什么是電力電子技術(shù)（Whatispowerelectronics）(powerelectronicsandinformationelectronics)電子技術(shù)電子技術(shù)信息電子技術(shù)電力電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)模擬電子技術(shù)——信息處理——電力變換電子技術(shù)一般即指信息電子技術(shù)，廣義而言，也包括電力電子技術(shù)?！褂秒娏﹄娮悠骷﹄娔苓M行變換和控制的技術(shù)，即應(yīng)用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)。目前電力電子器件均用半導體制成，故也稱電力半導體器件。電力電子技術(shù)變換的“電力”，可大到數(shù)百MW甚至GW，也可小到數(shù)W甚至mW級。兩大分支電力電子器件制造技術(shù)：電力電子技術(shù)的基礎(chǔ)，理論基礎(chǔ)是半導體物理。變流技術(shù)（電力電子器件應(yīng)用技術(shù)：和電力電子系統(tǒng)的技術(shù)；是電力電子技術(shù)的核心，理論基礎(chǔ)是電路理論。變流技術(shù)的種類電力——交流和直流兩種：從公用電網(wǎng)直接得到的是交流，從蓄電池和干電池得到的是直流電力變換四大類：交流變直流、直流變交流、直流變直流、交流變交流入 出 流 流流 波1電力變化的種類

