rèn)識晶體管 七、原理說明 1.普通晶閘管 晶閘管是硅晶體閘流管的簡稱,俗稱可控硅,它是一種大功率開關(guān)型半導(dǎo)體器件,在電路中用文字符號V或VT表示(舊標(biāo)準(zhǔn)用“SCR”表示)。包括普通晶閘管、雙向晶閘管,門極關(guān)斷晶閘管,逆導(dǎo)晶閘管、光控晶閘管、溫控晶閘管、快速晶閘管等幾種類型。它具有體積小、重量輕、效率高、壽命長、控制方便等優(yōu)點,被廣泛用于可控整流、調(diào)壓、逆變以及無觸點開關(guān)等各種自動控制,異步電動機(jī)的變頻調(diào)速和大功率的電能轉(zhuǎn)換等場合。第一節(jié) 認(rèn)識晶體管 (1) 普通晶閘管的基本結(jié)構(gòu) 普通晶閘管是由PNPN四層半導(dǎo)體材料組成的三端半導(dǎo)體器件,有三個PN結(jié),對外有三個電極,第一層P型半導(dǎo)體
10、引出的電極叫陽極A,第三層P型半導(dǎo)體引出的電極叫控制極G,第四層N型半導(dǎo)體引出的電極叫陰極K,如圖1-5(a)所示,晶閘管的圖形符號如圖1-5(b)所示J1J2J3(a)結(jié)構(gòu) (b) 圖形符號圖1-5 普通晶閘管的結(jié)構(gòu)與圖形符號第一節(jié) 認(rèn)識晶體管 (2) 普通晶閘管的工作原理 普通晶閘管的陽極A與陰極K之間具有單向?qū)щ姷男阅?。?dāng)晶閘管反向連接(即A極接電源負(fù)端,K極接電源正端)時,無論門極G所加電壓是什么極性,晶閘管均處于阻斷狀態(tài)。當(dāng)晶閘管正向連接(即A極接電源正端,K極接電源負(fù)端)時,若門極G所加觸發(fā)電壓為負(fù)時,則晶閘管也不導(dǎo)通,只有其門極G加上適當(dāng)?shù)恼蛴|發(fā)電壓時,晶閘管才能由阻斷狀態(tài)變?yōu)?/p>
11、導(dǎo)通狀態(tài)。此時,晶閘管陽極A極與陰極K極之間呈低阻導(dǎo)通狀態(tài),陽極A和陰極K極之間壓降約為1V。 第一節(jié) 認(rèn)識晶體管 普通晶閘管受觸發(fā)導(dǎo)通后,其門極G即使失去觸發(fā)電壓,只要陽極A和陰極K之間仍保持正向電壓,晶閘管將維持低阻導(dǎo)通狀態(tài),即晶閘管導(dǎo)通后門極G失去控制作用。 只有去掉陽極正向電壓,或者給陽極加反向電壓,或者降低正向陽極電壓,這樣就使通過晶閘管的陽極電流降低到維持電流以下,普通晶閘管才由低阻導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)換為高阻阻斷狀態(tài),即晶閘管關(guān)斷狀態(tài)。普通晶閘管一旦阻斷,即使其陽極A與陰極K之間又重新加上正向電壓,仍需在門極G和陰極K之間重新加上正向觸發(fā)電壓后方可導(dǎo)通。第一節(jié) 認(rèn)識晶體管 由以上分析得出如
12、下結(jié)論: 晶閘管承受反向陽極電壓時,不管門極承受何種電壓,晶閘管都處于關(guān)斷狀態(tài)。 晶閘管承受正向陽極電壓時,僅在門極承受正向電壓的情況下晶閘管才導(dǎo)通。 晶閘管在導(dǎo)通情況下,只要有一定的正向陽極電壓,不論門極電壓如何,晶閘管保持導(dǎo)通,即晶閘管導(dǎo)通后,門極失去控制作用。 晶閘管在導(dǎo)通情況下,當(dāng)主回路電壓(或電流)減小到接近于零時,晶閘管關(guān)斷。 普通晶閘管的導(dǎo)通與阻斷狀態(tài)相當(dāng)于開關(guān)的閉合和斷開狀態(tài),可用它作為可控整流器的器件。第一節(jié) 認(rèn)識晶體管 (3) 晶閘管的主要參數(shù) 斷態(tài)重復(fù)峰值電壓UDRM 指在門極開路而器件的結(jié)溫為額定值時,允許重復(fù)加在器件上的正向峰值電壓。若加在管子上的電壓大于UDRM,管
13、子可能會失控而自行導(dǎo)通。 反向重復(fù)峰值電壓 URRM 指門極開路而結(jié)溫為額定值時,允許重復(fù)加在器件上的反向峰值電壓。當(dāng)加在管子上反向電壓大于URRM時,管子可能會被擊穿而損壞。 通常把UDRM和URRM中較小的那個數(shù)值標(biāo)作晶閘管型號上的額定電壓。第一節(jié) 認(rèn)識晶體管 額定正向平均電流 IT 其定義和二極管的額定整流電流意義相同,是指在規(guī)定環(huán)境溫度和標(biāo)準(zhǔn)散熱條件下晶閘管正常工作時A極和K極間所允許通過電流的平均值。要注意的是若晶閘管的導(dǎo)通時間遠(yuǎn)小于正弦波的半個周期,即使IT值沒超過額定值,但峰值電流將非常大,可能超過管子所能提供的極限。 正向平均管壓降UF 正向平均管壓降UF也稱通態(tài)平均電壓UT
14、,指在規(guī)定的工作溫度條件下,使晶閘管導(dǎo)通的正弦波半個周期內(nèi)UAK的平均值,一般為0.41.2V。第一節(jié) 認(rèn)識晶體管 維持電流IH 指在常溫門極開路時,晶閘管從較大的通態(tài)電流降到剛好能維持通態(tài)所需要的最小通態(tài)電流。一般IH值從幾十到幾百毫安,視晶閘管電流容量大小而定。 門極觸發(fā)電流IGT 指在規(guī)定環(huán)境溫度和晶閘管A極、K極之間為一定值電壓的條件下,使晶閘管從阻斷狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)通常狀態(tài)所需要的最小門極直流電流。常溫下,使晶閘管能完全導(dǎo)通所需的門極電流,一般為毫安級。 門極觸發(fā)電壓UGT 指在規(guī)定環(huán)境溫度和晶閘管A極、K極之間為一定值正向電壓的條件下,使晶閘管從阻斷狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)通常狀態(tài)所需要的最小門極
