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1、第19章 电力电子技术本讲稿第一页，共五十九页本章要求：本章要求：本章要求：本章要求：1.了解晶闸管的基本构造、工作原理、特性曲线了解晶闸管的基本构造、工作原理、特性曲线 和主要参数；和主要参数；2.了解单相可控整流电路的可控原理和整流电压了解单相可控整流电路的可控原理和整流电压 与电流的波形，了解单结晶闸管及其触发电路；与电流的波形，了解单结晶闸管及其触发电路；与电流的波形，了解单结晶闸管及其触发电路；与电流的波形，了解单结晶闸管及其触发电路；3.3.了解逆变电路、变频电路和交流调压电路及斩了解逆变电路、变频电路和交流调压电路及斩了解逆变电路、变频电路和交流调压电路及斩了解逆变电路、变频电路
2、和交流调压电路及斩 波电路的工作原理和应用。波电路的工作原理和应用。第第19章章 电力电子技术电力电子技术本讲稿第二页，共五十九页19.1 电力电子器件电力电子器件 (1)(1)不控器件不控器件不控器件不控器件 器件的导通和关断无可控功能。如整流二极管器件的导通和关断无可控功能。如整流二极管器件的导通和关断无可控功能。如整流二极管器件的导通和关断无可控功能。如整流二极管(D)。(2)(2)半控器件半控器件器件的导通可控器件的导通可控器件的导通可控器件的导通可控,但关断不可控。如普通晶闸管但关断不可控。如普通晶闸管但关断不可控。如普通晶闸管但关断不可控。如普通晶闸管(T T)。(3)全控器件全控
3、器件全控器件全控器件 器件的导通和关断均具可控的功能。如可关断晶闸管器件的导通和关断均具可控的功能。如可关断晶闸管(GTOGTO)、功率晶体管、功率晶体管、功率晶体管、功率晶体管(GTRGTR)、功率场效晶体管、功率场效晶体管、功率场效晶体管、功率场效晶体管(VDMOS)及及及及绝缘栅双极晶体管绝缘栅双极晶体管绝缘栅双极晶体管绝缘栅双极晶体管(IGBTIGBT)。19.1.1 电力电子器件的分类电力电子器件的分类本讲稿第三页，共五十九页电力电子器件的符号电力电子器件的符号电力电子器件的符号电力电子器件的符号电力电子器件的主要性能指标电力电子器件的主要性能指标电压、电流、工作频率。电压、电流、工
4、作频率。K K GGA AT TK K A AD DK K GGA AGTOGTOGSDVDMOSVDMOSBECGTRGTRGECIGBTIGBT本讲稿第四页，共五十九页19.1.2 晶闸管晶闸管 晶闸管是在晶体管基础上发展起来的一种大功率半导晶闸管是在晶体管基础上发展起来的一种大功率半导体器件。它的出现使半导体器件由弱电领域扩展到强电体器件。它的出现使半导体器件由弱电领域扩展到强电领域。领域。晶闸管也像半导体二极管那样具有单向导电性，但它的晶闸管也像半导体二极管那样具有单向导电性，但它的晶闸管也像半导体二极管那样具有单向导电性，但它的晶闸管也像半导体二极管那样具有单向导电性，但它的导通时间
5、是可控的，主要用于整流、逆变、调压及开关等导通时间是可控的，主要用于整流、逆变、调压及开关等导通时间是可控的，主要用于整流、逆变、调压及开关等导通时间是可控的，主要用于整流、逆变、调压及开关等方面。方面。方面。方面。优点：优点：优点：优点：体积小、重量轻、效率高、动作迅速、维修简单、操体积小、重量轻、效率高、动作迅速、维修简单、操体积小、重量轻、效率高、动作迅速、维修简单、操体积小、重量轻、效率高、动作迅速、维修简单、操作方便、寿命长、作方便、寿命长、作方便、寿命长、作方便、寿命长、容量大（正向平均电流达千安、正向容量大（正向平均电流达千安、正向容量大（正向平均电流达千安、正向容量大（正向平均
6、电流达千安、正向耐压达数千伏）。耐压达数千伏）。耐压达数千伏）。耐压达数千伏）。（S Siliconilicon C Controlled Rectifier）本讲稿第五页，共五十九页G控制极控制极1.基本结构基本结构K 阴极阴极阳极阳极 AP1P2N1N2晶闸管具有三个晶闸管具有三个PN结。结。(c)(c)结构结构结构结构K GA(b)(b)符号符号符号符号(a)(a)外形外形外形外形晶闸管的外形、结构及符号晶闸管的外形、结构及符号四四 层层 半半 导导 体体三三 个个PN 结结本讲稿第六页，共五十九页P1P2N1N2K GA晶闸管相当于晶闸管相当于PNPPNP和和和和NPN型两个晶体管的组