與相關(guān)學科的關(guān)系電力電子學(PowerElectronics)名稱60年代出現(xiàn)；遍接受；電子學電子學電力學器,電件靜止器電力電子學旋轉(zhuǎn)連續(xù),離散控制理論與電子學（信息電子學）的關(guān)系①都分為器件和應(yīng)用兩大分支②器件的材料、工藝基本相同，都采用微電子技術(shù)③應(yīng)用的理論基礎(chǔ)、分析方法、分析軟件也基本相同電力電子電路的器件一般只工作在開關(guān)狀態(tài)⑤二者同根同源與電力學（電氣工程）的關(guān)系電力電子技術(shù)廣泛用于電氣工程中：高壓直流輸電 靜止無功補償電力機車牽引 交直流電力傳動電解、電鍍、電加熱、高性能交直流電源國內(nèi)外均把電力電子技術(shù)歸為電氣工程的一個分支電力電子技術(shù)是電氣工程學科中最為活躍的一個分支與控制理論（自動化技術(shù)）的關(guān)系控制理論廣泛用于電力電子系統(tǒng)中有力紐帶電力電子裝置是自動化技術(shù)的基礎(chǔ)元件和重要支撐技術(shù)地位和未來計算機——人腦電力電子＋運動控制——肌肉和四肢電力電子技術(shù)是電能變換技術(shù),是把粗電變?yōu)榫姷募夹g(shù)永駐。20世紀后半葉誕生和發(fā)展的一門嶄新的技術(shù)，21世紀仍將以迅猛的速度發(fā)展電力電子技術(shù)的應(yīng)用一般工業(yè)：交通運輸：電力系統(tǒng)：電子裝置電源：家用電器：“節(jié)能燈”、變頻空調(diào)其他：UPS總之，電力電子技術(shù)的應(yīng)用范圍十分廣泛，激發(fā)了一代又一代的學者和工程技術(shù)人員學習、研究電力電子技術(shù)并使其飛速發(fā)展。頻交流電源，因此也可以說，電力電子技術(shù)研究的也就是電源技術(shù)。電力電子技術(shù)對節(jié)省電能有重要意義。特別在大型風機、水泵采用變頻調(diào)速方面，在使用量十分龐大的照明電源等方面，電力電子技術(shù)的節(jié)能效果十分顯著，因此它也被稱為是節(jié)能技術(shù)。發(fā)展史電力電子技術(shù)的發(fā)展史是以電力電子器件的發(fā)展史為綱的一、教學目的與要求通過本章的學習使學生掌握各種電力電子器件的特性和使用方法。二、授課內(nèi)容1、電力電子器件的概念、特點和特性。注意的一些問題。三、重點、難點及學生的要求1、重點主要參數(shù)。電力電子器件的驅(qū)動及保護2、難點3、要求掌握電力電子器件的型號命名法醫(yī)及其參數(shù)和特性曲線的使用方法。掌握各類電力電子器件驅(qū)動電路的特點。熟悉各類保護電路的作用及原理。了解電力電子器件的串并聯(lián)使用方法電力電子器件的概念和特征概念:電力電子器件（powerelectronicdevice）——可直接用于處理電能的主電路中，實現(xiàn)電能的變換或控制的電子器件主電路（mainpowercircuit）——電氣設(shè)備或電力系統(tǒng)中，直接承擔電能的變換或控制任務(wù)的電路廣義上分為兩類:(汞弧整流器、閘流管等電真空器件)半導體器件(采用的主要材料仍然是硅)應(yīng)用電力電子器件的系統(tǒng)組成電力電子系統(tǒng)：由控制電路、驅(qū)動電路和以電力電子器件為核心的主電路組成控控檢測電路V1制 LR電路驅(qū)動電路V2主電路控制電路按系統(tǒng)的工作要求形成控制信號，通過驅(qū)動電路去控制主電路中電力電子器件的通或斷，來完成整個系統(tǒng)的功能。由于主電路中往往有電壓和電流的過沖，而電力電子器件一般比主電路中普通的元器件要昂貴，但承受過電壓和過電流的能力卻要差一些，因此，在主電路和控制電路中附加一些，以保證電力電子器件和整個電力電子系統(tǒng)正?？煽窟\行，也往往是非常必要的。電力電子器件的分類按照器件能夠被控制電路信號所控制的程度，分為以下三類：半控型器件:通過控制信號可以控制其導通而不能控制其關(guān)斷。全控型器件:通過控制信號既可控制其導通又可控制其關(guān)斷，又稱自關(guān)斷器件。不可控器件不可控器件—電力二極管。PowerDiode結(jié)構(gòu)和原理簡單，工作可靠，自20世紀50年代初期就獲得應(yīng)用。場合，具有不可替代的地位。PN結(jié)與電力二極管的工作原理基本結(jié)構(gòu)和工作原理與信息電子電路中的二極管一樣PN結(jié)為基礎(chǔ)，由一個面積較大的PN結(jié)和兩端引線以及封裝組成的。從外形N型半導體和P型半導體結(jié)合后構(gòu)成PN結(jié)。內(nèi)電場內(nèi)電場----------P型區(qū)------+···+ + +--++···+ + +···++ +-+···+ + +-+++ +空間電荷區(qū)···N型區(qū)交界處電子和空穴的濃度差別，造成了各區(qū)的多子向另一區(qū)的擴散運動，到對這些不能移動的正、負電荷稱為空間電荷PN結(jié)的正向?qū)顟B(tài)AKAKAIPNJb)KAc)向偏置的PN結(jié)表現(xiàn)為低阻態(tài)。PN結(jié)的反向截止狀態(tài) a)PN結(jié)的單向?qū)щ娦浴N結(jié)的單向?qū)щ娦赃@一主要特征。PN結(jié)的反向擊穿PN結(jié)的電容效應(yīng)：PN結(jié)的電荷量隨外加電壓而變化，呈現(xiàn)電容效應(yīng)，稱為結(jié)電容C，又稱為微分J電容。結(jié)電容按其產(chǎn)生機制和作用的差別分為勢壘電容C和擴散電容C。B D勢壘電容勢壘電容的大小與PN結(jié)截面積成正比，與阻擋層厚度成反比。造成電力二極管和信息電子電路中的普通二極管區(qū)別的一些因素：高，電導調(diào)制效應(yīng)不能忽略。引線和焊接電阻的壓降等都有明顯的影響。為了提高反向耐壓，其摻雜濃度低也造成正向壓降較大。電力二極管的基本特性靜態(tài)特性主要指其伏安特性IIFO U U UTO F電力二極管的基本特性開通過程：電力二極管的正向壓降先出現(xiàn)一個過沖U，經(jīng)過一段時間才趨于接近穩(wěn)態(tài)壓FP降的某個值（2V）t。電導調(diào)制效應(yīng)fr起作用需一定的時間來儲存大量少子，達到穩(wěn)態(tài)導通前管壓降較大。正向電流的上升會因器件自身的電感而產(chǎn)生較大壓降。電流上升率越大，UFPFUFFUFtdtrrtft tF 0t1ditt2URtIiiU FFPu2V F0 t tRPU frRPb)電力二極管)動態(tài)過程波形 a)正向偏置轉(zhuǎn)換為反向偏置b)延遲時間：t=t-t,d 1 0電流下降時間：t=t-f 2t1反向恢復時間：t=t+rr dtf恢復特性的軟度：下降時間與延遲時間的比值t/t，或稱恢復系數(shù)，用S表示f d r電力二極管的主要參數(shù)正向平均電流IF(AV)額定電流——在指定的管殼溫度（簡稱殼溫，用T表示）和散熱條件下，其C有效值相等的原則向漏電流較大的電力二極管時，其斷態(tài)損耗造成的發(fā)熱效應(yīng)也不小。正向壓降UF時正向壓降。反向重復峰值電壓URRMU的2/3，使用時往往按照電路中電力二極管可能承受的反向最高峰值電壓的兩B倍來選定。最高工作結(jié)溫TJM結(jié)溫是指管芯PN結(jié)的平均溫度，用T表示。J最高工作結(jié)溫是指在PN結(jié)不致?lián)p壞的前提下所能承受的最高平均溫度。T通常JM在125~175C范圍之內(nèi)。反向恢復時間trrt=t+t，關(guān)斷過程中，電流降到零起到恢復反響阻斷能力止的時間。rr d f浪涌電流IFSM指電力二極管所能承受最大的連續(xù)一個或幾個工頻周期的過電流。電力二極管的主要類型介紹。在應(yīng)用時，應(yīng)根據(jù)不同場合的不同要求選擇不同類型的電力二極管。性能上的不同是由半導體物理結(jié)構(gòu)和工藝上的差別造成的。普通二極管（GeneralPurposeDiode）又稱整流二極管（RectifierDiode）多用于開關(guān)頻率不高（1kHz以下）的整流電路中，其反向恢復時間較長，一般在5s以上，這在開關(guān)頻率不高時并不重要。正向電流定額和反向電壓定額可以達到很高，分別可達數(shù)千安和數(shù)千伏以上?？旎謴投O管（FastRecoveryDiode——FRD）肖特基二極管以金屬和半導體接觸形成的勢壘為基礎(chǔ)的二極管稱為肖特基勢壘二極管（SchottkyBarrierDiode——SBD），簡稱為肖特基二極管80年代以來，由于工藝的發(fā)展得以在電力電子電路中廣泛應(yīng)用肖特基二極管的弱點當反向耐壓提高時其正向壓降也會高得不能滿足要求，因此多用于200V以下限制其工作溫度。肖特基二極管的優(yōu)點：反向恢復時間很短（10~40ns）。正向恢復過程中也不會有明顯的電壓過沖。其開關(guān)損耗和正向?qū)〒p耗都比快速二極管還要小，效率高。半控器件—晶閘管晶閘管（Thyristor）：（SiliconControlledRectifier——SCR）1956年美國貝爾實驗室（BellLab）發(fā)明了晶閘管1957年美國通用電氣公司（GE）開發(fā)出第一只晶閘管產(chǎn)品1958年商業(yè)化開辟了電力電子技術(shù)迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用的嶄新時代80年代以來，開始被性能更好的全控型器件取代能承受的電壓和電流容量最高，工作可靠，在大容量的場合具有重要地位括其許多類型的派生器件晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理外形有螺栓型和平板型兩種封裝引出陽極A、陰極K和門極（控制端）G三個聯(lián)接端平板型封裝的晶閘管可由兩個散熱器將其夾在中間AGAGKKP1NGP1J1JJ322AAGN2KGAb) c)APNPN1N1 1P P2 2N2IGIGISEAV1PNPIc2GIc1NPNV2IKGEAK K晶閘管的雙晶體管模型及其工作原理a) a)雙晶體管模型b)工作b)理晶體管的特性是：在低發(fā)射極電流下是很小的，而當發(fā)射極電流建立起來之后，迅速增大。阻斷狀態(tài)：I=0，+很小。流過晶閘管的漏電流稍大于兩個晶體管漏電流之和。G 1 2開通（門極觸發(fā)）：注入觸發(fā)電流使晶體管的發(fā)射極電流增大以致+趨近于1的1 2話，流過晶閘管的電流I（陽極電流）I實際由外A A電路決定。其他幾種可能導通的情況：陽極電壓上升率du/dt過高。結(jié)溫較高。光直接照射硅片，即光觸發(fā)。光觸發(fā)可以保證控制電路與主電路之間的良好絕緣而應(yīng)用于高壓電力設(shè)備中，其它都因不易控制而難以應(yīng)用于實踐，稱為光控晶閘管（LightTriggeredThyristor——LTT）。只有門極觸發(fā)（包括光觸發(fā)）是最精確、迅速而可靠的控制手段。靜態(tài)特性

晶閘管的基本特性總結(jié)前面介紹的工作原理，可以簡單歸納晶閘管正常工作時的特性如下：晶閘管一旦導通，門極就失去控制作用。要使晶閘管關(guān)斷，只能使晶閘管的電流降到接近于零的某一數(shù)值以下。晶閘管的伏安特性第I象限的是正向特性第III象限的是反向特性IA正向?qū)║-U