15、直流電壓。產(chǎn)生門極觸發(fā)電流所必須的最小門極電壓,一般為1.5V左右。 第一節(jié) 認(rèn)識晶體管 (4) 晶閘管的選擇 晶閘管額定電壓的選擇 晶閘管實際工作時承受的正常峰值電壓應(yīng)低于正、反向重復(fù)峰值電壓UDRM和URRM,并留有2倍的額定電壓值的余量,還應(yīng)有可靠的過電壓保護(hù)措施。 晶閘管額定電流的選擇 晶閘管實際工作通過的最大平均電流應(yīng)低于額定通態(tài)平均電流IT,并應(yīng)根據(jù)電流波形的變化進(jìn)行相應(yīng)換算,還應(yīng)有1.52倍的余量及過電流保護(hù)措施。 關(guān)于門極觸發(fā)電壓和電流的選擇 晶閘管實際觸發(fā)電壓和電流應(yīng)大于晶閘管參數(shù)UGT和IGT,以保證晶閘管可靠地被觸發(fā),但也不能超過允許的極限值。第二節(jié) 其他變流新器件(*)
16、 一、能力目標(biāo) 1.認(rèn)識其它變流新器件。 2.能解釋具體的變流新器件的型號。 3.會檢測門極可關(guān)斷晶閘管(GTO)。 二、使用材料及工具 新型的變流器件(如GTO,BJT,MOSFET,IGBT,IPM等)、一個雙刀雙擲開關(guān)、3V和6V直流電源(干電池或穩(wěn)壓直流電源均可)、導(dǎo)線、指示燈、47可調(diào)電阻、萬用表等。第二節(jié) 其他變流新器件(*) 三、項目要求 1.認(rèn)識各種新型的變流器件的外形結(jié)構(gòu) 認(rèn)真觀察所給的新型的變流器件(如GTO、BJT、MOSFET、IGBT、IPM等)外形結(jié)構(gòu)。各種新型的變流器件的外形圖如圖2-1所示。(a)IJBT (b)GTO (c)GTO (d)IPM (e)MOSF
17、ET圖2-1 新型的變流器件外形圖第二節(jié) 其他變流新器件(*) 2.解釋新型變流器件的型號 以富士IPM模塊為例,如圖2-2所示解釋新型變流器件的型號。7 MBP 50 RT A 060 - 01 機(jī)型的序列號 耐壓060:600V 120 : 1200V 系列的序列號 系列名R : R-IPM RT : R-IPM3 TE : Econo IPM 變頻器額定電流 50:50A 表示 IGBT - IPM 主元件數(shù)7:制動電路內(nèi)置 6:無制動電路 圖2-2 新型變流器件的型號解釋第二節(jié) 其他變流新器件(*) 3.檢測門極可關(guān)斷晶閘管GTO (1)判別GTO的各電極 GTO三個電極判斷方法與項目
18、1普通晶閘管的電極判斷方法相同。即用萬用表的R100擋,測任意兩腳間的電阻,僅當(dāng)黑表筆接門極G,紅表筆接陰極K時,電阻呈低阻值,對其它情況電阻值均為無窮大。由此可以判斷門極G和陰極K,剩下的就是陽極A。 首先設(shè)GTO的三個管腳為1、2、3,然后測任意兩管腳間的電阻計入表2-1。第二節(jié) 其他變流新器件(*) 由測量結(jié)果可以判斷出GTO的各電極,即管腳1為 極,管腳2為 極,管腳為 極。R12()R21()R23()R32()R13()R31()表2-1 GTO任意兩管腳間的電阻值第二節(jié) 其他變流新器件(*) (2)檢測GTO的觸發(fā)能力和關(guān)斷能力 電路如圖2-3所示,當(dāng)開關(guān)S斷開時,GTO不導(dǎo)通,
19、指示燈不亮。將開關(guān)S的K1觸點接通時,為G極加上正向觸發(fā)信號,指示燈亮,說明GTO已被觸發(fā)導(dǎo)通,若將S從K1斷開,指示燈維持發(fā)光,則說明GTO的觸發(fā)能力正常。若將開關(guān)S的K2觸點接通,為G極加上反向觸發(fā)信號,指示燈熄滅,則說明GTO的關(guān)斷能力正常。第二節(jié) 其他變流新器件(*)圖2-3 GTO的觸發(fā)、關(guān)斷能力判斷電路第二節(jié) 其他變流新器件(*) 按圖2-3所示電路接線,開關(guān)S指示燈的狀態(tài)及GTO的觸發(fā)、關(guān)斷能力判斷結(jié)果記入表2-2。 開關(guān)(S)狀態(tài)指示燈觸發(fā)和關(guān)斷情況斷開S接通觸點K1S從K1斷開S接通觸點K2表2-2 GTO的觸發(fā)能力與關(guān)斷能力的檢測結(jié)果第二節(jié) 其他變流新器件(*) 四、工藝要
20、求 1.元器件和儀器的擺放要規(guī)范。 2.正確使用萬用表,按要求選擇擋位。 3.電路接線規(guī)范、合理、美觀、整齊。 五、學(xué)習(xí)形式 可兩人一組或多人一組先預(yù)習(xí)項目要求,然后依照項目要求由學(xué)生先做,教師全場巡視,個別輔導(dǎo),最后教師集中講解。 六、檢測標(biāo)準(zhǔn) 1.能根據(jù)元器件的銘牌型號判斷出器件的類型。 2.能用萬用表判斷GTO的各電極。 3.能通過開關(guān)S的狀態(tài),指示燈的狀態(tài)判斷出GTO的觸發(fā)能力和關(guān)斷能力。 第二節(jié) 其他變流新器件(*) 七、原理說明 1.門極可關(guān)斷晶閘管(GTO) 門極可關(guān)斷晶閘管GTO(Gate Turn-Off Thyristor)亦稱門控晶閘管。其主要特點為當(dāng)門極加正向觸發(fā)信號時
21、晶閘管能就能導(dǎo)通,當(dāng)門極加負(fù)向觸發(fā)信號時晶閘管能自行關(guān)斷。可關(guān)斷晶閘管也屬于PNPN四層三端器件,其結(jié)構(gòu)及等效電路和普通晶閘管相同,只是采取了特殊的工藝,使管子導(dǎo)通后,內(nèi)部兩個等效晶體管的放大倍數(shù)一直保持近似于1,使管子工作在接近臨界飽和狀態(tài)。門極可關(guān)斷晶閘管(GTO)的圖形符號如圖2-4所示。第二節(jié) 其他變流新器件(*) 門極可關(guān)斷晶閘管(GTO)既保留了普通晶閘管耐壓高、電流大等優(yōu)點,同時又具有主電路組件少,結(jié)構(gòu)簡單,體積變小,成本低,不需要強(qiáng)迫換流裝置,開關(guān)損耗小,噪聲小,容易實現(xiàn)PWM脈寬調(diào)制控制和自關(guān)斷能力(在門極上加一個適當(dāng)?shù)呢?fù)電壓,則能使管子關(guān)斷)等優(yōu)點,使用方便,是理想的高壓、
