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1,电力电子技术,电子教案,2,电子教案部分,3,目录,绪论第1章电力电子器件第2章整流电路第3章逆变电路及应用第4章晶闸管触发电路第5章交流调压电路与直流变换电路第6章电力电子器件的实际应用及技术开发,4,可控整流电路,整流电路,单相,单相半波单相桥式,三相,三相半波三相桥式双反星形,负载性质电阻性电感性反电势性,5,第2章单相可控整流电路用晶闸管组成的可控整流电路，可以很方便地把交流电变成大小可调的直流电，且具有体积小、重量轻、效率高以及控制灵敏等优点。,2-1,单相可控整流电路,2-2,三相可控整流电路,2-3,带平衡电抗器的双反星型可控整流电路,返回,2-4,2-5,整流电路的换相压降与外特性,整流电路的计算与保护,6,2-1-1单相半波可控整流电路1.电阻性负载,VT导通时，udu2,截止时ud0,工作原理,,ud,u2,a,q,a控制角，即晶闸管承受正压到触发导通之间的电角度。,q导通角，即晶闸管在一个周期内导通的电角度。,数量关系,10,有一单相半波可控流电路，负载电阻为10Ω，直接接到交流电源220V，要求控制角从1800可移相。求控制角α60时，电压表、电流表读数，及此时的电路功率因数。如导线电流密度取j6A/mm，计算导线截面。计算Rd的功率。电压电流考虑2倍裕量，选择晶闸管元件。,,例,11,,求负载端直流电压、电流计算导线截面、电阻功率、选择晶闸管，考虑电流的最大值，取α0,,12,,,,额定电压应选700V,额定电流应选20A，即晶闸管的型号为KP-20-7,负载端功率,选择晶闸管,额定电压,额定电流,13,2、电感性负载,整流电路直流负载的感抗Ld和电阻Rd的大小相比不可忽略时，这种负载称为电感性负载。,工作原理,u2,返回,14,2-1-3单相桥式整流电路,,单相半控桥单相全控桥,,15,,,,Rd,共阴极连接的晶闸管,共阳极连接的二极管,单相半控桥阻性负载,工作过程,数量关系,VT1、VT2具有单向可控导电性，VD1、VD2具有单向导电性，不具有可控性，因此将此电路称为单相半控桥。,数量关系,,,共阳极连接的二极管,一、电路图,工作过程,共阴极连接的晶闸管,图2--14,,单相半控桥感性负载,18,二、工作原理,1、当u2电压在正半周，控制角为α时，触发晶闸管VT1导通，负载电流id经VT1、VD2流通，电感储存能量，产生上正下负的自感电动势。2、u2电压下降到零开始变负时，电感由储存能量变为释放能量，产生上负下正的自感电动势，维持电流流通，VT1将继续到通，同时VD2关断、VD1导通，负载端电压为0。,,VT1、VD2导通,VT1、VD1导通,,,19,二、工作原理,3、当u2为负半周且控制角为α时，触发VT2导通，负载电流id经VT2、VD1流通，电感由释放能量变成储存能量，负载端电压uduba-u2。4、u2电压由负变正过零时，电感由储存能量变为释放能量，产生上负下正的自感电动势，维持电流流通，VT2将继续到通，同时VD1关断、VD2导通，负载端电压为0。,VT2、VD1导通,,VT2、VD2导通,,20,结论,1.晶闸管在触发时刻换流，二极管在电源电压过零时刻换流。2.对于单向半控桥感性负载，负载端的电压波形如右图。根据波形得,,,,Ud0.9U21cosα/2,21,结论,3.单相半控桥感性负载，负载端电压波形与阻性负载完全相同，即单相半控桥感性负载本身具有续流作用。4.在实际使用的过程中，单相半控桥感性负载容易产生失控现象。,22,当突然把控制角增大到180或突然切断触发电路时，会发生正在导通的晶闸管一直导通而两个二极管轮流导通的现象。,三、失控现象,失控工作过程,23,有一大电感负载采用单相半控桥式有续流二极管的整流电路供电，负载电阻为5Ω，输入电压220v，晶闸管的控制角α60，求流过晶闸管、二极管的电流平均值和有效值。解负载端输出的电压平均值Ud0.9U21COSα/2149V,例,24,负载端电流平均值IdUd/Rd149/530A一周期内晶闸管得导通角θ180-α180-60120一周期内二极管得导通角θD2α120,例,25,则电流平均值及有效值为,例,返回,26,单相全控桥,,,VT1.VT4导通,,VT2.VT3导通,阻性负载,工作过程,27,结论,感性负载,工作过程,28,90波形断续,,,结论,90波形连续,返回,29,反电动势负载,演示,返回,30,三相桥式全控整流电路,2-2三相可控整流电路,2-2-1,三相半波可控整流电路,三相桥式半控整流电路,整流电路的换相压降,返回,2-2-2,2-2-3,2-2-4,31,三相电压介绍,,,,原边△形接法,副边Y形接法,b,c,a,三相半波可控整流电路，对脉冲要求，一个周期需三个脉冲，相邻脉冲间隔120。