電力電子技術(shù)4

1、電力電子技術(shù)(基礎(chǔ))Power Electronics9/5/20221第一章：緒論1. 什么是電力電子技術(shù)（電力電子學(xué)）2. 電力電子技術(shù)的發(fā)展史3. 電力電子技術(shù)應(yīng)用4. 課程簡(jiǎn)介和要求說(shuō)明9/5/202221. 什么是電力電子技術(shù)1.1 電力電子與信息電子1.2 兩大分支1.3 與其他學(xué)科的關(guān)系1.4 地位和未來(lái)1.5 電能的基本變換形式9/5/202231.1 電力電子與信息電子電力電子技術(shù)使用電力電 子器件對(duì)電能進(jìn)行變換和控 制的技術(shù)，即 應(yīng)用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)目前電力電子器件均用半導(dǎo)體制成，故也稱電力半導(dǎo)體器件。電力電子技術(shù)變換的“電力”，可大到數(shù)百M(fèi)W甚至GW，也可小到數(shù)W甚至

2、mW級(jí)。信息電子技術(shù)信息處理電力電子技術(shù)電力變換電子技術(shù)一般即指信息電子技術(shù)，廣義而言，也包括電力電子技術(shù)。電子技術(shù)信息電子技術(shù)電力電子技術(shù)模擬電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)9/5/202241.2 兩大分支電力電子器件制造技術(shù)電力電子技術(shù)的基礎(chǔ)，理論基礎(chǔ)是半導(dǎo)體物理變流技術(shù)（電力電子器件應(yīng)用技術(shù)）用電力電子器件構(gòu)成電力變換電路和對(duì)其 進(jìn)行控制的技術(shù)，以及構(gòu)成電力電子裝置 和電力電子系統(tǒng)的技術(shù)。電力電子技術(shù)的核心，理論基礎(chǔ)是電路理 論。9/5/20225變流技術(shù)電力交流和直流兩種 從公用電網(wǎng)直接得到的是交流，從蓄電池和干電池得到的是直流電力變換四大類 交流變直流（AC/DC）、直流變交流（DC/AC）

3、、直流變直流（DC/DC） 、交流變交流（AC/AC）表1 電力變換的種類 輸出 輸入直流交流交流整流交流電力控制變頻、變相直流直流斬波逆變進(jìn)行電力變換的技術(shù)稱為 變流技術(shù)9/5/202261.3 與相關(guān)學(xué)科的關(guān)系電力電子學(xué)電子學(xué)電力學(xué)控制理論連續(xù)、離散 電路、器件靜止器、旋轉(zhuǎn)電機(jī)圖1 描述電力電子學(xué)的倒三角形電力電子學(xué) (Power Electronics)名稱60年代 出現(xiàn)；1974年，美國(guó)的W. Newell用圖1的倒三角形對(duì)電力電子學(xué)進(jìn)行了描述，被全世界普遍接受；9/5/20227與電子學(xué)（信息電子學(xué)）的關(guān)系都分為器件和應(yīng)用兩大分支器件的材料、工藝基本相同，都采用微電子 技術(shù)應(yīng)用的理論

4、基礎(chǔ)、分析方法、分析軟件也 基本相同信息電子電路的器件可工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，也可 工作在放大狀態(tài)電力電子電路的器件一般只工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)二者同根同源9/5/20228與電力學(xué)（電氣工程）的關(guān)系 電力電子技術(shù)廣泛用于電氣工程中電力機(jī)車牽引交直流電力傳動(dòng)電解、電鍍、電加熱、高性能交直流電源 國(guó)內(nèi)外均把電力電子技術(shù)歸為電氣工程的一 個(gè)分支 電力電子技術(shù)是電氣工程學(xué)科中最為活躍的 一個(gè)分支9/5/20229與控制理論（自動(dòng)化技術(shù)）的關(guān)系 控制理論廣泛用于電力電子系統(tǒng)中 電力電子技術(shù)是弱電控制強(qiáng)電的技術(shù)，是弱電和強(qiáng)電的接口，控制理論是這種接口的有力紐帶電力電子裝置是自動(dòng)化技術(shù)的基礎(chǔ)元件和重 要支撐技術(shù)9/5/

5、2022101.4 地位和未來(lái)電力電子技術(shù)和運(yùn)動(dòng)控制一起，和計(jì)算機(jī)技術(shù)共同成 為未來(lái)科學(xué)技術(shù)的兩大支柱計(jì)算機(jī) 人腦電力電子技術(shù) 消化系統(tǒng)和循環(huán)系統(tǒng)電力電子運(yùn)動(dòng)控制 肌肉和四肢電力電子技術(shù)是電能變換技術(shù),是把粗電變?yōu)榫姷募夹g(shù)能源是人類社會(huì)的永恒話題，電能是最優(yōu)質(zhì)的能源， 因此，電力電子技術(shù)將青春永駐。 20世紀(jì)后半葉誕生和發(fā)展的一門嶄新的技術(shù)，21世紀(jì) 仍將以迅猛的速度發(fā)展9/5/2022111.5 電能的基本變換形式ACDC 整流DCDC 斬波DCAC 逆變ACAC 交流調(diào)壓ACAC 交交變頻9/5/202212第一章：緒論1. 什么是電力電子技術(shù)（電力電子學(xué)）2. 電力電子技術(shù)的發(fā)展史3.

6、 電力電子技術(shù)應(yīng)用4. 課程簡(jiǎn)介和要求說(shuō)明9/5/2022132. 電力電子技術(shù)的發(fā)展史史前期（黎明期）晶閘管問(wèn)世，(公元元年)全控型器件迅速發(fā)展電子管問(wèn)世水銀（汞?。┱髌鲿r(shí)代晶閘管時(shí)代IGBT出現(xiàn) 功率集成器件電力電子技術(shù)的發(fā)展史是以電力電子器件的發(fā)展史為綱的19041930194719571970198019902000t(年)晶體管誕生9/5/202214電力電子技術(shù)的發(fā)展史（續(xù)）現(xiàn)代電力電子技術(shù)與傳統(tǒng)電力電子技術(shù)相比較，有如下特點(diǎn)：高頻化（減小體積、重量、靜音）模塊化（器件、控制單元、系統(tǒng)）全控型（IGBT為主）控制技術(shù)數(shù)字化（DSP）綠色化（節(jié)能、減少污染）9/5/202215未來(lái)

7、電力電子技術(shù)的發(fā)展方向（研究領(lǐng)域）電力半導(dǎo)體器件的發(fā)展方向：大功率、高頻、高效和智能模塊化電力電子成套裝置的研究領(lǐng)域：直流電源的普遍開(kāi)關(guān)化提高電源的穩(wěn)定性和可靠性開(kāi)關(guān)電源的電磁干擾抑制，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)綠色化提高變頻電源的性能，擴(kuò)大其容量和應(yīng)用領(lǐng)域儲(chǔ)能領(lǐng)域電力電子成套裝置9/5/202216第一章：緒論1. 什么是電力電子技術(shù)（電力電子學(xué)）2. 電力電子技術(shù)的發(fā)展史3. 電力電子技術(shù)應(yīng)用4. 課程簡(jiǎn)介和要求說(shuō)明9/5/202217第一章：緒論1. 什么是電力電子技術(shù)（電力電子學(xué)）2. 電力電子技術(shù)的發(fā)展史3. 電力電子技術(shù)應(yīng)用4. 課程簡(jiǎn)介和要求說(shuō)明9/5/202218課程教學(xué)內(nèi)容第一章緒論（1學(xué)時(shí)）