22、大電流開關(guān)器件。GTO的容量及使用壽命均超過巨型晶體管(GTR),目前GTO已達(dá)到3000A、4500V的容量。大功率可關(guān)斷晶閘管已廣泛用于斬波調(diào)速、變頻調(diào)速、逆變電源等領(lǐng)域,正逐漸取代普通晶閘管。圖2-4 門極可關(guān)斷晶閘管(GTO)的圖形符號第二節(jié) 其他變流新器件(*) 2.功率晶體管(GTR) 功率晶體管GTR(BJT)又稱為巨型晶體管,是一種耐高壓、大電流的雙極型晶體管,一般為模塊化,內(nèi)部為二極或三極達(dá)林頓結(jié)構(gòu)。該器件與GTO一樣都是電流控制型器件,因而所需驅(qū)動功率較大,但其開關(guān)頻率要高于GTO,它即保留了晶體管的基本特性,又?jǐn)U大了容量,是形成其他多種電流控制性器件的基礎(chǔ)。利用功率晶閘管
23、GTR組成的換流電路具有開關(guān)速度快,飽和降壓低,功耗小,安全工作區(qū)寬和自關(guān)斷能力(切斷基極電流即可切斷集電極電流)等特點。將兩個以上的GTR晶體管及其他換流電路所需的元器件集成在一起構(gòu)成模塊型電力晶體管,該類模塊的三個電極與散熱片隔離,使得散熱更容易更均勻,結(jié)構(gòu)更趨于小型化。這類模塊型電力晶體管廣泛用于中小容量的PWM通用變頻器或UPS電源等場合。但缺點是開關(guān)頻率低,最高為2KHz左右,因而以GTR為逆變器件的變頻器的載波頻率也較低,電動機(jī)有較大的電磁噪聲,目前大多被絕緣柵雙極晶體管(IGBT)和功率場效應(yīng)管(PowerMOSFET)所取代。第二節(jié) 其他變流新器件(*) 3.功率場效應(yīng)晶體管(
24、MOSFET) 功率場效應(yīng)晶體管(MOSFET)是電壓控制型電力電子開關(guān)器件,與雙極型晶體管不同,其門極控制信號是電壓而不是電流。它有三個管腳,分別表示為柵極G、源極S、漏極D。功率場效應(yīng)晶體管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect-Transistor)即金屬-氧化物-半導(dǎo)體型場效應(yīng)管,英文縮寫為MOSFET,屬于絕緣柵型。其主要特點是在金屬柵極與溝道之間有一層二氧化硅絕緣層,因此具有很高的輸入電阻。功率場效應(yīng)晶體管MOSFET有N溝道和P溝道兩種, 通常是將襯底(基板)與源極S接在一起。N溝道功率MOSFET類似于NPN型晶體管,當(dāng)柵極G與源極S間輸
25、入正向電壓時,漏極 D至源極S之間導(dǎo)通。P溝道功率MOSFET類似于PNP型晶體管,當(dāng)柵極G與源極S間輸入反向電壓時,漏極D至源極S之間導(dǎo)通。功率場效晶體管MOSFET的圖形符號如圖2-5所示。第二節(jié) 其他變流新器件(*) 功率場效應(yīng)管(MOSFET)是新型的功率開關(guān)器件,它繼承了傳統(tǒng)的MOSFET的特點,又吸收了功率晶體管(GTR)的特點。因而具有開關(guān)速度高,驅(qū)動功率小,安全工作區(qū)域?qū)挘^載能力強(qiáng),抗干擾能力強(qiáng),并聯(lián)容易等優(yōu)點,越來越受到人們的重視,廣泛應(yīng)用于高頻電源變換、電機(jī)調(diào)速、高頻感應(yīng)加熱等領(lǐng)域.。(a)N溝道 (b)P溝道圖2-5 功率場效應(yīng)晶體管MOSFET的圖形符號第二節(jié) 其他變
26、流新器件(*) 4.絕緣柵極晶體管(IGBT) 絕緣柵極晶體管IGBT是MOSFET和BJT(GTR)相結(jié)合的一種新型復(fù)合器件。其主體部分與晶體管相似,也有集電極C和發(fā)射極E;而驅(qū)動部分與絕緣柵極場效應(yīng)管相似,引出柵極G,圖形符號如圖2-6所示。絕緣柵極晶體管IGBT集 MOSFET和GTR的優(yōu)點于一身,它采用電壓控制,在大電流狀態(tài)下工作時,導(dǎo)通內(nèi)阻較低,管壓降小,對溫度不敏感,具有開關(guān)速度快,通態(tài)電壓低,可靠性高,功率大,輸入阻抗高,耐壓高,驅(qū)動電路簡單,保護(hù)容易等特點。其中輸入阻抗高是場控制器MOSFET的特性;通態(tài)電壓低是BJT(GTR)的特性。基于絕緣柵極晶體管IGBT的上述優(yōu)點,使它
27、用于通用變頻器比BJT(GTR)有更大的吸引力,有更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域,目前已成為通用變頻器大功率開關(guān)電源,逆變器等電力電子裝置的理想功率器件。第二節(jié) 其他變流新器件(*) 5.智能功率模塊(IPM) 智能功率模塊IPM(Intelligent Power Module)一般使用IGBT作為功率開關(guān)元件,不僅把功率開關(guān)器件和驅(qū)動電路集成在一起,而且還內(nèi)藏有過電壓,過電流和過熱等故障檢測電路,即使發(fā)生負(fù)載事故或使用不當(dāng),也可以使IPM自身不受損壞,并可將檢測信號送到CPU。它的智能化主要表現(xiàn)在實現(xiàn)控制功能,保護(hù)功能和接口功能等三方面。IPM模塊采用陶瓷絕緣結(jié)構(gòu),可以直接安裝在散熱器上,散熱效果好。輸
28、入、輸出端子并排成一列,間距為標(biāo)準(zhǔn)的2.54mm,用一個通用插件即可連接,利用導(dǎo)針便可插入印制電路板的插頭中。直流輸入端(P、N)、制動單元輸出端(P、B)及通用變頻器輸出端(U、V、W)等各端子安排得緊湊、合理,全部接線采用插件或螺釘,裝拆方便。因而IPM模塊具有抗干擾能力強(qiáng),不易損壞,體積小,結(jié)構(gòu)緊湊,模塊壓降小,可靠性高,開關(guān)速度快,低功耗,效率高,節(jié)電效果好,無須采取防靜電措施等優(yōu)點。第二節(jié) 其他變流新器件(*) IPM除了在工業(yè)變頻器中被大量采用之后,經(jīng)濟(jì)型的IPM在近年內(nèi)也開始在一些民用品如家用空調(diào)變頻器,冰箱變頻器、洗衣機(jī)變頻器中得到應(yīng)用。IPM仍在向更高的水平發(fā)展,使其應(yīng)用范圍
