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1、机电传动控制目录目录 第十章第十章 第十章第十章 电力电子学电力电子学-晶闸管晶闸管 及其基本电路及其基本电路 10.1 10.1 电力半导体器件电力半导体器件 10.2 10.2 单相可控整流电路单相可控整流电路 10.3 10.3 三相可控整流电路三相可控整流电路 10.4 10.4 逆变器逆变器 10.5 10.5 晶闸管的触发电路晶闸管的触发电路 10.6 10.6 晶闸管的串并联和保护晶闸管的串并联和保护机电传动控制第十章第十章第十章第十章 电力电子学电力电子学电力电子学电力电子学-晶闸管及其基本电路晶闸管及其基本电路晶闸管及其基本电路晶闸管及其基本电路 掌握晶闸管的基本工作原理、掌
2、握晶闸管的基本工作原理、特性和主要参数的含义；特性和主要参数的含义；掌握几种单相和三相基本可控整流电路掌握几种单相和三相基本可控整流电路 的工作原理及其特点的工作原理及其特点 (特别是在不同性质负载下的工作特点特别是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；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了解晶闸管工作时对触发电路的要求 和触发电路的基本工作原理和触发电路的基本工作原理。基本要求基本要求基本要求基本要求机电传动控制第十章第十章第十章第十章 电力电子学电力电子学电力电子学电力电子学-晶闸管及其基本电路晶闸管及其基本电路晶闸管及其基本
3、电路晶闸管及其基本电路 晶闸管的导通与关断条件，可控性；晶闸管的导通与关断条件，可控性；晶闸管单相和三相基本可控整流电路晶闸管单相和三相基本可控整流电路 在不同性质负载下的工作特点；在不同性质负载下的工作特点；晶闸管额定通态平均电流的含义及晶闸管额定通态平均电流的含义及 基本可控整流电路中的选择和额定电压的选择。基本可控整流电路中的选择和额定电压的选择。整流电路接电感性负载、电动势负载时的工作情况；整流电路接电感性负载、电动势负载时的工作情况；额定通态平均电流的选择；额定通态平均电流的选择；逆变器的工作原理。逆变器的工作原理。重点重点重点重点难点难点难点难点机电传动控制第十章第十章 电力电子学
4、电力电子学电力电子学电力电子学-晶闸管及其基本电路晶闸管及其基本电路晶闸管及其基本电路晶闸管及其基本电路 概概述述1.1.1.1.什么是电力电子技术什么是电力电子技术什么是电力电子技术什么是电力电子技术2.2.2.2.电力电子技术的发展史电力电子技术的发展史电力电子技术的发展史电力电子技术的发展史3.3.3.3.电力电子技术的应用电力电子技术的应用电力电子技术的应用电力电子技术的应用机电传动控制信息电子技术信息电子技术 包括：模拟电子技术、包括：模拟电子技术、数字电子技术，数字电子技术，主要用于信息处理。主要用于信息处理。电力电子技术电力电子技术应用于电力领域的电子技术，应用于电力领域的电子技
5、术，使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。电力电子技术主要用于电力变换。电力电子技术主要用于电力变换。目前电力电子器件均用半导体制成，故称电力半导体器件。目前电力电子器件均用半导体制成，故称电力半导体器件。电力电子装置的功率，可大到电力电子装置的功率，可大到GW，小到数瓦甚至，小到数瓦甚至1W以下。以下。第十章第十章 电力电子学电力电子学电力电子学电力电子学-晶闸管及其基本电路晶闸管及其基本电路晶闸管及其基本电路晶闸管及其基本电路 概概述述1.1.1.1.什么是电力电子技术什么是电力电子技术什么是电力电子技术什么是电力电子技术模拟模拟模拟模拟电
6、子技术电子技术电子技术电子技术电子电子电子电子技技技技术术术术信息信息信息信息电子技术电子技术电子技术电子技术电力电力电力电力电子技术电子技术电子技术电子技术数字数字数字数字电子技术电子技术电子技术电子技术机电传动控制1.1.1.1.什么是电力电子技术什么是电力电子技术什么是电力电子技术什么是电力电子技术第十章第十章 电力电子学电力电子学电力电子学电力电子学-晶闸管及其基本电路晶闸管及其基本电路晶闸管及其基本电路晶闸管及其基本电路 概概述述电力电力电力电力交流交流交流交流和和直流直流直流直流两种两种 从公用电网直接得到的是交流，从公用电网直接得到的是交流，从蓄电池和干电池得到的是直流。从蓄电池
