電力電子基礎(chǔ)知識大作業(yè)

1、 電力電子技術(shù)課程大作業(yè)電力電子技術(shù)器件、電路和技術(shù)綜述 院（系）名稱信息工程學(xué)院 專業(yè)名稱電子信息工程技術(shù) 學(xué)生姓名XXX學(xué) 號xxx 指導(dǎo)教師王照平2015年6月12日 黃河科技學(xué)院課程作業(yè) 第 21 頁基于電力電子技術(shù)器件、電路和技術(shù)綜述的1、概述從廣義來講，電子技術(shù)應(yīng)包含信息電子技術(shù)和電力電子技術(shù)兩大分支，而通常所說的電子技術(shù)一般指信息電子技術(shù)。電力電子技術(shù)也稱為電力電子學(xué)，它真正成為一門獨立的學(xué)科始于1957年第一只晶閘管的問世。在1970年國際電氣和電子工程協(xié)會（IEEE）電力電子學(xué)會上對電力電子技術(shù)作了以下定義：“電力電子技術(shù)就是有效地使用電力電子器件，應(yīng)用電路和設(shè)計理論及分析開

2、發(fā)工具，實現(xiàn)對電能的高效能變換和控制的一門技術(shù)。它包括對電壓、電流頻率和波形的變換?！焙喲灾?，電力電子技術(shù)就是利用電力電子器件對電能形態(tài)進(jìn)行變換和控制的一門技術(shù)。電力電子技術(shù)是電力、電子控制三大電氣工程技術(shù)領(lǐng)域之間的交叉學(xué)科，它們之間的關(guān)系可用倒三角圖形描述，如圖1-1所示。 圖1-1 描述電力電子學(xué)的倒三角形第一，電力電子技術(shù)是在電子技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它們都可可分為器件、電路和應(yīng)用三個部分，且器件的材料和制造工藝基本相同，只有兩者的應(yīng)用目的有所不同，電子技術(shù)應(yīng)用于信息的處理（如放大等），電力電子技術(shù)應(yīng)用于電力變換和控制，它所變換的功率可大到數(shù)百甚至數(shù)千兆瓦，也可以小到幾瓦或毫瓦數(shù)量級。

3、第二，電力電子技術(shù)廣泛應(yīng)用于電器工程，如高壓直流輸電、靜止無功補償、電力機車牽引、交直流電力傳動、電解、勵磁、電加熱、高性能交直流電源等電力系統(tǒng)和電器工程中，它對電器工程的現(xiàn)代化起著重要推動作用。第三，電力電子技術(shù)可以看成是弱電控制強電的技術(shù)，是弱點和強電之間的接口。而控制理論是實現(xiàn)這種接口的一種強有力的紐帶,是電力電子技術(shù)重要理論依據(jù)。所以，也可以認(rèn)為：電力電子技術(shù)是運用控制理論將電子技術(shù)應(yīng)用到電力領(lǐng)域的綜合性技術(shù)。2、電力電子常用器件 2.1、電力電子器件概念 可以直接用于處理電能的主電路中，實現(xiàn)電能的變換或控制的電子器件。 2.2、電力電子器件分類 按照電力電子器件能夠被控制所實現(xiàn)控制的

4、程度分為下列三類： 不可控器件(Power Diode)：不能用控制信號來控制其通斷, 因此也就不需 要驅(qū)動電路。 半控型器件（Thyristor）：通過控制信號可以控制其導(dǎo)通而不能控制其關(guān)斷 全控型器件（IGBT,MOSFET)：通過控制信號既可控制其導(dǎo)通又可控制其關(guān) 斷，又稱自關(guān)斷器件。 按照驅(qū)動電路加在電力電子器件控制端和公共端之間的信號的性質(zhì)，我們又可以將電力電子器件分為電流驅(qū)動型和電壓驅(qū)動型兩類： 電流驅(qū)動型：通過從控制端注入或者抽出電流來實現(xiàn)導(dǎo)通或者關(guān)斷的控制。電壓驅(qū)動型：僅通過在控制端和公共端之間施加一定的電壓信號就可實現(xiàn)導(dǎo)通或者關(guān)斷的控制。2.3、不可控器件電力二極管2.3.1

