第6章 变流技术

I2 =
1 2T T 2 [Id + (− I d ) 2 ] = I d = 0.82 × 40 = 32.8 A T 3 3 3
变压器容量 S=3U2I2=103(32.8)=10.1kVA
(2)每只晶闸管的导通角为 (2)每只晶闸管的导通角为120度,电路形式为三相,允许的电流平均值: 每只晶闸管的导通角为120度 电路形式为三相,允许的电流平均值:
2)新型电力电子元件简介 2)新型电力电子元件简介
• (1)双向晶闸管 (1)双向晶闸管
(TRIAC)
• (2)可关断晶闸管 (2)可关断晶闸管
(GTO)
(3)功率晶体管GTR (3)功率晶体管 功率晶体管GTR (4)绝缘栅双极型晶 (4)绝缘栅双极型晶 体管IGBT 体管IGBT
3.晶闸管的保护 3.晶闸管的保护
3.三相半波可控整流电路 3.三相半波可控整流电路 1)电阻性负载 1)电阻性负载 控制角小于或等于30度时的输出电 控制角小于或等于30度时的输出电 压:
U d = 1.17U 2 cos α
式中U 式中 2为二次侧相电压 晶闸管元件在电路中承受的最高电 压为线电压峰值,即 压为线电压峰值 即
U m = 3 2U 2 = 6U 2
2)过电流保护 2)过电流保护 过电流保护的方式有: 过电流保护的方式有: 1.快速熔断器; 1.快速熔断器 快速熔断器; 2.快速开关; 2.快速开关 快速开关; 3. 过流继电器; 过流继电器; 4.脉冲迅速后移, 4.脉冲迅速后移 脉冲迅速后移, 使晶闸管的导通角减 或停止触发. 小 或停止触发.
有效值
引入波形系数K=Ie/IT;在这里 在这里K=1.57 引入波形系数
π 1 2 Ie = I m sin 2 ωtd (ωt ) = 2π ∫ 2 0
π
(3)维持电流IH----晶闸管流过的电流小于维持电流会自动关 (3)维持电流 ----晶闸管流过的电流小于维持电流会自动关 维持电流I 断.
π 的2倍. 1 I IT = I m sin ωtd (ωt ) = m 2π ∫ π (2)额定电流 (2)额定电流----通态平均电流IT 额定电流----通态平均电流 通态平均电流I 0 晶闸管额定电流是指环境温度40度 规定的冷却条件下, 晶闸管额定电流是指环境温度40度,规定的冷却条件下,电 阻性负载,单相正弦半波电流的平均值. 阻性负载,单相正弦半波电流的平均值.
•
思考题:什么是闸流特性?
3)晶闸管的伏安特性 3)晶闸管的伏安特性
• (1)伏安特性:晶闸管阳 (1)伏安特性: • • • •
极电压与阳极电流的 关系曲线. 关系曲线. (2)伏安特性上几个点: (2)伏安特性上几个点: 正向转折电压U 正向转折电压UBO(正 向不重复峰值电压 UDSM); 正向重复峰值电压 UDRM; UDRM约为UBO的80%. 约为U
电感性负载
• 带续流二极管 • (1)输出电压波形,电压 (1)输出电压波形, •
平均值与控制角的关 系同电阻性负载; 系同电阻性负载; (2)负载电流波形同电 (2)负载电流波形同电 感性负载. 感性负载.
4.三相桥式全控整流电路 4.三相桥式全控整流电路
电阻性负载电流连续时的输出电压
U d = 2.34U 2 cos α
例:一台车床主轴调速系统,由SCR-M供电.直流电动机的额定参数 一台车床主轴调速系统, SCR- 供电. 为:UN=220V,IN=40A,PN=7.5kW,nN=1500r/min.采用三相半控桥式可 =1500r/min.采用三相半控桥式可 控整流电路.380V交流电经三角形/星形变压器降压供电. 控整流电路.380V交流电经三角形/星形变压器降压供电. 求:(1)变压器二次侧相电压,相电流,容量;(2)选择晶闸管元件. :(1)变压器二次侧相电压,相电流,容量;(2)选择晶闸管元件.
