电力电子技术少学时.ppt

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1、 第第19章章 电力电子技术电力电子技术新疆农业大学 电气工程教研室目录目录 可控整流电路可控整流电路 晶闸管的保护晶闸管的保护 单结晶体管触发电路单结晶体管触发电路 应用举例应用举例 电力电子器件电力电子器件 逆变电路逆变电路本章要求本章要求1.了解晶闸管的基本结构、工作原理、特了解晶闸管的基本结构、工作原理、特 性和主要参数。性和主要参数。2.理解可控整流电路的工作原理、掌握电理解可控整流电路的工作原理、掌握电 压平均值与控制角的关系。压平均值与控制角的关系。3.了解单结晶体管及其触发电路的工作原了解单结晶体管及其触发电路的工作原 理。理。通过控制电力电子器件的导通和关断对强电电通过控制电

2、力电子器件的导通和关断对强电电路进行电能的变换或控制任务的电路。路进行电能的变换或控制任务的电路。大功率电力电子器件的出现，使电子技术进入大功率电力电子器件的出现，使电子技术进入了强电领域，产生了电力电子技术学科；了强电领域，产生了电力电子技术学科；电力电子技术的应用电力电子技术的应用直流输电，开关电源，直流输电，开关电源，交直流调速，太阳能、风能发电等。交直流调速，太阳能、风能发电等。电力电子技术概述电力电子技术概述19.1.1电力电子器件的概念和特征电力电子器件的概念和特征主电路（主电路（mainpowercircuit）电气设备电气设备或电力系统中，直接承担电能的变换或控制或电力系统中，

3、直接承担电能的变换或控制任务的电路。任务的电路。电力电子器件（电力电子器件（powerelectronicdevice）可直接用于处理电能的主电路中，实现电可直接用于处理电能的主电路中，实现电能的变换或控制的电子器件。能的变换或控制的电子器件。电力电子器件电力电子器件概念：概念：19.1.1电力电子器件的概念和特征电力电子器件的概念和特征(1)能处理电功率的大小，能处理电功率的大小，即承受电压和电流即承受电压和电流 的能力，的能力，是最重要的参数。是最重要的参数。(2)电力电子器件一般都工作在电力电子器件一般都工作在开关状态。开关状态。其处理电功率的能力小至毫其处理电功率的能力小至毫瓦级，大至

4、兆瓦级瓦级，大至兆瓦级,大多都远大多都远大于处理信息的电子器件。大于处理信息的电子器件。(3)实用中，电力电子器件往往需要由信息电子电路来控制。实用中，电力电子器件往往需要由信息电子电路来控制。在主电路和控制电路之间，需要一定的中间电路对控制电路在主电路和控制电路之间，需要一定的中间电路对控制电路的信号进行放大，这就是电力电子器件的的信号进行放大，这就是电力电子器件的驱动电路。驱动电路。特征：特征：(1)半控型器件半控型器件控制信号可以控制导通而不控制信号可以控制导通而不能控制关断。能控制关断。晶闸管（晶闸管（Thyristor）及其大部分派生器件。）及其大部分派生器件。器件的关断由其在主电路

5、中承受的电压和电流器件的关断由其在主电路中承受的电压和电流决定决定电力电子器件的分类电力电子器件的分类1、按控制信号分类：、按控制信号分类：(2)全控型器件全控型器件既可控制其导通又可控制其关断。既可控制其导通又可控制其关断。绝缘栅双极晶体管绝缘栅双极晶体管（Insulated-GateBipolarTransistorIGBT）电力场效应晶体管电力场效应晶体管（PowerMOSFET，简称为电力，简称为电力MOSFET-VDMOS）门极可关断晶闸管门极可关断晶闸管（Gate-Turn-OffThyristorGTO）电力晶电力晶体管体管（GiantTransistorGTR）电力电子器件的分

6、类电力电子器件的分类(3)不可控器件不可控器件不能用控制信号来控制其通断。不能用控制信号来控制其通断。电力二极管（电力二极管（PowerDiode）：）：只有两个端子，器件只有两个端子，器件的通和断是由其在主电路中承受的电压和电流决定的。的通和断是由其在主电路中承受的电压和电流决定的。电力电子器件的分类电力电子器件的分类2 2、按照驱动信号的性质分类：、按照驱动信号的性质分类：电流驱动型电流驱动型通过从控制端注入或者抽出电流来实现导通通过从控制端注入或者抽出电流来实现导通或者关断的控制。或者关断的控制。电压驱动型电压驱动型仅通过在控制端和公共端之间施加一定的电仅通过在控制端和公共端之间施加一定

