電力電子技術電力電子技術的定義電力電子技術是一門

1、電力電子技術第一部分一、電力電子技術的定義電力電子技術是一門利用電力電子器件、電路理論和控制技術對電能進行處理、控制和變換的學科，是現(xiàn)代電子學的一個重要分支，也是電工技術的分支之一。電力電子技術是應用于電力領域的電子技術。具體地說，就是使用電力電子器件對電能進行變換和控制的技術。二、電力電子技術的研究內容電力電子技術的研究內容：1、電力電子器件2、變流技術3、控制技術或者說，電力電子技術的研究內容：電子學、電力學、控制理論三、與其它學科的關系1、與微電子學的關系三個相同點：（1）都分為電子器件和電子電路兩大分支，二者同根同源（2）兩類器件制造技術的理論基礎相同；（3）制造工藝也基本相同。兩個不

2、同點：（1）應用目的不同前者用于電力變換，后者用于信息處理；（2）工作狀態(tài)不同在微電子技術中，器件既可以處于放大狀態(tài)，也可以處于開關狀態(tài)；而在電力電子技術中為避免功率損耗過大，電力電子器件總是工作在開關狀態(tài)。2、與電力學（電氣工程）的關系（1）電力電子技術廣泛用于電氣工程中；（2）國內外均把電力電子技術歸為電氣工程的一個分支；（3）電力電子技術是電氣工程學科中最為活躍的一個分支。3、與控制理論的關系（1）控制理論廣泛用于電力電子系統(tǒng)中；（2）電力電子技術是弱電控制強電的技術，是弱電和強電的接口,控制理論是這種接口的有力紐帶；（3）電力電子裝置是自動化技術的基礎元件和重要支撐技術。四、電力電子技

3、術的發(fā)展歷史美國通用電氣公司研制出第一個工業(yè)用的普通晶閘管，標志電力電子技術的誕生1、傳統(tǒng)電力電子技術電力電子器件以半控型的晶閘管為主，變流電路以相控電路為主，控制電路以模擬電路為主。2、現(xiàn)代電力電子技術現(xiàn)代電力電子技術在器件、電路及其控制技術方面與傳統(tǒng)電力電子技術相比主要有如下特點：A、集成化B、咼頻化C、全控化D、控制電路弱電化E、控制技術數(shù)字化3、電力電子技術的發(fā)展展望科學家預言，電力電子技術和運動控制一起，將和計算機技術共同成為未來科學技術的兩大支柱。第二部分1、電力電子器件1.1、電力電子技術概述（1）基本概念A、在電氣設備或電力系統(tǒng)中，直接承擔電能的變換或者控制任務的電路被稱為主電

4、路。B、電力電子器件是指可直接用于處理電能的主電路中，實現(xiàn)電能的變換或者控制的電子器件。（2）同微電子器件相比的一般特征A、能處理電功率的能力，一般都遠大于處理信息的電子器件。B、電力電子器件一般都工作在開關狀態(tài)。C、電力電子器件往往需要由信息電子電路來控制。D、電力電子器件自身的功率損耗遠大于信息電子器件，一般都要安裝散熱器。3）應用電力電子器件系統(tǒng)組成電力電子器件一般是由控制電路、驅動電路和以電力電子器件為核心的主電路組成一個系統(tǒng)。在主電路和控制電路連接的路徑上，以及主電路與檢測電路的連接上，一般需要進行電氣隔離，而通過其他手段如光、磁等來傳遞信號控制RI電電路煤護電在主電路和擢制電路中附

5、拖一些電路.琪保證電力電子轟件和聲個果統(tǒng)桂制電路odrv2I主電路4）電力電子器件的分類按照電力電子器件能夠被控制電路信號所控制的程度，可以將電力電子器件分為以下3類:A、不可控型器彳一不能用控制信號來控制其通斷。這類器件主要是指晶閘管及其大部分派生器件，器件的關斷完全是由其在主電路中承受的電壓和電流決定的。B、半控型器件一一通過控制信號可以控制其導通而不能控制其關斷。主要是電力二極管，器件的導通和關斷完全是由其在主電路中承受的電壓和電流決定的。C、全控型器件通過控制信號既可控制其導通又可控制其關斷，又稱自關斷器件。目前常用的是絕緣柵雙極性晶體管（IGBT）、電力場效應晶體管（電力MOSFET

