电力电子技术(14).ppt

2、额定电流ITAV重点是指在环境温度为40度和规定的散热条件下，晶闸管在电阻性负载时的单相、工频（50Hz）、正弦半波（导通角不小于170度）的电路中，结温稳定在额定值125度时所允许的通态平均电流。注意晶闸管是以电流的平均值而非有效值作为它的电流定额，这是因为晶闸管较多用于可控整流电路，而整流电路往往按直流平均值来计算。,单相半波可控整流电路及波形,带电阻负载的工作情况,变压器T起变换电压和电气隔离的作用。电阻负载的特点电压与电流成正比，两者波形相同。,单相半波可控整流电路,它的通态平均电流ITAV和正弦电流最大值Im之间的关系表示为正弦半波电流的有效值为式中Kf为波形系数,,,1.3整流电路引言,整流电路的分类按组成的器件可分为不可控、可控（相控）、PWM整流三种。按电路结构可分为桥式电路和零式电路。按交流输入相数分为单相电路、三相电路和多相电路。按变压器二次侧电流的方向是单向或双向，又分为单拍电路和双拍电路。,整流电路出现最早的电力电子电路，将交流电变为直流电。,注释全控整流电路指所有整流元件均采用晶闸管（或大功率晶体管）构成半控整流电路由晶闸管和二极管混合组成零式电路指带零点或中性点的电路，又称半波电路。它的特点是所有整流元件的阴极（或阳极）都接到一个公共接点，向直流负载供电，负载的另一根线接到交流电源的零点。交流电是正弦波，经过半波整流电路，位于X轴上面的半波或位于X轴下面的半波被削掉了，输出电压只有输入电压的一半；经过全波整流电路，位于X轴下放的半波对称翻转到X轴上方，没有削波现象。,单相半波可控整流电路,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。,二、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,1.3.1单相桥式全控整流电路（电阻性负载）,1、电路结构用四个晶闸管，两只晶闸管接成共阴极，两只晶闸管接成共阳极，每一只晶闸管是一个桥臂。,,,单相全控桥,,,VT1.VT4导通,,VT2.VT3导通,阻性负载,工作过程,2、工作原理（1）在u2正半波的（0α）区间晶闸管VT1、VT4承受正压，但无触发脉冲。四个晶闸管假设四个晶闸管的漏电阻相等，则uT1.4uT2.3,都不通。,（2）在u2正半波的ωtα时刻触发晶闸管VT1、VT4使其导通。电流沿a→VT1→R→VT4→b→Tr的二次绕组→a流通，负载上有电压（udu2）和电流输出，两者波形相位相同且uT1.40。此时电源电压反向施加到晶闸管VT2、VT3上，使其承受反压而处于关断状态，则uT2.31/2u2。晶闸管VT1、VT4直导通到ωtπ止，此时因电源电压过零，晶闸管阳极电流下降为零而关断。,,,,,（3）在u2负半波的（ππα）区间晶闸管VT2、VT3承受正压，因无触发脉冲，VT2、VT3处于关断状态。此时，uT2.3uT1.41/2u2。,,,（4）在u2负半波的ωtπα时刻触发晶闸管VT2、VT3，元件导通，电流沿b→VT3→R→VT2→a→Tr的二次绕组→b流通，电源电压沿正半周期的方向施加到负载电阻上，负载上有输出电压（ud-u2）和电流，且波形相位相同。此时电源电压反向加到晶闸管VT1、VT4上，使其承受反压而处于关断状态。晶闸管VT2、VT3一直要导通到ωt2π为止，此时电源电压再次过零，晶闸管阳极电流也下降为零而关断。晶闸管VT1、VT4和VT2、VT3在对应时刻不断周期性交替导通、关断。,,,,,,,2.基本数量关系（1）输出电压平均值Ud与输出电流平均值Id输出电压平均值Ud为输出电流平均值Id为,,,（2）输出电压有效值U（3）输出电流有效值I与变压器二次侧电流I2输出电流有效值I与变压器二次侧电流I2相同为,,,（4）晶闸管的电流平均值IdT与晶闸管电流有效值IT（5）功率因数cosφ显然功率因数与α相关，α0时，cosφ1。,,,,1.3.2单相桥式全控整流电路（阻感性负载）,1电路结构电感的感应电势使输出电压波形出现负波。输出电流是近似平直的，晶闸管和变压器副边的电流为矩形波。,,,结论,感性负载,工作过程,2工作原理①在u2正半波的（0α）区间晶闸管VT1、VT4承受正压，但无触发脉冲，处于关断状态。假设电路已工作在稳定状态，则在0～α区间由于电感释放能量，晶闸管VT2、VT3维持导通。②在u2正半波的ωtα时刻及以后在ωtα处触发晶闸管VT1、VT4使其导通，电流沿a→VT1→L→R→VT4→b→Tr的二次绕组→a流通，此时负载上有输出电压（udu2）和电流。电源电压反向加到晶闸管VT2、VT3上，使其承受反压而处于关断状态。,③在u2负半波的（ππα）区间当ωtπ时，电源电压自然过零，感应电势使晶闸管VT1、VT4继续导通。在电压负半波，晶闸管VT2、VT3承受正压，因无触发脉冲，VT2、VT3处于关断状态。④在u2负半波的ωtπα时刻及以后在ωtπα处触发晶闸管VT2、VT3使其导通，电流沿b→VT3→L→R→VT2→a→Tr的二次绕组→b流通，电源电压沿正半周期的方向施加到负载上，负载上有输出电压（ud-u2）和电流。此时电源电压反向加到VT1、VT4上，使其承受反压而变为关断状态。晶闸管VT2、VT3一直要导通到下一周期ωt2πα处再次触发晶闸管VT1、VT4为止。,从波形可以看出α＞90输出电压波形正负面积相同，平均值为零，所以移相范围是0～90。控制角α在0～90之间变化时，晶闸管导通角θ≡π，导通角θ与控制角α无关。晶闸管承受的最大正、反向电压Um,,3基本数量关系输出电压平均值Ud输出电流平均值Id和变压器副边电流I2,,晶闸管的电流平均值IdT由于晶闸管轮流导电，所以流过每个晶闸管的平均电流只有负载上平均电流的一半。晶闸管的电流有效值IT与通态平均电流ITAV,,,,,,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,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。,,单相半控桥感性负载,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,,,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,,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,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。,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,2、单相桥式半控整流电路（带续流二极管）（1）电路结构和工作原理单相桥式半控整流电路（带续流二极管）的电路和电压、电流波形如下图所示。,,,,接上续流二极管后，当电源电压降到零时，负载电流经续流二极管续流，使桥路直流输出端只有1V左右的压降，迫使晶闸管与二极管串联电路中的电流减小到维持电流以下，使晶闸管关断，这样就不会出现失控现象了,另一种接法如下图a所示，相当于把全控桥中的VT3和VT4换成二极管VD3和VD4，这样可省去续流二极管，续流由VD3和VD4实现。即使不外接续流二极管，电路也不会出现失控现象。但两个晶闸管阴极电位不同，VT1和VT2触发电路要隔离。这种电路的电流和电压波形如下图b所示。,,