电力电子技术及应用第5章.ppt

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1、第5章交流调压电路与直流变换电路5.1交流开关及应用5.2单相交流调压5.3三相交流调压5.4基本直流变换电路5.5直流变换应用举例习题与思考题5.1交流开关及应用5.1.1晶闸管交流开关1．晶闸管交流开关的结构及触发形式晶闸管交流开关的基本形式如图5－1所示,图中给出了两种电路连接结构。该电路中的晶闸管交流开关可以在毫安级门极电流的触发下，控制几十至几百安培以上的负载电流的通断。交流开关的工作特点是，晶闸管在承受正向电压时触发导通，而在电压过零或承受反压时自然关断。图5-1晶闸管交流开关的基本电路形式图5-2双

2、向晶闸管的芯片结构及电路符号双向晶闸管与普通晶闸管一样，有塑封、螺旋型及平板型三种形式。双向晶闸管内部为5层半导体结构，有三个引出电极。其中，N4、P1表面用金属膜连通构成构成第一阳极T1，N2与P2也用金属膜连通构成第二阳极T2，N3与P2一部分连通引出公共门极G，门极G与第二阳极T2在同一侧引出。双向晶闸管可以等效为P1-N1-P2-N2和P2-N1-P1-N4两个单向晶闸管的反并联，P1-N1-P2-N3和N1-P2-N3分别构成门极晶闸管和门极三极管。双向晶闸管在承受正反压时均能够导通，门极相对于第二阳极T2为正

3、负信号时都能被触发，因此可以有四种触发方式，即：1）Ⅰ象限正触发（Ⅰ+）方式，第一阳极T1电压为正，第二阳极T2电压为负；门极相对于第二阳极T2的触发信号为正。2）Ⅰ象限负触发（Ⅰ-）方式，第一阳极T1电压为正，第二阳极T2电压为负；门极相对于第二阳极T2的触发信号为负。3）Ⅲ象限正触发（Ⅲ+）方式，第一阳极T1电压为负，第二阳极T2电压为正；门极相对于第二阳极T2的触发信号为正。4）Ⅲ象限负触发（Ⅲ-）方式，第一阳极T1电压为负，第二阳极T2电压为正；门极相对于第二阳极T2的触发信号为负。尽管四种方式都能触发双向晶闸管

4、，但触发灵敏度有所不同。如果设Ⅰ+触发电流为Ig，则各种方式的触发特性比较见表5-1：表5-1双向晶闸管触发特性比较表由于各种触发方式灵敏度差异较大，其后果可能会造成正负半周的控制角不同，形成正负半周输出波形不对称。解决的方法是采用大要求的Ig触发，以保证触发的可靠性，实际控制电路中如有可能采用负电流触发（Ⅰ-、Ⅲ-）形式，以实现正负半周的控制均衡。图5-3是由双向晶闸管构成的交流开关的基本电路形式。图5-3双向晶闸管交流开关电路2．晶闸管交流开关的应用实例晶闸管交流开关的应用如图5-4所示，图中由双向晶闸管替代传统的交

5、流接触器构成的三相自动温控电热炉电路，当开关Q拨到“自动”位置时，炉温可以自动保持在给定温度控制范围内。简单的温度控制过程通常采用两位式控制模式，即：若炉温低于给定温度的下限，温控仪常开触点KT闭合，小容量双向晶闸管VT4触发导通，继电器KA得电，使所有KA触点闭合，三相主控回路中的双向晶闸管VT1~VT3被触发导通，触发方式为Ⅰ+、Ⅲ-，负载电阻RL（电热丝）与电源接通使炉温上升，同时运行指示灯亮。当炉温高于给定温度上限后，温控仪触点断开，VT4关断，继电器KA失电，双向晶闸管VT1~VT3关断，负载断炉温下降，同时停

6、止指示灯亮，从而电热炉温度将在给定的温度范围内波动。图5-4自动温控电热炉应用电路表5-2KS系列双向晶闸管的主要电参数型号KA-20KA-50KA-100KA-200KA-400KA-500额定通态电流（有效值）IT（A）2050100200400500断态重复峰值电压UDRM（V）100~2000断态电压临界上升率(V/μs)≥20≥50换向电流临界下降率(A/μs)≥0.2%IT门极触发电流IGT（mA）5~2008~20010~30010~40020~40020~400门极触发电压UGT（V）≤3≤4≤4≤4≤4

7、≤4通态平均电压UT（V）浪涌电流ITSM（A）1704208401700340042005.1.2单相交流调功及控制图5-5单相交流调功的基本电路及过零触发电压输出波形设电源电压表示为（5-1）如果导通和关断的时间均为交流电源周期的整倍数，即导通为m个周期，关断为n个周期，则调功输出电压的有效值可以表示为（5-2）式中：，称为周期占空比。相应有调功输出电流的有效值Io与电源有效值I之间的关系为（5-3）负载上获得的有功功率可以表示为（5-4）由负载功率表达式可以看出，改变周期占空比的值，即可达到调节输出功率的目的。

8、通过对调功电路的输入功率因数的分析，可以求得单相交流调功的调功效率。已知在整个通断周期内，输入功率因数为负载有功功率与电源视在功率的比值，即（5-5）由于串接在调功电路中的两只晶闸管为反并联连接形式，通过晶闸管VT1和VT2的电流仅为半波电流，所以平均值可以表示为其中：5.2单相交流调压1．电阻负载单相交流调压电