電力電子 演示文稿定稿(劉立軍)

電力電子技術(shù)課件電力電子技術(shù)概述1.1什么是電力電子技術(shù)1.2電力電子技術(shù)的發(fā)展史1.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用

1.1什么是電力電子技術(shù)電子技術(shù)包括：信息電子技術(shù)電力電子技術(shù)信息電子技術(shù)——模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)，主要用于信息處理)。電力電子技術(shù)——應(yīng)用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)，使用電力電子器件對電能進(jìn)行變換和控制的技術(shù)。電力電子技術(shù)主要用于電力變換。

目前電力電子器件均用半導(dǎo)體制成，故也稱電力半導(dǎo)體器件。

電力電子裝置的功率，可大到數(shù)百M(fèi)W甚至GW，也可小到數(shù)瓦甚至1W以下返回1.1什么是電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)的兩個分支：電力電子變流技術(shù)電力電子器件制造技術(shù)1、電力電子變流技術(shù)用電力電子器件構(gòu)成電力變換電路和對其進(jìn)行控制的技術(shù)，及構(gòu)成電力電子裝置和電力電子系統(tǒng)

的技術(shù)。電力電子技術(shù)的核心，理論基礎(chǔ)是電路理論2、電力電子器件制造技術(shù)電力電子器件制造技術(shù)的基礎(chǔ)，理論基礎(chǔ)是半導(dǎo)體物理1.1什么是電力電子技術(shù)“電力電子技術(shù)”和“電力電子學(xué)”電力電子學(xué)60年代出現(xiàn)，1974年，美國的W.Newell用圖0-1的倒三角形對電力電子學(xué)進(jìn)行了描述，被全世界普遍接受“電力電子學(xué)”和“電力電子技術(shù)”分別從學(xué)術(shù)和工程技術(shù)的角度來稱呼，實(shí)際內(nèi)容沒有很大不同。描述電力電子學(xué)的倒三角形1.2電力電子技術(shù)的發(fā)展史電力電子技術(shù)的發(fā)展簡史1904年出現(xiàn)了電子管，能在真空中對電子流進(jìn)行控制，并應(yīng)用于通信和無線電，從而開了電子技術(shù)之先河后來出現(xiàn)了水銀整流器，其性能和晶閘管）很相似。在30年代到50年代，是水銀整流器發(fā)展迅速并大量應(yīng)用的時(shí)期。它廣泛用于電化學(xué)工業(yè)、電氣鐵道直流變電所、軋鋼用直流電動機(jī)的傳動，甚至用于直流輸電1.2電力電子技術(shù)的發(fā)展史1947年美國貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明晶體管，引發(fā)了電子技術(shù)的一場革命1957年美國通用電氣公司研制出第一個晶閘管1960年我國研究成功硅整流管1962年我國研究成功晶閘管）70年代出現(xiàn)電力晶體管、電力場效應(yīng)管1.2電力電子技術(shù)的發(fā)展史各種整流電路、逆變電路、周波變流電路的理論已經(jīng)發(fā)展成熟并廣為應(yīng)用。在晶閘管出現(xiàn)以后的相當(dāng)一段時(shí)期內(nèi)，所使用的電路形式仍然是這些形式交流電變?yōu)橹绷麟姷姆椒ǔy整流器外，還有發(fā)展更早的電動機(jī)—直流發(fā)電機(jī)組，即變流機(jī)組。和旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組相對應(yīng)，靜止變流器的稱呼從水銀整流器開始并沿用至今1.2電力電子技術(shù)的發(fā)展史最先用于電力領(lǐng)域的半導(dǎo)體器件是硅二極管晶閘管因電氣性能和控制性能優(yōu)越，很快取代了水銀整流器和旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組，且其應(yīng)用范圍也迅速擴(kuò)大。電化學(xué)工業(yè)、鐵道電氣機(jī)車、鋼鐵工業(yè)（軋鋼用電氣傳動、感應(yīng)加熱等）、電力工業(yè)（直流輸電、無功補(bǔ)償?shù)龋┑难杆侔l(fā)展也有力地推動了晶閘管的進(jìn)步。電力電子技術(shù)的概念和基礎(chǔ)就是由于晶閘管及晶閘管變流技術(shù)的發(fā)展而確立的晶閘管是通過對門極的控制能夠使其導(dǎo)通而不能使其關(guān)斷的器件，因而屬于半控型器件對晶閘管電路的控制方式主要是相位控制方式晶閘管的關(guān)斷通常依靠電網(wǎng)電壓等外部條件來實(shí)現(xiàn)1.2電力電子技術(shù)的發(fā)展史80年代后期開始：復(fù)合型器件以絕緣柵極雙極型晶體管為代表,IGBT是電力場效應(yīng)管（MOSFET）和雙極結(jié)型晶體管的復(fù)合。它集MOSFET的驅(qū)動功率小、開關(guān)速度快的優(yōu)點(diǎn)和BJT通態(tài)壓降小、載流能力大的優(yōu)點(diǎn)于一身，性能十分優(yōu)越，使之成為現(xiàn)代電力電子技術(shù)的主導(dǎo)器件。與IGBT相對應(yīng)，MOS控制晶閘管和集成門極換流晶閘管等都是MOSFET和GTO的復(fù)合，它們也綜合了MOSFET和GTO兩種器件的優(yōu)點(diǎn)。1.2電力電子技術(shù)的發(fā)展史功率模塊：為了使電力電子裝置的結(jié)構(gòu)緊湊、體積減小，常常把若干個電力電子器件及必要的輔助元件做成模塊的形式，這給應(yīng)用帶來了很大的方便。功率集成電路：把驅(qū)動、控制、保護(hù)電路和功率器件集成在一起，構(gòu)成功率集成電路（PIC）。目前其功率都還較小，但代

