2024/12/31電力電子與變頻技術1項目一調(diào)光燈的安裝與調(diào)試調(diào)光燈電路由主電路和觸發(fā)電路兩部分構(gòu)成，通過對主電路及觸發(fā)電路的分析使學生能夠理解電路的工作原理，進而掌握分析電路的方法。注：現(xiàn)在實用調(diào)光燈都采用雙向晶閘管。2024/12/31電力電子與變頻技術2任務一晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理學習目標：1認識晶閘管2會測試晶閘管好壞3會選用晶閘管工作任務：1晶閘管的特性試驗2用萬用表及實驗裝置進行晶閘管的測試分析3晶閘管的工程選用相關知識：

1．認識晶閘管的結(jié)構(gòu)晶閘管是一種大功率PNPN四層半導體元件，具有三個PN結(jié)，引出三個極，陽極A、陰極K、門極（控制極）G，其外形及符號如圖所示。管腳名稱（陽極A、陰極K、具有控制作用的門極G）標于圖中。所示為晶閘管的圖形符號及文字符號。

2024/12/31電力電子與變頻技術3小電流塑封式 小電流塑封式 小電流螺旋式 陰極（K）

陰極（K）

陽極（A）

陽極（A）

門極（G）

門極（G）

2024/12/31電力電子與變頻技術4以互補三極管等效內(nèi)部結(jié)構(gòu)

以三個PN結(jié)等效2024/12/31電力電子與變頻技術52．晶閘管的導通關斷原理當晶閘管的陽極和陰極電壓，即EA下正上負(與圖示方向相反)時，無論門極G是否有電流，白熾燈不亮，說明晶閘管始終處于關斷狀態(tài)；當時，即EA上正下負(與圖示方向相同)，只有時，白熾燈才能點亮。說明晶閘管沒有門極電流觸發(fā)時，具有正向阻斷能力；當滿足，條件時可以導通。晶閘管一旦導通，此時去掉EG（即再令），白熾燈仍保持點亮，說明晶閘管仍保持導通狀態(tài)。導通后晶閘管的管壓降為1V左右，主電路中的電流IA由白熾燈內(nèi)阻、RW和EA的大小決定。在IA逐漸降低（通過調(diào)整RW）至某一個小數(shù)值時，剛剛能夠維持晶閘管導通；此時如果繼續(xù)降低IA，則晶閘管會關斷，該小電流稱為晶閘管的維持電流。2024/12/31電力電子與變頻技術63晶閘管特性反向擊穿電壓

反向阻斷

正向阻斷

正向轉(zhuǎn)折電壓

2024/12/31電力電子與變頻技術74．晶閘管的主要參數(shù)（1）晶閘管的電壓定額

1）斷態(tài)重復峰值電壓UDRM2）反向重復峰值電壓URRM

3）額定電壓Utn將UDRM和URRM中的較小值按百位取整后作為該晶閘管的額定值。例如：一晶閘管實測UDRM＝812V，URRM＝756V，將兩者較小的756V取整得700V，該晶閘管的額定電壓為700V。在使用過程中UTn≥(2~3)UTM（2）晶閘管的電流定額IT（AV）通態(tài)平均電流是指在環(huán)境溫度為40℃和規(guī)定的冷卻條件下，晶閘管在導通角不小于170°電阻性負載電路中，當不超過額定結(jié)溫且穩(wěn)定時，所允許通過的工頻正弦半波電流的平均值。2024/12/31電力電子與變頻技術8但是決定晶閘管結(jié)溫的是管子損耗的發(fā)熱效應，表征熱效應的電流是以有效值表示的，其兩者的關系為：

如額定電流為100A的晶閘管，其允許通過的電流有效值為157A。晶閘管在實際選擇時，其額定電流的確定一般按以下原則：（3）維持電流IH在室溫下門極斷開時，元件從較大的通態(tài)電流降到剛好能保持導通的最小陽極電流稱為維持電流IH。2024/12/31電力電子與變頻技術9（5）門極參數(shù)（6）動態(tài)參數(shù)5．晶閘管的型號

四實踐指導：根據(jù)實驗條件完成2024/12/31電力電子與變頻技術10任務二

單結(jié)晶體管觸發(fā)電路一、學習目標

1．會單結(jié)晶體管組成的觸發(fā)電路工作原理分析2．會單結(jié)晶體管組成的觸發(fā)電路安裝調(diào)試

二、

工作任務

1．認識單結(jié)晶體管的結(jié)構(gòu)及特性2．單結(jié)晶體管組成的觸發(fā)電路工作原理分析及安裝調(diào)試

三、

相關知識

1．認識單結(jié)晶體管發(fā)射極e 第一基極b1 第二基極b2 在一塊高電阻率的N型硅片上引出兩個基極b1和b2，兩個基極之間的電阻就是硅片本身的電阻，一般為2～12kΩ。在兩個基極之間靠近b1的地方用合金法或擴散法摻入P型雜質(zhì)并引出電極，成為發(fā)射極e。2024/12/31電力電子與變頻技術11a）結(jié)構(gòu)