,2-2-1三相半波可控整流电路,,,,自然换相点，定义为0,结论三相半波距离坐标原点为30,阻性负载,33,结论,＞30时，负载端电压波形是断续的,,0＜≤30时，负载端电压波形是连续的,34,晶闸管两端电压波形的确定,演示,数量关系,36,感性负载,,演示,37,结论,返回,38,2-2-2三相桥式全控整流电路,,,,39,阻性负载,1、三相桥式全控整流电路每个时刻必须有两个晶闸管导通，才能构成电流通路。其中共阳极组和共阴极组各有一个晶闸管导通。本组内每隔换流一次，共阴极组与共阳极组件间隔换流一次。同组内晶闸管的触发脉冲相位差为，而同一桥臂上的晶闸管的触发脉冲相位差为。,40,2、为了保证整流电路启动时或电流断续后能再次导通，要求共阴极和共阳极组各有一个管子导通，则必须对两组中的一对晶闸管同时给触发脉冲，因此可采用宽脉冲和双窄脉冲。,阻性负载,41,,负载端要有电压，需共阳极组和共阴极组不同相的两个管子同时导通。,2-2-2三相桥式全控整流电路,,如何保证VT1、VT4同时导通，一般对此电路采用双窄脉冲，即,演示,假设VT1、VT4同时导通，则负载端电压uduab.,43,数量关系,44,①移相范围0～90。②≤90时，负载端电压连续Ud2.34U2cosα③三相全控桥负载端电压为线电压，晶闸管承受的最大电压为。,结论,返回,45,2-2-3三相桥式半控整流电路,一、阻性负载a60，负载端电压波形连续当α〉60时，负载端电压波形断续二、电感性负载与单相半控桥式整流电路一样，桥内二极管有续流作用，因此在带电感性负载时，输出波形与带电阻性负载时一样，不会出现负电压。为避免失控现象，负载端要接续流二极管。,,46,控制角α30,负载断电压波形连续，一个周期有6个波头。,三相半控桥整流电路阻性负载,47,控制角α120,控制角α60,当控制角α≥60时，负载端电压波形在一个周期内只有三个波头且电压波形由连续变成断续。,,,48,三相半控桥式整流电路与三相全控桥式整流电路的比较,三相全控桥式整流电路能工作于有源逆变状态，而三相半控桥式整流电路只能作可控整流，不能工作于逆变状态。三相全控桥式整流电路输出电压脉动小，基波频率为300HZ,比三相半控桥式整流电路高一倍。三相半控桥式整流电路只用三个晶闸管，只需三套触发电路，不需要宽脉冲或双窄脉冲，线路简单经济。三相全控桥式整流电路控制增益大，灵敏度高。,返回,49,2-4整流电路的换相压降,⑴概念换相压降换相过程中产生的一个压降。⑵原因整流变压器漏抗存在的结果。,波形演示,,,换相压降,漏抗存在的结果,⑴、在换相过程中，相当于相间短路，产生一个假象的短路电流Ik,使输出电压ud波形，晶闸管两端电压ut波形发生畸变，当负载较大时，可造成电网电压波形畸变，影响整流装置本身和其它设备的正常运行。,⑵、漏抗的存在，相当于整流电源增加一项内阻产生换相压降△Ur,使输出平均电压降低，整流电路外特性变软。,⑶、漏抗使整流装置的功率因数变坏，电压脉动系数增加，输出电压调整率降低。,换相重叠角定义换相期间，两个相邻晶闸管同时导通所对应的电角度，用表示。大小,三相半波m3,电源相电压为U2,相同,三相全控桥m6,电源电压为√3U2,返回,54,2-6晶闸管整流主电路计算及保护,,,,,,返回,55,,一、变压器二次相电压U2Φ计算二次相电压必须考虑以下因素（1）最小控制角αmin。（2）电网电压波动。允许波动5～-10，常取β0.9。（3）变压器漏抗产生的换相压降Ur。（4）晶闸管或整流二极管的正向导通压降△U。考虑以上因素之后，变压器二次电压的计算公式为,2-6-1整流变压器参数计算,变压器短路电压比,,,变压器二次侧实际工作电流与变压器二次侧额定电流之比,56,一次、二次电流与变压器容量,如果忽略变压器激磁电流，则变压器一次侧、二次侧电流的关系根据磁势平衡原理有I1N1I2N2I1I2N2/N1I2/K,三相桥式整流电路一次、二次侧容量S23U2ΦI21.05PdS13U1ΦI13U2ΦI2,三相半波整流电路一次、二次侧容量S23U2ΦI21.48PdS13U1ΦI13U2ΦI11.21Pd,返回,57,,2-6-2晶闸管电压电流的计算与选择,晶闸管的额定电压必须大于线路实际承受最大电压的2～3倍,晶闸管的额定电流还要比查表计算值大1.5～2倍,,,某晶闸管直流调速系统采用Z2－92直流电动机，主电路为三相全控桥式整流电路，已知整流变压器二次相电压为U2Φ140V，电动机的最大电流为466A，试用查表法选择晶闸管。