7、的电压信号就可实现导通或者关断的控制。压信号就可实现导通或者关断的控制。电压驱动型器件实质：电压驱动型器件实质：通过加在控制端上的电压通过加在控制端上的电压在器件的两个主电路端子之间产生可控的电场来在器件的两个主电路端子之间产生可控的电场来改变流过器件的电流大小和通断状态，所以又称改变流过器件的电流大小和通断状态，所以又称为为场控器件场控器件，或，或场效应器件。场效应器件。单极型器件单极型器件由一种载流子参与导电的器件。由一种载流子参与导电的器件。双双极极型型器器件件由由电电子子和和空空穴穴两两种种载载流流子子参参与与导导电的器件。电的器件。复复合合型型器器件件由由单单极极型型器器件件和和双双

8、极极型型器器件件集集成成混合而成的器件混合而成的器件。3、按照器件内部电子和空穴参与导电的情况分类：、按照器件内部电子和空穴参与导电的情况分类：19.1.3 19.1.3 半控器件半控器件晶闸管晶闸管 (Thyristor)(Thyristor)晶晶闸闸管管（Thyristor）：晶晶体体闸闸流流管管，可可控控硅硅整整流流器器（Silicon Controlled RectifierSCR）1956年美国贝尔实验室（年美国贝尔实验室（Bell Lab）发明了晶闸管。）发明了晶闸管。1957年美国通用电气公司（年美国通用电气公司（GE）开发出第一只晶闸管产品。）开发出第一只晶闸管产品。1958年

9、商业化年商业化开辟了电力电子技术迅速发展和广泛应用的崭新时代。开辟了电力电子技术迅速发展和广泛应用的崭新时代。20世纪世纪80年代以来，开始被性能更好的全控型器件取代。年代以来，开始被性能更好的全控型器件取代。能能承承受受的的电电压压和和电电流流容容量量最最高高，工工作作可可靠靠，在在大大容容量量的的场场合合具有重要地位。具有重要地位。晶闸管往往专指晶闸管的一种基本类型晶闸管往往专指晶闸管的一种基本类型普通晶闸管普通晶闸管广义上讲，晶闸管还包括其许多类型的派生器件广义上讲，晶闸管还包括其许多类型的派生器件。19.1.3晶闸管晶闸管（S Siliconilicon CControlledontr

10、olledRRectifierectifier）晶闸管晶闸管晶闸管晶闸管也像半导体二极管那样具有也像半导体二极管那样具有也像半导体二极管那样具有也像半导体二极管那样具有单向导电性，但它单向导电性，但它单向导电性，但它单向导电性，但它的导通时间是可控的，主要用于整流、逆变、的导通时间是可控的，主要用于整流、逆变、的导通时间是可控的，主要用于整流、逆变、的导通时间是可控的，主要用于整流、逆变、调压及调压及调压及调压及开关等方面。开关等方面。开关等方面。开关等方面。体积小、重量轻、效率高、动作迅速、维修简体积小、重量轻、效率高、动作迅速、维修简体积小、重量轻、效率高、动作迅速、维修简体积小、重量轻、

11、效率高、动作迅速、维修简单、操作方便、寿命长、单、操作方便、寿命长、单、操作方便、寿命长、单、操作方便、寿命长、容量大（正向平均电流容量大（正向平均电流容量大（正向平均电流容量大（正向平均电流达千安、正向耐压达数千伏）。达千安、正向耐压达数千伏）。达千安、正向耐压达数千伏）。达千安、正向耐压达数千伏）。优点：优点：优点：优点：GG控制极控制极控制极控制极1基本结构基本结构KK阴极阴极阴极阴极G阳极阳极阳极阳极A AP1P2N1N2四四四四 层层层层 半半半半 导导导导 体体体体晶闸管是具有三个晶闸管是具有三个晶闸管是具有三个晶闸管是具有三个PNPN结结结结的四层结构的四层结构的四层结构的四层结

12、构,其外形、结构其外形、结构其外形、结构其外形、结构及符号如图。及符号如图。及符号如图。及符号如图。(c)(c)结构结构结构结构KKGGA A(b)(b)符号符号符号符号(a)(a)外形外形外形外形晶闸管的外形、结构及符号晶闸管的外形、结构及符号晶闸管的外形、结构及符号晶闸管的外形、结构及符号三三个个PNPN结结P1P2N1N2KGA晶闸管相当于晶闸管相当于晶闸管相当于晶闸管相当于PNPPNPPNPPNP和和和和NPNNPNNPNNPN型两个晶体管的组合型两个晶体管的组合型两个晶体管的组合型两个晶体管的组合+KAT2T1_P2N2N2IGIAP1N1P2IKGPPNNNPAGKT1T22工作原

