《电力电子技术 教学课件 ppt 作者 程显吉 第2章 晶闸管可控整流电路》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电力电子技术 教学课件 ppt 作者 程显吉 第2章 晶闸管可控整流电路（42页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第2章 晶闸管可控整流电路,主编,2.1 单相可控整流电路,2.1.1 单相半波可控整流电路 1.电阻性负载的工作情况 (1)工作原理 在实际应用中，一些负载基本可看作电阻，如电阻加热炉、电解、电镀等。,图2-1 单相半波可控整流电路及波形,2.1 单相可控整流电路,(2)参数分析 1)输出直流电压平均值Ud。 Ud=1202U2sintd(t)=045U21+cos2,2)输出直流电流平均值Id。 Id=Ud/Rd 3)晶闸管承受的最大正、反向电压UTM。 UFM=URM=U2,2.1 单相可控整流电路,2.阻感性负载的工作情况 阻感性负载中既有电阻又有电感，且感抗与电阻的大小相比不可忽略。
2、属于此类负载的有：各种电机的励磁绕组、经电抗器滤波的负载等。阻感性负载与电阻性负载的工作情况大不相同，为了分析方便，通常把电阻Rd与电感Ld分开。阻感性负载表现为电流增加时，阻止电流增加；当电流减小时，反过来阻止电流减小。这使得流过电感的电流不能发生突变，这是阻感性负载的特点。带阻感性负载的单相半波可控整流电路及波形如图22所示。,图2-2 带阻感性负载的单相半波可控整流电路及波形,2.1 单相可控整流电路,(1)工作原理 0t1期间：电源电压u2虽然为正，但因无触发脉冲，晶闸管处于阻断状态，负载电压ud、电流id均为零，管子承受全部电源电压。 (2)续流二极管的作用 为解决上述大电感负载时，
3、整流输出的直流平均电压近似为零的问题，关键是使负载端电压波形不出现负值。,图2-3 单相半波带阻感性负载有续流二极管的可控整流电路及波形,2.1 单相可控整流电路,单相半波可控整流结构简单，调试方便，投资少，但输出的直流电压脉动大，整流变压器只有半周工作，利用率低且有直流分量流过，一般只用在小容量整流且要求不高的场合。单相整流电路中应用较多的是单相桥式全控整流电路。根据所接负载，单相桥式全控整流电路的工作情况可分为电阻性负载、阻感性负载及反电动势负载三种，本节将首先分析带电阻性负载时的工作情况，并分别讨论其他两种负载情况下单相桥式全控整流电路的工作。 1.带电阻性负载的工作情况 (1)工作原理
4、 带电阻性负载时的单相桥式全控整流电路及波形如图2-4所示。,2.1 单相可控整流电路,2.1.2 单相桥式全控整流电路,图2-4 带电阻性负载时的单相桥式全控整流电路及波形 a)电路 b)波形,2.1 单相可控整流电路,(2)参数分析 1)整流电压平均值为 Ud=102U2sintd(t)=09U21+cos2,2)负载上输出的直流电流平均值为 Id=Ud/Rd 3)晶闸管承受的最大反向电压为 URM=U2 4)流过晶闸管的有效值和电流平均值。 IVT=I2/,2.1 单相可控整流电路,2.带阻感性负载的工作情况 (1)工作原理 电路如图2-5a所示，在负载端串入足够大的电感，即为大电感负载
5、。,图2-5 单相桥式全控整流带阻感性负载时的电路及波形 a)电路 b)波形,2.1 单相可控整流电路,(2)参数分析 1)输出直流电压平均值为 Ud=1+02U2sintd(t)=09U2cos,2)输出电流平均值为 Id=Ud/Rd 3)晶闸管承受的最大反向电压为 URM=U2 4)晶闸管平均值和有效值分别为 IdVT=Id/2 IVT=Id/ 5)变压器二次电流i2有效值为I2=Id,2.1 单相可控整流电路,3.带反电动势负载的工作情况 具有一定直流电动势的负载称为电动势性负载，如蓄电池、电容器和运行中的直流电动机等；这些负载对于可控整流电路而言，相当于反电动势，其等效电路用电动势E和
