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1、第第6章章 晶闸管的串并联和保护晶闸管的串并联和保护6.1晶闸管的串并联晶闸管的串并联6.2晶闸管的保护晶闸管的保护:6.1晶闸管的串并联晶闸管的串并联6.1.1晶闸管的串联晶闸管的串联使用场合使用场合在高电压的晶闸管电路中，管子关断时实际承受在高电压的晶闸管电路中，管子关断时实际承受的电压超过单管额定电压，可采用多个元件串联的电压超过单管额定电压，可采用多个元件串联存在问题存在问题:均压措施均压措施Rj/RC 数值可参考有关资料数值可参考有关资料:6.1.2晶闸管的并联晶闸管的并联使用场合使用场合在高电压大电流的晶闸管电路中，管子导通时实际流过的电流超过单管额定电流，可采用多个元件并联存在问
2、题存在问题:均流措施均流措施例如50A的管子,导通压降1V,其等效导通电阻为1/50=0.02可取均流电阻0.04 .:6.2晶闸管的保护晶闸管的保护晶闸管保护包括晶闸管保护包括:过电流过电流,过电压过电压,du/dt,di/dt保护保护过电流过电流:器件热容小器件热容小,过电流引起温升过电流引起温升,损坏器件损坏器件过电压过电压:造成硬开通或反向击穿造成硬开通或反向击穿du/dt: 器件的电容效应引起误导通器件的电容效应引起误导通,A级级25V/us G级级1000V/usdi/dt: 太大引起门极附近过热损坏，太大引起门极附近过热损坏，A级级25A/us G级级500A/us:6.2.1过
3、电流及其保护过电流及其保护过电流产生的原因过电流产生的原因电源异常，负载异常，器件损坏，造成流过电源异常，负载异常，器件损坏，造成流过晶闸管的电流有效值超过允许值晶闸管的电流有效值超过允许值过电流保护措施过电流保护措施晶闸管出现晶闸管出现6倍过电流时约倍过电流时约20ms损坏损坏快熔动作时间快熔动作时间20ms:(2)快速开关和过流继电器快速开关和过流继电器(过载保护过载保护)快速开关用于直流电路快速开关用于直流电路,动作时间动作时间10ms.(DS系列系列)过流继电器用于交过流继电器用于交/直流电路直流电路,动作时间动作时间数百数百ms,快速开关目前仅大容量有快速开关目前仅大容量有:6.2.
4、2过电压及其保护过电压及其保护过电压产生的原因过电压产生的原因内部器件换流或故障；外部雷内部器件换流或故障；外部雷击、电网变压器等的开关操作击、电网变压器等的开关操作过电压保护措施过电压保护措施:6.2.3di/dt,du/dt保护保护du/dt的限制措施的限制措施(1)进线加电抗器进线加电抗器(有变压器不用有变压器不用,因其有漏感因其有漏感)(2)晶闸管桥臂串晶闸管桥臂串2030uH的空芯电抗器或套磁环）的空芯电抗器或套磁环）di/dt的限制措施的限制措施（1同同di/dt的限制措施的限制措施（2采用整流式阻容吸收电路采用整流式阻容吸收电路:第第7章章 自关断器件自关断器件7.1电力晶体管电
5、力晶体管GTR7.2其它自关断器件其它自关断器件:7.1电力晶体管电力晶体管GTR7.1.1结构和工作原理结构和工作原理:7.1.2GTR的开关特性的开关特性:7.1.3GTR的主要参数的主要参数导通压降很低导通压降很低:7.1.4GTR的二次击穿与安全工作区的二次击穿与安全工作区:7.1.5达林顿复合管和达林顿复合管和GTR模块模块:7.1.6GTR驱动电路驱动电路:7.1.7GTR保护电路保护电路:7.2其它大功率器件简介其它大功率器件简介7.2.1可关断晶闸管可关断晶闸管GTO:7.2.2电力场效应晶体管电力场效应晶体管MOSFET特点：低输入电流，高工作特点：低输入电流，高工作频率，高