13、理工作原理A A在极短时间内使两个在极短时间内使两个三极管均饱和导通，此三极管均饱和导通，此过程称触发导通。过程称触发导通。形成正反馈过程形成正反馈过程形成正反馈过程形成正反馈过程KKGGE EAA00、E EGG00EGEA+_R晶闸管导通的条件：晶闸管导通的条件：晶闸管导通的条件：晶闸管导通的条件：1.1.晶闸管阳极电路晶闸管阳极电路晶闸管阳极电路晶闸管阳极电路(阳极与阴极之间阳极与阴极之间阳极与阴极之间阳极与阴极之间)施加正向施加正向施加正向施加正向电压。电压。电压。电压。2.2.晶闸管控制电路晶闸管控制电路晶闸管控制电路晶闸管控制电路(控制极与阴极之间控制极与阴极之间控制极与阴极之间控

14、制极与阴极之间)加正向加正向加正向加正向电压或正向脉冲电压或正向脉冲电压或正向脉冲电压或正向脉冲(正向触发电压正向触发电压正向触发电压正向触发电压)。晶闸管导通后，控制极便失去作用。晶闸管导通后，控制极便失去作用。晶闸管导通后，控制极便失去作用。晶闸管导通后，控制极便失去作用。依靠正反依靠正反依靠正反依靠正反馈，晶闸管仍可维持导通状态。馈，晶闸管仍可维持导通状态。馈，晶闸管仍可维持导通状态。馈，晶闸管仍可维持导通状态。晶闸管关断的条件：晶闸管关断的条件：晶闸管关断的条件：晶闸管关断的条件：1.1.必须使可控硅阳极电流减小必须使可控硅阳极电流减小,直到直到正反馈正反馈效应效应不能维持。不能维持。

15、2.2.将阳极电源断开或者在晶闸管的将阳极电源断开或者在晶闸管的阳极和阴极阳极和阴极阳极和阴极阳极和阴极间加反向电压。间加反向电压。间加反向电压。间加反向电压。正向特性正向特性正向特性正向特性反向特性反向特性反向特性反向特性URRMUFRMIG2IG1IG0=0UBRIFUBO正向转折电压正向转折电压正向转折电压正向转折电压IHoUIIG0IG1IG2+_ _+_ _反向转折电压反向转折电压反向转折电压反向转折电压正向平均电流正向平均电流正向平均电流正向平均电流维持电流维持电流维持电流维持电流U U3伏安特性伏安特性4主要参数主要参数UFRM:正向重复峰值电压（正向重复峰值电压（正向重复峰值电

16、压（正向重复峰值电压（晶闸管晶闸管晶闸管晶闸管耐压值）耐压值）耐压值）耐压值）晶闸管晶闸管控制极开路且正向阻断情况下控制极开路且正向阻断情况下,允允许重复加在许重复加在晶闸管晶闸管两端的正向峰值电压。两端的正向峰值电压。一般取一般取UFRM =80%UB0 。普通普通晶闸管晶闸管UFRM为为100V3000V反向重复峰值电压反向重复峰值电压反向重复峰值电压反向重复峰值电压控制极开路时控制极开路时,允许重复作用在允许重复作用在晶闸管晶闸管元元 件上的反向峰值电压。件上的反向峰值电压。一般取一般取 URRM =80%UBR 普通普通晶闸管晶闸管URRM为为100V3000VURRM：正向平均电流正

17、向平均电流正向平均电流正向平均电流环境温度为环境温度为4040 C C及及标准散热条件下，标准散热条件下，晶闸管晶闸管处于处于全导通时全导通时可以连续通过的工频正弦半波可以连续通过的工频正弦半波电流的平均值。电流的平均值。IF：IF t 2 如果正弦半波电流的最大值为如果正弦半波电流的最大值为Im,则则普通晶闸管普通晶闸管IF为为1A1000A。UF:通态平均电压（管压降）通态平均电压（管压降）通态平均电压（管压降）通态平均电压（管压降）在规定的条件下，通过正弦半波平均电流时，在规定的条件下，通过正弦半波平均电流时，在规定的条件下，通过正弦半波平均电流时，在规定的条件下，通过正弦半波平均电流时

18、，晶闸管阳、阴极间的电压平均值。晶闸管阳、阴极间的电压平均值。晶闸管阳、阴极间的电压平均值。晶闸管阳、阴极间的电压平均值。一般为一般为一般为一般为1V1V左右。左右。左右。左右。I IHH:维持电流维持电流维持电流维持电流 在规定的环温和控制极断路时，晶闸管维持导在规定的环温和控制极断路时，晶闸管维持导在规定的环温和控制极断路时，晶闸管维持导在规定的环温和控制极断路时，晶闸管维持导 通状态所必须的最小电流。通状态所必须的最小电流。通状态所必须的最小电流。通状态所必须的最小电流。一般一般一般一般I IHH为几十为几十为几十为几十 一百多毫安。一百多毫安。一百多毫安。一百多毫安。U UGG、I I