8、第二章 電力電子器件 （7學(xué)時(shí)）第三章 相控整流電路（8學(xué)時(shí)）第四章直流斬波電路 （4學(xué)時(shí)）第五章 逆變電路（6學(xué)時(shí)）第六章 PWM控制技術(shù)（6學(xué)時(shí)）9/5/202219主 要 任 務(wù)培養(yǎng)學(xué)生：了解電力電子技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向和應(yīng)用領(lǐng)域。了解與熟悉常用的電力電子器件的工作機(jī)理、電氣特性和主要參數(shù)。理解和掌握基本的電力電子電路的工作原理、電路結(jié)構(gòu)、波形的原理、電氣性能、分析方法和參數(shù)計(jì)算，并能進(jìn)行初步的設(shè)計(jì)。對(duì)電力電子電路具有一定的實(shí)驗(yàn)和調(diào)試能力。9/5/202220本課程與其他課程的聯(lián)系本課程的先修課程為：電路分析、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)。想更加深入了解電力電子器件的半導(dǎo)體物理原理的學(xué)生可選修電

9、力電子器件。本課程為學(xué)習(xí)電傳動(dòng)控制基礎(chǔ)、變頻調(diào)速、電力電子裝置及控制、高頻電力電子技術(shù)等課程奠定了基礎(chǔ)。9/5/202221電力電子技術(shù)應(yīng)用實(shí)例1、在電力牽引及傳動(dòng)控制方面的應(yīng)用主變流器輔助變流器空調(diào)電源照明9/5/202222電力電子技術(shù)應(yīng)用實(shí)例（續(xù)）交流傳動(dòng)電力機(jī)車主電路 脈沖變流+無(wú)源逆變（GTO器件）AC40009/5/202223電力電子技術(shù)應(yīng)用實(shí)例（續(xù)）交流傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車主電路 三相全波整流+無(wú)源逆變（IGBT器件）東風(fēng)4DJ9/5/202224電力電子技術(shù)應(yīng)用實(shí)例（續(xù)）電力機(jī)車空調(diào)電源 單相整流+升壓斬波+無(wú)源逆變（IGBT器件）9/5/202225電力電子技術(shù)應(yīng)用實(shí)例（續(xù)）地鐵動(dòng)

10、車輔助電源無(wú)源逆變（IGBT器件）廣州地鐵1號(hào)線9/5/202226電力電子技術(shù)應(yīng)用實(shí)例（續(xù)）3、家用電器：調(diào)光燈具、高頻熒光燈具；通風(fēng)取暖設(shè)備；微波爐；空調(diào)；電冰箱；洗衣機(jī)等。9/5/202227電力電子技術(shù)應(yīng)用實(shí)例（續(xù)）4、常規(guī)電源不停電電源；開(kāi)關(guān)電源；微機(jī)及儀器儀表電源；航空電源；通信電源等。9/5/202228電力電子技術(shù)應(yīng)用實(shí)例（續(xù)）5、其它方面的應(yīng)用專用電源：如電化學(xué)電源、微弧氧化電源、蓄電池充電放電、電子模擬負(fù)載、電解水電源、交流電子穩(wěn)壓電源、脈沖功率電源等；新型能源的利用：如光電池，風(fēng)力發(fā)電等；節(jié)能：如利用變頻器調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力電動(dòng)汽車EV/HEV9/5/202

11、229本學(xué)科的特點(diǎn)（總結(jié)）：強(qiáng)電、弱電、控制相結(jié)合跨學(xué)科或邊緣學(xué)科實(shí)踐性強(qiáng)功率范圍大，從幾瓦到數(shù)百兆瓦以上發(fā)展迅速、與現(xiàn)代新技術(shù)緊密結(jié)合廣闊的應(yīng)用前景9/5/202230第二章電力電子器件的原理與特性9/5/202231要求及重點(diǎn)要求：了解電力電子器件的發(fā)展、分類與應(yīng)用；理解和掌握功率二極管、SCR、GTO、MOSFET和IGBT等常用器件的工作原理、電氣特性和主要參數(shù)。重點(diǎn)：各種電力電子器件原理、性能上的不同點(diǎn)，各自應(yīng)用的場(chǎng)合。9/5/202232本章內(nèi)容2.1 電力電子器件的發(fā)展、分類與應(yīng)用2.2 電力（功率）二極管2.3 晶閘管（SCR）2.4 可關(guān)斷晶閘管（GTO）2.6 電力場(chǎng)效應(yīng)晶

12、體管（電力 MOSFET）2.7 絕緣柵雙極晶體管（IGBT）2.8 其它新型場(chǎng)控器件9/5/2022332.1 電力電子器件的發(fā)展、分類與應(yīng)用1、電力電子器件的概念電力電子器件的是指可直接用于處理電能的主電路，實(shí)現(xiàn)電能變換或控制的電子器件，通常專指電力半導(dǎo)體器件。和普通半導(dǎo)體器件一樣，目前電力半導(dǎo)體器件所用的主要材料仍然是硅。9/5/2022342、電力電子器件的特征（與普通半導(dǎo)體器件相比）功率遠(yuǎn)大于信息電子器件，從mWMW。電壓和電流等級(jí)是其最重要的參數(shù)；工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)（相當(dāng)于普通晶體管的飽和與截止?fàn)顟B(tài)），因而動(dòng)態(tài)特性（開(kāi)關(guān)特性）也是很重要的參數(shù)，有時(shí)甚至是最重要的參數(shù)；需要用驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)

13、；需要裝散熱器散熱；9/5/2022353、主要損耗通態(tài)損耗：導(dǎo)通時(shí)器件上有一定的通態(tài)壓降。斷態(tài)損耗：阻斷時(shí)器件上有微小的斷態(tài)漏電流流過(guò)。開(kāi)關(guān)損耗開(kāi)通損耗：在器件開(kāi)通的轉(zhuǎn)換過(guò)程中產(chǎn)生的損耗；關(guān)斷損耗：在器件關(guān)斷的轉(zhuǎn)換過(guò)程中產(chǎn)生的損耗。對(duì)某些器件來(lái)講，驅(qū)動(dòng)電路向其注入的功率也是造成器件發(fā)熱的原因之一。通常電力電子器件的斷態(tài)漏電流極小，因而通態(tài)損耗是器件功率損耗的主要成因。器件開(kāi)關(guān)頻率較高時(shí)，開(kāi)關(guān)損耗會(huì)隨之增大而可能成為器件功率損耗的主要因素 。9/5/2022364、電力電子器件的發(fā)展概況第一代電力電子器件無(wú)關(guān)斷能力的SCR（1957年美國(guó)GE公司發(fā)明）第二代電力電子器件有關(guān)斷能力的GTO、GT