7、和干电池得到的是直流。交流交流交流交流交流交流交流交流直流直流直流直流直流直流直流直流逆变逆变逆变逆变调压、调压、调压、调压、变频、变频、变频、变频、变相、变相、变相、变相、交流电交流电交流电交流电力控制力控制力控制力控制直流直流直流直流斩波斩波斩波斩波整流整流整流整流 进行电力变换进行电力变换进行电力变换进行电力变换 的技术称为的技术称为的技术称为的技术称为变流技术变流技术变流技术变流技术n n 电力变换电力变换电力变换电力变换 四大类四大类四大类四大类 交流直流交流直流交流直流交流直流 直流交流直流交流直流交流直流交流 直流直流直流直流直流直流直流直流 交流交流交流交流交流交流交流交流机电
8、传动控制第十章第十章 电力电子学电力电子学电力电子学电力电子学-晶闸管及其基本电路晶闸管及其基本电路晶闸管及其基本电路晶闸管及其基本电路 概概述述 这四类基本变换这四类基本变换这四类基本变换这四类基本变换可以组合成许多可以组合成许多可以组合成许多可以组合成许多复合型电力变换器复合型电力变换器复合型电力变换器复合型电力变换器1.1.1.1.什么是电力电子技术什么是电力电子技术什么是电力电子技术什么是电力电子技术n n 电力变换电力变换电力变换电力变换 四大类四大类四大类四大类 交流直流交流直流交流直流交流直流 直流交流直流交流直流交流直流交流 直流直流直流直流直流直流直流直流 交流交流交流交流交
9、流交流交流交流机电传动控制第十章第十章 电力电子学电力电子学电力电子学电力电子学-晶闸管及其基本电路晶闸管及其基本电路晶闸管及其基本电路晶闸管及其基本电路 概概述述1.1.1.1.什么是电力电子技术什么是电力电子技术什么是电力电子技术什么是电力电子技术 ACAC/DCDC基本整流电路基本整流电路基本整流电路基本整流电路利用开关器件利用开关器件实现电力变换实现电力变换机电传动控制第十章第十章 电力电子学电力电子学电力电子学电力电子学-晶闸管及其基本电路晶闸管及其基本电路晶闸管及其基本电路晶闸管及其基本电路 概概述述1.1.1.1.什么是电力电子技术什么是电力电子技术什么是电力电子技术什么是电力电
10、子技术利用开关器件利用开关器件实现电力变换实现电力变换 DCDC/ACAC基本基本基本基本逆变逆变逆变逆变电路电路电路电路机电传动控制第十章第十章 电力电子学电力电子学电力电子学电力电子学-晶闸管及其基本电路晶闸管及其基本电路晶闸管及其基本电路晶闸管及其基本电路 概概述述1.1.1.1.什么是电力电子技术什么是电力电子技术什么是电力电子技术什么是电力电子技术利用开关器件利用开关器件实现电力变换实现电力变换 DCDC/DCDC直流降压直流降压直流降压直流降压电路电路电路电路机电传动控制 ACAC/ACAC直接变频、变压直接变频、变压直接变频、变压直接变频、变压电路电路电路电路第十章第十章 电力电
11、子学电力电子学电力电子学电力电子学-晶闸管及其基本电路晶闸管及其基本电路晶闸管及其基本电路晶闸管及其基本电路 概概述述1.1.1.1.什么是电力电子技术什么是电力电子技术什么是电力电子技术什么是电力电子技术利用开关器件利用开关器件实现电力变换实现电力变换机电传动控制第十章第十章 电力电子学电力电子学电力电子学电力电子学-晶闸管及其基本电路晶闸管及其基本电路晶闸管及其基本电路晶闸管及其基本电路 概概述述 电力电子技术电力电子技术电力电子技术电力电子技术 可看成可看成“弱电控制强电弱电控制强电弱电控制强电弱电控制强电”的技术，的技术，是是“弱电和强电的接口弱电和强电的接口弱电和强电的接口弱电和强电
12、的接口”，控制理论是实现该接口的强有力纽带。控制理论是实现该接口的强有力纽带。1.1.1.1.什么是电力电子技术什么是电力电子技术什么是电力电子技术什么是电力电子技术电力电子电力电子电力电子电力电子学学学学60年代出现，年代出现，1974年，美国的年，美国的W.Newell 用倒三角形对电力电子学用倒三角形对电力电子学 进行了描述，被全世界普遍接受。进行了描述，被全世界普遍接受。电力电力电力电力电子学电子学电子学电子学电子学电子学电子学电子学电力学电力学电力学电力学控制控制控制控制理论理论理论理论连续、离散连续、离散 电路、器件电路、器件静止器、旋转电机静止器、旋转电机描述电力电子学的倒三角形