29、更為廣泛,從異步電動機(jī)的變頻調(diào)速、驅(qū)動裝置到不停電電源裝置、SVG裝置等,可以說凡是涉及到大功率開關(guān)器件、電力變換等場合,只要容量允許,都可以應(yīng)用它。圖2-6 絕緣柵極晶體管(IGBT)的圖形符號第三節(jié) 單相可控整流電路 一、能力目標(biāo) 1.晶閘管單相半控橋整流方法。 2.熟悉晶閘管單相全控橋整流方法。 3.掌握整流輸出電壓波形的繪制。 二、使用材料及工具 單相半控橋式整流電路底板、單結(jié)管整觸發(fā)電路底板、單相自耦調(diào)壓器(3kvA)、滑線變阻器(2001A)、電抗器、直流電流表、雙蹤示波器、直流電源(100V)、直流電動機(jī)等。第二節(jié) 其他變流新器件(*)第三節(jié) 單相可控整流電路 三、項目要求 晶閘
30、管單相半控整流電路如圖3-1所示。它由可控整流主電路和單結(jié)管觸發(fā)電路兩部組成。按圖3-1進(jìn)行接線,依下列步驟進(jìn)行實驗。圖3-1 晶閘管單相半控整流電路第三節(jié) 單相可控整流電路 1.單結(jié)晶體管觸發(fā)電路 斷開負(fù)載,接通電源開關(guān),用示波器依次觀察并記錄鋸齒波電壓uG1、uG2。記錄波形時,注意各波形間對應(yīng)關(guān)系,并標(biāo)出電壓幅度及波形。改變移相電位器R*阻值,觀察電壓uG1、uG2波形的變化及移相范圍,并將數(shù)據(jù)記錄在表3-1中。 uG1幅值uG2幅值uG1波形uG2波形移相范圍表3-1 觸發(fā)脈沖第三節(jié) 單相可控整流電路 2.電阻負(fù)載的實驗 斷開電源開關(guān),在主電路接上電阻負(fù)載,合上電源開關(guān),用示波器記錄在
31、不同角時,負(fù)載兩端電壓ud, TR的二次側(cè)電壓u2幅值及波形,ud、uVT、uVD1的波形,測量相應(yīng)電源電壓u2和負(fù)載電壓ud的數(shù)值,記錄于表3-2中。 30 60 90 120 150u2ud(記錄值)ud/u2ud(計算值)表3-2 不同控制角下各實驗數(shù)據(jù)第三節(jié) 單相可控整流電路 比較ud/u2和0.9(1+cos)/2的大小,結(jié)論是_。在圖3-2中繪制ud、id波形。圖3-2 電阻負(fù)載ud、id波形第三節(jié) 單相可控整流電路 3.電阻電感負(fù)載的實驗 斷開電源,Q1斷開,接上電阻電感負(fù)載,改變R大小,用示波器觀察不并聯(lián)續(xù)流二極管VD情況下,不同控制角情況下的負(fù)載電壓和電流ud、id波形。并在
32、圖3-3(a)上繪制Ud、id波形。圖3-3 電阻電感負(fù)載ud、id波形第三節(jié) 單相可控整流電路 突然切斷觸發(fā)脈沖電路時,觀察ud的波形,會發(fā)現(xiàn)_現(xiàn)象。在晶閘管無觸發(fā)脈沖時,ud應(yīng)該為零,實際上負(fù)載ud為半波電壓。這種現(xiàn)象稱為失控,是不允許的。 閉合Q1,改變R大小,用示波器觀察并聯(lián)續(xù)流二極管VD情況下,不同控制角情況下的負(fù)載電壓和電流ud、id波形。并記錄在圖3-3(b)中。突然切斷觸發(fā)脈沖電路時,觀察ud的波形,失控現(xiàn)象是否存在。 續(xù)流二極管VD的作用是_。第三節(jié) 單相可控整流電路 4.直流電動機(jī)負(fù)載的實驗 接上電動機(jī)負(fù)載,同時將觸發(fā)電路給定電壓uC調(diào)到零位。合上主電路電源,調(diào)節(jié)uC使ud
33、由零逐漸上升到額定值,電動機(jī)降壓起動。用示波器觀察并記錄不同角時,輸出電壓ud 、id波形,并繪制在圖3-4中。 圖3-4直流電動機(jī)負(fù)載ud 、id波形第三節(jié) 單相可控整流電路 四、工藝要求 1.接線符合規(guī)范,續(xù)流二極管VD不能接反。 2.注意開關(guān)通斷順序。 3.保證儀器儀表的正確使用和用電的安全。 五、學(xué)習(xí)形式 本項目的學(xué)習(xí)形式建議以小組的形式進(jìn)行,為保證每個學(xué)生的動手能力,每組以24人為宜。指導(dǎo)教師采用集體的形式進(jìn)行對電路組成作簡單的介紹,對實驗進(jìn)行示范教學(xué),提醒實驗的注意事項。學(xué)生動手之前時,應(yīng)閱讀圖紙,熟悉實驗步驟和注意事項。指導(dǎo)教師在各組巡視、輔導(dǎo),并可對個別學(xué)生現(xiàn)場提問。通過本實踐
34、訓(xùn)練,著重培養(yǎng)學(xué)生的操作水平和分析問題的能力、培養(yǎng)團(tuán)結(jié)協(xié)作能力、與人相處的能力和一定的語言表達(dá)能力。第三節(jié) 單相可控整流電路 六、檢測標(biāo)準(zhǔn) 1.準(zhǔn)確畫出實驗中記錄的波形(注意各波形間對應(yīng)關(guān)系),并進(jìn)行討論。 2.能夠?qū)嶒灁?shù)據(jù)uL= ud/u2與理論計算數(shù)據(jù)0.9(1+cos)/2進(jìn)行比較,并分析產(chǎn)生誤差原因。 七、原理說明 1.單相半波可控整流電路 單相半波可控整流電路如圖3-5所示,設(shè)u2=U2sin(t)。其工作原理是: 正半周:0tt1,ug=0,VT1正向阻斷,id=0, ud=0;t=t1時,加入ug脈沖,VT1導(dǎo)通,忽略其正向壓降,ud=u2,id=ud/Rd。第三節(jié) 單相可控整
35、流電路 負(fù)半周:t2當(dāng)u2自然過零時,VT1由于承受反壓自行關(guān)斷,ud=0,id=0。 注:從0到t1的電度角為,叫控制角。從t1到的電度角為,叫導(dǎo)通角,顯然+=。當(dāng)=0,=180度時,可控硅全導(dǎo)通,與不可控整流一樣,當(dāng)=180度,=0度時,可控硅全關(guān)斷,輸出電壓為零。改變控制角的大小,可改變ud大小。 ud波形為非正弦波,其波形如圖3-5所示,從圖可知改變的大小,ud波形在變化,其平均值也在變化,其平均值(直流電壓)為: Ud= 第三節(jié) 單相可控整流電路圖3-5 單相半波可控整流第三節(jié) 單相可控整流電路 2.單相橋式半控整流電路 (1)電阻負(fù)載 電路與波形如圖3-6所示。VT1、VT2的陰極
