可控硅及其變流技術(shù)

單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,*,可控硅及其變流技術(shù),郝 勇,2010,年,6,月,主要內(nèi)容,可控硅的基本結(jié)構(gòu)和特性,可控硅的主要參數(shù),可控硅整流電路的工作原理,可控硅整流橋的逆變工作狀態(tài),可控硅整流橋的過(guò)電壓保護(hù),可控硅整流橋的脈沖回路,可控硅的基本結(jié)構(gòu),外形 結(jié)構(gòu) 電氣符號(hào),可控硅的伏安特性,維持電流,擎住電流,可控硅的主要參數(shù),V,DSM,斷態(tài)不重復(fù)峰值電壓,I,TAVM,通態(tài)平均電流,I,TRMS,通態(tài)電流有效值,I,TSM,浪涌電流,V,T0,通態(tài)平均電壓,r,T,通態(tài)電阻,可控硅的主要參數(shù),關(guān)于額定電壓，可控硅實(shí)際工作時(shí)承受的正常工作電壓應(yīng)低于正、反向重復(fù)峰值電壓U,DRM,和U,RRM,，并留有2-3倍的操作過(guò)電壓余量以及采用可靠的過(guò)電壓保護(hù)措施。,（,2,倍左右的換相過(guò)電壓）,關(guān)于額定電流，應(yīng)根據(jù)實(shí)際電流的波形進(jìn)行相應(yīng)的換算，可控硅實(shí)際通過(guò)的最大平均電流應(yīng)低于額定通態(tài)平均電流I,TAV,并留有兩倍左右的余量以及采用過(guò)電流保護(hù)措施。,（發(fā)熱量按有效值計(jì)算）,關(guān)于,du/,dt,和,di/dt,，在實(shí)際電路中，應(yīng)采取措施限制,du/,dt,和,di/dt,，使其不超過(guò)規(guī)定的臨界值。當(dāng)超過(guò),du/,dt,的臨界值會(huì)造成誤導(dǎo)通，當(dāng)超過(guò),di/dt,的臨界值時(shí)會(huì)造成可控硅損壞。,常見(jiàn)三相可控硅整流電路,三相全控橋式整流,三相半控橋式整流,三相半波可控整流,可控硅整流電路的工作原理,三相半波可控整流,（電阻負(fù)載）,可控硅整流電路的工作原理,在,t,1,時(shí)刻，,SCR,1,觸發(fā)導(dǎo)通，這時(shí),a,點(diǎn)電位最高，,SCR,2,與,SCR,3,因承受反向電壓而關(guān)斷。在,t,2,時(shí)刻，,SCR,2,觸發(fā)導(dǎo)通。這時(shí),b,點(diǎn)電位最高，故,SCR,1,在反向電壓作用下被迫關(guān)斷。流過(guò)負(fù)載的電流才從,SCR,1,換流到,SCR,2,。在,t,3,時(shí)刻，給,c,相的,SCR,3,觸發(fā)脈沖后，,SCR,3,導(dǎo)通，,SCR,2,關(guān)斷。這樣，三相可控硅管將輪流導(dǎo)電，在負(fù)載上得到的直流輸出電壓,u,d,的波形如圖（,d,）所示。,可控硅整流電路的工作原理,三相半波可控整流,（電阻負(fù)載）,當(dāng),0,30,時(shí),當(dāng),30,150,時(shí),移相范圍：,0,-150,積分計(jì)算,可控硅整流電路的工作原理,三相半波可控整流,（電感負(fù)載）,當(dāng),30,時(shí)，輸出電壓,Ud,的波形與純電阻性負(fù)載一樣。但當(dāng),30,以后，例如,t2,以后,a,相的電壓,U2a,過(guò)零變負(fù)，已經(jīng)導(dǎo)通的,SCR1,由于電感,L,的反電壓作用處于正向偏置，繼續(xù)導(dǎo)通。直到,t3,時(shí)刻，,b,相的,SCR2,接受觸發(fā)脈沖而導(dǎo)通，,SCR1,才被迫關(guān)斷。這樣一來(lái)，輸出電壓,Ud,就呈現(xiàn)出負(fù)的部分，如圖（,d,）。,可控硅整流電路的工作原理,三相半波可控整流,（電感負(fù)載）,當(dāng),0,90,時(shí),移相范圍：,0,-90,可控硅整流電路的工作原理,三相全控橋式整流電路,三相全控橋式整流電路是由三相半波可控整流電路演變而來(lái)，它可看作是三相半波共陰極接法,(VT1,，,VT3,，,VT5),和三相半波共陽(yáng)極接法,(VT4,，,VT6,，,VT2),的串聯(lián)組合。,為了保證共陰極組的某一元件被觸發(fā)時(shí)，共陽(yáng)極組的前一元件的觸發(fā)信號(hào)依然存在，才能保證共陰極組與共陽(yáng)極組各有一元件同時(shí)處在被觸發(fā)狀態(tài)，構(gòu)成電流的通路，一般采用“,寬脈沖觸發(fā),“或”“,雙窄脈沖觸發(fā),”。,三相全控整流橋的工作原理,導(dǎo)通順序：,VT1,VT2 VT3 VT4 VT5 VT6,可控硅整流電路的工作原理,可控硅整流電路的工作原理,三相全控整流橋的工作特點(diǎn),任何時(shí)候共陰極組、共陽(yáng)極組各有一只元件同時(shí)導(dǎo)通，且不在同一相上。,輸出電壓由六段線電壓組成，每周期脈動(dòng),6,次。,共陰極組元件脈沖相位相差,120D,，共陽(yáng)極組元件脈沖相位相差,120D,，同一相的元件脈沖相位相差,180D,。,電流連續(xù)時(shí)，每個(gè)元件在一周期內(nèi)導(dǎo)通,120D,，阻斷,240D,。,將一個(gè)周期分為六個(gè)區(qū)間,時(shí)段,I,II,III,IV,V,VI,導(dǎo)通元件,VT6,VT1,VT1,VT2,VT2,VT3,VT3,VT4,VT4,VT5,VT5,VT6,輸出電壓,U,AB,U,AC,U,BC,U,BA,U,CA,U,CB,三相全控整流橋的輸出電壓波形,電阻性負(fù)載，移相范圍,0-120D,。,可控硅整流電路的工作原理,三相全控整流橋的輸出電壓波形,電感性負(fù)載，移相范圍,0-90D,。,可控硅整流電路的工作原理,可控硅整流電路的工作原理,三相全控整流橋的換相,換相時(shí)要考慮交流電源感抗的影響，電路換流需要換相時(shí)間。,換相電壓、電流波形,換相期間，輸出電壓是參與換相兩相電壓的平均值。,三相全控整流橋的換相,換相時(shí)的等效電路,換相期間相當(dāng)于兩相短路,可控硅整流電路的工作原理,三相全控整流橋的換相,換相重疊角,整流電流,I,d,越大,換相電壓,E,越小,控制角,a,越小,換相電抗,X,g,越大,換相角,g,越大,可控硅整流電路的工作原理,可控硅整流橋的逆變工作狀態(tài),在,90,時(shí)，輸出平均電壓,U,d,為正值，三相全控橋工作在整流狀態(tài)，將交流轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷鳌?在,90,時(shí)，輸出平均電壓,U,d,則為負(fù)值，三相全控橋工作在,有源逆變狀態(tài),，將直流轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣鳌?可控硅整流橋的逆變工作狀態(tài),可控硅整流橋的逆變工作狀態(tài),當(dāng)控制角,為,120,時(shí)，在,t2,時(shí)刻，,SCR1,觸發(fā)導(dǎo)通，此時(shí),Uab,雖然過(guò)零開(kāi)始變負(fù)，但電感,L,上阻止電流,id,減小的感應(yīng)電勢(shì),eL,較大，使,eL-Uab,仍為正，故,SCR1,與,SCR6,仍在正向陽(yáng)極電壓下工作。這時(shí)直流側(cè)電壓的瞬時(shí)值,Uab,與電流,jd,的方向相反，交流側(cè)吸收功率。,到,t3,時(shí)刻，,C,相的,SCR2,觸發(fā)導(dǎo)通，這時(shí),Uac,雖然進(jìn)入負(fù)半調(diào)，但電感電勢(shì),L,仍足夠大，可以維持,SCR1,與,SCR2,的導(dǎo)通，繼續(xù)向交流側(cè)反饋能量。