表了電力電子技術(shù)發(fā)展的一個重要方向。智能功率模塊則專指IGBT及其輔助器件與其保護(hù)和驅(qū)動電路的單片集成，也稱智能IGBT。1.2電力電子技術(shù)的發(fā)展史高壓集成電路：一般指橫向高壓器件與邏輯或模擬控制電路的單片集成。智能功率集成電路：一般指縱向功率器件與邏輯或模擬控制電路的單片集成。什么是高壓變頻器

通常，用來把工頻正弦波交流電源改變?yōu)槠渌l率的交變電源的電力電子裝置稱為變頻器。按照國際慣例和我們國家的標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)供電電壓大于或等于10kV時(shí)稱為高壓，小于10kV時(shí)稱為中壓。因此，相應(yīng)額定電壓1-10kV的變頻器應(yīng)分別稱為中壓和高壓變頻器。但是考慮到在1-10kV電壓范圍內(nèi)的變頻器有著共同的特征，同時(shí)，習(xí)慣上也把額定電壓為6kV或3kV的電動機(jī)也稱為“高壓電動機(jī)”。所以把用來驅(qū)動1kV以上交流電動機(jī)的中、大容量的變頻器稱為高壓變頻器。高中壓變頻器的應(yīng)用領(lǐng)域

高壓電動機(jī)的應(yīng)用極為廣泛，它是工礦企業(yè)中主要動力。在冶金、鋼鐵、石油、化工、電力、水利工程及水處理等各行業(yè)的大中型廠礦中，用于拖動風(fēng)機(jī)、泵類、壓縮機(jī)及各種大型機(jī)械。高壓變頻器適用的場合高壓變頻器與標(biāo)準(zhǔn)的大、中功率的異步和同步電動機(jī)配套。組成交流變頻調(diào)速系統(tǒng)，用來驅(qū)動風(fēng)機(jī)、水泵、壓縮機(jī)和各種機(jī)械傳動裝置。達(dá)到節(jié)能、高效、提高產(chǎn)品質(zhì)量的目的。驅(qū)動風(fēng)機(jī)水泵。調(diào)節(jié)風(fēng)量或水流量，取代依靠擋板或閥門改變流量的方式，達(dá)到節(jié)能的目的。使用變頻器調(diào)速，由于消除了閥門或擋板的能量損失，可以使風(fēng)機(jī)、水泵的工作40%。變頻器與風(fēng)機(jī)水泵等機(jī)械連用時(shí)，具有如下的顯著優(yōu)點(diǎn)：精確的調(diào)節(jié)速度和流量，保證工藝質(zhì)量；可直接與工作機(jī)械耦合，省去減速其等中間機(jī)械環(huán)節(jié)，減少設(shè)備投資費(fèi)用；可接受計(jì)算機(jī)或PLC的模擬或數(shù)字信號，進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，控制性能優(yōu)越。變頻器的基本構(gòu)成變頻器的基本構(gòu)成如圖所示，由主回路（包括整流器、中間直流環(huán)節(jié)、逆變器）和控制回路組成，如上圖所示變頻器的種類按直流電源的性質(zhì)分類電流型變頻器電壓型變頻器按輸出電壓調(diào)節(jié)方式分PAM方式PWM方式調(diào)載波頻率的PWM方式按控制方式分類U/f控制轉(zhuǎn)差頻率控制矢量控制按主開關(guān)器件分類：如以IGBT、BJT、GTO和SCR分類國內(nèi)流行的幾種品牌：合康億盛變頻器、ABB變頻器、富士變頻器、西門子變頻器、霍尼威爾變頻器等（1）電源變壓器T電源變壓器用于將高壓電源變換到通用變頻器所需的電壓等級，考慮到變頻器的輸入電流有一定量的高次諧波，使電源側(cè)的功率因數(shù)降低，加上變頻器運(yùn)行效率的影響，變壓器的容量按如下式考慮變壓器的容量（kVA）=變頻器的輸出功率變頻器輸入功率因數(shù)X變頻器效率其中變頻器的功率因數(shù)在有輸入交流電抗器1ACL時(shí)取0.8~0.85,無輸入電抗器1ACL時(shí)則取0.6~0.8。變頻器效率可取0.95，變頻器輸出功率應(yīng)為所接電動機(jī)的總功率。變頻器生產(chǎn)廠家所推薦的變壓器容量的參考值，常取變頻器容量的130%左右。變頻器的外圍設(shè)備及其選擇——電源變壓器制動電阻的計(jì)算