6、）和門極可關斷晶閘管（GTO）。第3頁共45頁作者：范興榮1.2、不可控型器件電力二極管（1）外形螺栓型和平板型兩種封裝2）結構3）電氣圖形符號（4）主要參數(shù)A、額定電流在指定的管殼溫度和散熱條件下，其允許流過的最大工頻正弦半波電流的平均值。B、正向壓降UF在指定溫度下，流過某一指定的穩(wěn)態(tài)正向電流F時對應的正向壓降。C、反向重復峰值電壓URRM對電力二極管所能重復施加RRM的反向最高峰值電壓。使用時，應當留有兩倍的裕量D、最高工作結溫片皿結溫是指管芯PN結的平均溫度，用片表示。片皿是指在PN結不致?lián)p壞的前提下所能承受的最高平均溫度。片皿通常在125175C范圍之內。1.3、半控型器件一一晶閘管

7、（SCR）（1）A、外形一一螺栓型和平板型兩種封裝B、結構A、使晶閘管導通的條件是：晶閘管承受正向陽極電壓，并在門極施加觸發(fā)電流（脈沖）。即uAK>0且uGK>0。其他可能導通AKGK的情況，參見（3）誤導通的情況。B、關斷的條件:，可利用外加電壓和外電路的作用使流過晶閘管的電流降到接近于零的某一數(shù)值以下，即降到維持電流以下，便可使導通的晶閘管關斷。簡單的說就是使通過晶閘管的電流小于維持電流C、使晶閘管關斷方法：a、去掉陽極正向電壓b、給陽極加反向電壓c、降低正向陽極電壓,使通過晶閘管的電流小于維持電流3）誤導通的情況a、陽極電壓升高至相當高的數(shù)值造成雪崩效應dub、陽極電壓上升率

8、dt過高，中間結電容產生位移電流c、結溫較高，漏電流增大d、光觸發(fā)4）主要參數(shù)A、額定電壓UTN通常取晶閘管的UDRM和Urrm中較小的標值作為該器件的額定DRMRRM電壓。實際選用時，額定電壓要留有一定裕量,一般取額定電壓為實際工作電路中可能承受到的正向阻斷重復峰值電壓UDRM和反向重DRM復峰值電壓URRM的最大峰值電壓，再取23倍的安全裕量。RRMB、額定電流I（參見第三部分）T（AV）晶閘管在環(huán)境溫度為40C和規(guī)定的冷卻狀態(tài)下，穩(wěn)定結溫不超過額定結溫時所允許流過的最大工頻正弦半波電流的平均值。C、維持電流IHH維持電流IH是指使晶閘管維持導通所必需的最小電流。一般為H幾十到幾百毫安，與

9、結溫有關，結溫越高，則IH越小。HD、擎住電流IL擎住電流IL是晶閘管剛從斷態(tài)轉入通態(tài)并移除觸發(fā)信號后，能維持導通所需的最小電流。對同一晶閘管來說，通常IL約為IH的24倍。E、通態(tài)平均電壓UT（AV）當晶閘管流過正弦半波的額定電流平均值和穩(wěn)定的額定結溫時，元件陽極與陰極之間電壓降的平均值。duF、斷態(tài)電壓臨界上升率dt指在額定結溫和門極開路的情況下，不導致晶閘管從斷態(tài)到通態(tài)轉換的外加電壓最大上升率。電壓上升率過大，使充電電流足夠大，就會使晶閘管誤導通。diG、通態(tài)電流臨界上升率dt指在規(guī)定條件下，晶閘管能承受而無有害影響的最大通態(tài)電流上升率。如果電流上升太快，可能造成局部過熱而使晶閘管損壞。

10、H、額定結溫T.jm晶閘管在正常工作時所允許的最高結溫（器件內部）。5）派生器件快速晶閘管（FST）快速晶閘管、高頻晶閘管第5頁共45頁作者：范興榮第9頁共45頁1.4、雙向晶閘管逆導晶閘管光控晶閘管全控型器件TRIAC)RCT)LTT)（1）電力晶體管（GTR,BJT）優(yōu)點耐高壓、大電流、開關時間短、飽和壓降低和安全工作區(qū)寬缺點二次擊穿、驅動功率大結構及電氣圖形符號：（基極b、集電極c和發(fā)射極e）NpOL.NkJ1J電力電子電路中GTR工作在開關狀態(tài)工作在截止區(qū)或飽和區(qū)。但開關過程中,即在截止區(qū)和飽和區(qū)之間過渡時,經過放大區(qū)（2）電力場效應晶體管（PowerMOSFET）電力場效應晶體管（P