13、描述电力电子学的倒三角形机电传动控制第十章第十章 电力电子学电力电子学电力电子学电力电子学-晶闸管及其基本电路晶闸管及其基本电路晶闸管及其基本电路晶闸管及其基本电路 概概述述电力电子技术的发展电力电子技术的发展分为分为四个阶段四个阶段史前期（史前期（1957年以前）年以前）使用水银整流器（汞整流器），其性能和晶闸管类似。使用水银整流器（汞整流器），其性能和晶闸管类似。晶闸管时代（晶闸管时代（195870年代）年代）晶闸管，又称晶闸管，又称晶体闸流管或可控硅整流器晶体闸流管或可控硅整流器（SCR），），通过门极控制开通，但不能控制关断，通过门极控制开通，但不能控制关断，属于半控型器件。属于半控型
14、器件。目前由于其能承受的电压电流容量仍是器件中最高的，目前由于其能承受的电压电流容量仍是器件中最高的，而且工作可靠，所以许多大容量场合仍大量使用而且工作可靠，所以许多大容量场合仍大量使用SCR。2.2.2.2.电力电子技术的发电力电子技术的发电力电子技术的发电力电子技术的发展史展史展史展史机电传动控制第十章第十章 电力电子学电力电子学电力电子学电力电子学-晶闸管及其基本电路晶闸管及其基本电路晶闸管及其基本电路晶闸管及其基本电路 概概述述全控型器件时代（全控型器件时代（70年代后期）年代后期）以下列几种为代表：以下列几种为代表：可关断晶闸管可关断晶闸管(GTO)、电力双极型晶体管电力双极型晶体管
15、(BJT)、电力场效应管电力场效应管(MOSFET)。这些器件可以通过门极（或栅极、基极）这些器件可以通过门极（或栅极、基极）控制开通和关断，属于全控型器件。控制开通和关断，属于全控型器件。复合器件时代（复合器件时代（80年代后期）年代后期）以绝缘栅极双极型晶体管（以绝缘栅极双极型晶体管（IGBT）为代表。）为代表。发展：功率模块、功率集成电路、智能功率模块发展：功率模块、功率集成电路、智能功率模块等。等。2.2.2.2.电力电子技术的发电力电子技术的发电力电子技术的发电力电子技术的发展史展史展史展史机电传动控制第十章第十章 电力电子学电力电子学电力电子学电力电子学-晶闸管及其基本电路晶闸管及
16、其基本电路晶闸管及其基本电路晶闸管及其基本电路 概概述述电力电子装置提供给负载的电力电子装置提供给负载的是各种不同的直流电源、是各种不同的直流电源、恒频交流电源和变频交流电源，恒频交流电源和变频交流电源，它对节省电能有重要意义，它对节省电能有重要意义，因此电力电子技术研究的因此电力电子技术研究的就是就是电源技术电源技术电源技术电源技术，也被称为是也被称为是节能技术节能技术节能技术节能技术。3.3.3.3.电力电子技术的应用电力电子技术的应用电力电子技术的应用电力电子技术的应用一般工业一般工业一般工业一般工业交通运输交通运输交通运输交通运输电力系统电力系统电力系统电力系统电子装置电源电子装置电源
17、电子装置电源电子装置电源家用电器家用电器家用电器家用电器其他其他其他其他 机电传动控制第十章第十章 电力电子学电力电子学电力电子学电力电子学-晶闸管及其基本电路晶闸管及其基本电路晶闸管及其基本电路晶闸管及其基本电路 在一般工业中的应用在一般工业中的应用在一般工业中的应用在一般工业中的应用轧钢机轧钢机轧钢机轧钢机数控机床数控机床数控机床数控机床冶金工业冶金工业冶金工业冶金工业电解铝电解铝电解铝电解铝机电传动控制第十章第十章 电力电子学电力电子学电力电子学电力电子学-晶闸管及其基本电路晶闸管及其基本电路晶闸管及其基本电路晶闸管及其基本电路 在交通运输中的应用在交通运输中的应用在交通运输中的应用在交
18、通运输中的应用机电传动控制第十章第十章 电力电子学电力电子学电力电子学电力电子学-晶闸管及其基本电路晶闸管及其基本电路晶闸管及其基本电路晶闸管及其基本电路 静止无功补偿器静止无功补偿器静止无功补偿器静止无功补偿器SVCSVC高压直流装置高压直流装置高压直流装置高压直流装置HVDCHVDC柔性交流输电柔性交流输电柔性交流输电柔性交流输电FACTSFACTS在电力系统中的应用在电力系统中的应用在电力系统中的应用在电力系统中的应用机电传动控制第十章第十章 电力电子学电力电子学电力电子学电力电子学-晶闸管及其基本电路晶闸管及其基本电路晶闸管及其基本电路晶闸管及其基本电路 在电力系统中的应用在电力系统中
19、的应用在电力系统中的应用在电力系统中的应用新型能源新型能源新型能源新型能源机电传动控制第十章第十章 电力电子学电力电子学电力电子学电力电子学-晶闸管及其基本电路晶闸管及其基本电路晶闸管及其基本电路晶闸管及其基本电路 在电子装置电源中的应用在电子装置电源中的应用在电子装置电源中的应用在电子装置电源中的应用程控交换机程控交换机程控交换机程控交换机电子装置电子装置电子装置电子装置微型计算机微型计算机微型计算机微型计算机机电传动控制第十章第十章 电力电子学电力电子学电力电子学电力电子学-晶闸管及其基本电路晶闸管及其基本电路晶闸管及其基本电路晶闸管及其基本电路 在家用电器中的应用在家用电器中的应用在家用