19、GG：控制极触发电压和电流控制极触发电压和电流控制极触发电压和电流控制极触发电压和电流 室温下，阳极电压为直流室温下，阳极电压为直流室温下，阳极电压为直流室温下，阳极电压为直流6V6V时，使晶闸管完时，使晶闸管完时，使晶闸管完时，使晶闸管完 全导通所必须的最小控制极直流电压、电流。全导通所必须的最小控制极直流电压、电流。全导通所必须的最小控制极直流电压、电流。全导通所必须的最小控制极直流电压、电流。一般一般一般一般U UGG为为为为1 1到到到到5V5V，I IGG为几十到几百毫安。为几十到几百毫安。为几十到几百毫安。为几十到几百毫安。晶闸管型号及其含义晶闸管型号及其含义晶闸管型号及其含义晶闸

20、管型号及其含义 导通时平均电压组别导通时平均电压组别导通时平均电压组别导通时平均电压组别共九级共九级共九级共九级,用字母用字母用字母用字母AIAI表示表示表示表示额定电压额定电压,用百位或千位数表示用百位或千位数表示取取UFRM或或URRM较小者较小者额定正向平均电流额定正向平均电流(IF)（晶闸管类型）（晶闸管类型）（晶闸管类型）（晶闸管类型）P-普通晶闸管普通晶闸管普通晶闸管普通晶闸管K-快速晶闸管快速晶闸管快速晶闸管快速晶闸管S-双向晶闸管双向晶闸管双向晶闸管双向晶闸管 晶闸管晶闸管K P普通型普通型如如KP5-7表示表示额定正向平均电流为额定正向平均电流为5A,额定电压为额定电压为70

21、0V。可控整流电路可控整流电路19.2.1单相半波可控整流单相半波可控整流 1.1.电阻性负载电阻性负载电阻性负载电阻性负载(1)电路电路 u uu uo oR RL L+u uT T+Ti io o(2)(2)工作原理工作原理工作原理工作原理 t1 2 u u 00时时时时:tO tO接电阻负载时接电阻负载时接电阻负载时接电阻负载时单相半波可控整流电路电压、电流波形单相半波可控整流电路电压、电流波形单相半波可控整流电路电压、电流波形单相半波可控整流电路电压、电流波形 控制角控制角 t1 tO tO t22 tO导通角导通角(3)(3)工作波形工作波形工作波形工作波形(4)(4)整流输出电压及

22、电流的平均值整流输出电压及电流的平均值整流输出电压及电流的平均值整流输出电压及电流的平均值由公式可知：由公式可知：由公式可知：由公式可知：改变控制角改变控制角，可改变输出电压，可改变输出电压Uo。2.电感性负载与续流二极管电感性负载与续流二极管(1)(1)电路电路电路电路(无续流二极管无续流二极管无续流二极管无续流二极管)u uu uo oR R+u uT T+TLeL在电感性负载中在电感性负载中在电感性负载中在电感性负载中 ,当晶闸管刚触发导通时，电感元当晶闸管刚触发导通时，电感元当晶闸管刚触发导通时，电感元当晶闸管刚触发导通时，电感元件上产生阻碍电流变化的感应电势件上产生阻碍电流变化的感应

23、电势件上产生阻碍电流变化的感应电势件上产生阻碍电流变化的感应电势(极性如图极性如图极性如图极性如图)，电，电，电，电流不能跃变，将由零逐渐上升流不能跃变，将由零逐渐上升流不能跃变，将由零逐渐上升流不能跃变，将由零逐渐上升(见波形见波形见波形见波形)。u uu uo oR R+u uT T+TL eL 当电压当电压当电压当电压u u从最大值变到零，电感电动势反向，阻碍从最大值变到零，电感电动势反向，阻碍从最大值变到零，电感电动势反向，阻碍从最大值变到零，电感电动势反向，阻碍电流的减小，晶闸管在一段时间内仍维持导通，电电流的减小，晶闸管在一段时间内仍维持导通，电电流的减小，晶闸管在一段时间内仍维持

24、导通，电电流的减小，晶闸管在一段时间内仍维持导通，电流逐渐减小。流逐渐减小。流逐渐减小。流逐渐减小。(见波形见波形见波形见波形)u uu uo oR R+u uT T+T LeL 当电压当电压当电压当电压u u过零变负后，由于电感反电动势的存在，过零变负后，由于电感反电动势的存在，过零变负后，由于电感反电动势的存在，过零变负后，由于电感反电动势的存在，晶闸管在一段时间内仍维持导通，失去单向导电作晶闸管在一段时间内仍维持导通，失去单向导电作晶闸管在一段时间内仍维持导通，失去单向导电作晶闸管在一段时间内仍维持导通，失去单向导电作用。用。用。用。(见波形见波形见波形见波形)。直到电流下降到维持电流以