URRM

I H

I I=0G1 GO U U +UA DM bo ADSM晶閘管的伏安特性IG2>IG1>IG-IA正向特性I=0時，器件兩端施加正向電壓，正向阻斷狀態(tài)，只有很小的正向漏電流流過，正G向電壓超過臨界極限即正向轉(zhuǎn)折電壓U，則漏電流急劇增大，器件開通。bo晶閘管本身的壓降很小，在1V左右。導通期間，如果門極電流為零，并且陽極電流降至接近于零的某一數(shù)值I以下，則H晶閘管又回到正向阻斷狀態(tài)。I稱為維持電流。H反向特性晶閘管上施加反向電壓時，伏安特性類似二極管的反向特性。晶閘管處于反向阻斷狀態(tài)時，只有極小的反相漏電流流過。流急劇增加，導致晶閘管發(fā)熱損壞。動態(tài)特性iA100%90%10%0 t t tu d rAKIRMO t1-9晶閘管的開通和關(guān)斷過程波形t U trr RRM gr開通過程延遲時間t：門極電流階躍時刻開始，到陽極電流上升到穩(wěn)態(tài)值的10%的時間。d上升時間t：陽極電流從10%上升到穩(wěn)態(tài)值的90%所需的時間。r開通時間tgt

以上兩者之和，t=t+t （1-6）gt d r普通晶閘管延遲時為0.5~1.5s，上升時間為0.5~3s。晶閘管的開通和關(guān)斷過程波形關(guān)斷過程反向阻斷恢復時間trr正向阻斷恢復時間tgr

：正向電流降為零到反向恢復電流衰減至接近于零的時間：晶閘管要恢復其對正向電壓的阻斷能力還需要一段時間實際應(yīng)用中，應(yīng)對晶閘管施加足夠長時間的反向電壓，使晶閘管充分恢復其對正向電壓的阻斷能力，電路才能可靠工作。關(guān)斷時間t與t之和即 t=t+t

,普通晶閘管的關(guān)斷時間約幾百微秒。q rr gr q rr gr晶閘管的主要參數(shù)電壓定額1)通態(tài)平均電流T(AV)40C冷卻狀態(tài)下，穩(wěn)定結(jié)溫不超過額定結(jié)溫時所允許流過的最大工頻正弦半波電流的平均值。標稱其額定電流的參數(shù)。IH——使晶閘管維持導通所必需的最小電流，一般為幾十到幾IH越小。ILILIH2~4浪涌電流ITSM——指由于電路異常情況引起的并使結(jié)溫超過額定結(jié)溫的不重復性最大正向過載電流。電流定額1) 通態(tài)平均電流IT(AV)2) 維持電流IH3) 擎住電流IL4)浪涌電流ITSM動態(tài)參數(shù)tgttq外，還有：(1)斷態(tài)電壓臨界上升率du/dtJ2結(jié)會有充電電流流過，被稱為位移電流。此電流流經(jīng)J3結(jié)時，起到類似門極觸發(fā)電流的作用。如果電壓上升率過大，使充電電流足夠大，就會使晶閘管誤導通。(2)通態(tài)電流臨界上升率di/dt 升太快則晶閘管剛一開通便會有很大的電流集中在門極附近的小區(qū)域內(nèi)，從而造成局部過熱而使晶閘管損壞。晶閘管的派生器件快速晶閘管（FastSwitchingThyristor——FST）結(jié)構(gòu)和制造工藝進行了改進，開關(guān)時間以及du/dt和di/dt耐量都有明顯改善。普通晶閘管關(guān)斷時間數(shù)百微秒，快速晶閘管數(shù)十微秒，高頻晶閘管10s左右。高頻晶閘管的不足在于其電壓和電流定額都不易做高。由于工作頻率較高，選擇通態(tài)平均電流時不能忽略其開關(guān)損耗的發(fā)熱效應(yīng)。雙向晶閘管（TriodeACSwitch——TRIAC或Bidirectionaltriodethyristor）逆導晶閘管（ReverseConductingThyristor——RCT）光控晶閘管（LightTriggeredThyristor——LTT）典型全控型器件20世紀80年代以來，信息電子技術(shù)與電力電子技術(shù)在各自發(fā)展的基礎(chǔ)上相結(jié)合——高頻化、全控型、采用集成電路制造工藝的電力電子器件，從而將電力電子技術(shù)又帶入了一個嶄新時代。—門極可關(guān)斷晶閘管、電力晶體管、電力場效應(yīng)晶體管、絕緣柵雙極晶體管。門極可關(guān)斷晶閘管（Gate-Turn-OffThyristor—GTO）晶閘管的一種派生器件。可以通過在門極施加負的脈沖電流使其關(guān)斷。合仍有較多的應(yīng)用。1.4.1門極可關(guān)斷晶閘管 GTO的結(jié)構(gòu)和工作原理結(jié)構(gòu)：與普通晶閘管的相同點PNPN四層半導體結(jié)構(gòu)，外部引出陽極、陰極和門極。G K G K G AN2 P N22GN1KP1A和普通晶閘管的不同點：GTO是一種多元的功率集成器件，內(nèi)部包含數(shù)十個甚b)至數(shù)百個共陽極的小GTO元，這些GTO元的陰極和門極則在器件內(nèi)部并聯(lián)在一起。工作原理：

圖1-13與普通晶閘管一樣，可以用圖1-7所示的雙晶體管模型來分析。GTO能夠通過門極關(guān)斷的原因是其與普通晶閘管有如下區(qū)別：由上述分析我們可以得到以下結(jié)論：GTO導通過程與普通晶閘管一樣，只是導通時飽和程度較淺。I

減小，使b2I和I減小，I的減小又使 I和I減小，又進一步減小V的基極電流。當I和K c2 c2 A c1 2 AI的減小使+<1時，器件退出飽和而關(guān)斷。K 1 2多元集成結(jié)構(gòu)還使GTO比普通晶閘管開通過程快，承受di/dtGTO的動態(tài)特性開通過程：與普通晶閘管類似，需經(jīng)過延遲時間t和上升時間t關(guān)斷過程：與普通晶閘管有所不同

d r。抽取飽和導通時儲存的大量載流子——儲存時間t，使等效晶體管退出飽和。s等效晶體管從飽和區(qū)退至放大區(qū)，陽極電流逐漸減小——下降時間t。f殘存載流子復合——尾部時間t。t通常t比t小得多，而t比t要長。f s t s門極負脈沖電流幅值越大，前沿越陡，抽走儲存載流子的速度越快，t越短。s門極負脈沖的后沿緩慢衰減，在t。tGTO的主要參數(shù)最大可關(guān)斷陽極電流IATO術(shù)語用法：電力晶體管（GiantTransistor——GTR，直譯為巨型晶體管）英文有時候也稱為PowerBJT。GTR與BJT這兩個名稱等效。應(yīng)用20世紀80IGBT和電力MOSFET取代。GTR的結(jié)構(gòu)和工作原理在應(yīng)用中，GTR一般采用共發(fā)射極接法。當考慮到集電極和發(fā)射極間的漏電流I時，i和i的關(guān)系為i=i+I

