电力电子技术第6章 晶闸管斩波电路及交流调压电路

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图 6.18 三相交流调压典型接法
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图 6.19 Y0 接法三相交流调压电路
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图 6.22 Y 接法三相交流调压电路的波形
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三、双向晶闸管及其应用 在单相和三相交流调压电路中，每相都是采用 正反向并联的两个晶闸管元件起开关作用。虽然采 取这种做法可满足调压电路的要求，但存在的明显 缺点是元件数多，再考虑到每个晶闸管的散热器， 必然体积大，且设备成本高。为克服这一不足，满 足两个晶闸管反并联使用需要，人们把两个反并联 连接的晶闸管集成到一个芯片上，并且用能够产生 正负脉冲的一个控制电路，实现其控制。而适应这 种要求应运而生的新型电力半导体器件就是双向晶 闸管。
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图 6.4 输出电压脉宽恒值的逆阻型 晶闸管直流斩波电路
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图 6.5 输出电压脉宽恒值的逆阻型晶闸管直流斩波 11 电路的工作过程
图 6.6 斩波电路的波形
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图 6.7 脉宽可调的逆阻型直流斩波电路及工作过程
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图 6.8 斩波电路的工作波形
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二、逆导型晶闸管直流斩波电路 如图 6.3，由逆阻型晶闸管直流斩波电路的讨 论可知，在斩波电路中，晶闸管和二极管往往需要 反并联使用，在变频电路中也是如此。采取这种做 法导致主电路元件多、体积庞大，其经济性差。为 适应斩波电路和某些变频电路的需要，器件制造者 把晶闸管和反并联二极管同时集成在一个芯片上， 再用它来做斩波器的主辅开关元件，这样就可使晶 闸管的主电路大大简化，于是可构成逆导型晶闸管 直流斩波电路。
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第一节
晶闸管斩波器的工作原理与分类
一、晶闸管斩波器的工作原理 采用晶闸管做无触点开关的直流斩波电路的原 理图如图 6.1（a）所示。
图 6.1 晶闸管直流斩波器 （a）原理电路 （b）斩波后的输出电压
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设在 ton期间内晶闸管斩波器工作，则直流电 源 Ud 与负载接通，在 toff期间内，斩波器关断，负 载电流经过续流二极管 VDR 对负载续流，则负载 端就被短接，这样在负载端产生经过斩波的直流电 压 u，其输出电压的平均值
第6章
晶闸管斩波电路及交流调压 电路
本章主要介绍晶闸管直流斩波电路和交流调压电路。 这两种电路的共同点是：利用晶闸管及其他电力半导体器件 为无触点开关，接于电源与负载之间，使其输出波形是电源 波形的一部分，从而得到可调的负载电压。其中晶闸管器件 接在直流电源与负载之间，用以改变加在负载上直流平均电 压的，叫直流斩波电路，它是一种直流-直流变换电路，又 称直流斩波器。而晶闸管器件接在交流电源与负载之间，用 以改变负载所得交流电压有效值的，这通常称之为交流调压 电路。亦称交流调压器。
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图 6.13 转子斩波调速主电路的构成
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图 6.14 一种实用的斩波电路
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至于 KZmin和 KZmax限制的保证，是通过控制 电路中对控制电压的限幅来实现。电容 C 的计算 ，由于 VT1 的关断时间很短，可假设在关断时间 内，电容的端电压 Uc 及电容的电流 IC 均不变，故
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L1 和 L2 分别用来限制电容 C 的放电和充电电 流上升率，其值可根据 VT2、VT3 导通瞬间回路的 电压方程求得
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一、逆阻型晶闸管直流斩波电路 采用普通晶闸构成的直流斩波电路，根据斩波 器输出直流电压调制方式的不同，主要可分为输出 电压脉宽为恒值的直流斩波电路和输出电压脉宽可 调的直流斩波电路。现分别就其工作原理和工作波 形介绍如下：
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1.输出电压脉宽为恒值的直流斩波电路 该斩波器的电路图如图 6.4 所示。该电路是由 一个晶闸管作为斩波开关，其控制方法采用的是前 述的频率调制法。这里晶闸管的换流是采用第五章 所介绍的 LC 电路换流方式。即 VT 导通后，经过 一段时间，可以自行关断。
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第三节
晶闸管交流调压电路及双向晶闸管的应用
由第一章关于晶闸管的讨论，我们知道，晶闸 管的单向可控导电性决定了该元件只能流过单方向 的电流。但是如果能够把两个晶闸管反并联后接于 交流电源与其负载之间，如图 6.16（a）所示，这 样通过对反并联两个晶闸管的控制，就可实现对负 载上的交流电压和功率的控制。这种装置称之为晶 闸管交流调压器。
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该交流调压器的功率因数
当单相交流调压器对交流电动机、变压器初级 绕组等电感性负载供电时，此时的工作情况与具有 电感性负载的晶闸管整流电路的工作情况相似。
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三、三相交流调压器 三相交流调压电路接线形式较多，并且每种电 路也各有自己的特点。图 6.18给出了几种三相交 流调压器的典型接线形式。而表 6.1列出了相应三 相交流调压器的主要技术指标。 1.Y0 接法的三相交流调压电路 2.Y 接法三相交流调压电路
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二、斩波器的分类 直流斩波器的分类，除按上述的调制方法分类 外，也可按负载电动机运行所在的象限（即直流电 源和负载交换能量的形式）分为： 1.第一象限直流斩波电路 2.A型两象限斩波电路
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图 6.2 第一象限直流斩波电路及其波形
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图 6.3 A型两象限直流斩波电路及其波形
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第二节 几种直流斩波电路的分析 前一节讨论了斩波器的基本原理、斩波器的分 类，现就其具体的几种典型的斩波电路进行分析， 以便对斩波电路的工作过程有更深刻的理解。
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交流调压器根据对晶闸管的控制可分为两种 形式： 1.通断周波数控制 2.移相控制
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图 6.16 单相交流调压器
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图 6.17 单相交流调压器（电阻性 负载）α =90°波形图
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根据负载电阻上电压波形 uR，可以求得输出 电压有效值
由于负载是电阻性负载，因此负载电流的波形 与加在负载上的电压波形相同。其输出电流有效值
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图 6.10 逆导型晶闸管直流斩波电路
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图 6.11 斩波电路的工作波形
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图 6.12 可关断晶闸管直流斩波电路
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3.一种实用的斩波电路 转子斩波调速是绕线式异步电动机调速方案中 一种初投资少、结构简单、运行可靠、功率因数高 的调整方案，在采用绕线式异步电动机拖动的风机 水泵系统中，推广这种调速方案，对于节约电能有 一定价值。
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1.逆导晶闸管 逆导晶闸管，就是把一个晶闸管与一个反并联的二 极管集成在一个芯片上制成。它的基本结构、等效 电路以及伏安特性如图 6.9所示。
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图 6.9 逆导晶闸管（a）基本结构 （b）符号 （c）等值电路 （d）主电极伏安特性
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2.逆导型晶闸管直流斩波电路 逆导型晶闸管直流斩波电路如图 6.10所示。 图中 KN1 为主逆导晶闸管，相当于晶闸管VT1 和 二极管 VD1 的反并联，起斩波电路中主开关的作 用。