(3)反电势负载
如直流电动机的电枢;蓄电池. 如直流电动机的电枢;蓄电池. 特点: 特点:只有输出电压大于反电势 时 才有电流输出. 才有电流输出.晶闸管导电时间 电流大, 短,电流大,一般要串电抗器来平 滑电流的脉动. 滑电流的脉动. 输出平均电流Biblioteka Ud − E Id = R
三相可控整流电路
整流变压器一次侧接成三角形,提供三次和三的倍数次谐波的通路. 整流变压器一次侧接成三角形,提供三次和三的倍数次谐波的通路.
α = 300
思考题;A相的自然换向点在哪儿 思考题;A相的自然换向点在哪儿? 相的自然换向点在哪儿?
2)电感性负载 2)电感性负载
• (1)输出电压出现负值; (1)输出电压出现负值; • (2)如果电感足够大,输 (2)如果电感足够大,
出电流脉动小, 出电流脉动小,电流波 形近似一条水平线. 形近似一条水平线.
4)晶闸管的主要参数 4)晶闸管的主要参数
• (1)额定电压---正向或反向重复峰值电压UDRM或URRM 1)额定电压 正向或反向重复峰值电压 额定电压---正向或反向重复峰值电压U
• 它的值是伏安特性中正反向转折电压的80%. 它的值是伏安特性中正反向转折电压的80%. • 一般选择额定电压为晶闸管在电路中承受的正常峰值电压 • •
U DRM = 2U m = 504V
考虑安全系数,额定电压为: 考虑安全系数,额定电压为:
取600V.因此,晶闸管选KP-30/600 600V.因此 晶闸管选KP因此,
6.2 单相可控整流电路
按交流电源的相数,电路的结构,负载的性质有不同的形式. 按交流电源的相数,电路的结构,负载的性质有不同的形式. 1)电阻性负载 1)电阻性负载 (1)自然换向点:阳极电压由正变 (1)自然换向点 自然换向点: 负的过零点.在该点, 负的过零点.在该点,二极管自然 导通. 导通. (2)控制角 (2)控制角 移相角,滞后角) α (移相角,滞后角) 触发脉冲发出的时刻与自然换 向点之间的夹角. 向点之间的夹角. (3)导通角 (3)导通角
1.57 ′ I T = (1.5 − 2) I T = (42.5 − 56.6) A
额定电压
U DRM = 2 × 2U 2 = 622V 选 KP-50/700
2.单相桥式可控整流电路 2.单相桥式可控整流电路
• 1)单相半控桥 1)单相半控桥
• (1)电阻性负载 (1)电阻性负载
1 + cos α U d = 0.9U 2 2
• (1)特点:电感具有阻碍电流变 (1)特点 特点:
化 的作用.当阳极电压(电源电 的作用.当阳极电压( 过零变负时,一段时间, 压)过零变负时,一段时间,电感 电压大于电源电压, 电压大于电源电压,加在晶闸管 上的电压仍为正,继续维持导通. 上的电压仍为正,继续维持导通. 输出电压就是电源电压的包络 于是有: 线.于是有: • 输出电压出现负值,使输出平均 输出电压出现负值, 电压降低; 电压降低; • 晶闸管由正变负时不能关断而 失控. 失控. • (2)解决方法:反向并联续流二 (2)解决方法 解决方法: 极管. 极管.
• 解: (1)由式 (1)由式
U d = 2.34U 2 cos α
考虑控制角为0 输出电压取最大值,因此,以控制角为0代入得: 考虑控制角为0时,输出电压取最大值,因此,以控制角为0代入得: U2=220/2.34=94V 考虑变压器,电抗器和晶闸管的内压降等因素, 考虑变压器,电抗器和晶闸管的内压降等因素,取普通劳动者二次侧 相电压有效值为: 相电压有效值为: U2=1.1(94)=103V 变压器二次侧电流有效值
6.3 晶闸管的触发电路
触发脉冲应与主电路同步,脉冲前沿要陡,有一定的宽度,移相范围宽. 触发脉冲应与主电路同步,脉冲前沿要陡,有一定的宽度,移相范围宽.
