电力电子技术教案(完整版)

21
三、失控现象
当突然把控制角增大到180°或 突然切断触发电路时，会发生正在导 通的晶闸管一直导通而两个二极管轮 流导通的现象。
失控工作过程
22
例


有一大电感负载采用单相半控桥式有续 流二极管的整流电路供电，负载电阻为 5Ω，输入电压220v，晶闸管的控制角 α=60º ，求流过晶闸管、二极管的电流 平均值和有效值。 解：负载端输出的电压平均值 Ud=0.9U2(1+COS α)/2 =149V

单相半控桥整流电 路，当导通角θ=120º 时 120 I d 10 A 流过续流二极管和晶闸管 360 的电流平均值相同。 。
返回
25
单相全控桥
阻性负载
VT1 VT2 Rd VT3 VT4
VT1.VT4导通
ud
VT2.VT3导通
wt
工作过程
26
感性负载
VT1
VT2
Ld
Rd VT3 VT4
数量关系：
负载端输出直流电压 Ud 1 1 cosa Ud 2U 2 sin d t 0.45U 2 2 a 2
负载端平均电流 Id Ud Id Rd
负载端电流有效值 I I2 kf U2 U Rd Rd 1 a sin 2a 4 2
I Id
sin 2a 2 a 2 (1 co sa )
功率因数cos P UI cos S U2I 1 a sin 2a 4 2
P UI 负载端输出功率 ; S U 2 I 2 电源视在功率
例

1.
2.
3.
4.
有一单相半波可控流电路，负载电阻为10Ω ， 直接接到交流电源220V，要求控制角从 180°—0°可移相。求： 控制角α=60°时，电压表、电流表读数，及 此时的电路功率因数。 如导线电流密度取j=6A/mm² ，计算导线截面。 计算Rd的功率。 电压电流考虑2倍裕量，选择晶闸管元件。
工作过程
数量关系
15
数量关系：
负载端输出直流电压 1 cosa Ud 2U 2 sintd (t ) 0.9U 2 2 负载端平均电流 1

a
Ud U 2 1 cosa Id 0.9 Rd Rd 2 负载有效电流 U2 I I2 Rd I I2 2IT 1 a sin 2a 2
1 IT Id 3 1 I dT Id 3
43
结论
返回
①移相范围0～90°。 ②a≤90°时，负载端电压连续
Ud=2.34U2cosα
③三相全控桥负载端电压为线电压，
晶闸管承受的最大电压为
6U 2 。
44
§2-2-3 ：三相桥式半控整流电路
一、阻性负载： a <=60º ，负载端电压波形 连续

感性负载
a b c
VT1 VT2 VT3 VD
演示
36
Ld Rd
结论
a 90 :
0
a 90 :
0
ud波形连续，
ud波形断续， 且正、负面积相等 Ud 0
q T 180
I dT
0
Ud 1.17U 2 cosa 1 0.577I d 3
返回
37
§2-2-2 ：三相桥式全控整流电路
VT1
VT3
VT5
VT4
VT6
VT2
38
阻性负载
1、三相桥式全控整流电路每个时刻必须有两 个晶闸管导通，才能构成电流通路。其中共阳 极组和共阴极组各有一个晶闸管导通。本组内 120 每隔 换流一次，共阴极组与共阳极组件间 60 隔 换流一次。同组内晶闸管的触发脉冲相位 120 差为 ，而同一桥臂上的晶闸管的触发脉冲 相位差为 。 180
工作过程
结论
27
结论
ud
a90波形连续
wt
a90波形断续

ud
wt
返回
28
反电动势负载
VT1 VT2
id E
TR
a
u1
u2
b
VD1 VD2 R0
ud

返回
演示
29
§2-2：三相可控整流电路
§2-2-1 §2-2-2
§2-2-3 §2-2-4
三相半波可控整流电路 三相桥式全控整流电路
三相桥式半控整流电路
45
三相半控桥整流电路阻性负载 控制角α=30°
负载断电压波形连续， 一个周期有6个波头。
46
控制角α=60°
VT2、VD1导通
qT qD 180