20、电器中的应用在家用电器中的应用机电传动控制第十章第十章 电力电子学电力电子学电力电子学电力电子学-晶闸管及其基本电路晶闸管及其基本电路晶闸管及其基本电路晶闸管及其基本电路 在其他领域的应用在其他领域的应用在其他领域的应用在其他领域的应用大型计算机的大型计算机的大型计算机的大型计算机的UPSUPS航天技术航天技术航天技术航天技术机电传动控制第十章第十章 电力电子学电力电子学电力电子学电力电子学-晶闸管及其基本电路晶闸管及其基本电路晶闸管及其基本电路晶闸管及其基本电路 10.110.1电力半导体器件电力半导体器件电力半导体器件电力半导体器件1.1.电力电子器件的分类电力电子器件的分类电力电子器件的
21、分类电力电子器件的分类按照器件能够被控制的程度，分为三类按照器件能够被控制的程度，分为三类：半控型器件半控型器件 通过控制信号控制其导通而不能控制其关断。通过控制信号控制其导通而不能控制其关断。全控型器件全控型器件 通过控制信号控制其导通又控制其关断。通过控制信号控制其导通又控制其关断。不可控器件不可控器件 不能用控制信号来控制通断，不需驱动电路。不能用控制信号来控制通断，不需驱动电路。按照驱动电路信号的性质，分为两类按照驱动电路信号的性质，分为两类：电流驱动型电流驱动型 通过从控制端注入或抽出电流，实现通断控制。通过从控制端注入或抽出电流，实现通断控制。电压驱动型电压驱动型 通过在控制端施加
22、电压信号，实现通断控制。通过在控制端施加电压信号，实现通断控制。按照器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况分三类按照器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况分三类：单极型器件单极型器件 由一种载流子参与导电的器件。由一种载流子参与导电的器件。双极型器件双极型器件 由电子和空穴两种载流子参与导电的器件。由电子和空穴两种载流子参与导电的器件。复合型器件复合型器件 由单极型和双极型器件集成混合而成的器件。由单极型和双极型器件集成混合而成的器件。机电传动控制第十章第十章 电力电子学电力电子学电力电子学电力电子学-晶闸管及其基本电路晶闸管及其基本电路晶闸管及其基本电路晶闸管及其基本电路 10.11
23、0.1电力半导体器件电力半导体器件电力半导体器件电力半导体器件1.1.电力电子器件的分类电力电子器件的分类电力电子器件的分类电力电子器件的分类 单极型器件单极型器件 由一种载流子参与导电的器件。由一种载流子参与导电的器件。双极型器件双极型器件 由电子和空穴两种载流子参与导电的器件。由电子和空穴两种载流子参与导电的器件。复合型器件复合型器件 由单极型和双极型器件集成混合而成的器件。由单极型和双极型器件集成混合而成的器件。电力电子电力电子器件分类器件分类“树树树树”机电传动控制外形有外形有螺栓型和平板型螺栓型和平板型两种封装。两种封装。螺栓型：螺栓型：螺栓是其阳极，能与散热器紧密联接且安装方便；螺
24、栓是其阳极，能与散热器紧密联接且安装方便；平板型：平板型：可由两个散热器将其夹在中间。可由两个散热器将其夹在中间。AAGGKKAGKKGAP1N1P2N2J1J2J3第十章第十章 电力电子学电力电子学电力电子学电力电子学-晶闸管及其基本电路晶闸管及其基本电路晶闸管及其基本电路晶闸管及其基本电路 10.110.1电力半导体器件电力半导体器件电力半导体器件电力半导体器件(a)晶闸管外形晶闸管外形(b)晶闸管结构晶闸管结构(c)晶闸管电气图形符号晶闸管电气图形符号1.1.晶闸管的结构晶闸管的结构晶闸管的结构晶闸管的结构晶闸管晶闸管(SCR)引出引出阳极阳极A阴极阴极K 门极门极(控制端控制端)G三个
25、联接端。三个联接端。其中：其中：A阳极，阳极，K阴极，阴极，G控制极。控制极。4层半导体层半导体(P1、N1、P2、N2)，3个个PN结结机电传动控制第十章第十章 电力电子学电力电子学电力电子学电力电子学-晶闸管及其基本电路晶闸管及其基本电路晶闸管及其基本电路晶闸管及其基本电路 10.110.1电力半导体器件电力半导体器件电力半导体器件电力半导体器件3.3.晶闸管的工作原理晶闸管的工作原理晶闸管的工作原理晶闸管的工作原理晶闸管工作原理的实验说明晶闸管工作原理的实验说明 由电源、晶闸管的阳极和阴极、白炽灯组成晶闸管由电源、晶闸管的阳极和阴极、白炽灯组成晶闸管主电路主电路；由电源、开关由电源、开关