14、R等第三代電力電子器件性能優(yōu)異的復(fù)合型器件如（IGBT）和智能器件IPM (Intelligent Power Module) 等9/5/2022375、分類按其開(kāi)關(guān)控制性能分類：不控型器件： 無(wú)控制極，器件的導(dǎo)通與關(guān)斷完全由其在主電路中承受的電壓和電流決定，正偏置導(dǎo)通、反偏置關(guān)斷，如電力二極管(D)半控型器件： 控制極（門極）只能控制管子導(dǎo)通而不能控制管子關(guān)斷，器件的關(guān)斷完全由其在主電路中承受的電壓和電流決定，如晶閘管(SCR)及其家族器件（FST、RCT、TRIAC、LCT）全控型器件： 通過(guò)控制極（門極或基極或柵極）是否施加驅(qū)動(dòng)信號(hào)既能控制管子導(dǎo)通又能控制管子關(guān)斷，如GTO、GTR、IG

15、BT、 MOSFET及其它新型場(chǎng)控器件MCT、IGCT、SIT、SITH、IPM等 9/5/202238按器件內(nèi)部載流子參與導(dǎo)電的種類分類：?jiǎn)螛O型器件：只有一種載流子參與導(dǎo)電，如MOSFET、SIT等 雙極型器件：有兩種載流子參與導(dǎo)電，如二極管、 晶閘管、GTO、GTR、IGCT、SITH等。 復(fù)合型器件：由MOSFET與晶體管、晶閘管復(fù)合而成，如IGBT、IPM、MCT等。9/5/202239按門極驅(qū)動(dòng)信號(hào)的種類（電流、電壓）分類：電流控制型器件 如晶閘管、GTO、GTR、IGCT、SITH等 電壓控制型器件 如MOSFET、IGBT、IPM、SIT、MCT等 電壓控制型器件的驅(qū)動(dòng)功率要遠(yuǎn)小

16、于電流控制型器件 ，驅(qū)動(dòng)電路也簡(jiǎn)單，而且工作頻率高。9/5/2022406、應(yīng)用場(chǎng)合 決定應(yīng)用場(chǎng)合的基本因素：輸出容量和工作頻率SCRGTOGTRIGBT電力MOSEFTMOSEFT9/5/202241常用器件性能比較 D SCR GTO IGBT MOSFET驅(qū)動(dòng)信號(hào) 無(wú) 電流 電流 電壓 電壓驅(qū)動(dòng)功率 大 大 中 小通態(tài)壓降 小 小 小 中 大開(kāi)關(guān)速度 慢/快 慢 較慢 中 快通過(guò)電流能力 大 大 較大 中 小9/5/202242本章內(nèi)容2.2 電力（功率）二極管9/5/2022432.2 電力（功率）二極管一、工作原理（基本與普通二極管相同）PN結(jié)：正向?qū)?反向截止 二、外形9/5/2

17、02244PN結(jié)的電容效應(yīng)： PN結(jié)的電荷量隨外加電壓而變化，呈現(xiàn)電容效應(yīng)，稱為結(jié)電容CJ，又稱為微分電容。 結(jié)電容影響PN結(jié)的工作頻率。電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)： 當(dāng)PN結(jié)上流過(guò)的正向電流較大時(shí)，注入并積累在低摻雜N區(qū)的少子空穴濃度將很大，為了維持半導(dǎo)體電中性條件，其多子濃度也相應(yīng)大幅度增加，使得其電阻率明顯下降，即電導(dǎo)率大大增加。9/5/202245造成電力二極管和信息電子電路中的普通二極管區(qū)別的一些因素：正向?qū)〞r(shí)要流過(guò)很大的電流，其電流密度較大，因而額外載流子的注入水平較高，電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)不能忽略。引線和焊接電阻的壓降等都有明顯的影響。承受的電流變化率di/dt較大，因而其引線和器件自身的電感效應(yīng)也

18、會(huì)有較大影響。為了提高反向耐壓，其摻雜濃度低也造成正向壓降較大。9/5/202246三、特性1、靜態(tài)特性伏安特性電力二極管承受的正向電壓大到一定值（門檻電壓UTO），正向電流才開(kāi)始明顯增加，處于穩(wěn)定導(dǎo)通狀態(tài)。與正向電流IF對(duì)應(yīng)的電力二極管兩端的電壓UF即為其正向電壓降。當(dāng)電力二極管承受反向電壓時(shí)，只有少子引起的微小而數(shù)值恒定的反向漏電流。電力二極管的伏安特性9/5/2022471、靜態(tài)特性（續(xù)）理想伏安特性1 在以后的電路分析中，我們均采用理想伏安特性1來(lái)簡(jiǎn)化二極管。 理想伏安特性2 9/5/2022482、動(dòng)態(tài)特性電力電子器件工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換并非瞬間完成，需要一定的時(shí)間。動(dòng)態(tài)特性是指器件在通態(tài)

19、和斷態(tài)之間轉(zhuǎn)換過(guò)程中的開(kāi)關(guān)特性（電壓電流特性）。對(duì)工頻整流電路來(lái)說(shuō)可認(rèn)為器件是理想開(kāi)關(guān)（瞬間開(kāi)通/瞬間關(guān)斷）。對(duì)高頻電路來(lái)說(shuō)，需要考慮動(dòng)態(tài)特性。9/5/202249正向恢復(fù)時(shí)間：tfr延遲時(shí)間：td= t1- t0, 電流下降時(shí)間：tf= t2- t1 反向恢復(fù)時(shí)間：trr= td+ tf 恢復(fù)特性的軟度：下降時(shí)間與延遲時(shí)間 的比值tf /td，或稱恢復(fù)系數(shù)，用Sr表示a) 正向偏置轉(zhuǎn)換為反向偏置 b) 零偏置轉(zhuǎn)換為正向偏置9/5/202250（1）關(guān)斷過(guò)程：須經(jīng)過(guò)一段短暫的時(shí)間才能重新獲得反向阻斷能力，進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)。在關(guān)斷之前有較大的反向電流出現(xiàn)，并伴隨有明顯的反向電壓過(guò)沖。（2）開(kāi)通過(guò)程：

20、電力二極管的正向壓降先出現(xiàn)一個(gè)過(guò)沖UFP，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間才趨于接近穩(wěn)態(tài)壓降的某個(gè)值（如 2V）。這一動(dòng)態(tài)過(guò)程時(shí)間被稱為正向恢復(fù)時(shí)間tfr。儲(chǔ)存大量少子9/5/202251四、主要參數(shù):正向平均電流 IF（AV）：指在規(guī)定的管殼溫度（TC）和散熱條件下，允許流過(guò)的最大工頻正弦半波電流的平均值。正向壓降 UF ：指在規(guī)定的溫度下流過(guò)某一指定的穩(wěn)態(tài)電流時(shí)對(duì)應(yīng)的正向壓降 。反向重復(fù)峰值電壓 URRM ：指電力二極管所能重復(fù)施加的反向最高峰值電壓。 通常是其雪崩擊穿電壓UB的2/3 使用時(shí)，往往按照電路中電力二極管可能承受的反向最高峰值電壓的兩倍來(lái)選定。 9/5/202252四、主要參數(shù)（續(xù)）最高工作結(jié)溫

