,模拟电路, 精品课程课件
第 11章 电力电子电路
§ 11.1 概述
§ 11.2 晶闸管的结构和工作原理
§ 11.3 单相可控整流电路
§ 11.4 触发电路
第 11章 电力电子电路
§ 11.1 概述
学习目标,了解电力电子电路按变换功能的
分类
学习重点,电力电子电路的功能
§ 11.1 概述
一、电力电子电路的功能
用微弱信号对电力电子器件进行通断控制，来实现
高电压、大电流的直流或交流电能之间进行各种形式转
换的电路。
二、电力电子电路的发展
第一代：以晶闸管为主体的半控型器件；
第二代：全控型（自关断）器件；
第三代：功率集成电路，把功率开关器件、驱动、缓冲、保
护、检测和传感器等电路集中于一体。
§ 11.1 概述
三、电力电子电路按变换功能的分类
１,交流电转换成直流电（ AC→DC ）
可控整流器
２,交流电转换交流电（ AC→AC ）
两种方式
交流调压器
交交变频
３,直流电转换成直流电（ DC→DC ）
斩波器或直流变换器
４,直流电转换成交流电（ DC→AC ）
逆变器 返回
第 11章 电力电子电路
11.2 晶闸管的结构和工作原理
学习目标,1.了解电力电子电路的类型
2.掌握晶闸管的结构、工作原理
学习重点,1.晶闸管的工作原理
2.晶闸管的伏安特性
§ 11.2 晶闸管的结构和工作原理
一、晶闸管的结构
1.符号,阳极 A，阴极 K，门极 G（控制极）
2.外形：螺栓形和平板形
3.结构
硅单晶体（四层三端器件） 四层,P1 N1 P2 N2
三端：三个 PN结 J1 J2 J3
G
K
A
N
N
P
A
K
G
P J1
J2
J3
§ 11.2 晶闸管的结构和工作原理
二、晶闸管的工作原理
工作原理：
UAK>0时,J1,J3正偏,J2反偏（正向阻断状态）
UAK<0时,J1,J3反偏,J2正偏（反向阻断状态）
A
G
K
Rd
E
a
Eg
Ia
Ik
Ig
I
c
o
v1
v2
P1
N1 J1
P2
N2
J2
J3
P1
N1 N1
P2 P2
N2
§ 11.2 晶闸管的结构和工作原理
三、晶闸管的伏安特性和主要参数
1.伏安特性
1）正向特性
2）反向特性
正
向
导
通
Ig0=0
Ia
ABIH
URO
UBO
Ig1Ig2
§ 11.2 晶闸管的结构和工作原理
2.主要参数
1）电压定额
断态重复峰值电压 —— 正向峰值电压。
反向重复峰值电压 —— 反向峰值电压。
峰值电压 —— 晶闸管通以某一规定倍数的额定态平均电
流时的瞬态峰值电压。
2）电流定额
通态平均电流 —— 晶闸管在环境温度为 40° C和规定的冷
却状态下，稳定结温不超过额定结温时所允许流过的
最大工频正弦半波电流的平均值。
维持电流 —— 使晶闸管维持导通所必需的最小电流。
擎住电流 —— 晶闸管刚从断态转入通态并移除触发信号
后，能维持导通所需的最小电流。
返回
第 11章 电力电子电路
§ 11.3 单相可控整流电路
学习目标,1,了解触发电路的用途、电感性负载的
单相半控桥式整流电路
2,掌握电阻性负载的单相半控桥式整
流电路的工作原理
学习重点,1.单相可控整流电路
2.电阻性负载的单相半控桥式整流电
路的工作原理
§ 11.3 单相可控整流电路
一,电阻性负载的单相半控桥式整流电路
1,电路结构
2.工作原理
1） >0时,若无门极触发信号
承受正压 ---正向阻断；承受电压,/2
承受反压 ---反向阻断；承受电压,- /2
=0,=0
2u
41TT
32TT
2u
2u
di du
§ 11.3 单相可控整流电路
2） <0时，无门极触发信号：
承受正压 ---正向阻断；承受电压,- /2
承受反压 ---反向阻断；承受电压,/2
=0,=0
3.参数计算
1）输出电压和电流
输出直流电压平均值
输出电压有效值
2u
41TT
32TT 2u
2u
di du
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2
1
2
§ 11.3 单相可控整流电路