26、S、晶闸管的门极和阴极组成、晶闸管的门极和阴极组成控制电路控制电路 （触发电路触发电路）。）。使晶闸管导通使晶闸管导通晶闸管导通后晶闸管导通后使晶闸管使晶闸管恢复阻断恢复阻断主电路主电路控制电路控制电路触发电路触发电路晶闸管电路晶闸管电路机电传动控制第十章第十章 电力电子学电力电子学电力电子学电力电子学-晶闸管及其基本电路晶闸管及其基本电路晶闸管及其基本电路晶闸管及其基本电路 晶闸管是用很小的功率控制晶闸管是用很小的功率控制 大功率的可控整流元件，大功率的可控整流元件，要使晶闸管导通必须在要使晶闸管导通必须在 其阳极和控制极其阳极和控制极 同时加正向电压，同时加正向电压，晶闸管导通以后，晶闸管
27、导通以后，控制极就失去了控制极就失去了 控制作用。控制作用。欲使晶闸管欲使晶闸管 恢复阻断状态，恢复阻断状态，则必须把阳极正向电压则必须把阳极正向电压 降低到一定值降低到一定值(断开或反向断开或反向)。10.110.1电力半导体器件电力半导体器件电力半导体器件电力半导体器件3.3.晶闸管的工作原理晶闸管的工作原理晶闸管的工作原理晶闸管的工作原理机电传动控制二、晶闸管的工作原理二、晶闸管的工作原理实实验验电电路路如如图图（a）所所示示，主主电电路路加加上上交交流流电电压压u2，控控制制极极电电路路接接入入Eg，在在t1 瞬瞬间间合合上开关上开关S，在，在t4 瞬间拉开开关瞬间拉开开关S，则，则u
28、2、ug和电阻上和电阻上RL的电压的电压ud的的波形关系如图（波形关系如图（b）所示。所示。（1）在在0t1之之间间:开开关关S未未合合上上，ug=0，尽尽管管uAK0，但但ud=0，即即晶晶闸闸管未导通；管未导通；（2）在在 t1t2之之 间间:uAK0，由由于于开开关关S合合上上，使使ug0，而而，即即晶晶闸管导通；闸管导通；（3）在）在t2t3 之间，之间，uAK0，但但ud=0，即晶闸管关断；即晶闸管关断；（4）在）在t3t4 之间，之间，uAK0，这时这时ug0,而而，所以，晶闸管又导通；所以，晶闸管又导通；（5）当）当t=t4 时，时，ug=0，但，但uAK0，即晶闸管仍处于导通状
29、态；即晶闸管仍处于导通状态；（6）当）当t=t5 时，时，uAK=0，ug=0，而，而ud=0，即晶闸管关断，晶闸管处于阻断状态。即晶闸管关断，晶闸管处于阻断状态。机电传动控制综上所述可得出以下结论：综上所述可得出以下结论：（1）起起始始时时若若控控制制极极不不加加电电压压，则则不不论论阳阳极极加加正正向向电电压压还还是是反反向向电电压压，晶晶闸闸管管均均不不导通，这说明晶闸管具有正、反向阻断能力；导通，这说明晶闸管具有正、反向阻断能力；（2）晶闸管的阳极和控制极同时正向电压时晶闸管才能导通，这是晶闸管导通必须）晶闸管的阳极和控制极同时正向电压时晶闸管才能导通，这是晶闸管导通必须同时具备的两个
30、条件；同时具备的两个条件；（3）在在晶晶闸闸管管导导通通之之后后，其其控控制制极极就就失失去去控控制制作作用用，欲欲使使晶晶闸闸管管恢恢复复阻阻断断状状态态，必必须把阳极正向电压降低到一定值（或断开，或反向）。须把阳极正向电压降低到一定值（或断开，或反向）。晶晶闸闸管管的的PN结结可可通通过过几几十十安安几几千千安安的的电电流流，因因此此，它它是是一一种种大大功功率率的的半半导导体体器器件件，由由于于晶晶闸闸管管导导通通时时，相相当当于于两两只只三三极极管管饱饱和和导导通通，因因此此，阳阳极极与与阴阴极极间间的的管管压压降降为为1V左左右，而电源电压几乎全部分配在负载电阻上。右，而电源电压几乎
31、全部分配在负载电阻上。机电传动控制第十章第十章 电力电子学电力电子学电力电子学电力电子学-晶闸管及其基本电路晶闸管及其基本电路晶闸管及其基本电路晶闸管及其基本电路 10.110.1电力半导体器件电力半导体器件电力半导体器件电力半导体器件4.4.晶闸晶闸晶闸晶闸管管管管的基本特性的基本特性的基本特性的基本特性晶闸管的伏安特性曲线是非线性的。晶闸管的伏安特性曲线是非线性的。为了正确选用晶闸管，为了正确选用晶闸管，了解它的主要参数至关重要。了解它的主要参数至关重要。断态重复峰值电压断态重复峰值电压UDRM断态不重复峰值电压断态不重复峰值电压UDSM反向重复峰值电压反向重复峰值电压URRM反向不重复峰