5、 電力二極管的工作原理 基本結(jié)構(gòu)和工作原理與信息電子電路中的二極管是一樣的。由一個面積較大的PN結(jié)和兩端引線以及封裝外殼組成。從外形上看，主要有螺栓型和平板型兩種封裝。如圖2-1所示 圖2-1 電力二極管的外形、結(jié)構(gòu)和電氣符號 （a) 外形 （b) 結(jié)構(gòu) （c) 電氣圖形符號  狀態(tài)參數(shù)正向?qū)ǚ聪蚪刂狗聪驌舸╇娏髡虼髱缀鯙榱惴聪虼箅妷壕S持1V反向大反向大阻態(tài)低阻態(tài)高阻態(tài) - -二極管的基本原理就在于PN結(jié)的單向?qū)щ娦赃@一主要特征PN結(jié)的反向擊穿（兩種形式）：雪崩擊穿、齊納擊穿。均可能導(dǎo)致熱擊穿(永久性擊穿）2.3.2 電力二極管與信息電子電路中的普通二極管 的區(qū)別 由于電力二極管

6、正向?qū)〞r要流過很大的電流，其電流密度較大，因而額外載流子的注入水平較高，而且其引線和焊接電阻的壓降等都有明顯的影響；再加上其承受的電流變化率di/dt較大，因而其引線和器件自身的電感效應(yīng)也會有較大的影響。此外，為了提高器件的反向耐壓，其摻雜濃度低也造成正向壓降較大。2.4 半控型器件-晶閘管 晶閘管這個名稱往往專指普通晶閘管（SCR），但隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展。晶閘管還應(yīng)包括許多類型的派生器件。包括快速晶閘管（FST）、雙向晶閘管（TRIAC）、逆導(dǎo)晶閘管（RCT）和光控晶閘管（LTT）等。這里所說的晶閘管都是指普通晶閘管。2.4.1 晶閘管的結(jié)構(gòu)及工作原理 按照外形封裝形式可分為：小電流塑

7、封式（圖a)、小電流螺拴式(圖b)、大電流螺拴式額定電流在200A以上(圖c)、大電流平板式額定電流在200A以上(圖d)、圖形符號（圖e) 圖2-2 晶閘管的外形及圖形符號 由于通過門極我們可以控制晶閘管的開通；而通過門極我們不能控制晶閘管的關(guān)斷，因此，晶閘管才被我們稱為半控型器件。 圖2-3 晶閘管的管芯結(jié)構(gòu)和等效電路 按照等效電路和晶體管的工作原理，我們可列出如下方程： IC11IAICO1 (21) IC22IKICO2 (22) IKIAIG （23) IAIC1IC2 (24) 1IC1/IA、2IC2/IK分別是晶體管V1和V2的共基極接法的電流放大倍數(shù)，ICO1和ICO2則分別

8、是V1和V2的共基極漏電流。推出： （1-5） 在低發(fā)射極電流下a 是很小的，而當(dāng)發(fā)射極電流建立起來之后，a 迅速增大。 阻斷狀態(tài)：IG=0，a1+a2很小。流過晶閘管的漏電流稍大于兩個晶體管漏電流之和。 飽和導(dǎo)通：注入觸發(fā)電流使晶體管的發(fā)射極電流增大以致a1+a2趨近于1的話，流過晶閘管的電流IA，將趨近于無窮大，實現(xiàn)飽和導(dǎo)通。IA實際由外電路決定。晶閘管導(dǎo)通的必要條件是： 必須在晶閘管的陽極、陰極加上正向電壓。 必須在門極和陰極之間加上正向門極電壓，也稱為觸發(fā)電壓。 流過晶閘管的陽極電壓IA必須大于晶閘管的維持電流IH。2.5 晶閘管的應(yīng)用 已被廣泛應(yīng)用于可控整流、逆變、交流調(diào)壓、直流變換