输出电流平均值
输出电流有效值
2）晶闸管和二极管工作参数
电流平均值
电流有效值
晶闸管承受的最大正向、反向电压和二极管承受的最大反向电
压均为
2co s19.0 2 aR
U
R
UI
LL
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22U
§ 11.3 单相可控整流电路
二、电感性负载的单相半控桥式整流电路
1.电路结构
2.工作原理
带负载 变化滞后于
di du
L较小 α 较大,ia 波形断续。
§ 11.3 单相可控整流电路
3.参数计算
输出直流电压平均值
负载平均电流
电流平均值
电流有效值
流过续流二极管的电流平均值和有效值
晶闸管承受的最大正向、反向电压、二极管和续流二极管承受
的最大反向电压均为
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返回
第 11章 电力电子电路
§ 11.4 触发电路
学习目标：触发电路的基本作用
学习重点：触发电路的基本要求
§ 11.4 触发电路
一、触发电路的基本作用
按触发角的大小在正确的时刻向对应的晶闸管提供
控制极电流使其导通。
二、触发电路的基本要求
1.触发信号
2.有足够的电压和电流。
3.触发脉冲要有足够的宽度。
4.触发脉冲必须与主回路电源同步。
5.触发脉冲的移相范围应满足变流装置的要求。
返回
1.电力电子电路的类型
2.晶闸管的结构、工作原理
3,触发电路的用途
4,电阻性负载的单相半控桥式整流电路的工作原理
小 结
§ 11.2 晶闸管的结构和工作原理
§ 11.4 触发电路
思考题
1,电阻性负载的单相半控桥式整流电路是怎样工作的？
2,触发电路有什么作用？
3.电力电子电路按功能可以分为哪几类？
4.晶闸管是如何工作的？
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第 11章 电力电子电路
§ 11.1 概述
§ 11.2 晶闸管的结构和工作原理
§ 11.3 单相可控整流电路
§ 11.4 触发电路
第 11章 电力电子电路
§ 11.1 概述
学习目标,了解电力电子电路按变换功能的
分类
学习重点,电力电子电路的功能
§ 11.1 概述
一、电力电子电路的功能
用微弱信号对电力电子器件进行通断控制，来实现
高电压、大电流的直流或交流电能之间进行各种形式转
换的电路。
二、电力电子电路的发展
第一代：以晶闸管为主体的半控型器件；
第二代：全控型（自关断）器件；
第三代：功率集成电路，把功率开关器件、驱动、缓冲、保
护、检测和传感器等电路集中于一体。
§ 11.1 概述
三、电力电子电路按变换功能的分类
１,交流电转换成直流电（ AC→DC ）
可控整流器
２,交流电转换交流电（ AC→AC ）
两种方式
交流调压器
交交变频
３,直流电转换成直流电（ DC→DC ）
斩波器或直流变换器
４,直流电转换成交流电（ DC→AC ）
逆变器 返回
第 11章 电力电子电路
11.2 晶闸管的结构和工作原理
学习目标,1.了解电力电子电路的类型
2.掌握晶闸管的结构、工作原理
学习重点,1.晶闸管的工作原理
2.晶闸管的伏安特性
§ 11.2 晶闸管的结构和工作原理
一、晶闸管的结构
1.符号,阳极 A，阴极 K，门极 G（控制极）
2.外形：螺栓形和平板形
3.结构
硅单晶体（四层三端器件） 四层,P1 N1 P2 N2
三端：三个 PN结 J1 J2 J3
G
K
A
N
N
P
A
K
G
P J1
J2
J3
§ 11.2 晶闸管的结构和工作原理
二、晶闸管的工作原理
工作原理：
UAK>0时,J1,J3正偏,J2反偏（正向阻断状态）
UAK<0时,J1,J3反偏,J2正偏（反向阻断状态）
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§ 11.2 晶闸管的结构和工作原理
三、晶闸管的伏安特性和主要参数
1.伏安特性
