第十章电力电子学-梁-1-改

U DRM 2UFM 2 310 600V U RRM 2U RM 2 310 600V 所以晶闸管选用3CT10/600，二极管选用 2CZ10/300。
§10.3 三相可控整流电路
§10.3.1 三相半波可控整流电路
cos
2
负载电流的平均值:
Id
Ud R
0.45U2 1 cos
R2
§10.2.1 单相半波可控整流电路
二、带电感性负载的可控整流电路
§10.2.1 单相半波可控整流电路
结论：1、晶闸管的导通角θ将大于π-α；
2、负载电感越大，导通角越大，输 出电压和输出电流的平均值越小。 三、续流二极管的作用
IT
1
2
0 Im sin td (t)
Ie
1
2
0
I
2 m
sin 2 td (t)
Im 2
所以有：
Ie IT
K
Im 2
Im
2
1.57
§10.1.1 晶闸管（SCR）
晶闸管允许正向通过的电流有效值Ie 和它的额定通态平均电流IT之间的数 量关系为：
Ie 1.57IT
➢维持电流IH
晶闸管优、缺点：
电力电子器件根据其开通与关断可控性的不 同可以分为三类：
1、不可控型器件：开通与关断都不能控制 的器件，仅整流二极管V是不可控器件。 2、半控型器件：只能控制其开通，不能控 制其关断的器件。普通晶闸管SCR及其派生 器件属于半控型器件。
3、全控型器件：开通与关断都可以控制的 器件。GTR、GTO等。
§10.2 单相可控整流电路
移相：改变α的大小称为移相。通过移相控
制即可使输出电压Ud的平均值发生变化。
移相范围：改变α使输出电压平均值从最
小到最大的范围。
§10.2.1 单相半波可控整流电路
晶闸管承受的最大正向与反向电压为 2U2
输出电压的平均值:
Ud
1
2
2U2 sintd t
0.45U
2
1
3、逆变电路：把直流电变成频率固定的或 者可调的交流电。
4、变频电路：把固定频率的交流电变成可 调频率的交流电 5、斩波电路：把固定的直流电变成可调的 直流电压。
6、电子开关：功率半导体器件工作在开关 状态，可代替接触器、继电器用于频繁开关 操作的场合。
§10.1 电力半导体器件
半导体器件目前还在继续向两个方向迅速发展， 一方面往高集成度的集成电路方向发展微（弱） 电子学，另一方面向电力电子器件方向发展电 力（强）电子学。
一、晶闸管的结构和符号
§10.1.1 晶闸管（SCR）
特点 大电流 高浪涌电流
应用 大功率变流器 电机控制 充电设备 变电站
§10.1.1 晶闸管（SCR）
阴 极
控制极
阳极
§10.1.1 晶闸管（SCR）
二、晶闸管的工作原理 如图10.3所示。
§10.1.1 晶闸管（SCR）
综上所述可得结论：
增加，干扰周围的电气设备。 控制电路比较复杂，对维修人员的技术
水平要求高。
§10.1.1 晶闸管（SCR）
六、如何判别管子的好坏 一只良好的晶闸管，其阳极A与阴极K之 间应为高阻值；G—K间的逆向电阻比顺 向电阻越大，表示晶闸管性能越好。
§10.1.1 晶闸管（SCR）
七、晶闸管的型号及其含义 国产晶闸管的型号一般表示为
2 2
Id
§10.2.2 单相桥式可控整流电路
一、单相半控桥式整流电路 1、电阻性负载
§10.2.2 单相桥式可控整流电路
输出电压平均值与控制角的关系为：

Ud
1
2U2 sintd t
0.9U
2
1
cos
2
电流平均值：
Id
Ud R
0.9U2 1 cos
R2
晶闸管承受的最大正反向电压为 2U2
晶闸管承受的最高正向、反向电压和二极
管所承受的最高反向电压相等，即
UFM U RM 2U2 1.41 220 310V 流过晶闸管和二极管的 平均电流
IVS IV 1 2 I0 5 A
§10.2.2 单相桥式可控整流电路
为了保证晶闸管在出现瞬时过电压时不致 损坏，根据下式选取晶闸管的U DRM和U RRM
3 C T □/□ 元件的断态重复峰值电压
元件的额定通态平均电流
可控整流元件
三个电极
N型硅材料
§10.1.1 晶闸管（SCR）
2、双向晶闸管
3、逆导晶闸管
