《電力電子技術(shù)》復(fù)習(xí)

1、電力電子技術(shù)期末復(fù)習(xí)提綱緒 論1 電力電子技術(shù)定義：是使用電力電子器件對(duì)電能進(jìn)行變換和控制的技術(shù)，是應(yīng)用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)，主要用于電力變換。2 電力變換的種類(lèi)（1）交流變直流AC-DC：整流（2）直流變交流DC-AC：逆變（3）直流變直流DC-DC：一般通過(guò)直流斬波電路實(shí)現(xiàn)（4）交流變交流AC-AC：一般稱(chēng)作交流電力控制3 電力電子技術(shù)分類(lèi)：分為電力電子器件制造技術(shù)和變流技術(shù)。第1章 電力電子器件1 電力電子器件與主電路的關(guān)系（1）主電路：指能夠直接承擔(dān)電能變換或控制任務(wù)的電路。（2）電力電子器件：指應(yīng)用于主電路中，能夠?qū)崿F(xiàn)電能變換或控制的電子器件。2 電力電子器件一般都工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)，以

2、減小本身?yè)p耗。3 電力電子系統(tǒng)基本組成與工作原理（1）一般由主電路、控制電路、檢測(cè)電路、驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路等組成。（2）檢測(cè)主電路中的信號(hào)并送入控制電路，根據(jù)這些信號(hào)并按照系統(tǒng)工作要求形成電力電子器件的工作信號(hào)。（3）控制信號(hào)通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路去控制主電路中電力電子器件的導(dǎo)通或關(guān)斷。（4）同時(shí)，在主電路和控制電路中附加一些保護(hù)電路，以保證系統(tǒng)正?？煽窟\(yùn)行。4 電力電子器件的分類(lèi)根據(jù)控制信號(hào)所控制的程度分類(lèi)（1）半控型器件：通過(guò)控制信號(hào)可以控制其導(dǎo)通而不能控制其關(guān)斷的電力電子器件。如SCR晶閘管。（2）全控型器件：通過(guò)控制信號(hào)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。如GTO、GTR、MOSF

3、ET和IGBT。（3）不可控器件：不能用控制信號(hào)來(lái)控制其通斷的電力電子器件。如電力二極管。根據(jù)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的性質(zhì)分類(lèi)（1）電流型器件：通過(guò)從控制端注入或抽出電流的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通或關(guān)斷的電力電子器件。如SCR、GTO、GTR。（2）電壓型器件：通過(guò)在控制端和公共端之間施加一定電壓信號(hào)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通或關(guān)斷的電力電子器件。如MOSFET、IGBT。根據(jù)器件內(nèi)部載流子參與導(dǎo)電的情況分類(lèi)（1）單極型器件：內(nèi)部由一種載流子參與導(dǎo)電的器件。如MOSFET。（2）雙極型器件：由電子和空穴兩種載流子參數(shù)導(dǎo)電的器件。如SCR、GTO、GTR。（3）復(fù)合型器件：有單極型器件和雙極型器件集成混合而成的器件。如IGBT。

4、5 半控型器件晶閘管SCR晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理晶閘管的雙晶體管模型將器件N1、P2半導(dǎo)體取傾斜截面，則晶閘管變成V1-PNP和V2-NPN兩個(gè)晶體管。晶閘管的導(dǎo)通工作原理（1）當(dāng)AK間加正向電壓，晶閘管不能導(dǎo)通，主要是中間存在反向PN結(jié)。（2）當(dāng)GK間加正向電壓，NPN晶體管基極存在驅(qū)動(dòng)電流，NPN晶體管導(dǎo)通，產(chǎn)生集電極電流。（3）集電極電流構(gòu)成PNP的基極驅(qū)動(dòng)電流，PNP導(dǎo)通，進(jìn)一步放大產(chǎn)生PNP集電極電流。（4）與構(gòu)成NPN的驅(qū)動(dòng)電流，繼續(xù)上述過(guò)程，形成強(qiáng)烈的負(fù)反饋，這樣NPN和PNP兩個(gè)晶體管完全飽和，晶閘管導(dǎo)通。晶閘管是半控型器件的原因（1）晶閘管導(dǎo)通后撤掉外部門(mén)極電流，但是NPN基

5、極仍然存在電流，由PNP集電極電流供給，電流已經(jīng)形成強(qiáng)烈正反饋，因此晶閘管繼續(xù)維持導(dǎo)通。（2）因此，晶閘管的門(mén)極電流只能觸發(fā)控制其導(dǎo)通而不能控制其關(guān)斷。晶閘管的關(guān)斷工作原理滿(mǎn)足下面條件，晶閘管才能關(guān)斷：（1）去掉AK間正向電壓；（2）AK間加反向電壓；（3）設(shè)法使流過(guò)晶閘管的電流降低到接近于零的某一數(shù)值以下。晶閘管正常工作時(shí)的靜態(tài)特性（1）當(dāng)晶閘管承受反向電壓時(shí)，不論門(mén)極是否有觸發(fā)電流，晶閘管都不會(huì)導(dǎo)通。（2）當(dāng)晶閘管承受正向電壓時(shí)，僅在門(mén)極有觸發(fā)電流的情況下晶閘管才能導(dǎo)通。（3）晶閘管一旦導(dǎo)通，門(mén)極就失去控制作用，不論門(mén)極觸發(fā)電流是否還存在，晶閘管都保持導(dǎo)通。（4）若要使已導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷，