,可控硅整流橋的逆變工作狀態(tài),可控硅整流橋的逆變工作狀態(tài),從這些波形可以看到，六個(gè)橋臂上的可控硅元件，每個(gè)元件都是連續(xù)導(dǎo)電,120,，每隔,60,有一個(gè)可控硅元件換流。,在全控橋中常將,=180-,叫作逆變角。由于,90,才進(jìn)入逆變狀態(tài)，故逆變角,總是小于,90,的。可用下式表示三相全控橋在逆變工作狀態(tài)時(shí)的反向直流平均電壓，即,U,=-1.35U,1,COS(180-),=1.35U,1,COS,可控硅整流橋的逆變工作狀態(tài),可控硅整流橋的逆變工作狀態(tài),實(shí)際上，,=180(=0),的逆變波形是一種假想的工作情況，電路不能工作在,=0,的假想點(diǎn)。逆變角必須大于某一最小逆變角,min,，即控制角,不能大于（,180-min,）。,最小逆變角可由下式?jīng)Q定：,min,+,稱為關(guān)斷越前角或關(guān)斷角。,代表?yè)Q流時(shí)的換相重迭角。,可控硅整流橋的逆變工作狀態(tài),可控硅整流橋的逆變工作狀態(tài),如果逆變角小于上述二角之和（,+,），則可能造成逆變換流失敗，前一應(yīng)關(guān)斷的元件關(guān)斷不了，后一應(yīng)開(kāi)通的元件不能開(kāi)通，還有可能使某一回路的可控硅元件連續(xù)通流而過(guò)熱。,在逆變時(shí)若交流電源的電壓消失，則轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組能量不能反饋到交流電網(wǎng)去，可控硅元件之間無(wú)交流電壓的作用而不能實(shí)現(xiàn)換流，最后已導(dǎo)通的一組可控硅元件在勵(lì)磁繞組感應(yīng)電勢(shì),eL,的作用下持續(xù)導(dǎo)通，處于續(xù)流狀態(tài)，直到電感中能量放完。如果所選元件不能承受這種工作狀態(tài)下的電流容量，則可能損壞可控硅元件或燒斷快熔斷器。,可控硅整流橋的逆變工作狀態(tài),可控硅整流橋的逆變工作狀態(tài),如果逆變角,過(guò)小，或者逆變過(guò)程中三相全控橋的觸發(fā)脈沖因故突然消失，則最后導(dǎo)通的一組可控硅元件，將工作在勵(lì)磁繞組電感“放電,激磁,放電”的交替過(guò)程中。,可控硅整流橋的逆變工作狀態(tài),晶閘管關(guān)斷過(guò)電壓,(,換相過(guò)電壓,),反向電流迅速恢復(fù)，載流子消失,交流側(cè)操作過(guò)電壓,（勵(lì)磁系統(tǒng)一般不涉及）,變壓器合閘靜電感應(yīng)過(guò)電壓,并聯(lián)負(fù)載拉閘過(guò)電壓,變壓器分閘過(guò)電壓,雷擊或電網(wǎng)侵入的過(guò)電壓,（勵(lì)磁系統(tǒng)一般不涉及）,浪涌電壓,(,能量較大,),可控硅整流橋的過(guò)電壓保護(hù),晶閘管換相過(guò)電壓,阻容吸收保護(hù),電容電壓不能突變，關(guān)斷時(shí)刻的,d,u,/d,t,變小了，但是開(kāi)通時(shí)刻的,d,i,/d,t,變大了,。,利用電阻限制,開(kāi)通時(shí)刻的,d,i,/d,t,。,利用二極管進(jìn)一步限制,開(kāi)通時(shí)刻的,d,i,/d,t,可控硅整流橋的過(guò)電壓保護(hù),交流側(cè)操作過(guò)電壓,阻容吸收保護(hù),可控硅整流橋的過(guò)電壓保護(hù),三角形接法 星形接法 集中阻斷接法,雷擊或電網(wǎng)侵入的過(guò)電壓,非線性電阻,(,硒堆、壓敏電阻等,),快速吸收、能量較大,可控硅整流橋的過(guò)電壓保護(hù),三角形接法 星形接法,脈沖回路的電路原理,脈沖變壓器實(shí)現(xiàn)主回路與控制回路之間的電氣隔離,脈沖變壓器變比,2,：,1,，耐壓可達(dá),15kV,可控硅整流橋的脈沖回路,保證脈沖前沿陡度,脈沖如何同步,同步變壓器,阻容濾波,同步電壓整形,可控硅整流橋的脈沖回路,a,補(bǔ)償角度,