《電力電子技術》

電子教案

項目二直流調速裝置【學習目標】掌握單相橋式可控整流電路的工作原理。掌握有源逆變電路的基本概念和單相橋式有源逆變電路的工作原理。分析大功率整流電力機車電路的原理及逆變原理。

【課題描述】可控整流電路的應用是電力電子技術中應用最為廣泛的一種技術。本課題將以直流電機的可控整流電路為例，讓大家了解單相橋式可控整流電路和有源逆變電路在實際直流電機控制電路中的應用。一、單相橋式整流電路1．單相橋式全控整流電路（1）電阻性負載單相橋式整流電路帶電阻性負載的電路1．單相橋式全控整流電路單相橋式整流電路帶電阻性負載的工作波形1．單相橋式全控整流電路單相全控橋式整流電路帶電阻性負載電路參數(shù)的計算：①、輸出電壓平均值的計算公式：

②、負載電流平均值的計算公式：

③、輸出電壓的有效值的計算公式：

④、負載電流有效值的計算公式：

⑤、流過一只可關斷晶閘管（GTO）的電流的平均值的計算公式：

⑥、流過一只GTO的電流的有效值的計算公式：⑦、GTO可能承受的最大電壓為：

（2）電感性負載電感性負載的電路

（2）電感性負載

電感性負載的工作波形分析

（2）電感性負載單相全控橋式整流電路帶電感性負載電路參數(shù)的計算：①、輸出電壓平均值的計算公式：移相范圍是0°～90°。②、負載電流平均值的計算公式：

③、流過一只GTO的電流的平均值和有效值的計算公式：

④、GTO可能承受的最大電壓為：

（2）電感性負載為了擴大移相范圍，去掉輸出電壓的負值，提高Ud的值，也可以在負載兩端并聯(lián)續(xù)流二極管，接了續(xù)流二極管以后，的移相范圍可以擴大到0°～180°。

2．鋸齒波同步觸發(fā)電路鋸齒波同步觸發(fā)電路的組成鋸齒波同步移相觸發(fā)電路由同步環(huán)節(jié)、鋸齒波形成環(huán)節(jié)、移相控制環(huán)節(jié)、脈沖形成放大與輸出環(huán)節(jié)組成，其原理圖如圖2-5所示。原理

同步環(huán)節(jié)由同步變壓器、VT3、VD1、VD2、C1等元件組成，其作用是利用同步電壓UT來控制鋸齒波產(chǎn)生的時刻及鋸齒波的寬度。鋸齒波形成環(huán)節(jié)由VT1、VT2等元件組成的恒流源電路，當VT3截止時，恒流源對C2充電形成鋸齒波；當VT3導通時，電容C2通過R4、VT3放電。調節(jié)電位器RP1可以調節(jié)恒流源的電流大小，從而改變了鋸齒波的斜率。移相控制環(huán)節(jié)由控制電壓Uct、偏移電壓Ub和鋸齒波電壓在VT5基極綜合疊加構成，RP2、RP3分別調節(jié)控制電壓Uct和偏移電壓Ub的大小。脈沖形成放大和輸出環(huán)節(jié)由VT6、VT7構成，C5為強觸發(fā)電容改善脈沖的前沿，由脈沖變壓器輸出觸發(fā)脈沖。西門子TCA785集成觸發(fā)電路1．西門子TCA785引腳介紹TCA785采用標準的雙列直插式16引腳（DIP-16）封裝，它的引腳排列如圖2-7所示。圖2-7TCA785引腳功能圖

TCA785主要引腳輸入、輸出電壓波形圖三、有源逆變電路1．有源逆變的工作原理（1）兩電源間的能量傳遞

(a)(b)(c)1．有源逆變的工作原理圖（a）為兩個電源同極性連接，稱為電源逆串；圖（b）也是兩電源同極性相連；圖（c）為兩電源反極性連接，稱為電源順串；此時電源E1與E2均輸出功率，電阻上消耗的功率為兩電源功率之和：PR＝P1＋P2。1．有源逆變的工作原理通過上述分析，我們知道：（1）無論電源是順串還是逆串，只要電流從電源正極端流出，則該電源就輸出功率；反之，若電流從電源正極端流入，則該電源就吸收功率。（2）兩個電源逆串連接時，回路電流從電動勢高的電源正極流向電動勢低的電源正極。如果回路電阻很小，即使兩電源電動勢之差不大，也可產(chǎn)生足夠大的回路電流，使兩電源間交換很大的功率。（3）兩個電源順串時，相當于兩電源電動勢相加后再通過R短路，若回路電阻R很小，則回路電流會非常大，這種情況在實際應用中應當避免。1.有源逆變的工作原理單相橋式變流電路整流與逆變原理

