电工学(第七版)_秦曾煌_全套课件_19.电力电子技术-1

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电工学(第七版)秦曾煌全套课件19.电力电子技术-

19.2 可控整流电路
19.2.1 可控整流电路
1. 单相半波可控整流电路 (1) 电阻性负载
T + u – + uT –
io RL + uo –
u > 0 时：若uG = 0，晶闸管不导通， uO 0, uT u 。控制极加触发信号，晶闸管承受正向电压导通，
uO u , uT 0 。
P2 N2
K
P
_K
晶闸管相当于PNP和NPN型两个晶体管的组合
1. 普通晶闸管 (1) 基本结构
晶闸管的构造和外形
(2) 工作原理
A
形成正反馈过程
β 1β 2 iG
i B 2 iG
R
β 2 iG
T1
iC 2 2 iG i B 1
iC1 β1 iC 2
iG
G
iB 2
+
T2 EA
19.1 电力电子器件
19.1.1 电力电子器件的分类
1. 不控器件器件的导通和关断无可控功能。如整流二极管(D)。 2. 半控器件器件的导通可控,但关断不可控。如普通晶闸管(T)。 3. 全控器件器件的导通和关断均具可控的功能。如可关断晶闸管(GTO) 、功率晶体管(GTR) 、功率场效晶体管 (VDMOS)及绝缘栅双极晶体管(IGBT)。
+ _
1 2 iG i B 2
在极短时间内使两个三极管均饱和导通, 此过程称触发导通。
_
EG
K
EA > 0、EG > 0
(2) 工作原理 A
β 1β 2 iG
形成正反馈过程
i B 2 iG
R
β 2 iG

电工学(第七版上册)秦曾煌主编ppt课件

A
B
(2)用正负极性： A +
U
B
(3)用双下标： A
UAB
B
参考方向
+U
–
+ 实际方向
U >0
参考方向
+U
–
实际方向 +
U <0
3.电位：电路中为分析的方便，常在电路中选某
一点为参考点，任一点到参考点的电压称为该点的电位。
用表示，单位与电压相同，也是V(伏)。
.
16
4.关联参考方向 i
+
1. 用箭头表示：箭头的指向为电流的参考方向。
2.用双下标表示：如iAB,电流的参考方向由A点指向B点。
i
A
B
.
11
2 .电压
两点之间的电位之差即是两点间的电压。从电场力做功概念定义，电压就是将单位正电荷从电路中一点移至电路中另一点电场力做功的大小，如图所示。用数学式表示，即为
定义电压示意图
.
21
1.3 电功率和能量一：电功率
单位时间做功大小称作功率，或者说做功的速率称为功率。在电路问题中涉及的电功率即是电场力做功的速率，以符号p(t)表示。功率的数学定义式可写为 :
p(t) dw(t) dt
式中dw为dt时间内电场力所做的功。功率的单位为瓦(W)。 1瓦功率就是每秒做功 1 焦耳，即1W = 1J/s 。
.
23
由 u dw 得 dw udq dq
再由 i dq 得 dt dq
dt
i
根据功率定义 p(t) = dw/dt, 得
P(t)=ui
根据功率的定义知道功率是能量对时间的导数，反过来能量是功率对时间的积分。

电工学第七版上册秦曾煌

i1
U1
U2 U'1
W'2 U'2
i3
W'1 V'2 W1 W2 V'1
V2
V1
i2
V2 W1
U2
U1 W2
V1
V1 W2 U1
U2
W1
V2
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W1
V2
U1
N
• W2
•
U2 S
V1
S
V1 •
U2
W2 •
N
U1
V2
W1
30 V2
W1
U2 S
•
V1 •
W2 N
U1
U1
n N
cos2
O
1s
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7.4 三相异步电动机转矩与机械特性
7. 4. 1 转矩公式 T Φ , I2 ,cos 2 T KTΦI2 cos 2
常数，与电旋转磁场
转子电路的
机结构有关每极磁通转子电流功率因数
由前面分析知：
I2 cos 2
sE20
R22
(
sX
R2
E20= 4.44 f 1N2
即E2= s E20
转子静止时的感应电势
转子转动时的感应电势
3. 转子感抗X 2
X2 2f2Lσ2 2 s f1Lσ2
当电动机起动瞬间, n = 0, s = 1, f2 = f1 , 则 X2 最大
X20= 2 f1L2
即X2= sX20
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p = 1时
旋转磁场的转速 n0 60 50 3000 (转/分）

