晶闸管整流装置换相过电压保护技术研究23页PPT

吸收电阻R与电阻损耗Wr的关系曲线
NARI
晶闸管整流装置的换相过电压保护技术研究
晶闸管RC吸收回路的仿真研究
单个晶闸管吸收回路的仿真
吸收电容的设计原则
随着C的增大， 相应降低， 随着 C的增大 ， K相应降低 ， 增大到一定程度时， 当 C 增大到一定程度时 ， K 的变化趋于平缓。 的变化趋于平缓。 随着C 的增大 ， 电阻损耗 随着 C 的增大， Wr线性增大 线性增大。 Wr线性增大。 设计原则： 设计原则 ： 在过电压倍数 符合设计要求的前提下， 符合设计要求的前提下 ， 使得电阻损耗尽量小 。
NARI
晶闸管整流装置的换相过电压保护技术研究
晶闸管反向恢复特性的建模
典型的换相过电压保护方案
分别并联保护方案
集中阻断保护方案
NARI
晶闸管整流装置的换相过电压保护技术研究
晶闸管反向恢复特性的建模
模型的测试
测量条件为： di/dt=7.9A/us， Ur=800v，Rs=10 ，Cs=1uf ；
晶闸管反向恢复特性的建模
理论基础
反向恢复电流的数学模型 突然截止模型 指数函数模型 双曲函数模型
突然截止模型虽然常用，但存在着较大的误差； 突然截止模型虽然常用，但存在着较大的误差； 指数函数模型可以获得比较精确的计算结果，但不便于常规计算； 指数函数模型可以获得比较精确的计算结果，但不便于常规计算； 双曲函数模型虽然能够得到与实验更加相符的电流电压波形， 双曲函数模型虽然能够得到与实验更加相符的电流电压波形，但是其 参数确定比较困难，实际中较少采用。 参数确定比较困难，实际中较少采用。
晶闸管RC吸收回路的仿真研究
集中阻断吸收回路的仿真
吸收电阻的损耗

实验设备 晶闸管整流电路实验箱
电源
实验设备与测试方法
示波器 万用表
测试方法
实验设备与测试方法
使用示波器观察整流电路的输出波形
记录实验数据和波形，以便后续分析
使用万用表测量各点的电压和电流值
调试步骤与注意事项
调试步骤 1. 检查实验设备是否完好，确保电源、导线等正常工作。
2. 根据实验要求连接电路，确保连接正确无误。
启动条件
需要满足一定的电压和电 流条件，以确保晶闸管能 够正常启动。
正常工作过程
电流流向
工作状态
在正常工作状态下，电流从阳极流向 阴极，同时维持一定的电压和电流值 。
晶闸管整流电路处于稳态工作状态时 ，各参数保持恒定，系统稳定运行。
控制方式
通过调节触发信号的相位角，可以控 制输出电压和电流的大小，从而实现 整流功能。
2. 总结实验中的问题和不足之处，提出改进措施 。
THANKS.
电感器
总结词：特性
详细描述：电感器是一种储能元件，具有隔交通直的特 性。在整流电路中，它能够有效地将交流分量转化为磁 场能储存起来并在需要时释放出来。
03
晶闸管整流电路的
工作过程
启动过程
启动方式
通过在阳极和阴极之间施 加正向电压，使晶闸管从 截止状态进入导通状态。
触发信号
在启动过程中，需要施加 一个触发信号，使晶闸管 内部的电子发生跃迁，从 而导通电流。
设计原则与步骤
电路仿真
利用仿真软件对设计的电路进行模拟，验证其性能和可 靠性。
优化改进
根据仿真结果，对电路进行优化和改进，提高其性能和 可靠性。
元件选择与参数计算
1 2
元件选择
根据电路的工作环境和性能要求，选择合适的元 件型号和规格。