6、内阻Rd表示，负载电动势的极性如图26a所示。单相桥式全控整流电路带反电动势负载的电路及波形如图26所示。,图2-6 单相桥式全控整流电路带反电动势负载的电路及波形 a)电路 b)波形,2.1 单相可控整流电路,2.1.3 单相桥式半控整流电路 在单相桥式全控整流电路中共用了四个晶闸管，分两个导电回路，每一个导电回路中有两个晶闸管同时控制电路工作。实际上，对每个导电回路进行控制，只需一个晶闸管就可以了，另一个晶闸管可以用二极管代替，从而简化整个电路。把图24a中所示的晶闸管VT3、VT4换成二极管 VD1、VD2，即成为 单相桥式半控整流电 路，如图27a所示， 其波形图如图27b所示。,图2
7、-7 单相桥式半控整流电路及波形 a)电路 b)波形,2.1 单相可控整流电路,图2-8 实际应用的单相桥式半控整流电路 a)加设续流二极管 b)不加设续流二极管,2.1 单相可控整流电路,图2-9 常见触发信号电压波形 a)正弦波 b)尖脉冲 c)方脉冲 d)强触发脉冲,2.1.4 晶闸管的触发电路,2.1 单相可控整流电路,1.对触发电路的要求 (1)触发信号应有足够的功率(触发电压和触发电流) 触发电压和触发电流应大于晶闸管的门极触发电压和门极触发电流。 (2)触发脉冲的移相范围应能满足变流装置的要求 触发脉冲的移相范围与主电路形式、负载性质及变流装置的用途有关。 (3)触发脉冲应有一定
8、的宽度，脉冲的前沿应尽可能陡 触发脉冲的宽度一般应保证晶闸管阳极电流在脉冲消失前能达到擎住电流，使晶闸管保持通态，这是最小的允许宽度。 (4)触发脉冲与主电路电源电压必须同步 为了使晶闸管在每一周期都能重复在相同的相位上触发，保证变流装置的品质和可靠性，触发电路的同步电压与主电路电源电压必须保持某种固定的相位关系。,2.1 单相可控整流电路,2.单结晶体管触发电路 (1)单结晶体管的结构及其伏安特性,图2-10 单结晶体管 a)外形 b)结构 c)图形符号 d)等效电路,2.1 单相可控整流电路,1)单结晶体管结构。 2)单结晶体管的伏安特性。,图2-11 单结晶体管的伏安特性 a)实验电路
9、b)伏安特性曲线,2.1 单相可控整流电路,(2)单结晶体管触发电路 单结晶体管构成的触发电路具有简单、可靠、抗干扰能力强、脉冲前沿陡等优点，在小容量的晶闸管装置中得到了广泛应用。 1)同步电源。 2)自激振荡电路。 3)移相控制。 4)脉冲输出。,图2-12 单结晶体管触发电路 a)电路 b)f)波形,2.1 单相可控整流电路,3.集成触发电路 集成化晶闸管移相触发电路具有移相线性度好、性能稳定可靠、体积小、温度漂移小等优点，形成了系列化的产品，国产KC系列、改进型产品KJ系列已经得到越来越广泛的应用。现以国产KC系列KC04移相触发电路为例，介绍其外部结构与工作过程。,图2-13 KC04
10、组成的触发电路,图2-14 KC04各点电压波形图,2.1 单相可控整流电路,(1)同步单元 同步电路由晶体管VT1VT4等器件组成。 (2)锯齿波形成单元 外接电容器C1通过芯片的和端接至VT5管的基极和集电极之间，构成了电容负反馈的锯齿波发生器。 (3)移相控制单元 锯齿波电压uVT5C(晶闸管VT5的集电极电压)和外接偏移电压uP、移相控制电压uK，分别经过电阻R16、R17、R18由端子进入芯片，经叠加后，如果偏移电压uP和锯齿波电压uVT5C为定值，那么改变uK的大小即可改变脉冲产生的时刻，起到移相控制的作用。 (4)脉冲形成单元 +15V电源、C2、R19为外接电路，C2与芯片端子
11、、连接，在就得到一个宽度固定的移相脉冲，该脉冲宽度由时间常数C2R19(C2、R19的相关参数)决定。 (5)脉冲放大输出单元 VT8VT15组成脉冲输出电路，承担脉冲功率放大及输出。,2.2 三相可控整流电路,2.2.1 三相半波可控整流电路 1.三相半波不可控整流电路 三相半波不可控整流电路由三相变压器TR、整流二极管VD1VD3和负载电阻Rd组成，电路如图215所示。,图2-15 三相半波不可控整流电路(带电阻性负载),2.2 三相可控整流电路,2.三相半波可控整流电路 把三相半波不可控整流电路中的三个二极管换成三个晶闸管即可得到三相半波可控整流电路（带电阻性负载），如图216a所示。,