21、 TJM ：指在PN結(jié)不致?lián)p壞的前提下，PN結(jié)所能承受的最高平均結(jié)溫。 通常在1250C1750C之間。浪涌電流 IFSM ：指電力二極管所能承受的最大的連續(xù)一個(gè)或幾個(gè)工頻周期的過(guò)電流。反向恢復(fù)時(shí)間 trr ：關(guān)斷過(guò)程中，電流降到零起到完全恢復(fù)反向阻斷能力止的時(shí)間。9/5/202253五、電力二極管的主要類型:整流二極管： trr 5us，一般用于開(kāi)關(guān)頻率1KHz以下的整流電路（低頻、大容量）。正向電流定額和反向電壓定額可以達(dá)到很高，分別可達(dá)數(shù)千安和數(shù)千伏以上?？旎謴?fù)二極管：指反向恢復(fù)時(shí)間很短的二極管（ trr =幾十幾百ns）。一般用于高頻電路。 性能上可分為快速恢復(fù)和超快速恢復(fù)兩個(gè)等級(jí)。肖

22、特基二極管：反向恢復(fù)時(shí)間很短（ trr =1040ns） 正向壓降 較低，一般用于高頻、低電壓電路。 9/5/202254六、基本應(yīng)用整流續(xù)流限幅鉗位穩(wěn)壓9/5/202255本章內(nèi)容2.3 晶閘管（SCR）9/5/2022562. 3 晶閘管一、名稱晶閘管（Thyristor）可控硅（SCR）二、外形與符號(hào)螺栓式結(jié)構(gòu)(200A)9/5/202257三、SCR的工作原理內(nèi)部結(jié)構(gòu)：PNPN四層結(jié)構(gòu)；P1區(qū)引出陽(yáng)極A， P2區(qū)引出門極G， N2區(qū)引出陰極K；四個(gè)區(qū)形成三個(gè)PN結(jié)J1、J2、J3。9/5/202258三、SCR的工作原理（續(xù)）工作原理1、阻斷狀態(tài) A、K兩端承受正向電壓時(shí)：J2反偏阻斷

23、； A、K兩端承受反向電壓時(shí)：J1、J3反偏阻斷。2、導(dǎo)通原理SCR可看作是由P1N1P2和P2N2構(gòu)成的兩個(gè)晶體管T1、T2，如果外電路向門極注入驅(qū)動(dòng)電流IG，則：（1） IG iB2 IC2 IC1 (IA ) 形成正反饋 這表明：如果在SCR導(dǎo)通后撤除觸發(fā)脈沖IG ，那么由于SCR內(nèi)部正反饋的作用，SCR仍可能維持導(dǎo)通！9/5/202259三、SCR的工作原理（續(xù)）（2）按晶體管原理可得：其中： 1、2分別是晶體管T1、T2的共基極電流增益； ICBO1、ICBO2分別是晶體管T1、T2的共基極漏電流。上式表明：如果能使1+2趨近于1的話，流過(guò)晶閘管的電流IA（陽(yáng)極電流）將趨近于無(wú)窮大（

24、 這種情況下，IA實(shí)際上由外電路決定），實(shí)現(xiàn)飽和導(dǎo)通。實(shí)際上，一般在設(shè)計(jì)時(shí)，使將SCR的1+2 1.15，即SCR的1+2能夠達(dá)到大于1.15。9/5/202260三、SCR的工作原理（續(xù)）SCR導(dǎo)通的必要條件：使1+21晶體管的特征：低發(fā)射極電流下， 很??；發(fā)射極電流建立起來(lái)后， 迅速增大。阻斷狀態(tài)：IG=0，1+2很小。流過(guò)晶閘管的漏電流稍大于兩個(gè)晶體管漏電流之和。滿足上述條件的幾種情況：正向轉(zhuǎn)折導(dǎo)通：VAKJ2擊穿 IA 高溫導(dǎo)通 ：溫度 ICBO1、ICBO2 IA dVAK/dt導(dǎo)通 ： dVAK/dt iJ IA 上述幾種情況屬于非正常導(dǎo)通，應(yīng)該避免！門極觸發(fā)導(dǎo)通：注入IG IA

25、光注入導(dǎo)通 ：光照 ICBO1、ICBO2 IA 這兩種情況屬于正常導(dǎo)通9/5/202261三、SCR的工作原理（續(xù)）3、SCR的關(guān)斷 若要關(guān)斷已導(dǎo)通的SCR，可以通過(guò)外部條件使： IA (1+2) ，當(dāng)滿足(1+2) 0時(shí)，SCR便又恢復(fù)阻斷。 4、SCR的反向阻斷 當(dāng)A、K兩端加上反向電壓時(shí)，SCR處于反向阻斷狀態(tài)，已失去內(nèi)部正反饋?zhàn)饔?。這時(shí)門極加觸發(fā)脈沖只能增加SCR的反向漏電流。9/5/202262四、SCR的基本特性1、總結(jié)前面的工作原理，可以簡(jiǎn)單歸納SCR正常工作（導(dǎo)通/關(guān)斷）的特性：當(dāng)SCR承受反向陽(yáng)極電壓時(shí)，不論門是否有觸發(fā)電流，SCR均處于阻斷狀態(tài)。當(dāng)SCR承受正向陽(yáng)極電壓時(shí)

26、，僅在門極承受正向電壓（有觸發(fā)電流）的情況下SCR才能導(dǎo)通。SCR在導(dǎo)通后，只要有一定的維持導(dǎo)通的電流，不論門極電壓如何，SCR仍能導(dǎo)通。SCR在導(dǎo)通情況下，當(dāng)流過(guò)的電流減小到一定程度時(shí)，SCR恢復(fù)為阻斷。9/5/202263四、SCR的基本特性（續(xù)）2、SCR的伏安特性 VDSM: 正向不重復(fù) 峰值電壓 VRSM: 反向不重復(fù) 峰值電壓 IH ：維持電流 VBO: 轉(zhuǎn)折電壓9/5/202264（1）正向特性 IG=0時(shí)，器件兩端施加正向電壓，正向阻斷狀態(tài)，只有很小的正向漏電流流過(guò)，正向電壓超過(guò)臨界極限即正向轉(zhuǎn)折電壓Ubo，則漏電流急劇增大，器件開(kāi)通。隨著門極電流幅值的增大，正向轉(zhuǎn)折電壓降低。