电工学第七版上册秦曾煌

20
)2
R22 (sX 20 )2
U1 4.44 f1 N1Φm
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电磁转矩公式
T
K
R22
sR2 (sX 20 )2
U12
由公式可知
1.
T
与定子每相绕组电压
U
2 1
成正比。U
1
T
2. R2 的大小对 T 有影响。绕线型异步电动机可外
接电阻来改变转子电阻R2 ，从而改变转距。
f2
n0 n 60
p
n0 n n0
n0 p 60
s
f1
定子感应电势频率 f 1 转子感应电势频率 f 2 通常, f2 = 0.5 ~ 4.5Hz (f1 = 50Hz)
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2. 转子感应电动势E 2
E2= 4.44 f 2N2 = 4.44s f 1N2
当电动机起动瞬间, n = 0, s = 1, f2 = f1 , 则 E2 最大
(2) Tst与 R2 有关，适当使
R2 Tst 。对绕线式型
电机改变转子附加电阻
R´2 , 可使Tst =Tmax 。
n0 n
O
T
Tst
Tst体现了电动机带
载起动的能力。
若 Tst > T2电机能起动，否则不能起动。
起动能力 st
Tst TN
一般st 1 ~ 1.2
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例1：一台三相异步电动机，其额定转速
n = 975 r/min，电源频率 f1=50 Hz。试求电动机的极对数和额定负载下的转差率。
解：根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转速

电工学(第七版)上册秦曾煌第一章ppt课件

(3) 根据计算结果确定实际方向：若计算结果为正值，则实际方向与假设方向一致；若计算结果为负值，则实际方向与假设方向相反。
.
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例: 电路如图所示。
I = 0.28A I = – 0.28A
电动势为E =3V
+
方向由负极指向正极； E
3V
电压U的参考方向与实际方
向相同, U = 2.8V, 方向由
电动势 E
单位
A、 kA、 mA、 μA V、 kV、 mV、 μV
电压 U V、 kV、 mV、 μV
实际正方向正电荷移动的方向
电源驱动正电荷的方向
(低电位 - 高电位 ) 电位降落的方向
(高电位 - 低电位 )
.
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物理量正方向的表示方法
I
a
灯
U
R
池
泡 R0
导线
手电筒电路
干电池导线灯泡手电筒的电路模型
电源或信号源的电压或电流称为激励，它推动电
路工作；由激励所产生的电压和电流称为响应。
电路分析是在已知电路结构和参数的条件下，讨
论激励与响应的关系。
.
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1.3 电压和电流的参考方向
电流
电路中的物理量电压
电功率和额定值的意义; 4. 会计算电路中各点的电位。
.
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1.1 电路的作用与组成部分
电路是电流的通路，是为了某种需要由电工设备
或电路元件按一定方式组合而成。
1. 电路的作用 (1) 实现电能的传输、分配与转换
发电机