逆导晶闸管(RCT)是将晶闸管反并联一个 二极管制作在同一管芯上的功率集成器件， 不具有承受反向电压的能力，一旦承受反 向电压即开通。 特点：正向压降小、关断时间短、高温特 性好、额定结温高等优点，可用于不需要 阻断反向电压的电路中。
并选择整流元件。
解：输出电压的平均值为：
Ud
0.9U
2
1
cos
2
所以当晶闸管导通角θ为π（控制角α=0）时，
输出电压最大，则交流电压有效值为：
U2 U0 0.9 180 / 0.9 200V
§10.2.2 单相桥式可控整流电路
所以取交流电压为220V，则交流电流有效
值为
I U2 220 12.2A RL 180 10
§10.2.2 单相桥式可控整流电路
3、反电势负载
✓只有当电源电压的瞬时值大于反电势，同
时又有触发脉冲时，晶闸管才能导通。
✓负载两端的电压平均值比电阻性负载时高。
§10.2.2 单相桥式可控整流电路
✓当整流输出直接加于
反电势负载时，输出 平均电流为：
Id
Ud E R
§10.2.2 单相桥式可控整流电路
1、门极可关断晶闸管
GTO的工作特点： （1）在门极G上加正电压或 正脉冲，GTO即导通。其后， 即使撤销控制信号，GTO仍 保持导通。 （2）在门极G上加反向电压 或较强的反向脉冲，可使 GTO关断。
2、电力晶体管
电力晶体管（GTR）是一种耐高压、大电流的 双极结型晶体管 主要特性：耐压高、电流大、开关特性好。
大功率二极管亦即整流二极管V，其电压、电 流的额定值都比较高。
工作于饱和或截止状态，正向导通时尽管电压 降很小，但对电力二极管来说，额定正向电流 很大时的功耗及其发热不容忽略。
§10.1.2 半控型开关器件
1、普通（逆阻型）晶闸管 (SCR)
晶闸管(SCR)是一种可控制的硅整流元件，
又称为可控硅。
4、光控晶闸管
光控晶闸管(LTT)是一种利用一定波长的 光照信号触发导通的晶闸管，其工作原理 类似于光电二极管。
5、快速晶闸管
快速晶闸管(FST)包括所有专为快速应用 而设计的晶闸管。 特点：关断速度快（快速晶闸管小于20us， 而高频晶闸管仅为几微秒）；其不足在于 电压和电流定额都不易做高。
§10.1.3 全控型开关器件
2
d
d
VS 1
§10.2.2 单相桥式可控整流电路
§10.2.2 单相桥式可控整流电路
Ud
2
2
3
2U2 sintd( t )
0.9 2201 cos( 3 )V 148.5V
2
Id
Ud R
148.5 15
9.9 A
§10.2.2 单相桥式可控整流电路
二、单相全控桥式整流电路
§10.2.2 单相桥式可控整流电路
例1：电炉的电阻 R 15 ，为调节加热温
度，用晶闸管组成单相半控桥式可控整流电
路控制，接在电压 u2 2 220 sint V的交
流电源上，试求：
① 绘出可控整流电路图；
②当控制角 60 时，求加在电炉上的电压 平均值Ud及通过电炉的电流平均值Id ；
③绘出 u 、u 、i 、u 的波形。
重点：
➢晶闸管的导通与关断条件、可控性； ➢晶闸管单相和三相基本可控整流电路在 不同性质负载下的工作特点；
➢晶闸管额定通态平均电流I的含义及基本可 控整流电路中I的选择和额定电压的选择；
难点：
➢整流电路接电感性负载、电动势负载时的 工作情况；
电力电子学是利用半导体电力开关器件与其 相应的控制电路组成变换器，实现电功率的 变换与控制的学科，其技术称为电力电子技 术。 在电动机控制系统中，电力电子（半导体） 器件主要作用：作为功率开关使用，利用不 同的控制技术与开关相配合，达到向电动机 提供不同极性、不同电压、不同频率、不同 相序的供电电压的目的，以此控制电动机的 记停、转向和转速。
➢起始时若控制极不加电压，则不论阳
极加正向电压，晶闸管均不导通，这 说明晶闸管具有正，反向阻断能力；
➢晶闸管的阳极和控制极同时加正向电
压晶闸管才能导通，这是晶闸管导通必 须同时具备的两个条件；
§10.1.1 晶闸管（SCR）
➢在晶闸管导通之后，其控制极就失去
控制作用，欲使晶闸管恢复阻断状态， 必须把阳极正向电压降低到一定值（或 断开，或反向）。