7、合型两个晶体管的组合型两个晶体管的组合型两个晶体管的组合PPNNNPAGK+KA T2T1_P2N1N2IGIAP1N1P2IKG本讲稿第七页，共五十九页2.工作原理工作原理 在极短时间内使两个三极管均饱和导通，此过程称触发导通。形成正反馈过程形成正反馈过程形成正反馈过程形成正反馈过程E EA A 0、E EG G 0A AKGGEA+_R T1T2EG_+本讲稿第八页，共五十九页EA+_R T1T2EGA_+K 晶闸管导通后，去掉EG，依靠正反馈，仍可维持导通状态。2.工作原理工作原理EA 0、E EG G 0 0形成正反馈过程形成正反馈过程G本讲稿第九页，共五十九页晶闸管导通的条件：晶闸管
8、导通的条件：晶闸管导通的条件：晶闸管导通的条件：(1)晶闸管阳极电路晶闸管阳极电路(阳极与阴极之间阳极与阴极之间)施加正向电施加正向电压。压。(2)晶闸管控制电路晶闸管控制电路(控制极与阴极之间控制极与阴极之间)加正向电加正向电压或正向脉冲压或正向脉冲(正向触发电压正向触发电压)。晶闸管导通后，控制极便失去作用。晶闸管导通后，控制极便失去作用。依靠正反馈，依靠正反馈，依靠正反馈，依靠正反馈，晶闸管仍可维持导通状态。晶闸管仍可维持导通状态。晶闸管关断的条件：晶闸管关断的条件：晶闸管关断的条件：晶闸管关断的条件：(1)必须使可控硅阳极电流减小，直到必须使可控硅阳极电流减小，直到正反馈正反馈效应不效
9、应不能维持。能维持。(2)(2)将阳极电源断开或者在晶闸管的将阳极电源断开或者在晶闸管的阳极和阴极间加阳极和阴极间加阳极和阴极间加阳极和阴极间加反向电压。反向电压。反向电压。反向电压。本讲稿第十页，共五十九页正向特性正向特性正向特性正向特性反向特性反向特性反向特性反向特性URRMUFRMIG2 IG1 IG0 UBRIFUBO正向转折电压IHOUIIG0IG1IG2+_+_反向转折电压正向平均电流维持电流U U3.伏安特性伏安特性本讲稿第十一页，共五十九页4.主要参数主要参数(1)(1)正向重复峰值电压正向重复峰值电压正向重复峰值电压正向重复峰值电压UDRM 晶闸管晶闸管控制极开路且正向阻断情
10、况下控制极开路且正向阻断情况下,可以重复加在可以重复加在晶闸管晶闸管两端的正向峰值电压。两端的正向峰值电压。一般一般UDRM 比正向转折电压比正向转折电压UBO低低100V。(2)(2)反向重复峰值电压反向重复峰值电压反向重复峰值电压反向重复峰值电压URRM 晶闸管晶闸管控制极开路时控制极开路时,可以重复加在可以重复加在晶闸管晶闸管两端的反向两端的反向峰值电压。峰值电压。一般一般URRM 比反向转折电压比反向转折电压|UBO|低低100V。(3)(3)正向平均电流正向平均电流正向平均电流正向平均电流 IF 环境温度为环境温度为40C及及标准散热条件下，标准散热条件下，晶闸管处于晶闸管处于全导全
11、导通时通时可以连续通过的工频正弦半波电流的平均值。可以连续通过的工频正弦半波电流的平均值。本讲稿第十二页，共五十九页IFt 2 如果正弦半波电流的最大值为如果正弦半波电流的最大值为Im,则则普通晶闸管普通晶闸管IF为为1A 1000A。(4)(4)维持电流维持电流维持电流维持电流 I IHH 在规定的环境和控制极断路时，晶闸管维持导通状在规定的环境和控制极断路时，晶闸管维持导通状态所必须的最小电流。态所必须的最小电流。本讲稿第十三页，共五十九页晶闸管型号及其含义晶闸管型号及其含义 导通时平均电压组别导通时平均电压组别导通时平均电压组别导通时平均电压组别共九级共九级共九级共九级,用字母用字母用字
12、母用字母AIAI表示表示表示表示0.41.2V0.41.2V额定电压额定电压,用百位或千位数表示用百位或千位数表示取取UFRM或或URRM较小者较小者额定正向平均电流额定正向平均电流(IF)（晶闸管类型）（晶闸管类型）P-普通晶闸管普通晶闸管K-快速晶闸管快速晶闸管S-双向晶闸管双向晶闸管晶闸管晶闸管K P普通型普通型如如KP5-7表示表示额定正向平均电流为额定正向平均电流为5A,额定电压为额定电压为700V。本讲稿第十四页，共五十九页双向晶闸管双向晶闸管特点：特点：特点：特点：相当于两个相当于两个晶闸管反向并晶闸管反向并联，两者共用联，两者共用一个控制极。一个控制极。晶闸管双向晶闸管双向触发