11、owerMOSFET）分為結型和絕緣柵型。通常主要指絕緣柵型場效應晶體管。結型電力場效應晶體管一般稱作靜電感應晶體管（SIT）特點用柵源電壓來控制漏極電流結構及電氣圖形符號：（柵極G、漏極D和源極S）靜態(tài)特性：截止區(qū)（GTR的截止區(qū)）飽和區(qū)（GTR的放大區(qū)）非飽和區(qū)（GTR的飽和區(qū)）電力場效應晶體管（PowerMOSFET）工作在開關狀態(tài)，即在截止區(qū)和非飽和區(qū)之間來回轉換。（3）絕緣柵雙極晶體管（IGBT）結構及電氣圖形符號：（柵極G、集電極C和發(fā)射極E）靜態(tài)特性：正向阻斷區(qū)（GTR的截止區(qū)）有源區(qū)（GTR的放大區(qū)）飽和區(qū)（GTR的飽和區(qū)）IGBT工作在開關狀態(tài)，即在正向阻斷區(qū)和飽和區(qū)之間來回

12、轉換。注：以上全控型器件的輸出特性和主要參數(shù)參見P21P311.5、電力電子器件的驅動電流驅動型器件的驅動電路：GTO和GTR是電流驅動型器件電壓驅動型器件的驅動電路：電力MOSFET和IGBT是電壓驅動型器件1.6、晶閘管變流裝置的保護電路通常有五種保護電路：dudi過電流保護、過電壓保護、保護、保護和門極保護dtdt1.7、緩沖電路緩沖電路又稱為吸收電路，其作用是抑制電力電子器件的過電壓、dudi或者過電流和丁，降低電力電子開關器件的開關應力，將開關過程dtdt軟化，減小器件的開關損耗并對器件給予可靠的保護，維護系統(tǒng)安全運行。緩沖電路可分為關斷緩沖電路、開通緩沖電路和復合緩沖電路。1.8、

13、串聯(lián)與并聯(lián)運行作者：范興榮晶閘管的串聯(lián)：多個器件串聯(lián)以承擔較大的電壓晶閘管的并聯(lián)：多個器件并聯(lián)來承擔較大的電流注：本節(jié)重點：主電路和電力電子器件的基本概念。電力電子器件的分類和電氣圖形符號。晶閘管、電力晶體管和IGBT的工作原理、開關特性、主要參數(shù)以及在選擇和使用中應注意的事項。2、變流技術2.1、交流變直流整流電路整流電路按組成器件按電源相數(shù)按電路結構不可控整流半控整流全控整流可控整流單相三相六相零式橋式半波全波按變壓器繞組電流1）單相可控整流電路主要介紹單相橋式全控整流電路基本概念： 控制角a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。 導通角e晶閘管在一個周期中處于通態(tài)的電角

14、度。 移相改變a的大小，即改變觸發(fā)脈沖出現(xiàn)的時刻。 移相范圍輸出電壓平均值大于0所對應的a變化范圍。 換流（換相）電流從一對橋臂轉換到另外一對橋臂。相控變流裝置通過控制觸發(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，這樣的變流裝置簡稱相控變流裝電阻負載電路及波形'2'第13頁共45頁d020肚dOd)基本數(shù)量關系整流輸出電壓平均值ud1+cosa2d=0.9U2U=丄、”邁U3td(wt)='2U21+cosud兀a2兀2故，a角的移相范圍為0。180。輸出電流的平均值Idd二0.91+cosa2流過晶閘管的電流平均值IdTdT1U1+cosaI二I=0.4

15、5一dT2dR晶閘管承受的最大正向電壓UFMFM流過晶閘管的電流有效值IT¥sin®t丿d(®t)二UZ-"丄sin2a+=a<2R2兀兀UFM晶閘管承受的最大反向電壓UrmURM=J2u2晶閘管的額定電壓UU=(2-3)J2uTN2晶閘管的額定電流I()T(AV)T(AV)整流電路的功率因數(shù)cos9PI2R1.c兀一acos串二二r二sin2a+SUIV2k兀22電感性負載作者：范興榮第55頁共45頁基本數(shù)量關系輸出電壓平均值Udd12'2U=J"+aj2Usin®td(<Bt)=Ucosa=0.9Ucosad兀

16、a2兀22故a的移相范圍為0o90o。晶閘管導通角e與a無關，均為180。輸出電流平均值IddI=&=0.9UcosadR2流過晶閘管的電流平均值IdTdT=11dT2d=0.45Ucosa2流過晶閘管的電流有效值IT,=1,r=晶閘管承受的最大正向電壓ufmFMU=、迂UFM2晶閘管承受的最大反向電壓UrmU=2URM2晶閘管的額定電壓UT（AV丿U、二（2-3）J2UT（AV）2晶閘管的額定電流I,、T（AV）I、二（1.5-2）丄T（AV）1.57整流電路的功率因數(shù)cos9PI2RUIUcos9=d&0.9cosaSUIUIU22222（2）三相可控整流電路主要介紹三相橋