6、只能利用外加電壓和外電路的作用使流過(guò)晶閘管的電流降到接近于零的某一數(shù)值以下。GTO的結(jié)構(gòu)（1）GTO與普通晶閘管的相同點(diǎn)：是PNPN四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，外部引出陽(yáng)極、陰極和門(mén)極。（2）GTO與普通晶閘管的不同點(diǎn)：GTO是一種多元的功率集成器件，其內(nèi)部包含數(shù)十個(gè)甚至數(shù)百個(gè)供陽(yáng)極的小GTO元，這些GTO元的陰極和門(mén)極在器件內(nèi)部并聯(lián)在一起，正是這種特殊結(jié)構(gòu)才能實(shí)現(xiàn)門(mén)極關(guān)斷作用。GTO的靜態(tài)特性（1）當(dāng)GTO承受反向電壓時(shí)，不論門(mén)極是否有觸發(fā)電流，晶閘管都不會(huì)導(dǎo)通。（2）當(dāng)GTO承受正向電壓時(shí)，僅在門(mén)極有觸發(fā)電流的情況下晶閘管才能導(dǎo)通。（3）GTO導(dǎo)通后，若門(mén)極施加反向驅(qū)動(dòng)電流，則GTO關(guān)斷，也即可以通過(guò)

7、門(mén)極電流控制GTO導(dǎo)通和關(guān)斷。（4）通過(guò)AK間施加反向電壓同樣可以保證GTO關(guān)斷。電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管MOSFET（1）電力MOSFET是用柵極電壓來(lái)控制漏極電流的，因此它是電壓型器件。（3）當(dāng)大于某一電壓值時(shí)，柵極下P區(qū)表面的電子濃度將超過(guò)空穴濃度，從而使P型半導(dǎo)體反型成N型半導(dǎo)體，形成反型層。絕緣柵雙極晶體管IGBT（1）GTR和GTO是雙極型電流驅(qū)動(dòng)器件，其優(yōu)點(diǎn)是通流能力強(qiáng)，耐壓及耐電流等級(jí)高，但不足是開(kāi)關(guān)速度低，所需驅(qū)動(dòng)功率大，驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜。（2）電力MOSFET是單極型電壓驅(qū)動(dòng)器件，其優(yōu)點(diǎn)是開(kāi)關(guān)速度快、所需驅(qū)動(dòng)功率小，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單。（3）復(fù)合型器件：將上述兩者器件相互取長(zhǎng)補(bǔ)短結(jié)合而成，綜

8、合兩者優(yōu)點(diǎn)。（4）絕緣柵雙極晶體管IGBT是一種復(fù)合型器件，由GTR和MOSFET兩個(gè)器件復(fù)合而成，具有GTR和MOSFET兩者的優(yōu)點(diǎn)，具有良好的特性。IGBT的結(jié)構(gòu)和工作原理（1）IGBT是三端器件，具有柵極G、集電極C和發(fā)射極E。（2）IGBT由MOSFET和GTR組合而成。第2章 整流電路（1）整流電路定義：將交流電能變成直流電能供給直流用電設(shè)備的變流裝置。單相半波可控整流電路（4）觸發(fā)角：從晶閘管開(kāi)始承受正向陽(yáng)極電壓起，到施加觸發(fā)脈沖為止的電角度，稱(chēng)為觸發(fā)角或控制角。（7）幾個(gè)定義 “半波”整流：改變觸發(fā)時(shí)刻，和波形隨之改變，直流輸出電壓為極性不變但瞬時(shí)值變化的脈動(dòng)直流，其波形只在正半

9、周內(nèi)出現(xiàn)，因此稱(chēng)“半波”整流。 單相半波可控整流電路：如上半波整流，同時(shí)電路中采用了可控器件晶閘管，且交流輸入為單相，因此為單相半波可控整流電路。電力電子電路的基本特點(diǎn)及分析方法（1）電力電子器件為非線(xiàn)性特性，因此電力電子電路是非線(xiàn)性電路。（2）電力電子器件通常工作于通態(tài)或斷態(tài)狀態(tài)，當(dāng)忽略器件的開(kāi)通過(guò)程和關(guān)斷過(guò)程時(shí)，可以將器件理想化，看作理想開(kāi)關(guān)，即通態(tài)時(shí)認(rèn)為開(kāi)關(guān)閉合，其阻抗為零；斷態(tài)時(shí)認(rèn)為開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，其阻抗為無(wú)窮大。單相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載的工作情況（1）單相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載時(shí)的原理圖 由4個(gè)晶閘管（VT1 VT4）組成單相橋式全控整流電路。 VT1 和VT4組成一對(duì)橋臂，VT

10、2 和VT3組成一對(duì)橋臂。（2）單相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載時(shí)的波形圖 ：l VT1 VT4未觸發(fā)導(dǎo)通，呈現(xiàn)斷態(tài)，則、。l ，。 ：l 在角度時(shí)，給VT1 和VT4加觸發(fā)脈沖，此時(shí)a點(diǎn)電壓高于b點(diǎn)，VT1 和VT4承受正向電壓，因此可靠導(dǎo)通，。l 電流從a點(diǎn)經(jīng)VT1 、R、VT4流回b點(diǎn)。l ，形狀與電壓相同。 ：l 電源過(guò)零點(diǎn)，VT1 和VT4承受反向電壓而關(guān)斷，（負(fù)半周）。l 同時(shí)，VT2 和VT3未觸發(fā)導(dǎo)通，因此、。 ：l 在角度時(shí)，給VT2 和VT3加觸發(fā)脈沖，此時(shí)b點(diǎn)電壓高于a點(diǎn)，VT2 和VT3承受正向電壓，因此可靠導(dǎo)通，。l VT1 陽(yáng)極為a點(diǎn)，陰極為b點(diǎn)；VT4 陽(yáng)極為a點(diǎn)，

