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1、工业用电设备,上海电力学院 电力系,第1章 工业电源基础,2019/2/27,上海电力学院 电力系,2,工业电源(特种电源)：位于市电（单相或三相）或电池与负载之间， 向负载提供优质电能的供电设备， 是工业的基础。,电源技术的 精髓是电力电子技术， 即利用电力电子技术，将市电或电池等一次电源 变换成适用于各种用电对象的二次电源。,第1章 工业电源基础,2019/2/27,上海电力学院 电力系,3,（1）交流变频调速器,交流变频调速电源 驱动交流异步电动机 实现无级调速， 在电气传动中占据越来越重要的地位，获得巨大节能效果。 应用: 产业自动化、风机、水泵流量控制， 细纱机、捻纱机程序控制， 恒
2、压供水和多泵并联， 造纸机械同步控制，最大功率达500kW。 变频空调。,1.1 工业电源的种类,第1章 工业电源基础,2019/2/27,上海电力学院 电力系,4,（2）电解、电镀电源,电解、电镀电源要求稳流、稳压。 电解生产需要消耗巨大的直流电能，由大功率整流设备供给，采用晶闸管稳流，有载调压加饱和电抗器稳流方式，最大输出容量：3350V，5150kA。 脉冲电源用作金属表面电化学处理，输出容量：0100V，104000A。逆变式真空离子镀膜电源性能的优劣直接影响镀膜质量的高低。,第1章 工业电源基础 1.1 工业电源的种类,2019/2/27,上海电力学院 电力系,5,（3）高频逆变式整
3、流焊机电源,高频逆变式整流焊机电源是一种高性能、高效率、省材料的新型焊机电源，代表了当今焊机电源的发展方向。 由于焊机电源的工作条件恶劣，频繁地处于短路、燃弧、开路交替变化之中，因此高频逆变式整流焊机电源的工作可靠性成为关键问题。 额定焊接电流可达500A。多用等离子体切割焊机切割电流达2090A，焊接电流为5320A。,第1章 工业电源基础 1.1 工业电源的种类,2019/2/27,上海电力学院 电力系,6,（4）中频感应加热电源,中频感应加热电源应用: 各行业的金属熔炼、 表面淬火处理、 透热弯管等领域。 频率为500Hz80kHz，功率为1003000kW。,第1章 工业电源基础 1.
4、1 工业电源的种类,2019/2/27,上海电力学院 电力系,7,（5）电力操作电源,电力操作电源：为发电厂、水电站及 500kV、220kV、110kV、 35kV等各类变电站 包括供给 断路器分合闸、 二次回路的仪器仪表、 继电保护、控制、 应急灯光照明等 最大输出电压315V，最大输出电流120A。,第1章 工业电源基础 1.1 工业电源的种类,各类低压电器设备用电。,提供直流的电源设备,2019/2/27,上海电力学院 电力系,8,（6）正弦波逆变电源,正弦波逆变电源要求精度稳压、稳频，并要求波形品质。 400Hz中频三相逆变电源能适应各种负载、 邮电通讯专用逆变电源、 电力系统、发电
5、厂及直流电池屏专用逆变电源、 车船载逆变电源、 太阳能及风力发电系统专用逆变电源等。,第1章 工业电源基础 1.1 工业电源的种类,2019/2/27,上海电力学院 电力系,9,（7）大功率高频高压直流电源,工业上用于环保的静电除尘、污水处理、 激光器等。 医学方面用于X光机、CT等大型设备。 科研上用于高能物理、等离子体物理。 军事上雷达发射器。 最高电压可达800kV。,第1章 工业电源基础 1.1 工业电源的种类,2019/2/27,上海电力学院 电力系,10,（8）电子镇流器,电子镇流器的核心是一个高频电压发生器。 当荧光灯工作在几千赫的较高频率下，将灯和高频电路匹配，能够较大幅度地提
6、高光效而达到节能目的。 功率因数提高到接近1的水平。,归纳为四类：工业用直流电源、 工业用脉冲电源、 工业用变频电源、 工业用交流调压电源,第1章 工业电源基础 1.1 工业电源的种类,2019/2/27,上海电力学院 电力系,11,1.2 工业电源中的电力电子器件,按受控程度，电力电子器件分为三类：不可控器件、 半控型器件、 全控型器件。,电力变换的基础,第1章 工业电源基础,2019/2/27,上海电力学院 电力系,12,1.2.1 不可控器件电力二极管,快恢复二极管和肖特基二极管，分别在中、高频整流和逆变，以及低压高频整流的场合，具有不可替代的地位,结构和原理简单，工作可靠，自20世纪5
7、0年代初期就获得应用,图1-2 电力二极管的外形、结构和电气图形符号 a) 外形 b) 结构 c) 电气图形符号,基本结构和工作原理与信息电子电路中的二极管基本一样，以半导体PN结为基础,螺栓型,平板型,第1章 工业电源基础 1.2 工业电源中的电力电子器件,2019/2/27,上海电力学院 电力系,13,1.2.2 半控型器件晶闸管, 1956年美国贝尔实验室（Bell Lab）发明了晶闸管 1957年美国通用电气公司（GE）开发出第一只晶闸管产品 1958年商业化 20世纪80年代以来，在中小容量领域 开始被性能更好的全控型器件取代 能承受的电压和电流容量最高，工作可靠， 在大容量的场合具