17、式全控整流電路電阻負載電路及波形aiOIIIVO¥orx>oco«=60IVVIatif*：n!m*:itX電感負載電路及波形m耳ZTI*I<a=30P丄7hMlb.<j*:.汗<<t*%雷歲屮認雷W宅AaAaA點A水-L*JAlAu>*1AlK1o=60"TITRT!TV-V：VI!備注：三相橋式全控整流電路接反電動勢阻感負載時，在負載電感足夠大足以使負載電流連續(xù)的情況下，電路工作情況與電感性負載時相似，電路中各處電壓電流波形均相同，僅在計算I時有所不同，接反電動勢阻感負載時的I為ddU-EId-dR基本數(shù)量關系輸出電壓平均值

18、Ud（連續(xù)時即a<600）+a3<6u2sin®td(®t)=2.34Ucosa2u二丄W<'6ud?！?a33帶電阻負載且a>600時，整流電壓平均值Uddsintd(t)=2.34U1+cos(+a)223輸出電流平均值IddI二UdR如果是反電勢負載帶平波電抗器，則輸出電流IddU-EI=ddR其中，R和E分別是負載中的電阻和反電動勢的值。流過晶閘管的電流有效值IT,1,t=右-晶閘管承受的最大正向電壓ufmFMu=J6uFM2晶閘管承受的最大反向電壓Urmu=J6uRM2晶閘管的額定電壓U/、T（AV丿U、二（2-3）急T（AV）2三

19、相橋式全控整流電路的特點A、2管同時導通形成供電回路，其中共陰極組和共陽極組各1，且不能為同1相器件。B、u一周期脈動6次，每次脈動的波形都一樣，故該電路為6脈波整d流電路。3）有源逆變電路基本概念逆變(Invertion)將直流電能轉變成父流電能，是整流的逆過程。逆變電路把直流電能逆變成交流電能的電路。有源逆變將直流變?yōu)楦噶髦?，輸出端與父流電網相連。無源逆變將直流變?yōu)楦噶髦?，輸出端與負載相連對于可控整流電路，滿足一定條件就可工作于有源逆變，其電路形式未變，只是電路工作條件轉變。既工作在整流狀態(tài)又工作在逆變狀態(tài)，稱為變流電路單相全波電路的整流和逆變產生逆變的條件：第一，要有直流電動勢源，其

20、極性必須和晶閘管的導通方向一致，其值應大于變流電路直流側的平均電壓。第二，要求晶閘管的控制角>，使U為負值。2d逆變和整流的區(qū)別：僅僅是控制角a不同三相橋構成的有源逆變電路RftEVTVTVT,VT,VT,VT三相橋式整流電路工作于有源逆變狀態(tài)時的電壓波形基本數(shù)量關系：輸出電壓平均值5U=2.34Ucos1.35Ucosp2L輸出直流電流的平均值IdIEI-1UId-UEI=dM=MdRR每個晶閘管導通2p/3,故流過晶閘管的電流有效值為：VT=0.5771從交流電源送到直流側負載的有功功率為：當逆變工作時，由于E為負值，故P為負值，表示功率有直流電源送到交流電源。Md4兀在三相橋式電路

21、中，每個周期內流經電源的線電流的導通角為丁,是每個晶閘管導通2兀角丁的兩倍。故變壓器二次側線電流的有效值為：2VT=0.816I逆變失敗(逆變顛覆)的概念逆變運行時，一旦換相失敗，外接直流電源就會通過晶閘管電路短路，或使變流器的輸出平均電壓和直流電動勢變成順向串聯(lián)，由于逆變電路的內阻很小，形成很大的短路電流。這種情況下稱為逆變失敗或稱為逆變顛覆。逆變時允許采用的最小Bi角應等于minpmin其中，6為晶閘管的關斷時間tq折合的電角度，Y為換相重疊角,e'為安全裕量角。晶閘管的關斷時間tq可達200300ps,折算成電角度6約為4°5°。而重疊角Y是隨直流平均電流和換

22、相電抗的增加而增大。(4)相控變流裝置的觸發(fā)電路注：本節(jié)重點：重點掌握單相全控橋式整流電路和三相全控橋式整流電路的原理分析與計算、各種負載對整流電路工作情況的影響；重點掌握產生有源逆變的條件、三相可控整流電路有源逆變工作狀態(tài)的分析計算、逆變失敗及最小逆變角的限制。2.2、直流變直流直流斬波電路(DCChopper)直流斬波電路的功能：將直流電變?yōu)榱硪还潭妷夯蚩烧{電壓的直流電，也為直流一直流變換器(DC/DCConverter)。直流斬波電路一般是指直接將直流電變?yōu)榱硪恢绷麟?，不包括直流交流直流。電路種類:6種基本斬波電路：降壓(BUCK)斬波電路、升壓(BOOST)斬波電路、升降壓斬波電路、

