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1、电力电子技术在调光中的应用,第37、38讲,电力电子技术在交流调光电路中,如图所示的交流调光电路。 1。准备知识： 图中D为双向二极管，当 双向二极管的特性曲线见右图： 1）当电容器上正下负充电达到（电容器上电压高于或低于）某一电压值（如+16伏）时，双向二极管输出一个正脉冲； 2）当加到双向二极管D一端的电压从零到达-16V时，双向二极管输出一个正负脉冲； 3）双向二极管作为脉冲形成电路供给双向晶闸管一组触发脉冲。,2。晶闸管的触发电路由以下部分组成： 1）同步电路：触发电路的电源直接取自交流电源220伏电压。该220伏的电压也是加给双向晶闸管的电源。 为同频电源（同一电源）频率与相位相同。
2、,2）触发电路：触发脉冲形成电路。 由R、W和C及D组成。 （1）在交流电的正半周，给电容器C充电，当电容器上电压上升到16伏时，双向二极管D输出一个正脉冲，去驱动晶闸管导通，灯泡L上获得交流电的正半周。这样构成了电容器上电压的放电回路。,（2）在交流电的负半周，给电容器C先放电，再反向充电，当电容器上反向电压上升到负16伏时，双向二极管D输出一个负脉冲，去驱动晶闸管导通，灯泡L上获得交流电的负半周。电容通过晶闸管的门极与T1端形成放电回路。 调节W的大小，可以调节了电容器上电压到达16伏的时间，也就调节了灯泡的亮度。我们说调节角。,3）驱动输出电路：由D和R2组成 脉冲形成后，可直接去接双向
3、晶闸管的门极，为了防止冲击电流太大，串联一个电阻R2，以防止电流大，烧毁双向二极管。,4）保护电路：为了限制 ，需要并联RC保护阻容网络，R约为50-100，C为0.1f。 双向晶闸管抗电压上升率的能力较差，用阻容吸收网络可以保护双向晶闸管的安全。,3。电路的工作原理 利用双向晶闸管的双向可控特性在交流电的正、负半周都控制晶闸管的导通角，可以实现交流电压输出有效值的调节。 1）从双向晶闸管的伏安特性曲线上可以看出，晶闸管在第一象限可以导通，在第三象限也可以控制导通。,2）当晶闸管T2电位大于T1电位，若门极加上一个相对于T2为负电位的信号，器件在第三象限导通，称为-触发。 当电容器C充电，当电
4、容器上电压上升到16伏时，双向二极管D输出一个正脉冲，但与220伏电压比较，仍是一个小于220伏的脉冲，器件在第三象限导通，是-触发。 3）在交流电的正半周，T2端的电位大于T1端的电位，触发脉冲控制双向晶闸管导通，则电流从上往下流动，全电压加到负载L灯泡上。,-触发原理（门极相对于T2为负）,4）当双向晶闸管T1极电位大于T2极电位，门极G电位小于T2电位，器件在第象限导通称为I-触发。 5）在交流电的负半周，T1电位大于T2的电位，电路工作在第1象限，由于这时电容器反向充电，当电容器上反向电压上升到负16伏时，双向二极管D输出一个负脉冲。 6）负脉冲驱动晶闸管导通，电流从下往上流动，负电压
5、全加到灯泡L上。,7）这样在一交流电的周期中，电流先从上到下流过负载；然后再从下到上流过负载； 8）在负载得到一个交流电源电压的全部或部分。,9）调节W的大小，可以调节了电容器上电压到达16伏的时间，也就调节了灯泡的亮度。我们说调节角。,电力电子技术在电子镇流器中的应用,第37、38讲,1. 日光灯电子镇流器,在各种气体放电灯中采用电子镇流器已成为广泛采用的节能措施，传统的 镇流器是电感式的，电感镇流器的构造本身就会产生涡流，发生功耗，加之使用的矽钢片的材料质量、制作工艺都会加剧这一功耗使镇流器发热。 电子镇流器的电路见下图,2. 电子镇流器的组成框图,如图所示的电子镇流器的原理框图， 1）滤