chapter1 电工学电子技术(第七版) 秦曾煌

IA + IB + IC = 0
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1.6.2 基尔霍夫电压定律（KVL定律) 基尔霍夫电压定律（KVL定律定律)
1．定律在任一瞬间，从回路中任一点出发，在任一瞬间，从回路中任一点出发，沿回路循行一周，则在这个方向上电位升之和等于电位降之和。一周，则在这个方向上电位升之和等于电位降之和。在任一瞬间，沿任一回路循行方向，在任一瞬间，沿任一回路循行方向，回路中各段电压的代数和恒等于零。段电压的代数和恒等于零。即： ∑ U = 0 I1 I2 a E 对回路1：对回路： 1 = I1 R1 +I3 R3 或 I1 R1 +I3 R3 –E1 = 0 R2 + R1 + I3 R3 E2 对回路：I R +I R =E E1 对回路2： 2 2 3 3 2 1 2 − − 或 I2 R2+I3 R3 –E2 = 0 b 基尔霍夫电压定律（KVL）基尔霍夫电压定律（KVL）反映了电路中任一回路中各段电压间相互制约的关系。回路中各段电压间相互制约的关系。
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I + E _ R
a + U _ b U– b
(3) 实际方向与参考方向的关系实际方向与参考方向的关系实际方向与参考方向一致，电流(或电压值为正值；实际方向与参考方向一致，电流或电压)值为正值；一致或电压值为正值实际方向与参考方向相反电流(或电压值为负值相反，或电压)值为负值。实际方向与参考方向相反，电流或电压值为负值。例： a I R + U – a R b b 若 I = 5A，则电流从 a 流向 b；，；若 I = –5A，则电流从 b 流向 a 。，若 U = 5V，则电压的实际方向，从 a 指向 b；；若 U= –5V，则电压的实际方向，从 b 指向 a 。

电工学秦曾煌第七 PPT课件

t
3-33
第33页/共57页
uC (t) E (U 0 E)e t RC U 0 e t RC (E Ee t RC )
暂态电路的叠加定理:
全响应=稳态分量+暂态分量全响应=零输入响应+零状态响应
前者：由电路因果关系来看后者：由电路的变化规律来看
3-34
第34页/共57页
R-L电路的全响应
一阶电路暂态过程的求解方法
1. 经典法: 用数学方法求解微分方程。
2. 三要素法: 求初始值、稳态值、时间常数。 ……………... 3-18 第18页/共57页
* 经典法
K
R
+
_E
C
例
i
一阶常系数线性微分方程
uC
RC
duC dt
uC
E
由数学分析知此种微分方程的解由两部分组成：
u' 方程的特解 C
R
t=0
+
E
C
_
uC
E
uC
RC
duC dt
uC
E
uC (0 ) U0 0
uC
(t
)
E
(U0
E
t
)e
RC
t uC (t) E Ee t RC
3-32
第32页/共57页
R-C电路的全响应
K
R
t=0
+
E
C
_
uC
RC
duC dt
uC
E
uC
E
U0
uC (0 ) U 0
uC (t) E (U 0 E)e t RC (E Ee t RC ) U 0 e t RC

2024版电工学简明教程(秦曾煌)ppt课件

29
同步发电机励磁系统简介
励磁系统作用
为发电机提供直流励磁电流，建立发电机主磁场，并通过调节励磁电流的大小和相位，实现对发电机输出电压和无功功率的调节。
2024/1/29
励磁系统组成
主要包括励磁电源、励磁调节器、励磁变压器及灭磁装置等部分。其中，励磁电源为发电机提供直流电源；励磁调节器根据发电机运行状态和电网要求，输出相应的控制信号；励磁变压器将控制信号转换为适合发电机的励磁电流；灭磁装置用于在发电机停机或故
4
教材作者秦曾煌简介
2024/1/29
5
课程目标与要求
2024/1/29
课程目标
通过本课程的学习，使学生掌握电路的基本理论、分析方法和实验技能，具备分析和解决工程实际电路问题的能力，为后续专业课程的学习和从事相关领域的科学研究或工程技术工作打下坚实的基础。
课程要求
要求学生掌握电路的基本概念和基本定律，掌握电路的分析方法和实验技能，了解电路理论的最新发展动态和前沿技术。同时，要求学生具备独立思考、创新能力和团队协作精神。
2024/1/29
9
电源与负载
2024/1/29
电源
电源是将其他形式的能转换成电能的装置。在电路中，电源提供电能，驱动电荷流动。
负载
负载是指连接在电路中的电源两端的电子元件。在电路中，负载消耗电能，将电能转换为其他形式的能量。
10
03
直流电路分析方法2024/1/2911电阻串联与并联
2024/1/29
特殊应用场合
除了上述应用外，变压器还被应用于一些特殊场合。例如，在铁路牵引供电系统中，为了减小对通信线路的干扰，需要使用高阻抗变压器；在电子测量仪器中，为了减小测量误差和提高测量精度，需要使用精密电压互感器等。