在異步電動機(jī)因設(shè)定頻率下降而減速時(shí)，如果軸轉(zhuǎn)速高于由頻率所決定的同步轉(zhuǎn)速，則異步電動機(jī)處于再生發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)。運(yùn)動系統(tǒng)中所存儲的動能經(jīng)逆變器回饋到直流側(cè)，中間直流回路的濾波電容器的電壓會因吸收這部分回饋能量而提高。如果回饋能量較大，則有可能使變頻器的過壓保護(hù)功能動作。利用制動電阻可耗散這部分能量，使電動機(jī)的制動能力提高。制動電阻的選擇，可按如下步驟進(jìn)行：（1）制動轉(zhuǎn)矩的計(jì)算制動轉(zhuǎn)矩TB可由下式算出：(GD2M+GD2L)(n1―n2)375ts

—TL

TB=式中GD2M—電動機(jī)的GD2(N?m)(N?m2)TL—負(fù)載轉(zhuǎn)矩(N?m)GD2L—負(fù)載折算到電動機(jī)軸上的GD2n1—減速開始速度（r/min）N2—減速完了速度（r/min）ts—減速時(shí)間（s）（2）制動電阻阻值的計(jì)算在附加制動電阻進(jìn)行制動的情況下，電動機(jī)內(nèi)部的有功損耗部分，折合成制動轉(zhuǎn)矩，大約為電動機(jī)額定轉(zhuǎn)矩的20%?？紤]到這一點(diǎn)，可用下式來計(jì)算RBO

=U2C

1.04(TB-0.2TM)n1UC—直流回路電壓（V）TB—制動轉(zhuǎn)矩(N?m)TM—電動機(jī)額定轉(zhuǎn)矩N1—開始減速時(shí)的速度如果系統(tǒng)所需制動轉(zhuǎn)矩TB<0.2TM,時(shí)，系統(tǒng)就有需要另外的制動電阻，僅電動機(jī)內(nèi)部的有功損耗的作用，就可使中間直流回路電壓限制在過壓保護(hù)的動作水平以下電動機(jī)第一節(jié)三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)及銘牌第二節(jié)三相異步電動機(jī)的的旋轉(zhuǎn)磁場第三節(jié)三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)動原理第四節(jié)三相異步電動機(jī)的運(yùn)行第五節(jié)三相異步電動機(jī)的啟動第六節(jié)三相異步電動機(jī)的調(diào)速第七節(jié)單相異步電動機(jī)第八節(jié)同步電動機(jī)第九節(jié)直流電動機(jī)第一節(jié)三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)及銘牌一、三相異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)1.定子：主要用來產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場,它由定子鐵心、定子繞組、機(jī)殼等組成。機(jī)殼包括端蓋和機(jī)座，其作用是支承定子鐵心和固定整個電機(jī)。中小型電機(jī)機(jī)座一般采用鑄鐵鑄造,端蓋多用鑄鐵鑄成，用螺栓固定在機(jī)座兩端。定子鐵心是磁路的一部分,為了降低鐵心損耗,采用0.5mm厚的硅鋼片疊壓而成，硅鋼片間彼此絕緣。鐵心內(nèi)圓周上分布有若干均勻的平行槽，用來嵌放定子繞組。

