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第十二章 现代电力电子技术 12.1 常用电力电子器件 12.2 晶闸管可控整流电路 12.3 直流斩波器和交流调压器 12.4 电力电子器件应用实例 12.5 变频器及其应用 12.2 晶闸管可控整流电路 整流是把大小和方向都随时间变化的交流电变为单 方向脉动直流电的变流过程。 如果采用功率二极管作为整流元件，则可获得大小 固定的直流电压，这种整流方式称为不可控整流。如果 采用晶闸管作为整流器件，则可以通过控制门极触发脉 冲施加的时刻来控制输出整流电压的大小，这种整流称 为可控整流。 可控整流电路包括可控整流的主电路和触发电路两 部分。 一、主电路 可控整流电路主电路结构形式视用电负载容量大小不 同而定，通常小容量（4kW以下）的负载供电采用单相可 控整流，它具有电路简单、投资省、维护方便等优点；对 于容量较大的负载，采用三相可控整流电路易于满足负载 对高电压大电流的需求，同时也保证负载上的直流电压脉 动小，供电的交流电网三相平衡。 1．单相半波可控整流电路 1）电阻性负载 图12-10 单相半波可控整流电路及波形 a）电阻性负载电路 图12-10 单相半波可控整流电路及波形 b）波形图 在单相半波电路中，晶闸管从 开始承受正向电压起至开始导通时 刻为止的电角度称为控制角或移相 角，以 表示 . （12-2） （12-1） 为了使整流输出电压波形稳定， 每个周期内的控制角 应相同,这种 触发信号和电源电压在频率和相位 的配合关系称为同步。 [例12-1] 有一单相半波可控整流电路，变压器副边电压 U2=120V，负载电阻Rd=25Ω，控制角 =30.试求输出 电压和电流的平均值。 解： 2）电感性负载 工业中需要直流供电的电机励磁、滑差电机的电磁离 合器励磁线圈以及输出串接电抗器的负载等均可用电阻Rd 和电感Ld的串联电路来等效。 图12-11 有续流管的单相半波可控整流电路及波形 式中: 图12-11 有续流管的单相半波可控整流电路及波形 2．单相半控桥式整流电路 图12-12 单相半控桥带电感性负载 a）电路图 若将单相桥式整流中的四只二极管全部换成晶闸管， 就组成单相全控桥式电路。但实用中多采用图12-12所 示电路，这里只用了两只晶闸管，另两只仍用二极管， 故称单相半控桥式整流电路。 图12-12 单相半控桥带电感性负载 b）波形图 按图示的波形进行计算可得: [例12-2] 某电感性负载采用带续流管的单相半控桥电路 供电，如图12-12a所示。已知：电感线圈的内阻Rd=5Ω， 输入交流电压U2=220V，控制角a=60°。试求晶闸管与 续流管的电流平均值及有效值。 解: 首先求整流输出电压平均值 求负载电流平均值 流过晶闸管与整流二极管的电流平均值与有效值 流过续流二极管的电流平均值与有效值 二、触发电路 晶闸管由阻断转入导通，除阳极要承受正向电压外， 还需在门极和阴极间加适当的正电压，改变触发脉冲的 输出时刻，即可改变控制角 大小，从而达到改变输出 电压平均值的目的。这种控制晶闸管导通的电路称为触 发电路。 1）触发电路输出的脉冲必须有足够大的电压和功率。 2）触发脉冲必须与晶闸管的主电压保持同步。 3）脉冲的前沿要陡，宽度应满足要求。 4）满足主电路移相范围的要求。 为了保证晶闸管整流电路准确无误工作，对触发电 路有以下要求： 1．单结晶体管 图12-13 单结晶体管 a）结构示意图 b）电路模型 c）图形符号 d）外形及管脚 单结晶体管b1与b2极之间正反向电阻相等约为3~10KΩ。而e和 b1极或e和b2之间的正向电阻小于反向电阻，且rb1＞rb2。正常工作 时rb1的阻值随发射极电流Ie的变化而变化，故等效为一个可变电阻。 图12-14 图12-14是单结晶体管的实验 电路，由图可得其特性。 当Ue＜UA时 VD截止，Ie=0，单结晶体管关断。 η称为单结晶体管的分压比， 其值约为0.3~0.85。 当Ue上升到Ue≥ηUbb+UD时，VD由截止转入导通，此时电压 Ue=Up，Up为峰值电压。电流Ie流过rb1，rb1立即减小至十几欧姆， 此时UA对应的电压称为谷点电压UV，若减少Ue使Ue＜UV管子将截 止。 2．单结晶体管振荡电路 图12-15 单结晶体管自激振荡电路