(a)電路圖

(b)整流狀態(tài)下的波形圖

(c)逆變狀態(tài)下的波形圖1.有源逆變的工作原理圖（a）中GTO的控制角a＜90°，則電路工作在整流狀態(tài)，通過調整角，則交流電壓通過I組GTO輸出功率，電動機吸收功率。負載中電流值為:若當開關S拔向位置2時，又同時觸發(fā)脈沖控制角調整到a＞90°，則Ⅱ組GTO輸出電壓將為上負下正，波形如圖（c）所示。調整角使GTO在E與u2的作用下導通，負載中電流為:這種情況下，電動機輸出功率，運行于發(fā)電制動狀態(tài)，Ⅱ組GTO吸收功率并將功率送回交流電網(wǎng)。這種情況就是有源逆變。1.有源逆變的工作原理逆變時的輸出電壓控制有的是與整流時相同，計算公式仍為

我們令，稱為逆變角，則1.有源逆變的工作原理實現(xiàn)有源逆變必須滿足下列條件：（1）變流裝置的直流側必須外接電壓極性與GTO導通方向一致的直流電源，且其值稍大于變流裝置直流側的平均電壓。（2）變流裝置必須工作在＜90°區(qū)間，使其輸出直流電壓極性與整流狀態(tài)時相反，才能將直流功率逆變?yōu)榻涣鞴β仕椭两涣麟娋W(wǎng)。要指出的是，關控橋或接有續(xù)流二極管的電路，因它們不可能輸出負電壓，也不允許直流側接上直流輸出反極性的直流電動勢，所以這此電路不能實現(xiàn)有源逆變。2．逆變失敗與逆變角的限制（1）逆變失敗的原因有源逆變換流失敗分析2．逆變失敗與逆變角的限制造成逆變失敗的原因主要有以下幾種情況：①觸發(fā)電路故障。如觸發(fā)脈沖丟失、脈沖延時等不能適時、準確的向GTO分配脈沖的情況，均會導致GTO不能正常換相。②GTO故障。如GTO失去正常導通或阻斷能力，該導通時不能導通，該阻斷時不能阻斷，均會導致逆變失敗。③逆變狀態(tài)時交流電源突然缺相或消失。由于此時變流器的交流側失去了與直流電動勢E極性相反的電壓，致使直流電動勢經(jīng)過晶閘管形成短路。④逆變角取值過小，造成換相失敗。（2）逆變失敗的限制逆最小逆變角的取值一般為

≥30°～35°為防止小于，有時要在觸發(fā)電路中設置保護電路，不能進入的區(qū)域。在電路中加上安全脈沖產(chǎn)生裝置，安全脈沖位置就設在處，一旦工作脈沖就移入處，安全脈沖保證在處觸發(fā)晶閘管

設計與制作

2011年國賽賽題——智能小車（C題）賽題甲車車頭緊靠起點標志線，乙車車尾緊靠邊界，甲、乙兩輛小車同時起動，先后通過起點標志線，在行車道同向而行，實現(xiàn)兩車交替超車領跑功能。跑道如圖2-19所示。圖2-19賽題參考圖要求1.基本要求（1）甲車和乙車分別從起點標志線開始，在行車道各正常行駛一圈。（2）甲、乙兩車按圖2-19所示位置同時起動，乙車通過超車標志線后在超車區(qū)內實現(xiàn)超車功能，并先于甲車到達終點標志線，即第一圈實現(xiàn)乙車超過甲車。（3）甲、乙兩車在完成(2)時的行駛時間要盡可能的短。2.發(fā)揮部分（1）在完成基本要求(2)后，甲、乙兩車繼續(xù)行駛第二圈，要求甲車通過超車標志線后要實現(xiàn)超車功能，并先于乙車到達終點標志線，即第二圈完成甲車超過乙車，實現(xiàn)了交替領跑。甲、乙兩車在第二圈行駛的時間要盡可能的短。（2）甲、乙兩車繼續(xù)行駛第三圈和第四圈，并交替領跑；兩車行駛的時間要盡可能的短。（3）在完成上述功能后，重新設定甲車起始位置（在離起點標志線前進方向40cm范圍內任意設定），實現(xiàn)甲、乙兩車四圈交替領跑功能，行駛時間要盡可能的短。設計