9、等領(lǐng)域。2.6 全控型電力電子器件 晶閘管通過控制信號可以控制其導(dǎo)通，而無法控制其關(guān)斷，因此，我們稱其為半控型器件。通過控制信號既可以控制其導(dǎo)通，又可以控制其關(guān)斷的電力電子器件被稱為全控型器件。是當(dāng)前電力電子器件中發(fā)展最快的一類器件，這類器件品種很多，目前常見的有門極可關(guān)斷晶閘管（GTO）、電力晶體管（GTR）、電力場效應(yīng)晶體管（Power MOSFET）、結(jié)緣柵雙極型晶體管（IGBT）等。 根據(jù)器件內(nèi)部載流子參與導(dǎo)電的種類不同，全控型器件又可分為單極型、雙極型和復(fù)合型三類。器件內(nèi)部只有一種載流子參與導(dǎo)電的稱為單極型，如電力場控晶體管（Power MOSFET）、靜電感應(yīng)晶體管（SIT）等；器

10、件內(nèi)部有電子和空穴兩種載流子導(dǎo)電的稱為雙極型器件，如GTR、GTO、SITH等；由雙極型器件與單極型器件復(fù)合而成的新型器件稱為復(fù)合型器件，如IGBT等。2.6.1 門極可關(guān)斷晶閘管（GTO） 門極可關(guān)斷晶閘管GTO是普通晶閘管的一種派生器件，與晶閘管一樣都是PNPN四層三端結(jié)構(gòu)。其電壓、電流容量較大，與普通晶閘管相近，因而在大功率場合仍有較多的應(yīng)用。 GTO主要用于直流變換和逆變等需要器件強迫關(guān)斷的地方。 和普通晶閘管的管芯結(jié)構(gòu)基本一樣，外部仍然是引出陽極、陰極和門極（控制極）。不同的是，GTO是一種多元的功率集成器件，雖然外部同樣引出三個電極，但內(nèi)部則包含了數(shù)拾個甚至數(shù)百個共陽極的小GTO單

11、元，這些小GTO單元的陰極和門極則在器件內(nèi)部并聯(lián)在一起。 如圖2-3是GTO的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號 圖2-3 GTO的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號 a. 各單元的陰極、門極間隔排列 b. 并聯(lián)單元結(jié)構(gòu)斷面示意圖 c. 電氣圖形符號2.6.2 GTO工作原理GTO的工作原理仍然可以用圖24所示的互補雙晶體管模型來分析 圖2-4 晶閘管的管芯結(jié)構(gòu)和等效電路 P1N1P2和N1P2N2構(gòu)成的兩個互補晶體管V1、V2分別具有共基極電流增益（共基極放大倍數(shù)）1和2。由普通晶閘管的分析可以看出，121是器件臨界導(dǎo)通的條件。 當(dāng)12>1時，兩個互補晶體管V1、V2進(jìn)入過飽和而使器件導(dǎo)通；當(dāng)12<1時

12、，不能維持飽和導(dǎo)通而關(guān)斷 2.7 電力晶體管（GTR） 電力晶體管（Giant Transistor）簡稱GTR，又稱為巨型晶體管。是一種雙極型大功率高耐壓晶體管。因此，也稱為BJT，在電力電子技術(shù)的范圍內(nèi)，GTR與BJT這兩個名稱是等效的。 它具有自關(guān)斷能力、控制方便、開關(guān)時間短、高頻特性好、價格低廉等優(yōu)點。目前GTR的容量已達(dá)400A/1200V、1000A/400V，工作頻率可達(dá)5kHz，因此被廣泛應(yīng)用于不停電電源、中頻電源和交/直流電機調(diào)速等電力變流裝置中。 2.7.1 GTR的結(jié)構(gòu)和工作原理NPN三層擴(kuò)散臺面型結(jié)構(gòu)是單管GTR的典型結(jié)構(gòu)。如圖（a）所示：圖中摻雜濃度高的N區(qū)稱為GTR