11、陰極為b點(diǎn)；因此。l 電流從b點(diǎn)經(jīng)VT3 、R、VT2流回b點(diǎn)。l ，。（3）全波整流在交流電源的正負(fù)半周都有整流輸出電流流過(guò)負(fù)載，因此該電路為全波整流。（4）直流輸出電壓平均值（5）負(fù)載直流電流平均值（6）晶閘管參數(shù)計(jì)算 承受最大正向電壓： 承受最大反向電壓： 觸發(fā)角的移相范圍：時(shí)，；時(shí)，。因此移相范圍為。 晶閘管電流平均值：VT1 、VT4與VT2 、VT3輪流導(dǎo)電，因此晶閘管電流平均值只有輸出直流電流平均值的一半，即。帶阻感負(fù)載的工作情況（1）單相橋式全控整流電路帶阻感負(fù)載時(shí)的原理圖（2）單相橋式全控整流電路帶阻感負(fù)載時(shí)的波形圖l 分析時(shí)，假設(shè)電路已經(jīng)工作于穩(wěn)態(tài)下。l 假設(shè)負(fù)載電感很大，

12、負(fù)載電流不能突變，使負(fù)載電流連續(xù)且波形近似為一水平線(xiàn)。 ：l 在角度時(shí)，給VT1 和VT4加觸發(fā)脈沖，此時(shí)a點(diǎn)電壓高于b點(diǎn)，VT1 和VT4承受正向電壓，因此可靠導(dǎo)通，。l 電流從a點(diǎn)經(jīng)VT1 、L、R、VT4流回b點(diǎn)，。l 為一水平線(xiàn)，。l VT2 和VT3為斷態(tài)， ：l 雖然二次電壓已經(jīng)過(guò)零點(diǎn)變負(fù)，但因大電感的存在使VT1 和VT4持續(xù)導(dǎo)通。l ，。 ：l 在角度時(shí)，給VT2 和VT3加觸發(fā)脈沖，此時(shí)b點(diǎn)電壓高于a點(diǎn)，VT2 和VT3承受正向電壓，因此可靠導(dǎo)通，。l 由于VT2 和VT3的導(dǎo)通，使VT1 和VT4承受反向電壓而關(guān)斷。VT1 陽(yáng)極為a點(diǎn)，陰極為b點(diǎn)；VT4 陽(yáng)極為a點(diǎn)，陰極為

13、b點(diǎn)；因此。l 電流從b點(diǎn)經(jīng)VT3 、L、R、VT2流回b點(diǎn)，。l 為一水平線(xiàn)，。 ：l 雖然二次電壓已經(jīng)過(guò)零點(diǎn)變正，但因大電感的存在使VT2 和VT3持續(xù)導(dǎo)通。l ，。（3）直流輸出電壓平均值（4）觸發(fā)角的移相范圍時(shí)，；時(shí)，。因此移相范圍為。（5）晶閘管承受電壓：正向：；反向：帶反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載時(shí)的工作情況（1）單相橋式全控整流電路帶反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載時(shí)的原理圖 當(dāng)負(fù)載為蓄電池、直流電動(dòng)機(jī)的電樞（忽略其中的電感）等時(shí)，負(fù)載可看成一個(gè)直流電壓源，即反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載。正常情況下，負(fù)載電壓最低為電動(dòng)勢(shì)。 負(fù)載側(cè)只有瞬時(shí)值的絕對(duì)值大于反電動(dòng)勢(shì)，即時(shí)，才有晶閘管承受正電壓，有導(dǎo)通的可能。（2）單相橋式全控整流電路帶

14、反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載時(shí)的波形圖 ：l 在角度時(shí)，給VT1 和VT4加觸發(fā)脈沖，此時(shí)，說(shuō)明VT1 和VT4承受正向電壓，因此可靠導(dǎo)通，。 ：l 在角度時(shí)，說(shuō)明VT1 和VT4已經(jīng)開(kāi)始承受反向電壓關(guān)斷。l 同時(shí)，由于VT2 和VT3還未觸發(fā)導(dǎo)通，因此，。 ：l 此過(guò)程為VT2 和VT3導(dǎo)通階段，由于是橋式全控整流，因此負(fù)載電壓與電流同前一階段，。三相可控整流電路三相半波可控整流電路電阻負(fù)載（1）三相半波可控整流電路帶電阻負(fù)載時(shí)的原理圖 變壓器一次側(cè)接成三角形，防止3次諧波流入電網(wǎng)。 變壓器二次側(cè)接成星形，以得到零線(xiàn)。 三個(gè)晶閘管分別接入a、b、c三相電源，其所有陰極連接在一起，為共陰極接法。（2）三相半波

15、不可控整流電路帶電阻負(fù)載時(shí)的波形圖l 將上面原理圖中的三個(gè)晶閘管換成不可控二極管，分別采用VD1、VD2和VD3表示。l 工作過(guò)程分析基礎(chǔ)：三個(gè)二極管對(duì)應(yīng)的相電壓中哪一個(gè)的值最大，則該相所對(duì)應(yīng)的二極管導(dǎo)通，并使另兩相的二極管承受反壓關(guān)斷，輸出整流電壓即為該相的相電壓。 ：a相電壓最高，則VD1導(dǎo)通，VD2和VD3反壓關(guān)斷，。 ：b相電壓最高，則VD2導(dǎo)通，VD3和VD1反壓關(guān)斷，。 ：b相電壓最高，則VD2導(dǎo)通，VD3和VD1反壓關(guān)斷，。 按照上述過(guò)程如此循環(huán)導(dǎo)通，每個(gè)二極管導(dǎo)通。 自然換向點(diǎn)：在相電壓的交點(diǎn)、處，出現(xiàn)二極管換相，即電流由一個(gè)二極管向另一個(gè)二極管轉(zhuǎn)移，這些交點(diǎn)為自然換向點(diǎn)。（3