13、导通。触发导通。U UA2A2UA1时时 控制极控制极控制极控制极相对于相对于相对于相对于A1加正脉冲，加正脉冲，u uGA1GA1 0，晶闸管晶闸管正正正正向导通，电流从向导通，电流从A2 2流向流向A1。UA2A2UA1时时时时 控制极相对于控制极相对于控制极相对于控制极相对于A A1 1加负脉冲，加负脉冲，加负脉冲，加负脉冲，uGA1GA1 0 0，晶闸管反晶闸管反晶闸管反晶闸管反向导通，电流从向导通，电流从A1流向流向流向流向A A2 2。工作原理：工作原理：(a)结构图结构图(b)GA1PNPNA2NNN(b)符号符号控制极控制极控制极控制极第二电极第二电极第二电极第二电极TA2GA
14、1第一电极第一电极第一电极第一电极本讲稿第十五页，共五十九页可关断晶闸管可关断晶闸管符号：符号：K K GGA AGTOGTO特点：特点：控制极加正触发信号，晶控制极加正触发信号，晶控制极加正触发信号，晶控制极加正触发信号，晶闸管导通；闸管导通；闸管导通；闸管导通；控制极加负触发信号，控制极加负触发信号，控制极加负触发信号，控制极加负触发信号，晶闸管关断。晶闸管关断。晶闸管关断。晶闸管关断。GTOGTO全控示意图全控示意图全控示意图全控示意图K K GGA AiGiAR RE EA AiGiA本讲稿第十六页，共五十九页19.1.3 功率晶体管、功率场效应晶体管功率晶体管、功率场效应晶体管功率晶
15、体管、功率场效应晶体管功率晶体管、功率场效应晶体管 和绝缘栅双极晶体管和绝缘栅双极晶体管和绝缘栅双极晶体管和绝缘栅双极晶体管1.1.功率晶体管功率晶体管功率晶体管功率晶体管2.2.功率场效应晶体管功率场效应晶体管功率场效应晶体管功率场效应晶体管3.3.绝缘栅双极晶体管绝缘栅双极晶体管绝缘栅双极晶体管绝缘栅双极晶体管这种晶体管主要作为功率开关使用。这种晶体管主要作为功率开关使用。这种晶体管主要作为功率开关使用。这种晶体管主要作为功率开关使用。这种场效应管的漏极电流较大，可达几百这种场效应管的漏极电流较大，可达几百这种场效应管的漏极电流较大，可达几百这种场效应管的漏极电流较大，可达几百A A；耐压
16、较高，；耐压较高，；耐压较高，；耐压较高，漏漏漏漏-源电压可达千伏；效率较高、速度较快。源电压可达千伏；效率较高、速度较快。源电压可达千伏；效率较高、速度较快。源电压可达千伏；效率较高、速度较快。这种晶体管综合了功率晶体管和功率场效应晶体管的优点，这种晶体管综合了功率晶体管和功率场效应晶体管的优点，这种晶体管综合了功率晶体管和功率场效应晶体管的优点，这种晶体管综合了功率晶体管和功率场效应晶体管的优点，具有较高的电压与电流和工作频率，其关断时间可缩短到具有较高的电压与电流和工作频率，其关断时间可缩短到具有较高的电压与电流和工作频率，其关断时间可缩短到具有较高的电压与电流和工作频率，其关断时间可缩
17、短到40ns40ns。本讲稿第十七页，共五十九页19.2 可控整流电路可控整流电路19.2.1 可控整流电路可控整流电路 1.1.单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路(1)电阻性负载电阻性负载电阻性负载电阻性负载 u u 0 0 时：时：时：时：若若若若u uG G=0=0=0=0，晶闸管晶闸管晶闸管晶闸管不导通，不导通，不导通，不导通，u 0 时时时时:晶闸管晶闸管晶闸管晶闸管承受反向电压不导通承受反向电压不导通承受反向电压不导通承受反向电压不导通,uO O O O=0,=0,u uT T T T=u u，故称可控整流。故称可控整流。控制极加触发信
18、号，晶闸管控制极加触发信号，晶闸管控制极加触发信号，晶闸管控制极加触发信号，晶闸管承受正向电压承受正向电压导导导导 通，通，通，通，uuoRL+uT+Tio本讲稿第十八页，共五十九页 tO工作原理工作原理工作原理工作原理 t1 2 u u2 2 0 0时时时时:本讲稿第十九页，共五十九页 tO tO 接电阻负载时接电阻负载时单相半波可控整流电路电压、电流波形单相半波可控整流电路电压、电流波形单相半波可控整流电路电压、电流波形单相半波可控整流电路电压、电流波形 控制角 t1 tO t22 tO导通角本讲稿第二十页，共五十九页整流输出电压及电流的平均值整流输出电压及电流的平均值整流输出电压及电流的
