第8章電力電子電路8.1概述8.2晶閘管的構(gòu)造和任務(wù)原理8.3單向可控整流8.4觸發(fā)電路8.5運(yùn)用舉例8.1概述8.1.1什么是電力電子技術(shù)電子電力技術(shù)〔PowerElectronics〕是研討采用半導(dǎo)體器件對(duì)電能進(jìn)展電壓、電流、頻率和波形等方面的控制和變換的科學(xué)，它是一門運(yùn)用于電力技術(shù)領(lǐng)域中的電子學(xué)，稱為電子電力技術(shù)，電子電力技術(shù)研討領(lǐng)域?qū)嵺`上既是電子學(xué)在強(qiáng)電或電工領(lǐng)域的一個(gè)分支，又是電工學(xué)在弱點(diǎn)或電子領(lǐng)域的一個(gè)分支，或者說是強(qiáng)弱電相結(jié)合的學(xué)科。它是建立在電子技術(shù)〔電子器件、電子電路〕、電力技術(shù)〔電力設(shè)備、電力網(wǎng)絡(luò)〕和控制技術(shù)〔延續(xù)控制、離散控制〕三個(gè)學(xué)科實(shí)際根底之上。下一頁(yè)前往8.1概述8.1.2電子電力技術(shù)與其他學(xué)科之間的關(guān)系1.電子電力技術(shù)與電子技術(shù)的關(guān)系電力電子器件的制造技術(shù)和電子器件的制造技術(shù)的實(shí)際基礎(chǔ)是一樣的，其大多數(shù)工藝也是一樣的。2.電子電力技術(shù)與電力技術(shù)的關(guān)系3.電子電力技術(shù)與控制技術(shù)的關(guān)系電力電子技術(shù)可以看成是弱電控制強(qiáng)電的技術(shù)，是弱電和強(qiáng)電之間的接口，控制實(shí)際是實(shí)現(xiàn)弱電與強(qiáng)電結(jié)合的強(qiáng)有力紐帶。上一頁(yè)下一頁(yè)8.1概述8.1.3電力電子技術(shù)的開展史和開展趨勢(shì)1.電力電子技術(shù)的開展史1〕第一階段：功率整流管與晶閘管為代表的開展階段。2〕第二階段：以門極可關(guān)斷晶閘管〔GTO〕、電力雙極型晶體管〔BJT〕和功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管〔MOSFET〕為代表的全控器件發(fā)展階段。上一頁(yè)下一頁(yè)8.1概述3〕第三階段：以絕緣柵雙極型晶體管〔IGBT〕、MOS門極晶閘管〔MCT〕等為代表的復(fù)合型器件開展階段。4〕第四階段：以SPIC、HVIC等功率集成電路為代表的開展階段。2.電力電子技術(shù)的開展趨勢(shì)砷化鎵二極管具有比硅二極管優(yōu)越的高頻開關(guān)特性，但是由于工藝技術(shù)等方面的緣由，砷化鎵二極管的耐壓較低，實(shí)踐運(yùn)用遭到局限。上一頁(yè)下一頁(yè)8.1概述8.1.4電力電子技術(shù)的運(yùn)用領(lǐng)域〔1〕普通工業(yè)中的電氣自動(dòng)化是電力電子技術(shù)最活潑最能表達(dá)技術(shù)程度的領(lǐng)域，也是電力電子技術(shù)浸透最深的工業(yè)自動(dòng)化、機(jī)器人控制等領(lǐng)域中的一個(gè)?！?〕交通運(yùn)輸領(lǐng)域的電氣化鐵道中廣泛采用電力電子技術(shù)?！?〕電力系統(tǒng)中的直流輸電、柔性交流輸電、無功補(bǔ)償調(diào)和波抑制都要采用電力電子技術(shù)?！?〕在通訊系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中運(yùn)用的任務(wù)電源也都采用高頻開關(guān)電源?！?〕照明在家用電器中占有非常突出的位置。上一頁(yè)前往8.2晶閘管的構(gòu)造和任務(wù)原理8.2.1晶閘管的構(gòu)造目前大功率晶閘管常用的外形構(gòu)造有螺栓式和平板式，它具有三個(gè)PN結(jié)的四層構(gòu)造，其外形、構(gòu)造和圖形符號(hào)如圖8-1所示。晶閘管內(nèi)部是PNPN四層半導(dǎo)體構(gòu)造，分別命名為P1、N1、P2、N2四個(gè)區(qū)。由最外的P1層和N2層引出的兩個(gè)電極，分別為陽(yáng)極A和陰極K，由中間的P2層引出的電極是門極G〔也稱控制極〕。四個(gè)區(qū)構(gòu)成J1、J2、J3三個(gè)PN結(jié)。下一頁(yè)前往圖8-1前往8.2晶閘管的構(gòu)造和任務(wù)原理8.2.2晶閘管的任務(wù)原理由電源Us、白熾燈、晶閘管的陽(yáng)極、陰極組成晶閘管主線路。