6、波器：防止交流电网干扰串入到电子镇流器中来；也防止电子镇流器中的谐波成份通过交流电源干扰其它用电器。 2）整流器：把交流电变成一个直流电压，桥式整流对输入电源要求低,3）PFC升压变换：在其整流器与大容量的滤波电解电容器之间，设置一级功率因数校正 (PFC)升压型变换电路，其作用就是获得低电流谐波畸变，实现高功率因数。 4）逆变器：电子镇流器的核心是高频变换电路，DCAC变换电路实现，图中是T1管和T2管的通断来决定电路频率,5）输出网络： 高频电子镇流器的输出级电路通常采用LC串联谐振网络，灯的启动通过LC 电路发生串联谐振，利用启动电容C5两端产生的高压脉冲将灯引燃； 6）控制电路： （1
7、）启动电路：由R1、C1、双向二极管D组成，通过R7控制T2晶体管的基极,（2）是由磁环变压器、T1与T2管的驱动线圈来决定T1和T2管的通断； （3）由L、C4和C5启动灯管,3. 电子镇流器的工作原理,电子镇流器的核心是高频变换电路。 DCAC逆变器的功能是将直流电压变换成高频电压，逆变电路全控型开关 器件，开关频率一般为2070kHz，主要有半桥式逆变电路和推挽式逆变电路两种形式。,1）电子镇流器的工作原理-防干扰,工频市电电压在整流之前，首先经过射频干扰(RFI)滤波器滤波，RFI滤波器一般由电感和电容元件组成，用来阻止镇流器产生的高次谐波反馈到输入交流电网，以抑止对电网的污染和对电子
8、设备的干扰，同时也可以防止来自电网的干扰侵入到电子镇流器。,2）电子镇流器的工作原理-交流变直流,（1）电子镇流器首先把交流电变成一个直流电压，通过一个不可控的桥式整流电路把输入的220伏的交流电变成一个约311伏的直流电，经电容器滤波，电容器C1从经济的角度取值都不会太大，约有10UF/450伏。也有人用两个串联的电容器来应用。 （2）电子镇流器对输入电源要求低，通常输入电压大于90伏就可以启动工作了（但亮度不够）。,3）电子镇流器的工作原理直流变交流,（1）电子镇流器的核心是高频变换电路DC AC。 DCAC逆变器的功能是将直流电压变换成高频电压，逆变电路全控型开关器件，开关频率一般为20
9、70kHz （2）电路采用半桥式逆变电路和推挽式逆变电路两种形式。图中采用的是半桥式逆变电路（两个功率晶体管M13005组成半桥逆变电路。,3）电子镇流器的工作原理直流变交流,（3）加电后，311伏的直流电压通过电阻R1，给电容器C2充电，当电容器C2上电压达到16V时，双向二极管D输出一个正脉冲电压信号 （4）正脉冲电压信号经R7加到T2晶体管的基极，T2晶体管导通：T2管的导通使电容器C2通过双向二极管DR7T2R3构成放电回路，在电容器C2上输出一串锯齿波； （5）T2管的导通使半桥的中点A电位下降，从而引起：,3）电子镇流器的工作原理直流变交流,（6）A点电位下降，311伏直流电压通过
10、灯管的上端灯丝启动电容器C5电容器C4电感L磁环线圈T2管R3电阻构成回路，给灯丝加热，给电感L贮存能量，当电路串联谐振时，利用启动电容C5两端产生的高压脉冲将灯管点亮，电流从上往下；灯管点亮后，其内阻较小电路失谐 （7）当电流流过磁环变压器时，会给绕在磁环上另外两个线圈上感应两个电压，一个正电压加给晶体管T1的基极，只一个负电压加给晶体管T2的基极。,3）电子镇流器的工作原理直流变交流,（8）这两个脉冲电压使T2管关断，A点电位上升；又使T1管开通，再使A点电位上升到约310伏，流过失谐电路的电流反向。 这样就在负载灯管上得到一个交变的电流，其交变的频率是由电路中晶体管T1和晶体管T2的导通