19、平均值整流输出电压及电流的平均值由公式可知：由公式可知：由公式可知：由公式可知：改变控制角改变控制角改变控制角改变控制角 ，可改变输出电压，可改变输出电压，可改变输出电压，可改变输出电压UOO。本讲稿第二十一页，共五十九页(2)(2)电感性负载与续流二极管电感性负载与续流二极管 当电压当电压u过零后，由于电感反电动势的存在，晶闸过零后，由于电感反电动势的存在，晶闸管在一段时间内仍管在一段时间内仍 维持导通，失去单向导电作用。维持导通，失去单向导电作用。uuOR+uT+TLeL 在电感性负载中在电感性负载中,当晶闸管刚触发导通时，电感当晶闸管刚触发导通时，电感元件上产生阻碍电流变化的感应电势元件
20、上产生阻碍电流变化的感应电势(极性如图极性如图)，电，电流不能跃变，将由零逐渐上升流不能跃变，将由零逐渐上升(见波形见波形见波形见波形)。本讲稿第二十二页，共五十九页 tO tO t1 tO t22 tO 工作波形工作波形工作波形工作波形本讲稿第二十三页，共五十九页u 0 0时时时时：D反向截止，不影响整流电路工作。反向截止，不影响整流电路工作。u 0时：时：D正向导通正向导通,晶闸管晶闸管承受反向电压关断承受反向电压关断,电感元件电感元件L释放能量形成的电流经释放能量形成的电流经D构成回路构成回路(续流续流),),负载电负载电压压uOO波形与电阻性负载相同波形与电阻性负载相同(见波形图见波形
21、图)。电感性负载电感性负载(加加加加续流二极管续流二极管)uuOR+uT+LTioDio+本讲稿第二十四页，共五十九页 tO工作波形工作波形(加续流二极管加续流二极管)iL t tO tO 2 本讲稿第二十五页，共五十九页2.单相半控桥式整流电路单相半控桥式整流电路(1)电路电路电路电路(2)(2)工作原理工作原理 T T1 1和和D2承受正向承受正向承受正向承受正向电压。电压。电压。电压。T T1控制极加触发控制极加触发电压电压,则则T T1 1和和D2 2导导导导通，通，通，通，电流的通路为电流的通路为电流的通路为电流的通路为T1、T2 晶闸管晶闸管D1、D2晶体管晶体管aRLD2T1b电
22、压电压u 为正半周为正半周为正半周为正半周时：时：此时，此时，T T1和和D2 2均承受反向电压而截止。均承受反向电压而截止。均承受反向电压而截止。均承受反向电压而截止。io+T1T2RLuOD1D2a u+b本讲稿第二十六页，共五十九页 T T2 2和和和和D D1承受正向承受正向承受正向承受正向电压。电压。电压。电压。T T2控制极加触发控制极加触发电压电压,则则T T2 2和和和和D D1 1导导导导通，通，通，通，电流的通路为电流的通路为电压电压电压电压u u 为负半周为负半周时：时：时：时：bRLD1T2a此时，此时，此时，此时，T T1 1和和和和D D2均承受反向电压而截止。均承
23、受反向电压而截止。均承受反向电压而截止。均承受反向电压而截止。io+T1T2RLuOD1D2a u+b本讲稿第二十七页，共五十九页 tO t tO tO(3)(3)(3)(3)工作波形工作波形2 本讲稿第二十八页，共五十九页(4)(4)输出电压及电流的平均值输出电压及电流的平均值本讲稿第二十九页，共五十九页两种常用可控整流电路电路特点1.该电路只用一只晶闸管，且其上无反该电路只用一只晶闸管，且其上无反 向电压。向电压。2.晶闸管和负载上的电流相同。晶闸管和负载上的电流相同。(1)uTD2D1D4uORLD3+-+-本讲稿第三十页，共五十九页电路特点 1.电路接入电感性负载时，二极管电路接入电感
24、性负载时，二极管D1、D2起起 续流作用。续流作用。2.由于由于T1的阳极和的阳极和T2的阴极相连，两管控制的阴极相连，两管控制 极必须加独立的触发信号。极必须加独立的触发信号。(2)T1T2D1D2uuORL+-+-本讲稿第三十一页，共五十九页19.2.2 晶闸管的保护晶闸管的保护 晶闸管承受过电压、过电流的能力很差，这是它的主要晶闸管承受过电压、过电流的能力很差，这是它的主要晶闸管承受过电压、过电流的能力很差，这是它的主要晶闸管承受过电压、过电流的能力很差，这是它的主要缺点。缺点。缺点。缺点。晶闸管的热容量很小晶闸管的热容量很小，一旦发生过电流时，温度，一旦发生过电流时，温度急剧上升，可能
