《自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)英語(yǔ)教程》-全文翻譯

#《自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)英語(yǔ)教程》ElectricalandElectronicEngineeringBasicsUNIT1AElectricalNetworks————————————3BThree-phaseCircuitsUNIT2ATheOperationalAmplifier———————————5BTransistorsUNIT3ALogicalVariablesandFlip-flop——————————8BBinaryNumberSystemUNIT4APowerSemiconductorDevices——————————11BPowerElectronicConvertersUNIT5ATypesofDCMotors—————————————15BClosed-loopControlofDCDriversUNIT6AACMachines———————————————19BInductionMotorDriveUNIT7AElectricPowerSystem————————————22BPowerSystemAutomationControlTheoryUNIT1ATheWorldofControl————————————27BTheTransferFunctionandtheLaplaceTransformation—————29UNIT2AStabilityandtheTimeResponse—————————30BSteadyState—————————————————31UNIT3ATheRootLocus—————————————32BTheFrequencyResponseMethods:NyquistDiagrams—————33UNIT4ATheFrequencyResponseMethods:BodePiots—————34BNonlinearControlSystem37UNIT5AIntroductiontoModernControlTheory38BStateEquations 40UNIT6AControllability,Observability,andStabilityBOptimumControlSystemsUNIT7AConventionalandIntelligentControlBArtificialNeuralNetworkComputerControlTechnologyUNIT1AComputerStructureandFunction42BFundamentalsofComputerandNetworks43UNIT2AInterfacestoExternalSignalsandDevices44BTheApplicationsofComputers46UNIT3APLCOverviewBPACsforIndustrialControl,theFutureofControlUNIT4AFundamentalsofSingle-chipMicrocomputer49BUnderstandingDSPandItsUsesUNIT5AAFirstLookatEmbeddedSystemsBEmbeddedSystemsDesignProcessControlUNIT1AAProcessControlSystem50BFundamentalsofProcessControl52UNIT2ASensorsandTransmitters53BFinalControlElementsandControllersUNIT3APControllersandPIControllersBPIDControllersandOtherControllersUNIT4AIndicatingInstrumentsBControlPanelsControlBasedonNetworkandInformationUNIT1AAutomationNetworkingApplicationAreasBEvolutionofControlSystemArchitectureUNIT2AFundamentalIssuesinNetworkedControlSystemsBStabilityofNCSswithNetwork-inducedDelayUNIT3AFundamentalsoftheDatabaseSystemBVirtualManufacturing—AGrowingTrendinAutomationUNIT4AConceptsofComputerIntegratedManufacturingBEnterpriseResourcesPlanningandBeyondSyntheticApplicationsofAutomaticTechnologyUNIT1ARecentAdvancesandFutureTrendsinElectricalMachineDriversBSystemEvolutioninIntelligentBuildingsUNIT2AIndustrialRobotBAGeneralIntroductiontoPatternRecognitionUNIT3ARenewableEnergyBElectricVehiclesUNIT1A電路啰電路或電網(wǎng)絡(luò)由以某種方式連接的電阻器、電感器和電容器等元件組成。如果網(wǎng)絡(luò)不包含能源，如電池或發(fā)電機(jī)，那么就被稱(chēng)作無(wú)源網(wǎng)絡(luò)。換句話(huà)說(shuō)，如果存在一個(gè)或多個(gè)能源，那么組合的結(jié)果為有源網(wǎng)絡(luò)。在研究電網(wǎng)絡(luò)的特性時(shí)，我們感興趣的是確定電路中的電壓和電流。因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)由無(wú)源電路元件組成，所以必須首先定義這些元件的電特性.就電阻來(lái)說(shuō)，電壓-電流的關(guān)系由歐姆定律給出，歐姆定律指出：電阻兩端的電壓等于電阻上流過(guò)的電流乘以電阻值。在數(shù)學(xué)上表達(dá)為:u=iR(1-1A-1)式中u=電壓，伏特；i=電流，安培；R=電阻，歐姆。純電感電壓由法拉第定律定義，法拉第定律指出：電感兩端的電壓正比于流過(guò)電感的電流隨時(shí)間的變化率。因此可得到：U=Ldi/dt式中di/dt=電流變化率，安培/秒；L=感應(yīng)系數(shù)，享利。電容兩端建立的電壓正比于電容兩極板上積累的電荷q。因?yàn)殡姾傻姆e累可表示為電荷增量dq的和或積分，因此得到的等式為u=，式中電容量C是與電壓和電荷相關(guān)的比例常數(shù)。由定義可知，電流等于電荷隨時(shí)間的變化率，可表示為i=dq/dt。因此電荷增量dq等于電流乘以相應(yīng)的時(shí)間增量，或dq=idt，那么等式(1-1A-3)可寫(xiě)為式中C=電容量，法拉。歸納式(1-1A-1)、(1-1A-2)和(1-1A-4)描述的三種無(wú)源電路元件如圖1-1A-1所示。注意，圖中電流的參考方向?yàn)閼T用的參考方向，因此流過(guò)每一個(gè)元件的電流與電壓降的方向一致。有源電氣元件涉及將其它能量轉(zhuǎn)換為電能，例如，電池中的電能來(lái)自其儲(chǔ)存的化學(xué)能，發(fā)電機(jī)的電能是旋轉(zhuǎn)電樞機(jī)械能轉(zhuǎn)換的結(jié)果。有源電氣元件存在兩種基本形式：電壓源和電流源。其理想狀態(tài)為：電壓源兩端的電壓恒定，與從電壓源中流出的電流無(wú)關(guān)。因?yàn)樨?fù)載變化時(shí)電壓基本恒定，所以上述電池和發(fā)電機(jī)被認(rèn)為是電壓源。另一方面，電流源產(chǎn)生電流，電流的大小與電源連接的負(fù)載無(wú)關(guān)。