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1、电力电子技术 电力电子技术是电气自动化技术专业的一门专业核心课程， 横跨“电子”、“电力”和“控制”三个领域，运用弱电（电子技术 ）控制强电（电力技术），是强弱电相结合的新学科。 课程介绍课程介绍 n1957年第一只晶闸管诞生； n快速晶闸管、逆导晶闸管、 双向晶闸管、不对称晶闸管； n8000V、6000A； n新型半导体器件：GTR、GTO 、MOSFET、IGBT、MCT； 电力电子技术的应用 一、可控整流 将交流电变为直流电 电力电子技术广泛地用于工业自动控制、牵引运输、电能 变换、家用电器、变频系统等领域。 （1）公交电车：市电输送时用交流成本比较低，故用于电车时要把高压交流 变成合
2、适电压值的直流，交变直就是一个“整流”过程。 （2）直流电机的调速、同步电机的励磁、电焊等 二、交流调压 将固定的交流电变为可调的交流电 电力电子技术的应用 应用：如灯光亮度调整、电机调速、电压转换、电磁控制等 。 三、有源逆变 将直流电变为交流电回送电网 电力电子技术的应用 应用：直流电机的可逆 调速、绕线型异步电动 机的串级调速、高压直 流输电和太阳能发电等 。 四、无源逆变变频 将频率固定的交流电变为频率可调的交流电 电力电子技术的应用 应用：交流电机变频调速、感应加热、不间断电源等。 五、直流斩波 将固定的直流电变为可调的直流电 电力电子技术的应用 在直流传动系统、充电蓄电电路、开关电
3、源、电力电子变换装置及各种 用电设备中得到普通的应用. 项目1 调光灯电路的安装与调试 晶闸管 同 步 变 压 器 调光电位器 触发电路 主电路 单结晶体管 任务一 认识晶闸管 晶闸管按外形封装形式可分为小电流塑封式（小容量，一般额定电流10A 以下）、小电流螺旋式、大电流螺旋式（螺旋式额定电流一般介于10A至 200A之间）和大电流平板式（额定电流在200A以上） 任务一 认识晶闸管 任务一 认识晶闸管 任务一 认识晶闸管 任务一 认识晶闸管 图1-10 晶闸管导通关断条件测试电路 导通条件： 阳极加正向电 压、门极加正 向电压； 关断条件： 阳极电流小于 维持电流 结论 1.12如图题1.
4、12所示，试画出负载Rd上的电压波形(不考虑管子的导 通压降)。 A K G ：控制角 控制电路 触发电路 主电路 晶闸管的伏安特性 任务一 认识晶闸管 v晶闸管上施加反向电压时，伏 安特性类似二极管的反向特性。 v晶闸管处于反向阻断状态时， 只有极小的反相漏电流流过。 v当反向电压超过一定限度，到 反向击穿电压后，外电路如无限 制措施，则反向漏电流急剧增加 ，导致晶闸管发热损坏。 晶闸管主要参数 v（1）阳极参数 晶闸管的额定电压UTe 晶闸管的额定电流IT(AV) 维持电流IH 擎住电流 v（2）门极参数 v（3）动态参数 任务一 认识晶闸管 整流设备的输出端所接负载常用平均电流来表示，
5、晶闸管额定电流采用的是平均电流，而不是有效值 。 1）定义：在环境温度为40和规定的冷却条件下, 晶闸管在电阻性负载导通角不小于170的单相工频正 弦半波电路中, 当结温稳定且不超过额定结温时所允 许的最大通态平均电流。 1.一般取额定电压为正常工作时晶闸管所承受 峰值电压23倍。 2.将UDRM和URRM中的较小值按百位取整后作为 该晶闸管的额定值。例如：一晶闸管实测UDRM 812V，URRM756V，将两者较小的756V， 再查表取700V。 这说明额定电流IT(AV)=100A的晶闸管，其额定有效值为 IT = Kf IT(AV) = 157A。 2） IT(AV)计算方法： （1.3