16、）三相半波可控整流電路帶電阻負(fù)載時(shí)的波形圖（）自然換向點(diǎn)：對(duì)于三相半波可控整流電路而言，自然換向點(diǎn)是各相晶閘管能觸發(fā)導(dǎo)通的最早時(shí)刻（即開(kāi)始承受正向電壓），該時(shí)刻為各晶閘管觸發(fā)角的起點(diǎn)，即。 ：l a相電壓最高，VT1開(kāi)始承受正壓，在時(shí)刻觸發(fā)導(dǎo)通，而VT2和VT3反壓關(guān)斷。l ，。 ：l b相電壓最高，VT2開(kāi)始承受正壓，在時(shí)刻觸發(fā)導(dǎo)通，而VT3和VT1反壓關(guān)斷。l ，VT1承受a點(diǎn)-b點(diǎn)間電壓，即。 ：l c相電壓最高，VT3開(kāi)始承受正壓，在時(shí)刻觸發(fā)導(dǎo)通，而VT1和VT2反壓關(guān)斷。l ，VT1承受a點(diǎn)-c點(diǎn)間電壓，即。（4）三相半波可控整流電路帶電阻負(fù)載時(shí)的波形圖（）定義：時(shí)刻為自然換向點(diǎn)后，

17、和時(shí)刻依次間距。 ：l a相電壓最高，VT1已經(jīng)承受正壓，但在時(shí)刻（即）時(shí)開(kāi)始觸發(fā)導(dǎo)通，而VT2和VT3反壓關(guān)斷。l ，。 ：l 雖然已到a相和b相的自然換向點(diǎn)，b相電壓高于a相電壓，VT2已經(jīng)開(kāi)始承受正壓，但是VT2沒(méi)有門(mén)極觸發(fā)脈沖，因此VT2保持關(guān)斷。l 這樣，原來(lái)已經(jīng)導(dǎo)通的VT1仍然承受正向電壓（）而持續(xù)導(dǎo)通，。 ：l b相電壓最高，VT2已經(jīng)承受正壓，時(shí)刻（即）時(shí)開(kāi)始觸發(fā)導(dǎo)通VT2，這樣VT1開(kāi)始承受反壓而關(guān)斷。l ，VT1承受a點(diǎn)-b點(diǎn)間電壓，即。 ：l c相電壓最高，VT3已經(jīng)承受正壓，時(shí)刻（即）時(shí)開(kāi)始觸發(fā)導(dǎo)通VT3，這樣VT2開(kāi)始承受反壓而關(guān)斷。l ，VT1承受a點(diǎn)-c點(diǎn)間電壓，

18、即。（5）三相半波可控整流電路帶電阻負(fù)載時(shí)的波形圖（）定義：時(shí)刻為自然換向點(diǎn)后，和時(shí)刻依次間距。 ：l a相電壓最高，VT1在時(shí)刻（即）時(shí)開(kāi)始觸發(fā)導(dǎo)通，即使過(guò)了自然換向點(diǎn)，但因VT2未導(dǎo)通及，而使VT1持續(xù)導(dǎo)通，而VT2和VT3反壓關(guān)斷。l ，。 ：l a相電壓過(guò)零變負(fù)（），而使VT1承受反壓關(guān)斷，而VT2（未觸發(fā)導(dǎo)通）和VT3仍為關(guān)斷。l ，。 及期間情況分別為VT2和VT3導(dǎo)通過(guò)程，與上述相同。（6）三相半波可控整流電路帶電阻負(fù)載不同觸發(fā)角工作時(shí)的情況總結(jié) 當(dāng)時(shí)，負(fù)載電流處于連續(xù)狀態(tài)，各相導(dǎo)電。 當(dāng)時(shí)，負(fù)載電流處于連續(xù)和斷續(xù)的臨界狀態(tài)，各相仍導(dǎo)電。 當(dāng)時(shí)，負(fù)載電流處于斷續(xù)狀態(tài)，直到時(shí)，整流

19、輸出電壓為零。 結(jié)合上述分析，三相半波可控整流電路帶電阻負(fù)載時(shí)角的移相范圍為，其中經(jīng)歷了負(fù)載電流連續(xù)和斷續(xù)的工作過(guò)程。（7）數(shù)值計(jì)算 時(shí)，整流電壓平均值（負(fù)載電流連續(xù)）：ll 當(dāng)時(shí)，最大，。 時(shí)，整流電壓平均值（負(fù)載電流斷續(xù)）：ll 當(dāng)時(shí)，最小，。 負(fù)載電流平均值：。 晶閘管承受的最大反向電壓：為變壓器二次側(cè)線(xiàn)電壓的峰值， 晶閘管承受的最大正向電壓：如a相，二次側(cè)a相電壓與晶閘管正向電壓之和為負(fù)載整流輸出電壓，由于最小為0，因此晶閘管最大正向電壓為變壓器二次側(cè)相電壓的峰值，。阻感負(fù)載（1）三相半波可控整流電路帶阻感負(fù)載時(shí)的原理圖 當(dāng)阻感負(fù)載中的電感值很大時(shí)，整流獲得的電流波形基本是平直的，即流

20、過(guò)晶閘管的電流接近矩形波。 當(dāng)時(shí)，整流電壓波形與電阻負(fù)載時(shí)相同，因?yàn)閮煞N負(fù)載情況下，負(fù)載電流均連續(xù)。（2）三相半波可控整流電路帶阻感負(fù)載時(shí)的波形圖（）定義：時(shí)刻為自然換向點(diǎn)后，和時(shí)刻依次間距。 ：l VT1承受正壓并觸發(fā)導(dǎo)通，過(guò)自然換向點(diǎn)后a相電壓仍大于0，VT1仍持續(xù)導(dǎo)通。l a相過(guò)零點(diǎn)后，由于電感的存在，阻止電流下降，因而VT1仍持續(xù)導(dǎo)通。l ，。 ：l 當(dāng)時(shí)刻，b相電壓最高，同時(shí)觸發(fā)導(dǎo)通，則VT2導(dǎo)通，這樣VT1承受反壓關(guān)斷，由VT2向負(fù)載供電。l ，。 ：l 工作過(guò)程與上述相同。l ，。（3）三相半波可控整流電路帶阻感負(fù)載不同觸發(fā)角工作時(shí)的情況總結(jié) 阻感負(fù)載狀態(tài)下，由于大電感的存在，使