23、Cuk斬波電路、Sepic斬波電路和Zeta斬波電路。(1)斬波控制原理最基本的斬波電路及其波形ef上'ciiL'F2'rjf*£an'：'c±i工作周期T二t+1onoff導通比(工作率、占空比)ta-onT輸出電壓平均值為=f"oiudt=onE=aET00T輸出電壓有效值為若認為斬波器是無損的，則輸入功率應與輸出功率相等，即pTAu0idtT$暫at從直流電源側看的等效電阻為根據對輸出電壓平均值進行調制的方式不同，斬波電路可有三種控制方式：A、保持開關導通周期T不變，調節(jié)開關導通時間t稱為脈沖寬度調制（PWM）on或脈

24、沖調寬型。B、保持開關導通時間t不變，改變開關周期T,稱為頻率調制或調頻型。onC、t和T都可調，使占空比改變，稱為混合型。on（2）BUCK斬波電路電流連續(xù)時的波形T匚11i111i1k:*111電流斷續(xù)時的波形數(shù)量關系電流連續(xù)負載電壓平均值：u-tUon。t+1onoffE=-onE=aET負載電流平均值：o-EMR電流斷續(xù)，U。被抬高,一般不希望出現(xiàn)3)BOOST斬波電路BOOST斬波電路的波形數(shù)量關系：穩(wěn)態(tài)時，一個周期T中L積蓄能量與釋放能量相等:EIt二(U-E)It1ono1off即Uotofft+1TofE二Etoff升壓比T>1，輸出電壓咼于電源電壓,toff故為升壓斬波

25、電路。t升壓比的倒數(shù)記作卩，即0=二故，uo注：升壓斬波電路之所以能使輸出電壓高于電源電壓，關鍵有兩個原因一是電感L儲能之后具有使電壓泵升的作用；二是電容C可將輸出電壓保持住。如果忽略電路中的損耗，則由電源提供的能量僅由負載R消耗，即：ei=ui1oo輸出電流的平均值I為：Ou1EI=o=oR0R電源電流的平均值I1為：I=Uoi=丄E1Eo02R（4）復合斬波電路復合斬波電路降壓斬波電路和升壓斬波電路組合電流可逆斬波電路及其波形：注：本節(jié)重點：理解降壓斬波電路和升壓斬波電路的工作原理，掌握這兩種電路的電路結構、輸入輸出關系、工作特點以及基本計算（a、T、U。）。2.3、交流變交流交流交流變流

26、電路：把一種形式的交流電變成另一種形式交流電的電路（AC-AC變換電路）。在AC-AC變換電路中，可以改變相關的電壓、電流、頻率和相數(shù)等。只改變電壓、電流或對電路的通斷進行控制，而不改變頻率的電路稱為交流電力控制電路改變頻率的電路稱為變頻電路。變頻電路有交交變頻電路和交直交變頻電路兩種形式。交交變頻電路是直接把一種頻率的交流變成另一種頻率或可變頻率的交流，也稱為直接變頻電路。交直交變頻電路是先把交流整流成直流，再把直流逆變成另一種頻率或可變頻率的交流，這種通過直流中間環(huán)節(jié)的變頻電路也稱為間接變頻電路。圖形描述如下：交流電力控站盂路P豊尹不齊變交流調功電路通斷控制頻率的電路交交變頻直接變頻電路改

27、變頻率的電路I交直交變頻間接1）交流調壓電路電阻負載單相交流調壓電路及其波形原理兩個晶閘管反并聯(lián)后串聯(lián)在交流電路中，通過對晶閘管開通相位的控制就可調節(jié)輸出電壓的有效值。阻感負載單相交流調壓電路及其波形（2）交流調功電路調功電路與調壓電路的比較：相同點：電路形式完全相同不同點：控制方式不同交流調功電路是將負載與交流電源接通幾個周期（過零觸發(fā)）,再斷開幾個周期,通過通斷周波數(shù)的比值來調節(jié)負載所消耗的平均功率（2）交交變頻電路交交變頻電路是把電網頻率的交流電直接變換成可調頻率的交流電的變流電路。注：本節(jié)重點：移相調壓和調功電路原理2.4、直流變交流逆變電路（1）基本概念逆變的概念逆變與整流相對應，將