36、接在一起稱共陰極連接。即使觸發(fā)脈沖Ug1、Ug2同時觸發(fā)兩管時,只能使陽極電位高的管子導(dǎo)通,導(dǎo)通后使另一管子承受反壓而截止。二極管VD1、VD2為共陽極連接,總是陰極電位低的管子導(dǎo)通。其工作原理是:圖3-6 單相橋式半控整流第三節(jié) 單相可控整流電路 正半周:t1時刻加入Ug1,VT1,VD2導(dǎo)通,電流經(jīng)VT1RdVD2路徑形成電流通路。uVT1=0,ud=u2,uVT2=-u2。u2過零時,VT1自行關(guān)斷。 負(fù)半周:t2時刻加入ug2,VT2導(dǎo)通,電流經(jīng)VT2RdVD1路徑形成電流通路。uVT2=0,ud=-u2,uVT1= u2。u2過零時,VT2自行關(guān)斷。 ud為非正弦波,其幅值為半波整流
37、的兩倍,所以Rd上的直流電壓ud為: 第三節(jié) 單相可控整流電路 (2)大電感整流電路 電機(jī)電器的電磁線圈、帶電感濾波的電阻負(fù)載等均屬于電感性負(fù)載。當(dāng)輸出端串接的電感Ld足夠大,使負(fù)載電流波形為一水平直線時,這種負(fù)載通常稱大電感負(fù)載。 圖3-7 電阻電感負(fù)載第三節(jié) 單相可控整流電路 以圖3-6半波整流電路為例,接上圖3-7(a)負(fù)載,在t1t時,VT1、VD2導(dǎo)通。當(dāng)u2電壓下降到零并開始變負(fù)時,由于電感感生電動勢的作用,使電流不能為零,該電流維持VT1的導(dǎo)通,此時2點的電位比1點高,VD1導(dǎo)通。電流經(jīng)VT1,VD1形成回路。在t2 時刻觸發(fā)VT2,VT2導(dǎo)通。同時2點的電位比1點高,VD1導(dǎo)通
38、。電流經(jīng)VT2,VD1形成回路。這種電路的特點是:晶閘管在觸發(fā)時刻換流,二極管在電源過零時換流。流過晶閘管和二極管的電流都是寬度為1800的方波且與無關(guān)。第三節(jié) 單相可控整流電路 這種電路看起來是可以工作的,但在實際運(yùn)行時,當(dāng)突然把控制角增大到1800或突然切斷觸發(fā)電路時,會發(fā)生正在導(dǎo)通的晶閘管一直導(dǎo)通而兩個二極管輪流導(dǎo)通的失控現(xiàn)象。例如在切斷觸發(fā)電路時,VT1正在導(dǎo)通,當(dāng)u2變負(fù)時,由于Ld的作用,使電流通過VT1、VD1形成續(xù)流。如果Ld中儲存的能量在整個u2負(fù)半周都沒有釋放完,就使VT1在整個負(fù)半周都保持導(dǎo)通,當(dāng)u2又進(jìn)入正半周時VT1又承受正壓繼續(xù)導(dǎo)通,同時VD1關(guān)斷,VD2導(dǎo)通。因此
39、這種電路在不加觸發(fā)脈沖時,負(fù)載上仍保留了正弦半波的輸出電壓,這種現(xiàn)象稱失控。在使用時是不允許的。第三節(jié) 單相可控整流電路 由于出現(xiàn)失控,所以這種半波橋式整流電路還需加接續(xù)流二極管,如圖3-7(b)所示,由于負(fù)載電流流經(jīng)續(xù)流二極管,使橋路輸出電壓只有1V左右,迫使晶閘管與二極管串聯(lián)電路的電流減小到維持晶閘管導(dǎo)通所需電流以下,使晶閘管關(guān)斷,不會出現(xiàn)失控情況。 3.單相橋式全控整流電路圖3-8 單相橋式全控整流電路第三節(jié) 單相可控整流電路 單相全控橋式整流電路如圖3-8所示,電阻負(fù)載時,電路工作情況同半波橋式整流電路相同,所不同的是全控橋式整流電路每半周要求同時觸發(fā)橋路對角的兩只晶閘管,當(dāng)負(fù)載為電阻
40、電感負(fù)載時,u2為正時,同時ug1觸發(fā)VT1、VT4,VT1、VT4導(dǎo)通,電源電壓加于負(fù)載上,當(dāng)過零為負(fù)時,由于電感上反電動勢的作用,使VT1、VT4繼續(xù)導(dǎo)通直至ug2觸發(fā)VT2、VT3。負(fù)載電流改由VT2、VT3回路供給。第四節(jié) 單相觸發(fā)電路 一、能力目標(biāo) 1.熟悉單結(jié)晶體管觸發(fā)電路的工作原理及調(diào)試方法。 2.掌握單結(jié)晶體管觸發(fā)電路的調(diào)試方法。 3.掌握單結(jié)晶體管觸發(fā)電路控制角的確定方法。 二、使用材料及工具 單結(jié)管觸發(fā)電路底板、單相自耦調(diào)壓器(3KVA)、滑線變阻器(200,1A)、直流電流表、雙蹤示波器、直流電源(100V)等。第四節(jié) 單相觸發(fā)電路 四、項目要求 單結(jié)晶體管觸發(fā)電路如圖4
41、-1所示。按圖3-1進(jìn)行接線,依下列步驟進(jìn)行實驗。圖4-1 單結(jié)晶體管觸發(fā)電路第四節(jié) 單相觸發(fā)電路 1.單結(jié)晶體管觸發(fā)電路的調(diào)試,接通電源開關(guān),用示波器依次觀察電路中,各點的波形并畫出波形。 2.改變R*大小,觀察脈沖G1、G2波形的頻率變化。R*增大時,脈沖波形頻率變_(大/?。?。R*減小時,脈沖波形頻率變_(大/小)。 3.改變移相電位器R*阻值,觀察電壓UG1、UG2波形的變化及移相范圍,記入表4-1 中。 UG1幅值UG2幅值移相范圍表4-1 控制角的移相范圍第四節(jié) 單相觸發(fā)電路 4.改變移相電位器R*阻值,觀察電壓UG1、UG2波形,并將U2及Ug的波形繪制于圖4-2中,根據(jù)圖確定控
42、制角的大小。圖4-2 U2及Ug的波形第四節(jié) 單相觸發(fā)電路 四、工藝要求 1.接線符合規(guī)范。 2.注意開關(guān)通、斷順序。 3.保證儀器儀表的正確使用和用電的安全。 五、學(xué)習(xí)形式 本項目的學(xué)習(xí)形式建議以小組的形式進(jìn)行,為保證每名學(xué)生的動手能力,每組以24人為宜。指導(dǎo)教師采用集體的形式進(jìn)行對電路組成作簡單的介紹,對實驗進(jìn)行示范教學(xué),提醒實驗的注意事項。學(xué)生動手之前時,應(yīng)閱讀圖紙,熟悉實驗步驟和注意事項。指導(dǎo)教師在各組巡視、輔導(dǎo),并可對個別學(xué)生現(xiàn)場提問。通過本實踐訓(xùn)練,著重培養(yǎng)學(xué)生的操作水平和分析問題的能力、培養(yǎng)團(tuán)結(jié)協(xié)作能力、與人相處的能力和一定的語言表達(dá)能力。第四節(jié) 單相觸發(fā)電路 六、檢測標(biāo)準(zhǔn) 1.
