晶闸管及变频器培训课件

整流器的类型及性能指标
整流器的类型很多，可归纳分类如下： 1.按交流电源电流的波形可分为： （1） 半波整流。（2）全波整流。 2.按交流电源的相数的不同可分为： （1） 单相整流。（2）三相整流。 3.按整流电路中所使用的开关器件及控制能力的不同可分为： (1） 不控整流。（2）半控整流。（3）全控整流。 4.按控制原理的不同可分为： （1） 相控整流。（2）高频PWM整流。
三相桥式相控整流电路
常用的三种三相桥式整流电路：
不控整流（a）
全控整流（b）：不控整流电路中的二 极管换成晶闸管
半控整流（c）：不控整流电路中共阴 接法的二极管换成晶闸管
图5.16 三相桥式整流电路
三相桥式全控整流电路
一、基本工作原理 1、全控桥中晶闸管的触发脉冲安排：
（1）晶闸管触发次序:
按1－2－3－4－5－6－1的顺序循环，各脉冲依次互差60° （2）欲使电源接通到负载上，任何时刻都必须有两个晶闸管同时导通， 因此每个触发脉冲的宽度要超过1/6Ts； 或是采用双脉冲触发方式:给一个晶闸管发一个窄触发脉冲后，间隔 60°再补发另一窄脉冲。 （3）T1T3T5 的触发脉冲间相位相差120° （T2T4T6亦如此） 所以晶闸管最大导电角θ 为120°
全控型电力电子器件
• 电力电子器件概述
（1）电力电子器件一般都工作在开关状态。 （2）电力电子器件的开关状态由外电路（驱 动电路）来控制。 （3）在工作中器件的功率损耗（通态、断态、 开关损耗）很大。为保证不至因损耗散发 的热量导致器件温度过高而损坏，在其工 作时一般都要安装散热器。
电力电子器件的分类
（一）按器件的开关控制特性分
1.不可控器件：器件本身没有导通、关断控制功能，而需要根据电路条 件决定其导通、关断状态的器件称为不可控器件。 如：电力二极管（Power Diode）； 2.半控型器件：通过控制信号只能控制其导通，不能控制其关断的电力 电子器件称为半控型器件。 如：晶闸管（Thyristor）及其大部分派生器件； 3.全控型器件：通过控制信号既可控制其导通又可控制其关断的器件， 称为全控型器件。 如：门极可关断晶闸管（Gate-Turn-Off Thyristor ）、 功率场效应管（Power MOSFET） 绝缘栅双极型晶体管（Insulated-Gate Bipolar Transistor）等。
其性能比三相半波相控整流电路优越之处是： （1） 交流电源电流中无直流分量，交流电源或供电变压器 不存在直流磁化问题。
（2）输出电压不可能为负值，且大小高1倍。
（3） 由于三个共阳极的二极管构成三相半波不控整流处于
自然换相状态，电源基波电流与电源电压同相位，因此交
流侧功率因数比三相半波相控整流要高些。
掌握整流电路的类型、性能指标 掌握常用的单相、三相相控整流电路的工作原理
不控整流是基础－－－（使用二极管） 相控整流是主要内容－－（使用晶闸管） » 单相桥式和三相桥式相控整流电路是重点 » 三相半波整流电路是其他三相整流电路的基本单元 » 相控有源逆变是相控整流的自然延伸 » 了解相控整流及相控有源逆变的谐波问题
基本量的计算
1 2Vs Vd 2 a 2Vs sin td ( t ) (1 cos ) 2 2 2 1 cosa 1 cosa Vs Vd 0 2 2
• （2）输出直流电流平均值ID ：
VS 1 cos VD ID 0.9 R R 2
相控有源逆变电路工作原理
• ◆把直流变换成交流的变换称之为逆变 • ◆实现逆変的电路及装置称逆変电路、逆 変器 • ◆有源逆变是把直流电能所转换的交流电 能输送给交流电网
逆变：对应于整流的逆过程，将直流电转变为交流 电。 逆变电路：能够实现直流电逆变为交流电的电路。 变流电路（变流器）：整流和逆变两种工作状态可 依照不同的工作条件相互转化的同一晶闸管电路。 逆变电路的分类 有源逆变：将逆变电路的交流侧接到交流电网上， 把直流电逆变成同频率的交流电反送到电网去。 无源逆变：逆变器的交流侧不与电网联接，而是直 接接到负载，即将直流电逆变成某一频率或可变 频率的交流电供给负载
以三相全控桥式电路为例，这时电流Id仍保持与整流运 行状态相同的流动方向，但Ud改变了极性，功率由直流侧流 向可控整流电路的交流侧电网。三相可控整流电路的这种逆 变模式的工作状态，只有如图所示在直流侧存在一个稳定的 能源时才是有可能的。这个稳定的能源可以是一个光电或风 电发电系统所转换出来的电能，经过逆变电路变换成三相交 流电再连接到统一的电网中去。逆变可以节能、提高系统性 能的作用。如： 有轨电车的制动、 吊车的下放货物、 电气可逆调速系 统等。注意，两 个电源的不能形 成顺向串联
不控整流电路（缺点：输出电压平均值不能调节）
• 定义：在交流电源与直流负载间插入二极管电路，利用二极管 的单向导电性实现交流-直流电能变换的电路。 • 分析法：二极管的单向导电性是分析二极管电路的基本原则。 • 内容安排：
• 单相半波不控整流
• 两相半波不控整流（或双半波不控整流） 单相桥式不控整流 • 三相半波不控整流
中小容量的不控整流领域应用广泛。
单相桥式半控整流电路
电路
波形
与单相全控桥相比
（1）电路特点： 晶闸管共阴接法；
因少用2只晶闸管，触发装置较简单。
（2）续流二极管D0： 若没有D0,，在大电感负载时电路会失控。 （3）α的移相范围为180°，θ＝π－α （4）输出电压只能为正值，平均值
• 原理及波形： • 一周期中，A相D1、B相D3、C相D5依序各导电120°。， • 整流电流为120°脉宽直流； • 整流电压由三个相同的脉波组成（脉波数m＝3）；
• 电源电流is为180°正、负矩形波。
IT 1 2