3.定子繞組

定子繞組是電機(jī)定子的電路部分，應(yīng)用絕緣銅線或鋁線繞制而成。三相繞組對稱地嵌放在定子槽內(nèi)。三相異步電動機(jī)定子繞組的三個首端U1、V1、W1和三個末U2、V2、W2，都從機(jī)座上的接線盒中引出。圖（a）為定子繞組的星形接法；圖（b）為定子繞組的三角形接法。三相繞組具體應(yīng)該采用何種接法，應(yīng)視電力網(wǎng)的線電壓和各相繞組的工作電壓而定。目前我國生產(chǎn)的三相異步電動機(jī)，功率在4kW以下者一般采用星形接法；在4kW以上者采用三角形接法。三相定子繞組的接法二、轉(zhuǎn)子

轉(zhuǎn)子主要用來產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩，拖動生產(chǎn)機(jī)械旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組構(gòu)成。（1）.轉(zhuǎn)軸

轉(zhuǎn)軸用來固定轉(zhuǎn)子鐵心和傳遞功率，一般用中碳鋼制成。（2）.轉(zhuǎn)子鐵心

轉(zhuǎn)子鐵心也屬于磁路的一部分，也用0.5mm的硅鋼片疊壓而成。轉(zhuǎn)子鐵心固定在轉(zhuǎn)軸上，其外圓均勻分布的槽是用來放置轉(zhuǎn)子繞組的。轉(zhuǎn)子的硅鋼片3.轉(zhuǎn)子繞組:

三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組分為鼠籠式和繞 線式兩種。鼠籠式轉(zhuǎn)子是由安放在轉(zhuǎn)子鐵心槽內(nèi)的裸導(dǎo)體和兩端的短路環(huán)連接而成的。轉(zhuǎn)子繞組就像一個鼠籠形狀故稱其為鼠籠式轉(zhuǎn)子。

鑄鋁轉(zhuǎn)子：中小型電機(jī)，一般采用鑄鋁繞組。這種轉(zhuǎn)子是將融化了的鋁液直接澆注在轉(zhuǎn)子槽內(nèi)，并連同兩端的短路環(huán)和風(fēng)扇澆注在一起。如某三相異步電動機(jī)銘牌如下，現(xiàn)對銘牌的各項(xiàng)數(shù)據(jù)作些簡要介紹。三相異步電動機(jī)的銘牌型號Y—112M－4編號功率4.0kW電流8.8A電壓380V1440r/minLW82dB接法△防護(hù)等級IP4450Hz45kg標(biāo)準(zhǔn)編號工作制S1B級絕緣型號Y—112M－4

：Y——產(chǎn)品代號，114——機(jī)座中心高160mm；M表示中機(jī)座，（S表示短機(jī)座，L表示長機(jī)座）；4——磁極數(shù)。(1)額定功率PN。

額定功率為電動機(jī)在額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子軸上輸出的機(jī)械功率kW。(2)額定電壓和接法。額定電壓指定子繞組按銘牌上規(guī)定的接法連接時(shí)應(yīng)加的線電壓值。

Y系列電動機(jī)功率在4kW以上均采用三角形連接，以便采用Y-△接法。3kW以下有380v和220v兩種，寫成380/220v，對應(yīng)接法兩種，即Y/△.電源線電壓380v時(shí)，定子繞組接成星形；電源線電壓220v時(shí)，定子繞組接成三角形。(3)額定電流。額定電流指電動機(jī)在額定運(yùn)行情況下，定子繞組取用的線電流值。