b）等效電路

c）圖形符號

d）外形管腳排列2．單結(jié)晶體管的伏安特性及主要參數(shù)（1）單結(jié)晶體管的伏安特性2024/12/31電力電子與變頻技術121）截止區(qū)——AP段當開關S閉合，電壓Ubb通過單結(jié)晶體管等效電路中的rbl和rb2分壓，得A點電位UA，可表示為η——分壓比，是單結(jié)晶體管的主要參數(shù)，η一般為0.3～0.9。當Ue從零逐漸增加，但Ue<UA時，單結(jié)晶體管的PN結(jié)反向偏置，只有很小的反向漏電流。當Ue增加到與UA相等時，Ie＝0。2024/12/31電力電子技術132）負阻區(qū)——PV段當Ue>Up時，等效二極管VD導通，Ie增大，這時大量的空穴載流子從發(fā)射極注入A點到b1的硅片，使rbl迅速減小，導致UA下降，因而Ue也下降。UA的下降，使PN結(jié)承受更大的正偏，引起更多的空穴載流子注入到硅片中，使rbl進一步減小，形成更大的發(fā)射極電流Ie，這是一個強烈的增強式正反饋過程。當Ie增大到一定程度，硅片中載流子的濃度趨于飽和，rbl已減小至最小值，A點的分壓UA最小，因而Ue也最小，得曲線上的V點。V點稱為谷點，谷點所對應的電壓和電流稱為谷點電壓Uv和谷點電流Iv。這一區(qū)間稱為特性曲線的負阻區(qū)。3）飽和區(qū)——VN段

當硅片中載流子飽和后，欲使Ie繼續(xù)增大，必須增大電壓Ue，單結(jié)晶體管處于飽和導通狀態(tài)。（2）單結(jié)晶體管的主要參數(shù)單結(jié)晶體管的主要參數(shù)有基極間電阻rbb、分壓比η、峰點電流IP、谷點電壓UV、谷點電流IV及耗散功率等。2024/12/31電力電子與變頻技術143．單結(jié)晶體管張馳振蕩電路4．單結(jié)晶體管觸發(fā)電路2024/12/31電力電子與變頻技術15任務三

單相可控整流電路一、

學習目標

1．掌握單相可控整流電路工作原理；2．會單相可控整流電路的分析。二、

工作任務

1.單相半波可控整流電路的分析調(diào)試。2.單相橋式可控整流電路分析調(diào)試。

三、

相關知識

1．單相半波可控整流電路電阻性負載工作原理2024/12/31電力電子與變頻技術16（1）α=0o時的波形分析α=0o時實際電路中輸出電壓和晶閘管兩端電壓的理論波形。輸出電壓波形晶閘管兩端電壓波形α=0o時刻加入觸發(fā)脈沖觸發(fā)晶閘管VT導通，負載上得到輸出電壓ud的波形是與電源電壓u2相同形狀的波形；當電源電壓u2過零時，晶閘管也同時關斷，負載上得到的輸出電壓ud為零；在電源電壓u2負半周內(nèi)，晶閘管承受反向電壓不能導通，直到第二周期α=0o觸發(fā)電路再次施加觸發(fā)脈沖時，晶閘管再次導通。2024/12/31電力電子與變頻技術17（2）α=30o及α=60o時的波形分析α=30o時輸出電壓和晶閘管

α=60o時輸出電壓和晶閘管

兩端電壓的理論波形

兩端電壓的理論波形2024/12/31電力電子與變頻技術18控制角α：控制角也叫觸發(fā)角或觸發(fā)延遲角，是指晶閘管從承受正向電壓開始到觸發(fā)脈沖出現(xiàn)之間的電角度。導通角θ：是指晶閘管在一周期內(nèi)處于導通的電角度。移相：移相是指改變觸發(fā)脈沖出現(xiàn)的時刻，即改變控制角α的大小。移相范圍：移相范圍是指一個周期內(nèi)觸發(fā)脈沖的移動范圍，它決定了輸出電壓的變化范圍。（4）由以上的分析可以得出：1）在單相整流電路中，把晶閘管從承受正向陽極電壓起到加入觸發(fā)觸發(fā)脈沖而導通之間的電角度α稱為控制角，亦稱為觸發(fā)延遲角或移相角。晶閘管在一個周期內(nèi)導通時間對應的電角度用θ表示，稱為導通角，且θ=π-α。2）在單相半波整流電路中，改變的α大小即改變觸發(fā)脈沖在每周期內(nèi)出現(xiàn)的時刻，則ud和id的波形也隨之改變，但是直流輸出電壓瞬時值ud的極性不變，其波形只在u2的正半周出現(xiàn)，這種通過對觸發(fā)脈沖的控制來實現(xiàn)控制直流輸出電壓大小的控制方式稱為相位控制方式，簡稱相控方式。3）理論上移相范圍0o～180o。在本課題中實際是達不到此移相范圍的，若要實現(xiàn)移相范圍0o～180o，則需要改進觸發(fā)電路以擴大移向范圍。2024/12/31電力電子與變頻技術19（5）基本的物理量計算輸出電壓平均值與平均電流的計算：晶閘管電流有效值IT與管子兩端可能承受的最大電壓IT＝I2024/12/31電力電子與變頻技術202.單相半波可控整流電路電感性負載工作原理（1）無續(xù)流二極管時單相半波可控整流電路用于大電感負載時，不管如何調(diào)節(jié)控制角α,Ud值總是很小，平均值電流Id也很小，沒有實用價值。2024/12/31電力電子與變頻技術21（2）接續(xù)流二極管時晶閘管和續(xù)流二極管可能承受的最大正反向電壓、移相范圍與阻性負載相同，由于電感性負載中的電流不能突變，當晶閘管被觸發(fā)導通后，陽極電流上升較緩慢，故要求觸發(fā)脈沖的寬度要寬些（＞20o），以免陽極電流尚未升到晶閘管擎住電流時，觸發(fā)脈沖已消失，從而導致晶閘管無法導通。2024/12/31電力電子與變頻技術22