13、的發(fā)射區(qū)，E為發(fā)射極?；鶇^(qū)是一個厚度在幾微米至幾十微米之間的P型半導(dǎo)體層薄層，B為基極。集電區(qū)是N型半導(dǎo)體，C為集電極。圖（c）是GTR的電氣符號。為了提高GTR的耐壓能力，在集電區(qū)中設(shè)置了輕摻雜的N 區(qū)。在兩種不同類型的半導(dǎo)體交界處N+ -P構(gòu)成發(fā)射結(jié)J1, P-N構(gòu)成集電結(jié)J2,如圖（b）所示。 圖2-5 GTR的結(jié)構(gòu)及電氣符號 在電力電子技術(shù)中，GTR主要工作在開關(guān)狀態(tài)，我們希望它在電路中的表現(xiàn)接近于理想開關(guān)-即導(dǎo)通時的管壓降趨近于零，截止時的電流趨近于零，而且兩種狀態(tài)間的轉(zhuǎn)換過程要足夠快。 如圖2-6 GTR的開關(guān)電路及輸出特性 圖2-6 GTR的開關(guān)電路及輸出特性2.8 絕緣柵雙極型

14、晶體管（IGBT） 絕緣柵雙極型晶體管（Insulated Gate Bipolar Transistor）簡稱為IGBT，因為它的等效結(jié)構(gòu)具有晶體管模式，所以稱為絕緣柵雙極型晶體管。IGBT于1982年開始研制，1986年投入生產(chǎn)，是當(dāng)前發(fā)展最快而且最有前途的一種混合型器件。目前IGBT的產(chǎn)品已經(jīng)系列化，其最大電流容量達(dá)1800A，最高電壓等級達(dá)4500V，工作頻率達(dá)50KHz。IGBT綜合了MOSFET和GTR的優(yōu)點，其導(dǎo)通電阻是同一耐壓規(guī)格MOSFET的1/10，開關(guān)時間是同容量GTR的1/10。在電機拖動控制、中頻電源、各種開關(guān)電源以及其他高速低耗的中、小功率領(lǐng)域，IGBT大有取代GT

15、R和MOSFET的趨勢。2.8.1 IGBT的工作原理 在實際應(yīng)用電路中IGBT的集電極C接電源正極，發(fā)射極E接電源負(fù)極，它的導(dǎo)通和關(guān)斷由柵極電壓來控制。 如圖2-7所示是IGBT的結(jié)構(gòu)、等效電路及電氣符號 圖2-7 IGBT的結(jié)構(gòu)、等效電路及電氣符號3、 電力電子的變換電路 變換電路可分為：整流電路、逆變電路、交流變換電路、直流斬波電路。3.1 整流電路 整流電路：出現(xiàn)最早的電力電子電路的一種，也是應(yīng)用最基本最廣泛的電能變換電路，將交流電變?yōu)橹绷麟姟?按組成的器件可分為不可控、半控、全控三種。 按電路結(jié)構(gòu)可分為橋式電路和零式電路。 按交流輸入相數(shù)分為單相電路和多相電路。 按變壓器二次側(cè)電流的

16、方向是單向或雙向。3.2 單相可控整流電路3.2.1 單相半波可控整流電路3.2.11 帶電阻負(fù)載的工作情況 電阻負(fù)載的特點：電壓與電流成正比，兩者波形相同 如圖3-1(a)所示為單向半波帶電阻性負(fù)載可控整流電路，它由整流變壓器TR、晶閘管VT和負(fù)載電阻Rd組成。圖中u1、u2分別為變壓器一二側(cè)電壓瞬時值，ud.id分別是負(fù)載電壓和負(fù)載電流瞬時值，ut、it分別為晶閘管兩端電壓和通過晶閘管的電流瞬時值；i2為變壓器二次繞組電流瞬時值。 圖3-1 單相半波可控整流電路及波形 觸發(fā)延遲角：從晶閘管開始承受正向陽極電壓起到施 加觸發(fā)脈沖止的電角度, 用a 表示,也稱觸發(fā)角或控制角。ud 導(dǎo)通角：晶閘