，產(chǎn)品ceo c b c b ceo說明書中通常給直流電流增益h——在直流工作情況下集電極電流與基極電流之

FE單管GTR的值比小功率的晶體管小得多，通常為10左右，F(xiàn)E采用達林頓接法可有效增大電流增益。GTR的基本特性靜態(tài)特性共發(fā)射極接法時的典型輸出特性：截止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū)。GTR工作在開關(guān)狀態(tài)，即工作在截止區(qū)或飽和區(qū)在開關(guān)過程中，即在截止區(qū)和飽和區(qū)之間過渡時，要經(jīng)過放大區(qū)開通過程延遲時間t和上升時間t，二者之和為開通時間t。t主要是由發(fā)射結(jié)勢壘電容d r on d和集電結(jié)勢壘電容充電產(chǎn)生的。增大i的幅值并增大di/dt，可縮短延遲時間，b b關(guān)斷過程儲存時間t和下降時間t，二者之和為關(guān)斷時間t。s f offt是用來除去飽和導通時儲存在基區(qū)的載流子的，是關(guān)斷時間的主要部分。sI的幅b2值和負偏壓，可縮短儲存時間，從而加快關(guān)斷速度。負面作用是會使集電極和發(fā)射極間的飽和導通壓降Uces

GTR的開關(guān)時間在幾微秒以內(nèi)，比晶閘管和GTO都短很多。GTR的主要參數(shù)hFE

、集射極間漏電流Iceo

、集射極間飽和壓降Uces

、開通時間ton

和關(guān)斷時間toff

(此外還有)：最高工作電壓還與外電路接法有關(guān)。BUcbo

>BUcex

>BUces

>BUcer

>Buceo實際使用時，為確保安全，最高工作電壓要比BUceo

低得多。集電極最大允許電流IcMhFE

下降到規(guī)定值的1/2~1/3Ic，

實際使用時要留有裕量，只能用到IcM

的一半或稍多一點。集電極最大耗散功率PcM最高工作溫度下允許的耗散功率產(chǎn)品說明書中給PcM

時同時給出殼溫T，間接表示了最高工作溫度。CGTR的二次擊穿現(xiàn)象與安全工作區(qū)一次擊穿集電極電壓升高至擊穿電壓時，I迅速增大，出現(xiàn)雪崩擊穿。只要I不超過c c一般不會損壞，工作特性也不變。二次擊穿一次擊穿發(fā)生時I增大到某個臨界點時會突然急劇上升，并伴隨電壓的陡然c安全工作區(qū)（SafeOperatingArea——SOA）最高電壓UceM

、集電極最大電流IcM

、最大耗散功率PcM

、二次擊穿臨界線限定。也分為結(jié)型和絕緣柵型（類似小功率FieldEffectTransistor——FET）但通常主要指絕緣柵型中的MOS型（MetalOxide SemiconductorFET）簡稱電力MOSFET（PowerMOSFET）（StaticInductionTransistor——SIT）電力MOSFET的結(jié)構(gòu)和工作原理電力MOSFET的種類按導電溝道可分為P溝道和N溝道耗盡型——當柵極電壓為零時漏源極之間就存在導電溝道增強型——對于N（P）溝道器件，柵極電壓大于（小于）零時才存在導電溝道N溝道增強型電力MOSFET的結(jié)構(gòu)小功率MOS管是橫向?qū)щ娖骷筇岣吡薓OSFET器件的耐壓和耐電流能力。導電結(jié)構(gòu)的差異，又分為利用V型槽實現(xiàn)垂直導電的VVMOSFET和具有垂直導電雙擴散MOS結(jié)構(gòu)的VDMOSFET（VerticalDouble-diffused MOSFET）。這里主要以VDMOS器件為例進行討論電力MOSFET的工作原理截止：漏源極間加正電源，柵源極間電壓為零。P基區(qū)與N漂移區(qū)之間形成的PN結(jié)J1導電：在柵源極間加正電壓UGSP區(qū)中的空穴推開，而將P區(qū)中的少子——電子吸引到柵極下面的P區(qū)表面。當U大于U（開啟電壓或閾值電壓）P區(qū)表面的電子濃度將超過空GS T穴濃度，使P型半導體反型成N型而成為反型層，該反型層形成N溝道而使PN結(jié)J消失，漏極和源極導電。1靜態(tài)特性漏極電流I和柵源間電壓U的關(guān)系稱為MOSFET的轉(zhuǎn)移特性。D GSI較大時，I與U的關(guān)系近似線性，曲線的斜率定義為跨導GD D GS fs。MOSFET的漏極伏安特性：截止區(qū)（對應(yīng)于GTR的截止區(qū)）飽和區(qū)（對應(yīng)于GTR的放大區(qū)）（對應(yīng)于GTR的飽和區(qū)）電力MOSFET工作在開關(guān)狀態(tài)，即在截止區(qū)和非飽和區(qū)之間來回轉(zhuǎn)換。漏源極之間有寄生二極管，漏源極間加反向電壓時器件導通。電力MOSFET的通態(tài)電阻具有正溫度系數(shù)，對器件并聯(lián)時的均流有利。開通過程開通延遲時間t ——u前沿時刻到u=U并開始出現(xiàn)i的時刻間的時間段。d(on) p GS T D上升時間t——u從u上升到MOSFET進入非飽和區(qū)的柵壓U

的時間段。r GS T GSPi穩(wěn)態(tài)值由漏極電源電壓U和漏極負載電阻決定。DUGSP

E的大小和i的穩(wěn)態(tài)值有關(guān)DU達到U后，在u作用下繼續(xù)升高直至達到穩(wěn)態(tài)，但i已不變。GS GSP p D開通時間ton

——開通延遲時間與上升時間之和。關(guān)斷過程關(guān)斷延遲時間t ——u下降到零起，C通過R和R放電，u

按指數(shù)曲線下降到d(off) p in s G GSUGSP

時，i開始減小止的時間段。D下降時間t——u從U

繼續(xù)下降起，i減小，到u

<U時溝道消失，i下降到零f 為止的時間段。

GSP

D GS T D關(guān)斷時間toff

——關(guān)斷延遲時間和下降時間之和。MOSFET的開關(guān)速度MOSFET的開關(guān)速度和Cin

充放電有很大關(guān)系。使用者無法降低Cin

，但可降低驅(qū)動電路內(nèi)阻R減小時間常數(shù)，加快開關(guān)速度。sMOSFET只靠多子導電，不存在少子儲存效應(yīng)，因而關(guān)斷過程非常迅速。10~100ns100kHz電，仍需一定的驅(qū)動功率。開關(guān)頻率越高，所需要的驅(qū)動功率越大。1．4.2絕緣柵雙極晶體管GTR和GTO的特點——雙極型，電流驅(qū)動，有電導調(diào)制效應(yīng)，通流能力很強，開關(guān)速度較低，所需驅(qū)動功率大，驅(qū)動電路復雜。MOSFET的優(yōu)點——單極型，電壓驅(qū)動，開關(guān)速度快，輸入阻抗高，熱穩(wěn)定性好，所需驅(qū)動功率小而且驅(qū)動電路簡單。兩類器件取長補短結(jié)合而成的復合器件—Bi-MOS器件（Insulated-gateBipolarTransistor——IGBT或IGT）GTR和MOSFET復合，結(jié)合二者的優(yōu)點，具有好的特性。GTR和一部分MOSFET的市場,中小功率電力電子設(shè)備的主導器件。繼續(xù)提高電壓和電流容量，以期再取代GTO的地位。IGBT的結(jié)構(gòu)和工作原理G、集電極C和發(fā)射極EIGBT的結(jié)構(gòu)圖1-22a—N溝道VDMOSFET與GTR組合——N溝道IGBT（N-IGBT）IGBT比VDMOSFET多一層P+注入?yún)^(qū)，形成了一個大面積的P+N結(jié)J1。