2 I D d ( t )
1 2
ID
基波电流有效值
• 电源基波功率因数角φ
1
＝α ； α 越大，cosφ
1
越小。（结论适于所有相控整流电路）
原理及波形分析：
与两相半波电路相比：
• •
整流输出电压和交流电源电流波形性与两相半波不控整流相同。 多用了两个二极管，但可不用有中心抽头的变压器。
晶阐管 及单相相控整流电路
晶闸管
晶闸管就是硅晶体闸流管，简称SCR。目前晶 闸管的容量水 平已达到8KV/6KA.
晶闸管的结构与工作原理
晶闸管的外形与符号：
晶闸管的结构和等效电路： 晶闸管的管芯由四层半导体（P1N1P2N2）组成，形成三个PN结 （J1J2J3）。
特性：单向导电特性 正向阻断特性 可控特性 关断条件：Ia<IH
单相半波不控整流
图5.1 单相半波不控整流
• 整流电压直流平均值
VD 1 2


0
2VS sint d t
2

VS 0.45 S V
• VD只与VS有关，不能被调控； • 仅正半周有输出：在一个电源周期中仅 一个电压脉波（脉波数），称为“半 波”；输出电压脉动大，脉动频率低， 难于滤波。 • 电源电流中的直流分量很大。 • 故很少实用。
（二）按控制信号的性质不同分
① 电流控制型器件： 此类器件采用电流信号来实现导通或关 断控制。
如：晶闸管、门极可关断晶闸管、功率晶 体管、IGCT等；
② 电压控制半导体器件： 这类器件采用电压（场控原理）控制它 的通、断，输入控制端基本上不流过控制 电流信号，用小功率信号就可驱动它工作。
如：代表性器件为 MOSFET和IGBT。
1、直流电机四象限传动系统 • 直流电机的转矩 正比于电枢电流 ，转速N正比于电枢电 压 • ，改变 、 的大小和方向即可使电机四象限运行（分别 对应正、反方向旋转时的电动机、发电机工作情况）。 • 控制一个三相全控桥型晶闸管相控整流电路，改变控制 角可以输出单方向电流和可正、可负的直流电压。 • 再用另一个同样的三相全控桥型晶闸管相控整流电路， 改变其控制角又可输出一个反方向的电流和输出电压为可 正、可负的直流电压。 • 将两个三相桥电路反并联对直流电机提供四象限电源， 实现直流电机的四象限运行（或可逆传动）。
（3）晶闸管电流的有效值IT :
1 IT 2


a
2VS V sin 2 sin t d (t ) S R 2 2R
2
• 负载电流iD脉动很小，近似平行于横标；大小：
• 晶闸管的电流iT为180°单向形波
I D VD / R
• 直流平均值的数值较高：
• 整流电压脉动较小，脉动频率为电源频率3倍； • 电源电流含有很大的直流分量 • 较少实用。
三相半波相控整流电路
三相半波相控整流的特点：
（1）两种接法：共阴接法、共阳接法 （2）它是组成其他各种三相整流电路的基础， 是分析理解后续各种三相整流电路的基础。 （3）交流侧电流中直流分量很大，因而应用 不多
高频PWM整流能够改善整流电路技术性能－－(全控器件)
• 重要概念 • （1）整流：利用半导体电力开关器件的通、断控 制，将交流电能变为直流电能称为整流。 • （2）整流器（rectifier）：实现整流的电力半导 体开关电路连同其辅助元器件和系统称为整流器。 • （3）逆变（invert）是指把直流电能转换成交流 电能的变换，它相对于整流是一种逆向过程，其 平均功率（能量）是从直流侧 流向交流侧的。 • （4）有源逆变与无源逆变
有源逆变的条件：
（1）外部条件：要有一个能提供逆变能量的 直流电源，且极性必须与直流电流方向一 致，其电压值要稍大于 。 （2）内部条件：变流电路必须工作在 区 域，使直流端电压 的极性与整流状态时 相反，才能把直流功率逆变为交流功率返 送电网。 为了保证电流连续，逆变电路中一定要串 接大电感。
晶闸管相控有源逆变也有广泛的应用领域