VT2、VD2导通
19
结论
1.晶闸管在触发时刻换 流，二极管在电源电 压过零时刻换流。 2.对于单向半控桥感性 负载，负载端的电压 波形如右图。 根据波形得
Ud=0.9U2(1+cosα)/2
20
结论
3.单相半控桥感性负载， 负载端电压波形与阻 性负载完全相同，即 单相半控桥感性负载 本身具有续流作用。 4.在实际使用的过程中， 单相半控桥感性负载 容易产生失控现象。
ud
Rd
u2 wt

工作原理
返回
13
§2-1-3：单相桥式整流电路
单相半控桥 单相全控桥
14
单相半控桥—阻性负载
共阴极连接的晶闸管
VT1 VT1、VT2具有单向可控导电性， TR VD1、VD2具有单向导电性，不 具有可控性，因此将此电路称为 单相半控桥。 VD1 VT2
Rd VD2
共阳极连接的二极管
IT 1.57 IT ( AV ) 2 IM 2 15.5 A 31A 31A IT ( AV ) 19.7 A 1.57
12
额定电流应选20A，即晶闸管的型号为KP-20-7
2、电感性负载：
整流电路直流负载的感抗Ld 和电阻Rd的大小相比不可忽略时， 这种负载称为电感性负载。 TR VT Ld
阻性负载
A B
法，阳极电位高者先导通
自然换相点， 定义为a=0°
a
0
a b c
VT1 VT2 VT3 Rd
C
b
c
a
ωt
三相半波可控整流电路， 对脉冲要求，一个周期需 结论：三相半波 a距 三个脉冲，相邻脉冲间隔 离坐标原点为30° 演示 120°。
结论
ud
0＜a≤30时，负载端 电压波形是连续的
整流电路的换相压降
返回
30
三相电压介绍
u2 a b c
A B C a b c
wt
三相电压波形
ua 2U 2 sint
原边△形接法
副边Y形接法
ub 2U 2 sin( t 1200 )
uc 2U 2 sin( t 1200 )
31
§2-2-1 ：三相半波可控整流电路 VT1、VT2、VT3共阴极接
0
a
b
c
a
t ω
ud
a＞30时，负载端电压 波形是断续的
0
a
b
c
a
t ω
33
晶闸管两端电压波形的确定
演示
34
数量关系：
当0 a 300 时 3 Ud 2

a a

5 6 6
2U 2 sintd (t ) 1.17U 2 cos α
当300 a 1500 时 3 1 cos(300 a ) Ud 2U 2 sintd (t ) 1.17U 2 2 a 3 6
a 60 时，整流输出电压的平均值：
6 Ud 2
6 U sin td ( t ) 2 . 34 U 1 cos( a ) 2 2 a 3 3 Ud 负载电流的平均值：I d R 流过晶闸管电流的平均 值和有效值：

1 I dT I d 3 1 IT I2 2 整流变压器二次绕组的 容量：S 2 3U 2 I 2
UdM 0.45U 2 99V
IdM 9.9 A IM KfIdM 1.57 9.9 15.5 A
11
负载端功率
PM IM Rd 15.7 10W 2.4KW
2 2
选择晶闸管 额定电压 UTM 2U 2 2 220V 311V URM 2 311V 622V 额定电压应选700V 额定电流
39
阻性负载
2、为了保证整流电路启动时或电流断续后能 再次导通，要求共阴极和共阳极组各有一个 管子导通，则必须对两组中的一对晶闸管同 时给触发脉冲，因此可采用宽脉冲和双窄脉 冲。
40
a 60 时，整流输出电压的平均值：
Ud 6 2

2 a 3 a

3
6U 2 sintd (t ) 2.34U 2 、VD1导通
18
二、工作原理
3、当u2为负半周且控制角为α 时，触发VT2导通，负载电流 id经VT2、VD1流通，电感由 释放能量变成储存能量，负 载端电压ud=uba=-u2。 4、 u2电压由负变正过零时，电 感由储存能量变为释放能量， 产生上负下正的自感电动势， 维持电流流通，VT2将继续到 通，同时VD1关断、VD2导通， 负载端电压为0。
5
§2-1-1：单相半波可控整流电路 1.电阻性负载
晶闸管VT。当在
电源正半周内且 单相变压器二 次侧电压u2为 50Hz正 弦波，
TR VT
在门极加触发脉
冲时导通。
u2
ud
Rd
VT导通时，
工作原理
ud= u2,截止时 ud= 0