8、有重要地位,第1章 工业电源基础 1.2 工业电源中的电力电子器件,2019/2/27,上海电力学院 电力系,14,一.晶闸管的结构,阳极,阴极,门极,螺栓型， （200A以下）,平板型， （200A以上）,第1章 工业电源基础 1.2 工业电源中的电力电子器件,2019/2/27,上海电力学院 电力系,15,二.晶闸管工作原理,1.晶闸管导通条件：,2.晶闸管导通后， UG不起 作用半控型,3.晶闸管关断条件：,IA 某一数值 IH,维持电流，几十mA,第1章 工业电源基础 1.2 工业电源中的电力电子器件,2019/2/27,上海电力学院 电力系,16,第III象限 是反向特性,三. 晶闸
9、管的伏安特性,第I象限 是正向特性,导通电压1V左右,第1章 工业电源基础 1.2 工业电源中的电力电子器件,2019/2/27,上海电力学院 电力系,17,取UDRM和URRM中较小的标值 作为该器件的额定电压。,断态重复峰值电压UDRM在门极断路而结温为额定值时，允许重复加在器件上的 正向峰值电压。,反向重复峰值电压URRM 在门极断路而结温为额定值时，允许重复加在器件上的反向峰值电压,四. 晶闸管的电压定额,第1章 工业电源基础 1.2 工业电源中的电力电子器件,2019/2/27,上海电力学院 电力系,18,晶闸管在环境温度为40C和规定的冷却状态下，稳定结温不超过额定结温时所允许流过
10、的最大工频正弦半波电流的平均值。,实际电流有效值,按实际电流与通态平均电流有效值相等的原则来选取：,五. 晶闸管的电流定额IT(AV),第1章 工业电源基础 1.2 工业电源中的电力电子器件,2019/2/27,上海电力学院 电力系,19,六.晶闸管的派生器件,1. 快速晶闸管 (400Hz，高频晶闸管10kHz以上；频率高，容量小）,2. 双向晶闸管,3. 逆导晶闸管 （反向并联二极管的晶闸管）,图1-10 双向晶闸管的电气图形符号和伏安特性 a) 电气图形符号 b) 伏安特性,图1-11 逆导晶闸管的电气图形符号和伏安特性 a) 电气图形符号 b) 伏安特性,第1章 工业电源基础 1.2
11、工业电源中的电力电子器件,2019/2/27,上海电力学院 电力系,20,图1-12 光控晶闸管的电气图形符号和伏安特性 a) 电气图形符号 b) 伏安特性,4. 光控晶闸管,光触发保证了主电路与控制电路之间的绝缘，且可避免电磁干扰的影响，因此目前在高压大功率的场合，如高压直流输电和高压核聚变装置中，占据重要的地位,第1章 工业电源基础 1.2 工业电源中的电力电子器件,2019/2/27,上海电力学院 电力系,21,1. 门极可关断晶闸管GTO,GTO的电压、电流容量较大，与普通晶闸管接近，因而在兆瓦级以上的大功率场合仍有较多的应用,可以通过在门极施加负的脉冲电流使其关断,晶闸管的一种派生器
12、件,1.2.3 全控型器件,第1章 工业电源基础 1.2 工业电源中的电力电子器件,2019/2/27,上海电力学院 电力系,22,20世纪80年代以来，在中、小功率范围内取代晶闸管， 但目前又大多被IGBT和电力MOSFET取代,2. 电力晶体管GTR、BJT,与普通的双极结型晶体管基本原理是一样的,通常采用至少由两个晶体管按达林顿（Dar1ington Transistor）接法组成的单元结构,主要特性是耐压高、电流大、开关特性好,亦称复合晶体管DT。 (两只或更多只晶体管),采用集成电路工艺将许多这种单元并联而成,第1章 工业电源基础 1.2 工业电源中的电力电子器件,2019/2/27
13、,上海电力学院 电力系,23,3.电力场效应晶体管Power MOSFET,电流容量小，耐压低，一般只适用于功率不超过10kW 的电力电子装置,热稳定性优于GTR，无二次击穿问题,开关速度快，工作频率高,驱动电路简单，需要的驱动功率小,特点:,用栅极电压来控制漏极电流,（N沟道增强型）,MOSFET只靠多子导电，不存在少子储存效应， 因而关断过程非常迅速,开关时间在10100ns之间，工作频率可达100kHz以上， 是主要电力电子器件中最高的,场控器件，静态时几乎不需输入电流。但在开关过程中需对输入电容充放电，仍需一定的驱动功率。开关频率越高，所需要的驱动功率越大。,第1章 工业电源基础 1.
14、2 工业电源中的电力电子器件,2019/2/27,上海电力学院 电力系,24,电力MOSFET的工作原理：,截止：UDS0，UGS=0,单极型晶体管,导电机理与小功率MOS管相同，但结构上有较大区别，电力MOSFET为多元集成结构,漏极,源极,栅极,导电： UDS0， UGS UT (开启电压),第1章 工业电源基础 1.2 工业电源中的电力电子器件,3.电力场效应晶体管Power MOSFET,2019/2/27,上海电力学院 电力系,25,4. 绝缘栅双极晶体管IGBT,GTR和GTO的特点双极型，电流驱动，有电导调制效应， 通流能力很强，开关速度较低， 所需驱动功率大，驱动电路复杂,MO
15、SFET的优点单极型，电压驱动，开关速度快， 输入阻抗高，热稳定性好， 所需驱动功率小而且驱动电路简单,两类器件取长补短结合而成的复合器件Bi-MOS器件,第1章 工业电源基础 1.2 工业电源中的电力电子器件,2019/2/27,上海电力学院 电力系,26,图1-22 IGBT的结构、简化等效电路和电气图形符号 a) 内部结构断面示意图 b) 简化等效电路 c) 电气图形符号,GTR和MOSFET的复合管。 1986年投入市场后，取代了GTR和一部分MOSFET的市场， 目前中小功率电力电子设备的主导器件,栅极,集电极,发射极E,4. 绝缘栅双极晶体管IGBT,第1章 工业电源基础 1.2 工业电源中的电力电子器件,2019/2/27,上海电力学院 电