6、.3） （1.3.4） （1.3.5） （1.3.6） 额定电流有效值为： 现定义某电流波形的有效值与平均值之比为这个电流波形的波 形系数，用Kf表示： 根据上式可求出正弦半波电流的波形系数： 额定电流(平均电流)为： 任务一 认识晶闸管 v晶闸管在实际选择时，其额定电流的确定一般按以下原则：管子在额定 电流时的电流有效值大于其所在电路中可能流过的最大电流的有效值，同 时取1.52倍的余量，即： 晶闸管的选取: 所以： 例1-1 一晶闸管接在220V交流电路中，通过晶闸管电流的有效值为50A ，问如何选择晶闸管的额定电压和额定电流？ 提示：一般取额定电压为正常工作时晶闸管所承受峰值电压23倍。
7、 任务一 认识晶闸管 1.9 图题1.9中实线部分表示流过晶闸管的电流波形，其最大值均为Im，试 计算各图的电流平均值电流有效值和波形系数。 1.10上题中，如不考虑安全裕量，问额定电流100A的晶闸管允许流 过的平均电流分别是多少? v1.14单相正弦交流电源，晶闸管和负载电阻串联如图题1.14所示，交流电 源电压有效值为220V。 v (1)考虑安全余量，应如何选取晶闸管的额定电压？ v (2)若当电流的波形系数为Kf=2.22时，通过晶闸管的有效电流为100A， 考虑晶闸管的安全余量，应如何选择晶闸管的额定电流？ 有效值 普通晶闸管型号的含义 任务一 认识晶闸管 （1）国产晶闸管的命名
8、国产可控硅（晶闸管）的型号有部颁新标准（JB1144-75）KP系列和部颁 旧标准（JB1144-71）3CT系列。 KP系列的型号及含义如下： 某晶闸管型号规格为KP200-8D，试问型号规格代表什么意义? 1.8型号为KP100-3，维持电流IH=4mA的晶闸管，使用在图题1.8所示 电路中是否合理，为什么?(暂不考虑电压电流裕量) 项目1 调光灯电路的安装与调试 晶闸管 同 步 变 压 器 调光电位器 触发电路 主电路 单结晶体管 任务二 认识单结晶体管 单结晶体管实物图 单结晶体管结构 任务二 认识单结晶体管 （a）结构 （b）等效电路 （c）图形符号 （d）外形管脚排列 图1-13
9、单结晶体管 触发电路常用的国产单结晶体管的型号主要有BT31、BT33、BT35。 （a）单结晶体管测试电路 b）单结晶体管伏安特性 （c）特性曲线族 图1-14 单结晶体管伏安特性 任务二 认识单结晶体管 单结晶体管特性 式中分压比，是单结晶体管的主要参数，一般为0.30.9。 任务三 单结晶体管触发电路 （a）电路图 （b）波形图 图1-15 单结晶体管张驰振荡电路电路图和波形图 单结晶体管张驰振荡电路 任务三 单结晶体管触发电路 任务一 认识晶闸管 晶闸管的测试 u（1）A： 选用万用表R100档或R1k档，分别测量各电极间的正反向 电阻。如果其中有一管脚对另外两个管脚的电阻都很大，在几
10、百千欧以上 ，则该管脚为阳极A； u（2）G/K： 用万用表R1档，黑表笔接阳极（A），红表笔接阴极（）， 黑表笔在保持和阳极（A）接触的情况下，再与控制极（G）接触，即给控 制极加上触发电压。此时，晶间管导通，阻值减小，表针偏转。然后，黑 表笔保持和阳极（A）接触，并断开与控制极（G）的接触。若断开控制极 （G）后，晶闸管仍维持导通状态，即表针偏转状况不发生变化，则晶闸 管基本正常。则黑笔对应的为G。 第2章 相控整流电路 2.2 单相相控整流电路 2.3 三相相控整流电路 2.5 整流电路的有源逆变 2.4 相控整流电路的换相压降 2.1 整流电路的性能指标 2.6 相控电路的驱动控制 整
11、流电路；交流转换为直流 按照输入交流电源的相数:单相、三相和多相整流电路； 按电路中组成的电力电子器件控制特性:不可控、半控整流电路； 根据整流电路的结构形式:半波、全波和桥式整流电路等类型。 相控整流电路:电压可调； 二极管整流电路:电压固定； 相控整流电路的类型 ： 第2章 相控整流电路 （1）输出的直流电压大小可以控制； （2）输出直流侧电压和交流侧电流中的纹波都必 须限制在允许范围内； （3）整流器的效率要高。 利用电力电子器件的可控开关特性把交流电能 变为直流电能的整流电路构成的系统称为整流器。 l整流器电路性能和控制方式必须满足的要求： l定义： 2.1 整流器的性能指标 定义晶闸