6、通态电阻。频率，高通态电阻。:7.2.3绝缘栅极双极型晶体管绝缘栅极双极型晶体管IGBT利用MOS管的高开关频率，低驱动功率和GTR的低导通压降构成的新型复合器件，是一种全控电压型集成器件，工作频率低于MOS管100KHz)，高于GTR。已实现模块化，容量接近GTR，但均不如SCR及GTO目前最大容量目前最大容量12KV/400A；1KV/800A:本章小结本章小结功率器件包括：功率器件包括：SCR、GTO、GTR、MOSFET、IGBT（1SCR属半控型，其他为全控型属半控型，其他为全控型（2SCR/GTO/GTR属电流型器件，属电流型器件，IGBT/MOSFET属电压型属电压型GTO/MO
7、SFET/IGBT属多元集成器件属多元集成器件（3容量大容量大小顺序低频段）：小顺序低频段）：SCR/GTO/IGBT/ GTR/MOSFET (4)工作频率高工作频率高低顺序低容量）：低顺序低容量）： MOSFET100KHz) GTR(10KHz)/IGBT/ GTO/SCR（5SCR/GTO可用快熔实现短路保护，可用快熔实现短路保护，GTR存在二次击穿问题。存在二次击穿问题。参阅教材参阅教材图图0-1:第第8章章 无源逆变电路无源逆变电路8.1单相逆变电路单相逆变电路8.2三相逆变电路三相逆变电路8.3逆变电路中的一些问题逆变电路中的一些问题:8.1单相逆变电路单相逆变电路逆变电路逆变电
8、路DC/AC）：有源逆变）：有源逆变/无源逆变无源逆变无源逆变电路的应用：无源逆变电路的应用：（1动力为直流蓄电池、太阳能电池而负载为动力为直流蓄电池、太阳能电池而负载为 交流负载的调速电源，如电机、机车、叉车等；交流负载的调速电源，如电机、机车、叉车等；（2变频电源，如交流调速电源、感应加热电源变频电源，如交流调速电源、感应加热电源; (3)特殊电源，如特殊电源，如UPS电源、航空机载电源电源、航空机载电源400Hz)。:8.1.1基本电路基本电路逆变器分电压型逆变器分电压型/电流型；存在换相问题：无法进行电网电流型；存在换相问题：无法进行电网换相，可通过器件换相、负载换相、电容换相；换相失
9、败换相，可通过器件换相、负载换相、电容换相；换相失败将造成直通现象，损坏逆变装置。将造成直通现象，损坏逆变装置。:单相桥式仿真模型单相桥式仿真模型f81.mdlE=10V，R=1 ，L=0.01H:8.1.2并联谐振逆变器感应加热电源）并联谐振逆变器感应加热电源）感应加热炉的工作原理感应加热炉的工作原理:并联谐振电流型逆变电路并联谐振电流型逆变电路采用大电感滤波，实现恒流供电；负载并联补偿电容，一方面提高功率因数,一方面实现负载换向；桥臂串电感限制di/dt。VT1/VT4导通，负载得到左+右的电压；VT2/VT3导通，负载得到右+左的电压，实现DC/AC的变换。开关器件的工作频率等于负载的谐
10、振频率，此时电路输出功率最大，效率最高。:换向过程换向过程（1稳定导通阶段：VT1/VT4导通，补偿电容电压左+右-。（2换向阶段：负载正弦波电压过零前触发VT2/VT3导通，由于L1L4的作用，iT14、iT23，电容反压加在VT1/VT4上，使VT1/VT4关断。属负载换相：补偿电容使负载过补偿，补偿电容较一般的换向电容容量大，线路工作在容性小失谐状态，即晶闸管触发脉冲的频率稍高于负载的谐振频率。大容量低频感应加热电源采用普通晶闸管大容量低频感应加热电源采用普通晶闸管KP或快速晶闸或快速晶闸管管KK），中小容量高频感应加热电源采用其它全控型器件），中小容量高频感应加热电源采用其它全控型器件