雖然電流源在實(shí)際中不常見(jiàn)，但其概念的確在表示借助于等值電路的放大器件，比如晶體管中具有廣泛應(yīng)用。電壓源和電流源的符號(hào)表示如圖1-1A-2所示。分析電網(wǎng)絡(luò)的一般方法是網(wǎng)孔分析法或回路分析法。應(yīng)用于此方法的基本定律是基爾霍夫第一定律，基爾霍夫第一定律指出：一個(gè)閉合回路中的電壓代數(shù)和為0，換句話(huà)說(shuō)，任一閉合回路中的電壓升等于電壓降。網(wǎng)孔分析指的是：假設(shè)有一個(gè)電流——即所謂的回路電流——流過(guò)電路中的每一個(gè)回路，求每一個(gè)回路電壓降的代數(shù)和，并令其為零?？紤]圖1-1A-3a所示的電路，其由串聯(lián)到電壓源上的電感和電阻組成，假設(shè)回路電流i，那么回路總的電壓降為因?yàn)樵诩俣ǖ碾娏鞣较蛏?，輸入電壓代表電壓升的方向，所以輸電壓?1-1A-5)式中為負(fù)。因?yàn)殡娏鞣较蚴请妷合陆档姆较?，所以每一個(gè)無(wú)源元件的壓降為正。利用電阻和電感壓降公式，可得等式(1-1A-6)是電路電流的微分方程式。或許在電路中，人們感興趣的變量是電感電壓而不是電感電流。正如圖1-1A-1指出的用積分代替式(1-1A-6)中的i，可得1-1A-7B三相電路三相電路不過(guò)是三個(gè)單相電路的組合。因?yàn)檫@個(gè)事實(shí)，所以平衡三相電路的電流、電壓和功率關(guān)系可通過(guò)在三相電路的組合元件中應(yīng)用單相電路的規(guī)則來(lái)研究。這樣看來(lái)，三相電路比單相電路的分析難不了多少。使用三相電路的原因在單相電路中，功率本身是脈動(dòng)的。在功率因數(shù)為1時(shí)，單相電路的功率值每個(gè)周波有兩次為零。當(dāng)功率因數(shù)小于1時(shí)，功率在每個(gè)周波的部分時(shí)間里為負(fù)。雖然供給三相電路中每一相的功率是脈動(dòng)的，但可證明供給平衡三相電路的總功率是恒定的?；诖耍偟膩?lái)說(shuō)三相電氣設(shè)備的特性?xún)?yōu)于類(lèi)似的單相電氣設(shè)備的特性。三相供電的機(jī)械和控制設(shè)備與相同額定容量的單相供電的設(shè)備相比：體積小，重量輕，效率高。除了三相系統(tǒng)提供的上述優(yōu)點(diǎn)，三相電的傳輸需要的銅線(xiàn)僅僅是同樣功率大小單相電傳輸所需銅線(xiàn)的3/4。三相電壓的產(chǎn)生三相電路可由三個(gè)頻率相同在時(shí)間相位上相差120°電角度的電動(dòng)勢(shì)供電。這樣的三相正弦電動(dòng)勢(shì)如圖1-1B-1所示。這些電動(dòng)勢(shì)由交流發(fā)電機(jī)的三套獨(dú)立電樞線(xiàn)圈產(chǎn)生，這三套線(xiàn)圈安裝在發(fā)電機(jī)電樞上，互相之間相差120°電角度。線(xiàn)圈的頭尾可以從發(fā)電機(jī)中全部引出，組成三個(gè)獨(dú)立的單相電路。然而一般線(xiàn)圈無(wú)論在內(nèi)部或在外部均會(huì)相互連接，形成三線(xiàn)或四線(xiàn)三相系統(tǒng)。連接三相發(fā)電機(jī)線(xiàn)圈有兩種方法，一般來(lái)說(shuō)，把任何類(lèi)型的裝置連接到三相電路也存在兩種方法。它們是星（Y）形聯(lián)接和角（D）形聯(lián)接。大多數(shù)發(fā)電機(jī)是星（Y）形聯(lián)接，但負(fù)載可以是星（Y）形聯(lián)接或角（D）形聯(lián)接。星（Y）形聯(lián)接發(fā)電機(jī)的電壓關(guān)系圖1-1B-2a表示發(fā)電機(jī)的三個(gè)線(xiàn)圈或相繞組。這些繞組在電樞表面上是按它們產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)在時(shí)間相位上相差120°分布的。