21、負(fù)載電流始終處于連續(xù)狀態(tài)，各相導(dǎo)電。 當(dāng)時(shí)，負(fù)載電壓波形將出現(xiàn)負(fù)的部分，并隨著觸發(fā)角的增大，使負(fù)的部分增多。 當(dāng)時(shí)，負(fù)載電壓波形中正負(fù)面積相等，平均值為0。 結(jié)合上述分析，三相半波可控整流電路帶阻感負(fù)載時(shí)角的移相范圍為。（4）數(shù)值計(jì)算 整流電壓平均值（負(fù)載電流始終連續(xù)）：。 晶閘管承受的最大正反向電壓：為變壓器二次側(cè)線(xiàn)電壓的峰值，三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路原理圖：（1）由6只晶閘管組成，形成三個(gè)橋臂，其中每個(gè)橋臂連接一相電源。（2）陰極連接在一起的3只晶閘管（VT1、VT3、VT5）稱(chēng)為共陰極組，處于橋臂上端。（3）陽(yáng)極連接在一起的3只晶閘管（VT4、VT6、VT2）稱(chēng)為共陽(yáng)極組

22、，處于橋臂下端。（4）晶閘管的導(dǎo)通順序：VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6。帶電阻負(fù)載時(shí)的工作情況（）（1）基本說(shuō)明 自然換向點(diǎn)仍為a、b、c相的交點(diǎn)。 將時(shí)刻（自然換向點(diǎn)）后的一個(gè)電源周期分成6段，每段電角度為，分別為、。（2）波形圖分析 階段：l a相電壓最大，b相電壓最小，觸發(fā)導(dǎo)通VT1（事實(shí)上，VT6已經(jīng)導(dǎo)通）l ，。 階段：l a相電壓最大，c相電壓最小，觸發(fā)導(dǎo)通VT2，則VT6承受反壓（）而關(guān)斷，VT1持續(xù)導(dǎo)通。l ，。 階段：l b相電壓最大，c相電壓最小，觸發(fā)導(dǎo)通VT3，則VT1承受反壓（）而關(guān)斷，VT2持續(xù)導(dǎo)通。l ，。 階段：l b相電壓最大，a相電壓最小，觸發(fā)

23、導(dǎo)通VT4，則VT2承受反壓（）而關(guān)斷，VT3持續(xù)導(dǎo)通。l ，。 階段：l c相電壓最大，a相電壓最小，觸發(fā)導(dǎo)通VT5，則VT3承受反壓（）而關(guān)斷，VT4持續(xù)導(dǎo)通。l ，。 階段：l c相電壓最大，b相電壓最小，觸發(fā)導(dǎo)通VT6，則VT4承受反壓（）而關(guān)斷，VT5持續(xù)導(dǎo)通。l ，。（3）總結(jié) 對(duì)于共陽(yáng)極組的3個(gè)晶閘管來(lái)說(shuō)，陽(yáng)極所接交流電壓值最高的一個(gè)導(dǎo)通；對(duì)于共陰極組的3個(gè)晶閘管來(lái)說(shuō)，陰極所接交流電壓值最低的一個(gè)導(dǎo)通。 每個(gè)時(shí)刻均需2個(gè)晶閘管同時(shí)導(dǎo)通，形成向負(fù)載供電的回路，其中1個(gè)晶閘管是共陰極組的，1個(gè)是共陽(yáng)極組的，且不能為同1相的晶閘管。 對(duì)觸發(fā)脈沖的要求：6個(gè)晶閘管的脈沖按VT1VT2VT

24、3VT4VT5VT6的順序，相位依次差。 共陰極組VT1、VT3、VT5的脈沖依次差，共陽(yáng)極組VT2、VT4、VT6的脈沖依次差。 同一相的上下兩個(gè)橋臂，即VT1與VT4，VT3與VT6，VT5與VT2，脈沖相差。 整流輸出電壓一周期脈動(dòng)6次，每次脈動(dòng)的波形都一樣，故該電路為6脈沖整流電路。帶電阻負(fù)載時(shí)的工作情況（）（1）基本說(shuō)明 自然換向點(diǎn)仍為a、b、c相的交點(diǎn)。 時(shí)刻為a相觸發(fā)角位置，將該時(shí)刻后的一個(gè)電源周期分成6段，每段電角度為，分別為、。（2）波形圖分析 階段：l a相電壓最大，b相電壓最小，觸發(fā)導(dǎo)通VT1（事實(shí)上，VT6已經(jīng)導(dǎo)通）l 當(dāng)過(guò)b、c相交點(diǎn)后，雖然b電壓高于c相電壓，但是由

25、于未觸發(fā)導(dǎo)通VT2，且a相電壓仍高于b相，因此整個(gè)階段I中，VT1和VT6持續(xù)導(dǎo)通。l ，。 階段：l 分析過(guò)程同階段I，VT1和VT2持續(xù)導(dǎo)通。l ，。 階段：l 分析過(guò)程同階段I，VT2和VT3持續(xù)導(dǎo)通。l ，。 階段：l 分析過(guò)程同階段I，VT3和VT4持續(xù)導(dǎo)通。l ，。 階段：l 分析過(guò)程同階段I，VT4和VT5持續(xù)導(dǎo)通。l ，。 階段：l 分析過(guò)程同階段I，VT5和VT6持續(xù)導(dǎo)通。l ，。（3）總結(jié) 與時(shí)相比，晶閘管起始導(dǎo)通時(shí)刻推遲了，組成的每一段線(xiàn)電壓因此推遲，平均值降低。 VT1處于通態(tài)的期間，變壓器二次側(cè)a相電流，波形與同時(shí)段的波形相同。VT4處于通態(tài)的期間，波形與同時(shí)段的波形