32、值电压反向不重复峰值电压URSM通态通态(峰值峰值)电压电压UTM正向电流正向电流IG额定通态平均电流额定通态平均电流IT维持电流维持电流IH晶闸管阳极伏安特性晶闸管阳极伏安特性第第I象限象限正向特性正向特性第第III象限象限反向反向特性特性IG2IG1IG机电传动控制正向正向(uAK 0)正向阻断状态正向阻断状态:当当ug=0，uAK 0，uAK 0，晶晶闸闸管管导导通通，其其电电流流的的大大小小由由负负载载决定，阳极和阴极间的管压降很小。决定，阳极和阴极间的管压降很小。反向反向(uAK 0)反向截止状态反向截止状态:当当uAK URSM，元件中有很小的反向电流（反向元件中有很小的反向电流（
33、反向漏电流）流过，处于截止状态。漏电流）流过，处于截止状态。反反向向击击穿穿：当当uAK=URSM，晶晶闸闸管管突突然然由由反反向向截截止止状状态态转转化化为为导导通通状状态。态。URSM称为称为反向不重复峰值电压反向不重复峰值电压，或用，或用UBR表示称表示称反向击穿电压反向击穿电压。机电传动控制四、晶闸管的主要参数四、晶闸管的主要参数 为为了了正正确确选选用用晶晶闸闸管管元元件件，必必须须要要了了解解它它的的主主要要参参数数，一一般般在在产产品品目目录录上上给给出出了了参参数数的平均值或极限值，产品合格证上标有元件的实测数据。的平均值或极限值，产品合格证上标有元件的实测数据。1.断态重复峰
34、值电压断态重复峰值电压UDRM 晶闸管正向阻断状态下，可以重复加在晶闸管阳极和阴极两端的正向峰值电压晶闸管正向阻断状态下，可以重复加在晶闸管阳极和阴极两端的正向峰值电压。UDRM=UDSM -100在在选选择择晶晶闸闸管管时时还还要要考考虑虑留留有有足足够够的的余余量量，一一般般：晶晶闸闸管管的的UDRM应应等等于于所所承承受受的的正正向电压的向电压的（23）倍。倍。2.反向重复峰值电压反向重复峰值电压URRM晶闸管反向截止状态下，可以重复加在晶闸管阳极和阴极两端的反向峰值电压晶闸管反向截止状态下，可以重复加在晶闸管阳极和阴极两端的反向峰值电压。URRM=URSM -1003.额定通态平均电流
35、（额定电流）额定通态平均电流（额定电流）IT在环境温度不大于在环境温度不大于40度的标准散热及全导通的条件下，晶闸管元件可以连续通过的工度的标准散热及全导通的条件下，晶闸管元件可以连续通过的工频正弦半波电流（在一个周期内）平均值，称为额定通态平均电流，简称为额定电流。频正弦半波电流（在一个周期内）平均值，称为额定通态平均电流，简称为额定电流。4.维持电流维持电流 IH在规定的环境温度和控制极断路时，维持元件继续导通的最小电流称维持电流。一在规定的环境温度和控制极断路时，维持元件继续导通的最小电流称维持电流。一般为几般为几mA一百多一百多mA机电传动控制优点优点：(1)用用很很小小的的功功率率(
36、电电流流约约几几十十毫毫安安一一百百多多毫毫安安，电电压压约约24V)可可以以控控制制较较大大的的功功率率(电流自几十安几千安，电压自几百伏几千伏电流自几十安几千安，电压自几百伏几千伏)，功率放大倍数可以达到几十万倍；，功率放大倍数可以达到几十万倍；(2)控制灵敏、反应快，晶闸管的导通和截止时间都在微秒级；控制灵敏、反应快，晶闸管的导通和截止时间都在微秒级；(3)损损耗耗小小、效效率率高高，晶晶闸闸管管本本身身的的压压降降很很小小(仅仅1V左左右右)，总总效效率率可可达达97.5%，而而一一般机组效率仅为般机组效率仅为85%左右；左右；(4)体积小、重量轻。体积小、重量轻。缺点：缺点：(1)过
37、过载载能能力力弱弱，在在过过电电流流、过过电电压压情情况况下下很很容容易易损损杯杯，要要保保证证其其可可靠靠工工作作，在在控控制制电路中要采取保护措施，在选用时，其电压、电流应适当留有余量；电路中要采取保护措施，在选用时，其电压、电流应适当留有余量；(2)抗干扰能力差，易受冲击电压的影响，当外界干扰较强时，容易产生误动作；抗干扰能力差，易受冲击电压的影响，当外界干扰较强时，容易产生误动作；(3)导致电网电压波形畸变，高次谐波分量增加，干扰周围的电气设备；导致电网电压波形畸变，高次谐波分量增加，干扰周围的电气设备；(4)控制电路比较复杂，对维修人员的技术水平要求高。控制电路比较复杂，对维修人员的