双向晶闸管在第Ⅰ和第Ⅲ象限有对称的伏安特性。
1.4 晶闸管单相可控整流电路
一、单相半波可控整流电路（电阻性负载）
1、电路结构和工作原理
u2 2U 2
π 2π
3π
t
0
Tr
u1
uT
VT u2
ug
id
0
ud
ud
id
id
0
ud
uT
0
- 2U2 -
t
Ud
t
t
变压器Tr起变换电压和隔离的作用。
在电源电压正半波，晶闸管承受正向电压，在
当晶闸管阳极承受正向电压，控制极也加正向电压时， 形成了强烈的正反馈，正反馈过程如下：
IG↑→IB2↑→IC2(IB1)↑→IC1↑→IB2↑
晶闸管导通之后，它的导通状态完全依靠管子本身的
正反馈作用来维持，即使控制极电流消失，晶闸管仍将
处于导通状态。因此，控制极的作用仅是触发晶闸管使 其导通，导通之后，控制极就失去了控制作用。要想关 断晶闸管可采用的方法有:将阳极电源断开；改变晶闸 管的阳极电压的方向，即在阳极和阴极间加反向电压。
ωt=α处触发晶闸管，晶闸管开始导通；负载上 的电压等于变压器输出电压u2。在ωt=π时刻，
电源电压过零，晶闸管电流小于维持电流而关断， 负载电流为零。
在电源电压负半波，uAK＜0，晶闸管承受反向电
压而处于关断状态，负载电流为零，负载上没有
输出电压，直到电源电压u2的下一周期。直流输 出电压ud和负载电流id的波形相位相同。
1.2.3 晶闸管的伏安特性
1、晶闸管的伏安特性
晶闸管的伏安特性是晶闸管阳极与阴极间电压UAK和晶闸管 阳极电流IA之间的关系特性。

+-
①开关S断开： 灯L不亮。
②S与1闭合： 门极电位高于阴极电
L
位，门极承受正压，
灯L亮。
③S与2闭合： 门极承受反压，灯L 不亮 。
结论：阳极和门极同时承受正压时，晶闸管导通 。
当晶闸管的阳极电位高于阴极电位，且仅在门极电位高于 阴极时，晶闸管导通。
22
1.晶闸管的导通条件
第十章
实验三：接上实验
——如果电流上升太快，可能造成局部过热而使晶
闸管损坏
39
2、新型电力电子元件简介
(1)双向晶闸管(TRIAC) (2)可关断晶闸管(GTO)
(3)功率晶体管GTR (4)绝缘栅双极型晶 体管IGBT
40
40
第十章
知识回顾
晶闸管的结构 晶闸管的导通条件 晶闸管的主要参数
41
10.3可控整流电路
1
2
K
S
G
A E
+-
①开关S断开： 灯L亮。
②S与1闭合： 门极电位高于阴极电
L
位，门极承受正压，
灯L亮。
③S与2闭合： 门 极 承 受 反 压 ， 灯 L 亮。
结论：晶闸管一旦导通，门极失去作用 。
控制晶闸管的导通只须正向脉冲电压称之为触发脉冲即可。
23
第十章
〔简单描述〕晶闸管SCR相当于一个半可控的、可开不可关的 单向开关。
2. 将阳极电源断开或者在晶闸管的阳极和阴极 间加反相电压。
25
第十章
26
三. 晶闸管伏安特性 (If(U)曲线 )
正向平均电流
I IF
+_
维持电流
UBR URRM
反向转折电压 _
IH o U +

继续维持导通，直至L中磁场能量释
放完毕， VT承受反向电压而关断；
t
t
t
第二章 第 12 页
图2-2 带电感性负载的 单相半波电路及其波形
a)
u1
VT T
u VT u2
u2
b)
0
t1
ug
ωt2
c) 0
ud
+
d) 0 id
e)
0
u VT
f) 0
ωt2 ωt2
ωt2
id L
ud R
2
+
工作过程和特点： 请同学们思考： （a） L两端的电压何时变为上负 下正，如何简单判断？ （b） id能否抵达2π点？为什么？
阐明：使用万用表直流档测量Ud即为该数值；
U2为电源电压有效值〔220V）； α ＝ π时，Ud=0，可见可以通过调整α 来调整Ud。
直流输出电压有效值U
（2-2U ）2 1 2 U 2s it2 n d t U 24 1 s2 in 2
第二章 第 8 页
2.1.1 单相半波可控整流电路〔单相半波）
单相半波可控整流电路的特点：
线路简单、易调整，但输出电流脉动大，变压器二次侧电流中含直流 分量，造成变压器铁芯直流磁化； 实际上很少应用此种电路；
第二章 第 17 页
2.1.2 单相桥式全控整流电路〔单相全控桥）
简称为单相全控桥〔教材P24)
1. 电阻负载的工作情况 2. 晶闸 管 V T1 和V T 4组成一 对桥臂 ， VT2和VT3组成。在实际的电路中，一 般都采用这种标注方法，即上面为1、3 ，下面为2、4。请同学们注意。
➢
P=负载的电压有效值×负载的电流有效值