§10.1.1 晶闸管（SCR）
三、 晶 闸 管 的 伏 安 特 性
§10.1.1 晶闸管（SCR）
四、晶闸管的主要参数
➢断态重复峰值电压UDRM ➢反向重复峰值电压URRM ➢额定通态平均电流（额定正向平均电流）
IT ：简称为额定电流。
§10.1.1 晶闸管（SCR）
正弦半波电流的平均值、有效值分别为：
控制角移相范围为：0
全控桥每半周期要求触发两只晶闸管。
输出电压平均值为：
Ud
2
2
2U2 sintd t
0.9U2 cos 0 2
晶闸管承受的最大正反向电压为 2U2
§10.2.2 单相桥式可控整流电路
例-1 欲装一台白炽灯泡调光电路，需要可调的直 流电源，调节范围：电压 U0 0V ~ 180V ， 电流 I0 0A ~ 10A 。现采用单相半控桥式整 流电路，试求最大交流电压和电流的有效值，
§10.2.2 单相桥式可控整流电路
2、电感性负载
§10.2.2 单相桥式可控整流电路
➢采用加接续流二极管的措施，有了续流
二极管，当电源电压降到零时，负载电流 流经续流二极管，晶闸管因电流为零而失 断，不会出现失控现象。
➢晶闸管的导通为 ，则每周期续流二极
管导通时间为2 2
§10.2.2 单相桥式可控整流电路
优点： 很小的功率可以控制较大的功率。 控制灵敏，反应快，晶闸管的导通和截 止时间都在微秒级。 损耗小，效率高，晶闸管本身的压降很 小，总效率可达97。5%。 体积小，重量轻。
晶闸管优、缺点：
缺点： 过载能力弱，在过电流，过电压情况
下很容易损坏。 抗干扰能力差，易受冲击电压的影响，
当外界干扰较强时，容易产生误动作。 导致电网电压波形畸变，高次谐波分量
➢晶闸管的平均电流为： 2
Id
➢流过续流二极管的平均电流为：
Id
§10.2.2 单相桥式可控整流电路
晶闸管串联的半控桥式整流电路
流过V1，V2的电流：
I dV
2 2
Id
§10.2.2 单相桥式可控整流电路
只用一只晶闸管的单相桥式整流电路: 优点：晶闸管用得少， 控制线路简单，晶闸 管不承受反向电压。 缺点：装置尺寸加大， 损耗较大，必须选用 维持电流较大的昌闸 管，否则容易失控。
全控型电力电子器件按其结构与工作机理可 分为三大类型：双极型、单极型和混合型。 1、双极型：指器件内部的电子和空穴两种 载流子同时参与导电的器件。
2、单极型：指器件内只有一种载流子，即 只有多数载流子参与导电的器件。 3、混合型：指双极型与单极型器件的集成 混合。
§10.1.1 不可控型开关器件
当电源电压变负时，V导通，负载上由电
感维持的电流流经二极管，此二极管称为 续流二极管。
§10.2.1 单相半波可控整流电路
作用：提高大电感负 载时的整流输出平均 电压。
§10.2.1 单相半波可控整流电路
设负载电流的平均值为Id，则流过晶闸管 与续流二极管的电流平均值分别为：
I dVS
2
Id
I dV
由电力电子器件与相应控制电路组成的电力 变换电路，按其功能可分为以下几种类型：
1、可控整流电路：把固定的交流电压（一 般是电网上工频50HZ的交流电）变成固定 的或者可调的直流电压。 2、交流调压电路：把固定的交流电压变成 可调的交流电压，较多地应用于灯光控制、 温度控制以及交流电动机的调速系统中。
第十章 电力电子学—晶闸管及其基本电路
基本要求：
➢掌握晶闸管的基本工作原理、特性和主 要参数的含义； ➢掌握几种单相和三相基本可控整流电路 的工作原理及其特点； ➢熟悉逆变器的基本工作原理、用途和控制； ➢了解晶闸管工作时对触发电路的要求和触 发电路的基本工作原理。
第十章 电力电子学—晶闸管及其基本电路
§10.2 单相可控整流电路
§10.2.1 单相半波可控整流电路
一、带电阻性负载的可控整流电路
α+ θ= π
改变α的大
•θα—为导控通制角 （（0π∽∽π0））：：晶晶闸闸管 管在元一件周承期受时正间向内电导 压通起的始电点角到度触。发脉 冲的作用点之间的
电角度。
小就可以改 变负载上电 压波形，也 就改变了负 载电压的大 小。