38、技术水平要求高。在在实实践践中中，应应该该充充分分发发挥挥晶晶闸闸管管有有利利的的一一面面，同同时时采采取取必必要要措措施施消消除除其其不不利利的的一一面面。目前，采用晶闸管作为整流放大元件组成的晶闸管控制系统，获得越来越广泛的应用。目前，采用晶闸管作为整流放大元件组成的晶闸管控制系统，获得越来越广泛的应用。机电传动控制10.2单相可控整流电路单相可控整流电路整流将交流电变为直流电的过程；整流将交流电变为直流电的过程；整流电路将交流电变为直流电的电路；整流电路将交流电变为直流电的电路；整流整流单相单相三相三相10.2.1单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路 u2输入电压输入电压；ud输出电
39、压输出电压；控制角控制角；晶闸管元件承晶闸管元件承受正向电压起始点到触发受正向电压起始点到触发脉冲的作用点之间的电角脉冲的作用点之间的电角度。度。导通角导通角；是晶闸管在一是晶闸管在一周期时间内导通的电角度。周期时间内导通的电角度。对单相半波可控整流电路：对单相半波可控整流电路：一、带电阻性负载的可控整流电路一、带电阻性负载的可控整流电路机电传动控制输入电压输入电压：负载电压负载电压：负载电流负载电流：晶闸管承受的最大正反向电压晶闸管承受的最大正反向电压：二、带电感性负载的可控整流电路二、带电感性负载的可控整流电路 单单相相半半波波可可控控整整流流电电路路用用于于大大电电感感性性负负载载时时，
40、如如果果不不采采取取措措施施，负负载载上上就就得得不到所需要的电压和电流。不到所需要的电压和电流。机电传动控制三、续流二极管的作用三、续流二极管的作用为为了了提提高高大大电电感感负负载载时时的的单单相相半半波波可可控控整整流流电电路路整整流流输输出出平平均均电电压压，可可采采取取负载两端并联一只二极管措施，如图所示。负载两端并联一只二极管措施，如图所示。10.2.2单相半控桥式整流电路单相半控桥式整流电路晶闸管组成的半控桥式整流电路，如图所示。晶闸管组成的半控桥式整流电路，如图所示。(a)单相桥式整流电路(b)电阻性负载时的电压电流波形1.电阻性负载电阻性负载 负载电压负载电压：负载电流负载电
41、流：晶闸管承受的最大正反向电压晶闸管承受的最大正反向电压：晶闸管电流平均值：晶闸管电流平均值：续流二极管的电流平均值：续流二极管的电流平均值：机电传动控制2.电感性负载电感性负载 如图所示半控桥式整流电路在电感性负载时采用加接续流二极管的措施。如图所示半控桥式整流电路在电感性负载时采用加接续流二极管的措施。有了续流二极管，当电源电压降到零时，负载电流流经续流二极管，晶闸管有了续流二极管，当电源电压降到零时，负载电流流经续流二极管，晶闸管因电流为零而关断，不会出现失控现象。因电流为零而关断，不会出现失控现象。如图所示半控桥式整流电路在电感性负载时，可以不加续流二极管如图所示半控桥式整流电路在电感
42、性负载时，可以不加续流二极管。这这是是因因为为在在电电源源电电压压过过零零时时，电电感感中中的的电电流流通通过过V1和和V2形形成成续续流流，确确保保VS1或或VS2可靠关断，这样也就不会出现失控现象。可靠关断，这样也就不会出现失控现象。流过每只晶闸管平均电流：流过每只晶闸管平均电流：流过续流二极管的平均电流：流过续流二极管的平均电流：流过每只晶闸管平均电流：流过每只晶闸管平均电流：流过续流二极管的平均电流流过续流二极管的平均电流：机电传动控制为了节省晶闸管元件，还可采用如图所示的接线，它由四只整流二极管组成为了节省晶闸管元件，还可采用如图所示的接线，它由四只整流二极管组成单相桥式电路，将交流
43、电整流成脉动的直流电，然后用一只晶闸管进行控制，改单相桥式电路，将交流电整流成脉动的直流电，然后用一只晶闸管进行控制，改变晶闸管的控制角，即可改变其输出电压。变晶闸管的控制角，即可改变其输出电压。3.反电势负载反电势负载 当整流电路输出接有电势负载时当整流电路输出接有电势负载时,只有当只有当电源电源的瞬时值大于反电势电源电源的瞬时值大于反电势，同，同时又有触发脉冲时，晶闸管才能导通，整流电路才有电流输出，在时又有触发脉冲时，晶闸管才能导通，整流电路才有电流输出，在晶闸管关断的晶闸管关断的时间内，负载上保留原有的反电势。时间内，负载上保留原有的反电势。机电传动控制a.负载两端的电压平均值比电阻性
44、负载时高负载两端的电压平均值比电阻性负载时高 b.负载电流平均值比电阻性负载时低负载电流平均值比电阻性负载时低 因为导通角小，导电时间短，回路电阻小，所以，电流的幅值与平均值之比因为导通角小，导电时间短，回路电阻小，所以，电流的幅值与平均值之比值相当大，晶闸管元件工作条件差，晶闸管必须降低电流定额使用。另外，对于值相当大，晶闸管元件工作条件差，晶闸管必须降低电流定额使用。另外，对于直流电动机来说整流子换向电流大，易产生火花，对于电源则因电流有效值大，直流电动机来说整流子换向电流大，易产生火花，对于电源则因电流有效值大，要求的容量也大，因此，对于大容量电动机或蓄电池负载，常常串联电抗器，用要求的