26、相同，但為負(fù)值。帶電阻負(fù)載時(shí)的工作情況（）（1）波形圖分析 階段：l a相電壓最大，c相電壓最小，通過(guò)以往經(jīng)驗(yàn)知道VT6已經(jīng)導(dǎo)通，此時(shí)觸發(fā)導(dǎo)通VT1，不觸發(fā)VT2，則整個(gè)階段I中，VT1和VT6持續(xù)導(dǎo)通。l ，。 階段：l b相電壓最大，c相電壓最小，此時(shí)觸發(fā)導(dǎo)通VT2，則VT6承受電壓而關(guān)斷，而a相電壓仍比c相大，因此VT1和VT2持續(xù)導(dǎo)通。l ，。 階段：l 分析過(guò)程同階段，VT2和VT3持續(xù)導(dǎo)通。l ，。 階段：l 分析過(guò)程同階段，VT3和VT4持續(xù)導(dǎo)通。l ，。 階段：l 分析過(guò)程同階段，VT4和VT5持續(xù)導(dǎo)通。l ，。 階段：l 分析過(guò)程同階段，VT5和VT6持續(xù)導(dǎo)通。l ，。（2）

27、總結(jié) 與時(shí)相比，晶閘管起始導(dǎo)通時(shí)刻繼續(xù)向后推遲，平均值繼續(xù)降低，并出現(xiàn)了為零的點(diǎn)。 當(dāng)時(shí)，波形均連續(xù)，對(duì)于電阻負(fù)載，波形與波形的形狀一樣，保持連續(xù)。帶電阻負(fù)載時(shí)的工作情況（）（1）時(shí)整流電路觸發(fā)脈沖要求 時(shí)，負(fù)載電流將出現(xiàn)斷續(xù)狀態(tài)，這樣為確保電路的正常工作，需保證同時(shí)導(dǎo)通的2個(gè)晶閘管均有觸發(fā)脈沖。 方法一：采用寬脈沖觸發(fā)，即觸發(fā)脈沖的寬度大于，一般取。 方法二：采用雙脈沖觸發(fā)，即在觸發(fā)某個(gè)晶閘管的同時(shí)，給序號(hào)緊前的一個(gè)晶閘管補(bǔ)發(fā)脈沖。即用兩個(gè)窄脈沖代替寬脈沖，兩個(gè)窄脈沖的前沿相差，脈寬一般為。（2）波形圖分析 階段：l 前半段內(nèi)，通過(guò)以往經(jīng)驗(yàn)知道VT6已經(jīng)導(dǎo)通，此時(shí)觸發(fā)導(dǎo)通VT1，不觸發(fā)VT2

28、，則VT1和VT6導(dǎo)通。，。l 后半段內(nèi)，出現(xiàn)a、b相交點(diǎn)，則過(guò)交點(diǎn)后VT6和VT1承受反壓關(guān)斷。，。 階段：l 前半段內(nèi)，此時(shí)觸發(fā)導(dǎo)通VT2，同時(shí)采用寬脈沖或雙脈沖方式觸發(fā)VT1導(dǎo)通。，。l 后半段內(nèi)，出現(xiàn)a、c相交點(diǎn)，則過(guò)交點(diǎn)后VT1和VT2承受反壓關(guān)斷。，。 階段：l 前半段內(nèi)，VT2和VT3持續(xù)導(dǎo)通。，。l 后半段內(nèi)，。 階段：l 前半段內(nèi)，VT3和VT4持續(xù)導(dǎo)通。，。l 后半段內(nèi)，。 階段：l 前半段內(nèi)，VT4和VT5持續(xù)導(dǎo)通。，。l 后半段內(nèi)，。 階段：l 前半段內(nèi)，VT5和VT6持續(xù)導(dǎo)通。，。l 后半段內(nèi)，。（3）總結(jié) 當(dāng)時(shí)，負(fù)載電流將出現(xiàn)斷續(xù)狀態(tài)。 當(dāng)時(shí)，整流輸出電壓波形全為零

29、，因此帶電阻負(fù)載時(shí)的三相橋式全控整流電路角的移相范圍是。3.2.2.7 三相橋式全控整流電路的定量分析（1）帶電阻負(fù)載時(shí)的平均值 特點(diǎn)：時(shí)，整流輸出電壓連續(xù)；時(shí)，整流輸出電壓斷續(xù)。 整流電壓平均值計(jì)算公式：以所處的線(xiàn)電壓波形為背景，周期為。 輸出電流平均值計(jì)算公式：。整流電路的有源逆變工作狀態(tài)逆變的概念什么是逆變？為什么要逆變？（1）逆變定義：生產(chǎn)實(shí)踐中，存在著與整流過(guò)程相反的要求，即要求把直流電轉(zhuǎn)變成交流電，這種對(duì)應(yīng)于整流的逆向過(guò)程，定義為逆變。（3）逆變電路定義：把直流電逆變成交流電的電路。（4）有源逆變電路：將交流側(cè)和電網(wǎng)連結(jié)時(shí)的逆變電路，實(shí)質(zhì)是整流電路形式。（5）無(wú)源逆變電路：將交流側(cè)

30、不與電網(wǎng)連結(jié)，而直接接到負(fù)載的電路，即把直流電逆變?yōu)槟骋活l率或可調(diào)頻率的交流電供給負(fù)載的電路。（6）有源逆變電路的工作狀態(tài)：只要滿(mǎn)足一定條件，可控整流電路即可以工作于整流狀態(tài)，也可以工作于逆變狀態(tài)。 逆變產(chǎn)生的條件（1）單相全波電路（相當(dāng)發(fā)電機(jī)）- 電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)（2）單相全波電路（整流狀態(tài)） - 電動(dòng)機(jī)（電動(dòng)狀態(tài)）系統(tǒng) 電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，全波電路處于整流工作狀態(tài)（），直流輸出電壓，而且，才能輸出電樞電流。 能量流向：交流電網(wǎng)輸出電功率，電動(dòng)機(jī)輸入電功率。（3）單相全波電路（有源逆變狀態(tài)） - 電動(dòng)機(jī)（發(fā)電回饋制動(dòng)）系統(tǒng) 電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電回饋制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，由于晶閘管單向?qū)щ娦?，電路?nèi)的方向依然