28、直流電變成交流電。交流側接電網，為有源逆變。交流側接負載，為無源逆變。逆變與變頻變頻電路：分為交交變頻和交直交變頻兩種。交直交變頻由交直變換（整流）和直交變換兩部分組成，后一部分就是逆變。（3）逆變器基本工作原理逆變電路及波形耳/hTrA負載魚/比4/逆變電路最基本的工作原理改變兩組開關切換頻率，可改變輸出交流電頻率。改變輸入直流電平的大小可改變交流電的幅值。（3）換流方式換流：變流電路在工作過程中不斷發(fā)生電流從一個支路向另一個支路轉移，這就是換流?？偣灿兴姆N換流方式器件換流Devicecommutation利用全控型器件的自關斷能力進行換流。在采用IGBT、電力MOSFET、GTO、GTR等

29、全控型器件的電路中的換流方式是器件換流。電網換流Linecommutation電網提供換流電壓的換流方式。將負的電網電壓施加在欲關斷的晶閘管上即可使其關斷。不需要器件具有門極可關斷能力，但不適用于沒有交流電網的無源逆變電路。負載換流Loadcommutation由負載提供換流電壓的換流方式。負載電流的相位超前于負載電壓的場合，都可實現(xiàn)負載換流，即電容性負載都可實現(xiàn)負載換流。強迫換流Forcedcommutation設置附加的換流電路，給欲關斷的晶閘管強迫施加反壓或反電流的換流方式稱為強迫換流。通常利用附加電容上所儲存的能量來實現(xiàn)，因此也稱為電容換流。（4）電壓型逆變電路直流側是電壓源的稱為電壓

30、型逆變電路直流側是電流源的稱為電流型逆變電路電壓型逆變電路的特點：A、直流側為電壓源或并聯(lián)大電容，直流側電壓基本無脈動。B、輸出電壓為矩形波，輸出電流因負載阻抗不同而不同。C、阻感負載時需提供無功功率。為了給交流側向直流側反饋的無功能量提供通道，逆變橋各臂并聯(lián)反饋二極管。單相全橋逆變電路的移相調壓方式三相電壓型逆變電路電路及波形基本工作方式180°導電方式A、每個橋臂導電180°，同一相上下兩臂交替導電，各相開始導電的角度相差120°。B、任一瞬間有三個橋臂同時導通。C、每次換流都是在同一相上下兩臂之間進行，也稱為縱向換流。本節(jié)重點：基本概念、換流方式、單相全橋電

31、壓型無源逆變電路、三相電壓型逆變電路（1800導電方式）工作原理與波形分析3、控制技術PWM控制技術（1）基本概念、PWM控制的基本原理（2）PWM逆變電路及其控制方法PWM逆變電路也可分為電壓型和電流型兩種，目前實際應用的PWM逆變電路幾乎都是電壓型電路。產生PWM波形的常用方法一一計算法、調制法和跟蹤控制法調制法:結合IGBT單相橋式電壓型逆變電路進行說明，把希望輸出的波形作為調制信號，把接受調制的信號作為載波。單極性PWM控制方式波形2空旳調制電躋02卩悄號波戰(zhàn)波工雙極性PWM控制方式小6LUZW0ufO調劇電路ii載波一1R(4)斬波與PWM原理的異同第三部分晶閘管額定電流涉及的兩個問

32、題單相工頻半波電流工頻正弦半波電流平均值I、電流有效值I和電流最大值I三者的關系:T(AV)Tm=兀(Isin®t)2d(®t)=LT2兀0m2I兀Isintd（t）mT（AV）2兀°m兀各種有直流分量的電流波形，其電流波形的有效值I與平均值Id之比，稱為這種電流的d波形系數(shù)，用0表示。因此，正弦半波電流的波形系數(shù)為：I兀Kt1.57fI2T（AV）兩類問題：（1）計算與選擇晶閘管的額定電流（2）校核或確定晶閘管的通流能力（1）計算與選擇晶閘管的額定電流已知晶閘管的實際工作條件（包括流過的電流波形、幅值等），確定所要選用的晶閘管額定電流值。方法：首先從題目的已知條

33、件中，找出實際通過晶閘管的電流波形或有關參數(shù)（如電流幅值、觸發(fā)角等），據此算出通過晶閘管的實際電流有效值IT，考慮（1.52）倍的安全裕量，算得額定電流為:I（1.52）丄T（AV）1.57再根據I值選擇相近電流系列的晶閘管。T（AV）（2）校核或確定晶閘管的通流能力已知晶閘管的額定電流，根據實際工作情況，計算晶閘管允許通過的電流平均值。方法：由已知晶閘管的額定電流，計算出該管子允許通過的電流有效值。根據實際電流波形求出電流波形系數(shù)，算得晶閘管允許的實際電流平均值為:I1.57I/KdT（AV）f習題解析07a)解4山=b)JL4°f工圖1中閃總部介為晶閘管處于逋態(tài)區(qū)間的電詭波形，各