25、将急剧上升，可能将PN结烧坏，造成元件内部断炉或开路。结烧坏，造成元件内部断炉或开路。例如一只例如一只100A的的晶闸管晶闸管过电流为过电流为400A时，仅允许持续时，仅允许持续0.02秒，否则将因过热而损坏；秒，否则将因过热而损坏；晶闸管耐受过电压的晶闸管耐受过电压的能力极差，能力极差，电压超过其反向击穿电压时，即使时间极电压超过其反向击穿电压时，即使时间极短，也容易损坏。若正向电压超过转折电压时，则晶短，也容易损坏。若正向电压超过转折电压时，则晶闸管误导通，导通后的电流较大，使器件受损。闸管误导通，导通后的电流较大，使器件受损。本讲稿第三十二页，共五十九页1.晶闸管的过流保护晶闸管的过流保
26、护晶闸管的过流保护晶闸管的过流保护(1)(1)快速熔断器保护快速熔断器保护 电路中加快速熔断器。当电路发生过流故障时，它能在电路中加快速熔断器。当电路发生过流故障时，它能在电路中加快速熔断器。当电路发生过流故障时，它能在电路中加快速熔断器。当电路发生过流故障时，它能在晶闸管过热损坏之前熔断，切断电流通路，以保证晶闸管晶闸管过热损坏之前熔断，切断电流通路，以保证晶闸管晶闸管过热损坏之前熔断，切断电流通路，以保证晶闸管晶闸管过热损坏之前熔断，切断电流通路，以保证晶闸管的安全。的安全。的安全。的安全。与晶闸管串联接在输入端接在输出端快速熔断器接入方式有三种，如下图所示。快速熔断器接入方式有三种，如下
27、图所示。快速熔断器接入方式有三种，如下图所示。快速熔断器接入方式有三种，如下图所示。本讲稿第三十三页，共五十九页(2)过流继电器保护过流继电器保护过流继电器保护过流继电器保护(3)(3)过流截止保护过流截止保护过流截止保护过流截止保护 在输出端在输出端在输出端在输出端(直流输直流输直流输直流输)或输入端或输入端或输入端或输入端(交流侧交流侧交流侧交流侧)接入过电流继电器，接入过电流继电器，接入过电流继电器，接入过电流继电器，当电路发生过流故障时，继电器动作，使电路自动切断。当电路发生过流故障时，继电器动作，使电路自动切断。当电路发生过流故障时，继电器动作，使电路自动切断。当电路发生过流故障时，
28、继电器动作，使电路自动切断。在交流侧设置电流检测电路，利用过电流信号控制触发在交流侧设置电流检测电路，利用过电流信号控制触发在交流侧设置电流检测电路，利用过电流信号控制触发在交流侧设置电流检测电路，利用过电流信号控制触发电路。电路。电路。电路。当电路发生过流故障时，当电路发生过流故障时，检测电路控制触发脉冲检测电路控制触发脉冲迅速后移或停止产生触发脉冲，从而使晶闸管导通角迅速后移或停止产生触发脉冲，从而使晶闸管导通角减小或立即关断。减小或立即关断。本讲稿第三十四页，共五十九页RLC CR(2)硒碓保护硒碓保护硒碓保护硒碓保护2.晶闸管的过压保护晶闸管的过压保护晶闸管的过压保护晶闸管的过压保护(
29、1)阻容保护阻容保护 利用电容吸收过压。利用电容吸收过压。利用电容吸收过压。利用电容吸收过压。其实质就是将造成过电压的能量其实质就是将造成过电压的能量变成电场能量储存到电容中，然后释放到电阻中消耗掉。变成电场能量储存到电容中，然后释放到电阻中消耗掉。硒碓保护(硒整流片)C CRRCRC晶闸管元件的阻容保护本讲稿第三十五页，共五十九页19.2.3 单结晶体管触发电路单结晶体管触发电路1.单结晶体管单结晶体管B B2 2第二基极第二基极第二基极第二基极B B1 1N欧姆接触欧姆接触欧姆接触欧姆接触 电阻电阻电阻电阻P发射极发射极发射极发射极E E第一基极第一基极第一基极第一基极PN结N型硅片(a)
30、(a)示意图示意图示意图示意图单结晶体管结构示意图及其表示符号单结晶体管结构示意图及其表示符号单结晶体管结构示意图及其表示符号单结晶体管结构示意图及其表示符号(b)(b)符号符号符号符号(1)(1)结构结构B B2 2E EB B1 1本讲稿第三十六页，共五十九页(2)工作原理工作原理 U UE E U UP后，大量空穴后，大量空穴注入基区，致使注入基区，致使IE增增加、加、UE反而下降，出反而下降，出反而下降，出反而下降，出现负阻现负阻现负阻现负阻-负阻区。负阻区。P本讲稿第三十八页，共五十九页(1)(1)UE U UP时单结管导通，时单结管导通，U UE UV V时恢复截止。时恢复截止。时
31、恢复截止。时恢复截止。单结晶体管的特点单结晶体管的特点(2)(2)晶体管的峰点电压晶体管的峰点电压晶体管的峰点电压晶体管的峰点电压U UP与外与外 加固定电压加固定电压加固定电压加固定电压U UBBBB及分压比及分压比 有关，有关，有关，有关，峰点电压峰点电压UP P或或分压比分压比 不同，则峰值电不同，则峰值电 压压U UP不同。不同。不同。不同。(3)不同单结晶体管的谷点电压不同单结晶体管的谷点电压U UV V和和谷点电流谷点电流I IV V都都 比一样。谷点电压大约在比一样。谷点电压大约在2 5V之间。常选用之间。常选用 稍大一些，稍大一些，UV稍小的单结晶体管，以增大输稍小的单结晶体管