電源Uc、開關(guān)S、晶閘管門極和陰極組成控制電路也稱觸發(fā)電路。〔1〕欲使晶閘管導(dǎo)通必需同時(shí)具備兩個(gè)條件：①晶閘管的陽(yáng)極A和陰極K之間加上正向電壓；上一頁(yè)下一頁(yè)8.2晶閘管的構(gòu)造和任務(wù)原理②晶閘管的門極G與陰極K之間也加上適宜的正向電壓和電流。〔2〕晶閘管一旦導(dǎo)通后，門極就失去控制造用，故晶閘管為半控型器件。〔3〕為使晶閘管關(guān)斷，必需使其陽(yáng)極A電流降低到零或某一數(shù)值以下，這可以采用將陽(yáng)極A電壓減小到零或者給陽(yáng)極施加反向電壓。上一頁(yè)下一頁(yè)8.2晶閘管的構(gòu)造和任務(wù)原理8.2.3晶閘管的伏安特性和主要參數(shù)1.晶閘管的伏安特性2.晶閘管的主要參數(shù)1〕額定電壓UTn2〕額定電流IT(AV)3〕維持電流IH維持電流是指使晶閘管維持導(dǎo)通所必需的最小電流，普通上一頁(yè)下一頁(yè)8.2晶閘管的構(gòu)造和任務(wù)原理為幾十到幾百毫安。4〕擎住電流ILIL是晶閘管從阻斷形狀轉(zhuǎn)為導(dǎo)通形狀時(shí)移除觸發(fā)信號(hào)后，要堅(jiān)持器件維持導(dǎo)通所需求的最小陽(yáng)極電流。5〕門極觸發(fā)電流IGTIGT是在室溫且晶閘管陽(yáng)極電壓為6V直流電壓時(shí)，使器件從阻斷到完全導(dǎo)通所必需的最小門極直流電流。上一頁(yè)下一頁(yè)8.2晶閘管的構(gòu)造和任務(wù)原理8.2.4晶閘管的型號(hào)及簡(jiǎn)單測(cè)試方法1.晶閘管的型號(hào)按國(guó)家JB1144-75規(guī)定，普通硅晶閘管型號(hào)及其含義如圖8-6所示。2.晶閘管電極的斷定和簡(jiǎn)單測(cè)試方法1〕晶閘管電極的斷定2〕晶閘管的簡(jiǎn)單測(cè)試上一頁(yè)前往圖8-6前往8.3單向可控整流8.3.1電阻性負(fù)載的單相半控橋式整流電路1.電路的任務(wù)原理將單相橋式整流電路中一對(duì)二極管換成兩個(gè)晶閘管，就構(gòu)成單相橋式半控整流電路，如圖8-10〔a〕所示。電路由兩個(gè)晶閘管、兩個(gè)整流二極管和負(fù)載電阻Rd組成。晶閘管VT1和VT2組成一對(duì)橋臂。單相橋式整流電路的任務(wù)特點(diǎn)是晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通，而整流二極管在陽(yáng)極電壓高于陰極電壓時(shí)自然導(dǎo)通。2.數(shù)值關(guān)系下一頁(yè)前往圖8-10〔a〕前往8.3單向可控整流8.3.2大電感負(fù)載的單相半控橋式整流電路單相半控橋式整流電路帶大電感負(fù)載時(shí)的任務(wù)特點(diǎn)是：晶閘管在觸發(fā)時(shí)辰換流，二極管那么在電源電壓過零時(shí)換流；由于自然續(xù)流的作用，整流輸出電壓ud的波形與全控橋式整流電流帶電阻性負(fù)載一樣，α的移相范圍為0～180°，Ud、Id的計(jì)算公式和半控橋帶電阻性負(fù)載時(shí)一樣；流過晶閘管和二極管的電流都是寬度為180°的方波與α無關(guān)，交流側(cè)電流為正負(fù)對(duì)稱的交變方波。上一頁(yè)前往8.4觸發(fā)電路8.4.1單結(jié)晶體管單結(jié)晶體管也稱為雙基極二極管，它分別有一個(gè)發(fā)射極e、第一基極b1和第二基極b2。觸發(fā)電路常用的單結(jié)晶體管型號(hào)有BT33和BT35兩種，其構(gòu)造、等效電路、符號(hào)、外形和引腳如圖8-13所示。其中B表示半導(dǎo)體，T表示特種半導(dǎo)體，第二位數(shù)字3表示300mW，5表示500mW。當(dāng)b2、b1間參與正向電壓后，發(fā)射極e、b1間成高阻特性。但是當(dāng)e的電位到達(dá)b2、b1間電壓的某一比值時(shí)，e、b1間立刻變成低電阻，這是單結(jié)晶體管最根本的特點(diǎn)。下一頁(yè)前往圖8-13前往8.4觸發(fā)電路8.4.2單結(jié)晶體管的觸發(fā)電路1.晶閘管對(duì)觸發(fā)電路的要求2.單結(jié)晶體管的自激振蕩電路3.單結(jié)晶體管觸發(fā)電路1〕同步電源2〕移相控制3〕脈沖輸出上一頁(yè)前往8.5運(yùn)用舉例調(diào)光燈電路任務(wù)原理：整流安裝的輸入端普通接在交流電網(wǎng)上。為了順應(yīng)負(fù)載對(duì)電源電壓大小的要求，或者為了提高可控整流安裝的功率因數(shù)，普通在主電