34、液形的電流最大值均為試計算各波形的迫流平均值hi，也也與電流有效值®厶氐圖1-43晶閘管導電波形1I僉1=一|：6sm加伽)=(+10.2717/JIT*-1匸(厶宀汩。=¥占+命«0.4767Zm1嚴I“山尸一L幾sill血畑門(2-1)0.5434皿r'n4一ri/-ti仇沁訕汩g)=*耳=0.6741JK飛兀盲2V42irifL上1Im4上題中如果不考慮安全裕區(qū)問100A的晶閘管能送出的平均電流也、屁、矗各為解b)c)多少？這時，相應的電流最大倉&1、眼、品各為劣少?:額定電流7t(a=100A的晶閘管，允許的電流有效值Z=157A，由上題計

35、算結果知7410.2717/189.48心乂0亡434/止弋126.561=21=314.Jd=-/7S.5斗3為E9.試說明IGBT.GTR.GTO?IH|'力MOSFET各口的優(yōu)缺點占解：對IGBTGTR.GTO和已力MOSFET的優(yōu)缺點的比較如下表:器杵優(yōu)穴缺點IGBT開關速度臺，開關損耗屮.具有耐脈沖電流沖擊的能力，通蠱壓釋較低F輸入阻St高,為電壓驅動，驅動功率開關速度低P電力MOSFET,電壓，電流容量不&GTOGTR耐壓臨電it匕開關特性好.通流能力強.飽和壓降仏開關速度低r為電流驅町所需馭動功率大，SH電路復雜存在-次占穿問融GTO電壓、電流容*適川討吠功率場合

36、.具有電導調制效應.此通流能力很強電流關斷增益很小*關斷時門極負脈沖電流大，開關速度低駆創(chuàng)血率大.咖戒電路復雜.開關頻率低電力MOSFET開關速度快，輸入陰抗陽熱穩(wěn)定性好，所需腋砂I功率小且瞬妙電路簡單.工作頻率高.不存在一袂占穿問題電流容環(huán)耐壓代，一般貝適用功率不超過10kW的電力電子認置單相橋式全控整流電略.口=100匕負載1R=2C!tL值極大，為口二妙時要求：作出心*和注的波略 求整流輸出平均電壓、電流fdF變壓器二次電流有效值& 考慮安全裕量，確定存閘管的額定電壓和額定電流*解：嗆b昭、和力的波形如下圖:輸出平均電壓電流山，變壓器次電流有效值應分別為L-d=0.9L-2Cos

37、ct0.9X100Xcos30=77.97(V；Zd=/R=77.97/2=3S.99rA?I2=h=38.99-A)晶閘管承受的最夫反向呵壓為：<2=100<2=141.4(Vi考慮安全裕量.晶閘管的額定也壓為云=(.2-3)X141.4=2S3-42斗V)具悴數(shù)值可按晶閘管產品系列參數(shù)選昵流過晶閘管的電流有效值為：A-r=7d/=27.57存閘管的額定電流為：7n=(1.5-2)X27.57/1.57=26-35(A)具休數(shù)值匸按晶閘邕產品系列參數(shù)選臥5.單相橋式全控整流電路，dlOOV,負載中7?=2Q,Z值極大，反電勢E=60V,當爐30。時，要求： 作出»d&g

38、t;id和的波形； 求整流輸出平均電壓S、電流&變壓器二次側電流有效值血； 考慮安全裕量，確定晶閘管的額定電壓和額定電流。解：Id和的波形如下圖： 整流輸出平均電壓U1、電流心，變壓器次側電流有效值分別為L'd=0.96cosa=0.9X100Xcos30°=77.97(A)Id=(UdE)/R=(77.97-60)/2=9(A)h=Id=9(A) 晶閘管承受的最大反向電壓為：VI=100VI=141.4(V)流過每個晶閘管的電流的有效值為：Ivi=Id./=6-36(A'故晶閘管的額定電壓為：JJy=(23)X141.4=283424(V)晶閘浮的額建流為古

39、=(1.5-2)X636/1.57=6-S(A)晶閘管額定電壓和電流的具體數(shù)值可按晶閘管產品系列參數(shù)選取13.三相橋式全控整流電路Fdioov,帶電阻電感負載，R=5Qf£值極大，當爐63時F要求:®H出甌、亦和帀H的波形甲汁算閃、心、dT和解：3/d、斑和IVT的波形如下七I|I|I5IIIIIII1；【電、Zd'Z1T和Jvry1忙卜d=2.34LT2cos<Y=2.34X100Xcos60=117(V)h=Ud/R=U7/5=23.4<A)Jdvt=Zi/3=23.4/3=7.S(A)At/q/<3=23.4/%;，y=13.51A)解答題要