43、準(zhǔn)確畫出實驗中記錄的波形(注意各波形間對應(yīng)關(guān)系),并進(jìn)行討論。 2.能夠確定影響觸發(fā)脈沖的頻率和寬度的因素。 3.能夠改變觸發(fā)脈沖控制角,確定觸發(fā)脈沖控制角大小。 七、原理說明 1.對觸發(fā)電路的要求 觸發(fā)信號應(yīng)有足夠的功率,為使電路在各種可能工作條件下都能觸發(fā),觸發(fā)電路送出的觸發(fā)電壓和電流必須大于元件門極規(guī)定的觸發(fā)電壓和電流的最大值并留有足夠的余量。第四節(jié) 單相觸發(fā)電路 觸發(fā)脈沖應(yīng)有一定的寬度,脈沖前沿盡可能的陡。以使元件在觸發(fā)導(dǎo)通后,陽極電流迅速上升而維持導(dǎo)通。 觸發(fā)脈沖必須與晶閘管的陽極電壓同步,脈沖移相范圍必須滿足電路的要求。 2.單結(jié)晶體管觸發(fā)電路 由單結(jié)晶體管組成的觸發(fā)電路,具有簡單
44、、可靠、觸發(fā)脈沖前沿陡、抗干擾能力強(qiáng)以及溫度補(bǔ)償性能好等優(yōu)點。在單相與要求不高的三相晶閘管裝置中得到廣泛應(yīng)用。單結(jié)管自激振蕩電路如圖4-3所示。第四節(jié) 單相觸發(fā)電路圖4-3 單結(jié)管自激振蕩電路第四節(jié) 單相觸發(fā)電路 電路工作原理是:電路通電后,單結(jié)晶體管截止,電源通過Re C對電容C充電,至單結(jié)管峰值電壓Up時單結(jié)晶體管飽和導(dǎo)通。電容C通過單結(jié)晶體管 R1放電,至單結(jié)管谷點電壓Uv時單結(jié)晶體管截止,電容又開始新的一個周期的充放電。由于電容C充電時間長,而放電時間很短。于是產(chǎn)生Ug觸發(fā)脈沖電壓信號。 其中振蕩頻率是: 其中:是單結(jié)晶體管的分壓比。 調(diào)節(jié)Re即可改變振蕩頻率。Re減小時,頻率增大,脈
45、沖密又多,Re增大時,頻率減小,脈沖疏而少。但頻率調(diào)節(jié)有一定范圍的。 輸出電阻R1的大小影響脈沖的寬度與幅值,若R1太小,放電太快,脈沖太窄,不易觸發(fā)晶閘管;若若R1太大,單結(jié)管未導(dǎo)通時,由于單結(jié)管的漏電流在R1上產(chǎn)生的壓降過大,可能造成晶閘管的誤導(dǎo)通。通常取50100第五節(jié) 三相可控整流電路 一、能力目標(biāo) 1.熟悉三相全控橋式整流電路的接線。 2.觀察不同負(fù)載電壓、電流的波形。 3.熟悉三相整流電路的工作原理。 二、使用材料及工具 鋸齒波同步觸發(fā)電路板、三相全控橋式整流主電路板、單路及雙路穩(wěn)壓電源、三相整流變壓器,三相同步變壓器,電抗器,雙蹤示波器,萬用表,變阻器,相序指示器等。第五節(jié) 三相
46、可控整流電路 三、項目要求 三相全控橋式整流電路如圖5-1所示。它由觸發(fā)電路和主電路組成。按圖5-1進(jìn)行接線,依下列步驟進(jìn)行實驗。圖5-1 三相全控橋式整流電路第五節(jié) 三相可控整流電路 1.熟悉線路的組成,主變壓器接法為D/Y-11,同步變壓器接成_組別。 2.電阻負(fù)載實驗 按圖5-1接好線,觸發(fā)電路正常后,調(diào)節(jié)Ub,使Uc=0時,=1200。調(diào)節(jié)Uc,將數(shù)據(jù)填入表5-1中,并在圖5-2中繪制Ud波形。Uc大小Ud大小0306090表5-1 改變時的實驗數(shù)據(jù)第五節(jié) 三相可控整流電路 將主變壓器二次側(cè)兩相對調(diào),觀察Ud波形,觀察波形是否正常,結(jié)論是_。圖5-2 三相全控橋式整流=60輸出波形 第
47、五節(jié) 三相可控整流電路 3.電感、電阻負(fù)載 斷開Q2,換上電感、電阻負(fù)載,調(diào)節(jié)Uc至Uc=0,調(diào)節(jié)Ub,使=90。改變Uc大小,在圖5-3中記錄Ud,UVT1波形及負(fù)載電流id波形。圖5-3三相全控橋式整流=90輸出波形 改變Rd的數(shù)值,觀察id波形脈動情況。當(dāng)Rd增加時,脈動情況是_。第五節(jié) 三相可控整流電路 四、工藝要求 1.接線符合規(guī)范,變壓器的相序不能接錯, 2.先進(jìn)行觸發(fā)電路的測試,保證各觸發(fā)脈沖相位正確。 3.調(diào)整電位器時注意方向和和幅度的變化不能太大。 4.在調(diào)整各鋸齒波波形時,應(yīng)將示波器Ya、Yb的靈敏度調(diào)至相同。 5.閉合Q2前應(yīng)將Uc調(diào)到零,調(diào)Uc時應(yīng)均勻、平滑。 6.保證
48、儀器儀表的正確使用和用電的安全。第五節(jié) 三相可控整流電路 五、學(xué)習(xí)形式 本項目的學(xué)習(xí)形式建議以小組的形式進(jìn)行,為保證每名學(xué)生的動手能力每組以24人為宜。指導(dǎo)教師采用集體的形式進(jìn)行對電路組成作簡單的介紹,對實驗進(jìn)行示范教學(xué),提醒實驗的注意事項。學(xué)生動手之前時,應(yīng)閱讀圖紙,熟悉實驗步驟和注意事項。指導(dǎo)教師在各組巡視、輔導(dǎo),并可對個別組重點指導(dǎo)。通過本實踐訓(xùn)練,著重培養(yǎng)學(xué)生的操作水平和分析問題的能力、培養(yǎng)團(tuán)結(jié)協(xié)作能力、與人相處的能力和一定的語言表達(dá)能力。第五節(jié) 三相可控整流電路 六、檢測標(biāo)準(zhǔn) 1.電路的連接是否正確。 2.實驗步驟是否合理。 3.繪制的波形是否正確。 七、原理說明 1.三相半波可控整