25、下时，。直到电流下降到维持电流以下时，。直到电流下降到维持电流以下时，。直到电流下降到维持电流以下时，晶闸管关断，晶闸管关断，晶闸管关断，晶闸管关断，u u0 0=0=0，T T承受承受承受承受反压。反压。反压。反压。tO tO tO t1 tO t22 （2 2）工作波形工作波形工作波形工作波形(未未未未加加加加续流二极管续流二极管续流二极管续流二极管)u uu uo oR R+u uT T+LTi io oDi io ou u0 0 0 0时时时时：D D反向截止，不影响整流电路工作。反向截止，不影响整流电路工作。反向截止，不影响整流电路工作。反向截止，不影响整流电路工作。u u 00时：

26、时：时：时：D D正向导通正向导通正向导通正向导通,晶闸管晶闸管晶闸管晶闸管承受反向电压关断承受反向电压关断承受反向电压关断承受反向电压关断,电感元件电感元件电感元件电感元件L L释放能量形成的电流经释放能量形成的电流经释放能量形成的电流经释放能量形成的电流经D D构成回路构成回路构成回路构成回路(续流续流续流续流),),),),负载电负载电负载电负载电压压压压u uo o o o波形与电阻性负载相同波形与电阻性负载相同波形与电阻性负载相同波形与电阻性负载相同(见波形图见波形图见波形图见波形图)。3.电感性负载电感性负载(加加续流二极管续流二极管)+(1)电路电路(3)(3)工作波形工作波形工

27、作波形工作波形(加续流二极管加续流二极管加续流二极管加续流二极管)iL t tO tO 2 tO19.2.2单相半控桥式整流电路单相半控桥式整流电路1.1.电路电路电路电路2.2.工作原理工作原理工作原理工作原理TT1 1和和和和D D2 2承受正向承受正向承受正向承受正向电压。电压。电压。电压。T T1 1控制极加触控制极加触控制极加触控制极加触发电压发电压发电压发电压,则则则则T T1 1和和和和D D2 2导导导导通，通，通，通，电流的通路为电流的通路为电流的通路为电流的通路为T T1 1、T T22晶闸管晶闸管晶闸管晶闸管D D1 1、D D2 2晶体管晶体管晶体管晶体管aRLD2T1

28、b(1)(1)电压电压电压电压u u 为正半周为正半周为正半周为正半周时时时时i io o+T1T2RLuoD1D2a a u u+b b此时，此时，此时，此时，T T2 2和和和和D D1 1均承受反向电压而截止。均承受反向电压而截止。均承受反向电压而截止。均承受反向电压而截止。i io o+T1T2RLuoD1D2a a u u+b bTT2 2和和和和D D1 1承受正向承受正向承受正向承受正向电压。电压。电压。电压。T T2 2控制极加触控制极加触控制极加触控制极加触发电压发电压发电压发电压,则则则则T T2 2和和和和D D1 1导导导导通，通，通，通，电流的通路为电流的通路为电流的

29、通路为电流的通路为(2)(2)电压电压电压电压u u 为负半周为负半周为负半周为负半周时时时时bRLD1T2a此时，此时，此时，此时，T T1 1和和和和D D2 2均承受反向电压而截止。均承受反向电压而截止。均承受反向电压而截止。均承受反向电压而截止。t tO tO3.3.工作波形工作波形工作波形工作波形2 tO4.4.输出电压及电流的平均值输出电压及电流的平均值输出电压及电流的平均值输出电压及电流的平均值例：桥式可控整流电路中，例：桥式可控整流电路中，U2=220V，RL=3,可控硅控可控硅控制角制角=15180，求输出电压，求输出电压平均值平均值Uo的调节范围，以及的调节范围，以及可控硅

30、（包括二极管）的电可控硅（包括二极管）的电流平均值的最大值和承受的流平均值的最大值和承受的最大反向电压。最大反向电压。T1T2D1D2RLuLu2AB+-UL=191V,=15=0V,=180 LLLRUI=191/3=64AUDRM=22U承受的最高反向电压承受的最高反向电压:=311V两种常用可控整流电路两种常用可控整流电路电路特点电路特点1.该电路只用一只晶闸管，且其上无该电路只用一只晶闸管，且其上无反向电压。反向电压。2.晶闸管和负载上的电流相同。晶闸管和负载上的电流相同。(1)uTD2D D1 1D4u0RLD D3 3+-+-电路特点电路特点1.该电路接入电感性负载时，该电路接入电