(4)額定轉(zhuǎn)速。額定轉(zhuǎn)速為電動機(jī)在額定運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的轉(zhuǎn)速，單位為r/min。(6)絕緣等級。絕緣等級是電動機(jī)定子繞組所用的絕緣材料的 等級。(7)工作方式。工作方式即電動機(jī)的運(yùn)行方式。按負(fù)載持續(xù)時(shí)間的不同，國家標(biāo)準(zhǔn)把電動機(jī)分成三種工作方式：連續(xù)工作制、短時(shí)工作制和斷續(xù)周期工作制絕緣等級YAEBFHC極限工作溫度（。C)90105120130155180>180（5）防護(hù)方式（IP44）。表示電動機(jī)外殼防護(hù)的方式為 封閉式。第八節(jié)同步電動機(jī)同步電動機(jī)是一種交流電動機(jī)，它的主要特點(diǎn)是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速等于同步轉(zhuǎn)速，即同步發(fā)電機(jī)在電力工業(yè)中有著很廣泛的應(yīng)用：火力發(fā)電、水力發(fā)電、原子能發(fā)電等，幾乎全部應(yīng)用三相同步發(fā)電機(jī)同步電動機(jī)雖然不像異步電動機(jī)那樣應(yīng)用廣泛，但由于它的功率因數(shù)可以調(diào)節(jié)，并且大多調(diào)節(jié)在容性狀態(tài)下運(yùn)行，這樣可以補(bǔ)償采用異步電動機(jī)所需的感性電流，從而提高電力網(wǎng)的功率因數(shù)。同步電動機(jī)常用在中等功率(50kW)以上，不需調(diào)速且轉(zhuǎn)速要求恒定的生產(chǎn)機(jī)械中，如大型的空壓機(jī)、水壓機(jī)等。

絕緣柵雙極晶體管

絕緣柵雙極晶體管（Insulated-gateBipolarTransistor——IGBT或IGT）

GTR和MOSFET復(fù)合，結(jié)合二者的優(yōu)點(diǎn)，具有好的特性

1986年投入市場后，取代了GTR和一部分MOSFET的市場,中小功率電力電子設(shè)備的主導(dǎo)器件

繼續(xù)提高電壓和電流容量，以期再取代GTO的地位■

絕緣柵雙極晶體管

1.IGBT的結(jié)構(gòu)和工作原理三端器件：柵極G、集電極C和發(fā)射極E圖

IGBT的結(jié)構(gòu)、簡化等效電路和電氣圖形符號a)內(nèi)部結(jié)構(gòu)斷面示意圖b)簡化等效電路c)電氣圖形符號■

絕緣柵雙極晶體管

IGBT的結(jié)構(gòu)（顯示圖）

圖1-22a—N溝道VDMOSFET與GTR組合——N溝道IGBT（N-IGBT）

IGBT比VDMOSFET多一層P+注入?yún)^(qū)，形成了一個大面積的P+N結(jié)J1——使IGBT導(dǎo)通時(shí)由P+注入?yún)^(qū)向N基區(qū)發(fā)射少子，從而對漂移區(qū)電導(dǎo)率進(jìn)行調(diào)制，使得IGBT具有很強(qiáng)的通流能力簡化等效電路表明，IGBT是GTR與MOSFET組成的達(dá)林頓結(jié)構(gòu)，一個由MOSFET驅(qū)動的厚基區(qū)PNP晶體管

RN為晶體管基區(qū)內(nèi)的調(diào)制電阻■

絕緣柵雙極晶體管

IGBT的原理

驅(qū)動原理與電力MOSFET基本相同，場控器件，通斷由柵射極電壓uGE決定

導(dǎo)通：，uGE大于開啟電壓UGE(th)時(shí)，MOSFET內(nèi)形成溝道，為晶體管提供基極電流，IGBT導(dǎo)通

導(dǎo)通壓降：電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)使電阻RN減小，使通態(tài)壓降小

關(guān)斷：柵射極間施加反壓或不加信號時(shí)，MOSFET內(nèi)的溝道消失，晶體管的基極電流被切斷，IGBT關(guān)斷■

絕緣柵雙極晶體管

2.IGBT的基本特性

1)

IGBT的靜態(tài)特性圖

IGBT的轉(zhuǎn)移特性和輸出特性a)轉(zhuǎn)移特性b)輸出特性■

絕緣柵雙極晶體管

轉(zhuǎn)移特性——IC與UGE間的關(guān)系，與MOSFET轉(zhuǎn)移特性類似開啟電壓UGE(th)——IGBT能實(shí)現(xiàn)電導(dǎo)調(diào)制而導(dǎo)通的最低柵射電壓UGE(th)隨溫度升高而略有下降，在+25