12、管从承受正向电压起到触发导通之间的电角度称为控制角 (或移相角)，晶闸管在一个周期内导通的电角度称为导通角，用表 示。 图2.2.1 单相半波可控整流 1、电路图 （2.2.2） 2.2.1 2.2.1 单相半波相控整流电路单相半波相控整流电路- -电阻性负载电阻性负载 2、 电阻性负载时参数计算： 根据波形图2.2.1 (b)，可求出整流输出电压平均值为： 移相范围：整流输出电压Ud的平均值从最大值变化到零时，控制 角的变化范围为移相范围。 当=0时，Ud=0，当=时，Ud=0.45U2为最大值。 这种通过控制触发脉冲的相位来控制直流输出电压大小的方式称为相 位控制方式，简称相控方式。 单相
13、半波相控整流电路带电阻性负载时移相范围为。 2.2.1 2.2.1 单相半波相控整流电路单相半波相控整流电路- -电阻性负载电阻性负载 根据有效值的定义，整流输出电压的有效值为 （2.2.4） 那么，整流输出电流的平均值Id和有效值I分别为 电流的波形系数Kf为 （2.2.7） （2.2.5） （2.2.6） 上式(2.2.7)表明，控制角越大，波形系数Kf越大 。 2.2.1 2.2.1 单相半波相控整流电路单相半波相控整流电路- -电阻性负载电阻性负载 （2.2.8） 如果忽略晶闸管T的损耗，则变压器二次侧输出的有功功率为 电源输入的视在功率为 （2.2.10） （2.2.9） 从上式可知
14、，功率因数是控制角的函数，且越大，相控整流输出电压 越低，功率因数PF越小。 当=0时，PF=0.707为最大值。这是因为电路的输出电流中不仅存在谐波 ，而且基波电流与基波电压(即电源输入正弦电压)也不同相，即是使电阻性负 载，PF也不会等于1。 电路的功率因数 2.2.1 2.2.1 单相半波相控整流电路单相半波相控整流电路- -电阻性负载电阻性负载 2.2 单相半波可控整流电路中，如果： （1）晶闸管门极不加触发脉冲； （2）晶闸管内部短路； （3）晶闸管内部断开； 试分析上述三种情况负载两端电压ud的波形。 2.6：某电阻性负载要求024V直流电压，最大负载电流 Id=30A，如采用由2
15、20V交流直接供电和由变压器降压到60V 供电的单相半波相控整流电路，是否两种方案都能满足要求? 试比较两种供电方案的晶闸管的导通角、额定电压、额定电 流。 2.2.1 2.2.1 单相半波相控整流电路单相半波相控整流电路- -电阻性负载电阻性负载 2.7：某电阻性负载，Rd=50,要求Ud在0600V可调，试用 单相半波整流电路来供给，分别计算： （1）晶闸管额定电压、电流值； （2）连接负载的导线截面积(导线允许电流密度j=6A/mm2)； （3）负载电阻上消耗的最大功率。 2.2.1 2.2.1 单相半波相控整流电路单相半波相控整流电路- -电阻性负载电阻性负载 图2.2.3 感性负载单
16、相半波可控整流电路及其波形 1、工作原理 2.2.1 2.2.1 单相半波相控整流电路单相半波相控整流电路-RL-RL负载负载 感性负载上的输出电压平均值Ud 故 （2.2.11） （2.2.12） （2.2.13） 式(2.2.13)表明, 感性负载上的电压平均值等于负载电阻上 的电压平均值。 2.2.1 2.2.1 单相半波相控整流电路单相半波相控整流电路-RL-RL负载负载 v由于负载中存在电感，使负载电压波形出现负值部分，晶闸管的流 通角变大，且负载中L越大，越大，输出电压波形图上负压的面积 越大，从而使输出电压平均值减小。 v在大电感负载LR的情况下，负载电压波形图中正负面积相近， 即不论为何值， ，都有 。 2. 大电感性负载（LR ） 图2.2.4 LR 时不同时的电压波形 2.2.1 2.2.1 单相半波相控整流电路单相半波相控整流电路-RL-RL负载负载