31、感性负载时，D1、D2便起便起 续流二极管作用。续流二极管作用。(2)2.由于由于T1的阳极和的阳极和T2的阴极相连，两管控的阴极相连，两管控 制极必须加独立的触发信号。制极必须加独立的触发信号。T1T2D1D2uuORL+-+-晶闸管的保护晶闸管的保护 晶闸管承受过电压、过电流的能力很差，这是晶闸管承受过电压、过电流的能力很差，这是晶闸管承受过电压、过电流的能力很差，这是晶闸管承受过电压、过电流的能力很差，这是它的主要缺点。它的主要缺点。它的主要缺点。它的主要缺点。晶闸管的热容量很小晶闸管的热容量很小晶闸管的热容量很小晶闸管的热容量很小，一旦发生过，一旦发生过电流时，温度急剧上升，可能将电流

32、时，温度急剧上升，可能将PNPN结烧坏，造成元结烧坏，造成元件内部短路或开路。例如一只件内部短路或开路。例如一只100A的的晶闸管晶闸管过电流过电流为为400A400A时，仅允许持续秒，否则将因过热而损坏；时，仅允许持续秒，否则将因过热而损坏；晶闸管耐受过电压的能力极差，晶闸管耐受过电压的能力极差，晶闸管耐受过电压的能力极差，晶闸管耐受过电压的能力极差，电压超过其反向击电压超过其反向击穿电压时，即使时间极短，也容易损坏。若正向电穿电压时，即使时间极短，也容易损坏。若正向电压超过转折电压时，则晶闸管误导通，导通后的电压超过转折电压时，则晶闸管误导通，导通后的电流较大，使器件受损。流较大，使器件受

33、损。晶闸管的过流保护晶闸管的过流保护1.1.快速熔断器保护快速熔断器保护快速熔断器保护快速熔断器保护 电路中加快速熔断器。当电路发生过流故障时，它电路中加快速熔断器。当电路发生过流故障时，它电路中加快速熔断器。当电路发生过流故障时，它电路中加快速熔断器。当电路发生过流故障时，它能在晶闸管过热损坏之前熔断，切断电流通路，以保能在晶闸管过热损坏之前熔断，切断电流通路，以保能在晶闸管过热损坏之前熔断，切断电流通路，以保能在晶闸管过热损坏之前熔断，切断电流通路，以保证晶闸管的安全。证晶闸管的安全。证晶闸管的安全。证晶闸管的安全。与晶闸与晶闸管串联管串联接在输接在输入端入端接在输接在输出端出端快速熔断器

34、接入方式有三种，如下图所示。快速熔断器接入方式有三种，如下图所示。快速熔断器接入方式有三种，如下图所示。快速熔断器接入方式有三种，如下图所示。2.2.过流继电器保护过流继电器保护过流继电器保护过流继电器保护3.3.过流截止保护过流截止保护过流截止保护过流截止保护 在输出端在输出端在输出端在输出端(直流侧直流侧直流侧直流侧)或输入端或输入端或输入端或输入端(交流侧交流侧交流侧交流侧)接入接入接入接入过电过电过电过电流继电器流继电器流继电器流继电器，当电路发生过流故障时，继电器动作，当电路发生过流故障时，继电器动作，当电路发生过流故障时，继电器动作，当电路发生过流故障时，继电器动作，使电路自动切断

35、。使电路自动切断。使电路自动切断。使电路自动切断。在交流侧设置在交流侧设置在交流侧设置在交流侧设置电流检测电路电流检测电路电流检测电路电流检测电路，利用过电流信号，利用过电流信号，利用过电流信号，利用过电流信号控制触发电路。控制触发电路。控制触发电路。控制触发电路。当电路发生过流故障时，当电路发生过流故障时，当电路发生过流故障时，当电路发生过流故障时，检测电路检测电路检测电路检测电路控制触发脉冲迅速后移或停止产生触发脉冲，从而控制触发脉冲迅速后移或停止产生触发脉冲，从而控制触发脉冲迅速后移或停止产生触发脉冲，从而控制触发脉冲迅速后移或停止产生触发脉冲，从而使晶闸管导通角减小或立即关断。使晶闸管

36、导通角减小或立即关断。使晶闸管导通角减小或立即关断。使晶闸管导通角减小或立即关断。晶闸管的过压保护晶闸管的过压保护1.1.阻容保护阻容保护阻容保护阻容保护C CR R 利用电容吸收过压。利用电容吸收过压。利用电容吸收过压。利用电容吸收过压。其实质就是将造成过电压其实质就是将造成过电压其实质就是将造成过电压其实质就是将造成过电压的能量变成电场能量储存到电容中，然后释放到电的能量变成电场能量储存到电容中，然后释放到电的能量变成电场能量储存到电容中，然后释放到电的能量变成电场能量储存到电容中，然后释放到电阻中消耗掉。阻中消耗掉。阻中消耗掉。阻中消耗掉。RCRCC CR RR RL L晶闸管元件晶闸管