C時(shí)，UGE(th)的值一般為2~6V輸出特性（伏安特性）——以UGE為參考變量時(shí)，IC與UCE間的關(guān)系分為三個區(qū)域：正向阻斷區(qū)、有源區(qū)和飽和區(qū)。分別與GTR的截止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū)相對應(yīng)uCE<0時(shí)，IGBT為反向阻斷工作狀態(tài)■

絕緣柵雙極晶體管

2)

IGBT的動態(tài)特性上圖為IGBT開關(guān)過程■

絕緣柵雙極晶體管

IGBT的開通過程

與MOSFET的相似，因?yàn)殚_通過程中IGBT在大部分時(shí)間作為MOSFET運(yùn)行開通延遲時(shí)間td(on)——從uGE上升至其幅值10%的時(shí)刻，到iC上升至10%ICM2

電流上升時(shí)間tr

——iC從10%ICM上升至90%ICM所需時(shí)間

開通時(shí)間ton——開通延遲時(shí)間與電流上升時(shí)間之和uCE的下降過程分為tfv1和tfv2兩段。tfv1——IGBT中MOSFET單獨(dú)工作的電壓下降過程；tfv2——MOSFET和PNP晶體管同時(shí)工作的電壓下降過程（開關(guān)過程圖）■

絕緣柵雙極晶體管

IGBT的關(guān)斷過程（開關(guān)過程圖）關(guān)斷延遲時(shí)間td(off)——從uGE后沿下降到其幅值90%的時(shí)刻起，到iC下降至90%ICM

電流下降時(shí)間——iC從90%ICM下降至10%ICM

關(guān)斷時(shí)間toff——關(guān)斷延遲時(shí)間與電流下降之和電流下降時(shí)間又可分為tfi1和tfi2兩段。tfi1——IGBT內(nèi)部的MOSFET的關(guān)斷過程，iC下降較快；tfi2——IGBT內(nèi)部的PNP晶體管的關(guān)斷過程，iC下降較慢

■

絕緣柵雙極晶體管

IGBT中雙極型PNP晶體管的存在，雖然帶來了電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)的好處，但也引入了少子儲存現(xiàn)象，因而IGBT的開關(guān)速度低于電力MOSFETIGBT的擊穿電壓、通態(tài)壓降和關(guān)斷時(shí)間也是需要折衷的參數(shù)3.IGBT的主要參數(shù)1)最大集射極間電壓UCES

由內(nèi)部PNP晶體管的擊穿電壓確定2)

最大集電極電流包括額定直流電流IC和1ms脈寬最大電流ICP3)最大集電極功耗PCM

正常工作溫度下允許的最大功耗■

絕緣柵雙極晶體管

IGBT的特性和參數(shù)特點(diǎn)(1)

開關(guān)速度高，開關(guān)損耗小。在電壓1000V以上時(shí)，開關(guān)損耗只有GTR的1/10，與電力

MOSFET相當(dāng)(2)

相同電壓和電流定額時(shí)，安全工作區(qū)比GTR

大，且具有耐脈沖電流沖擊能力(3)

通態(tài)壓降比VDMOSFET低，特別是在電流較大的區(qū)域(4)