——使IGBT導通時由P+注入?yún)^(qū)向N基區(qū)發(fā)射少子，從而對漂移區(qū)電導率進行調(diào)制，使得IGBT具有很強的通流能力。簡化等效電路表明，IGBT是GTR與MOSFET組成的達林頓結(jié)構(gòu)，一個由MOSFET驅(qū)動的厚基區(qū)PNP晶體管。RNIGBT的原理驅(qū)動原理與電力MOSFET基本相同，場控器件，通斷由柵射極電壓u

決定。導通：uGE

大于開啟電壓UGE(th)

GE時，MOSFET內(nèi)形成溝道，為晶體管提供基極電流，IGBT導通。導通壓降：電導調(diào)制效應(yīng)使電阻R減小，使通態(tài)壓降小。N關(guān)斷MOSFET內(nèi)的溝道消失，晶體管的基極電流被切斷，IGBT關(guān)斷。IGBT的基本特性IGBT的靜態(tài)特性轉(zhuǎn)移特性——I與U間的關(guān)系，與MOSFET轉(zhuǎn)移特性類似。C GE開啟電壓U 能實現(xiàn)電導調(diào)制而導通的最低柵射電壓。UGE(th)

GE(th)隨溫度升高而略有下降，在+25C時，UGE(th)

的值一般為2~6V。輸出特性（伏安特性）——以U為參考變量時，I與U

間的關(guān)系。GE C CEGTR的截止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū)相對應(yīng)。u<0時，IGBT為反向阻斷工作狀態(tài)。CE IGBT的開通過程與MOSFET的相似，因為開通過程中IGBT在大部分時間作為MOSFET運行。開通延遲時間td(on)

——從uGE

上升至其幅值10%的時刻，到iC

上升至10%I2 。CM電流上升時間t

所需時間。C CM CM開通時間ton

——開通延遲時間與電流上升時間之和。utCE

和tfv2

兩段。tfv1

——IGBT中MOSFET單獨工作的電壓下降過程；tfv2

和PNP晶體管同時工作的電壓下降過程。IGBT的關(guān)斷過程關(guān)斷延遲時間td(off)