1）正向特性
2）反向特性
正
向
导
通
Ig0=0
Ia
ABIH
URO
UBO
Ig1Ig2
§ 11.2 晶闸管的结构和工作原理
2.主要参数
1）电压定额
断态重复峰值电压 —— 正向峰值电压。
反向重复峰值电压 —— 反向峰值电压。
峰值电压 —— 晶闸管通以某一规定倍数的额定态平均电
流时的瞬态峰值电压。
2）电流定额
通态平均电流 —— 晶闸管在环境温度为 40° C和规定的冷
却状态下，稳定结温不超过额定结温时所允许流过的
最大工频正弦半波电流的平均值。
维持电流 —— 使晶闸管维持导通所必需的最小电流。
擎住电流 —— 晶闸管刚从断态转入通态并移除触发信号
后，能维持导通所需的最小电流。
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第 11章 电力电子电路
§ 11.3 单相可控整流电路
学习目标,1,了解触发电路的用途、电感性负载的
单相半控桥式整流电路
2,掌握电阻性负载的单相半控桥式整
流电路的工作原理
学习重点,1.单相可控整流电路
2.电阻性负载的单相半控桥式整流电
路的工作原理
§ 11.3 单相可控整流电路
一,电阻性负载的单相半控桥式整流电路
1,电路结构
2.工作原理
1） >0时,若无门极触发信号
承受正压 ---正向阻断；承受电压,/2
承受反压 ---反向阻断；承受电压,- /2
=0,=0
2u
41TT
32TT
2u
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§ 11.3 单相可控整流电路
2） <0时，无门极触发信号：
承受正压 ---正向阻断；承受电压,- /2
承受反压 ---反向阻断；承受电压,/2
=0,=0
3.参数计算
1）输出电压和电流
输出直流电压平均值
输出电压有效值
2u
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§ 11.3 单相可控整流电路
输出电流平均值
输出电流有效值
2）晶闸管和二极管工作参数
电流平均值
电流有效值
晶闸管承受的最大正向、反向电压和二极管承受的最大反向电
压均为
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§ 11.3 单相可控整流电路
二、电感性负载的单相半控桥式整流电路
1.电路结构
2.工作原理
带负载 变化滞后于
di du
L较小 α 较大,ia 波形断续。
§ 11.3 单相可控整流电路
3.参数计算
输出直流电压平均值
负载平均电流
电流平均值
电流有效值
流过续流二极管的电流平均值和有效值
晶闸管承受的最大正向、反向电压、二极管和续流二极管承受
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第 11章 电力电子电路
§ 11.4 触发电路
学习目标：触发电路的基本作用
学习重点：触发电路的基本要求
§ 11.4 触发电路
一、触发电路的基本作用
按触发角的大小在正确的时刻向对应的晶闸管提供
控制极电流使其导通。
二、触发电路的基本要求
1.触发信号
2.有足够的电压和电流。
3.触发脉冲要有足够的宽度。
4.触发脉冲必须与主回路电源同步。
5.触发脉冲的移相范围应满足变流装置的要求。
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1.电力电子电路的类型
2.晶闸管的结构、工作原理
3,触发电路的用途
4,电阻性负载的单相半控桥式整流电路的工作原理
小 结
§ 11.2 晶闸管的结构和工作原理
§ 11.4 触发电路
思考题
1,电阻性负载的单相半控桥式整流电路是怎样工作的？
2,触发电路有什么作用？
3.电力电子电路按功能可以分为哪几类？
4.晶闸管是如何工作的？
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