每一個(gè)線(xiàn)圈的兩端均標(biāo)有字母S和F（起始和終結(jié)）。圖1-1B-2a中，所有標(biāo)有S的線(xiàn)圈端連接到一個(gè)公共點(diǎn)N，三個(gè)標(biāo)有F的線(xiàn)圈端被引出到接線(xiàn)端A、B和C，形成三相三線(xiàn)電源。這種聯(lián)接形式被稱(chēng)為Y形聯(lián)接。中性聯(lián)接經(jīng)常被引出接到接線(xiàn)板上，如圖1-1B-2a的虛線(xiàn)所示，形成三相四線(xiàn)系統(tǒng)。交流發(fā)電機(jī)每相產(chǎn)生的電壓被稱(chēng)為相電壓（符號(hào)為Ep）。如果中性聯(lián)接從發(fā)電機(jī)中引出，那么從任一個(gè)接線(xiàn)端A、B或C到中性聯(lián)接N間的電壓為相電壓。三個(gè)接線(xiàn)端A、B或C中任意兩個(gè)間的電壓被稱(chēng)為線(xiàn)到線(xiàn)的電壓，或簡(jiǎn)稱(chēng)線(xiàn)電壓（符號(hào)為EL）。三相系統(tǒng)的三相電壓依次出現(xiàn)的順序被稱(chēng)為相序或電壓的相位旋轉(zhuǎn)。這由發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向決定，但可以通過(guò)交換發(fā)電機(jī)外的三條線(xiàn)路導(dǎo)線(xiàn)中的任意兩條（不是一條線(xiàn)路導(dǎo)線(xiàn)和中性線(xiàn)）來(lái)改變相序。將三相繞組排列成如圖1-1B-2b所示的Y形有助于Y形聯(lián)接電路圖的繪制。注意，圖1-1B-2b所示的電路與圖1-1B-2a所示的電路完全一樣，在每一種情況下，連接到中性點(diǎn)的每一個(gè)線(xiàn)圈的S端和F端都被引出到接線(xiàn)板。在畫(huà)出所有的接線(xiàn)點(diǎn)都標(biāo)注了字母的電路圖后，繪制的相量圖如圖1-1B-2c所示。相量圖可顯示相隔120°的三相電壓請(qǐng)注意在圖1-1B-2中每一個(gè)相量用帶有兩個(gè)下標(biāo)的字母表示。這兩個(gè)下標(biāo)字母表示電壓的兩個(gè)端點(diǎn)，字母順序表示在正半周時(shí)電壓的相對(duì)極性。例如，符號(hào)表示點(diǎn)A和N間的電壓，在其正半周，A點(diǎn)相對(duì)于N點(diǎn)為正。在所示的相量圖中，已假定在正半周時(shí)發(fā)電機(jī)接線(xiàn)端相對(duì)于中性線(xiàn)為正。因?yàn)殡妷好堪胫芊匆淮蜗啵晕覀円部梢?guī)定在電壓的正半周A點(diǎn)相對(duì)于N點(diǎn)為負(fù)，但對(duì)每一相的規(guī)定要一樣。要注意到，如果是在電壓的正半周定義A點(diǎn)相對(duì)于N的極性( )，那么在用于同一相量圖中時(shí)就應(yīng)該畫(huà)得同相反，即相位差為180°Y形聯(lián)接發(fā)電機(jī)的任意兩個(gè)接線(xiàn)端間的電壓等于這兩個(gè)接線(xiàn)端相對(duì)于中性線(xiàn)間的電位差。例如，線(xiàn)電壓等于A(yíng)接線(xiàn)端相對(duì)于中性線(xiàn)間的電壓()減去B接線(xiàn)端相對(duì)于中性線(xiàn)間的電壓()。為了從中減去，必需將反相，并把此相量加到上。相量和幅值相等，相位相差60°，如圖1-1B-2c所示。由圖形可以看出通過(guò)幾何學(xué)可以證明等于1.73乘以() 或()。圖形結(jié)構(gòu)如相量圖所示。因此，在對(duì)稱(chēng)Y形聯(lián)接中星(Y)形聯(lián)接發(fā)電機(jī)的電流關(guān)系從發(fā)電機(jī)接線(xiàn)端A、B和C(圖1-1B-2)流到線(xiàn)路導(dǎo)線(xiàn)的電流必定從中性點(diǎn)N中流出，并流過(guò)發(fā)電機(jī)線(xiàn)圈。