17、管在一個電源周期中處于通態(tài)的電角度，用表示 。 移相范圍: 使整流電壓平均值 ud 從最大值變到0時對應(yīng)的角的變化范圍。直流輸出電壓平均值為VT的移相范圍為180°通過控制觸發(fā)脈沖的相位來控制直流輸出電壓大小的方式稱為相位控制方式，簡稱相控方式。3.2.12 帶阻感負(fù)載的工作情況 阻感負(fù)載的特點：電感對電流變化有抗拒作用，使得流過電感的電流不能發(fā)生突變。電力電子電路的一種基本分析方法:通過器件的理想化，將電路簡化為分段線性電路，分段進(jìn)行分析計算。對單相半波電路的分析可基于上述方法進(jìn)行：當(dāng)VT處于斷態(tài)時，相當(dāng)于電路在VT處斷開，id=0。當(dāng)VT處于通態(tài)時，相當(dāng)于VT短路。 圖3-2 帶

18、阻感負(fù)載的單相半波電路及其波形3.3 單相橋式全控整流電路3.3.1帶電阻負(fù)載的工作情況 如圖3-3，VT1和VT4組成一對橋臂，在u2正半周承受電壓u2，得到觸發(fā)脈沖即導(dǎo)通，當(dāng)u2過零時關(guān)斷； VT2和VT3組成另一對橋臂，在u2負(fù)半周承受電壓-u2，得到觸發(fā)脈沖即導(dǎo)通，當(dāng)u2過零時關(guān)斷。 圖3-3 單相全控橋式帶電阻負(fù)載時的電路及波形3.3.2 帶阻感負(fù)載的工作情況假設(shè)電路已工作于穩(wěn)態(tài)，如圖3-4，id的平均值不變。假設(shè)負(fù)載電感很大，負(fù)載電流id連續(xù)且波形近似為一水平線。u2過零變負(fù)時，晶閘管VT1和VT4并不關(guān)斷。至t=+a 時刻，晶閘管VT1和VT4關(guān)斷，VT2和VT3兩管導(dǎo)通。2Ow

19、tOwtOwtudidi2b)OwtOwtuVT1,4OwtOwtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4 圖3-4 單相全控橋帶阻感負(fù)載時的電路及波形3.4 逆變電路 逆變與整流相對應(yīng)，直流電變成交流電。交流側(cè)接電網(wǎng)，為有源逆變。交流側(cè)接負(fù)載，為無源逆變。3.4.1 有緣逆變 逆變電路采用三相橋式結(jié)構(gòu)。由于采用負(fù)載換流方式，故橋中開關(guān)元件可采用普通晶閘管。其出端A、B、C經(jīng)限流電感L、Lb和Lc與公共電網(wǎng)聯(lián)結(jié)。此處三相電網(wǎng)作為逆變電路負(fù)載接受其饋入電能，橋中各晶閘管T1T6均工作于開關(guān)狀態(tài)，采用相控方式（見電力電子電路）。各晶閘管的導(dǎo)通時刻由加到各門極脈沖的相位決定。逆變橋可視為按一定時

20、序依次輪番通斷的 6只開關(guān)。但在任何穩(wěn)定導(dǎo)通狀態(tài)中，橋中只有兩支元件處于導(dǎo)通狀態(tài)(其余為阻斷狀態(tài))。例如在某一時刻有T1和T2導(dǎo)通，則有id=iA=-iC，即直流電流 id此時作為電網(wǎng)相電流iA和ic流向公共電網(wǎng)；而在另一時刻有T4和T5導(dǎo)通，則id=ic=-iA，由前述id為平滑連續(xù)直流電流。由于橋中各開關(guān)的輪番通斷，iA和ic均為交變方波。同理可知iB也為交變方波。由此可見,若門極脈沖的基本重復(fù)頻率保持與公共電網(wǎng)同步，則各相電流的重復(fù)頻率也必然與電網(wǎng)同步，這樣電網(wǎng)就得到由直流端提供的、由逆變電路轉(zhuǎn)換的交流功率。當(dāng)變換裝置交流側(cè)接在電網(wǎng)上，把直流電逆變成同頻率的交流電回饋到電網(wǎng)上去，稱為有源