32、，以增大输 出脉冲幅度和移相范围。出脉冲幅度和移相范围。B B2 2E EB B1 1本讲稿第三十九页，共五十九页2.单结晶体管触发电路单结晶体管触发电路(1)振荡电路振荡电路单结晶体管弛张振荡电路单结晶体管弛张振荡电路单结晶体管弛张振荡电路单结晶体管弛张振荡电路 单结晶体管弛张单结晶体管弛张单结晶体管弛张单结晶体管弛张振荡电路利用单结管振荡电路利用单结管的负阻特性及的负阻特性及的负阻特性及的负阻特性及RCRC电路电路的充放电特性组成频的充放电特性组成频率可调的振荡电路。率可调的振荡电路。率可调的振荡电路。率可调的振荡电路。ugR2 2R1 1RUuC CE+C C+_+_5050 100k1
33、00k 300300 0.470.47 F F本讲稿第四十页，共五十九页(2)(2)振荡过程分析振荡过程分析振荡过程分析振荡过程分析设通电前设通电前u uC C=0。接通电源接通电源U U,电容电容C经电阻经电阻R充电。充电。电容电压电容电压u uC C逐渐升高。逐渐升高。当当uC C U UP P时时,单结管导通单结管导通,电电容容容容C C放电放电,R1上得到一脉冲电压。上得到一脉冲电压。上得到一脉冲电压。上得到一脉冲电压。UpUVUp-UDuC Ctugt电容放电至电容放电至 uC C U Uv v时，单结管重新关断，使时，单结管重新关断，使时，单结管重新关断，使时，单结管重新关断，使u
34、OO 0 0 0 0。ugR2 2R1 1RUuC CE+C C+_+_5050 100k100k 300300 0.470.47 F F本讲稿第四十一页，共五十九页注意：注意：R值不能选的值不能选的值不能选的值不能选的太小，否则单结管不太小，否则单结管不太小，否则单结管不太小，否则单结管不能关断，电路亦不能能关断，电路亦不能能关断，电路亦不能能关断，电路亦不能振荡振荡振荡振荡。uC CttuOOuPuV(b)(b)电压波形电压波形电压波形电压波形本讲稿第四十二页，共五十九页主电路主电路触发电路触发电路(3)(3)单结管触发的半控桥式整流电路单结管触发的半控桥式整流电路单结管触发的半控桥式整流
35、电路单结管触发的半控桥式整流电路u1 1+RLR1R2RPCRuZT1D1D2T2u2+uC+RuL L+ug+u+本讲稿第四十三页，共五十九页1)1)整流削波整流削波U2M削削 波波UZ ZU2MtOtt整流整流Ru2+uO+uZ本讲稿第四十四页，共五十九页本讲稿第四十五页，共五十九页问问 题题 讨讨 论论1.1.单结管触发的可控整流电路中，主电路和触发单结管触发的可控整流电路中，主电路和触发单结管触发的可控整流电路中，主电路和触发单结管触发的可控整流电路中，主电路和触发 电路为什么接在同一个变压器上？电路为什么接在同一个变压器上？目的：目的：目的：目的：保证主电路和触发电路的电源电压同时过
36、零保证主电路和触发电路的电源电压同时过零保证主电路和触发电路的电源电压同时过零保证主电路和触发电路的电源电压同时过零(即两即两即两即两者同步者同步者同步者同步)，使电容在每半个周期均从零开始充电，从而保证，使电容在每半个周期均从零开始充电，从而保证，使电容在每半个周期均从零开始充电，从而保证，使电容在每半个周期均从零开始充电，从而保证每半个周期的第一个触发脉冲出现的时刻相同每半个周期的第一个触发脉冲出现的时刻相同每半个周期的第一个触发脉冲出现的时刻相同每半个周期的第一个触发脉冲出现的时刻相同(即即即即 角一样角一样角一样角一样)以使输出平均电压不变。以使输出平均电压不变。2.触发电路中，整流后
37、为什么加稳压管？触发电路中，整流后为什么加稳压管？触发电路中，整流后为什么加稳压管？触发电路中，整流后为什么加稳压管？稳压管的作用：稳压管的作用：是将整流后的电压变成梯形是将整流后的电压变成梯形(即削波即削波)，使单结管两端电压稳定在稳压管的稳压值上，从而保，使单结管两端电压稳定在稳压管的稳压值上，从而保证单结管产生的脉冲幅度和每半个周期产生证单结管产生的脉冲幅度和每半个周期产生第一脉冲的时间，不受交流电源电压变化的影响。第一脉冲的时间，不受交流电源电压变化的影响。本讲稿第四十六页，共五十九页3.一系列触发脉冲中，为什么只有第一个起作用？一系列触发脉冲中，为什么只有第一个起作用？如何改变控制角