45、容量也大，因此，对于大容量电动机或蓄电池负载，常常串联电抗器，用以平滑电流的脉动，如图所示。以平滑电流的脉动，如图所示。机电传动控制机电传动控制10.2.3单相全控桥式整流电路单相全控桥式整流电路单相全控桥式整流电路如图所示。把半控桥中的两只二极管用两只晶闸管代单相全控桥式整流电路如图所示。把半控桥中的两只二极管用两只晶闸管代替即构成全控桥。替即构成全控桥。机电传动控制 例例10.1欲装一台白炽灯泡调光电路，需要可调的直流电源，调节范围：电压欲装一台白炽灯泡调光电路，需要可调的直流电源，调节范围：电压U0=0V180V,电流电流I0=010A。现采用单相半控桥式整流电路，试求最大输入交流现采用
46、单相半控桥式整流电路，试求最大输入交流电压和电流有效值，并选择整流元件。电压和电流有效值，并选择整流元件。解解:设设在在晶晶闸闸管管导导通通角角为为(控控制制角角为为0)时时输输出出电电压压值值为为最最大大（180V），则则对对应的应的输入交流电压有效值输入交流电压有效值为最大。为最大。实实际际上上还还要要考考虑虑电电网网电电压压波波动动、管管压压降降以以及及导导通通角角常常常常到到不不了了1800，交交流流电电压压要要比比上上述述计计算算而而得得到到的的值值适适当当加加大大10%左左右右，即即大大约约为为220V。因因此此，在在本本例例中中可可以不用整流变压器，直接接到以不用整流变压器，直接
47、接到220V的交流电源上。的交流电源上。交流电流有效值交流电流有效值：晶晶闸闸管管所所承承受受的的最最大大正正向向电电压压、最最大大反反向向电电压压和和二二极极管管所所承承受受的的最最大大反反向向电电压压相等，即：相等，即：流过晶闸管和二极管的平均电流流过晶闸管和二极管的平均电流：机电传动控制10.3三相可控整流电路三相可控整流电路10.3.1三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路 三相半波可控整流电路图如图所示。三相半波可控整流电路图如图所示。自然换相点：自然换相点：触发相序：触发相序：ABC触发脉冲的相位：触发脉冲的相位：1200设设输入电压为：输入电压为：机电传动控制机电传动控制可能承
48、受的最大反向电压为可能承受的最大反向电压为：当晶闸管没有触发信号时，晶闸管承受的最大正向电压为当晶闸管没有触发信号时，晶闸管承受的最大正向电压为:机电传动控制10.4逆变器逆变器 利利用用晶晶闸闸管管电电路路把把直直流流电电变变成成交交流流电电，这这种种对对应应于于整整流流的的逆逆向向过过程程，称称之之为为逆变，把直流电变成交流电的装置，叫做逆变，把直流电变成交流电的装置，叫做逆变器逆变器。变流器交流侧接到负载，把直流电逆变为某一频变流器交流侧接到负载，把直流电逆变为某一频率或可变频率的交流电供给负载，则称为。率或可变频率的交流电供给负载，则称为。有源逆变有源逆变有源逆变有源逆变逆变逆变无源逆
49、变无源逆变变流器的交流侧接到交流电源上，把直流电逆变为变流器的交流侧接到交流电源上，把直流电逆变为同频率的交流电反馈到电网去同频率的交流电反馈到电网去一、无源逆变电路的工作原理一、无源逆变电路的工作原理无源逆变器的工作原理，可以用如图所示的开关电路来说明。无源逆变器的工作原理，可以用如图所示的开关电路来说明。1.无源逆变器的简单工作原理无源逆变器的简单工作原理机电传动控制2.单相晶闸管桥式逆变器单相晶闸管桥式逆变器二、单相无源逆变器的电压控制二、单相无源逆变器的电压控制 1.控制逆变器的输入直流电压控制逆变器的输入直流电压 2.在逆变器内部的电压控制在逆变器内部的电压控制（1）脉宽控制）脉宽控
50、制不改变逆变器输入直流电压的大小，而是通过改变逆变器中晶闸管（或晶体不改变逆变器输入直流电压的大小，而是通过改变逆变器中晶闸管（或晶体管）的导通时间以控制输出脉冲的宽度来改变逆变器输出电压，此方法称管）的导通时间以控制输出脉冲的宽度来改变逆变器输出电压，此方法称脉宽控脉宽控制制。机电传动控制若使延迟角从若使延迟角从0变到变到1800，将可以使逆变器的输出电压从最大值变到零。，将可以使逆变器的输出电压从最大值变到零。（2）脉冲宽度调制（）脉冲宽度调制（PWM）如如果果使使VS1与与VS4，VS2与与VS3通通过过高高频频调调制制控控制制，能能在在半半个个周周期期内内重重复复导导通通和和关关断断N