21、逆變。當(dāng)變換裝置交流側(cè)和負(fù)載連接時，將由變換裝置直接給電機等負(fù)載提供頻率可變的交流電，這種工作模式稱為無源逆變。有源逆變本質(zhì)上是觸發(fā)角大于90度的整流，有源逆變的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與整流一模一樣，只是當(dāng)觸發(fā)角大于90度時整流電路的功率方向發(fā)生了變化，相當(dāng)于實現(xiàn)了逆變功能。所以有源逆變的交流側(cè)一定需要電源3.4.2 無源逆變無源逆變主要應(yīng)用：各種直流電源，如蓄電池、干電池、太陽能電池等。交流電機調(diào)速用變頻器、不間斷電源、感應(yīng)加熱電源等電力電子裝置的核心部分都是逆變電路。 在整流和有源逆變電路中，工作狀態(tài)的晶閘管處于交流電壓作用下，其關(guān)斷是靠所承受的電壓自動地降到零或靠別的晶閘管導(dǎo)通而引入電網(wǎng)的負(fù)電壓來完成

22、的。而在無源逆變電路中，晶閘管處于直流電壓作用下，若不采取措施是無法關(guān)斷的。所以說，整流與有源逆變電路的主要矛盾是觸發(fā)導(dǎo)通，而無源逆變電路的主要矛盾則是實現(xiàn)關(guān)斷。3.5交流變換電路 交流變換電路是對交流電路的幅值、頻率、相數(shù)等參數(shù)進(jìn)行變換的電路。 變頻電路用于改變交流電能的頻率，一般還可同時改變電壓。變頻電路分為直接變頻電路和間接變頻電路。前者不經(jīng)過任何中間環(huán)節(jié)，直接將一種頻率的交流電轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N頻率的交流電，通常還可同時控制輸出電壓。這類電路的優(yōu)點是電能變換效率高；缺點是控制復(fù)雜，電路較龐大。間接變頻電路需經(jīng)兩次以上變換才能將一種頻率的交流電變?yōu)榱硪环N頻率。按變換途徑可分為交流-直流-交流變

23、頻電路（即先經(jīng)整流再逆變）和交流-直流-高頻-交流變頻電路（整流后先經(jīng)逆變?yōu)楦哳l，再經(jīng)直接降頻）兩類。3.6 直流斬波電路。 將直流電變?yōu)榱硪还潭妷夯蚩烧{(diào)電壓的直流電；也稱為直接直流-直流變換器（DC/DC Converter）。一般指直接將直流電變?yōu)榱硪恢绷麟?，不包括直流交流直流直流斬波種類：6種基本斬波電路：降壓斬波電路、升壓斬波電路、升降壓斬波電路、Cuk斬波電路、Sepic斬波電路和Zeta斬波電路，其中前兩種是最基本的電路復(fù)合斬波電路不同基本斬波電路組合多相多重斬波電路相同結(jié)構(gòu)基本斬波電路組合4、 電力電子技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)4.1 軟開關(guān)技術(shù) 現(xiàn)代電力電子裝置的發(fā)展趨勢是小型化、輕量化，

24、同時對裝置的效率和電磁兼容性也提出了更高的要求。 電力電子電路的高頻化：可以減小濾波器、變壓器的體積和重量，電力電子裝置小型化、輕量化。開關(guān)損耗增加，電路效率嚴(yán)重下降，電磁干擾增大。 軟開關(guān)技術(shù)降低開關(guān)損耗和開關(guān)噪聲。使開關(guān)頻率可以大幅度提高。 軟開關(guān)技術(shù)通過在電路中引入諧振改善了開關(guān)的開關(guān)條件，大大降低了硬開關(guān)電路存在的開關(guān)損耗和開關(guān)噪聲問題。 軟開關(guān)技術(shù)總的來說可以分為零電壓和零電流兩類；按照其出現(xiàn)的先后，可以將其分為準(zhǔn)諧振、零開關(guān)PWM和零轉(zhuǎn)換PWM三大類；每一類都包含基本拓?fù)浜捅姸嗟呐缮負(fù)洹?零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路、零電壓開關(guān)PWM電路和零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路分別是三類軟開關(guān)電路的代表；