11、:8.1.3串联谐振逆变器感应加热电源）串联谐振逆变器感应加热电源）并联谐振式逆变器适用于低阻值负载，采用电流型逆变器并联谐振式逆变器适用于低阻值负载，采用电流型逆变器串联谐振式逆变器适用于高阻值负载，采用电压型逆变器串联谐振式逆变器适用于高阻值负载，采用电压型逆变器直流电源经直流电源经LC滤波恒压供电滤波恒压供电:8.2三相逆变电路三相逆变电路8.2.1串联电感式逆变电路电压型）串联电感式逆变电路电压型）工作原理工作原理管子导通角180即任意时刻都有三个管子同时导通另有120）:换相过程换相过程:任何时刻均有任何时刻均有3个个管子导通，若管子导通，若VT4导通，则导通，则VT1关断。关断。:
12、8.2.2串联二极管式逆变电路电压型）串联二极管式逆变电路电压型）工作原理工作原理:换相过程换相过程:8.3逆变电路中的一些概念逆变电路中的一些概念8.3.1换相问题换相问题电网换相电网换相/器件换相器件换相/强迫换相强迫换相/负载换相负载换相8.3.2分类问题分类问题电压型：直流侧接大电容，输出电压为矩形波，感电压型：直流侧接大电容，输出电压为矩形波，感性负载性负载能量反馈直流侧需在桥臂并联反馈二极管，当用交能量反馈直流侧需在桥臂并联反馈二极管，当用交-直直-交交变频器且负载为电动机时，无法实现再生制动直变频器且负载为电动机时，无法实现再生制动直流侧电流侧电压不能改变方向），需再反并一组逆变
13、器。压不能改变方向），需再反并一组逆变器。:电流型：直流侧接大电感，输出电流为矩形波，电流型：直流侧接大电感，输出电流为矩形波，直流侧电感电流不能反向，故桥臂无需并联反直流侧电感电流不能反向，故桥臂无需并联反馈二极管，当用交馈二极管，当用交-直直-交变频器且负载为电动交变频器且负载为电动机时，若交机时，若交-直变换为可控整流时，可实现再生直变换为可控整流时，可实现再生制动。制动。:8.3.3输出电压控制问题输出电压控制问题:8.3.4逆变器输出谐波电压逆变器输出谐波电压/电流的抑制电流的抑制采用常用的低通滤波器，对滤波器元件要求高，且整采用常用的低通滤波器，对滤波器元件要求高，且整个滤波电路的
14、重量与尺寸很大，一般不能采用。代之个滤波电路的重量与尺寸很大，一般不能采用。代之以：以：（1SPWM脉冲宽度调制技术将在第脉冲宽度调制技术将在第10章介绍）章介绍）（2多重化技术多重化技术将二个或二个以上具有相同波形而相位相差一个角度的将二个或二个以上具有相同波形而相位相差一个角度的逆变器的输出，通过变压器叠加，可以的到一个具有更逆变器的输出，通过变压器叠加，可以的到一个具有更少谐波的输出电压。少谐波的输出电压。:串联多重技术消除谐波电压串联多重技术消除谐波电压并联多重技术消除谐波电流并联多重技术消除谐波电流:第第9章章 交交-交变频电路交变频电路9.1单相交交变频电路单相交交变频电路9.2三
15、相交交变频电路三相交交变频电路:9.1单相交交变频电路单相交交变频电路分交分交-直直-交交AC/DC/AC和交和交-交交AC/AC）变频器，前者称为间接变频，后者称为直接变频变频器，前者称为间接变频，后者称为直接变频工作原理工作原理正组整流正组整流,负载得负载得到正半周电压到正半周电压;反反组整流组整流,负载得到负载得到负半周电压负半周电压.:(1)方波交交变频器方波交交变频器正反组固定正反组固定 角角,图示波形图示波形fo=f/8,即若电源频率即若电源频率为为50Hz则输出交流电压的频率为则输出交流电压的频率为6.25Hz. 角越小角越小,输输出交流电出交流电压越大压越大.方波交交变频器谐波
16、含量高方波交交变频器谐波含量高.:(2)正弦波交交变频器正弦波交交变频器(变变 角角)改变正反组的切换时间改变正反组的切换时间,即改变输出电压的频即改变输出电压的频率率.对给对给定的一个输出电压定的一个输出电压,有一组有一组 角与之对应角与之对应,输出输出电压幅值电压幅值变化变化,相应的一组相应的一组 角也变化角也变化.其输出电压实际其输出电压实际上是由数上是由数段交流输入电压组合而成段交流输入电压组合而成,fo越低越低,段数越多段数越多,输出越接输出越接近正弦波近正弦波,谐波含量少谐波含量少.采用三相变流器较单相采用三相变流器较单相谐波含谐波含量少输出电压前者每量少输出电压前者每60度改变一