,解三相全控桥式整流电路中元件承受的峰值电压UTM查晶闸管额定电压、额定电流选择表得晶闸管额定电压为取UTn800V晶闸管的额定电流查表得IT（AV）（1.5～2）kId1.5～20.367466A257～342A取IT（AV）300A所以晶闸管的型号规格为KP300－8。,例,返回,59,2-6-3平波电抗器电感值的计算,当控制角较大时，负载电流Id很小或者平波电抗器电感Ld不够大时，负载电流Id会出现断续，电流断续使晶闸管导通角减小，机械特性变软，电动机工作不稳定。,60,维持输出电流连续时电抗器电感值的计算,临界电感值的计算L11.46U2Φsina／IdminL1K1U2Φ／Idmin,临界电流,,不同电路临界电感的计算系数,,61,限制输出电流脉动时电抗器电感值的计算,晶闸管整流装置的输出电压可分解成一个恒定直流分量与一个交流分量，通常负载需要的只是直流分量，对电动机负载来说，过大的交流分量会使电动机换向恶化和因铁心损耗过大而引起电动机过热。,返回,平波电抗器电感值的计算,62,平波电抗器的计算,电动机电感值的计算,考虑电流连续时,考虑电流脉动时,对于三相桥式整流电路，因变压器两相串联导电式中的LB应以2LB代入。,返回,63,2-6-4晶闸管的过电流保护,凡流过晶闸管的电流大于其正常工作电流时，就叫过电流。产生过电流的原因整流电路过载或堵转整流元件短路直流输出侧短路晶闸管的误导通可逆系统中产生换流失败或环流过大,64,过电流保护,过电流的保护措施,方法1、加交流断路器2、进线电抗器3、过电流继电器4、直流快速开关保护5、快速熔断器保护6、限流与脉冲移相保护,65,电压与电流上升率的限制,晶闸管的电压上升率的抑制在整流桥臂串接空心电抗或在桥臂上套磁环，抑制后的电压上升率与桥臂交流电压峰值成正比，与桥臂电抗成反比，桥臂电抗通常取20～30mH.,晶闸管的电流上升率的抑制1、在桥臂上串联电感。2、阻容吸收电路采用整流式接法，使电容放电电流不经过晶闸管，对限制电流上升率值也有好处。,返回,66,2-6-5晶闸管的过电压保护,晶闸管关断过电压,交流侧过电压,直流侧过电压,67,过电压,凡是超过晶闸管正常工作时承受的最大峰值电压就称为过电压。过电压产生的外部原因①.由于雷击等原因从外部电网侵入装置的偶然性浪涌电压。②.由于电路中经常发生某个部位线路的通断使电感元件积聚的能量骤然释放引起的过电压，又叫操作过电压。,68,晶闸管关断过电压,内部原因由于晶闸管关断引起的过电压，称为关断过电压，数值可达工作电压峰值的5～6倍。,方法在晶闸管两端并联电容C，利用电容两端电压瞬时不能突变的特性，吸收尖峰过电压，把它限止在允许的范围内。实用时，在电容电路中串接电阻R，这种电路称为过电压阻容吸收电路。,69,交流侧过电压的保护,1、避雷器用以保护雷击引起的过电压2、阻容保护电容－将电能转换为电磁能电阻－消耗部分过电压能量抑制LC振荡3、硒堆保护具有较陡的反向非线性特性优点能吸收较大的浪涌电压缺点体积大，伏安特性不够理想，且会发生“贮存老化”，使正向电阻增大反向电阻降低,70,交流侧过电压的保护,4、压敏电阻具有正反向都很陡的的特性优点抑制过电压的能力强，反应快、体积小，价格便宜。缺点持续平均功率太小,71,直流侧过电压,当断开负载时，储存在交流电路、变压器中的磁场能量会在开关和整流桥两端产生过电压，此电压称做直流侧过电压。,方法由于直流侧过电压能量较大，因此常采用硒堆、压敏电阻或小晶闸管来保护。,返回,晶闸管的串联和并联,在高电压或大电流的晶闸管电路中，如果要求的电压或电流值超过一个元件所能承受的额定值时，则可把晶闸管串联起来或并联起来使用。,晶闸管的并联,晶闸管的串联,元件串联时，要保证每个串联元件所分担的正反向电压基本相等，称为均压；元件并联时，要保证每一路元件所分担的电流基本相等，称为均流。,73,晶闸管的串联,晶闸管可分五种工作状态正向阻断状态开通过程导通过程阻断能力恢复过程反向阻断状态,74,晶闸管的串联,方法⒈静态均压---正反向阻断状态,,均压电阻,75,⒉动态均压---开通过程和关断过程,开通时，由于二个晶闸管开通时间不一样，后导通的晶闸管将承受全部电源电压，造成硬开通。关断时，先关断的管子将承受全部的电源电压，造成管子反向击穿。---并联阻容。,76,晶闸管的并联,,77,方法⒈电阻均流,⒉电抗均流,78,结论,⒈选管子，尽量选特性一致的管子。⒉采用强触发脉冲，前沿要陡，幅值要大。⒊串联时采取均压措施，并联时采取均流措施。⒋降低电压或电流额定值的10﹪使用。,Thankyouforyourattention,