uGE

后沿下降到其幅值90%的時刻起，到iC

下降至90%I。CM電流下降時間——i從90%I下降至10%I。C CM CM關(guān)斷時間toff

——關(guān)斷延遲時間與電流下降之和。電流下降時間又可分為tfi1

和tfi2

兩段。tfi1

的關(guān)斷過程，iC下降較快；tfi2

內(nèi)部的PNP晶體管的關(guān)斷過程，i下降較慢。C中雙極型PNP晶體管的存在，雖然帶來了電導調(diào)制效應(yīng)的好處，但也引入了少子儲存現(xiàn)象，因而IGBT的開關(guān)速度低于電力MOSFET。IGBT的擊穿電壓、通態(tài)壓降和關(guān)斷時間也是需要折衷的參數(shù)。N基區(qū)必須有足夠?qū)挾群洼^高的電阻率，這會引起通態(tài)壓降的增大和關(guān)斷時間的延長。其他新型電力電子器件MOS控制晶閘管MCTMCT（MOSControlledThyristor）——MOSFET與晶閘管的復合MCT結(jié)合了二者的優(yōu)點：的高輸入阻抗、低驅(qū)動功率、快速的開關(guān)過程。晶閘管的高電壓大電流、低導通壓降。一個MCT器件由數(shù)以萬計的MCTPNPN制該晶閘管開通的MOSFET，和一個控制該晶閘管關(guān)斷的MOSFET。曾一度被認為是一種最有發(fā)展前途的電力電子器件。因此，20世紀80年代以來和電流容量都遠未達到預(yù)期的數(shù)值，未能投入實際應(yīng)用。靜電感應(yīng)晶體管SITSIT（StaticInductionTransistor）——1970年，結(jié)型場效應(yīng)晶體管小功率SIT器件的橫向?qū)щ娊Y(jié)構(gòu)改為垂直導電結(jié)構(gòu)，即可制成大功率的SITMOSFET和高頻感應(yīng)加熱等領(lǐng)域獲得應(yīng)用。缺點：正常導通型應(yīng)用。靜電感應(yīng)晶閘管SITHSITH（StaticInductionThyristor）——1972年，又被稱為場控晶閘管（FieldControlledThyristor——FCT）。比SIT多了一個具有少子注入功能的PN結(jié)，SITH是兩種載流子導電的雙極型器件，具有電導調(diào)制效應(yīng)，通態(tài)壓降低、通流能力強。其很多特性與GTO類似，但開關(guān)速度比GTO高得多，是大容量的快速器件。SITH一般也是正常導通型，但也有正常關(guān)斷型。此外，其制造工藝比GTO復雜得多，電流關(guān)斷增益較小，因而其應(yīng)用范圍還有待拓展。集成門極換流晶閘管IGCTIGCT（IntegratedGate-CommutatedThyristor），也稱GCT（Gate-CommutatedThyristor）90年代后期出現(xiàn)，結(jié)合了IGBT與GTO的優(yōu)點，容量與GTO相當，開關(guān)速度快10倍，且可省去GTO龐大而復雜的緩沖電路，只不過所需的驅(qū)動功率仍很大。IGBT等新型器件激烈競爭，試圖最終取代GTO在大功率場合的位置。年代中后期開始，模塊化趨勢，將多個器件封裝在一個模塊中，稱為功率模塊。可縮小裝置體積，降低成本，提高可靠性。片上，稱為功率成電路（PowerIntegratedCircuit——PIC）。類似功率集成電路的還有許多名稱，但實際上各有側(cè)重。高壓集成電路（HighVoltageIC——HVIC）一般指橫向高壓器件與邏輯或模擬控制電路的單片集成。（SmartPowerIC——SPIC）一般指縱向功率器件與邏輯或模擬控制電路的單片集成。智能功率模塊（IntelligentPowerModule——IPM）則專指IGBT及其輔助器件與其保護和驅(qū)動電路的單片集成，也稱智能IGBT（IntelligentIGBT）。以前功率集成電路的開發(fā)和研究主要在中小功率應(yīng)用場合。功率集成電路實現(xiàn)了電能和信息的集成，成為機電一體化的理想接口。電力電子器件驅(qū)動電路驅(qū)動電路——主電路與控制電路之間的接口置的運行效率、可靠性和安全性都有重要的意義。對器件或整個裝置的一些保護措施也往往設(shè)在驅(qū)動電路中，或通過驅(qū)動電路實現(xiàn)。驅(qū)動電路還要提供控制電路與主電路之間的環(huán)節(jié)，一般采用光隔離或磁隔離。光隔離一般采用光耦合器。磁隔離的元件通常是脈沖變壓器。電流驅(qū)動型和電壓驅(qū)動型。驅(qū)動電路具體形式可為分立元件的，但目前的趨勢是采用專用集成驅(qū)動電路。雙列直插式集成電路及將光耦隔離電路也集成在內(nèi)的混合集成電路。為達到參數(shù)最佳配合，首選所用器件生產(chǎn)廠家專門開發(fā)的集成驅(qū)動電路。晶閘管的觸發(fā)電路作用：產(chǎn)生符合要求的門極觸發(fā)脈沖，保證晶閘管在需要的時刻由阻斷轉(zhuǎn)為導通。廣義上講，還包括對其觸發(fā)時刻進行控制的相位控制電路。V1 2TM和附屬電路構(gòu)成脈沖輸出環(huán)節(jié)VV1 2VDRVVTM釋放其儲存的能量而設(shè)。1 3 1 2典型全控型器件的驅(qū)動電路GTOGTO的開通控制與普通晶閘管相似，但對脈沖前沿的幅值和陡度要求高，且一般需在整個導通期間施加正門極電流。使GTO關(guān)斷需施加負門極電流，對其幅值和陡度的要求更高，關(guān)斷后還應(yīng)在門陰極施加約5V的負偏壓以提高抗干擾能力。GTO驅(qū)動電路通常包括開通驅(qū)動電路、關(guān)斷驅(qū)動電路和門極反偏電路三部分，可分為脈沖變壓器耦合式和直接耦合式兩種類型。沿，因此目前應(yīng)用較廣，但其功耗大，效率較低。典型的直接耦合式GTO驅(qū)動電路GTR開通驅(qū)動電流應(yīng)使GTR處于準飽和導通狀態(tài)，使之不進入放大區(qū)和深飽和區(qū)。時，施加一定的負基極電流有利于減小關(guān)斷時間和關(guān)斷損耗，關(guān)斷后同樣應(yīng)在基射極之間施加一定幅值（6V左右）的負偏壓。電壓驅(qū)動型器件的驅(qū)動電路阻小。使MOSFET開通的驅(qū)動電壓一般10~15V，使IGBT開通的驅(qū)動電壓一般15~20V。關(guān)斷時施加一定幅值的負驅(qū)動電壓（-5~-15V）有利于減小關(guān)斷時間和關(guān)斷損耗。（數(shù)十歐左右驅(qū)動器件電流額定值的增大而減小。電力電子器件器件的保護過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護電力電子裝置可能的過電壓——外因過電壓和內(nèi)因過電壓外因過電壓主要來自雷擊和系統(tǒng)中的操作過程等外因。操作過電壓：由分閘、合閘等開關(guān)操作引起。雷擊過電壓：由雷擊引起內(nèi)因過電壓主要來自電力電子裝置內(nèi)部器件的開關(guān)過程。換相過電壓：晶閘管或與全控型器件反并聯(lián)的二極管在換相結(jié)束后不流急劇減小，會由線路電感在器件兩端感應(yīng)出過電壓。關(guān)斷過電壓：全控型器件關(guān)斷時，正向電流迅速降低而由線路電感在器件兩端感應(yīng)出的過電壓。過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護外因過電壓抑制措施中，RC過電壓抑制電路最為常見，典型聯(lián)結(jié)方式見圖1-35。電力電子裝置過電壓抑制電路

R C1 2R2C1過電流保護過載和短路兩種情況常用措施交流斷路器

電流互感器

快速熔斷變流器直流快速斷路器 器負載過電流繼電器

電流檢測開關(guān)電 觸發(fā)電路路流

電子保護電路選擇快熔時應(yīng)考慮：

最廣的一種過電流保護措施。電壓等級根據(jù)熔斷后快熔實際承受的電壓確定。(3)快熔的I2I2值。(4)為保證熔體在正常過載情況下不熔化，應(yīng)考慮其時間電流特性?？烊蹖ζ骷谋Ｗo方式：全保護和短路保護兩種合。短路保護方式：快熔只在短路電流較大的區(qū)域起保護作用。（很難用快熔保護），需采用電子電路進行過電流保護。常在全控型器件的驅(qū)動電路中設(shè)置過電流保護環(huán)節(jié)，響應(yīng)最快。緩沖電路（SnubberCircuit）緩沖電路（吸收電路）：抑制器件的內(nèi)因過電壓、du/dt、過電流和di/dt，減小器件的開關(guān)損耗。制du/dt，減小關(guān)斷損耗。開通緩沖電路（di/dt抑制電路）——抑制器件開通時的電流過沖和di/dt，減小器件的開通損耗。將關(guān)斷緩沖電路和開通緩沖電路結(jié)合在一起——復合緩沖電路。其他分類法：耗能式緩沖電路和饋能式緩沖電路（無損吸收電路）。通常將緩沖電路專指關(guān)斷緩沖電路，將開通緩沖電路叫做di/dt抑制電路。無緩沖電路：V開通時電流迅速上升，di/dt很大。有緩沖電路：V開通時：C通過R向V放電，使i先上一個臺階，以后因有L，i上升速度減s C i C慢。Vdu/dt和過電壓。s s緩沖電路中的元件選取及其他注意事項C和R的取值可實驗確定或參考工程手冊。s sVD必須選用快恢復二極管，額定電流不小于主電路器件的1/10。s盡量減小線路電感，且選用內(nèi)部電感小的吸收電容。du/dt抑制電路。對IGBT甚至可以僅并聯(lián)一個吸收電容。du/dt，一般采用RC吸收電路即可。電力電子器件器件的串聯(lián)和并聯(lián)使用晶閘管的串聯(lián)目的：當晶閘管額定電壓小于要求時，可以串聯(lián)。問題：理想串聯(lián)希望器件分壓相等，但因特性差異，使器件電壓分配不均勻。件分壓不等。通，失去控制作用。反向時，可能使其中一個器件先反向擊穿，另一個隨之擊穿。晶閘管的串聯(lián)靜態(tài)均壓措施：選用參數(shù)和特性盡量一致的器件采用電阻均壓，R的阻值應(yīng)比器件阻斷時的正、反向電阻小得多。p動態(tài)均壓措施：用RC并聯(lián)支路作動態(tài)均壓。采用門極強脈沖觸發(fā)可以顯著減小器件開通時間上的差異。晶閘管的并聯(lián)目的：多個器件并聯(lián)來承擔較大的電流問題：會分別因靜態(tài)和動態(tài)特性參數(shù)的差異而電流分配不均勻。均流措施：采用均流電抗器。用門極強脈沖觸發(fā)也有助于動態(tài)均流。當需要同時串聯(lián)和并聯(lián)晶閘管時，通常采用先串后并的方法聯(lián)接。電力MOSFET和IGBT并聯(lián)運行的特點電力MOSFET并聯(lián)運行的特點：R具有正溫度系數(shù)，具有電流自動均衡的能力，容易并聯(lián)。on注意選用R、U、G和C盡量相近的器件并聯(lián)。on T fs iss電路走線和布局應(yīng)盡量對稱。IGBT并聯(lián)運行的特點：1/2或1/3額定電流以下的區(qū)段，通態(tài)壓降具有負的溫度系數(shù)。在以上的區(qū)段則具有正溫度系數(shù)。并聯(lián)使用時也具有電流的自動均衡能力，易于并聯(lián)。一、教學目的與要求及負載性質(zhì)對整流電路的影響。二、授課主要內(nèi)容單相可控整流電路三相可控整流電路整流電路的有源逆變相控電路的驅(qū)動控制三、重點、難點及對學生的要求 重點：流電路的影響。2）整流電路的有源逆變 難點：的影響。2）有源逆變 要求：流電路的影響。掌握有源逆變電路的工作原理了解變壓器漏抗對整流電路的影響熟悉晶閘管直流電動機系統(tǒng)了解整流電路的諧波和功率因數(shù)交流側(cè)接單相電源

