電力電子技術(shù)機(jī)械工業(yè)筆記

PAGEPAGE8一、電子技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用概況術(shù)、生物工程、光電子技術(shù)、軍事電子技術(shù)、生物電子學(xué)、新型材料、新型能源、海洋開1、電子器件的發(fā)展第一代電子管（又稱為真空管第二代晶體管第三代集成電路現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)發(fā)展的數(shù)據(jù)表明，GDP每增長(zhǎng)100元，需要10元左右電子工業(yè)產(chǎn)值和1~3元集成最近工程技術(shù)界評(píng)出20世紀(jì)世界最偉大工程技術(shù)成就的第5項(xiàng)電子技術(shù)時(shí)談到，“從..........發(fā) 控 發(fā)車電子——收音機(jī)、汽車、業(yè)余電進(jìn)入信息化社會(huì)，集成電路成為的一個(gè)組成單元，于是電子戰(zhàn)、智能應(yīng)運(yùn)而生。二、本課程的性質(zhì)與任務(wù)課程性質(zhì):電子技術(shù)分類：2力電子晶體管(電力MOSFET)、絕緣柵雙極晶體管()等。和。疑難解釋問題1.1“晶閘管的額定電流是指流過晶閘管的峰值電流”對(duì)嗎？答：不對(duì)。晶閘管的額定電流是指通態(tài)平均電流IT(AV),國(guó)際規(guī)定通態(tài)平均電流閘管的額定電流IT(AV)。另外，整流二極管的額定電流計(jì)算方法與晶閘管的一樣。問題1.2“當(dāng)給晶閘管的門極施加觸發(fā)電流時(shí)，晶閘管就能被觸發(fā)導(dǎo)通”對(duì)嗎？問題 由于GTR具有電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，所以電流容量較大，試解釋電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)答：當(dāng)PN結(jié)上流過正向電流較小時(shí)，二極管的電阻主要是作為基片的低摻雜NPN結(jié)流過正向電流較大時(shí)，注入并積累在低摻雜N區(qū)的少子空穴濃度將很大，為了維典型例題（所選題型應(yīng)典型、多樣化。特別是在期末和考研運(yùn)用于電力電子技術(shù)中的理想開關(guān)應(yīng)滿足什么條件？機(jī)械開關(guān)不能滿足電力電子學(xué)用的開關(guān)的原因。電流控制型和電壓控制型電力半導(dǎo)體器件的特點(diǎn)。試從晶閘管的等效電路說明其半控的特點(diǎn)。AGSIEG AGSIEG AV1的基極電流放大成集電極電流 又進(jìn)一步增大V2的基極電流，如此 成正反饋，最后V、V進(jìn)入 全飽和狀態(tài)，即晶閘管導(dǎo)通。但是 果撤掉外電路注入門極的電流IG， 閘管由 已形成 正反

1－1電力半導(dǎo)體器件在導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)，其管子的電壓、電流如何確定？舉例說明緩沖電路的作用。1－2Li，起到抑制didt的作用，緩沖電路的作用是RidiRidi緩沖電VL無緩沖電路無抑制電路u有緩沖電路有di抑制電t O 1－2didt抑制電路和充放電型RCD簡(jiǎn) 說電流控制型和電壓控制型電力半導(dǎo)體器件的特點(diǎn)答：用電壓控制信號(hào)工作的電壓型半導(dǎo)體器件。前者，代表的電力半導(dǎo)體器件為雙極晶、管后代器電力MOSFET和。電壓控制型電力半導(dǎo)體器件，由于輸入信號(hào)部分為MOSIC)信號(hào)控制功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管對(duì)電力電子設(shè)備可以說是很方便的。電流控制型半導(dǎo)體器件的驅(qū)動(dòng)電路不僅所需功率大，而且結(jié)構(gòu)也相對(duì)復(fù)雜一些。的擎住效應(yīng)？試從 的等效電路解釋產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因EGCEGC集電極PJNNJ JN+PN N+PN

漂移區(qū)緩沖 注入?yún)^(qū)

答 RV RVJ1 - +- E電 IDR b流

IC過大 dQ1Q2構(gòu)成雙晶體管結(jié)構(gòu)，柵極失去了對(duì)集電極電流的控制作用，導(dǎo)致試從絕緣柵雙極晶體管的等效電路說明其在關(guān)斷過為什么會(huì)存在尾部時(shí)間？答:的簡(jiǎn)化等效電路如圖1－4所示，它是由MOSFET和GTR組合而成，因此的關(guān)斷包括兩過程，即MOSFET的關(guān)斷過程和GTR的關(guān)斷過程，對(duì)于前者，由于門極施加了反向電壓，所以IC下降地較快，當(dāng)MOSFET已經(jīng)關(guān)斷后，有無反向電壓，所以GTR基極積累電荷復(fù)合較緩慢，造成IC下降較慢，會(huì)產(chǎn)生較長(zhǎng)的電流下電力電子器件驅(qū)動(dòng)電路的任務(wù)是什么？答：電力電子驅(qū)動(dòng)電路是電力電子主電路與控制電路之間的接口，是電力電欲減小GTR的導(dǎo)通損耗，應(yīng)使其工作在深飽和狀態(tài)，這樣GTR的導(dǎo)通壓降會(huì)下降，這就要求盡可能加大基極驅(qū)動(dòng)電流。欲縮短GTR的關(guān)斷時(shí)間，應(yīng)使其工作在臨界飽和導(dǎo)通狀態(tài)，這就要求基極驅(qū)動(dòng)電流不應(yīng)太大，基極電流越大，基極積累的電荷越多欲關(guān)斷GTR，首先應(yīng)將此積累電荷抽取出去，勢(shì)必使GTR關(guān)斷時(shí)間延長(zhǎng)。因此，兩者是相 的。為什么電力晶體管常采用達(dá)晶體管結(jié)構(gòu)晶體管比單管GTR所需基極驅(qū)動(dòng)電流小得多，因而減小了驅(qū)動(dòng)電路容量。相比電力MOSFET，為什么GTR 的電流容量大得多為什么電力MOSFET不存在二次擊穿問題？ 電力半導(dǎo)體器件的功率損耗包括哪幾部分，其中哪些與器件的開關(guān)頻率有關(guān)，有什么關(guān)系？試說明的電流與漏極電壓有何關(guān)系答：正常工作時(shí)的通態(tài)飽和壓降與漏極電流呈現(xiàn)近似線性變化的關(guān)系，識(shí)別管壓降的大小即可判斷漏極電流的大小，對(duì)的短路保護(hù)可采用漏極電電力電子開關(guān)器件串、并聯(lián)運(yùn)行可能出現(xiàn)何種故障？如何解決。會(huì)導(dǎo)致器件的損壞。所以電力電子器件串聯(lián)運(yùn)行時(shí)應(yīng)有相應(yīng)的均壓電路，如圖1－強(qiáng)迫并聯(lián)器件均流的電路如圖1－5(B)所示。99 下表給出1200V等級(jí)不同的電流容量 電流容量5答：柵極通過一層氧化膜與射極實(shí)現(xiàn)電，由于此氧化膜很薄，其擊20～30V，為防止柵極連線的寄生電感與柵極間的電容耦合，振蕩電壓，另外，柵極電阻還起到抑制電流上升率，，以防止管子誤導(dǎo)通。因?yàn)殡S著電流容量的增加，柵漏極間電容也相應(yīng)增加，為了縮短驅(qū)試說明有關(guān)柵極驅(qū)動(dòng)電路的要求。答：對(duì)的驅(qū)動(dòng)電路提出如下要求沿后，使的開關(guān)損耗盡量小。關(guān)斷，應(yīng)施加負(fù)偏壓，增加負(fù)偏壓可以避免發(fā)生不可控的擎住效應(yīng)。若為大電感負(fù)載，的關(guān)斷時(shí)間不宜過短，以限制didt所形成的尖峰電壓，保護(hù)的安全。在過流及短路過，系統(tǒng)如何檢測(cè)并實(shí)施保護(hù)的能承受很短時(shí)間的短路電流，需要實(shí)時(shí)檢測(cè)。一般采用檢測(cè)集電極與發(fā)射極電壓的方法來判斷的通態(tài)飽和壓降與集電極電流呈近似線性變化的為什么晶閘管的觸發(fā)信號(hào)通常不使用直流信號(hào)？晶閘管有哪些派生器件？試說明有關(guān)晶閘管和電力晶體管的關(guān)斷過程？復(fù)過程，在此過，如果重新對(duì)晶閘管施加正向電壓，晶閘管會(huì)重新正向?qū)ǎ瑸樘岣呦到y(tǒng)的可靠性，電力電子變換電路應(yīng)設(shè)有哪些保護(hù)功能？請(qǐng)敘述電力二極管的反向恢復(fù)過程，在高頻開關(guān)電路中，應(yīng)選擇什么型號(hào)的二極管？答：當(dāng)電力二極管的外加電壓由正向變?yōu)榉聪?，正向電流在此反向電壓的作用在PN斷能力。這就是二極管的反向恢復(fù)過程。電力晶體管的驅(qū)動(dòng)電路一般采用的技術(shù)包括哪些？試分別舉例說明其工作原理承受短路時(shí)間與導(dǎo)通飽和壓降的關(guān)系是什么？為什么？存在以上關(guān)系是由于隨著飽和壓降降低，的阻抗也降低，短路時(shí)的功耗隨著電發(fā)生短路后，是否應(yīng)迅速柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)，為什么？答：當(dāng)發(fā)生短路后，不能采取立即柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)的方法實(shí)施保護(hù)，化率而感應(yīng)過電壓使擊穿損壞。為保證SCR可靠導(dǎo)通，當(dāng)晶閘管的電流達(dá)到何值方可撤除觸發(fā)信號(hào)？號(hào)，也就是要求SCR的觸發(fā)脈沖保持一定的寬度。 晶閘管變流電路在運(yùn)行過可能出現(xiàn)的影響器件穩(wěn)定、可靠運(yùn)行的主要因素有那些？需設(shè)置哪些相應(yīng)的保護(hù)措施：器件開通時(shí)過高的didt，會(huì)造成器件 失效增設(shè)陽(yáng)極串聯(lián)電感，以限制器件開通過程的didt在晶閘管陽(yáng)極－陰極并聯(lián)電阻電 RC，抑制器件關(guān)斷過電壓及重加正dudt電源端接入RC晶閘管的派生器件有哪些，各有什么特點(diǎn)？－6所示，門極G、主電極MT1和MT2，其中MT1接負(fù)載，MT2接線路電源，門極對(duì)于MT1是導(dǎo)通的，當(dāng)MT1和MT2接反，器件不工作，但也不會(huì)損壞。當(dāng)MT2與MT1承受正向電壓時(shí)，門極施加正向觸發(fā)電壓，則器件導(dǎo)通，其電流由MT2流入MT1流出。反之當(dāng)MT2與MT1承受反向電壓時(shí)，門極施加反向觸發(fā)電壓，器件也導(dǎo)通，其電流由MT1流入MT2流出。相對(duì)于一對(duì)反并聯(lián)晶閘管，控制電路比較簡(jiǎn)單，多用在交流調(diào)壓逆導(dǎo)晶閘管是將晶閘管反并聯(lián)一個(gè)二極作在同一管芯上的功率集成器件，如圖1－7所示由雙向可空晶閘管構(gòu)成的交流調(diào)壓電路，已知輸入電壓是220V的30210°施加正負(fù)脈沖電流。(1)當(dāng)負(fù)載是純電)觸發(fā)信號(hào)分別在每周期的60°和240°施加正負(fù)脈沖電流，畫出輸出電壓和電流的波形。答：(1t在0,180區(qū)間，MT2MT1之間承受正向電壓，門極在t30時(shí)施加正向觸發(fā)電流，則雙向晶閘管導(dǎo)通，直至t180后由于承受反壓而關(guān)斷。t在180360區(qū)間，MT2MT1t210時(shí)施加反向觸發(fā)電流，則雙向晶閘管導(dǎo)通，直至t360后由于承受正壓而關(guān)斷。輸出電壓1－7(C)所示，因?yàn)槭羌冸娮栊载?fù)載，所以輸出電流io波形與電壓的波形當(dāng)負(fù)載為阻感性時(shí)，在雙向晶閘管正向?qū)ㄟ^，在t180后，盡管輸入電壓出現(xiàn)負(fù)的，但電感要將的能量完，回路電流不為零，因此晶閘管流的波形如圖1－8(a)和(b)所示。GTO的失效機(jī)理，如何避免這一現(xiàn)象？答：GTOGTO保證小元性能的一致，另一方面，從電則應(yīng)提高門極觸發(fā)電流的強(qiáng)度和上試敘述晶閘管對(duì)門極驅(qū)動(dòng)脈沖的要求。足夠大的門極觸發(fā)功率，使足夠大的電流注入門極，實(shí)現(xiàn)晶閘管器件足夠大的門極脈沖前沿電流幅值及其上升率diGdt，以便件開通過程，提高dikdt承受能力。 從結(jié)構(gòu)看，SCR和GTO具有相同的雙晶體管模型，為什么GTO是全控型器件，而SCR卻是半控件？構(gòu)成的兩個(gè)晶體管V1、V2分別具有共 AAGISEGAGISEG G在器件設(shè)計(jì)時(shí)使得2較大設(shè)計(jì)SCR導(dǎo)通時(shí)的 1＋21.15GTO設(shè)計(jì)為1＋21.05

E樣EAK導(dǎo)通時(shí)處于深度飽和狀態(tài)，而GTO導(dǎo)通 饋，當(dāng)1＋21時(shí)，器件退出飽和而關(guān)GTO對(duì)門極開通電流信號(hào)和關(guān)斷電流信號(hào)的波形有什么要求？正向觸發(fā)電流，IGR為反向關(guān)斷電流。GTO對(duì)門極關(guān)斷電壓波形有何要求？產(chǎn)生一個(gè)門極電流，這個(gè)正向門極電流有使GTO開通的可能，即使因?yàn)檫@個(gè)正向門極受dudtGTO晶閘關(guān)導(dǎo)通的條件是什么？怎樣使晶閘管由導(dǎo)通變?yōu)殛P(guān)斷答：晶閘管導(dǎo)通條件是：（1）晶閘管陰極和陽(yáng)極之間必須加上正向陽(yáng)極電壓；220V,晶閘管和電阻串聯(lián)相接，試計(jì)算晶閘管實(shí)際解：晶閘管所承受的正、反向電壓最高值為輸入正弦交流電壓的峰值，即：2220 2LdiRiE

EEi (1eLtR

由于主回路中有電感，所以電流i由零逐漸升高，當(dāng)電流高于擎住電流15mA后，方可中斷門極觸發(fā)電流 圖50(1et)15t150106s

所以門極觸發(fā)電流信號(hào)脈沖的寬度最小也要大于 讀數(shù)不正常，接上Rd后一切正常，為什么？答：當(dāng)Q斷開時(shí)，由于電壓表內(nèi)阻很大， 導(dǎo)用萬用表怎樣區(qū)分晶閘管陽(yáng)極（A、陰極和門極（G）？判斷晶閘管的好壞有哪些簡(jiǎn)便實(shí)用的方法？ 接成如圖1－12所示的線路，如果按下開關(guān)Q后，燈 圖螺栓式與平板式晶閘管擰緊在散熱器上，是否擰的越緊越好？ 113中陰影部分分別表示流過晶閘管的電流波形，其最大值為Im（1）試計(jì)算晶閘管的電流平均值IdIT及波形系數(shù)Kf；（2）選用KP-100晶閘管，不考慮安全裕量。試計(jì)算上述4種電流波形下晶閘管能承受的平均電流是多少？對(duì)應(yīng)的電流最大Im各是多少？

3

4 3

2

5 2I Isintd(t)圖 20 120(I120(Isint)2m fK0.5Im fm平均電流IT(AV)。 1Isintd(t)2 0 10(I10(Isint)2m

I222fKIT 2f

（c）I1Isintd(t)3 3

2 1(Isin1(Isint)2m3

K

（d）Id202Imd(t)4110 2mKIT

12 d（2）若選KP-100型晶閘管IT(AV)=100A，

IT=1.57IT(AV) 由式（1－7）得1I157A， 314A，I100A2 12 157， 222A，I141A12 由式（1－13）得0.63Im157Im250AId120A 1I157， 314A，I78.5A2 結(jié)論：通過電流波形不同（即使波形相同但導(dǎo)通角不同），允許通過晶閘管電流平均值及其峰值均不同試求圖1－14中電壓波形的平均值及其有效值。33 2522 52解：(a)

1100d(t)3(100)d(t) 2 2 12122100d(t) 22 2(b)U

2100d(t) 21021021002晶閘管在關(guān)斷時(shí)突然損壞，有哪些可能的原因？答：晶閘管在關(guān)斷時(shí)突然損壞，有可能的 決定于什么？為什么要考慮晶柵管斷態(tài)電壓上升率du/dt和通態(tài)電流上升率答：因?yàn)樵诰чl管斷態(tài)時(shí)，如果所受du/dt太大，會(huì)使晶閘管誤導(dǎo)通。在晶閘uVD為二極管，在忽略VD的正向壓降及反Vu0 30 3i1R2i2分別i12U/R1sin t(0，i2 t(0，

圖ii

R1

sin t(，2RR 2

sintd(t)

RR 11220 Rsintd(t)RRsint I112R1U12RR12R1U12RR2 2RR2 21U

2R1

R2

=I1R12R2R 2RR 221U用什么信號(hào)可做晶閘管的門極控制信號(hào)？SCR1－17所示，試分析此電路的工作開關(guān)SB關(guān)斷后，交流電壓經(jīng)VD1~VD4整流，在晶閘管VT兩端出現(xiàn)單相全波脈動(dòng)電壓。此時(shí)，電容C經(jīng)電阻R1、VD5和VT的門極充電，晶閘管導(dǎo)通，從而使燈泡Vce=200V,tf=0.2us,tr=0.05us1000KHz，晶體管集電極電流Ic=2A，求如圖1-18所示的緩沖器RC的有關(guān)參數(shù)。解：在關(guān)斷時(shí)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，能量可寫=IcVce(trtf = 解得電容C=IC(trtf

=2(0.050.2)t= 0.4=4sON100假如3倍時(shí)間參數(shù)可以放完，則：3RC= R=tON

4 30.0022106=606Ω14 ，則14I=VceRR

I

ce

4

1P=R

(0.0025106)2002100f= C=2.2nF200V 試說明GTR、MOSFET 、MCT各自特點(diǎn)和缺點(diǎn)作頻率高，有取代GTR之勢(shì)。饋能式緩沖電路 加以比較。 32.1.1 晶閘管在陽(yáng)極和陰極之間加適當(dāng)?shù)恼螂妷篣AK在控制極和陰極之間加適當(dāng)?shù)恼蛴|發(fā)電壓UGK約為1V左右。晶閘管陽(yáng)極電流小于維持電流IH反向重復(fù)峰值電壓URRM。UFRM≥(2~3)UFM 單相可控整流電路單相可控半波整流電路0ωt200ωt200α0π θπ2uoωt1π+π+-++-+-圖

Uo0.45U

RIUoR

U21oL

UFMURM

2U2UI

U

IVSOI1sin2 L+-+-0α0θ+-圖 Uo0.45U

Uo0.45U

LIUo0.45U21L

IVSOI2.1.2.22．單相半控橋式整流電

Uo0.9U

12IUo

U21o

UFMURM

2U2UI

U

1 21sin2 uo +-+-+- +-00圖 單結(jié)晶體管觸發(fā)電路單結(jié)晶體管的結(jié)構(gòu)及特性射極不加電壓，兩個(gè)基極之間加電壓UBB時(shí)，RB1上的電壓為：A UA

式中η稱為分壓比，一般0.3～0.9之間。單結(jié)晶體管的伏安特性曲線如圖6.4當(dāng)UEUPUAUD時(shí)，單結(jié)晶體管截止，PUP當(dāng)UEUP時(shí)，單結(jié)晶體管導(dǎo)通，IE迅速增大，UE電壓，IV為谷點(diǎn)電流。P0

VIIE2.1.3.23．單結(jié)晶體管觸發(fā)電路 +-R2+-RZ+-+-C+-+-觸發(fā)電路由單結(jié)晶體管脈沖發(fā)生電路組成，輸出觸發(fā)脈沖電壓ug。同時(shí)供給兩個(gè)u2也過零，保證了兩者同步，從而獲得有規(guī)律的輸出電壓波形。C0UEUP（單結(jié)晶體管峰點(diǎn)電壓。當(dāng)放電到UEUV（單結(jié)晶體管谷點(diǎn)電壓）時(shí)單結(jié)晶體管截止。然后又由UV00P00P000圖 晶閘管的保護(hù)過電流保護(hù)2.1.4.22．過電壓保護(hù)逆變的概念整流與逆變的關(guān)系前面兩章的是把交流電能通過晶閘管變換為直流電能并供給負(fù)載的可控整相對(duì)于整流而言，逆變是它的逆過程，一般于稱整流為順變，則逆變的含運(yùn)行中將直流電能變換為交流電能并回送到電網(wǎng)中去，這樣的逆變稱為“有源逆 E E

電源間能量的變換關(guān)系；IE1R IE1RIE2R3-1-1(b)3-1-1(a)E2＞E1I為此I為E1E2RR=0，則形成兩個(gè)電源短路的情況。綜上所述，可得出以下結(jié)論： V1V1＋＋—nM—V1——＋nM＋ 3-1-2(b)有源逆變電路的工作原理1．整流工作狀態(tài)α0～π/2Ud=Udocosαα均小于π/2UdEDEDUdIUdED 中間狀態(tài)（=π/2）απ2、積相等，電壓平均值Ud為零，電停轉(zhuǎn)（實(shí)際上采用電磁抱閘斷電制動(dòng)）Dd--3b有源逆變工作狀態(tài)（π/2＜α＜π＝上述卷?yè)P(yáng)系統(tǒng)中，當(dāng)重物放下時(shí)，由IEDUd 的反電勢(shì)ED的極性也將隨之反相。如果變流器仍工作在α＜π/2的整流狀態(tài)，ED＞Ud，則回路中的電流為電流的方向是從電勢(shì)ED的正極流出，從電壓Ud的正極流入，電流方向未變。顯然，這時(shí)電為發(fā)電狀態(tài)運(yùn)行，對(duì)外輸出電能，變流器則吸收上述能量并饋送回交流上述三種變流器的工作狀態(tài)可以用圖3-1-3所示波形表示。圖中反映出隨著控制uuuu00 uuuu00 uuu0ED 0(a)b(c)時(shí)輸出直流平均電壓Ud為負(fù)值的含義?上述晶閘管供電的卷?yè)P(yáng)系統(tǒng)中，當(dāng)重物下降，電反轉(zhuǎn)并進(jìn)入發(fā)電狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，電機(jī)電勢(shì)ED實(shí)際上成了使晶閘管正向?qū)ǖ碾娫?。?dāng)α＞π/2時(shí)，只要滿足均電壓Ud自然為ED及電感Ld兩端感應(yīng)電勢(shì)的共同作用加以2）條必須，對(duì)于半控橋或者帶有續(xù)流二極管的可控整流電路，因?yàn)樗鼈冊(cè)谌螜C(jī)系統(tǒng)，電機(jī)電勢(shì)ED的極性可隨重物的“提升”與“下降”自行改變并滿足逆變的TaL—RuTaL—Rud—＋M＋cbbbccR d uuu 00uuuu 0 0 其電機(jī)電勢(shì)ED的極性不能自行改變，為此必須采取相應(yīng)措施，例如可利用極性切換開關(guān)來改變電機(jī)電勢(shì)ED的極性，否則系統(tǒng)將不能進(jìn)入有源逆變狀態(tài)運(yùn)行。(b)三相半波逆變電路一、電路的整流工作狀態(tài)圖3-1-4(a)所示電路中，α=30°時(shí)依次觸發(fā)晶閘管，其輸出電壓波形如圖輸出電壓瞬時(shí)值均為正，其平均電壓自然為正值。對(duì)于在0＜α＜π/2范圍內(nèi)的其Ud的正端流出，從ED的正端流入，能量的流轉(zhuǎn)關(guān)系為交流電網(wǎng)輸出能量，電機(jī)吸收二、電路的逆變工作狀態(tài)（π/2＜α＜π）V1EDua相電壓。V1被觸uaED的存在，且|ED|＞|ua|，V1仍然承受正向電壓而導(dǎo)通，即使不滿足|ED|＞|ua|，由于平波電感的存在，電能，L的感應(yīng)V1V2ub，如此循環(huán)往復(fù)。以有源逆變狀態(tài)運(yùn)行。因晶閘管V1、V2、V3的交替導(dǎo)通工作完全與交流電網(wǎng)變化同步，從而可以保證能夠把直流電能變換為與交流電網(wǎng)電源同頻率的交流電回饋電輸出功率還是輸入功率。這樣，變流器流電源與直流電源能量的流轉(zhuǎn)就可以按有功功率Pd=UdId來分析，整流狀態(tài)時(shí)，Ud＞0，Pd＞0則表示電網(wǎng)輸出功率；逆變狀態(tài)時(shí)，Ud＜0，Pd＜0為分析和計(jì)算方便，通常把逆變工作時(shí)的控制角改用β表示，令βπ-α，α=πβαβUdUdocos(三相半波時(shí)Udo1.17U2α＞π/2而β＜π/2β從π/2三相橋式逆變電路逆變工作原理及波形分析T—T—aRV＋4—＋iMcbu2u200(a)(b)(c)3-3-IEDUd 當(dāng)電勢(shì)ED略大于平均電壓Ud時(shí)，回路中產(chǎn)生的電流Id電流Id的流向是從ED的正極流出而從Ud的正極流入，即電機(jī)向外輸出能量，以部分區(qū)域均為交流電的負(fù)電壓，晶閘管在此期間由于ED的作用仍承受極性為正的沖之間的間隔為π/3，分別按照1，2，3，…，6的順序依次發(fā)出，其脈沖寬度應(yīng)大于π/3或者采 電路中基本電量的計(jì)算Ud21.17U2cos2.34U2cosIEDUd RRB中U2φ為交流側(cè)變壓器副邊相電壓有效值。輸出電流平均值為式中 為變壓器繞組的等效電阻 為變流器直流側(cè)總IdIdI 13I213IV 13逆變失敗原因分析及逆變角的限制可能將晶閘管和變壓器燒毀，上述事故稱之為逆變失敗或叫做逆變。觸發(fā)電路工作不可靠件從承受反向電壓導(dǎo)通延續(xù)到承受正向電壓導(dǎo)通，Ud反向后將與ED順向串聯(lián)，出現(xiàn)逆晶閘管出現(xiàn)故障交流電源出現(xiàn)異常IEDUd 從逆變電路電流公式上述公式中的Ud都將為零或減小，從而使電流Id增大以至發(fā)生電路逆變失敗。電路換相時(shí)間不足小造成換流失敗，從而導(dǎo)致逆變的發(fā)生?，F(xiàn)以共陰極三相半波電路為例，分析由于β太小而對(duì)逆變電路產(chǎn)生的影響，電路結(jié)構(gòu)及有關(guān)波形如圖3-3-2所示。設(shè)電路變壓器漏電感引起的電流角為γ，原來的逆變角為β1，觸發(fā)a相對(duì)應(yīng)的V1導(dǎo)通后，將逆變角β1改為β，且β＜γ，。這時(shí)正好V2和V3進(jìn)行換ωt2為起點(diǎn)向左β角度的ωt1時(shí)刻觸發(fā)V3管開V2的電流逐漸下降，V3的電流逐漸上升，由于β＜γ，到達(dá)ωt2時(shí)刻（β=0），晶閘管V2中的電流尚未降至零，故V2此時(shí)并未關(guān)斷，以后V2承受的陽(yáng)極電壓高于V3承受的陽(yáng)影響外，還應(yīng)考慮到元件關(guān)斷時(shí)間tq（對(duì)應(yīng)的電角度為δ）以及一定的安全裕量角一般取βmin為30°～35°，以保證逆變時(shí)正常換流。一般在觸發(fā)電路中均設(shè)LuM3LuM3 2 1id0 圖3-4--1變壓器漏抗對(duì)逆變的影響(a)(b)5-接通的占空比（ton/T）。接通的占空比（ton/T）。頻率變動(dòng)，不易濾波，因此常用方式。 （電路波形先做分析，然后再介紹工作過程分析二、工作過程分a（t0t≤t1=K

Iin uuuL （u-u）為常數(shù)，電流變化為線 uuuLdiLI2I1LI 1I(UdUo) UL LULdiLL t

IU0(t2t1由于Uo維持不變，輸出?I(UdUo)t1Uo(t2t1 Ut1Ut1UtT tT

2UdIUoIoKUdI

I(UdUo)tUd(1K)KTUd(1K)K 考慮到 iL≈?iC，且有一周期內(nèi)電容充放電平衡，根據(jù)圖4-2中波形，?QT/2Q11I1T UQIUdK(1K 8 8 8LCf電感的峰值電流：IL

I

1 1Uo不變，為什么有UC大1A，最小100mA，工作頻率100kHz，如何設(shè)計(jì)電路參數(shù)？由U0UCLC最小輸出電流與 Io

ILMAXIVTMAXMOS有效值，依此選擇MOS管的電流。 4、依據(jù)電路拓?fù)?，電源輸入平均電流與電感電流的關(guān)系有：Iin二、工作過程分a（t0tt1=K IUduuLdiL L uuuLdiLI1I2L2 2

t2I(UdUo)

ΔI (UdUo)(tt)Ud U t U L 其中：t2 K=t1/

t 1 I 1KUdIUoIoKUd 1 I0IUdtU U idt idt dL C0 C0 第四節(jié)升降壓式變換電路（BUCK-BOOST電路）4、依據(jù)電路拓?fù)洌娫摧斎肫骄娏髋c電感電流的關(guān)系有：Iin二、工作過程分a（t0tt1=KULdiL IUd t L bVD（t1tuuLdiL IU0(t2t11 1?IdIU0(t2t1)Udt1 U U Kd2 2

1 UIU

KU

I o

1 d

1K 1 I0IUdtU U idt idt dL C0 C0 第五節(jié)庫(kù)克電路（CUK）Io

Iin二、工作過程分a（t0tt1=KL1L U diL

IL11L I

1 1 1

L2 ULIL22IL21L I(UC1U0)

2

L1

(UC1Ud)(t2t1 對(duì)于電L2有UC1UdL1 L11 U

t2IL22IL21 2

t2 t t2

222

U0(t2t1ΔI相等，由前U U

t2

d1 dUIU

KU

I o

1 d

1K ( I1I)(I1I) I1(II L 1K 1K 1 IUdt1Ud1 2 IU0(t2t1)(1K) 2

(1K 晶體管導(dǎo)通：iC1 I0t1I0CC1由 iL2iC

iL2IC

IQ 4

Q

I2Ud 8 8f2L (UC1U0

IU0(t2t1)U0(1K)T I2

2 U0 1DC-DC變換器二、工作過程分a（t0t≤t1=KLd0 uN2ULd0

LI(UdN2/N1U0

II b、晶體管關(guān)斷狀態(tài)（t1tVD1，VD2ULdiL t ΔI

NUU0K NU

d

N2IrrN3DC-DC變換器a（t0tt1=KULdiLI12I11L I 1 1 b、晶體管關(guān)斷狀態(tài)（t1≤tII

L(N2)2N N1 ULI22I21LN1I12I11L t t2

2N

t2

1N1t2IU0

UiNN11UiN6-1、交流電路純電阻電路給電阻R加上一正弦R如圖5-2-1所示，其電壓uuUmsin電流的瞬I與U、R三者iuiT2TtiuumsinuiT2Tt ImUmR II R

乙5-2-IUIU~自L勢(shì)為自，電路中電阻R可近似為零，由含源電路歐姆定有自u(píng) 自

5-2-R0，所以u(píng)，自感電動(dòng)勢(shì)與外加電壓是反相的。設(shè)電路中電流iImsint，自感電動(dòng)勢(shì)為 L iImsintttImsin由于t很短，依三角關(guān)系展開上式后，近似處理cost1,sintt則imiIm Li

mm由ue

sin(t2u

sin(t)

sin(t2uu T2OTUU2UI系 其中

稱為感 I甲（XL）滿足IU/XL，其 甲XLL2fL，單位:歐姆 圖5-2-i ~純電容電路iQC

5-2-uuuuiT2OTuUmsint，與前面推導(dǎo)方式相同，

甲UIU乙u

tcostIUtsin(t icu

sin(t2ImcUm

i

sin(t2I1

Xc 位移電流位移電流不是電荷定向移動(dòng)的電流。它引

AXNSAXNSCYZ起的變化電場(chǎng)，極置于一種電流。為了形象地表明我移電流，可以把它看作是由極板上電荷積累過程即形成的。1交流電能通過電容器，是由于電容器在充、放電的過，電容器極板上的電荷發(fā)生變化，引起電場(chǎng)的變化而形成的。連接電容器的導(dǎo)線中有傳導(dǎo)電流通過，而在電容器內(nèi)存在位移電流。2我移電流在產(chǎn)生磁場(chǎng)效應(yīng)上和傳導(dǎo)電流完全等效，因?yàn)槎叨级紩?huì)在周圍的空間產(chǎn)生磁場(chǎng)。3我移電流通過介質(zhì)時(shí)不會(huì)產(chǎn)生熱效應(yīng)。IRIRLCU和直流電路中的歐姆定律相似，其等式為UIZ或IZI、U都是交流電的有效值，Z就是交流電路中的歐姆定律。圖5-2- （2）說和電流的有效值之間一般不是簡(jiǎn)單數(shù)量的比例關(guān)系。a5-2-8R、L、C電壓的和，UURULUC。因?yàn)殡姼袃啥穗妷合辔怀半娏飨辔?典雅電壓相 電流相位2。所以R、L、C上的總電壓，決不是各個(gè)元件的電壓的代數(shù)和而是矢量和。以純電阻而言，ZRR,

iUU 以純電感而言，ZL

UUiLL UUC以純電容而ImImImImOImIm言， 言，RLRC圖5- C IX2Im的總電壓

ImXXX2R 則 X2 X2R Z ， Z。而電壓和電流的相位差arctgXLX （5-2-9）b、在并聯(lián)電路中，如圖5-2-10R、L、C為例，每個(gè)元件兩端的瞬時(shí)電壓都相等為U。每分路的電流和兩端電壓之間關(guān)系為C UCC XC

iULLX XLL

iURRX RR不同元件上電流的相位也各有差異。純電感上電流相位于純電阻電流相位2，純電容上電流相位超前純阻電流相位2。所以分電流的矢量和即總電流22 ii2U2R U XL1R1R 12 CXL1R1RC 1LZ令

R RC 1L Z、交流電功率在交流電中電流、電壓隊(duì)隨時(shí)間而變，因此電流和電壓的乘積所表示的功率也將隨時(shí)間而變。跟交流電功率有關(guān)的概念有：瞬時(shí)功率、有功功率、視在功率（又叫做總功率）、無功功率、以及功率因素。瞬時(shí)功率Pt。由瞬時(shí)電流和電壓的乘積所表示的功率。Ptitut，它隨時(shí)間而變。在任意電路i與u之間存在相位差utUmsintPtiuImsintUmsintIeffUeffcoscos2t在純電阻電路中，電流和電壓之間無相位差，即0，瞬時(shí)功率PtIeffUeff1cos2t有功功率P。用電設(shè)備平均每單位時(shí)間內(nèi)所用的能量，或在一個(gè)周期內(nèi)所用能量和時(shí)間的比。T

1cos2tTPO O 和電流都用有效值來計(jì)算。在純電感電路中（電壓超前電流2P1TPdt1T coscos2tdt TO TO 在純電容電路中（電流超前電壓2P1TPdt1TIUcostsintdt TO TO 以上說明電感電路或電容電路中能量只能在電路中互換，即電容與電源、電感與電源之間交換能量，對(duì)外量交換，所以它們的有功功率為零。對(duì)于一般電路的平均功率P1TPdt1TI coscos(2tTO TO 視在功率（S）。在交流電路中，電流和電壓有效值的乘積叫做視在功SIfUef。它可用來表示用電器（發(fā)電機(jī)或變壓器）本身所容許的最大功率（即容量）。S無功功率（Q）SQ值與它們的相位差的正弦的乘積叫做無功功率，即Q

U

P示電容元件、電感元件和電源之間的能量交換的規(guī)模。有功功率，無功功率和視在功率之間的關(guān)系，可用如圖3-1-74謂功率三角形來表示。功率因數(shù)(cos發(fā)電機(jī)輸送給負(fù)載的有功功率和視在功率的比，PIeffUeffcos IeffU 為了提高電能的可利用程度，必須提高功率因數(shù)，或者說減小相位差。、渦流（1）定義或解釋塊狀金屬放在變化的磁場(chǎng)中，或讓它在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，金屬地內(nèi)有感應(yīng)電場(chǎng)產(chǎn)生，從而形成閉合回路，這時(shí)在金屬內(nèi)所產(chǎn)生的感生電流自成閉合回路，形成旋渦，所以叫做渦電流?！皽u電流”簡(jiǎn)稱渦流，又叫傅科電流。（2）1渦流的大小和磁通量變化率成正比，磁場(chǎng)變化的頻率越高，導(dǎo)體里的渦流也越大。2在導(dǎo)體中渦流的大小和電阻有關(guān)，電阻越大渦流越小。為了減小渦流造成的熱損耗，電機(jī)和變壓器的鐵芯常采用多層彼此絕緣的硅鋼片迭加而成（材料采用硅鋼以增加電阻）。渦流也有可利用的一面。高頻感應(yīng)爐就是利用渦流作為自身加熱用，感應(yīng)加熱，溫度控制方便，熱效率高，加熱速度快，在生產(chǎn)生已用作金屬的冶煉。在生活上也已被用來加熱食品。渦流在儀表上也得到運(yùn)用。如電磁阻尼，在磁電式測(cè)量?jī)x表中，常把使指針偏轉(zhuǎn)的線圈繞在閉合鋁框上，當(dāng)測(cè)量電流流過線圈時(shí)，鋁框隨線圈指針一起在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)鋁框內(nèi)產(chǎn)生的渦流將受到磁場(chǎng)作用力，抑止指針的擺動(dòng)，使指針較快地穩(wěn)定在指示位置上。、自感由于導(dǎo)體本身電流發(fā)生變化而產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象員做自感現(xiàn)象。L大小和電流的變化率成正比， t。這是由于電流變化引起了回來中磁通量變化的緣故。式中比例常數(shù)L叫做自感系數(shù)。在國(guó)際單位制中，自感系數(shù)的單位是亨利。①自感是導(dǎo)體本身阻礙電流變化的一制屬性。對(duì)于一個(gè)線圈來說，自感系

LN2 （是圈線芯材料的導(dǎo)磁率，

是線圈長(zhǎng)度，N是線圈匝數(shù)，S是線圈橫截面積）②自感現(xiàn)象產(chǎn)生的原因是當(dāng)線圈中電流發(fā)生變化時(shí)，該線圈中將引起磁通量變化，從而產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)。因此，自感電動(dòng)勢(shì)的方向也可由楞次定律確定。當(dāng)電流減小時(shí)，穿過線圈的磁通量也將減小，這時(shí)自感電動(dòng)勢(shì)的方向應(yīng)和正在減小的電流方向一致，以原電流的減小。同理，當(dāng)線圈中電流增大時(shí)，則穿過線圈的磁通量也隨著增大，因而有時(shí)將導(dǎo)體的自感現(xiàn)象與慣性現(xiàn)象作類比，它們都表現(xiàn)為對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的，所以自感現(xiàn)象又叫做電磁慣性現(xiàn)象。自感系數(shù)又叫做電磁慣量。這也可在能量關(guān)系上作一類比，電場(chǎng)能的公式為W1CU，那儲(chǔ)藏在磁場(chǎng)里的能量公式為

W1LI ，因而LC（電容）當(dāng)，I與U（電壓）相當(dāng)，自感系數(shù)L又可叫做電磁容量。但須注意，圈中被自感而產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)所的是電流的變化，而不是阻礙電流本身。所以線圈中電流變化率越大則線圈兩端阻礙電流變化的感生電動(dòng)勢(shì)值也越大。與電流的大小無直接關(guān)系。③自感現(xiàn)象也可從能量守恒觀點(diǎn)來解釋。在自感電路里，接通直流電源，電流逐漸增加，圈內(nèi)穿過的磁通量也逐漸增大，建立起磁場(chǎng)。在電流達(dá)到最大值前電源供給的能量將分成兩部分，一部分消耗路的電阻上轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽涣硪徊糠挚朔愿须妱?dòng)勢(shì)做功，轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能。如果線熱能損耗很小，可以忽略不計(jì)，那么在電流達(dá)到最大值前，電源供應(yīng)的能量將全部轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能。當(dāng)電流達(dá)到最大值時(shí)，磁場(chǎng)能也達(dá)到最大。當(dāng)電流達(dá)到最大值穩(wěn)定時(shí)，自感電動(dòng)勢(shì)不再存在，電源不再供給電能。置鐵芯或磁芯的性質(zhì)有關(guān)，如果空心線圈的自感系數(shù)為L(zhǎng)0，放置磁芯后，線圈的自感系數(shù)LKeLKeL0e為磁芯的有效導(dǎo)磁率，它和磁芯材料的的相對(duì)導(dǎo)磁率r有內(nèi)在的聯(lián)系。閉合的環(huán)形磁芯er它們還和導(dǎo)體中工作電流的大小有關(guān)。er也有所區(qū)別。至于e的大小還與磁芯材料的粗細(xì)、長(zhǎng)短等幾何形狀有關(guān)，例如，對(duì)棒形鐵芯或包含有空氣隙的環(huán)形磁芯來說，ere常常不到10

400的錳鋅鐵氧體材料制作的天線磁棒，其由于電路中電流的變化，而引起鄰近另一電路中產(chǎn)生感電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象叫做互感現(xiàn)象。初級(jí)線圈中電流的變化率成正比 t。式中的比例常數(shù)叫做互感系數(shù)在國(guó)際單位制中，互感系數(shù)的單位是亨利?；ジ邢禂?shù)的大小和初、次級(jí)線圈的自感系數(shù)有關(guān)。當(dāng)兩個(gè)自感系數(shù)分別為L(zhǎng)1和L況下，即可看作是一種理想耦合。在理想耦合時(shí)互感系數(shù) 。在一某線圈中電流所激發(fā)的磁通量不全部通過另一線圈時(shí)，那么k ，k為耦合系數(shù)，它的物理意義是表示為磁耦緊密K值和兩線圈或回路的相對(duì)位置以及和周圍的介質(zhì)材料有關(guān)。對(duì)于k值的選取，由實(shí)際需要而定。如果要減小互感干擾，則選取較小的耦合系數(shù)；如果要加強(qiáng)互感，則選取較大的耦合系數(shù)。2．8、三相交流電三相交流電發(fā)電機(jī)原理如圖5-2-1所示，其中AXBYCZ三組完全相同的線圈，120。3eAXmsin

sin(t23sin(t4 U星形（Y型）連接的三相交流電源如圖5-2-8所示，三相中每個(gè)線圈的頭A、B、C分別引UCUABUAOUOBUAO

AOZZXYB5-2-U

Umsint

sin(t23

sin(t6UAB 同理有：UBC 3UBO,UCA IIiAXImsint

sin(t43iAiAXiCZ

sin(t I IOIORRR 3I3相 U3相

乙甲圖 ，電流關(guān)系： RARBRCi0iAiBiC0I00三相負(fù)載的三角形連接時(shí)，U時(shí)，線電流是相電流的3

第7 控制技主要內(nèi)容：控制的基本原理、控制方式與波形的生成方法，逆變電路的諧波分析，整流電路。重點(diǎn)：控制的基本原理、控制方式與波形的生成方法。難點(diǎn)：波形的生成方法，逆變電路的諧波分析。基本要求：掌握控制的基本原理、控制方式與波形的生成方法，了解逆變電路的諧波分析，了解型逆變電路，了解整流電（PulseWidthModulation）控制——脈沖寬度調(diào)制技術(shù)，通過對(duì)一系列脈控制技術(shù)正是有賴于在逆變電路中的應(yīng)用，才確定了它在電力電子技術(shù)中的路控制的基本原理6-1i(t)的上升段，i(t)的形狀也略有不同，但其下降段則幾乎完全相同。脈沖越窄，6-2S波形——脈沖寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的波形。6-3用等幅波和不等幅波：由直流電源產(chǎn)生的波通常是等幅波，如直流斬波電路及本章主要介紹的逆變電路，6.4節(jié)的整流電路。輸入電源是交流，得到不等幅波形可等效的各種波形： 流波形等，其基本原理和S 逆變電路及其控制方法計(jì)算法和調(diào)據(jù)此控制逆變電路開關(guān)器件的通斷，就可得到所需波形。輸出波形作調(diào)制信號(hào)，進(jìn)行調(diào)制得到期望的波；通常采用等腰三角波或于信號(hào)波幅值的脈沖，符合的要求。S波；調(diào)制信號(hào)不是正弦波，而是其他所需波形時(shí)，也能得到等效的波。結(jié)合單相橋式電壓型逆變電路對(duì)調(diào)進(jìn)行說明：設(shè)負(fù)載為阻感負(fù)載，工作時(shí)V1V2通斷互補(bǔ)，V3V4通斷也互補(bǔ)。uo正半周，V1通，V2斷，V3和V4交替通斷，負(fù)載電流比電壓滯后，在電壓正半周，電流有一段為正，一段為負(fù)，負(fù)載電流為正區(qū)間，V1和V4導(dǎo)通時(shí)，uo等于Ud，V4V1VD3續(xù)流，uo=0，負(fù)載電流為負(fù)區(qū)間，io為負(fù)，uo總可得到Ud和零兩種電平。uoV2保持通，V1保持?jǐn)?，V3V4交替通斷，uo可得-Ud和零兩種圖6-4單相橋式逆變電單極性控制方式（單相橋逆變ur>ucV4通，V3斷，uo=Udur<ucV4斷，V3通，uo=0。ur負(fù)半周，V1保持?jǐn)?，V2ur<ucV3通，V4斷，uo=-Udur>ucV3斷，V4通，uo=0，虛線uof表示uo的基波分量。波形見圖6-5。圖6-5單極 雙極性控制方式（單相橋逆變?cè)趗r半個(gè)周期內(nèi)，三角波載波有正有負(fù)，所得 波只有±Ud兩種電平，仍在調(diào)制信號(hào)ur和載波信號(hào)uc的交點(diǎn)控制器件通斷。ur正負(fù)半周，對(duì)各開關(guān)器件的控制規(guī)律相同，當(dāng)ur>uc時(shí)，給V1和V4導(dǎo)通信當(dāng)ur<uc時(shí)，給V2和V3導(dǎo)通信號(hào)，給V1和V4關(guān)斷信號(hào)，如io<0，V2和V3通，如io>0，VD2和VD3通，uo=-Ud。波形見圖6-6。 圖6-6雙極 U相的控制規(guī)律：urU>ucV1uUN′=Ud/2，當(dāng)urU<uc時(shí)，給V4導(dǎo)通信號(hào)，給V1關(guān)斷信號(hào)，uUN′=-Ud/2；V1(V4)加導(dǎo)通信導(dǎo)通。uUN′ 圖6-7三相橋 uVN′uWN′的波形只有±Ud/2兩種電平，uUVuUN′-uVN′16見圖6-8。 波由(±2/3)Ud圖6-8三相橋式逆變電路波間會(huì)給輸出波帶來影響，使其稍稍偏離正弦波。特定諧波消去法(SelectedHarmonic —SHEu(t)u(t(6- u(t)u(t(6-(6-

u(t) ann1,3,5

nn式中，a n

2u(t)0

ntdan4[a1U

sinntdt

a2(U

sinnt)dta a(6-

a dsinntdt2 dsinnt)dt]a 2Ud(12cosn12cosn22cosn3a2Ud(12cos

2cos

2cos3a2Ud(12cos

2cos5

2cos5

)(6-

a2Ud(12cos

2cos7

2cos7

)k次，考慮波四分之一周期對(duì)k越大，開關(guān)時(shí)刻的計(jì)算越復(fù)雜。異步調(diào)制和同步調(diào)制否同步及載波比的變化情況，調(diào)制方式分為異步調(diào)制和同步調(diào)制：波的脈沖個(gè)數(shù)不固定，相位也不固定，正負(fù)半周期的脈沖不對(duì)稱，半周期內(nèi)1/4周期的脈沖也不對(duì)稱。當(dāng)fr較低時(shí)，N較大，一周期內(nèi)脈沖數(shù)較多，脈沖公用一個(gè)三角波載波，且取N3的整數(shù)倍，使三相輸出對(duì)稱。為使一相的 fr很低時(shí)，fc也很低，由調(diào)制帶來的諧波不易濾除，fr很高時(shí)，fc會(huì)過高，使開fr范圍劃分成若干個(gè)頻段，每個(gè)頻段內(nèi)保持N恒定，不同頻段Nfr高的頻段采用較低的N，使載波頻率不致過高，在fr低的頻段采用較高的N，使載波圖6-11，分段同步調(diào)制一例。為防止fc在切換點(diǎn)附近來回跳動(dòng)，采用滯后切換圖6-10同步調(diào)制三相波6-11規(guī)則采樣法按S 脈沖寬度δ和用自然采樣法得到的脈沖寬度非常接近。6-12

urasin(6-Tc三角波一周期內(nèi)，脈沖兩邊間隙寬度1asinrtDTc(6-120o，同一三角波周期內(nèi)rTc(1asinrr2r

tD(6-(6-

1

)Tc(1asin4

tD故由式（6-8）可得(6-

U

2 (6-

4（4）逆變電路的諧波分是衡量逆變電路性能的重要指標(biāo)之一。 不同信號(hào)波周期的波不同，無法直接以信號(hào)波周期為基準(zhǔn)分析，以載波周期為基礎(chǔ)，再利用貝塞爾函數(shù)推導(dǎo)出波的傅里葉級(jí)數(shù)表達(dá)式，分析過程相不同調(diào)制度a時(shí)的單相橋式 譜圖如圖6-13所示。其中所包含的諧波角頻率為nckr可以看出，波中不含低次諧波，只含有角頻率為ωc，及其附近的諧波，以及2ωc、3ωc等及其附近的諧波。在上述諧波中，幅值最高影響最大的是角頻率為ωc圖6-13單 三相橋式逆變電路采用公用載波信號(hào)時(shí)不同調(diào)制度a時(shí)的三相橋式nck式中，n=1，3，5，…時(shí)，k=3(2m-6m+1，mn=2，4，6，…時(shí)，k 6m-1，m=1，2，…和單相比較，共同點(diǎn)是都不含低次諧波，一個(gè)較顯著的區(qū)別是載波角頻率ωc整數(shù)倍的諧波被消去了，諧波中幅值較高的是ωc±2ωr和2ωc±ωr。6-14三相橋式逆變電路輸出線電壓頻譜圖況和S （5）提高直流電壓利用率和減少開關(guān)次數(shù)3 逆變電路，調(diào)制度a為1時(shí)，輸出相電壓的基波幅值為Ud／2，輸出線電壓的基波幅值為( 3這個(gè)值是比較低的，其原因是正弦調(diào)制信號(hào)的幅值過三角波幅值，實(shí)際電路可能達(dá)到1。采用這種調(diào)制方法實(shí)際能得到的直流電壓利用率比0.866還要低。形成的三角形的高。s0時(shí)梯形波變?yōu)榫匦尾?，s1時(shí)梯形波變?yōu)槿遣āＬ菪尾ê痛沃C波，波含同樣的低次諧波，低次諧波（不包括由載波引起的諧波）6-16，δU1m/Uds圖6-15梯形波為調(diào)制信號(hào)的控圖6-16s變化時(shí)的d和直流電壓利用 圖6-17s變化時(shí)的各次諧直接控制仍是對(duì)相電壓進(jìn)行控制，但控制目標(biāo)卻是線電壓。諧波，且三相的三次諧波相位相同。線電壓時(shí)，3次諧波相互抵消，線電壓為正弦波。如圖6-18所示。鞍形波的基波分量幅值大。6-183upmin(urU1,urV1,urW1)(6-(6-

urUurU1urVurV1urWurW16-191/3周期中，不對(duì)調(diào)制信號(hào)值為-1的相進(jìn)行控制，只對(duì)其他兩相進(jìn)（6）逆變電路的多重和一般逆變電路一樣大容量逆變電路也可采用多重化技術(shù)。采用S技術(shù)理論上可以不產(chǎn)生低次諧波，因此，在構(gòu)成多重化逆變電路時(shí)，一般不再逆變電路多重化聯(lián)結(jié)方式有變壓器方式和電抗器方式，利用電抗器聯(lián)接實(shí)現(xiàn)二重6-20所示。電路的輸出從電抗器中心抽頭處引6-21所示。圖中，輸出端相對(duì)于直流電源中點(diǎn)N的電壓uUNuU1NuU2N2，大。而在多重型逆變電路中，電抗器上所加電壓的頻率為載波頻率，比輸出數(shù)時(shí)的諧波已全部被除去，諧波的最低頻率在2c圖6-20二重型逆變電圖6-21二重型逆變電路輸出波頻率在2wc附近，相當(dāng)于電路的等效載波頻率提高一倍。值比較來決定逆變電路各器件的通斷，使實(shí)際的輸出指令信號(hào)變化，常用的有滯環(huán)比較方式1、電流控制控制器件V1V2的通斷。V1（或VD1）通時(shí)，i增大，V2（或VD2）通時(shí)，i減小。2DI的滯環(huán)比較器的控制，ii*+DIi*-DI的范圍內(nèi)，呈鋸齒狀地電抗器L的作用：L大時(shí)，i的變化率小，慢。L小時(shí)，i的變化率大，開圖6-22滯環(huán)比較方式電流控制舉6-23 采用滯環(huán)比較方式實(shí)現(xiàn)電壓控制。如圖6-26所示。把指令電壓u*和輸出電輸出控制開關(guān)通斷，從而實(shí)現(xiàn)電壓控制。和電流控制電路相比，只是把指令和反饋從電流變?yōu)殡妷骸］敵鲭妷翰ㄐ沃泻罅扛叽沃C波，必須用適當(dāng)?shù)膱D6-26電壓控制電路舉斷產(chǎn)生的高次諧波后，所得的波形就幾乎和u*相同，從而實(shí)現(xiàn)電壓控制。UVi*、i*UVWUVWi*i、i、iAWUVW進(jìn)行比較，產(chǎn)生波形圖6-27三角波比較方式電流型逆變電V1通，V2iii*V1斷，V2i減小。每個(gè)采樣時(shí)刻的整流電路及其控制方法把逆變電路中的S控制技術(shù)用于整流電路，就形成了整流電路。（1）整流電路的工作原圖6-28a和b分別為單相半橋和全橋整流電路半橋電路直流側(cè)電容必須圖6-28單相整流電a)b)正弦信號(hào)波和三角波相比較的方法對(duì)V1～V4進(jìn)行S 入端AB產(chǎn)生S 波uAB。uAB中含有和信號(hào)波同頻率且幅值成比例的基波、和小的脈動(dòng)。當(dāng)信號(hào)波頻率和電源頻率相同時(shí)，is也為與電源頻率相同的正弦波。usisus同相或反相，isus90°isus相位差為所需b：超前相角δ，Is和Us反相，逆變狀態(tài)，說明 功功率發(fā)送器（StaticVarGenerator—SVG）a)b)c)d)超前角為整流狀態(tài)下，us0時(shí)，（V2、VD4、VD1、Ls）和（V3、VD1、VD4、Ls）分別另一方面，如直流側(cè)電壓過低，例如低于us的峰值，則uAB中就得不到圖6-29auAB中含有較大的低次諧波，這樣就不能按需要控制is，is波形會(huì)畸變。 最基本的整流電路之一，應(yīng)用最廣。工作原理和前述的單相全橋電路相似，只是從單相擴(kuò)展到三相進(jìn)行S 控制，在交流輸入端AB和C可得S近似為1。和單相相同，該電路也可工作在逆變運(yùn)行狀態(tài)及圖cd的狀態(tài)。（2）整流電路的控制方數(shù)為1的控制效果。和實(shí)際直流電壓ud比較后送入PI調(diào)節(jié)器，PI調(diào)節(jié)器的輸出為一直流電流信號(hào)id，id的大小和交流輸入電流幅值成正比。穩(wěn)態(tài)時(shí)，ud=，PI調(diào)節(jié)器輸入為零，PIid和負(fù)載電流大小對(duì)應(yīng)，也和交流輸入電流幅值對(duì)應(yīng)。負(fù)載電流增大時(shí)，Cud下降，PI的輸入端正偏差，使其輸id增大，進(jìn)而使交流輸入電ud回升。達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)時(shí)，udid為新的較大的值，與較大的使交流輸入電流相位和電壓相位反相，實(shí)現(xiàn)逆變運(yùn)行。穩(wěn)態(tài)時(shí)，ud和仍然相等，PI調(diào)節(jié)器輸入恢復(fù)到零，id為負(fù)值，并與逆變電流的大小對(duì)應(yīng)。R，得到各相電流在Rs上的壓降uRa、uRbuRcLLsuLa、uLbuLc。各相電源相電壓ua、ub、ucRL上的壓降，就可得到所uA、uBuC的信號(hào)，用該信號(hào)對(duì)三角波載波進(jìn)行調(diào)制，得到開關(guān)信號(hào)去控制整流橋，就可以得到需要的控制效果。直接控制而使其指令電流值，因此稱為直接電流控制。id分別乘以和a、b、c三相相電壓同相位的正弦信號(hào)，得到三相交流電流的正弦指令信號(hào)，和，和輸入電流指令值。 、電力MOSFET等為代表的全控型器件 控制技術(shù)提供了強(qiáng)大的 直流斬波電路實(shí)際上就是直流電路，是控制技術(shù)應(yīng)用較早也成熟斬控式交流調(diào)壓電路和矩陣式變頻電路是控制技術(shù)在這類電路中應(yīng)用的e、控制技術(shù)用于逆變電成功的應(yīng)用，奠定了控制技術(shù)在電力電子技術(shù)中的突出地位。除功率很大的外，不用控制的逆變電路已十分少見。5章因尚未涉及控制技術(shù)，因此對(duì)逆變電路的介紹是不完整的。學(xué)完f、控制技術(shù)用于整流整流電路作為對(duì)第2章的補(bǔ)充，可使對(duì)整流電路有更全面的認(rèn)識(shí)。24章交流調(diào)壓電路為代表的相位控制技術(shù)至今在電力電子電路中仍占據(jù)著重要地位。以控制技術(shù)為代表的斬波控制技術(shù)正在越8開關(guān)技軟開關(guān)的基本概念硬開關(guān)與軟開關(guān)工作原理SLrCr間發(fā)生諧振，電路中電壓和電流的波形類似于正弦半波。諧振減緩了開關(guān)過電壓、電流的變化，而且使S兩端的7-1a）b）7-2a）b）給電路造成總損耗增加、關(guān)斷過電壓增大等影響，因此是得不償失的。軟開關(guān)電路的分類7-3 準(zhǔn)諧振電路零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路（ZVSQRC）；零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振電路（ZCSQRC）；零電壓開關(guān)多諧振電路（ZVSMRC）；（ResonantDCLink）7-4a）b）c）零開關(guān)電零開關(guān)電路可以分為：零電壓開關(guān)電路（Zero-Voltage-Switching Converter—ZVS）； Converter—ZCS）圖7-5零開關(guān)電路的基本開關(guān)單零轉(zhuǎn)換電零轉(zhuǎn)換電路可以分為：圖7-6零轉(zhuǎn) 典型的軟開關(guān)電路零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路7-77-8振回路。t2時(shí)刻，iLr下降到零，uCr達(dá)到諧振峰值。t2~t3時(shí)段：t2時(shí)刻后，CrLrt3時(shí)刻，uCr=Ui，iLr達(dá)到反向諧振t1到t4時(shí)段電路諧振過程的方程為：t4~t5時(shí)段：VDS導(dǎo)通，uCr被箝位于零，iLrt5時(shí)刻，iLr=0。由于t4到t6時(shí)段電流iLr的變化率為 3）t6~t0時(shí)段：S為通態(tài)，VD為斷態(tài)。uCr的諧振峰值表達(dá)式（即開關(guān)S承受的峰值電壓 諧振直流環(huán)7-11t0S關(guān)斷，電路中發(fā)生諧振。iLrCr充電，t1時(shí)刻，uCr=Uit2~t3時(shí)段：uCrLrL放電，iLrt3uCr=Ui。t3~t4時(shí)段：t3時(shí)刻，iLr達(dá)到反向諧振峰值，開始衰減，uCr繼續(xù)下降，t4時(shí)刻，7-127-13移相全橋型零電壓開關(guān)電互為對(duì)S1-S4S2-S3，S1的波S4超前0~TS/2S2的波形S3超前0~TS/2時(shí)間，因此S1S2為超前的橋S3S4為滯后的 7-15t2~t3時(shí)段：t2時(shí)刻開S2由于此時(shí)其反并聯(lián)VDS2正處于導(dǎo)通狀態(tài)，因此S2為零電壓開通。電流不斷減小，BS3VDS3導(dǎo)通。這種狀態(tài)維持到t4時(shí)刻S3開通。因此S3為零電壓開通。t4~t5時(shí)段：S3開通后，Lr的電流繼續(xù)減小。iLr下降到零后反向增大，t57-17移相全橋電路在t3~t4零電壓轉(zhuǎn)換電t0~t1時(shí)段：S1導(dǎo)通，VDLrUoiLr線性增長(zhǎng)，VD中的電流以同樣的速率下降。t1時(shí)刻，iLr=IL，VD中電流下降到零，關(guān)斷。VDS導(dǎo)通，uCriLr開通、S1iLr=0，VD1關(guān)斷，主開關(guān)S中的電流iS=IL，電路進(jìn)入正常導(dǎo)通狀態(tài)。圖7-20升壓型零電壓轉(zhuǎn) 電路在t1~t2時(shí)段的等效電本章小結(jié)其分為準(zhǔn)諧振、零開關(guān)和零轉(zhuǎn)換三大類。每一類都包含基本拓?fù)浜捅娏汶妷洪_關(guān)準(zhǔn)諧振電路、零電壓開關(guān)電路和零電壓轉(zhuǎn)換電路分別是第9章電力電子器件應(yīng)用的共性問題 V1、V2 GTR時(shí)，施加一定的負(fù)基極電流有利于減小關(guān)斷時(shí)間和關(guān)斷損耗。 關(guān)斷時(shí)施加一定幅值的負(fù)驅(qū)動(dòng)電壓（一般取-5~ du/dt，減小關(guān)斷損耗。通常將緩沖電路專指關(guān)斷緩沖電路，將開通緩沖電路叫做di/dt抑制電 采用電阻均壓 的阻值應(yīng)比器件阻斷時(shí)的正、反向電阻小得多 注意選用Ron、UT、Gfs和Ciss并聯(lián)運(yùn)行的特點(diǎn)第10章電力電子技術(shù)的應(yīng) 勵(lì)磁變速恒頻發(fā)電，電力諧波抑制與無功補(bǔ)償應(yīng)用中的有源電力濾波器、無功補(bǔ)償裝置、無功發(fā)生器，電力系統(tǒng)中的高壓直流輸電、靈活交流輸電系統(tǒng)等。電力電子技術(shù)在電、發(fā)電機(jī)中的應(yīng)用，提高了電能生產(chǎn)、利用、機(jī)電能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)變?yōu)殪`活可控輸電系統(tǒng)，對(duì)未來電力系統(tǒng)的發(fā)展產(chǎn)生重大影響。因此在學(xué)晶閘管—直流電調(diào)速系電流連續(xù)時(shí)如果平波電抗器Ld電感量足夠晶閘出電流連續(xù)，此時(shí)晶閘管—直流電系統(tǒng)可按直流等值電路來分析，如圖8-2所示。圖中，左半部代表電流連續(xù)時(shí)晶閘管整流器的等效電路，右半部為直流電（8-式中U為電源相壓有效值 流變壓器）的等效內(nèi)電阻Ro，則整流電源內(nèi)阻應(yīng)為， RaLd在直流等效電路中是得不到反映的。 （8-式中 ，Ce為直流電機(jī)電勢(shì)常數(shù)，φ為直流機(jī)每極磁通。求出 轉(zhuǎn)速隨負(fù)載電流Id的增加而下降，下降斜率為 。當(dāng)角改變時(shí)，隨著空載轉(zhuǎn)速點(diǎn)no的變化，機(jī)械特性為一組斜率相同的平行線。足以維持電流連續(xù)，電流將出現(xiàn)斷續(xù)現(xiàn)象，此時(shí)直流電機(jī)械特性會(huì)發(fā)生很大變分析時(shí)必須計(jì)入平波電感Ld的作用，回路電壓平衡方程為（8-圖8-4電流斷續(xù)時(shí)，晶閘管—直流電等效電 圖8-5電流斷續(xù)時(shí)的電樞電為分析簡(jiǎn)便起見，先忽略等效內(nèi)阻，求解出機(jī)械特性后再作為系統(tǒng)內(nèi)阻對(duì)

（8-（8-

（8- 可用來求取反電勢(shì)Ea 故由上式可轉(zhuǎn)而求得轉(zhuǎn)速n和 Id與導(dǎo)通 按照定義，電樞電流平均值Id式中 為每周內(nèi)換流次數(shù)，三相半波和三相橋式整流電 。將式（8- 下、三相半波晶閘管整流器供電直流電的機(jī)械特性 發(fā)角，整流器工作在可控整流狀態(tài)；電機(jī)轉(zhuǎn)速n、電磁轉(zhuǎn)矩同方向，直流電機(jī)運(yùn)行在電動(dòng)狀態(tài)。第Ⅳ象限內(nèi)，，整流器工作在有源逆變狀態(tài)；電機(jī)轉(zhuǎn)速與電磁轉(zhuǎn)矩反方向，直流電運(yùn)行在反轉(zhuǎn)制動(dòng)狀態(tài)，并將轉(zhuǎn)子機(jī)械無論是第Ⅰ或第Ⅳ象限，當(dāng)電機(jī)電流Id較小時(shí)晶閘管導(dǎo)通角 續(xù)，機(jī)械特性變得很軟，隨著負(fù)載增加轉(zhuǎn)速下降很快；當(dāng)負(fù)載增大到一定數(shù)值時(shí) 此應(yīng)設(shè)計(jì)好平波電抗器的電感量。晶閘管—直流電系統(tǒng)中平波電抗器電感量按最小電流ILmin下仍能保證電流連續(xù)為原則來選擇。因?yàn)殡娏鬟B續(xù)的條件是晶閘管導(dǎo)通 ，則由式（8-12）可推晶閘管無換向器電機(jī)PS由于變頻器的輸出頻率不是由外界獨(dú)立調(diào)節(jié)而是受與電轉(zhuǎn)子同軸安裝的位置檢步電的轉(zhuǎn)速始終同步，同步電機(jī)不會(huì)失步。式同步電機(jī)交—直—交頻調(diào)速系統(tǒng)，它是由電網(wǎng)交流經(jīng)可控整流器REC變成大小可閘管負(fù)載自然換流的典范。下面以逆變器晶閘管VT1到VT3的換流為例說明負(fù)載反電勢(shì)圖8-9負(fù)載反電勢(shì)自然換流原理設(shè)換流之前為晶VT1、VT2導(dǎo)通，電流經(jīng)由VT1→a相繞組→c相繞組→VT2流通，如圖8-9（a）所示。如欲利用電樞反電勢(shì)實(shí)現(xiàn)電流從VT1至VT3的轉(zhuǎn)移，要求反eaeb，即換a、b兩相K適當(dāng)提前一個(gè)換流超前角如圖8-9（b）S。一KS點(diǎn)處（超前為正）。bVT1中電流減小，VT3VT1管中負(fù)擔(dān)的負(fù)載電流大小時(shí)，VT1將因?qū)嶋H電流下降為零而關(guān)斷，負(fù)載電流就全部轉(zhuǎn)移至VT3中，完成換流過程。由于S點(diǎn)處開始發(fā)生換流，即VT3中電流開始形成，其相位比b相反電勢(shì)eb超前，這正是過勵(lì)同步電機(jī)輸出感性無功電流的結(jié)KS′點(diǎn)處，此時(shí)換流超前角，在晶閘管VT1、VT3和電機(jī)a、b兩相繞組間作用的反電勢(shì)eab和所產(chǎn)生的短路電流將與S點(diǎn)處情況相反，它將VT3導(dǎo)通、維持VT1繼續(xù)導(dǎo)通，從而不能實(shí)現(xiàn)換流。制電源側(cè)整流器REC進(jìn)入逆變狀態(tài)，使電機(jī)側(cè)逆變器INV的輸入電流下降為零，逆變式只限于轉(zhuǎn)速在（5～10）%nN的起動(dòng)過采用。異步電頻調(diào)速系 （8- 為定子供電頻率，為定子繞組每相串聯(lián)匝數(shù)， 說明在頻率變化過，必須相應(yīng)改變反電勢(shì)。然而E1是電機(jī)量，難以直接量在運(yùn)行頻率較高時(shí)，反電勢(shì)較大，可以忽略定子漏阻抗壓降=常數(shù)的恒電壓頻率比控制來保證氣隙磁通恒定，也就是變頻時(shí)必須同時(shí)調(diào)壓，這就是異步電頻調(diào)速的VVVF（VariableVoltageVariableFrequency）控制。 可控整流器調(diào)壓、方波（六脈波）逆變器調(diào)頻，如圖8-10（a）所示。調(diào)壓與調(diào)頻功能分別在兩個(gè)環(huán)節(jié)上實(shí)現(xiàn)，由控制電路按結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制方便。但由于AC-DC變換采用可控整流電路，當(dāng)?shù)皖l低壓運(yùn)行時(shí)，移相觸發(fā)角很大，會(huì)有輸入功率因數(shù)低的缺陷。此外逆變器多為晶閘管六脈波逆變?yōu)V波的電流源型逆變器—異步電頻調(diào)速系統(tǒng)，在要求動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、需要四象限 圖8-11給出了一個(gè)VVVF控制、電壓源型S 性質(zhì)的電壓源對(duì)逆變器激勵(lì)。S逆變器采用作開關(guān)元件，180o導(dǎo)通型，即只旁均反并聯(lián)一只快速恢復(fù)二極管。S逆變器采用微機(jī)數(shù)字控制，為表達(dá)由于S逆變主要是通過正弦調(diào)制波與三角載波實(shí)現(xiàn)，需