电工学电子技术( 第七版秦增煌)课件共16页

干扰、噪声、漂移、非线性
模拟电子技术
数字电子技术
被测
传感器
模拟信号处理
模数数字转换接口
微
控
对象
伺服机构
功率放大
数模转换
数字接口
机
电机
计算机检测控制系统原理框图
绪课程的目的、任务和学习方法
论
••• ••
《试理按电课解要工）基求学本参概加》念实课、验程基是本必培理修养论课良和（好分学的析校实方规验法定素为质考大学注学用重工结实科合践各，技专举能业一的的反培技三养术，基融础会课贯通
• 1892年马可尼和波波夫分别进行了无线电通讯实验
• 1883年爱迪生发现电子的热效应及1904年佛莱明制成了电子二极管
• 1906年德福雷斯发明了电子三极管 • 1948年美国贝尔实验室发明了晶体三极管 • 1958子技术的发展概况
论 • 现状:
• 容量大型化
绪
论•••••
•
工械机加束测力交电地第…、业工加、械量通子促二采…—电长汽广••••金生矿、工流加与与技进次—镀度车播农医军国属产、超等量工控通术了工电、、与、业疗事防冷中冶动声、…工制讯的社业电速火电加电金机波照…艺发会革焊度车视工力、加度展生命机、、、、机轧…………工和和产对—械械电温飞电钢…………、色机—广力社的、炉度机影床动电度电泛的会锻冶、、及等力造子等加应提生金时轮电设和束…工用高产、间船话备铸和…技极力电、……造离术大的蚀压……机子
•
器件小型化
•
设计自动化
电子计算机的发展概况绪论
• 1943年英国制造了一台电子计算机

2024版电工学(第七版上册)秦曾煌主编PPT课件

根据磁化曲线的不同特点，铁磁性物质可分为软磁材料、硬磁材料和矩磁材料等。
26
铁心线圈电路模型和分析方法
铁心线圈电路模型
将铁心线圈等效为一个电阻和一个电感的串联电路，其中电阻表示线圈的铜损，电感表示线圈的磁损。
铁心线圈电路的特点
由于铁心的存在，铁心线圈电路具有非线性、饱和性和磁滞性等特点，使得电路的分析和计算变得复杂。
2024/1/28
无功功率
比较抽象，它是用于电路内电场与磁场的交换，并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。它不对外作功，而是转变为其他形式的能量。凡是有电磁线圈的电气设备，要建立磁场，就要消耗无功功率。
视在功率
在电工技术中是指将单口网络端钮电压和电流有效值的乘积。只有单口网络完全由电阻混联而成时，视在功率才等于平均功率，否则，视在功率总是大于平均功率（即有功功率），也就是说，视在功率不是单口网络实际所消耗的功率。
4
第七版上册内容结构
第七版上册主要包括电路的基本概念和基本定律、电阻电路的分析、动态电路的时域分析、正弦稳态电路的分析、含有耦合电感的电路分析、三相电路、非正弦周期电流电路和信号的频谱分析等内容。
本册内容在编排上注重系统性、连贯性和实用性，通过大量的例题和习题帮助学生巩固所学知识，提高分析问题和解决问题的能力。
在并联电路中，总电阻的倒数等于各电阻倒数之和，即 1/R=1/R1+1/R2+…+1/Rn，同时电压相等，电流分配与电阻成反比。
13
电源等效变换方法
电压源等效变换
将电压源转换为等效的电流源，使得二者在外部电路中具有相同的电压和电流表现。具体方法是通过计算电压源的内阻和开路电压，得到等效电流源的电流和内阻。