31、不變。 這樣，要保證電動(dòng)機(jī)有電動(dòng)運(yùn)行變成發(fā)電回饋制動(dòng)運(yùn)行，必須改變的極性，同時(shí)直流輸出電壓也改變極性（，）。 此時(shí)，必須保證，才能把電能從直流側(cè)送到交流側(cè)，實(shí)現(xiàn)逆變。 能量流向：電動(dòng)機(jī)輸出電功率，交流電網(wǎng)吸收電功率。 全波電路有源逆變工作狀態(tài)下，為什么晶閘管觸發(fā)角處于，仍能導(dǎo)通運(yùn)行？答：主要由于全波電路有外接直流電動(dòng)勢(shì)的存在且，這是電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電回饋制動(dòng)狀態(tài)時(shí)得到的，這樣能夠保證系統(tǒng)得到很大的續(xù)流，即使晶閘管的陽(yáng)極電位大部分處于交流電壓為負(fù)的半周期，但是仍能承受正向電壓而導(dǎo)通。（4）有源逆變產(chǎn)生的條件 變流電路外側(cè)要有直流電動(dòng)勢(shì)，其極性必須和晶閘管的導(dǎo)通方向一致，其值應(yīng)大于變流電路直流側(cè)的平均

32、電壓。 要求晶閘管的控制觸發(fā)角，使為負(fù)值。第3章 直流斬波電路（1）直流-直流變流電路（DC-DC）定義：將一種直流電變?yōu)榱硪还潭妷夯蚩烧{(diào)電壓的直流電的裝置。（2）常見(jiàn)的直流-直流變流電路為直流斬波電路。（3）基本直流斬波電路為：降壓斬波電路和升壓斬波電路。降壓斬波電路電路原理圖（1）包含全控型器件V，由IGBT組成。（2）包含續(xù)流二極管VD，作用是保證IGBT關(guān)斷時(shí)給負(fù)載中電感電流提供通道。（3）負(fù)載：直流電動(dòng)機(jī)，兩端呈現(xiàn)反電動(dòng)勢(shì)。（4）分析前提：假設(shè)負(fù)載中電感值很大，即保證電流連續(xù)。 工作原理分析（1）給出IGBT的柵射極電壓波形，即波形，周期為T(mén)。（2）（）期間：IGBT導(dǎo)通，電源E向

33、負(fù)載供電，負(fù)載電壓，由于電感存在，因此負(fù)載電流不能突變，所以按指數(shù)曲線(xiàn)上升。（3）（）期間：控制IGBT關(guān)斷，負(fù)載電流經(jīng)過(guò)續(xù)流二極管VD續(xù)流，負(fù)載電壓基本為0，負(fù)載電流呈現(xiàn)指數(shù)曲線(xiàn)下降。（4）當(dāng)負(fù)載電感值較大時(shí)，負(fù)載電流連續(xù)而且脈動(dòng)小。公式（1）負(fù)載電壓平均值：，其中為占空比。（2）電感L極大時(shí)，負(fù)載電流平均值：。計(jì)算題：例5-1總結(jié)（1）通過(guò)改變降壓斬波電路的占空比大小，就可以改變輸出負(fù)載電壓的平均值。升壓斬波電路電路原理圖（1）包含全控型器件V，由IGBT組成。（2）包含極大值的電感L和電容C。（3）負(fù)載為電阻R。 工作原理分析（1）當(dāng)IGBT導(dǎo)通階段：l 電源E向電感L充電，充電電流為恒

34、定電流；l 電容C上的電壓向負(fù)載R供電，因C值很大，因此輸出電壓為恒值。l 通態(tài)時(shí)間為，此階段電感L上積蓄能量為。（2）當(dāng)IGBT關(guān)斷階段：l 電源E和電感L共同向電容C充電，并向負(fù)載R提供能量。l 此期間，電感L釋放的能量為。公式（1）當(dāng)電路處于穩(wěn)態(tài)時(shí)，一個(gè)周期T中電感L積蓄的能量與釋放的能量相等。（2）輸出電壓平均值：=，因此。（3）輸出電流平均值：。計(jì)算題：例5-3升壓斬波電路能夠保證輸出電壓高于電源電壓的原因（1）電感L放電時(shí)，其儲(chǔ)存的能量具有使電壓泵升的作用。（2）電感L充電時(shí)，電容C可將輸出電壓保持住。第5章 逆變電路（1）逆變定義：將直流電能變成交流電能。（2）有源逆變：逆變電路

35、的交流輸出側(cè)接在電網(wǎng)上。（3）無(wú)源逆變：逆變電路的交流輸出側(cè)直接和負(fù)載相連。電壓型逆變電路（1）逆變電路分類(lèi)：根據(jù)直流側(cè)電源性質(zhì)可以分為電壓（源）型逆變電路和電流（源）型逆變電路。（2）電壓（源）型逆變電路VSI：直流側(cè)為電壓源。（3）電流（源）型逆變電路CSI：直流側(cè)為電流源。（4）電壓型逆變電路舉例： 直流側(cè)為電壓源，或并聯(lián)有大電容。直流側(cè)電壓基本無(wú)脈動(dòng)，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(cè)輸出電壓波形為矩形波，并且與負(fù)載阻抗角無(wú)關(guān)。而交流側(cè)輸出電流波形和相位因負(fù)載阻抗情況的不同而不同。 當(dāng)交流側(cè)為阻感負(fù)載時(shí)，需要提供無(wú)功功率，直流側(cè)電容起緩沖無(wú)功能量的作用。 圖中逆變橋