40、覽1簡述圖3-1a所示的降壓斬波電路工作原理。答：降壓斬波器的原理是：在一個控制周期中，讓V導通一段時間t,由電源E向L、onR、M供電，在此期間，u=E。然后使V關斷一段時間t仔，此時電感L通過二極管VD向ooffR和M供電，u=0。一個周期內的平均電壓U=一tonxE。輸出電壓小于電源電壓，ot+tonoff起到降壓的作用。2、簡述圖3-2a所示升壓斬波電路的基本工作原理。答：假設電路中電感L值很大，電容C值也很大。當V處于通態(tài)時，電源E向電感L充電,充電電流基本恒定為I，同時電容C上的電壓向負載R供電，因C值很大，基本保持輸出電壓1為恒值U。設V處于通態(tài)的時間為t。此階段電感L上積蓄的能

41、量為EIt。當V處于斷0on1on態(tài)時E和L共同向電容C充電并向負載R提供能量。設V處于斷態(tài)的時間為t,則在此期間電off感L釋放的能量為(U-E)It。當電路工作于穩(wěn)態(tài)時，一個周期T中電感L積蓄的能量與01off釋放的能量相等，即：EIt二(U-E)It1on01off化簡得：t+1TU二-onOfE二E0ttoffoffTj式中的>1，輸出電壓高于電源電壓，故稱該電路為升壓斬波電路。toff3、交流調壓電路和交流調功電路有什么區(qū)別？二者各運用于什么樣的負載？為什么？答：交流調壓電路和交流調功電路的電路形式完全相同，二者的區(qū)別在于控制方式不同。交流調壓電路是在交流電源的每個周期對輸出電

42、壓波形進行控制。而交流調功電路是將負載與交流電源接通幾個周波，再斷開幾個周波，通過改變接通周波數(shù)與斷開周波數(shù)的比值來調節(jié)負載所消耗的平均功率。交流調壓電路廣泛用于燈光控制(如調光臺燈和舞臺燈光控制)及異步電動機的軟起動，也用于異步電動機調速。在供用電系統(tǒng)中，還常用于對無功功率的連續(xù)調節(jié)。此外，在高電壓小電流或低電壓大電流直流電源中，也常采用交流調壓電路調節(jié)變壓器一次電壓。如采用晶閘管相控整流電路，高電壓小電流可控直流電源就需要很多晶閘管串聯(lián)；同樣，低電壓大電流直流電源需要很多晶閘管并聯(lián)。這都是十分不合理的。采用交流調壓電路在變壓器一次側調壓，其電壓電流值都不太大也不太小，在變壓器二次側只要用二

43、極管整流就可以了。這樣的電路體積小、成本低、易于設計制造。交流調功電路常用于電爐溫度這樣時間常數(shù)很大的控制對象。由于控制對象的時間常數(shù)大，沒有必要對交流電源的每個周期進行頻繁控制。4、簡述無源逆變電路和有源逆變電路不同點：答：兩種電路的不同主要是：有源逆變電路的交流側接電網，即交流側接有電源。而無源逆變電路的交流側直接和負載聯(lián)接。5、換流方式各有那幾種？各有什么特點？答：換流方式有4種：器件換流：利用全控器件的自關斷能力進行換流。全控型器件采用此換流方式。電網換流：由電網提供換流電壓，只要把負的電網電壓加在欲換流的器件上即可。負載換流：由負載提供換流電壓，當負載為電容性負載即負載電流超前于負載

44、電壓時，可實現(xiàn)負載換流。強迫換流：設置附加換流電路，給欲關斷的晶閘管強迫施加反向電壓換流稱為強迫換流。通常是利用附加電容上的能量實現(xiàn)，也稱電容換流。晶閘管電路不能采用器件換流，根據電路形式的不同采用電網換流、負載換流和強迫。換流3種方式。6、什么是電壓型逆變電路？什么是電流型逆變電路？二者各有什么特點。答：按照逆變電路直流測電源性質分類，直流側是電壓源的稱為逆變電路稱為電壓型逆變電路，直流側是電流源的逆變電路稱為電流型逆變電路電壓型逆變電路的主要特點是： 直流側為電壓源，或并聯(lián)有大電容，相當于電壓源。直流側電壓基本無脈動，直流回路呈現(xiàn)低阻抗。 由于直流電壓源的鉗位作用，交流側輸出電壓波形為矩形波，并且與負載阻抗角無關。而交流側輸出電流波形和相位因負載阻抗情況的不同而不同。 當交流側為阻感負載時需要提供無功功率，直流側電容起緩沖無功能量的作用。為了給交流側向直流側反饋的無功能量提供通道，逆變橋各臂都并聯(lián)了反饋二極管。電流型逆變電路的