晶闸管及其基本1

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1、第10章晶闸管及其基本电路掌握晶闸管的基本工作原理,特性和主要参数的含义;掌握几种单相和三相可控整流电路的工作原理及其在不同性质负载下的工作特点;熟悉逆变器的基本工作原理,用途和控制;了解晶闸管工作时对触发电路的要求.10.1电力电子元件1.晶闸管(SCR)1)晶闸管的结构和特号3个PN结的四层三端元件2)晶闸管的工作原理将晶闸管等效地看成是两只晶体管的组合:一只为PNP型晶体管,另一只为NPN型晶体管.中间的PN结为两管共用.在A-K和G-K之间加上正向电压,会形成强烈的正反馈,循环下去,晶闸管就导通了.思考题:什么是闸流特性?3)晶闸管的伏安特性(1)伏安特

2、性:晶闸管阳极电压与阳极电流的关系曲线.(2)伏安特性上几个点:正向转折电压UBO(正向不重复峰值电压UDSM);正向重复峰值电压UDRM;UDRM约为UBO的80%.4)晶闸管的主要参数(1)额定电压---正向或反向重复峰值电压UDRM或URRM它的值是伏安特性中正反向转折电压的80%.一般选择额定电压为晶闸管在电路中承受的正常峰值电压的2倍.(2)额定电流----通态平均电流IT晶闸管额定电流是指环境温度40度,规定的冷却条件下,电阻性负载,单相正弦半波电流的平均值.有效值引入波形系数K=Ie/IT;在这里K=1.57(3)维持电流IH----晶闸管流过的电

3、流小于维持电流会自动关断.2)新型电力电子元件简介(1)双向晶闸管(TRIAC)(2)可关断晶闸管(GTO)(3)功率晶体管GTR(4)绝缘栅双极型晶体管IGBT10.2单相可控整流电路按交流电源的相数,电路的结构,负载的性质有不同的形式.1.单相半波可控整流电流.1)电阻性负载(1)自然换向点:阳极电压由正变负的过零点.在该点,二极管自然导通.(2)控制角(移相角,滞后角)触发脉冲发出的时刻与自然换向点之间的夹角.(3)导通角(4)输出电压平均值U2为变压器二次侧电压有效值(5)输出电流Id=Ud/R2)电感性负载(1)特点:电感具有阻碍电流变化的作用.当阳极

4、电压(电源电压)过零变负时,一段时间,电感电压大于电源电压,加在晶闸管上的电压仍为正,继续维持导通.输出电压就是电源电压的包络线.于是有:输出电压出现负值,使输出平均电压降低;晶闸管由正变负时不能关断而失控.(2)解决方法:反向并联续流二极管.而负载电流Id=Ud/R3)续流二极管的作用接续流二极管后,输出电压波形和计算式同电阻负载;而输出电流波形有不同.流过晶闸管的电流平均值流过续流二极管的电流平均值:例:单相半波可控整流电路带电阻负载,已知:U2=220V,输出直流电压50V,输出直流电流20A.求(1)晶闸管的控制角;(2)电流有效值;(3)选用晶闸管解;

5、(1)得(2)电流有效值K值查表得来(3)晶闸管允许的电流平均值额定电压选KP-50/7002.单相桥式可控整流电路1)单相半控桥(1)电阻性负载(2)电感性负载带续流二极管流过晶闸管的平均电流:流过续流二极管的平均电流:电感性负载单相半控桥带电感性负载的另一种接线晶闸管既不是共阴极组接法,也不是共阳极组接法.这种接线可以省去续流二极管.(3)反电势负载如直流电动机的电枢;蓄电池.特点:只有输出电压大于反电势时才有电流输出.晶闸管导电时间短,电流大,一般要串电抗器来平滑电流的脉动.输出平均电流10.3三相可控整流电路整流变压器一次侧接成三角形,提供三次和三的倍数

6、次谐波的通路.1.三相半波可控整流电路1)电阻性负载控制角小于或等于30度时的输出电压:式中U2为二次侧相电压晶闸管元件在电路中承受的最高电压为线电压峰值,即思考题;A相的自然换向点在哪儿?2)电感性负载(1)输出电压出现负值;(2)如果电感足够大,输出电流脉动小,电流波形近似一条水平线.电感性负载带续流二极管(1)输出电压波形,电压平均值与控制角的关系同电阻性负载;(2)负载电流波形同电感性负载.2.三相桥式全控整流电路电阻性负载电流连续时的输出电压10.4逆变器直流---交流称整流;交流---直流称逆变既能整流,又能逆变的为变流器.逆变后的交流返回电网的称有

7、源逆变;供给负载的称无源逆变.1.有源逆变电路1)整流状态电路主要工作在交流电源的正半波,.电动机电枢电流由高电位流向低电位,是负载,电动机吸收电能工作于电动状态.2)逆变状态电路主要工作在交流电源的负半波,电动机电枢电流由低电位流向高电位,是电源,电动机输出能量工作于发电状态.3)实现有源逆变的条件有对晶闸管元件施加正向电压的直流电源;控制角大于90度.4)逆变角为了计算方便,引入逆变角.逆变角的变化范围:5)有源逆变的工业应用:高压直流输电;三相线绕式异步电动机串级调速.整流状态逆变状态2.无源逆变电路1)无源逆变电路的工作原理单相晶闸管桥式逆变器电路如右图

8、.若1,4导通,输出为正