25、諧振直流環(huán)電路是軟開關(guān)技術(shù)在逆變電路中的典型應(yīng)用。4.2 PWM控制技術(shù) PWM（Pulse Width Modulation）控制就是對脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制的技術(shù)，即通過對一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，來等效地獲得所需要波形（含形狀和幅值）。直流斬波電路實際上采用的就是PWM技術(shù)，斬控式交流調(diào)壓電路。 PWM控制技術(shù)在逆變電路中的應(yīng)用最為廣泛，對逆變電路的影響也最為深刻，現(xiàn)在大量應(yīng)用的逆變電路中，絕大部分都是PWM型逆變電路。4.2.1 PWM控制技術(shù)基本原理 面積等效原理是PWM控制技術(shù)的重要理論基礎(chǔ)。 原理內(nèi)容：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時，其效果基本相同。 沖量即指窄脈沖

26、的面積。 效果基本相同，是指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同。 如果把各輸出波形用傅里葉變換分析，則其低頻段非常接近，僅在高頻段略有差異。 實例將圖4-1a、b、c、d所示的脈沖作為輸入，加在圖4-2a所示的R-L電路上，設(shè)其電流i(t)為電路的輸出，圖4-2b給出了不同窄脈沖時i(t)的響應(yīng)波形。 圖4-1 形狀不同而沖量相同的各種窄 圖4-2 沖量相同的各種窄脈沖的響應(yīng)波形 5電力電子技術(shù)的應(yīng)用電力電子技術(shù)是新興的一種電子技術(shù)，被廣泛的應(yīng)用到電力電子領(lǐng)域，而且隨著變頻技術(shù)的研究和發(fā)展，電力電子的發(fā)展有了更有力的保障，目前，電子電力技術(shù)的作用主要在發(fā)電，輸電，配電等各個環(huán)節(jié)。發(fā)電功能是電力電子技術(shù)

27、的最普遍且最重要應(yīng)用在電力電子應(yīng)用作用中最貼切人們?nèi)粘Ｉ畹木蛻?yīng)該屬于發(fā)電功能了。電力系統(tǒng)的發(fā)電環(huán)節(jié)涉及發(fā)電機組的多種設(shè)備，電力電子技術(shù)的應(yīng)用以改善這些設(shè)備的運行特性為主要目的，為發(fā)電的實現(xiàn)起到了不可替代的作用。作用之一：實現(xiàn)低壓變頻技術(shù)的節(jié)能低壓變頻器技術(shù)已非常成熟，國內(nèi)外有眾多的生產(chǎn)廠家，并有完整的系列產(chǎn)品。風(fēng)機水泵耗電量約占火電設(shè)備總耗電量的 65%，發(fā)電廠的廠用電率平均為 8%，且運行效率低。使用低壓或高壓變頻器，實施風(fēng)機水泵的變頻調(diào)速，可以達(dá)到節(jié)能的目的。作用之二：太陽能發(fā)電的獨立系統(tǒng)開發(fā)利用無窮盡的潔凈新能源太陽能，是調(diào)整未來能源結(jié)構(gòu)的一項重要戰(zhàn)略措施。大功率太陽能發(fā)電，無論是獨立系統(tǒng) 還是并網(wǎng)系統(tǒng)， 通常需要將太陽能電池陣列發(fā)出的直流電轉(zhuǎn)換為交流電，所以具有最大功率跟蹤功能的逆變器成為系統(tǒng)的核心。日本實施的陽光計劃以 34kW 的戶用并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)為主，我國實施的送電到鄉(xiāng)工程則以 1015kW 的獨立系統(tǒng) 居多，而大型系統(tǒng)有在美國加州的西門子太陽能發(fā)電廠等。作用之三：挖掘變頻電源的發(fā)電潛能水力發(fā)電的有效功率取決于水頭 壓力和流量，當(dāng)水頭的變化幅度較大時(尤其是抽水蓄能機組)，機組的最佳轉(zhuǎn) 速亦隨之發(fā)生變化。 風(fēng)力發(fā)電的有效功率與風(fēng)速的三次方成正比，風(fēng)車