11、时间决定的。 参数,4）电子镇流器的工作原理-串联谐振电路,（1）高频电子镇流器的输出级电路通常采用LC串联谐振网络，灯的启动通过LC 电路发生串联谐振，利用启动电容C5两端产生的高压脉冲将灯引燃； （2）在灯启动之后，电感元件对灯起限流作用，由于电子镇流器开关频率较高，故电感器L只需要很小体积即可胜任。,4。电子镇流器的输出波形,1）电容器C2上的波形：,1）电压升高后 2）周期变化后的电容器C2上波形；A点波形,滤波电容器大小对输出波形稳定性的影响： 1）使电容器C2上电压的波动增大； 2）电路整流后C1滤波后带载电压有锯齿状，当周期变小后成方波。,2）双向二极管的输出波形（T2管基极波形
12、）,3）以A点为参考点测量T1管和T2管两端的波形,电压型逆变器，T1和T2管开关方式工作，,4）负载的电压、电流波形（参考点为灯脚与电阻连接点）,下面的波形是电阻两端的，是正电压； 而上面的波形是灯管两端波形，从参考点设置上看，波形应翻180度，才为正，这时电流波形朝前电压波形。这是因为灯管两端并接电容器C5。,滤波电容对波形的影响 1）C2上波形 2）A点对地波形本来是方波，当周期变长时，可以看出输出的方波也受电容器滤波输出波形的影响，方波上顶抖动。按电容器上电压波动抖动。,5。电子镇流器的辅助电路,（1）为使电子镇流器安全可靠地工作，还要设计辅助电路，比如：从镇流器输出到DC/AC逆变电
13、路引入反馈网络，通过控制电路以保证与高频产生器频率同步化； （2）采用异常状态保护电路，将电子镇流器地输出信号采样，一旦出现灯开路或灯不能启动等异常状态，则通过控制电路使振荡器停振，关断高频变换器输出，从而实现保护功能。,6。电子镇流器的主要优点：,1）能耗低、效率高 电感的功耗较大。 2）发光效率高，荧光灯的发光效率(简称光效)和供电的频 率有关，即随工作频率的增加而增加。 3）具有高功率因数，因为在电子镇流器中，具有采用功率因数校正电路。 4）在电网电压波动的情况下，保持灯功率和光输出的恒定。,给出一个参考波形：,再给出一个电压、电流波形和电子镇流器的实物图：,第37、38讲到此结束。 同
14、学们，再见。,电力电子技术在电焊机中的应用,第39讲,电焊机是用电能产生热量加热金属而实现焊接的电气设 备，按照焊接加热原理的不同分为电弧焊机和电阻焊机 两大类型。 电弧焊机是通过产生电弧使金属融化而实现焊接；电 阻焊机是使焊接金属通过大电流，利用工件表面接触电 阻产生发热而融化实现焊接。 目前基于电力电子变换器采用间接直流变换结构的各 种直流焊接电源由于其优良的特性而得到了广泛的应 用，这种焊接电源中由于存在高频逆变环节，又常被称 为逆变焊机电源。,弧焊电源的结构和基本工作原理 工频市电电压首先经过射频干扰(RFI)滤波器滤波后 被整流为直流，再经DC/AC逆变器变换为高频交流电，经 变压器
15、降压隔离后再经过整流和滤波得到平滑的直流电。 逆变电路使用的开关器件通常为全控型电力半导体器 件，开关频率一般为几k几十kHz，电路结构为半桥、全 桥等形式，弧焊电源的输出电压一般只有几十伏，因此输 出整流电路通常采用全波电路以降低电路的损耗。,弧焊电源的输出电压电流特性依据不同的焊接工艺有不同的要 求，图10-46为一种弧焊电源的外特性曲线；弧焊电源的控制电路将检 测电源的输出电压及电流，调整逆变电路开关器件的工作状态实现所 需的控制特性。 与传统的基于电磁元件的电源相比，由于采用了高频的中间交流环 节，大大降低了电源的体积、重量，同时提高了电源效率、输入功率 因数，输出控制性能也得到改善。,电力电子技术的应用十分广泛，现在已经渗透到 了工业乃至民生的每一个角落，在电力电子发展 的早期，的确需要不断寻找新的用途，时至今 日，如果要找出一个使用电能的领域完全不用电 力电子技术恐怕已经很困难了；本章讲述了电力 电子技术在电力传动、各种交直流电源、电力系 统、焊接和照明等各方面的应用；因为电力电子 技术的应用范围如此之广，本章的内容就难免挂 一漏万，只能涉及到电力电子技术应用的一部分 内容，但也是用的最多的部分。,