因此流過(guò)每一條線(xiàn)路導(dǎo)線(xiàn)的電流()必定等于與其相連接的相電流( )。在Y形聯(lián)接中IL=IPUNIT2A運(yùn)算放大器⑥運(yùn)算放大器像廣義放大器這樣的電子器件存在的一個(gè)問(wèn)題就是它們的增益AU或AI取決于雙端口系統(tǒng)(m、b、RI、Ro等)的內(nèi)部特性。器件之間參數(shù)的分散性和溫度漂移給設(shè)計(jì)工作增加了難度。設(shè)計(jì)運(yùn)算放大器或Op-Amp的目的就是使它盡可能的減少對(duì)其內(nèi)部參數(shù)的依賴(lài)性、最大程度地簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)工作。運(yùn)算放大器是一個(gè)集成電路，在它內(nèi)部有許多電阻、晶體管等元件。就此而言，我們不再描述這些元件的內(nèi)部工作原理。運(yùn)算放大器的全面綜合分析超越了某些教科書(shū)的范圍。在這里我們將詳細(xì)研究一個(gè)例子，然后給出兩個(gè)運(yùn)算放大器定律并說(shuō)明在許多實(shí)用電路中怎樣使用這兩個(gè)定律來(lái)進(jìn)行分析。這兩個(gè)定律可允許一個(gè)人在沒(méi)有詳細(xì)了解運(yùn)算放大器物理特性的情況下設(shè)計(jì)各種電路。因此，運(yùn)算放大器對(duì)于在不同技術(shù)領(lǐng)域中需要使用簡(jiǎn)單放大器而不是在晶體管級(jí)做設(shè)計(jì)的研究人員來(lái)說(shuō)是非常有用的。在電路和電子學(xué)教科書(shū)中，也說(shuō)明了如何用運(yùn)算放大器建立簡(jiǎn)單的濾波電路。作為構(gòu)建運(yùn)算放大器集成電路的積木—晶體管，將在下篇課文中進(jìn)行討論。理想運(yùn)算放大器的符號(hào)如圖1-2A-1所示。圖中只給出三個(gè)管腳：正輸入、負(fù)輸入和輸出。讓運(yùn)算放大器正常運(yùn)行所必需的其它一些管腳，諸如電源管腳、接零管腳等并未畫(huà)出。在實(shí)際電路中使用運(yùn)算放大器時(shí)，后者是必要的，但在本文中討論理想的運(yùn)算放大器的應(yīng)用時(shí)則不必考慮后者。兩個(gè)輸入電壓和輸出電壓用符號(hào)U+、U-和Uo表示。每一個(gè)電壓均指的是相對(duì)于接零管腳的電位。運(yùn)算放大器是差分裝置。差分的意思是：相對(duì)于接零管腳的輸出電壓可由下式表示(1-2A-1)式中A是運(yùn)算放大器的增益，U+和U-是輸入電壓。換句話(huà)說(shuō)，輸出電壓是A乘以?xún)奢斎腴g的電位差。集成電路技術(shù)使得在非常小的一塊半導(dǎo)體材料的復(fù)合“芯片”上可以安裝許多放大器電路。運(yùn)算放大器成功的一個(gè)關(guān)鍵就是許多晶體管放大器“串聯(lián)”以產(chǎn)生非常大的整體增益。也就是說(shuō)，等式(1-2A-1)中的數(shù)A約為100,000或更多(例如，五個(gè)晶體管放大器串聯(lián)，每一個(gè)的增益為10，那么將會(huì)得到此數(shù)值的A)。第二個(gè)重要因素是這些電路是按照流入每一個(gè)輸入的電流都很小這樣的原則來(lái)設(shè)計(jì)制作的。第三個(gè)重要的設(shè)計(jì)特點(diǎn)就是運(yùn)算放大器的輸出阻抗(Ro)非常小。也就是說(shuō)運(yùn)算放大器的輸出是一個(gè)理想的電壓源。我們現(xiàn)在利用這些特性就可以分析圖1-2A-2所示的特殊放大器電路了。首先，注意到在正極輸入的電壓U+等于電源電壓，即U+=Us。各個(gè)電流定義如圖1-2A-2中的b圖所示。對(duì)圖 1-2A-2b的外回路應(yīng)用基爾霍夫定律，注意輸出電壓Uo指的是它與接零管腳之間的電位，我們就可得到因?yàn)檫\(yùn)算放大器是按照沒(méi)有電流流入正輸入端和負(fù)輸入端的原則制作的，即I-=0。