36、各臂都并聯(lián)反饋二極管，為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無(wú)功能量提供通道。單相電壓型逆變電路半橋逆變電路（1）電路原理圖 由兩個(gè)橋臂組成，其中每個(gè)橋臂均包含一個(gè)可控器件和一個(gè)反并聯(lián)二極管。 直流輸入側(cè)接有兩個(gè)相互串聯(lián)的足夠大的電容，兩個(gè)電容的連接點(diǎn)為直流電源的中點(diǎn)。 負(fù)載連接在直流電源中點(diǎn)和兩個(gè)橋臂連接點(diǎn)之間。（2）柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào) 開(kāi)關(guān)器件V1 和V2 的柵極信號(hào)在一個(gè)周期內(nèi)半周正偏，半周反偏，且二者互補(bǔ)。 ：V1 柵極高電平，V2 柵極低電平。 ：V2 柵極高電平，V1柵極低電平。 ：V1 柵極高電平，V2 柵極低電平。（3）電壓與電流波形圖 ：V1 柵極高電平，V2 柵極低電平，因此V1 為通態(tài)，V

37、2為斷態(tài)，則負(fù)載電壓。 時(shí)刻：V1 開(kāi)始關(guān)斷，但感性負(fù)載中的電流不能立即改變方向，于是VD2 導(dǎo)通續(xù)流（稱(chēng)為續(xù)流二極管），則負(fù)載電壓。直到時(shí)刻降為零時(shí)，VD2 截止，V2開(kāi)始導(dǎo)通，負(fù)載電壓仍為，反向。 其他時(shí)刻同理。（4）有功功率與無(wú)功功率 當(dāng)V1或V2 為通態(tài)時(shí)，負(fù)載電流與電壓同方向，直流側(cè)向負(fù)載提供能量。 當(dāng)VD1 或VD2 為通態(tài)時(shí)，負(fù)載電流與電壓反向，則負(fù)載電感中儲(chǔ)存的能量向直流側(cè)反饋，即負(fù)載電感將其吸收的無(wú)功能量反饋回直流側(cè)，反饋回的能量暫時(shí)儲(chǔ)存在直流側(cè)電容中，直流側(cè)電容器起著緩沖這種無(wú)功能量的作用。（5）應(yīng)用說(shuō)明 上述電路中開(kāi)關(guān)器件若為晶閘管，則需要使用強(qiáng)迫換流電路。 半橋逆變電路

38、優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用器件少，但缺點(diǎn)是輸出交流電壓幅值僅為，且直流側(cè)需要兩個(gè)電容器串聯(lián)。 半橋逆變電路常使用在幾千瓦以下的小功率逆變電源中。三相電壓型逆變電路三相電壓型橋式逆變電路（1）電路圖 開(kāi)關(guān)器件為IGBT。 直流側(cè)由兩個(gè)電容器組成，電壓中點(diǎn)為。 直流電壓為，因此“+”電壓為，“”電壓為。 負(fù)載側(cè)中點(diǎn)為N。（2）工作方式（導(dǎo)電方式） 每個(gè)橋臂（上或下）的導(dǎo)電角度為，同一相上下兩個(gè)橋臂交替導(dǎo)電，各相開(kāi)始導(dǎo)電的角度依次相差。V1V1V1V4V4V4V6V6V3V3V3V6V5V2V2V2V5V5 任一瞬間，將有三個(gè)橋臂同時(shí)導(dǎo)通，可能是上面一個(gè)橋臂下面兩個(gè)橋臂，也可能是上面兩個(gè)橋臂下面一個(gè)橋臂同

39、時(shí)導(dǎo)通。 每一次換流都是在同一相上下兩個(gè)橋臂之間進(jìn)行，即縱向換流。（3）負(fù)載線(xiàn)電壓波形 針對(duì)U相，當(dāng)橋臂1導(dǎo)通時(shí)，當(dāng)橋臂4導(dǎo)通時(shí)，因此是幅值為的矩形波，V、W兩相的情況與U相類(lèi)似。 、相位依次相差。 負(fù)載線(xiàn)電壓公式：，幅值為的矩形波，相位依次相差。（4）負(fù)載相電壓及中點(diǎn)電壓波形 負(fù)載相電壓公式：其中，為負(fù)載中點(diǎn)與直流電源中點(diǎn)之間的電壓。 上式中，通過(guò)求解才能得出負(fù)載相電壓將上式相加：則：考慮負(fù)載側(cè)為三相對(duì)稱(chēng)負(fù)載，即因此： 中點(diǎn)電壓的波形：矩形波，頻率為的3倍，幅值為的1/3倍，即。 負(fù)載相電壓波形：，階梯波，幅值為，三相互差。電流型逆變電路（1）定義：直流電源為電流源的逆變電路，一般情況下為大

40、電感形式的直流電流源。（2）電流型三相橋式逆變電路：（3）電流型逆變電路的特點(diǎn)： 直流側(cè)串聯(lián)大電感，相當(dāng)于電流源。直流側(cè)電流基本無(wú)脈動(dòng)，直流回路呈現(xiàn)高阻抗。 電路中開(kāi)關(guān)器件的作用僅是改變直流電流的流通路徑，因此交流側(cè)輸出電流為矩形波，并且與負(fù)載阻抗角無(wú)關(guān)。交流側(cè)輸出電壓波形和相位則因負(fù)載阻抗情況的不同而不同。 當(dāng)交流側(cè)為阻感負(fù)載時(shí)需要提供無(wú)功功率，直流側(cè)電感起緩沖無(wú)功能量的作用。第6章 PWM控制技術(shù)PWM控制定義：即脈沖寬度控制技術(shù)，它是對(duì)脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制的技術(shù)，即通過(guò)對(duì)一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，來(lái)等效的獲得所需要的波形，其中包含波形的形狀和幅值。PWM控制的基本原理面積等效原理（1）沖量的定義：指窄脈沖的面積。（2）脈沖面積等效原理：當(dāng)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(shí)，其效果基本相同，即慣性