1.单结晶体管移相触发电路 1.单结晶体管移相触发电路 1)单结晶体管的结构和特性 1)单结晶体管的结构和特性 一个PN结 三个极:发射极, 一个PN结;三个极:发射极,第一基 极,第二基极(又称双基极管). 第二基极(又称双基极管). (1)其结构如图 (1)其结构如图 (a)所示 (a)所示,等效电路图如图 所示, (c),图中 点电压为; (c),图中A点电压为; 图中A
6.1电力电子元件 6.1电力电子元件
• 1.晶闸管(SCR) 1.晶闸管 晶闸管(SCR)
• 1)晶闸管的结构和特号 1)晶闸管的结构和特号
3个PN结的四层三端元件
2)晶闸管的工作原理 2)晶闸管的工作原理
• 将晶闸管等效地看成
是两只晶体管的组合: 是两只晶体管的组合: 一只为PNP型晶体管, 一只为PNP型晶体管, 另一只为NPN型晶体 另一只为NPN型晶体 管.中间的PN结为两管 中间的PN结为两管 共用. 共用. 在A-K和G-K之间加上 正向电压, 正向电压,会形成强烈 的正反馈,循环下去, 的正反馈,循环下去,晶 闸管就导通了. 闸管就导通了.
解; (1)
U d = 0.45U 2
(2)电流有效值
1 + cos α 2
得
cos α =
2U d −1 = 0 0.45U 2
α = 900
I e = KI d = 2.22 × 20 = 44.4 A
1.57
K值查表得来
(3)晶闸管允许的电流平均值 IT′ = Id K = 20× 2.22 = 28.3A
I dv =
而负载电流 Id=Ud/R
• 例:单相半波可控整流电路带电阻负载,已知:U2=220V,输出直流电压 单相半波可控整流电路带电阻负载,已知:U =220V,输出直流电压
50V,输出直流电流20A.求(1)晶闸管的控制角;(2)电流有效值;(3)选用 50V,输出直流电流20A.求(1)晶闸管的控制角;(2)电流有效值;(3)选用 晶闸管
晶闸管的保护分为过电压保护,过电流保护,电压上升率保护, 晶闸管的保护分为过电压保护,过电流保护,电压上升率保护,电流上升率 保护. 保护.
1)过电压保护 1)过电压保护 (1)阻容保护 (1)阻容保护:可以分别装在 阻容保护: 交流侧,直流侧,元件侧; 交流侧,直流侧,元件侧;也 可以同时都装设. 可以同时都装设. 电阻, 电阻,电容的选择按经验进 或者查相关的表. 行,或者查相关的表. (2)专门用于过电压保护的压 (2)专门用于过电压保护的压 敏电阻. 敏电阻. (3)硒堆保护 (3)硒堆保护
(4)输出电压平均值 (4)输出电压平均值 . (5)输出电流 (5)输出电流
• 1.单相半波可控整流电流 1.单相半波可控整流电流
θ = π −α
U d = 0.45U 2 1 + cos α 2
Id=Ud/R
U2为变压器二次侧电压有效值 U2为变压器二次侧电压有效值
2)电感性负载 2)电感性负载
I K 40 × 1.73 ′ IT = d = = 14.7 A 1.57m 1.57 × 3
考虑安全系数,晶闸管额定电流为: 考虑安全系数,晶闸管额定电流为: 取30A. 晶闸管承受的最大反向电压
′ I T = 2 I T = 2 ×14.7 = 29.4 A
U m = 6U 2 = 2.45 ×103 = 252V
Ud Id = R
• (2)电感性负载带续流二极管 (2)电感性负载带续流二极管 • 流过晶闸管的平均电流: 流过晶闸管的平均电流:
I dvs
θ = Id 2π
π −θ Id π
流过续流二极管的平均电流: 流过续流二极管的平均电流
I dv =
电感性负载
• 单相半控桥带电感性 • •
负载的另一种接线 晶闸管既不是共阴极 组接法, 组接法,也不是共阳极 组接法. 组接法. 这种接线可以省去续 流二极管. 流二极管.
3)续流二极管的作用 3)续流二极管的作用 接续流二极管后, 接续流二极管后,输出电压波形和计算 式同电阻负载;而输出电流波形有不同. 式同电阻负载;而输出电流波形有不同. 流过晶闸管的电流平均值
I dvs =
θ Id 2π
流过续流二极管的电流平均值: 流过续流二极管的电流平均值:
2π − θ Id 2π
第6章 变流技术基础
掌握晶闸管的基本工作原理, 掌握晶闸管的基本工作原理,特性和主要参 数的含义; 数的含义;
• 掌握几种单相和三相可控整流电路的工作
原理及其在不同性质负载下的工作特点; 原理及其在不同性质负载下的工作特点;
• 熟悉逆变器的基本工作原理,用途和控制; 熟悉逆变器的基本工作原理,用途和控制; • 了解晶闸管工作时对触发电路的要求. 了解晶闸管工作时对触发电路的要求.