当控制极加正向电压，IG产生，特性曲线左移，正向转折 电压降低, 元件容易导通。 IG越大，UBO越低。
可控整流电路
半波可控整流电路
半控桥式整流电路
可控
半波可控整流电路
特点 1）以晶闸管代替半波整流电路中的二极管 2）晶闸管与RL串联，电路电流为io，控制极施加 周期性正向脉冲电压uG
当t=0时， 电压为0，uG为0，晶闸管电流io=0
第二基极与发射极之间的电阻为RB2，数值恒定。
发射结具有单向导电性，以二极管D表示 等效电路
在两个基极之间加正向电压UBB
伏安特性曲线
当发射极电压为0：UA=RB1×UBB/(RB1+RB2)= UBB
称分压系数(分压比)，一般为0.3~0.9，是单结晶体管 的重要参数
提高发射极电压UE：当UE<UA,PN结反偏,IE几乎为0 RB1呈高阻，单结晶体管截止。
尖脉冲出现的时间可通过改变 R 的值来调节
R大，电容充电慢， 到达uP的时间长，脉冲出现时间晚 R小，电容充电快， 到达uP的时间短，脉冲出现时间早
移相
单结晶体管振荡电路可用于半控整流电路中,构成触发电路。
主电路：单相桥式半控整流电路 触发电路：由单结晶体管振荡器组成
同步
变压器Tr：
为将触发电路产生的尖 脉冲按一定周期准时送 至主电路，使晶闸管按 周期导通，必须使晶闸 管阳极电压起始时刻与 电容器充电起始时刻保 持一致。

温度补偿电阻R2
200~600
R2的作用是补偿温度变化对单结晶体管峰值电压UP的影响 UP=UBB+UD 当温度升高，结电压UD略有减小，而RBB 随温度升高而略有增大，串联R2以后，若RBB增大，按 照分压原理，UBB升高，补偿UD的 减小，使UP稳定。

晶闸管教材
1.认识晶闸管的符号 2.了解晶闸管的特性 3.理解晶闸管的运用
2021/2/5

1
复习 二极管
二极管图形符号：
箭头方向表示二 极管正向导通时
电流的方向
用逆止水阀门比喻二极管示意图 （a）正向水流顶开阀门 （b）反向水流压紧阀门
文字符号：VD
2021/2/5
在0.3～0.9之间。 单结晶体管的导通条件是：
单结晶体管等 效电路
UE﹥η UBB + UD (UD为PN结的正向压降)
结论：只要改变UE的大小，就可以控制单结晶体管 的导通与截至。从而获得从RB1输出的脉冲电压。
2021/2/5

22
补充学习二
单结晶体管触发电路
2021/2/5

18
1.5.5 晶闸管的使用注意事项
1、选用晶闸管的额定电压时，应参考实际工作条件下的峰值电 压的大小，并留出一定的余量。
2、选用晶闸管的额定流时，除了考虑通过元件的平均电流外， 还应注意正常工作时导通角的大小、散热通风条件等因素。在工作 中还应注意管壳温度不超过相应电流下的允许值。
15
1.5.4 晶闸管的主要技术参数
1．正向峰值电压（断态重复峰值电压）UDRM 在门控极断路、晶闸管处在正向阻断状态下，且管子
结温为额定值时，允许“重复”加在晶闸管上的正向峰
值电压。而所谓的“重复”是指这个大小的电压重复施
加时晶闸管不会损坏。此参数取正向转折电压的80％，
即UDRM＝0.8 UDSM。普通晶闸管的UDRM的规格从100V到 3000V 分 多 挡 ， 其 中 100V~1000V 每 100V 一 挡 ；
从导通 到关断
1、阳极电位低于阴极电位 2、阳极电流小于维持电流