12、图2-16 三相半波可控整流电路(带电阻性负载) a)电路图 b)=0时的波形,2.2 三相可控整流电路,(1)带电阻性负载的工作情况 晶闸管只有在阳极承受正向电压，同时门极加触发电压时才能导通。,图2-17 三相半波可控整流电路带电阻性负载时的波形 a)=30时 b)=60时,2.2 三相可控整流电路,图2-18 三相半波可控整流电路(带阻感性负载), 整流电压平均值为,2.2 三相可控整流电路,Ud=32(5/6)+(/6)+2U2sintd(t)=(36/2)U2cos=117U2cos, 负载电流平均值为Id=Ud/Rd。 每个晶闸管电流平均值为IdVT=Id/3。 每个晶闸管电流有效
13、值为IVT=Id/。 晶闸管承受的最大正、反向电压均为变压器二次线电压峰值，UFM=URM=U2。,2.2 三相可控整流电路,2.2.2 三相桥式全控整流电路 三相半波电路比单相整流波形平直，但每相只有13周期导电，变压器利用率低，且存在直流磁化。所以实际应用较为广泛的是三相桥式全控整流电路。 1.带电阻性负载的工作情况 设t=0时电路已在工作，即VT5、VT6同时导通，电流波形已经形成。三相桥式全控整流电路电阻性负载=0时的情况如图219b所示。,图2-19 三相桥式全控整流电路(带电阻性负载) a)电路图 b)=0时的波形,2.2 三相可控整流电路,1)每个时刻均需两个晶闸管同时导通，形成
14、向负载供电的回路，其中一个晶闸管是共阴极组的，另一个是共阳极组的，且不能为同一相的晶闸管。 2)各晶闸管均在自然换相点处换相。 3)对触发脉冲的要求：六个晶闸管的脉冲按VT1VT2VT3VT4VT5VT6的顺序，相位依次差60；共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差120，共阳极组VT4、VT6、VT2的脉冲也依次差120；同一相的上、下两个桥臂，即VT1与VT4、VT3与VT6、VT5与VT2脉冲相差180。,2.2 三相可控整流电路,4)整流输出电压ud在一个周期内脉动六次，每次脉动的波形都一样，故该电路为六脉冲整流电路。 当触发延迟角改变时，电路的工作情况将发生变化。图220a给出了
15、=30时的波形。从t1开始把一个周期等分为六段，每段为60。,图2-20 三相桥式全波整流电路带电阻性负载时的波形 a)=30时 b)=60时,2.2 三相可控整流电路,图2-21 三相桥式全控整流电路带电阻性负载时=90的波形,2.2 三相可控整流电路,Ud=1/3(2/3)+(/3)+6U2sintd(t)=(36/）U2cos=234U2cos (60）Ud=1/3(/3)+6U2sintd(t)=(36/)U21+cos3+=234U21+cos3+ (60), 晶闸管承受的最大正、反向电压值为 UFM=URM=U2 2.带阻感性负载的工作情况 三相桥式全控整流电路大多用于向阻感性负载
16、供电，下面对这种情况作一基本分析。,2.2 三相可控整流电路,图2-22 三相桥式全控整流电路带阻感性负载时的波形 a)=0 b)=30,2.带阻感性负载的工作情况 三相桥式全控整流电路大多用于向阻感性负载供电，下面对这种情况作一基本分析。,2.2 三相可控整流电路,图2-23 三相桥式全控整流电路带阻感性负载时=90的波形,(2)晶闸管承受的最大电压为U2230.3V，取两倍的裕量，URM=460.6V。晶闸管的平均电流为IdVT=Id/3,又因为Id=Ud/Rd=220V/4=55A,2.2 三相可控整流电路,3.带反电动势阻感性负载的工作情况 三相桥式全控整流电路接反电动势阻感性负载，即向存在反电动势的阻感性负载供电，如用于直流电动机传动，若负载电感量足够大(足以使负载电流连续)，电路的工作情况与带阻感性负载时的