37、元件的阻容保护的阻容保护2.2.2.2.硒堆保护硒堆保护硒堆保护硒堆保护利用硒堆利用硒堆利用硒堆利用硒堆(硒整流片硒整流片硒整流片硒整流片)的非线性电阻的特性吸收过电压。的非线性电阻的特性吸收过电压。的非线性电阻的特性吸收过电压。的非线性电阻的特性吸收过电压。晶闸管的过压保护晶闸管的过压保护C CR RRCRC硒堆保护硒堆保护(硒整流片硒整流片)C CR RR RL L 单结晶体管触发电路单结晶体管触发电路19.4.1单结晶体管结构及工作原理单结晶体管结构及工作原理1.1.1.1.结构结构结构结构B B2 2第二基极第二基极第二基极第二基极B B1 1N欧姆接触欧姆接触欧姆接触欧姆接触电阻电阻

38、电阻电阻P发射极发射极发射极发射极E E第一基极第一基极第一基极第一基极PN结结N型硅片型硅片(a)(a)示意图示意图示意图示意图单结晶体管结构示意图及其表示符号单结晶体管结构示意图及其表示符号单结晶体管结构示意图及其表示符号单结晶体管结构示意图及其表示符号(b)(b)符号符号符号符号B B2 2E EB B1 12.2.工作原理工作原理工作原理工作原理 U UEE U UP P后，后，后，后，大量空穴注入基区，大量空穴注入基区，大量空穴注入基区，大量空穴注入基区，致使致使致使致使IE增加、增加、增加、增加、UE反反反反而下降，出现负阻。而下降，出现负阻。而下降，出现负阻。而下降，出现负阻。P

39、1.1.U UE EU UP P时单结管导通时单结管导通时单结管导通时单结管导通;U UE EU UV V时恢复截止。时恢复截止。时恢复截止。时恢复截止。单结晶体管的特点单结晶体管的特点单结晶体管的特点单结晶体管的特点:B B2 2E EB B1 12.2.单结晶体管单结晶体管单结晶体管单结晶体管的峰点电压的峰点电压的峰点电压的峰点电压U UP P与与与与 外加固定电压外加固定电压外加固定电压外加固定电压U UBBBB及分压比及分压比及分压比及分压比 有关，有关，有关，有关，外加电压外加电压外加电压外加电压U UBBBB或或或或分压比分压比分压比分压比 不同，则峰点电不同，则峰点电不同，则峰点

40、电不同，则峰点电压压压压U UP P不同。不同。不同。不同。3.不同单结晶体管的谷点电压不同单结晶体管的谷点电压不同单结晶体管的谷点电压不同单结晶体管的谷点电压U UV V和和和和谷点电流谷点电流谷点电流谷点电流I IV V都都都都不一样。谷点电压大约在不一样。谷点电压大约在不一样。谷点电压大约在不一样。谷点电压大约在25V25V之间。之间。之间。之间。常选用常选用常选用常选用 稍大一些，稍大一些，稍大一些，稍大一些，U UV V稍小的单结晶体管，以增稍小的单结晶体管，以增稍小的单结晶体管，以增稍小的单结晶体管，以增大输出脉冲幅度和移相范围。大输出脉冲幅度和移相范围。大输出脉冲幅度和移相范围。

41、大输出脉冲幅度和移相范围。19.4.2单结晶体管触发电路单结晶体管触发电路1.1.振荡电路振荡电路振荡电路振荡电路单结晶体管弛张振荡电路单结晶体管弛张振荡电路单结晶体管弛张振荡电路单结晶体管弛张振荡电路单结晶体管弛张单结晶体管弛张单结晶体管弛张单结晶体管弛张振荡电路利用单结管振荡电路利用单结管振荡电路利用单结管振荡电路利用单结管的负阻特性及的负阻特性及的负阻特性及的负阻特性及RCRC电路电路电路电路的充放电特性组成频的充放电特性组成频的充放电特性组成频的充放电特性组成频率可调的振荡电路。率可调的振荡电路。率可调的振荡电路。率可调的振荡电路。ug gR R2 2R R1 1R RU Uuc cE

42、 E+C C+_ _ _+_ _5050 100k100k 300300 0.470.47 F Fug gR R2 2R R1 1R RU UuC CE E+C C+_ _ _+_ _5050 100k100k 300300 0.470.47 F F2.2.振荡过程分析振荡过程分析振荡过程分析振荡过程分析设通电前设通电前设通电前设通电前:u uC C=0=0。接通电源接通电源接通电源接通电源U U,电容电容电容电容C C经电阻经电阻经电阻经电阻R R充电。充电。充电。充电。电容电压电容电压电容电压电容电压u uC C C C逐渐升高。逐渐升高。逐渐升高。逐渐升高。当当当当u uC C U UP