49、流電路 (1)電阻負(fù)載 三相半波可控整流電路電阻負(fù)載如圖5-4所示。 第五節(jié) 三相可控整流電路圖5-4 三相半波可控整流電阻負(fù)載第五節(jié) 三相可控整流電路 當(dāng)30時,ug1在a點后延角觸發(fā)VT1,VT1導(dǎo)通,VT2、VT3由于承受反壓而截止。由于ug1,ug2 ,ug3觸發(fā)脈沖相差點120,在b點,VT2、VT3由于承受反壓而截止,VT1繼續(xù)導(dǎo)通。直到ug2觸發(fā)VT2,VT2導(dǎo)通后,VT1截止。每個晶閘管導(dǎo)通120。ud, id波形連續(xù)。整流輸出電壓Ud為: 當(dāng)3030時VT1導(dǎo)通,當(dāng)uU已過零時開始變負(fù)時,由于大電感感生電動勢的作用,VT1繼續(xù)導(dǎo)通直至VT2導(dǎo)通為止。各晶閘管導(dǎo)通120,保證了
50、電流連續(xù),如果電感足夠大id基本平直。 三相半波可控整流電路帶電感性負(fù)載時,可接續(xù)流二極管。接了續(xù)流二極管后,ud的波形與純電阻時相同,負(fù)載電流id與帶大電感負(fù)載時相同。第五節(jié) 三相可控整流電路 2.三相橋式全控整流電路 三相橋式全控整流電路由VT1、VT3、VT5和VT2、VT4、VT6兩組晶閘管組成,負(fù)載是大電感負(fù)載,觸發(fā)角=0,如圖5-6所示。其中VT1、VT4接U相,VT3、VT6接V相,VT5、VT2接W相。觸發(fā)脈沖順序是:ug1ug2ug3ug4ug5ug6。在13之間,VT1導(dǎo)通120,VT6、VT2輪流導(dǎo)通60,在35之間,VT3導(dǎo)通120,VT2、VT4輪流導(dǎo)通60,在57之
51、間,VT5導(dǎo)通120,VT4、VT6輪流導(dǎo)通60。整流輸出電壓ud為: Ud=2.34U2cos 注:三相橋式可控整流電路必須用雙脈沖或?qū)捗}沖觸發(fā)。大電感負(fù)載時移相范圍為090,電阻負(fù)載時移相范圍為0120。 第五節(jié) 三相可控整流電路圖5-6 三相橋式全控整流第六節(jié) 三相觸發(fā)電路 一、能力目標(biāo) 1.掌握鋸齒波同步觸發(fā)電路各主要點的波形。 2.熟悉鋸齒波同步觸發(fā)電路工作原理及調(diào)試方法。 3.掌握同步定相的方法與調(diào)試晶閘管裝置的步驟。 二、使用材料及工具 鋸齒波同步觸發(fā)電路板、單路及雙路穩(wěn)壓電源、三相同步變壓器、電抗器、雙蹤示波器、萬用表、變阻器、相序指示器等。 第六節(jié) 三相觸發(fā)電路 三、項目要求
52、 鋸齒波同步觸發(fā)電路如圖6-1所示。圖6-1 鋸齒波同步觸發(fā)電路第六節(jié) 三相觸發(fā)電路 1.觀察圖6-1的線路,確定同步電壓的取法。并完善表6-1。 2.接通觸發(fā)電路的電源,同時觀察、點的電壓波形。R1和C1的作用是_。 調(diào)節(jié)RP3, 同時觀察、的電壓波形,波形的幅度變化情況是_。 調(diào)節(jié)RP1,觀察點的電壓波形,鋸齒波波形的幅度與寬度與_、_、_元件有關(guān)。 1CF2CF3CF4CF5CF6CF-UW表6-1 1CF6CF觸發(fā)板同步電壓的確定第六節(jié) 三相觸發(fā)電路 3.按圖6-1接好線,調(diào)整各觸發(fā)器鋸齒斜率電位器RP3,用示波器依次觀察相鄰觸發(fā)器的鋸齒波電壓波形,間隔為60, 斜率相同。點的電壓波形
53、如圖6-2所示。圖6-2 觸發(fā)器的鋸齒波電壓波形第六節(jié) 三相觸發(fā)電路 觀察各觸發(fā)脈沖的輸出觸發(fā)脈沖,如果X、Y端不聯(lián)接,輸出觸發(fā)脈沖為單窄脈沖,X、Y端聯(lián)接,輸出觸發(fā)脈沖為雙窄脈沖。1CF的輸出波形如圖6-3所示。圖6-3 1CF輸出波形第六節(jié) 三相觸發(fā)電路 四、工藝要求 1.接線符合規(guī)范,變壓器的相序不能接錯。 2.先進(jìn)行觸發(fā)電路的測試,保證各觸發(fā)脈沖相位正確。 3.調(diào)整電位器時注意方向和和幅度的變化不能太大。 4.在調(diào)整各鋸齒波波形時,應(yīng)將示波器Ya、Yb的靈敏度調(diào)至相同。 5.在閉合Q2前應(yīng)將Uc調(diào)到零,調(diào)Uc時應(yīng)均勻、平滑。 6.保證儀器儀表的正確使用和用電的安全。第六節(jié) 三相觸發(fā)電路
54、 五、學(xué)習(xí)形式 本項目的學(xué)習(xí)形式建議以小組的形式進(jìn)行,為保證每個學(xué)生的動手能力,每組以24人為宜。指導(dǎo)教師采用集體的形式進(jìn)行對電路組成作簡單的介紹,對實驗進(jìn)行示范教學(xué),提醒實驗的注意事項。學(xué)生動手之前時,應(yīng)閱讀圖紙,熟悉實驗步驟和注意事項。指導(dǎo)教師在各組巡視、輔導(dǎo),并可對個別組重點指導(dǎo)。通過本實踐訓(xùn)練,著重培養(yǎng)學(xué)生的操作水平和分析問題的能力、培養(yǎng)團(tuán)結(jié)協(xié)作能力、與人相處的能力和一定的語言表達(dá)能力。 六、檢測標(biāo)準(zhǔn) 1.電路的連接是否正確。 2.實驗步驟是否合理。 3.觸發(fā)電路的波形調(diào)整的準(zhǔn)確及相鄰觸發(fā)脈沖的相位間隔是否準(zhǔn)確。 4.繪制的波形是否正確。 七、原理說明 1.鋸齒波觸發(fā)電路 鋸齒波觸發(fā)電