3.單相橋式全控整流電路參數(shù)計算①輸出直流電壓平均值②負載電流平均值2024/12/31電力電子與變頻技術232024/12/31電力電子與變頻技術24（2）單相橋式全控整流電路電感性負載與電阻性負載相比，ud的波形出現(xiàn)了負半周部分，在α=0o時，輸出電壓Ud最大0.9U2；在α=90o時，輸出電壓Ud最小，等于零，因此α的移相范圍是0°～90°。id的波形則是連續(xù)的近似一條直線，這是由于電感中的電流不能突變，電感起到了平波的作用，電感愈大則電流愈平穩(wěn)。2024/12/31電力電子與變頻技術252）參數(shù)計算（3）單相橋式全控整流電路電感性負載并接續(xù)流二極管

a）電路圖b）波形圖圖1-39并接續(xù)流二極管的單相全控橋大電感性負載

2024/12/31電力電子與變頻技術26單相全控橋大電感負載接續(xù)流管的電路各電量計算式如下：4．單相橋式半控整流電路2024/12/31電力電子與變頻技術27

2）參數(shù)計算

①輸出電壓平均值α的移相范圍是0°～180°。②負載電流平均值③流過一只晶閘管和整流二極管的電流的平均值和有效值

④晶閘管可能承受的最大電壓

(2)電感性負載2024/12/31電力電子與變頻技術28任務四

三相可控整流電路的分析一、

學習目標

1．掌握三相可控整流電路在不同負載時的電路波形分析、參數(shù)計算和器件選擇。2．能利用輸出電壓波形分析電路故障。二、

工作任務

1．分析調(diào)試三相半波可控整流電路。2．分析調(diào)試三相全控橋式可控整流電路。

三、

相關知識

1．三相半波可控整流電路

（1）三相半波不可控整流電路2024/12/31電力電子與變頻技術29（2）三相半波可控整流電路①0°≤α≤30°輸出電壓平均值Ud波形連續(xù)②30°≤α≤150°輸出電壓平均值Ud波形不連續(xù)2024/12/31電力電子與變頻技術303）基本的物理量計算①整流輸出電壓的平均值計算：當0°≤≤30°時，此時電壓電流波形連續(xù)，通過分析可得到

（1-39）當30°≤≤150°時，此時電壓電流波形斷續(xù)，通過分析可得到（1-40）Id=Ud/Rd（1-42）三相半波可控整流電路在電阻性負載時，控制角的移相范圍是0～150°。2024/12/31電力電子與變頻技術312．三相橋式全控整流電路（1）電阻性負載

圖1-55三相橋式全控整流電路三相全控橋式整流電路

=00時的波形2024/12/31電力電子與變頻技術32導通晶閘管及負載電壓導通期間ωt1～ωt2ωt2～ωt3ωt3～ωt4ωt4～ωt5ωt5～ωt6ωt6～ωt7導通VTVT6，VT1VT1，VT2VT2，VT3VT3，VT4VT4，VT5VT5，VT6共陰電壓u相

u相v相v相w相w相共陽電壓v相w相

w相

u相u相v相負載電壓線電壓uuv線電壓uuw線電壓uvw線電壓uvu線電壓uwu線電壓uwv3）三相橋式全控整流電路的特點①必須有兩個晶閘管同時導通才可能形成供電回路，其中共陰極組和共陽極組各一個，且不能為同一相的器件。②對觸發(fā)脈沖的要求按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的順序，相位依次差60°，共陰極組VT1、VT3、VT5的脈沖依次差120°，共陽極組VT4、VT6、VT2也依次差120°。同一相的上下兩個晶閘管，即VT1與VT4，VT3與VT6，VT5與VT2，脈沖相差180°。2024/12/31電力電子與變頻技術33（2）為了可靠觸發(fā)導通晶閘管，觸發(fā)脈沖要有足夠的寬度，通常采用單寬脈沖觸發(fā)或采用雙窄脈沖。但實際應用中，為了減少脈沖變壓器的鐵心損耗，大多采用雙窄脈沖。4）不同控制角時的波