輸入阻抗高，輸入特性與MOSFET類似(5)與MOSFET和GTR相比，耐壓和通流能力還可以進(jìn)一步提高，同時(shí)保持開關(guān)頻率高的特點(diǎn)■變頻器發(fā)展介紹國外第一臺高壓變頻器－－交－交變頻調(diào)速的異步電動機(jī)矢量控制系統(tǒng)，由日本的東芝電器公司在1980年研制成功。高壓變頻器的原理及其分類高壓變頻器的分類及其電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)高壓變頻器的種類繁多，其分類方法也多種多樣。按著中間環(huán)節(jié)有無直流部分，可分為交交變頻器和交直交變頻器；按著直流部分的性質(zhì)，可分為電流型和電壓型變頻器；按著有無中間低壓回路，可分為高高變頻器和高低高變頻器；按著輸出電平數(shù)，可分為兩電平、三電平、五電平及多電平變頻器；按著電壓等級和用途，可分為通用變頻器和高壓變頻器；按著嵌位方式，可分為二極管嵌位型和電容嵌位型變頻器等等。電流型變頻器由于在變頻器的直流環(huán)節(jié)采用了電感元件而得名，其優(yōu)點(diǎn)是具有四象限運(yùn)行能力，能很方便地實(shí)現(xiàn)電機(jī)的制動功能。缺點(diǎn)是需要對逆變橋進(jìn)行強(qiáng)迫換流，裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)整較為困難。另外，由于電網(wǎng)側(cè)采用可控硅移相整流，故輸入電流諧波較大，容量大時(shí)對電網(wǎng)會有一定的影響。電壓型變頻器由于在變頻器的直流環(huán)節(jié)采用了電容元件而得名，其特點(diǎn)是不能進(jìn)行四象限運(yùn)行，當(dāng)負(fù)載電動機(jī)需要制動時(shí)，需要另行安裝制動電路。功率較大時(shí)，輸出還需要增設(shè)正弦波濾波器高低高變頻器采用升降壓的辦法，將低壓或通用變頻器應(yīng)用在中、高壓環(huán)境中而得名。原理是通過降壓變壓器，將電網(wǎng)電壓降到低壓變頻器額定或允許的電壓輸入范圍內(nèi)，經(jīng)變頻器的變換形成頻率和幅度都可變的交流電，再經(jīng)過升壓變壓器變換成電機(jī)所需要的電壓等級。

這種方式，由于采用標(biāo)準(zhǔn)的低壓變頻器，配合降壓，升壓變壓器，故可以任意匹配電網(wǎng)及電動機(jī)的電壓等級，容量小的時(shí)侯（<500KW）改造成本較直接高壓變頻器低。缺點(diǎn)是升降壓變壓器體積大，比較笨重，頻率范圍易受變壓器的影響。

一般高低高變頻器可分為電流型和電壓型兩種。高壓變頻器保護(hù)電路介紹整流電路概述整流電路是電力電子電路中出現(xiàn)最早的一種。整流電路1）實(shí)現(xiàn)交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能的電路。2）是一種把交流電源電壓轉(zhuǎn)換成所需的直流電壓的一種電路。3）是把大小和方向都隨時(shí)間變化的交流電變?yōu)閱畏较蛄鲃又绷麟姷淖兞鬟^程的電路。4）在電力電子學(xué)中，將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姷倪^程稱為整流，完成整流過程的電力電子變換電路稱為整流電路。整流電路的分類1）按整流器件分類

不可控整流：完全由整流二極管構(gòu)成，電路的輸出直流電壓的平均值和輸入交流電壓的有效值之比是固定不變的。

全控整流：整流器件由可控器件構(gòu)成，其輸出直流電壓的平均值及極性都可以通過控制器件的導(dǎo)通而得到調(diào)節(jié)。在這種電路中，功率可以由電源向負(fù)載傳送，也可由負(fù)載反饋給電源。

半控整流：整流器件由不控器件和可控器件混合組成，在此電路中，負(fù)載電壓極性不能變，但平均值可以調(diào)節(jié)。2）按整流輸出波形和輸入波形的關(guān)系

半波整流電路：整流器件的陽極（或陰極）全部連接在一起，并接到負(fù)載的一端，負(fù)載的另一端與電源相連，每條交流電源線中的電流是單一方向的，負(fù)載上得到的只是電源電壓波形的一半。

全波整流電路：可以看成是兩組半波整流電路串聯(lián)，整流器件一組接成共陰極，一組接成共陽極，分別接到負(fù)載的兩端，在全波整流電路中，每條交流電源線中的電流是交變的。

3）按電路結(jié)構(gòu)分類按電路結(jié)構(gòu)可分為橋式電路和零式電路

4）按交流輸入相數(shù)分為單相電路，三相電路和多相電路5）按變壓器二次側(cè)電流的方向?yàn)閱蜗蚧螂p向

分為單拍電路和雙拍電路6）按控制方式分類

相控整流電路：采用晶閘管為主要的功率開關(guān)器件，通過控制觸發(fā)脈沖起始相位來控制輸出電壓的大小。電路容量大，控制簡單，技術(shù)成熟。

PWM整流電路：采用全控器件，使用現(xiàn)代的控制技術(shù)，在工程領(lǐng)域因其優(yōu)良的性能得到越來越多的應(yīng)用。過壓保護(hù)