27、導(dǎo)通后的晶閘管特性和二極管的正向特性相仿。晶閘管本身的壓降很小，在1V左右。導(dǎo)通期間，如果門極電流為零，并且陽(yáng)極電流降至接近于零的某一數(shù)值IH以下，則晶閘管又回到正向阻斷狀態(tài)。IH稱為維持電流。9/5/202265（2）反向特性晶閘管上施加反向電壓時(shí)，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(shí)，只有極小的反相漏電流流過(guò)。當(dāng)反向電壓超過(guò)一定限度，到反向擊穿電壓后，外電路如無(wú)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。9/5/202266四、SCR的基本特性（續(xù)）3、SCR的動(dòng)態(tài)特性9/5/202267（1）開(kāi)通過(guò)程延遲時(shí)間td：門極電流階躍時(shí)刻開(kāi)始，到陽(yáng)極電流上升到穩(wěn)態(tài)值的

28、10%的時(shí)間。上升時(shí)間tr：陽(yáng)極電流從10%上升到穩(wěn)態(tài)值的90%所需的時(shí)間。開(kāi)通時(shí)間tgt：tgt=td+ tr 普通晶閘管延遲時(shí)為0.51.5s，上升時(shí)間上升時(shí)間為0.53s。9/5/202268（2）關(guān)斷過(guò)程反向阻斷恢復(fù)時(shí)間trr：從正向電流降為零到反向恢復(fù)電流衰減至接近于零的時(shí)間。正向阻斷恢復(fù)時(shí)間tgr：晶閘管要恢復(fù)其對(duì)正向電壓的阻斷能力還需要一段時(shí)間。關(guān)斷時(shí)間tq： tq=trr+tgr 普通晶閘管的關(guān)斷時(shí)間約幾百微秒。9/5/202269五、SCR的主要參數(shù)1、SCR的電壓定額斷態(tài)（正向）重復(fù)峰值電壓 VDRM值：在門極開(kāi)路（IG=0）且額定結(jié)溫時(shí)，允許重復(fù)加在元件上的工頻正弦半波正

29、向峰值電壓。規(guī)定VDRM =80%VDSM（斷態(tài)）反向重復(fù)峰值電壓 VRRM值：在門極開(kāi)路（IG=0）且額定結(jié)溫時(shí)，允許重復(fù)加在元件上的工頻正弦半波反向峰值電壓。規(guī)定VRRM =80% VRSM額定電壓VR值： 定義VR =MIN（ VDRM ，VRRM） 選用時(shí)，額定電壓要留有一定裕量,一般取額定電壓為正常工作時(shí)晶閘管所承受峰值電壓23倍。通態(tài)（峰值）電壓 VTM值： SCR中流過(guò)某一規(guī)定倍數(shù)（如倍）額定通態(tài)平均電流時(shí)的管壓降峰值。9/5/202270五、SCR的主要參數(shù)（續(xù)）2、SCR的電流定額額定電流 IR（或IAV）：晶閘管在環(huán)境溫度為40C和規(guī)定的冷卻狀態(tài)下，穩(wěn)定結(jié)溫不超過(guò)額定結(jié)溫時(shí)

30、所允許流過(guò)的最大工頻正弦半波電流的平均值。標(biāo)稱其額定電流的參數(shù)。9/5/202271五、SCR的主要參數(shù)（續(xù)）正弦半波的有效值（均方根值）為 ：由（2-7）、（2-8）得到有效值為 ：使用時(shí)應(yīng)按實(shí)際電流與通態(tài)平均電流有效值相等的原則來(lái)選取晶閘管。應(yīng)留一定的裕量，一般取1.52倍。9/5/202272五、SCR的主要參數(shù)（續(xù)）浪涌電流 ITSM：結(jié)溫為額定值時(shí)，晶閘管在規(guī)定的極短時(shí)間內(nèi)（工頻正弦波半周期內(nèi)）晶閘管能承受的最大過(guò)載電流值。（通常為 4IAV或更多） 浪涌次數(shù)有一定限制，不可重復(fù)出現(xiàn)。維持電流 IH ：在室溫和門極開(kāi)路時(shí)，SCR從較大通態(tài)電流降至維持通態(tài)所需要的最小通態(tài)電流。 IH一

31、般為幾十到幾百毫安，與結(jié)溫有關(guān)。結(jié)溫越高，則IH越小。擎住電流 IL ：SCR經(jīng)觸發(fā)從斷態(tài)變換到通態(tài)之后立即撤除觸發(fā)信號(hào)，在此情況下SCR要維持通態(tài)所需要的最小通態(tài)電流。 對(duì)同一晶閘管來(lái)說(shuō)，通常IL約為IH的24倍。9/5/202273五、SCR的主要參數(shù)（續(xù)）3、動(dòng)態(tài)參數(shù)斷態(tài)電壓臨界上升率 dv/dt：在規(guī)定的條件下（門極開(kāi)路且額定結(jié)溫），不會(huì)導(dǎo)致從斷態(tài)到通態(tài)轉(zhuǎn)換的最大陽(yáng)極電壓上升率。 過(guò)大的 dv/dt 下會(huì)引起誤導(dǎo)通通態(tài)電流臨界上升率 di/dt：在規(guī)定的條件下，晶閘管能夠承受而不致?lián)p害的通態(tài)電流的最大上升率。 過(guò)大的 di/dt 可使晶閘管內(nèi)部局部過(guò)熱而損壞9/5/202274課 堂

32、思 考 （一）調(diào)試如圖所示晶閘管電路，在斷開(kāi)Rd 測(cè)量輸出電壓Vd是否正確可調(diào)時(shí)，發(fā)現(xiàn)電壓表V讀數(shù)不正常，接上Rd 后一切正常，為什么？（觸發(fā)脈沖始終正常工作）9/5/202275課 堂 思 考 （二）通過(guò)SCR的電流波形如圖所示，Im300A試選取SCR的IAV解：電流有效值9/5/202276六、晶閘管家族的其它器件1、快速晶閘管（KK、FST）包括所有專為快速應(yīng)用而設(shè)計(jì)的晶閘管，有快速晶閘管和高頻晶閘管。管芯結(jié)構(gòu)和制造工藝進(jìn)行了改進(jìn)，開(kāi)關(guān)時(shí)間以及du/dt和di/dt耐量都有明顯改善。普通晶閘管關(guān)斷時(shí)間數(shù)百微秒，快速晶閘管數(shù)十微秒，高頻晶閘管10s左右。高頻晶閘管的不足在于其電壓和電流定

33、額都不易做高。由于工作頻率較高，選擇通態(tài)平均電流時(shí)不能忽略其開(kāi)關(guān)損耗的發(fā)熱效應(yīng)。9/5/202277六、晶閘管家族的其它器件（續(xù)）2、逆導(dǎo)型晶閘管RCT（Reverse Conducting Thyristor）RCT主要用于逆變電路和斬波電路中 將晶閘管反并聯(lián)一個(gè)二極管制作在同一管芯上的功率集成器件。 具有正向壓降小、關(guān)斷時(shí)間短、高溫特性好、額定結(jié)溫高等優(yōu)點(diǎn)。 逆導(dǎo)晶閘管的額定電流有兩個(gè)，一個(gè)是晶閘管電流，一個(gè)是反并聯(lián)二極管的電流。9/5/202278六、晶閘管家族的其它器件（續(xù)）3、雙向晶閘管TRIAC（Bi - directional Thyristor）TRIAC主要用于交流電力控制電