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A
A
+
P1 N1
G
P N
G
A
N P N
K
IA P1 N1 T1 P2 G IG P2 N1 T2 N2 IK
P2 N2
K
P
_K
晶闸管相当于PNP和NPN型两个晶体管的组合
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1. 普通晶闸管 (1) 基本结构
晶闸管的构造和外形
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(2) 工作原理
A
形成正反馈过程
β 1β 2 iG
T1
G
i B 2 iG
R
iC 2 2 iG iB1
iC1 β1iC2
iG
iB 2
β 2 iG
T2 EA
+
+ _
1 2 iG iB 2
在极短时间内使两个三极管均饱和导通, 此过程称触发导通。
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_
EG
π
O

t
晶闸管型号及其含义 K P
导通时平均电压组别共九级, 用字母A~I表示0.4~1.2V 额定电压,用百位或千位数表示取UDRM或URRM较小者额定正向平均电流(IF) 普通型 (晶闸管类型) P--普通晶闸管 K--快速晶闸管 S--双向晶闸管晶闸管如KP5-7表示额定正向平均电流为5A, 额定电压为700V。
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3. 绝缘栅双极型晶体管这种晶体管综合了功率晶体管和功率场效晶体管的优点，具有较高的电压与电流和工作频率，其关断时间可缩短到 40 ns。
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19.2 可控整流电路
19.2.1 可控整流电路
1. 单相半波可控整流电路 (1) 电阻性负载
T + u – + uT –
io a
+ –
b
b
T1
T2 RL
u
D1
+ + u – –
O
D2
T1、T2 晶闸管 D1、D2晶体管
此时，T1和D2均承受反向电压而截止。
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电压u 为负半周时： T2和D1承受正向电压。 T2控制极加触发电压, 则T2和D1导通，电流的通路为
io a
+

T1
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(3) 伏安特性
I f (U )曲线
正向平均电流维持电流
UBR URRM 反向转折电压 IH O
I
IF
+
_
IG2 > IG1 > IG0 IG2 IG1 IG0 U
UDRM UBO U
正向转折电压正向特性
_
+
反向特性
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(4) 主要参数 ① 正向重复峰值电压 UDRM 晶闸管控制极开路且正向阻断情况下,可以重复加在晶闸管两端的正向峰值电压。一般UDRM 比正向转折电压UBO低100V 。 ② 反向重复峰值电压 URRM 晶闸管控制极开路时,可以重复加在晶闸管两端的反向峰值电压。一般URRM 比反向转折电压|UBR|低100V 。 ③ 正向平均电流 IF 环境温度为40°C及标准散热条件下, 晶闸管处于全导通时可以连续通过的工频正弦半波电流的平均值。
π
1 U ο 2U sin t d( t ) πα 1 cosα 0.9U 2 U U 1 cosα IO 0.9 Rο RL 2
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π
例 1 ：有一纯电阻负载，需要可调的直流电源：电压 UO = 0 ~ 180 V，电流 IO = 0 ~ 6 A。现采用单相半控桥式整流电路，试求交流电压的有效值，并选择整流元件。解：设晶闸管导通角为 180(控制角 = 0 ) 时，UO = 180 V，IO = 6 A，交流电压有效值 U O 180 U 200 V 0.9 0.9 考虑到电网电压波动、管压降以及导通角常常到不了 180 等因素，交流电压要比上述计算值适当加大 10% 左右，可取 220 V，因此可不用整流变压器，直接接到 220 V 的交流电源上。
K
EA > 0、EG > 0
(2) 工作原理 A
β 1β 2 iG
形成正反馈过程
T1
G
R
β 2 iG
iC 2 2 iG iB1
iC1 β1iC2
i B 2 iG
iG
iB 2
+ _
EG
T2 EA
+ _
1 2 iG iB 2
晶闸管导通后，去掉EG ，依靠正反馈, 仍可维持导通状态。
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19.1 电力电子器件
19.1.1 电力电子器件的分类
1. 不控器件器件的导通和关断无可控功能。如整流二极管(D)。 2. 半控器件器件的导通可控,但关断不可控。如普通晶闸管(T)。 3. 全控器件器件的导通和关断均具可控的功能。如可关断晶闸管(GTO) 、功率晶体管(GTR) 、功率场效晶体管 (VDMOS)及绝缘栅双极晶体管(IGBT)。
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UFM URM 2U 1.41 220 310 V 1 6 IT I D IO 3 A 2 2
为保证晶闸管在出现过电压时不致损坏，通常根据下列选取晶闸管的UDRM和URRM 。
U DRM (2 ~ 3)UFM (2 ~ 3) 310V (620 ~ 930) V
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如果正弦半波电流的最大值为Im, 则
1 Im IF I m sin td (t ) 2π 0 π
i
IF 2 普通晶闸管IF为1A — 1000A。 ④ 维持电流 IH 在规定的环境和控制极断路时，晶闸管维持导通状态所必须的最小电流。
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T2 RL
–
b a
u
D1
+ + u – –
O
D2
b
T2
RL
D1
此时，T1和D2均承受反向电压而截止。
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(3) 工作波形
u
O