1.引起過壓的原因操作過電壓：由拉閘、合閘、快速直流開關(guān)的切斷等經(jīng)常性操作中的電磁過程引起的過壓。浪涌過壓：由雷擊等偶然原因引起，從電網(wǎng)進(jìn)入變換器的過壓。電力電子器件關(guān)斷過電壓：電力電子器件關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生的過壓。在電力電子變換器-電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中，由于電動機(jī)回饋制動造成直流側(cè)直流電壓過高產(chǎn)生的過壓。也稱為泵升電壓。

2.過壓保護(hù)方法過壓保護(hù)的基本原則是：根據(jù)電路中過壓產(chǎn)生的不同部位，加入不同的附加電路，當(dāng)達(dá)到—定過壓值時(shí)，自動開通附加電路，使過壓通過附加電路形成通路，消耗過壓儲存的電磁能量，從而使過壓的能量不會加到主開關(guān)器件上，保護(hù)了電力電子器件。保護(hù)電路形式很多，也很復(fù)雜。

圖1-1過壓保護(hù)方法的原理圖

(1)雷擊過壓可在變壓器初級接避雷器加以保護(hù)。(2)二次電壓很高或電壓比很大的變壓器，一次側(cè)合閘時(shí)，由于一次、二次繞組間存在分布電容，高電壓可通過分布電容耦合到二次側(cè)而出現(xiàn)瞬時(shí)過壓。可采取變壓器附加屏蔽層接地或變壓器星形中點(diǎn)通過電容接地的方法來減小。(3)泵升電壓保護(hù)當(dāng)電動機(jī)回饋制動時(shí)，電動機(jī)的動能轉(zhuǎn)換成電能回饋到直流側(cè)，引起直流側(cè)電壓升高，當(dāng)電壓升高到一定值時(shí)，會造成變換器的過電壓。通常采用開關(guān)電路將能量消耗在電阻上。

（4）阻容保護(hù)電路將電容并聯(lián)在回路中，當(dāng)電路中出現(xiàn)電壓尖峰電壓時(shí)，電容兩端電壓不能突變的特性，可以有效地抑制電路中的過壓。與電容串聯(lián)的電阻能消耗掉部分過壓能量，同時(shí)抑制電路中的電感與電容產(chǎn)生振蕩。RC阻容保護(hù)電路可以設(shè)置在變換器裝置的交流側(cè)、直流側(cè)。也可將RC保護(hù)電路直接并在主電路的元件上，有效地抑制元件關(guān)斷時(shí)的關(guān)斷過壓，其接法如圖6-2所示。

圖1-2幾種RC阻容保護(hù)電路的接法

由于壓敏電阻的正、反向特性對稱，因此單相電路只需一個，三相電路用3個，聯(lián)接成Y形或Δ形

圖1-4壓敏電阻保護(hù)的接法

壓敏電阻的主要參數(shù)：①額定電壓U1mA

指漏電流為1mA時(shí)的電壓值。②殘壓比UY／U1mA

UY為放電電流達(dá)規(guī)定值IY時(shí)的電壓。③允許的通流容量指在規(guī)定的波形下(沖擊電流前沿10μs，持續(xù)時(shí)間20μs)允許通過的浪涌電流。

壓敏電阻選用方法：①額定電壓為

(壓敏電阻承受工作電壓的峰值)(6-10)②Uy值由被保護(hù)元件的耐壓值決定。③通流容量應(yīng)大于實(shí)際的浪誦電流。但實(shí)際浪涌電流很難計(jì)算，故一般當(dāng)變壓器容量大、距外線路近、無避雷器時(shí)應(yīng)盡可能取大值。壓敏電阻在二極管整流設(shè)備上可代替全部的阻容保護(hù)，在晶間管可控整流器上可代替交流側(cè)、直流側(cè)的阻容保護(hù)?？偟膩碚f，壓敏電阻只能用作過壓保護(hù)，不能作du/dt保護(hù)。

過流保護(hù)1.引起過流的原因當(dāng)電力電子變換器內(nèi)部某一器件擊穿或短路、觸發(fā)電路或控制電路發(fā)生故障、出現(xiàn)過載、直流側(cè)短路、可逆?zhèn)鲃酉到y(tǒng)產(chǎn)生環(huán)流或逆變失敗，以及交流電源電壓過高或過低、缺相等，均可引起變換器內(nèi)元件的電流超過正常工作電流，即出現(xiàn)過流。由于電力電子器件的電流過載能力比一般電氣設(shè)備差得多，因此，必須對變換