38、如何改变控制角如何改变控制角如何改变控制角？根据晶闸管的特性，它一旦触发导通，在阳极电压根据晶闸管的特性，它一旦触发导通，在阳极电压足够大的条件下，即使去掉触发信号，仍能维持导通足够大的条件下，即使去掉触发信号，仍能维持导通状态。因此，每半个周期中只有第一个触发脉冲起作状态。因此，每半个周期中只有第一个触发脉冲起作用。用。改变充电时间常数即可改变控制角改变充电时间常数即可改变控制角改变充电时间常数即可改变控制角改变充电时间常数即可改变控制角 。控制角控制角控制角控制角 变化的范围称为移相范围。变化的范围称为移相范围。4.4.电压的调节电压的调节R 电容充电速度变慢电容充电速度变慢 uL L本讲
39、稿第四十七页，共五十九页3.应用举例应用举例(1)(1)电瓶充电机电路电瓶充电机电路电瓶充电机电路电瓶充电机电路 该电瓶充电机电路使用元件较少，线路简单，该电瓶充电机电路使用元件较少，线路简单，具有过充电保护、短路保护和电瓶短接保护。具有过充电保护、短路保护和电瓶短接保护。TR1AVR2R4R3RPDDZC+_待待充充电电瓶瓶T1本讲稿第四十八页，共五十九页R1AVR2R4R3RPDDZC+_待待充充电电瓶瓶T1工作原理工作原理 当待充电电瓶接入电路后，触发电路获得所需电源电压当待充电电瓶接入电路后，触发电路获得所需电源电压当待充电电瓶接入电路后，触发电路获得所需电源电压当待充电电瓶接入电路后
40、，触发电路获得所需电源电压开始工作。开始工作。开始工作。开始工作。R R2 2 、RP P、C C 、T T1 、R R3 3 、R R4 构成了单结晶体管触发电构成了单结晶体管触发电构成了单结晶体管触发电构成了单结晶体管触发电路路路路。本讲稿第四十九页，共五十九页 当电瓶电压充到一定数值时，使得当电瓶电压充到一定数值时，使得当电瓶电压充到一定数值时，使得当电瓶电压充到一定数值时，使得单结晶体管的峰单结晶体管的峰点电压点电压U UP大于稳压管大于稳压管D DZ的稳定电压，单结晶体管不能导的稳定电压，单结晶体管不能导的稳定电压，单结晶体管不能导的稳定电压，单结晶体管不能导通，触发电路不再产生触发
41、脉冲，充电机停止充电。通，触发电路不再产生触发脉冲，充电机停止充电。通，触发电路不再产生触发脉冲，充电机停止充电。通，触发电路不再产生触发脉冲，充电机停止充电。R1AVR2R4R3RPDDZC+_待待充充电电瓶瓶T1本讲稿第五十页，共五十九页R1AVR2R4R3RPDDZC+_待待充充电电瓶瓶T1 触发电路和可控整流电路的同步是由二极管触发电路和可控整流电路的同步是由二极管触发电路和可控整流电路的同步是由二极管触发电路和可控整流电路的同步是由二极管D和电阻和电阻和电阻和电阻R1来来完成的。完成的。交流电压过零变正后交流电压过零变正后D截止，电瓶电压通过截止，电瓶电压通过R R2 、R RP向向
42、向向C充电。改变充电。改变充电。改变充电。改变R RP P之值，可设定电瓶的初始充电之值，可设定电瓶的初始充电电流。电流。交流电压过零变负后，电容通过交流电压过零变负后，电容通过D和和R1 1迅速放电。迅速放电。迅速放电。迅速放电。本讲稿第五十一页，共五十九页19.3 逆变电路逆变电路能够实现能够实现DC-AC变换的电路称为逆变电路。变换的电路称为逆变电路。逆变器逆变器U UDDCuOO,f fOOAC整流器整流器u ,f fAC 变频变频变频变频电路的输入与输出均为交流，电路的输出电压电路的输入与输出均为交流，电路的输出电压电路的输入与输出均为交流，电路的输出电压电路的输入与输出均为交流，电
43、路的输出电压u uOO的的幅值和频率幅值和频率f fOO可单独或同时调节。可单独或同时调节。可单独或同时调节。可单独或同时调节。变频电路变频电路 变频变频器一般用作电源，用于交流调速、感应加热、器一般用作电源，用于交流调速、感应加热、焊接、不间断电源及直流输电等。焊接、不间断电源及直流输电等。逆变逆变逆变逆变器可采用不同的电力电子器件，本章只介绍可关断器可采用不同的电力电子器件，本章只介绍可关断器可采用不同的电力电子器件，本章只介绍可关断器可采用不同的电力电子器件，本章只介绍可关断晶闸管逆变电路。晶闸管逆变电路。晶闸管逆变电路。晶闸管逆变电路。本讲稿第五十二页，共五十九页19.3.1 电压型单