2
t
ug
O
t t t
uO
uT1
O
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(4) 输出电压及电流的平均值
1 U O u d t πα
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工作波形(加续流二极管)
u
O
ug uO
O
t1
2
t2
t
t t t
uT
O
O

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2. 单相半控桥式整流电路 (1) 电路 (2) 工作原理电压u 为正半周时： T1和D2承受正向电压。T1控制极加触发电压, 则T1和D2导通, 电流的通路为 a T1 RL D2
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2. 双向晶闸管 A2 (1) 结构
N P N N P N N
A2第二电极
T G控制极 A1第一电极符号
G
(2)工作原理 UA2>UA1时控制极相对于A1加正脉冲，uGA1> 0，晶闸管正向导通，电流从A2流向A1。
A1
特点：相当于两个晶闸管反向并联，两者共用一个控制极。晶闸管双向触发导通。
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1. 普通晶闸管 (1) 基本结构晶闸管是具有三个PN 结的四层结构, 其外形、四结构及符号如图。层 A 半导体 G
K (b) 符号
A 阳极
P1 N1 P2 N2
(a) 结构 K 阴极
三个
PN
结
GG 控制极
晶闸管的结构及符号
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uO 0, uT u 。
u
O
ug
t1
2
t2
t
uO
O
t t
导通角
uT
O
O
t
接电阻负载时单相半波可控整流电路电压、电流波形
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控制角

整流输出电压及电流的平均值
1 UO u d t 2π α
π
由公式可知：
1 2U sin t d( t ) 2π α 1 cosα 0.45U 2 UO U 1 cosα IO 0.45 RL RL 2
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电力电子器件的符号
A A G K D K T A B G K GTO E GTR C G S VDMOS D G E IGBT C
电力电子器件的主要性能指标电压、电流、工作频率。
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（Silicon Controlled Rectifier） 19.1.2 晶闸管晶闸管是在晶体管基础上发展起来的一种大功率半导体器件。它的出现使半导体器件由弱电领域扩展到强电领域。晶闸管也像半导体二极管那样具有单向导电性, 但它的导通时间是可控的，主要用于整流、逆变、调压及开关等方面。优点：体积小、重量轻、效率高、动作迅速、维修简单、操作方便、寿命长、容量大(正向平均电流达千安、正向耐压达数千伏)。
工作原理
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电工学(第七版)_秦曾煌_全套课件_19.电力电子技术-1

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