17、次，后者每度改变一次，后者每180度度改变一次。改变一次。fomax(1/21/3)f, 采用余弦交截法确定采用余弦交截法确定 角角:特点特点(1)变频效率高变频效率高(直接变频直接变频)(2)输出频率低输出频率低(025Hz)(3)功率因素低功率因素低(相控方式相控方式)(4)线路复杂线路复杂,控制困难控制困难.:第第10章章 脉宽调制逆变电路脉宽调制逆变电路10.1 SPWM逆变器的工作原理逆变器的工作原理10.2 SPWM波形的生成波形的生成10.3 SPWM逆变电路的改进逆变电路的改进:10.1 SPWM逆变器的工作原理逆变器的工作原理工作原理工作原理:与普通交直交变频电路的比较与普通
18、交直交变频电路的比较:单极性单极性SPWM和双极性和双极性SPWM:10.2 SPWM波形的生成波形的生成10.2.1硬件电路生成法硬件电路生成法单极性单极性SPWM:双极性双极性SPWM三相三相SPWM的调制由一个载波和三的调制由一个载波和三个相位互差个相位互差120的调制波调制而成的调制波调制而成:说明说明(1)正弦波称为调制波正弦波称为调制波ur，三角波称为载波，三角波称为载波uc,ur幅值幅值要小于要小于uc.(2)倒相信号来之前倒相信号来之前VT1一直导通，一直导通，VT4按按SPWM波形波形交替导通；倒相信号来之后，交替导通；倒相信号来之后， VT2一直导通，一直导通，VT3按按S
19、PWM波形交替导通。波形交替导通。:(3)输出电压波形同输出电压波形同SPWM波形一样，只是其幅值为波形一样，只是其幅值为主电路直流电压主电路直流电压Ud而非比较器输出电压。而非比较器输出电压。(4)改变调制正弦波的幅值将改变改变调制正弦波的幅值将改变SPWM脉冲的宽度，脉冲的宽度，也将改变电路输出交流电压的幅值；改变调制正弦波也将改变电路输出交流电压的幅值；改变调制正弦波信号的频率也将改变主电路输出交流电压的频率。信号的频率也将改变主电路输出交流电压的频率。:SPWM专用集成芯片专用集成芯片（1HEF4752荷兰）：大规模三相荷兰）：大规模三相SPWM双极性波性发生器双极性波性发生器（2SL
20、E4520德国西门子公司）德国西门子公司）（3MA818可编程三相可编程三相SPWM波形发生器波形发生器（英国（英国Marconi公司）公司）:10.2.2软件生成法软件生成法硬件电路生成法所用电路复杂硬件电路生成法所用电路复杂,控制精度难以保证控制精度难以保证.采用微机对变频器直接进行数字控制采用微机对变频器直接进行数字控制,效果更好效果更好.软件生成法包括软件生成法包括查表法查表法:离线计算离线计算SPWM的脉宽及间隔的脉宽及间隔,写入写入EPROM计算法计算法:根据公式实时计算根据公式实时计算SPWM的脉宽及间隔的脉宽及间隔.前者占用大量内存前者占用大量内存,后者需要大量计算时间后者需要
21、大量计算时间,一般采用一般采用二者结合的方法二者结合的方法.软件生成法仍基于正弦波与三角波相交以确定器件软件生成法仍基于正弦波与三角波相交以确定器件开关时刻开关时刻,称为采样法称为采样法,包括包括:自然采样法自然采样法难于实现实时控制难于实现实时控制:tA/tB 的表达式为的表达式为超超越方程，求解费时越方程，求解费时:规则采样法规则采样法可简化计算工作量可简化计算工作量:低次谐波消除法低次谐波消除法该方法不再用正弦波与三角波比较，而是根据需要该方法不再用正弦波与三角波比较，而是根据需要多大的基波输出，要消除什么谐波，从而确定器件多大的基波输出，要消除什么谐波，从而确定器件的开关时间。的开关时间。:
