電力電子技術(shù)-總結(jié)與復(fù)習(xí)

1第一部分：電力電子器件第一部分：電力電子器件（第（第11章章----------全書(shū)的基礎(chǔ)全書(shū)的基礎(chǔ)))第二部分：各種電力電子電路第二部分：各種電力電子電路（第（第2~52~5章章----------全書(shū)的主體全書(shū)的主體))第三部分：第三部分：PWMPWM技術(shù)和軟開(kāi)關(guān)技術(shù)技術(shù)和軟開(kāi)關(guān)技術(shù)（第（第66、、77兩章）兩章）本課程的內(nèi)容介紹21．電路為主線——在熟悉電力電子器件外特性、額定參數(shù)及極限參數(shù)的基礎(chǔ)上，注重分析研究由各類器件所組成的各種電力電子變流電路；著重掌握主電路的組成和工作原理。不同負(fù)載對(duì)電路工作特性的影響以及主電路的參數(shù)計(jì)算與元件選擇；熟悉了解典型觸發(fā)、驅(qū)動(dòng)和緩沖保護(hù)電路的組成、工作原理和特點(diǎn)。

本課程主要包括器件、電路、應(yīng)用這三方面的內(nèi)容

2．重視分析方法——波形分析是電力電子電路的基本分析方法，只有畫(huà)出各種狀態(tài)下的波形，才能加深對(duì)電路原理的定性理解，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行分析。

3．注重實(shí)踐——本課程是一門(mén)理論性和實(shí)踐性均較強(qiáng)的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課，要學(xué)會(huì)從實(shí)際應(yīng)用的角度去分析和掌握各種典型電路。

3緒論１、電力電子技術(shù)概述定義、與其它學(xué)科的關(guān)系、研究體系、電力變換的類型和電力電子系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)２、電力電子技術(shù)的發(fā)展史３、電力電子技術(shù)的應(yīng)用

重點(diǎn)：掌握電力電子技術(shù)的定義及特征，以及電力電子技術(shù)的知識(shí)體系與其它學(xué)科的關(guān)系，電力變換的類型和電力電子系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。

4第1章電力電子器件電力電子器件特征

大功率、開(kāi)關(guān)狀態(tài)、弱電控制、散熱

電力電子器件工作原理、基本特征、主要參數(shù)；選擇、使用時(shí)注意的問(wèn)題5（一）內(nèi)容本章將對(duì)電力電子器件的概念、特點(diǎn)和分類等問(wèn)題作介紹，重點(diǎn)介紹各種常用電力電子器件——電力二極管、晶閘管、可關(guān)斷晶閘管、電力晶體管、電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管、絕緣柵雙極晶體管的工作原理、基本特性、主要參數(shù)以及選擇和使用中應(yīng)注意的一些問(wèn)題。（二）本章重點(diǎn)重點(diǎn)是晶閘管、電力晶體管、絕緣柵雙極晶體管的工作原理、基本特性；電力電子器件的保護(hù)、驅(qū)動(dòng)、串并聯(lián)。（三）本章考點(diǎn)1、晶閘管的導(dǎo)通條件、主要參數(shù)。2、晶閘管的驅(qū)動(dòng)。6重點(diǎn)：各種電力電子器件原理、特性上的不同點(diǎn)，各自的主要參數(shù)。晶閘管(SCR)導(dǎo)通和關(guān)斷條件。晶閘管電流計(jì)算的問(wèn)題：IT=(1.5~2)I/1.5771.什么是晶閘管的額定電流？答：晶閘管的額定電流就是它的通態(tài)平均電流，國(guó)標(biāo)規(guī)定：是晶閘管在環(huán)境溫度為40°C和規(guī)定的冷卻狀態(tài)下，穩(wěn)定結(jié)溫不超過(guò)額定結(jié)溫所允許的最大工頻正弦半波電流的平均值。2.為什么要限制晶閘管斷態(tài)電壓上升率du/dt?答：正向電壓在阻斷狀態(tài)下，反向PN結(jié)J2相當(dāng)?shù)囊粋€(gè)電容加在晶閘管兩端，電壓上升率過(guò)大，就會(huì)有過(guò)大的充電電流，此電流流過(guò)J3,起到觸發(fā)電流的作用，易使晶閘管誤觸發(fā)，所以要限制斷態(tài)電壓上升率du/dt。3.為什么要限制晶閘管導(dǎo)通電流上升率di/dt?答：在晶閘管導(dǎo)通開(kāi)始時(shí)刻，若電流上升過(guò)快，會(huì)有較大的電流集中在門(mén)極附近的小區(qū)域內(nèi)，雖然平均電流沒(méi)有超過(guò)額定值，但在小的區(qū)域內(nèi)局部的過(guò)熱，也會(huì)損壞晶閘管的，所以要限制通態(tài)電流上升率di/dt。81.什么是晶閘管的額定電流？答：晶閘管的額定電流就是它的通態(tài)平均電流，國(guó)標(biāo)規(guī)定：是晶閘管在環(huán)境溫度為40°C和規(guī)定的冷卻狀態(tài)下，穩(wěn)定結(jié)溫不超過(guò)額定結(jié)溫所允許的最大工頻正弦半波電流的平均值。2.為什么要限制晶閘管斷態(tài)電壓上升率du/dt?答：正向電壓在阻斷狀態(tài)下，反向PN結(jié)J2相當(dāng)?shù)囊粋€(gè)電容加在晶閘管兩端，電壓上升率過(guò)大，就會(huì)有過(guò)大的充電電流，此電流流過(guò)J3,起到觸發(fā)電流的作用，易使晶閘管誤觸發(fā)，所以要限制斷態(tài)電壓上升率du/dt。3.為什么要限制晶閘管導(dǎo)通電流上升率di/dt?答：在晶閘管導(dǎo)通開(kāi)始時(shí)刻，若電流上升過(guò)快，會(huì)有較大的電流集中在門(mén)極附近的小區(qū)域內(nèi)，雖然平均電流沒(méi)有超過(guò)額定值，但在小的區(qū)域內(nèi)局部的過(guò)熱，也會(huì)損壞晶閘管的，所以要限制通態(tài)電流上升率di/dt。96.緩沖電路的作用是什么？關(guān)斷緩沖與開(kāi)通緩沖在電路形式上有何區(qū)別，各自的功能是什么？答：緩沖電路的作用是抑制電力電子器件的內(nèi)因過(guò)電壓du/dt或者過(guò)電流di/dt,減少器件的開(kāi)關(guān)損耗。緩沖電路分為關(guān)斷緩沖電路和開(kāi)通緩沖電路。關(guān)斷緩沖電路是對(duì)du/dt抑制的電路，用于抑制器件的關(guān)斷過(guò)電壓和換相過(guò)電壓，抑制du/dt，減小關(guān)斷損耗。開(kāi)通緩沖電路是對(duì)di/dt抑制的電路，用于抑制器件開(kāi)通時(shí)的電流過(guò)沖和di/dt，減小器件的開(kāi)通損耗。107.型號(hào)為KP100-3，維持電流IH=4mA的晶閘管，使用在圖題7.所示電路中是否合理，為什么?(暫不考慮電壓電流裕量)

圖題1.7，所以不合理。KP100的電流額定值為100Ａ，裕量達(dá)５倍，太大了。答：（a）因?yàn)?b)因?yàn)?18.在圖中，若要使用單次脈沖觸發(fā)晶閘管T導(dǎo)通，門(mén)極觸發(fā)信號(hào)（觸發(fā)電壓為脈沖）的寬度最小應(yīng)為多少微秒（設(shè)晶閘管的擎住電流IL=15mA）？

解：由題意可得晶閘管導(dǎo)通時(shí)的回路方程：可解得

所以脈沖寬度必須大于150μs。圖題8.

要維持晶閘管導(dǎo)通，必須在擎住電流IL以上，即12填空題

1、普通晶閘管內(nèi)部有

PN結(jié)，外部有三個(gè)電極，分別是

極、

極、和

極。

三個(gè)、陽(yáng)極A、陰極K、門(mén)極G。2、晶閘管的工作狀態(tài)有正向

狀態(tài)，正向

狀態(tài)和反向

狀態(tài)。

阻斷、導(dǎo)通、阻斷。3、觸發(fā)電路送出的觸發(fā)脈沖信號(hào)必須與晶閘管陽(yáng)極電壓

，保證在管子陽(yáng)極電壓每個(gè)正半周內(nèi)以相同

的

被觸發(fā)，才能得到穩(wěn)定的直流電壓。

同步、時(shí)刻。4、在晶閘管兩端并聯(lián)的RC回路是用來(lái)防止

損壞晶閘管的。

關(guān)斷過(guò)電壓。135、GTO的全稱是

，圖形符號(hào)為

；GTR的全稱是

，圖形符號(hào)為

；P-MOSFET的全稱是

，圖形符號(hào)為

；IGBT的全稱是

，圖形符號(hào)為

。門(mén)極可關(guān)斷晶閘管、大功率晶體管、功率場(chǎng)效應(yīng)管、絕緣雙極晶體管。

6、晶閘管串聯(lián)使用須采取

措施。

均壓7、多個(gè)晶閘管相并聯(lián)時(shí)必須考慮

的問(wèn)題，解決的方法是

。

均流、串專用均流電抗器

8、絕緣柵雙極型晶體管是以

作為柵極，以

作為發(fā)射極與集電極復(fù)合而成。電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管柵極為柵極；以電力晶體管集電極和發(fā)射極

14第2章整流電路(AC/DC變換）（一）內(nèi)容常用幾種可控整流電路，分析和研究其工作原理、基本數(shù)量關(guān)系，以及負(fù)載對(duì)整流電路的影響。變壓器漏抗對(duì)整流電路的影響。整流電路的諧波和功率因數(shù)的分析。大功率整流電路的特點(diǎn)。有源逆變產(chǎn)生的條件。（二）本章重點(diǎn)1、可控整流電路原理分析2、基本數(shù)量關(guān)系。3、負(fù)載對(duì)整流電路的影響。4、有源逆變的概念。15（三）本章難點(diǎn)波形分析。（四）本章考點(diǎn)1、原理分析。2、數(shù)量關(guān)系。3、波形分析。

（五）學(xué)習(xí)指導(dǎo)

由晶閘管構(gòu)成的幾種可控整流電路，分析和研究其工作原理、輸出的波形、基本數(shù)量關(guān)系，以及負(fù)載對(duì)整流電路的影響。變壓器漏抗對(duì)整流電路的影響。整流電路的諧波和功率因數(shù)的分析。大功率整流電路的特點(diǎn)。相位控制電路的驅(qū)動(dòng)控制。162.1單相可控整流電路2.2三相可控整流電路2.3變壓器漏感對(duì)整流電路的影響2.4電容濾波的不可控整流電路2.5整流電路的諧波和功率因數(shù)2.6大功率可控整流電路2.7整流電路的有源逆變工作狀態(tài)2.8晶閘管滯留電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)2.9相控電路的驅(qū)動(dòng)控制

17重點(diǎn)：

掌握整流電路帶阻感負(fù)載電路分析、關(guān)鍵波形繪制及主要參數(shù)的計(jì)算，以及有源逆變實(shí)現(xiàn)的條件。

難點(diǎn)

波形分析、移相范圍分析。

18波形分析法，是指根據(jù)電源電壓和控制角以及負(fù)載性質(zhì)，作出負(fù)載電壓、負(fù)載電流、整流元件的電壓和電流等波形圖，再由波形圖推導(dǎo)出該電路基本電量的計(jì)算公式和數(shù)量關(guān)系。具體來(lái)說(shuō)，分析方法和步驟如下：

1）繪出主電路原理圖，包括標(biāo)明交流電壓、各整流元件序號(hào)和負(fù)載性質(zhì)。

2）畫(huà)出各相電壓或線電壓波形圖，并確定整流元件的自然換相點(diǎn)。

3）根據(jù)控制角在相應(yīng)位置上繪出觸發(fā)脈沖，并標(biāo)明相應(yīng)序號(hào)。

4）根據(jù)可控整流電路的工作原理，繪出負(fù)載電壓、負(fù)載電流、晶閘管電流以及晶閘管兩端電壓的波形，

5）根據(jù)波形圖推導(dǎo)出基本電量的計(jì)算公式。19變壓器漏抗對(duì)整流電路的影響：

通常整流電路輸入端都接有整流變壓器，由于整流變壓器存在漏抗，在換相時(shí)，對(duì)整流電壓波形將產(chǎn)生影響，不僅產(chǎn)生換相壓降，而且使相電壓和線電壓波形出現(xiàn)缺口，造成電網(wǎng)電壓發(fā)生畸變。20VT的a

移相范圍為180°。1.帶電阻負(fù)載的工作情況一.單相半波可控整流電路基本數(shù)量關(guān)系2.帶阻感負(fù)載的工作情況近似認(rèn)為id為一條水平線，恒為Id并聯(lián)續(xù)流二極管時(shí)21二.單相橋式全控整流電路基本數(shù)量關(guān)系1.帶電阻負(fù)載的工作情況a

角的移相范圍為1802.帶阻感負(fù)載的工作情況晶閘管移相范圍為90續(xù)流二極管的作用22基本數(shù)量關(guān)系三.三相半波可控整流電路1.電阻負(fù)載（1）a

≤30時(shí)，負(fù)載電流連續(xù)，有：

（2）a>30時(shí)，負(fù)載電流斷續(xù)，晶閘管導(dǎo)通角減小，此時(shí)有：移相范圍是0o～150o。232.阻感負(fù)載特點(diǎn)：阻感負(fù)載，L值很大，id波形基本平直。a

≤30時(shí)整流電壓波形與電阻負(fù)載時(shí)相同a

>30時(shí)阻感負(fù)載時(shí)的移相范圍為90基本數(shù)量關(guān)系四.三相半波可控整流電路24五.三相橋式全控整流電路基本數(shù)量關(guān)系1.帶電阻負(fù)載時(shí)的工作情況移相范圍為120°

2．阻感負(fù)載時(shí)的工作情況移相范圍為9025當(dāng)整流輸出電壓連續(xù)時(shí)（即帶阻感負(fù)載時(shí)，或帶電阻負(fù)載a

≤60時(shí)）的平均值為：

帶電阻負(fù)載且a

>60時(shí)，整流電壓平均值為：輸出電流平均值為：Id=Ud/R

（2-26）（2-27）基本數(shù)量關(guān)系五.三相橋式全控整流電路26六.變壓器漏感對(duì)整流電路的影響基本數(shù)量關(guān)系功率因數(shù)位移因數(shù)（基波功率因數(shù)）——cosj1

七.諧波和無(wú)功功率分析不同電路電壓和電流的諧波分布情況三相單相2728三相橋是應(yīng)用最為廣泛的整流電路29303132333435363738394041424344451.某電阻性負(fù)載的單相半控橋式整流電路，若其中一只晶閘管的陽(yáng)、陰極之間被燒斷，試畫(huà)出整流二極管、晶閘管兩端和負(fù)載電阻兩端的電壓波形。解：設(shè)α=300，T2被燒壞，如下圖：

462.在三相半波整流電路中,如果a相的觸發(fā)脈沖消失,試?yán)L出在電阻性負(fù)載和電感性

負(fù)載下整流電壓Ud的波形。解:假設(shè),當(dāng)負(fù)載為電阻時(shí),Ud的波形如下:472.在三相半波整流電路中,如果a相的觸發(fā)脈沖消失,試?yán)L出在電阻性負(fù)載和電感性

負(fù)載下整流電壓Ud的波形。解:假設(shè),當(dāng)負(fù)載為電阻時(shí),Ud的波形如下:483.在三相橋式全控整流電路中,電阻負(fù)載,如果有一個(gè)晶閘管不能導(dǎo)通,此時(shí)的整流電壓Ud波形如何?如果有一個(gè)晶閘管被擊穿而短路,其他晶閘管受什么影響?答:假設(shè)VTl不能導(dǎo)通,α=0，整流電壓波形如下:

假設(shè)VT1被擊穿而短路,則當(dāng)晶閘管VT3或VT5導(dǎo)通時(shí),將發(fā)生電源相間短路,使得VT3、VT5也可能分別被擊穿。494.單相半波可控整流電路對(duì)電感負(fù)載供電,Z=20mH,U2=100V,求當(dāng)時(shí)和時(shí)的負(fù)載電流Id,并畫(huà)出Ud與Id波形。解:

時(shí),在電源電壓U2的正半周期晶閘管導(dǎo)通時(shí),負(fù)載電感L儲(chǔ)能,在晶閘管開(kāi)始導(dǎo)通時(shí)刻,負(fù)載電流為零。在電源電壓U2的負(fù)半周期,負(fù)載電感L釋放能量,晶閘管繼續(xù)導(dǎo)通。因此,在電源電壓U2的一個(gè)周期里,以下方程均成立:考慮到初始條件：當(dāng)時(shí)id=0可解方程：50Ud與Id的波形如下圖：51當(dāng)a=時(shí),在U2的正半周期期間,晶閘管導(dǎo)通使電感L儲(chǔ)能,電感L儲(chǔ)藏的能量在U2負(fù)半周期期間釋放,因此在U2的一個(gè)周期中期間，以下微分方程成立：考慮到初始條件：當(dāng)時(shí)id=0可解方程：其平均值為52Ud與Id的波形如下圖：535、圖為具有中點(diǎn)二極管的單相半控橋式整流電路，求：①繪出α=45°時(shí)Ud的波形。②導(dǎo)出Ud=f(a)的關(guān)系式。③求出Ud的最大值Umax和最小值Umin.54答：①設(shè)在α的期間，VT1、VT2未觸發(fā)導(dǎo)通，電路正半周時(shí)，下面一組變壓器二次電壓U2工作，VD3、VD2導(dǎo)通。上面一組變壓器電壓U2工作，VD3、VD1導(dǎo)通。當(dāng)在某時(shí)刻觸發(fā)VT1、VT2使之導(dǎo)通時(shí)，電路恢復(fù)為單橋相式半控整流電路，Ud的波形如圖所示。

55

其中，Ud1

是VD3導(dǎo)通時(shí)的平均電壓，Ud2是半控橋的平均電壓。

③當(dāng)α=0°時(shí)

當(dāng)α=時(shí)②566.使變流器工作于有源逆變狀態(tài)的條件是什么?答:條件有二:①直流側(cè)要有電動(dòng)勢(shì),其極性須和晶閘管的導(dǎo)通方向一致,其值應(yīng)大于變流電路直流側(cè)的平均電壓;②要求晶閘管的控制角使Ud為負(fù)值。7.單福橋式全控整流電路、三相橋式全控整流電路中,當(dāng)負(fù)載分別為電阻負(fù)載或電感負(fù)載時(shí),要求的晶閘管移相范圍分別是多少?答:單相橋式全控整流電路,當(dāng)負(fù)載為電阻負(fù)載時(shí),要求的晶閘管移相范圍是0~1800，當(dāng)負(fù)載為電感負(fù)載時(shí),要求的晶閘管移相范圍是０~900。三相橋式全控整流電路,當(dāng)負(fù)載為電阻負(fù)載時(shí),要求的晶閘管移相范圍是0~1200，當(dāng)負(fù)載為電感負(fù)載時(shí),要求的晶閘管移相范圍是0~900。578、什么叫整流？什么叫逆變？什么叫有源逆變？什么叫無(wú)源逆變？答：把交流電變?yōu)橹绷麟姷倪^(guò)程叫整流；把直流電變?yōu)榻涣麟姷倪^(guò)程叫逆變；將直流電變?yōu)楹碗娋W(wǎng)同頻率的交流電并反送到交流電網(wǎng)去的過(guò)程稱為有源逆變；將直流電變?yōu)榻涣麟娭苯庸┙o負(fù)載使用的過(guò)程叫無(wú)源逆變。9、晶閘管整流裝置的功率因數(shù)是怎樣定義的？它與哪些因素有關(guān)？改善功率因數(shù)通常有哪些方法？答：晶閘管整流裝置的功率因數(shù)定義為交流側(cè)有功功率與視在功率之比。晶閘管整流裝置的功率因數(shù)與電路的畸變系數(shù)與位移因數(shù)的乘積大小成正比。改善功率因數(shù)通常有以下幾種方法：①小控制角（逆變角）運(yùn)行；②采用兩組變流器的串聯(lián)供電；③增加整流相數(shù)；④設(shè)置補(bǔ)償電容。5810、什么是逆變失?。磕孀兪『笥惺裁春蠊?？形成的原因是什么？答:逆變失敗指的是：逆變過(guò)程中因某種原因使換流失敗，該關(guān)斷的器件末關(guān)斷，該導(dǎo)通的器件末導(dǎo)通。從而使逆變橋進(jìn)入整流狀態(tài)，造成兩電源順向聯(lián)接，形成短路。逆變失敗后果是嚴(yán)重的，會(huì)在逆變橋與逆變電源之間產(chǎn)生強(qiáng)大的環(huán)流，損壞開(kāi)關(guān)器件。產(chǎn)生逆變失敗的原因：一是逆變角太??；二是出現(xiàn)觸發(fā)脈沖丟失；三是主電路器件損壞；四是電源缺相等。11.帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路與三相橋式全控整流電路相比有何主要異同?答:帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路與三相橋式全控整流電路相比有以下異同點(diǎn):①三相橋式電路是兩組三相半波電路串聯(lián),而雙反星形電路是兩組三相半波電路并聯(lián),且后者需要用平衡電抗器;②當(dāng)變壓器二次電壓有效值U2相等時(shí),雙反星形電路的整流電壓平均值Ud是三相橋式電路的1/2而整流電流平均值Id是三相橋式電路的2倍。③在兩種電路中,晶閘營(yíng)的導(dǎo)通及觸發(fā)脈沖的分配關(guān)系是一樣的,整流電壓Ud和整流電流Id的波形形狀一樣。5912.某電阻負(fù)載要求0~24V直流電壓，最大負(fù)載電流Id=30A，如果用200V交流電壓直接供電與用變壓器降到60V供電，都采用單相半波可控整流電路，是否都能滿足要求？試比較兩種供電方案的晶閘管的導(dǎo)通角、額定電流、電壓值，電源與變壓器二次側(cè)的功率因數(shù)。解1）采用200V交流電壓直接供電，當(dāng)α=0o時(shí)

采用60V供電，當(dāng)α=0o時(shí)所以只要適當(dāng)調(diào)節(jié)α角，均能滿足輸出電壓Ud在0~24V的要求。下面分析兩種方案的利弊：（2）采用200V交流電壓直接供電，，輸出電壓、電流的波形如圖。則606162636413、如圖所示，晶閘管的電流延遲角為60°，試畫(huà)出晶閘管兩端承受的電壓波形，整流管和續(xù)流二極管每周期各導(dǎo)電多少度？并計(jì)算各器件定額，已知電源電壓是220V，負(fù)載是電感性負(fù)載，其中電阻是5Ω。答：當(dāng)α=60o時(shí)晶閘管導(dǎo)通角

θT=2（π-α）=整流二極管的導(dǎo)通角續(xù)流二極管的導(dǎo)通角65

66若不考慮裕量，可以選KP20-4晶閘管。晶閘管兩端電壓波形如圖中斜線部分所示，由圖可知晶閘管不承受反向電壓。6714、三相半波電路如圖所示，將變壓器二次繞組分為兩段，接成曲折接法。每段繞組電壓100V，試求：（1）變壓器鐵芯有沒(méi)有直流磁化？為什么？（2）晶閘管上承受的最大電壓為多少？答:(1)采用曲折接法后，相量圖如圖所示．因?yàn)椋蘸停铡?，V和V’，W和W’分別繞在同一鐵心柱上，在一個(gè)周期內(nèi)，流過(guò)兩繞組的電流方向相反、大小相等，直流磁動(dòng)勢(shì)互相抵消，所以不存在直流磁化。（２）因每段繞組電壓為100V，以U相為例，總的交流電壓為＋U和-W相電壓疊加，兩者相位差為60o，所以合成電壓為68第3章直流斬波電路（一）內(nèi)容基本斬波電路、復(fù)合斬波電路和多相多重?cái)夭娐返奶攸c(diǎn)、工作原理、波形分析、數(shù)值分析及應(yīng)用。（二）本章重點(diǎn)

重點(diǎn)是理解降壓斬波電路和升壓斬波電路的工作原理、輸入輸出關(guān)系、電路解析方法、工作特點(diǎn)。（三）本章難點(diǎn)復(fù)合斬波電路(升降壓斬波電路和Cuk斬波電路)。（四）本章考點(diǎn)基本斬波電路的特點(diǎn)、工作原理、波形分析、數(shù)值分析及應(yīng)用。（五）學(xué)習(xí)指導(dǎo)理解降壓斬波和升壓斬波這兩種基本電路的工作原理、輸入輸出關(guān)系、電路解析方法、工作特點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上了解其它斬波電路。69基本數(shù)量關(guān)系電流連續(xù)負(fù)載電壓平均值：（3-1）一.降壓斬波電路直流變壓器:電流斷續(xù)70（3-21）輸出電壓為：（3-41）三.升降壓斬波電路和Cuk斬波電路二.

升壓斬波電路電流斷續(xù)優(yōu)缺點(diǎn)71723.2復(fù)合斬波電路和多相多重?cái)夭娐?.1.1降壓斬波電路3.1.2升壓斬波電路3.1.3升降壓斬波電路和Cuk斬波電路3.1.4Sepic斬波電路和Zeta斬波電路3.1基本斬波電路3.2.1電流可逆斬波電路3.2.2橋式可逆斬波電路3.2.3多相多重?cái)夭娐?31．根據(jù)對(duì)輸出電壓平均值進(jìn)行控制的方法不同，直流斬波電路可有哪三種控制方式？并簡(jiǎn)述其控制原理。

答:第一種調(diào)制方式為：保持開(kāi)關(guān)周期不變，改變開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)間ton稱為脈寬調(diào)制。簡(jiǎn)稱“PWM”調(diào)制。第二種調(diào)制方式為：保持開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)間ton不變，改變開(kāi)關(guān)周期，稱為頻率調(diào)制。簡(jiǎn)稱為“PFM”調(diào)制。第三種調(diào)制方式為：同時(shí)改變周期T與導(dǎo)通時(shí)間ton。使占空比改變，稱為混合調(diào)制。74２、如圖所示降壓斬波電路,

畫(huà)出輸出電流連續(xù)和不連續(xù)時(shí)，、的波形。ttOOa)

電流連續(xù)Eioi1i2I10I20t1uoOOtttTEEiotxi1i2I20t1t2uoEMb)

電流斷續(xù)75３．試說(shuō)明直流斬波器主要有哪幾種電路結(jié)構(gòu)？試分析它們各有什么特點(diǎn)？答：直流斬波電路主要有降壓斬波電路（Ｂuck），升壓斬波電路（Ｂoost），升降壓斬波電路（Ｂuck－Ｂoost）和庫(kù)克（Ｃook）斬波電路。降壓斬波電路是：一種輸出電壓的平均值低于輸入直流電壓的變換電路。它主要用于直流穩(wěn)壓電源和直流直流電機(jī)的調(diào)速。升壓斬波電路是：輸出電壓的平均值高于輸入電壓的變換電路，它可用于直流穩(wěn)壓電源和直流電機(jī)的再生制動(dòng)。升降壓變換電路是輸出電壓平均值可以大于或小于輸入直流電壓，輸出電壓與輸入電壓極性相反。主要用于要求輸出與輸入電壓反向，其值可大于或小于輸入電壓的直流穩(wěn)壓電源。庫(kù)克電路也屬升降壓型直流變換電路，但輸入端電流紋波小，輸出直流電壓平穩(wěn)，降低了對(duì)濾波器的要求。76４．根據(jù)下圖簡(jiǎn)述升壓斬波電路的基本工作原理。（圖中設(shè)：電感L、與電容C足夠大）基本不變，設(shè)V處于通態(tài)的時(shí)間為ton，在ton時(shí)間內(nèi)，電感L上積蓄的能量為EI1ton；當(dāng)V處于斷態(tài)時(shí)，E與L同時(shí)向電容充電，并向負(fù)載R提供能量。設(shè)V處于斷態(tài)的時(shí)間為toff，在toff時(shí)間內(nèi)L釋放的能量為（U0-E）I1toff，在一周期內(nèi)L積蓄的能量與釋放的能量相等?？汕蟮茫?/p>

分析不難看出該斬波電路是升壓斬波電路。答:當(dāng)V處于通態(tài)時(shí)，電源E向電感L充電，設(shè)充電電流為I1，L值很大，I1基本恒定，同時(shí)電容C向負(fù)載供電，C很大，使電容器電壓U0775.升壓斬波電路,輸入電壓為27V±10%，輸出電壓為45V，輸出功率750W，效率為95%，若等效電阻為0.05?。（1）求最大占空比，（2）如要求輸出60V是否可能？為什么？解：輸入電流的平均值為：設(shè)Ii為理想的常值。則當(dāng)Ui取最小值時(shí)，為最大占空比78（2）如要求輸出60V，此時(shí)占空比為：理論上說(shuō)明此電路可以輸出60V電壓。7980818283（一）內(nèi)容交流調(diào)壓電路的工作原理、波形分析、數(shù)值分析及諧波分析。交流調(diào)功電路及交流電力電子開(kāi)關(guān)的工作原理。交交變頻電路的工作原理、波形分析、數(shù)值分析及諧波分析。（二）本章重點(diǎn)重點(diǎn)是交流調(diào)壓電路的工作原理、波形分析、數(shù)值分析及諧波分析。（三）本章難點(diǎn)交交變頻電路的工作原理、波形分析、數(shù)值分析及諧波分析。（四）本章考點(diǎn)交流調(diào)壓電路的工作原理、波形分析、數(shù)值分析及諧波分析。（五）學(xué)習(xí)指導(dǎo)以交流調(diào)壓電路的工作原理、波形分析、數(shù)值分析及諧波分析為基礎(chǔ)。理解交流調(diào)功電路及交流電力電子開(kāi)關(guān)的工作原理，交交變頻電路的工作原理、波形分析、數(shù)值分析及諧波分析。第四章：交流電力控制電路和交交變頻電路84一.單相交流調(diào)壓電路基本數(shù)量關(guān)系1)電阻負(fù)載2)阻感負(fù)載a的移相范圍應(yīng)為≤a≤π85二.其他交流電力控制電路交流調(diào)功電路:

控制方式不同交流電力電子開(kāi)關(guān):

代替電路中的機(jī)械開(kāi)關(guān)，起接通和斷開(kāi)電路的作用如。交交變頻電路:

單相交交變頻器如何實(shí)現(xiàn)及存在問(wèn)題864.1交流調(diào)壓電路4.1.1單相交流調(diào)壓電路4.1.2三相交流調(diào)壓電路4.2其他交流電力控制電路4.2.1交流調(diào)功電路4.2.2交流電力電子開(kāi)關(guān)4.3交交變頻電路4.3.1單相交交變頻電路4.3.2三相交交變頻電路4.4矩陣式變頻電路8788891．在單相交流調(diào)壓電路中，當(dāng)控制角小于負(fù)載功率因數(shù)角時(shí)為什么輸出電壓不可控？答：當(dāng)時(shí)電源接通，如果先觸發(fā)T1，則T1的導(dǎo)通角θ>180°如果采用窄脈沖觸發(fā)，當(dāng)下的電流下降為零，T2的門(mén)極脈沖已經(jīng)消失而無(wú)法導(dǎo)通，然后T1重復(fù)第一周期的工作，這樣導(dǎo)致先觸發(fā)一只晶閘管導(dǎo)通，而另一只管子不能導(dǎo)通，因此出現(xiàn)失控。90２晶閘管相控整流電路和晶閘管交流調(diào)壓電路在控制上有何區(qū)別？答：相控整流電路和交流調(diào)壓電路都是通過(guò)控制晶閘管在每一個(gè)電源周期內(nèi)的導(dǎo)通角的大?。ㄏ辔豢刂疲﹣?lái)調(diào)節(jié)輸出電壓的大小。但二者電路結(jié)構(gòu)不同，在控制上也有區(qū)別。相控整流電路的輸出電壓在正負(fù)半周同極性加到負(fù)載上，輸出直流電壓。交流調(diào)壓電路，在負(fù)載和交流電源間用兩個(gè)反并聯(lián)的晶閘管T1、T2

或采用雙向晶閘管T相聯(lián)。當(dāng)電源處于正半周時(shí)，觸發(fā)T1

導(dǎo)通，電源的正半周施加到負(fù)載上；當(dāng)電源處于負(fù)半周時(shí)，觸發(fā)T2

導(dǎo)通，電源負(fù)半周便加到負(fù)載上。電源過(guò)零時(shí)交替觸發(fā)T1、T2

，則電源電壓全部加到負(fù)載。輸出交流電壓。91３．交流調(diào)壓和交流調(diào)功電路有何區(qū)別？答：交流調(diào)功能電路和交流調(diào)壓電路的電路形式完全相同，但控制方式不同。交流調(diào)壓電路都是通過(guò)控制晶閘管在每一個(gè)電源周期內(nèi)的導(dǎo)通角的大小（相位控制）來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓的大小。晶閘管交流調(diào)功能電路采用整周波的通、斷控制方法，例如以n個(gè)電源周波為一個(gè)大周期，改變導(dǎo)通周波數(shù)與阻斷周波數(shù)的比值來(lái)改變變換器在整個(gè)大周期內(nèi)輸出的平均功率，實(shí)現(xiàn)交流調(diào)功。92４．交-交變頻電路的輸出頻率有何限制？答：交－交變頻電路的輸出電壓是由若干段電網(wǎng)電壓拼接而成的。當(dāng)輸出頻率升高時(shí)，輸出電壓一個(gè)周期內(nèi)電網(wǎng)電壓的段數(shù)就減少，所含的諧波分量就要增加。這種輸出電壓波形的畸變是限制輸出頻率提高的主要因素之一。一般認(rèn)為，交流電路采用6脈波的三相橋式電路時(shí)，最高輸出頻率不高于電網(wǎng)頻率的1/3～1/2。電網(wǎng)頻率為50HZ，交－交變頻電路的輸出上限頻率約為20Hz。935、如圖為有抽頭切換式交流調(diào)壓線路。當(dāng)延遲角為α?xí)r將變壓器二次側(cè)抽頭由2切換到1時(shí)；（1）說(shuō)明電路工作原理和輸出波形；（2）求負(fù)載RL的有效值UL。答：變壓器二次側(cè)電壓u1>u2>0，在u2過(guò)零時(shí)使VT3導(dǎo)通，然后以延遲角為α觸發(fā)VT1，則VT3被加上反電壓，因而VT3關(guān)斷。這樣，VT1觸發(fā)后uL=u1,電阻負(fù)載ωt=π，則iL=0，VT1關(guān)斷。此時(shí)觸發(fā)VT4，負(fù)半周也作相同的變化。波形如下圖所示。設(shè)94

電壓控制范圍為U2——U1。這種電路如果增多抽頭可進(jìn)行電壓的精密調(diào)節(jié)，在改善電源功率因數(shù)和降低高次諧波方面都是有用的。956、如圖所示單相交流調(diào)壓電路，如果采用具有強(qiáng)迫換流機(jī)能的晶閘管，也會(huì)改善電源功率因數(shù)及減小高次諧波。例如采用可關(guān)斷晶閘管GTO，若門(mén)極在ωt=α?xí)r，加導(dǎo)通信號(hào)，在ωt=π-α?xí)r，加關(guān)斷信號(hào)；試?yán)L制輸出波形。96第5章

逆變電路（一）內(nèi)容逆變電路的基本工作原理，換流方式。電壓型、電流型、多重、多電平逆變電路的工作原理、波形、數(shù)值和換流方式。（二）本章重點(diǎn)重點(diǎn)是逆變電路的基本工作原理，換流方式。（三）本章難點(diǎn)換流方式。（四）本章考點(diǎn)逆變電路的基本工作原理，換流方式。（五）學(xué)習(xí)指導(dǎo)在掌握逆變電路的基本工作原理，換流方式的基礎(chǔ)上，理解電壓型、電流型、多重、多電平逆變電路的工作原理、波形、數(shù)值和換流方式。97按直流側(cè)電源性質(zhì)分類電壓型電流型換流方式外部換流自換流電網(wǎng)換流負(fù)載換流器件換流強(qiáng)迫換流區(qū)別與特點(diǎn)區(qū)別與特點(diǎn)98

5.1換流方式

5.1.1逆變電路的基本工作原理

5.1.2換流方式分類

5.2電壓型逆變電路

5.2.1單相電壓型逆變電路

5.2.2三相電壓型逆變電路

5.3電流型逆變電路

5.3.1單相電流型逆變電路

5.3.2三相電流型逆變電路

5.4多重逆變電路和多電平逆變電路

5.4.1多重逆變電路

5.4.2多電平逆變電路

99100tOtOtOtOtOtOtOtOa)b)c)d)e)f)g)h)uUN'uUNuUViUiduVN'uWN'uNN'UdUd2Ud3Ud62Ud3101tOtOtOtOIdiViWuUVU102

１．換流方式各有那幾種？各有什么特點(diǎn)？答：換流方式有4種：器件換流：利用全控器件的自關(guān)斷能力進(jìn)行換流。全控型器件采用此換流方式。電網(wǎng)換流：由電網(wǎng)提供換流電壓，只要把負(fù)的電網(wǎng)電壓加在欲換流的器件上即可。負(fù)載換流：由負(fù)載提供換流電壓，當(dāng)負(fù)載為電容性負(fù)載即負(fù)載電流超前于負(fù)載電壓時(shí)，可實(shí)現(xiàn)負(fù)載換流。強(qiáng)迫換流：設(shè)置附加換流電路，給欲關(guān)斷的晶閘管強(qiáng)迫施加反向電壓換流稱為強(qiáng)迫換流。通常是利用附加電容上的能量實(shí)現(xiàn)，也稱電容換流。晶閘管電路不能采用器件換流，根據(jù)電路形式的不同采用電網(wǎng)換流、負(fù)載換流和強(qiáng)迫換流3種方式。1032.電壓型逆變電路中反饋二極管的作用是什么?為什么電流型逆變電路中沒(méi)有反饋二極管?答:在電壓型逆變電路中,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。為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無(wú)功能量提供通道,逆變橋各臂都并聯(lián)了反饋二極管。當(dāng)輸出交流電壓和電流的極性相同時(shí),電流經(jīng)電路中的可控開(kāi)關(guān)器件流通，而當(dāng)輸出電壓電流極性相反時(shí),由反饋二極管提供電流通道。在電流型逆變電路中,直流電流極性是一定的,無(wú)功能量由直流側(cè)電感來(lái)緩沖。當(dāng)需要從交流側(cè)向直流側(cè)反饋無(wú)功能量時(shí),電流并不反向,依然經(jīng)電路中的可控開(kāi)關(guān)器件流通,因此不需要并聯(lián)反饋二極管。1043.全控型器件組成的電壓型三相橋式逆變電路能否構(gòu)成120０導(dǎo)電型？為什么？答：全控型器件組成的電壓型三相橋式逆變電路能構(gòu)成120°導(dǎo)電型。由于三相橋式逆變電路每個(gè)橋臂導(dǎo)通60°間隔，各相導(dǎo)通依次相差，同一相上下兩臂的導(dǎo)通有120°，且不存在上下直通的問(wèn)題，所以其能構(gòu)成120°導(dǎo)電型。但當(dāng)直流電壓一定時(shí)，其輸出交流線電壓有效值比180°導(dǎo)電型低得多，直流電源電壓利用率低。105答：假設(shè)在t時(shí)刻觸發(fā)VT2、VT3使其導(dǎo)通,負(fù)載電壓u0。就通過(guò)VT2、VT3施加在VTl、VT4上,使其承受反向電壓關(guān)斷,電流從VTl、VT4向VT2、VT3轉(zhuǎn)移觸發(fā)VT2、VT3時(shí)刻/必須在u0過(guò)零前并留有足夠的裕量,才能使換流順利完成。為了保證電路可靠換流，必須在輸出電壓u0過(guò)零前t?時(shí)刻觸發(fā)T2、T3，稱t?為觸發(fā)引前時(shí)間。為了安全起見(jiàn)，必須使式中k為大于1的安全系數(shù)，一般取為2~3。4.并聯(lián)諧振型逆變電路利用負(fù)載電壓進(jìn)行換流，為了保證換流成功應(yīng)滿足什么條件？1065.什么是電壓換流，電流換流，縱向換流，橫向換流答：電壓換流：給晶閘管加反向電壓使其關(guān)斷的換流。電流換流：現(xiàn)使晶閘管的電流為0，而后導(dǎo)通反并聯(lián)二極管使其加上反向電壓的換流。縱向換流：換流發(fā)生在同一相上下兩橋臂間進(jìn)行的換流。橫向換流：換流使在上橋臂組或下橋臂組內(nèi)進(jìn)行換流。107６在三相交交變頻電路中，采用梯形波輸出控制的好處是什么？為什么？答：在三相交交變頻電路中采用梯形波控制的好處是可以改善輸入功率因數(shù)。因?yàn)樘菪尾ǖ闹饕C波成分是三次諧波，在線電壓中，三次諧波相互抵消，結(jié)果線電壓仍為正弦波。在這種控制方式中，因?yàn)闃蚴诫娐纺軌蜉^長(zhǎng)時(shí)間工作在高輸出電壓區(qū)域（對(duì)應(yīng)梯形波的平頂區(qū)），a角較小，因此輸入功率因數(shù)可提高15%左右。1085.5三相橋式電壓型逆變電路采用180°導(dǎo)電方式，當(dāng)其直流側(cè)電壓Ud=100V時(shí)。、求輸出相電壓基波幅值和有效值、求輸出線電壓基波幅值和有效值、輸出線電壓中五歡諧波的有效值。解：①輸出相電壓基波幅值輸出相電壓基波有效值②輸出線電壓基波幅值109輸出線電壓基波有效值③輸出線電壓中5次諧波輸出線電壓中5次諧波有效值110第六章PWM控制技術(shù)（一）內(nèi)容

PWM控制的基本原理，PWM逆變電路及控制方法，PWM跟蹤控制技術(shù)，PWM整流電路及其控制方法。（二）本章重點(diǎn)重點(diǎn)是PWM控制的基本原理，PWM逆變電路及控制方法。（三）本章難點(diǎn)

PWM逆變電路及控制方法。（四）本章考點(diǎn)

PWM控制的基本原理，PWM逆變電路及控制方法（五）學(xué)習(xí)指導(dǎo)掌握PWM控制的基本原理，PWM逆變電路及控制方法，理解PWM跟蹤控制技術(shù)，PWM整流電路及其控制方法。111112圖6-6雙極性PWM控制方式波形urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud113正弦波作為調(diào)制信號(hào)梯形波作為調(diào)制信號(hào)有效提高直流電壓利用率直流電壓利用率低當(dāng)梯形波幅值和三角波幅值相等時(shí)，梯形波所含的基波分量幅值已超過(guò)三角波幅值幅值不能超過(guò)三角波幅值114PWM整流電路的工作原理圖6-29PWM整流電路的運(yùn)行方式向量圖a)整流運(yùn)行b)逆變運(yùn)行c)無(wú)功補(bǔ)償運(yùn)行d)超前角為j

dj·Us·UL·UR·UAB·Isd·Us·UR·UAB·Is·ULd·Us·UR·UAB·Is·ULd·Us·UR·UAB·Is·UL1151.試說(shuō)明PWM控制的工作原理。答：將一個(gè)任意波電壓分成N等份，并把該任意波曲線每一等份所包圍的面積都用一個(gè)與其面積相等的等幅矩形脈沖來(lái)代替，且矩形脈沖的中點(diǎn)與相應(yīng)任意波等份的中點(diǎn)重合，得到一系列脈沖列。這就是PWM波形。但在實(shí)際應(yīng)用中，人們采用任意波與等到腰三角形相交的方法來(lái)確定各矩形脈沖的寬度。

PWM控制就是利用PWM脈沖對(duì)逆變電路開(kāi)關(guān)器件的通斷進(jìn)行控制，使輸出端得到一系列幅值相等而寬度不相等的脈沖，用這些脈沖來(lái)代替所需要的波形。1162.PWM逆變電路的控制方法主要有哪幾種？簡(jiǎn)述異步調(diào)制與同步調(diào)制各有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？答：

PWM逆變電路的常用控制方法有兩種，一是計(jì)算法；二是調(diào)制法。其中調(diào)制法又可分為兩種，一是異步調(diào)制法；二是同步調(diào)制法。通常異步調(diào)制法是保持載波頻率不變，信號(hào)頻率根據(jù)需要而改變時(shí)，載波比是變化的。優(yōu)點(diǎn)是：信號(hào)頻率較低時(shí)載波比較大，一周期內(nèi)脈沖數(shù)較多，輸出較接近正弦波。缺點(diǎn)是：正負(fù)半周脈沖數(shù)不相等，對(duì)稱性差。因此，希望采用較高的載波頻率，以克服在信號(hào)頻率較高時(shí)仍能保持較大的載波比。

同步調(diào)制時(shí)，保持載波比為常數(shù)，并在變頻時(shí)使載波和信號(hào)波保持同步變化。優(yōu)點(diǎn)是：信號(hào)波一周內(nèi)輸出的脈沖數(shù)是固定的，脈沖相位也是固定的，對(duì)稱性好。缺點(diǎn)是：當(dāng)逆變頻率較低時(shí)，載波頻率也很低，造成調(diào)制諧波不易濾除；逆變頻率較高時(shí)，調(diào)制載波頻率也過(guò)高，使開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)頻率過(guò)高而難以承受。1173.單極性和雙極性PWM調(diào)制有什么區(qū)別？三相橋式PWM型逆變電路中，輸出相電壓（輸出端相對(duì)于直流電源中點(diǎn)的電壓）和線電壓SPWM波形各有幾種電平？答：三角波載波在信號(hào)波正半周期或負(fù)半周期里只有單一的極性，所得的PWM波形在半個(gè)周期中也只在單極性范圍內(nèi)變化，稱為單極性PWM控制方式。三角波載波始終是有正有負(fù)為雙極性的，所得的PWM波形在半個(gè)周期中有正、有負(fù)，則稱之為雙極性PWM控制方式。三相橋式PWM型逆變電路中，輸出相電壓有兩種電平：0.5Ud和-0.5Ud。輸出線電壓有三種電平Ud、0、-Ud。1184.如何提高PWM逆變電路的直流電壓利用率?答：采用梯形波控制方式,即用梯形波作為調(diào)制信號(hào),可以有效地提高直流電壓的利用率。對(duì)于三相PWM逆變電路,還可以采用線電壓控制方式,即在相電壓調(diào)制信號(hào)中疊加3的倍數(shù)次諧波及直流分量等,同樣可以有效地提高直流電壓利用率。1195.什么是PWM整流電路?它和相控整流電路的工作原理和性能有何不同?答:PWM整流電路就是采用PWM控制的整流電路,通過(guò)對(duì)PWM整流電路的適當(dāng)控制,可以使其輸入電流十分接近正弦波且和輸入電壓同相位,功率因數(shù)接近l。相控整流電路是對(duì)晶閘管的開(kāi)通起始角進(jìn)行控制,屬于相控方式。其交流輸入電流中含有較大的諧波分量,且交流輸入電流相位滯后于電壓,總的功率因數(shù)低。PWM整流電路采用SPWM控制技術(shù),為斬控方式。其基本工作方式為整流,此時(shí)輸入電流可以和電壓同相位,功率因數(shù)近似為l。PWM整流電路可以實(shí)現(xiàn)能量正反兩個(gè)方向的流動(dòng),既可以運(yùn)行在整流