單相可控整流電路單相半波整流電路單相橋式全控整流電路帶電阻負載的工作情況帶阻感負載的工作情況單相全波整流電路單相橋式半控整流電路重點注意：工作原理（波形分析）、定量計算、不同負載的影響。單相半波可控整流電路帶電阻負載的工作情況T起變換電壓和隔離的作用基本數(shù)量關(guān)系首先，引入兩個重要的基本概念：觸發(fā)延遲角從晶閘管開始承受正向陽極電壓起到施加觸發(fā)脈沖止的電角度,用 示,也稱觸發(fā)角或控制角。導通角：晶閘管在一個電源周期中處于通態(tài)的電角度稱為，用θ直流輸出電壓平均值為U 1

2U sintd(t) (1cos)0.45U

1cos2d 2 2 2 2 2VT的a移相范圍為180° 這種通過控制觸發(fā)脈沖的相位來控制直流輸出電壓大TVTuTVTuuuVTu12diTVTuuuud LR a)Ru2u0u2u0gtt120udt0tVT0tu0t2tu0tu++0it0ut0tc)c)d)d)e)ue) f)小的方式稱為相位控制方式，簡稱相控方式。帶阻感負載的工作情況的特點電感對電流變化有抗拒作用使得流過電感的電流不發(fā)生突變。電力電子電路的一種基本分析方法 通過器件的理想化，將電路簡化為分段線性電路，分段進行分析計算。對單相半波電路的分析可基于上述方法進行：VTid=0。VTVTu2VT VTu2L Lu2 R RdiL dRidt d

2U2

sint初始條件：ωt= R2R2(L)2

arctanLR（2-2）并將初始條件代入可得22Li sin()eR(t) sin(t22Ld Z Z單相半波可控整流電路為避免U太小，在整流電路的負載兩端并聯(lián)續(xù)流二極管d當u過零變負時，VDu為零。此時為負的u通過VDVT施加反壓使其關(guān)2 R d 2 RTVTTVTiuuuVTuidVDR12dVDRa)Ru2u2Oudtt1OidtIdOitVTIdO-+tVDRtOuVTOtc)d)e)if)g)斷，L儲存的能量保證了電流i在L-R-VD回路中流通，此過程通常稱為續(xù)流。續(xù)d R流期間u為零，u中不再出現(xiàn)負的部分。d d數(shù)量關(guān)系 1 1 I2dt)dVT

I2 d

I dVDR

I2 dI VDR

I1 1 I2dt)d帶電阻負載的工作情況工作原理及波形分析VTVTu正半周承受電壓uu過零1 4 2 2 2時關(guān)斷。VT和VT組成另一對橋臂，在u正半周承受電壓-u，得到觸發(fā)脈沖即導通，當u2 3 2 2 2過零時關(guān)斷。iTiTVaT1T3V2u1u2udbT2VT4VdRuud0u(i)dduV1,40i20c)d)數(shù)量關(guān)系1

2 2U 1cos 1cos22U d

2U 2

td( t) 2

0.9U2 2a180°。1 U 1cosI IdVT 2

0.45 2R 2向負載輸出的平均電流值為：dI Ud

U 1cos2 2U 1cos22 2U 1cos2d R R 2 R 22.帶阻感負載的工作情況為便于討論，假設(shè)電路已工作于穩(wěn)態(tài)，id的平均值不變。假設(shè)負載電感很大，負載電流id連續(xù)且波形近似為一水平線。VT4id，并不關(guān)斷。至ωt=π+

VT2VT3VT2VT3VT2VT3VT1VT4VT1VT4關(guān)i 1T au ub2

i3LuRua)ua)ttItIIttttOuOiOuOiOI1,4O2,3OiOI1,4Ob)uVT1VT4VT2VT3上，此過程稱換相，亦稱換流。帶反電動勢負載時的工作情況udEudEOid IdO tdudREb)了電角度δ停止導電，δ稱為停止導電角。在a角相同時，整流輸出電壓比電阻負載時大。負載為直流電動機時，如果出現(xiàn)電流斷續(xù)則電動機的機械特性將很軟。為了克服此缺點，一般在的時間。iT1ViT 2 au

T2 iV dLu DRd V2b RD3 D4V Vu2O tudO ti Id diO I t

d tiO IVD3

d tiO IVDR dO I ti d2 tId這時整流電壓ud的波形和負載電流id的波形與電感負載電流連續(xù)時的波形相同，ud的計算公式亦一樣。為保證電流連續(xù)所需的電感量L可求出iVT1iVT1T1u1uu22VTu2dudOi1tOta) b)變壓器不存在直流磁化的問題。單相全波與單相全控橋的區(qū)別單相全波中變壓器結(jié)構(gòu)較復雜，繞組及鐵芯對銅、鐵等材料的消耗多。2111個。從上述（2（3）考慮，單相全波電路有利于在低輸出電壓的場合應(yīng)用。單相全控橋中，每個導電回路中有2個晶閘管，為了對每個導電回路進行控制，只需1個晶閘管就可以了，另1個晶閘管可以用二極管代替，從而簡化整個電路。如此即成為單相橋式半控整流電路（VR。半控電路與全控電路在電阻負載時的工作情況相同。單相半控橋帶阻感負載的情況 假設(shè)負載中電感很大，且電路已工作于穩(wěn)態(tài)在u2正半周，觸發(fā)角a處給晶閘管VT1加觸發(fā)脈沖，u2經(jīng)VT1和VD4向負載供電。位使得電流從VD4轉(zhuǎn)移至關(guān)斷電流不再流經(jīng)變壓器二次繞組而是由VT1和VD2續(xù)流。iTuu