整流电路的换相规律
１．对电源系统电压的要求
整流电路在工作过程中，要按照电源电压的变化规律周期性地切换整流 工作回路。为保证在稳定工作状态下能均衡工作，使输出电压电流波形 变化尽可能小，要求电源系统为对称的，且电压波动在一定范围之内。
2 ．自然换相与自然换相点
在不可控整流电路中，整流管将按电源电压变化规律自然换相，自然换 相的时刻称为自然换相点。
(32)4
IVD R 2 Id (32)6
单相半波整流电路的特点
1）优点：
线路简单，调整方便；
2）缺点：
（1）输出电压脉动大，负载电流脉动大（电阻性负
载时）。
（2）整流变压器次级绕组中存在直流电流分量，
使铁芯磁化，变压器容量不能充分利用。若不用变压器，
则交流回路有直流电流，使电网波形畸变引起额外损耗。
P I2 R 1 s2 in ( 3 1 )0
SU 2 I 2 4
2
晶闸管可能承受的最大电压为 Um 2U2
单相半波电路RL负载
整个电路只有一个等效工作回路，两种工作状态，三个 阶段。
单相半波电路RL负载
定量计算：将U=U2、ωt1=α代入式（1-66）中，得
id2 Z U 2 sit n) ( si R n ) e L ( R t ( 3 1 )1
单相半波电路R负载
整个电路只有一个等效工作回路，两种工作状态。
整流变压器次级电压为 u22U2sint
单相半波电路R负载
定量计算：
u d 0 2 U 2s i tn t 2 t (3 1 )
id
ud R
(32)
0 t
u V T 2 U 2 si tn t 2 ( 3 3 )

的器件外， 常采用图2.9.15所示的均压电路 ， 所示的均压电路， 的器件外 ， 常采用图 所示的均压电路 R11、R12是静态均压电阻（阻值应比器件阻断 是静态均压电阻（ 、 是静态均压电阻 时的正、 反向电阻小得多） 时的正 、 反向电阻小得多 ） ， R13、 C11、 和 、 、 R14、C12并联支路作动态均压。 并联支路作动态均压。 、 并联支路作动态均压
3、电力电子系统中常用的过电压保护方案： 电力电子系统中常用的过电压保护方案： 图中交流电源经交流断路器QF送入降变压器T 图中交流电源经交流断路器QF送入降变压器T。当雷电过 QF送入降变压器 电压从电网窜入时，避雷器F 电压从电网窜入时，避雷器F将对地放电防止雷电进入变压 静电感应过电压抑制电容，当交流断路器合闸时， 器。C0静电感应过电压抑制电容，当交流断路器合闸时，过 电压经C 耦合到T的次极， 将静电感应过电压对地短路， 电压经C12耦合到T的次极，C0将静电感应过电压对地短路， 保护了后面的电力电子开关器件不受操作过电压的影响。 保护了后面的电力电子开关器件不受操作过电压的影响。
是过电压抑制环节， C1R1是过电压抑制环节，当变压器 的次极出现过电压时， T 的次极出现过电压时 ， 过电压对 充电， C1充电，由于电容上的电压不能突 所以C 能抑制过电压。 变，所以C1R1能抑制过电压。C2R2 也是过电压抑制环节， 也是过电压抑制环节，电路上出现 过电压时，二极管导通对C 充电， 过电压时，二极管导通对C2充电， 过电压消失后C 放电， 过电压消失后C2对R2放电，二极管 不导通，放电电流不会送入电网， 不导通，放电电流不会送入电网， 实现了系统的过压保护。 实现了系统的过压保护。
图1.9.17 电力电子系统中 常用的过电压保护方案