55、路如圖6-1所示,輸出可為雙窄脈沖(適用于有兩個晶閘管同時導(dǎo)通的電路),也可以是單窄脈沖。電路由三個基本環(huán)節(jié):脈沖的形成與放大、鋸 齒波的形成和脈沖移相、同步環(huán)節(jié)。此外,還有強(qiáng)觸發(fā)和雙窄脈沖形成環(huán)節(jié)。 第六節(jié) 三相觸發(fā)電路第六節(jié) 三相觸發(fā)電路 (1)脈沖形成環(huán)節(jié) 由V4、V5 ,V7、V8組成。V4、V5 脈沖形成,V7、V8 脈沖放大,控制電壓Uc加在V4基極上。Uc對脈沖的控制作用及脈沖形成: Uc=0時,V4截止。V5飽和導(dǎo)通。V7、V8處于截止?fàn)顟B(tài),無脈沖輸出。電容C3充電,充電后電容兩端電壓接近2E1(30V)。 uco=0.7V時,V4導(dǎo)通, V5立即截止。V7、V8導(dǎo)通,輸出觸發(fā)
56、脈沖。電容C3放電和反向充電,使V5基極電位上升,V5又重新導(dǎo)通。使V7、V8截止,輸出脈沖終止。 脈沖前沿由V4導(dǎo)通時刻確定,脈沖寬度與反向充電回路時間常數(shù)R11C3有關(guān)。電路的觸發(fā)脈沖由脈沖變壓器TP二次側(cè)輸出,其一次繞組接在V5集電極電路中。第六節(jié) 三相觸發(fā)電路 (2)鋸齒波的形成和脈沖移相環(huán)節(jié) 鋸齒波的形成和脈沖移相環(huán)節(jié)電路由V1、V2、V3和C2等元件組成,V1、VS、RP3和R3為一恒流源電路。 工作原理: V2截止時,恒流源電流I1c對電容C2充電, 調(diào)節(jié)RP2,即改變C2的恒定充電電流I1c,可見RP2是用來調(diào)節(jié)鋸齒波斜率的。V2導(dǎo)通時,因R4很小故C2迅速放電,ub3電位迅速
57、降到零伏附近。V2周期性地通斷,ub3便形成一鋸齒波,同樣ue3也是一個鋸齒波。 射極跟隨器V3的作用是減小控制回路電流對鋸齒波電壓ub3的影響,V4基極電位由鋸齒波電壓、控制電壓uco、直流偏移電壓up三者作用的疊加的值確定。 加up的目的是為了確定控制電壓uco=0時脈沖的初始相位。 第六節(jié) 三相觸發(fā)電路 (3)同步環(huán)節(jié) 同步就是要求觸發(fā)脈沖的頻率與主電路電源的頻率相同且相位關(guān)系確定。 鋸齒波是由開關(guān)V2管來控制的。V2開關(guān)的頻率就是鋸齒波的頻率由同步變壓器所接的交流電壓決定。V2由導(dǎo)通變截止期間產(chǎn)生鋸齒波,鋸齒波起點基本就是同步電壓由正變負(fù)的過零點,V2截止?fàn)顟B(tài)持續(xù)的時間就是鋸齒波的寬度
58、-取決于充電時間常數(shù)R1C1。第六節(jié) 三相觸發(fā)電路 2.集成觸發(fā)電路 集成觸發(fā)器具有可靠性高,技術(shù)性能好,體積小,功耗低,調(diào)試方便。目前國內(nèi)常用的有KJ系列和KC系列,下面以KJ系列為例: KJ004與分立元件的鋸齒波移相觸發(fā)電路相似,分為同步、鋸齒波形成、移相、脈沖形成、脈沖分選及脈沖放大幾個環(huán)節(jié)。如圖6-4所示。第六節(jié) 三相觸發(fā)電路圖6-4 KJ004集成觸發(fā)器第六節(jié) 三相觸發(fā)電路 3. 觸發(fā)電路的定相(同步) 觸發(fā)電路的定相-觸發(fā)電路應(yīng)保證每個晶閘管觸發(fā)脈沖與施加于晶閘管的交流電壓保持固定、正確的相位關(guān)系。采取的措施措施有: 同步變壓器原邊接入為主電路供電的電網(wǎng),保證頻率一致。 觸發(fā)電路
59、定相的關(guān)鍵是確定同步信號與晶閘管陽極電壓的關(guān)系。 第七節(jié) 逆變電路 一、能力目標(biāo) 1.熟悉三相半波有源逆變的過程。 2.掌握實現(xiàn)有源逆變的條件。 3.熟悉不同逆變角時逆變電壓的波形。 4.觀察逆變失敗現(xiàn)象,總結(jié)防止逆變失敗的原因。 5.了解無源逆變的原理。 二、使用材料及工具 鋸齒波同步觸發(fā)電路板、三相半波可控整流主電路板、雙穩(wěn)壓電源、三相整流變壓器、三相同步變壓器、三相調(diào)壓器及三相整流橋、電抗器、雙蹤示波器、萬用表、直流電流表、三相刀開關(guān)、單相雙擲開關(guān)、變阻器、相序指示器等。 第七節(jié) 逆變電路 三、項目要求 三相半波有源逆變電路如圖7-1所示。它由主電路、整流電路、觸發(fā)電路三部分組成,其中整
60、流電路采用三相橋式不可控整流電路,提供逆變所需的直流電源E。觸發(fā)電路為鋸齒波同步觸發(fā)電路。按圖7-1接線,依下列步驟進(jìn)行實驗。 1.檢查電源電壓相序、變壓器極性和接線組別以及觸發(fā)電路的同步電壓是否符合要求。各開關(guān)處于斷開位置,Rd調(diào)至最大值。 2.合上Q1,接通各穩(wěn)壓直流電源,用示波器觀察1CF3CF各點波形。調(diào)整_使各鋸齒波斜率一致,調(diào)整_使各觸發(fā)脈沖間隔為120,=60。第七節(jié) 逆變電路圖7-1 三相半波橋式有源逆變電路第七節(jié) 逆變電路 3.將Q2投向1,接電阻負(fù)載,用示波器觀察ud的波形。并在圖7-2上繪出波形圖。圖7-2 =60時ud的波形第七節(jié) 逆變電路 4.將Uc調(diào)整到零,調(diào)節(jié)Ub
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