1 2 iTTV VTTaLu DRVb RD3 D4V VO tuO ti IiO I ti1Oi4 I tOi 23 I tRiORO I iO tIu2aVT3，VT3導通，則向VT1加反壓使之關(guān)斷，u2經(jīng)又為零。續(xù)流二極管的作用a180°udud為正弦，ud為零，其平均值保持恒定，稱為失控。有續(xù)流二極管VDR時，續(xù)流過程由VDR完成，晶閘管關(guān)斷，避免了某一個晶閘管持降低損耗。單相橋式半控整流電路的另一種接法T1 D3T V Vu 負2 載2-4aVT3

T2VT4

D4VVD3

VD4

，這樣可以省去續(xù)流二極管VDR續(xù)流由VDVD來實現(xiàn)。3 4三相可控整流電路交流測由三相電源供電負載容量較大，或要求直流電壓脈動較小、易濾波時用。基本的是三相半波可控整流電路，三相橋式全控整流電路應(yīng)用最廣。三相半波可控整流電路電阻負載電路的特點：ababcuVTVTVTuu=0uuu RiOttttOutOt1O1Ottuuuc)d)ie)uf)變壓器二次側(cè)接成星形得到零線，而一次側(cè)接成三角形避免3次諧波流入電網(wǎng)。三個晶閘管分別接入a、b、c三相電源，其陰極連接在一起——共陰極接法。一周期中，在t1-t2期間，

aa=0°。a=0°時的工作原理分析，變壓器二次側(cè)aVT1的電流波形，變壓器二次繞組電流有直流分量。晶閘管的電壓波形，由3段組成：1，VT1uT1=0。（2-13）負載電流處于連續(xù)和斷續(xù)之間的臨界狀態(tài)。的情況（2-14）120°。

a<30° 時的波形U 1d 2

666

2U sintd(t)2

3 6U2

cos1.17U2

cos3整流電壓平均值的計算:°a≤30時，負載電流連續(xù)，有： 當a=0時，U°d

最大，為 。U 1

2U sintd(t)

3 2U

1cos(

)

cos(

)d 2 2

2 2

6 0.6751 6 63（2）a>30°時，負載電流斷續(xù)，晶閘管導通角減小，此時有：三相半波可控整流電路Ud/U2隨a變化的關(guān)系1－電阻負載 2－電感負載 3－電阻電感負載負載電流平均值為1.2

I U132dd 132d1.170.8U2/Ud 0.40 30 60 90 120 150/)線電壓峰值，即2U 3U2RM 2

6U2

2晶閘管陽極與陰極間的最大正向電壓等于變壓器二次相電壓的峰值，即阻感負載 FM 2id波形基本平直。a≤30°a>30°時（如a=60°時的波形如圖2-16。uVT2uVT2abVT12cVTLeuLdidRuuuuu3abcdOtiaOitbOicOidttuO tVT1Ouutacuacabu2過零時，VT1不關(guān)斷，直到VT2的脈沖到來，才換流，由VT2導通向負載供電，ud波形中出現(xiàn)負的部分。id波形有一定的脈動，但為簡化分析及定量計算，可將id近似為一條水平線。。數(shù)量關(guān)系由于負載電流連續(xù)，Ud/U2a2-152量不是很大，則當a的關(guān)系123Ud/U2a變化的關(guān)系1.21.170.8U2/Ud0.4 1320 30 60 /)

120 1501－電阻負載 2－電感負載 3－電阻電感負載三相橋式全控整流電路三相橋是應(yīng)用最為廣泛的整流電路VTVT1 iT aan b

VTd5 1id負 uc載 dVT4VT6VT2d2帶電阻負載時的工作情況續(xù)波形圖：a=0（2－18）a=30°（2－19）a=60°（2－20）>60°d60°d波形不能出現(xiàn)負值波形圖：a=90°（圖a120°三相橋式全控整流電路的特點:1，1件。（2）對觸發(fā)脈沖的要求：VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT660°VT1、VT3、VT5120°，共陽極組VT4、VT6、VT2120°。同一相的上下兩個橋VT1VT4，VT3VT6，VT5VT2180°。(3）ud一周期脈動6次，每次脈動的波形都一樣，故該電路為6脈波整流電路。(4）2可采用兩種方法：一種是寬脈沖觸發(fā),另一種是雙脈沖觸發(fā)（常用）關(guān)系也相同。阻感負載時的工作情況≤60°時（a=0°2－22；a=30°2－23?dud波形,晶閘管承受的電壓波形。區(qū)別在于：得到的負載電流id波形不同。當電感足夠大的時候，id的波形可近似a>6°時（a=90°2－24波形會出現(xiàn)負的部分。帶阻感負載時，三相橋式全控整流電路的a角移相范圍為90°。3．定量分析當整流輸出電壓連續(xù)時（即帶阻感負載時，或帶電阻負載a≤60°時）的平均值為：U 1d

333

6U sintd(t)2.34U2

cos3帶電阻負載且a>60°時，整流電壓平均值為：U 3d

6U sintd(t)2.34U2

cos(3

) 31212I2 (I)22d3d232

2I 0.816I3d d2-172-23120°、前沿半波電路及其波形iTiT1 T3VV2auu2dbT2VT4VTuTu1RTVTTVTuiuuVTu12dRuiuiddu(i)dd0 tuVT1,40i2t0t2b) t t0 2u 1gc)0 tdudc)d)0uVTe)

t0 t單相半波可控整流電路的分段線性等效電路a)VT處于關(guān)斷狀態(tài) b)VT處于uOutuOuttOitIOtiIO-+tRO tOtTVTiuiuuuRVDVTVTiiTa13LuLa)uuuu22a)b4Ru2b)Oc)ua)b)O d)iOIe)OIiOiOIf)Ig)ORtIttttttiiuub)載時的電路及波形b)單相全控橋帶阻感負載時的電路及波形uud=0EtidOtudEudEOid IdO tdudREb)單相橋式全控整流電路接反電動勢—電阻負載時的電路及波形iVT1iVT1T1u1uu22VTu2dudOi1tOtb)單相橋式全控整流電路帶反電動勢負載單相橋式半控整流電路，有續(xù)流二極管，阻感負載時的電路及波形a=0°時的波形三相半波可控整流電路，a=30°時的波形三相半波可控整流電路，uu2=30°uuua b cOtuGOudtiOVT1tt1uOVT1Otuactuuab ac三相三相半波可控整流電路Ud/U2與a的關(guān)系a)uO

i 1T aub3

2 iLuRLuVR4t

1.213132U20.8u O ti I

/Ud0.4i O Iii O ii OOiO

II II

tt0 30 60 tt /()t

120 150三相半波可控整流電路a=60°時的波形u u u2 a b cO tuGO tudO tiVT1三相橋式全控整流電路原理圖O tiT n

VTVTVT