44、相桥式逆变电路电压型单相桥式逆变电路T T1 1D D1 1T T4 4T T3 3T T2 2D D4 4D D3 3D D2 2+-uoio+-U UD DC C1.电路电路 2.2.工作原理工作原理 令晶闸管令晶闸管T1、T3 3和和和和T T2 2、T4 4轮流导通。轮流导通。3.uOO的的波形波形波形波形 t touOOU UD D二极管的作用二极管的作用:T T2 2T T4 4导通导通导通导通T T1 1T T3 3导通导通导通导通 当负载为感性时，因电流当负载为感性时，因电流当负载为感性时，因电流当负载为感性时，因电流 io滞后于滞后于电压电压uOO，二极管可在晶闸管切换导通时
45、将电感的储，二极管可在晶闸管切换导通时将电感的储能反馈给电源，故称为能反馈给电源，故称为反馈二极管反馈二极管。改变晶闸管切换导通的时间即可改变输出电压的改变晶闸管切换导通的时间即可改变输出电压的频率频率f fOO。本讲稿第五十三页，共五十九页19.3.2 电压型三相桥式逆变电路电压型三相桥式逆变电路1.1.电路电路电路电路 2.2.工作原理工作原理工作原理工作原理 晶闸管晶闸管晶闸管晶闸管T T1 1TT6每隔每隔60 依次触发导通，每管导通依次触发导通，每管导通180 ，每一，每一，每一，每一6060 区间有三个晶闸管导通。区间有三个晶闸管导通。同一臂上的两个晶闸管不能同时导通。同一臂上的两
46、个晶闸管不能同时导通。T T1 1D D1 1T T4 4T T5 5T T3 3D D4 4D D5 5D D3 3+-U UD DC CT T6 6D D6 6T T2 2D D2 2U1V1WW1 1+u u2 2-+u u1 1-+u u3 3-三相负载三相负载逆变电路逆变电路本讲稿第五十四页，共五十九页晶闸管在一个周期内导通次序晶闸管在一个周期内导通次序晶闸管在一个周期内导通次序晶闸管在一个周期内导通次序导通区间导通区间导通区间导通区间060060 6012060120 120180120180 180240180240 240300240300 300360 300360 晶晶晶晶
47、 闸闸闸闸 管管管管 导导导导 通通通通 次次次次 序序序序T T5 5 T T6 6 T T1 1 T T6 6 T T1 1 T T2 2 T T1 1 T T2 2 T T3 3 T T2 2 T T3 3 T T4 4 T T3 3 T T4 4 T T5 5 T T4 4 T T5 5 T T6 6T T1 1T T5 5T T6 6U U1 1WW1 1V V1 1u u2 2u u1 1u u3 3+-U UD DT T1 1T T6 6T T2 2U U1 1WW1 1V V1 1u u2 2u u1 1u u3 3+-U UD D060060 区间区间区间区间60120601
48、20 区间区间区间区间负载相电压负载相电压负载相电压负载相电压负载相电压负载相电压本讲稿第五十五页，共五十九页3.3.负载相电压与线电压负载相电压与线电压负载相电压与线电压负载相电压与线电压波形波形波形波形 t tou2 t tou3 t tou23 t tou31 t tou1 2 2 t tou12 2 2 相电压相电压相电压相电压线电压线电压线电压线电压相电压之间和线电压之间均相差相电压之间和线电压之间均相差120。本讲稿第五十六页，共五十九页19.3.3 正弦波脉宽调制正弦波脉宽调制1.1.电路电路电路电路 2.2.工作工作工作工作波形波形 t touC uSu uG1G1uouS S+uC C控制电压控制电压调制电压调制电压 t tououC CuS t tou12U UD D电压比较器电压比较器本讲稿第五十七页，共五十九页19.4 交流调压电路交流调压电路T1T2u+-uo+-RL t touOO t touGG t touOO1.电路电路 2.工作工作波形波形波形波形3.输出电压有效值输出电压有效值 本讲稿第五十八页，共五十九页简单的交流调压电路简单的交流调压电路 双向二极管：双向二极管：双向二极管：双向二极管：只要在其两端加上只要在其两端加上一定数值的正或负一定数值的正或负电压即可使其导通。电压即可使其导通。RC Tu+_ _双向二极管本讲稿第五十九页，共五十九页