43、 P时时时时,单结管导通单结管导通单结管导通单结管导通,电电电电容容容容C C放电放电放电放电,R R1 1上得到一脉冲电压。上得到一脉冲电压。上得到一脉冲电压。上得到一脉冲电压。U Up pUvU Up p-U UD DuC C tug t电容放电至电容放电至电容放电至电容放电至 u uC C U Uv v v v时，单结管重新关断，使时，单结管重新关断，使时，单结管重新关断，使时，单结管重新关断，使u ug g 0 0 0 0。(a)(a)(b)(b)注意：注意：注意：注意：R R值不能选值不能选值不能选值不能选的太小，否则单结的太小，否则单结的太小，否则单结的太小，否则单结管不能关断，电

44、路管不能关断，电路管不能关断，电路管不能关断，电路亦不能振荡亦不能振荡亦不能振荡亦不能振荡。up puv(c)(c)电压波形电压波形电压波形电压波形uC C t tugOO19.4.3单结管触发的可控整流电路单结管触发的可控整流电路一、电路一、电路u1R2R1aRPCucu2RbcdeDZT1T2D1D2uLRLu3触触发发电电路路主主电电路路二、波形关系二、波形关系u2uabUZucb削削波波整整流流UZau2RbcDZUZ整流稳压电路部分整流稳压电路部分UZ削削波波ucbudbUPUVueb电容充、放电电容充、放电UP-UD触触发发脉脉冲冲UZR1R2RPCuccdeDZb 单结晶体管电路

45、部分单结晶体管电路部分u3uL输出电压输出电压ueb触发脉冲触发脉冲 可控硅桥式整流电路部分可控硅桥式整流电路部分u3T1T2D1D2uLRLbeueb1.单结管触发的可控整流电路中，主电路和触单结管触发的可控整流电路中，主电路和触发电路为什么接在同一个变压器上？发电路为什么接在同一个变压器上？问题讨论问题讨论u1R2R1aRPCucu2RbcdeDZT1T2D1D2uLRLu32.触发电路中，整流后为什么加稳压管？触发电路中，整流后为什么加稳压管？u1R2R1aRPCucu2RbcdeDZT1T2D1D2uLRLu33.一系列触发脉冲中，为什么只有第一个起一系列触发脉冲中，为什么只有第一个起

46、作用？其移相范围（即控制角作用？其移相范围（即控制角 的变化范的变化范围）有多大？围）有多大？ueb触发脉冲触发脉冲 2 4.输出电压如何调节，其大小如何计算？输出电压如何调节，其大小如何计算？u1R2R1aRPCucu2RbcdeDZT1T2D1D2uLRLu31.单结管触发的可控单结管触发的可控整流电路中，主电整流电路中，主电路和触发电路为什路和触发电路为什么接在同一个变压么接在同一个变压器上？器上？保证主电路和触发电路保证主电路和触发电路的电源电压同时过零的电源电压同时过零（即两者同步），使电（即两者同步），使电容在每半个周期均从零容在每半个周期均从零开始充电，从而保证每开始充电，从而保

47、证每半个周期的第一个触发半个周期的第一个触发脉冲出现的时刻相同脉冲出现的时刻相同（即（即 角一样）角一样），以使，以使输出平均电压不变。输出平均电压不变。u2uab整整流流ucb削削波波UZudbu3ueb uL2.触发电路中，整流后为什么加稳压管？触发电路中，整流后为什么加稳压管？稳压管的作用是：稳压管的作用是：UZR1R2RPCuccdeDZbudbUPUVueb 将整流后的电压变成梯形将整流后的电压变成梯形（即削波），使单结管两端（即削波），使单结管两端电压稳定在稳压管的稳压值电压稳定在稳压管的稳压值上，从而保证单结管产生的上，从而保证单结管产生的脉冲幅度和每半个周期产生脉冲幅度和每半个

48、周期产生第一脉冲的时间，不受交流第一脉冲的时间，不受交流电源电压变化的影响。电源电压变化的影响。3.一系列触发脉冲中，为什么只有第一个起作用？其移一系列触发脉冲中，为什么只有第一个起作用？其移相范围（即控制角相范围（即控制角 的变化范围）有多大？的变化范围）有多大？根据单结管的特性，它一旦触发导通，在根据单结管的特性，它一旦触发导通，在阳极电压足够大的条件下，即使去掉触发阳极电压足够大的条件下，即使去掉触发信号，仍能维持导通状态。因此，每半个信号，仍能维持导通状态。因此，每半个周期中只有一个触发脉冲起作用。周期中只有一个触发脉冲起作用。触发脉冲移相范围的计算触发脉冲移相范围的计算f电源电压的频率电源电压的频率R2R1aRPCucu2RbcdeDZudet 4.输出电压如何调节，其大小如何计算？输出电压如何调节，其大小如何计算？RP电容充电速度变慢电容充电速度变慢 uL电压的调节电压的调节电压的计算电压的计算UL第第 19 19 章章结 束