34、路，如交流調(diào)壓、交流調(diào)功電路。正反兩方向均可觸發(fā)導(dǎo)通，所以雙向晶閘管在第和第III象限有對(duì)稱的伏安特性。通常用在交流電路中，因此不用平均值而用有效值來(lái)表示其額定電流值。9/5/202279六、晶閘管家族的其它器件（續(xù)）4、光控晶閘管LCT觸發(fā)信號(hào)：激光脈沖光觸發(fā)保證了主電路與控制電路之間的絕緣，且可避免電磁干擾的影響，因此目前在高壓大功率的場(chǎng)合，如高壓直流輸電和高壓核聚變裝置中，占據(jù)重要的地位。9/5/202280第三章 相控整流電路9/5/202281要求及重點(diǎn)要求：理解和掌握單相橋式、三相半波、三相橋式等整流電路的電路結(jié)構(gòu)、工作原理/波形分析和電量計(jì)算。重點(diǎn)：波形分析和基本電量計(jì)算的方法。

35、難點(diǎn)：不同負(fù)載對(duì)工況的影響、整流器交流側(cè)電抗對(duì)整流電路的影響9/5/202282本章內(nèi)容3.1 概 述3.2 單相全控整流電路3.3 單相橋式半控整流電路3.4 三相半波可控整流電路3.5 三相橋式全控整流電路3.6 三相橋式半控整流電路3.7 整流器交流側(cè)電抗對(duì)換流(相)的影響9/5/2022833. 1 概 述一、整流電路的分類1、按組成電路的器件分類不可控整流電路： 電路完全由不可控器件組成。 整流輸出電壓（平均值）大小和極性不可變。半控整流電路： 電路由不可控器件和可控器件組成。 整流輸出電壓（平均值）大小可調(diào)、極性不能改變。全控整流電路： 電路完全由可控器件組成。 整流輸出電壓（平均

36、值）大小和極性都可變。整流電路：出現(xiàn)最早的電力電子電路，將交流電變?yōu)橹绷麟姟?/5/202284整流電路的分類（續(xù)）2、按電路結(jié)構(gòu)分類橋式電路（又稱全波電路或雙拍電路）零式電路（又稱半波電路或單拍電路）3、按交流輸入相數(shù)分類單相電路多相電路 4、按控制方式分類相控式電路斬控式電路9/5/202285二、可控整流電路的組成主電路交流電源：工頻電網(wǎng)或整流變壓器濾波器：為保證電流連續(xù)負(fù)載：阻性負(fù)載、阻感負(fù)載、反電勢(shì)負(fù)載等控制電路：模擬控制、數(shù)字控制9/5/202286三、對(duì)整流電路的基本技術(shù)要求1、輸出電壓的可調(diào)范圍要大，脈動(dòng)要??；2、交流電源功率因數(shù)要高，諧波電流要小 ；3、器件導(dǎo)電時(shí)間要盡可能長(zhǎng)

37、，承受正反向電壓要低；4、變壓器利用率要高，盡量防止直流磁化 。四、按理想條件來(lái)研究整流電路理想電力電子器件：正向?qū)〞r(shí)阻抗為零，斷態(tài)時(shí)阻抗為無(wú)窮大；理想電源：整流電路的交流輸入電壓為對(duì)稱、無(wú)畸變的正弦波。 9/5/202287五、本章分析方法要點(diǎn)及數(shù)學(xué)基礎(chǔ)1、分析方法要點(diǎn)（1）根據(jù)SCR的導(dǎo)通/關(guān)斷條件，確定其導(dǎo)通時(shí)刻、關(guān)斷時(shí)刻，繪出整流輸出電壓和電流波形，由此可進(jìn)一步繪出有關(guān)器件上的電壓和電流波形；（2）應(yīng)用電工基礎(chǔ)中的平均值、有效值概念，推導(dǎo)出上述波形隨控制角變化的數(shù)學(xué)表達(dá)式。2、數(shù)學(xué)基礎(chǔ)9/5/202288六、可控整流電路的基本概念單相半波可控整流電路控制角 ：從晶閘管開(kāi)始承受正向電壓

38、到被觸發(fā)導(dǎo)通這一角度。導(dǎo)通角 ：晶閘管在一個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通的電角度。移相：改變控制角的大小，即改變觸發(fā)脈沖的出現(xiàn)時(shí)刻（相位）。移相控制：通過(guò)控制觸發(fā)脈沖的相位來(lái)控制直流輸出電壓大小的控制方式。移相范圍：控制角的允許調(diào)節(jié)范圍。同步：觸發(fā)脈沖信號(hào)和晶閘管電壓（即電源電壓）在頻率和相位上的協(xié)調(diào)配合關(guān)系。換相（換流 ）：電流從含有變流元件的一個(gè)支路轉(zhuǎn)移到另一個(gè)支路的過(guò)程 。自然換相點(diǎn)：當(dāng)電路中的可控元件全部由不可控元件代替時(shí)，各元件的導(dǎo)電轉(zhuǎn)換點(diǎn)。僅在交流正半周輸出電壓，所以叫半波整流單相輸入，所以叫單相整流。輸出電壓可通過(guò)調(diào)節(jié)進(jìn)行控制，所以叫可控整流。單相半波可控整流9/5/202289整流電路的基本概念

39、（續(xù)）控制角 從晶閘管開(kāi)始承受正向電壓到被觸發(fā)導(dǎo)通這一角度。導(dǎo)通角 晶閘管在一個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通的電角度。移相改變控制角的大小，即改變觸發(fā)脈沖的出現(xiàn)時(shí)刻（相位）。移相控制通過(guò)控制觸發(fā)脈沖的相位來(lái)控制直流輸出電壓大小的控制方式。9/5/202290整流電路的基本概念（續(xù)）移相范圍控制角的允許調(diào)節(jié)范圍。同步觸發(fā)脈沖信號(hào)和晶閘管電壓（即電源電壓）在頻率和相位上的協(xié)調(diào)配合關(guān)系。換相（換流 ）電流從含有變流元件的一個(gè)支路轉(zhuǎn)移到另一個(gè)支路的過(guò)程 。自然換相點(diǎn)當(dāng)電路中的可控元件全部由不可控元件代替時(shí)，各元件的導(dǎo)電轉(zhuǎn)換點(diǎn)。9/5/202291例題 3-1單相半波可控整流電路，電阻性負(fù)載。交流電源220伏，要求輸出直

40、流平均電壓50伏，最大輸出直流平均電流20安。計(jì)算（1）晶閘管的控制角，（2）電流有效值，（3）負(fù)載的功率因數(shù)，（4）選擇晶閘管。 解：（1）控制角9/5/202292例題 3-1（續(xù)）解：（2）電流有效值 （3）功率因數(shù) （4）晶閘管定額 UT=(23)1.414 220=620930V 可選KP50-7型元件，電壓等級(jí)7，即額定電壓700伏、額定通態(tài)平均電流50安的器件。 9/5/202293本章內(nèi)容3.1 概 述3.2 單相全控整流電路3.3 單相橋式半控整流電路3.4 三相半波可控整流電路3.5 三相橋式全控整流電路3.6 三相橋式半控整流電路3.7 整流器交流側(cè)電抗對(duì)換流(相)的影響

41、9/5/2022943 . 2 單相橋式全控整流電路一、電阻負(fù)載（R負(fù)載）（一）工作原理/波形分析（1）T1和T4組成一對(duì)橋臂，在u2正半周承受電壓u2，得到觸發(fā)脈沖即導(dǎo)通，當(dāng)u2過(guò)零時(shí)關(guān)斷。（2）T2和T3組成另一對(duì)橋臂，在u2負(fù)半周承受電壓-u2，得到觸發(fā)脈沖即導(dǎo)通，當(dāng)u2過(guò)零時(shí)關(guān)斷。移相范圍 0 1809/5/202295（二）單相全控橋電路（R負(fù)載）電量計(jì)算1、輸出平均電壓 Ud移相范圍 0 1802、輸出平均電流 Id3、SCR平均電流 IdT = Id / 29/5/2022964、負(fù)載電壓有效值 U5、變壓器副邊繞組電流有效值 I26、流過(guò)晶閘管的電流有效值7、功率因數(shù) cos

42、9/5/202297二、電感性負(fù)載（R、L負(fù)載）（一）工作原理/波形分析為便于討論，假設(shè)（1）電路已工作于穩(wěn)態(tài)，id的平均值不變；（2）負(fù)載電感很大，負(fù)載電流id連續(xù)且波形近似為一水平線。u2過(guò)零變負(fù)時(shí)，由于電感的作用晶閘管T1和T4中仍流過(guò)電流id，并不關(guān)斷。至t=+a 時(shí)刻，給T2和T3加觸發(fā)脈沖，因T2和T3本已承受正電壓，故兩管導(dǎo)通。T2和T3導(dǎo)通后，u2通過(guò)T2和T3分別向T1和T4施加反壓使T1和T4關(guān)斷，流過(guò)T1和T4的電流迅速轉(zhuǎn)移到T2和T3上，此過(guò)程稱換相，亦稱換流。移相范圍 0 909/5/202298（二）單相全控橋電路（R-L負(fù)載）電量計(jì)算1、輸出平均電壓 Ud移相范圍

43、 0 902、輸出平均電流 Id9/5/202299（二）單相全控橋電路（R-L負(fù)載）電量計(jì)算（續(xù)）3、流過(guò)晶閘管的平均電流 IdT = Id / 24、流過(guò)晶閘管的電流有效值 5、變壓器副邊繞組電流有效值 9/5/2022100（三）電流斷續(xù)時(shí)特性分析1、負(fù)載電流斷續(xù)時(shí)整流電壓、電流波形 電流斷續(xù)時(shí)、的關(guān)系： 越大， 越小 越大， 越大負(fù)載阻抗角 =arctan L/R 電流斷續(xù)電流連續(xù)9/5/2022101三、反電勢(shì)負(fù)載（R、E負(fù)載）（一）工作原理/波形分析電流連續(xù)電流斷續(xù)在|u2|E時(shí)，才有晶閘管承受正電壓，有導(dǎo)通的可能。導(dǎo)通之后， ud=u2，直至|u2|=E，id即降至0使得晶閘管關(guān)

44、斷，此后ud=E 。 與電阻負(fù)載時(shí)相比，晶閘管提前了電角度停止導(dǎo)電，稱為停止導(dǎo)電角。在角相同時(shí)，整流輸出電壓比電阻負(fù)載時(shí)大。當(dāng) d時(shí)，SCR從時(shí)刻開(kāi)始導(dǎo)通；當(dāng) 時(shí) 30的工作情況電壓電流波形斷續(xù)各晶閘管導(dǎo)電時(shí)間=1500-，小于1200 9/5/2022123（二）電量計(jì)算（R負(fù)載）1、0 30 輸出電壓平均值2、30 150 9/5/2022124（二）電量計(jì)算（R負(fù)載）（續(xù)）3、負(fù)載電流平均值：Id=Ud/R4、晶閘管承受的最大反向電壓，為變壓器二次線電壓峰值，即5、晶閘管承受的最大正向電壓等于變壓器二次相電壓的峰值，即 6、移相范圍： =0 1509/5/2022125二、阻感性負(fù)載（

45、R 、L負(fù)載）假定電感很大，id平直。（一）工作原理/波形分析 1、 30后，相對(duì)大電感負(fù)載ud中負(fù)的部分減少， Ud略為增加，Ud/U2與的關(guān)系將介于曲線1和2之間。9/5/2022130四、三相半波可控整流電路的優(yōu)、缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：接線和控制簡(jiǎn)單 。缺點(diǎn)變壓器副邊電流中含有直流分量，容易出現(xiàn)直流磁化現(xiàn)象，引起附加損耗 ；變壓器利用率低（每相繞阻的最長(zhǎng)導(dǎo)電時(shí)間只有三分之一周期）；零線上通過(guò)較大的負(fù)載電流。應(yīng)用場(chǎng)合：中等偏小功率的設(shè)備上。 9/5/2022131本章內(nèi)容3.1 概 述3.2 單相全控整流電路3.3 單相橋式半控整流電路3.4 三相半波可控整流電路3.5 三相橋式全控整流電路3.6 三

46、相橋式半控整流電路3.7 整流器交流側(cè)電抗對(duì)換流(相)的影響9/5/20221323.5 三相橋式全控整流電路結(jié)構(gòu)：共陰極半波+共陽(yáng)極半波共陰極組陰極連接在一起的3個(gè)晶閘管（T1，T3，T5）共陽(yáng)極組陽(yáng)極連接在一起的3個(gè)晶閘管(T4，T6，T2)導(dǎo)通順序：T6 、T1 T1 、T2 T2 、T3 T3 、T4 T4 、T5 T5 、T69/5/2022133一、三相橋式全控整流電路（R、L負(fù)載）假定電感很大，id平直。（一）工作原理/波形分析：1、 = 0移相范圍 0 909/5/2022134三相橋式全控整流電路（R、L負(fù)載） （續(xù)）2、 = 30 3、 = 60 9/5/2022135三相

47、橋式全控整流電路（R、L負(fù)載） （續(xù)）4、 = 909/5/2022136（二）三相橋式全控整流電路的特點(diǎn)1、需要兩個(gè)管同時(shí)導(dǎo)通才能形成供電回路，共陰極組和共陽(yáng)極組各一個(gè)，且不能為同一相器件。2、對(duì)觸發(fā)脈沖的要求：（1）按T1-T2-T3-T4-T5-T6的順序觸發(fā)，相位依次差60。（2）共陰極組T1、T3、T5的脈沖依次差120，共陽(yáng)極組 T4、T6、T2也依次差120。（3）同一相的上下兩個(gè)橋臂，即T1與T4，T3與T6，T5與T2， 脈沖相差180。3、一周期內(nèi)ud脈動(dòng)6次，每次脈動(dòng)的波形都一樣，故該電路為6脈波整流電路。9/5/20221374、為確保電路正常工作，要求同時(shí)導(dǎo)通的2個(gè)晶

48、閘管均有脈沖，否則在電路合閘起動(dòng)過(guò)程中或電流斷續(xù)時(shí)，電路將不能正常工作。 可采用兩種方法使2個(gè)晶閘管均有脈沖： （1）寬脈沖觸發(fā) （2）雙窄脈沖觸發(fā)（常用）圖（a）變壓器副邊 三相電壓波形圖（b）寬脈沖觸發(fā) （脈寬 60 )圖（c）雙窄脈沖觸發(fā)9/5/2022138（三）電量計(jì)算（R、L負(fù)載）1、整流電壓 Ud2、變壓器副邊電流 有效值I29/5/2022139二、三相橋式全控整流電路（R負(fù)載）（一）工作原理/波形分析（a） = 60 （b） 60 120移相范圍 0 1209/5/2022140（二）電量計(jì)算（R負(fù)載）1、整流電壓 Ud 0 60 60 120 9/5/2022141三、三相

49、橋式全控整流電路（反電勢(shì)負(fù)載）三相橋式全控整流電路接反電勢(shì)阻感負(fù)載時(shí)，在負(fù)載電感足夠大足以使負(fù)載電流連續(xù)的情況下，電路工作情況與電感性負(fù)載時(shí)相似，電路中各處電壓、電流波形均相同，僅在計(jì)算Id時(shí)有所不同，接反電勢(shì)阻感負(fù)載時(shí)的Id為：式中R和E分別為負(fù)載中的電阻值和反電動(dòng)勢(shì)的值。9/5/2022142優(yōu)點(diǎn)：六脈波電路，輸出電壓脈動(dòng)更??；變壓器繞組無(wú)直流磁勢(shì)；變壓器繞組正負(fù)半周都工作，效率高。四、三相橋式全控整流電路的優(yōu)點(diǎn)9/5/2022143例題 3-3圖例3-3 的三相橋式整流電路，三相電壓對(duì)稱， 設(shè)濾波電抗非常大，輸出電流連續(xù)，若快速熔斷器F1熔斷，試?yán)L出輸出電壓ud的波形，并寫出電流Id的計(jì)

50、算式，交流電源的內(nèi)阻抗不計(jì)。 9/5/2022144例題 3-3（續(xù)）解：（1）交流側(cè)阻抗不計(jì)，三相電源對(duì)稱，故而是理想換相。在無(wú)故障條件下，輸出電壓波形應(yīng)當(dāng)是線電壓在正半周的包絡(luò)線。當(dāng)F1熔斷后，輸出電壓不應(yīng)出現(xiàn)uab、uac的波形，即在t1時(shí)D1不能導(dǎo)通，D5，D6繼續(xù)導(dǎo)通輸出ucb，在t2時(shí)也不能換到uac，但恰值此時(shí)，ubc0，負(fù)載電流自然換相到D3、D2去，輸出ubc，其他幾個(gè)階段按正常換相。根據(jù)以上分析，可得出故障條件下輸出波形如圖例3-3（b）所示。 （2）設(shè)整流器交流側(cè)相電壓為U2，將故障下輸出波形和三相橋式整流電路在正常運(yùn)行情況下和時(shí)的輸出波形相比較可知，輸出由四個(gè)時(shí)的波頭和

51、兩個(gè)時(shí)的波頭組成，因此計(jì)算可以簡(jiǎn)化為：9/5/20221453. 7 整流器交流側(cè)電抗對(duì)換流(相)的影響考慮包括變壓器漏感在內(nèi)的交流側(cè)電感的影響，該漏感可用一個(gè)集中的電感LB表示。一、換相過(guò)程分析（以三相半波為例）1、T1換相至T2的過(guò)程：因a、b兩相均有漏感, 故ia、ib均不能突變。當(dāng)ik增大到等于Id時(shí)， ia=0，T1關(guān)斷,換流過(guò)程結(jié)束。于是T1和T2同時(shí)導(dǎo)通，相當(dāng)于將a、b兩相短路，在兩相組成的回路中產(chǎn)生環(huán)流ik， ib=ik 是逐漸增大的，而ia=Id-ik是逐漸減小的?？紤]變壓器漏感時(shí)的三相半波可控整流電路及波形換相重疊角 ：換相過(guò)程所需的時(shí)間T1換相至T2的過(guò)程9/5/2022

52、1462、相關(guān)概念（術(shù)語(yǔ)）換相過(guò)程：Id 0 或 0 Id換相重疊角 ：換相過(guò)程所對(duì)應(yīng)的相角換相電壓：換相過(guò)程中兩相間電位差瞬時(shí)值 uba = ub - ua3、換相電壓的作用：強(qiáng)制導(dǎo)通元件中的電流下降為零；保證退出導(dǎo)通的元件恢復(fù)阻斷能力。9/5/20221474、重迭對(duì)輸出波形的影響換相過(guò)程中，整流電壓的瞬時(shí)值與 = 0時(shí)相比，產(chǎn)生了換相壓降 Ud9/5/2022148二、換相壓降的計(jì)算 對(duì)于單相全控橋，環(huán)流ik是從0變?yōu)?Id，所以必須用 2Id 代替 Id 式中符號(hào)定義見(jiàn)下頁(yè)整流輸出電壓的平均值9/5/2022149二、換相壓降的計(jì)算（續(xù)）符號(hào)定義:m 輸出電壓在一個(gè)周期的波頭數(shù)。xB

53、整流電路交流側(cè)每相電抗值（主要是變壓器漏抗）U2 變壓器二次繞組額定相電壓I2 變壓器二次繞組額定相電流（星接）uK% 變壓器的短路電壓比9/5/2022150三、考慮 時(shí)的整流器輸出特性輸出電壓的平均值 Ud整流電路的輸出特性如右圖所示9/5/2022151四、換相重疊角 的計(jì)算m 輸出電壓在一個(gè)周期的波頭數(shù)。 對(duì)于單相全控橋，環(huán)流ik是從0變?yōu)?Id，所以必須用 2Id 代替 Id 對(duì)于三相全控橋，它相當(dāng)于相電壓為 的6脈波整流電路，所以必須用 線電壓（即 ）代替9/5/2022152各種整流電路換相壓降和換相重疊角的計(jì)算電路形式單相全波單相全控橋三相半波三相全控橋m脈波整流電路 注：?jiǎn)蜗嗳貥螂娐分?，環(huán)流i