那么對(duì)負(fù)輸入端利用基爾霍夫定律可得I1=I2，利用等式(1-2A-2)，并設(shè)I1=I2=I，U0=(R1+R2)I(1-2A-3)根據(jù)電流參考方向和接零管腳電位為零伏特的事實(shí)，利用歐姆定律，可得負(fù)極輸入電壓U-：因此U-=IR1，并由式(1-2A-3)可得： 因?yàn)楝F(xiàn)在已有了U+和U-的表達(dá)式，所以式(1-2A-1)可用于計(jì)算輸出電壓 ，綜合上述等式 ，可得： 最后可得： 這是電路的增益系數(shù)。如果A是一個(gè)非常大的數(shù)，大到足夠使AR1>>(R1+R2)，那么分式的分母主要由AR1項(xiàng)決定，存在于分子和分母的系數(shù)A就可對(duì)消，增益可用下式表示這表明 (1-2A-5b)，如果A非常大，那么電路的增益與A的精確值無(wú)關(guān)并能夠通過(guò)R1和R2的選擇來(lái)控制。這是運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)的重要特征之一——在信號(hào)作用下，電路的動(dòng)作僅取決于能夠容易被設(shè)計(jì)者改變的外部元件，而不取決于運(yùn)算放大器本身的細(xì)節(jié)特性。注意，如果A=100,000，而(R1+R2)/R1=10，那么為此優(yōu)點(diǎn)而付出的代價(jià)是用一個(gè)具有100,000倍電壓增益的器件產(chǎn)生一個(gè)具有10倍增益的放大器。從某種意義上說(shuō)，使用運(yùn)算放大器是以“能量”為代價(jià)來(lái)?yè)Q取“控制”。對(duì)各種運(yùn)算放大器電路都可作類(lèi)似的數(shù)學(xué)分析，但是這比較麻煩，并且存在一些非常有用的捷徑，其涉及目前我們提出的運(yùn)算放大器兩個(gè)定律應(yīng)用。第一個(gè)定律指出：在一般運(yùn)算放大器電路中，可以假設(shè)輸入端間的電壓為零，也就是說(shuō)，第二個(gè)定律指出：在一般運(yùn)算放大器電路中，兩個(gè)輸入電流可被假定為零：I+=I-=0第一個(gè)定律是因?yàn)閮?nèi)在增益A的值很大。例，如果運(yùn)算放大器的輸出是1V，并且A=100,000,那么這是一個(gè)非常小、可以忽略的數(shù)，因此可設(shè)U+=U-。第二個(gè)定律來(lái)自于運(yùn)算放大器的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)使得基本上沒(méi)有電流流入任何一個(gè)輸入端。B晶體管簟簡(jiǎn)單地說(shuō)，半導(dǎo)體是這樣一種物質(zhì)，它能夠通過(guò)“摻雜”來(lái)產(chǎn)生多余的電子，又稱(chēng)自由電子（N型）；或者產(chǎn)生“空穴”，又稱(chēng)正電荷（P型）。由N型摻雜和P型摻雜處理的鍺或硅的單晶體可形成半導(dǎo)體二極管，它具有我們描述過(guò)的工作特性。晶體管以類(lèi)似的方式形成，就象帶有公共中間層、背靠背的兩個(gè)二極管，公共中間層是以對(duì)等的方式向兩個(gè)邊緣層滲入而得，因此中間層比兩個(gè)邊緣層或邊緣區(qū)要薄的多。PNP或NPN（圖1-2B-1）這兩種結(jié)構(gòu)顯然是可行的。PNP或NPN被用于描述晶體管的兩個(gè)基本類(lèi)型。因?yàn)榫w管包含兩個(gè)不同極性的區(qū)域（例如“P”區(qū)和“N”區(qū)），所以晶體管被叫作雙向器件，或雙向晶體管因此晶體管有三個(gè)區(qū)域，并從這三個(gè)區(qū)域引出三個(gè)管腳。要使工作電路運(yùn)行，晶體管需與兩個(gè)外部電壓或極性連接。其中一個(gè)外部電壓工作方式類(lèi)似于二極管。事實(shí)上，保留這個(gè)外部電壓并去掉上半部分，晶體管將會(huì)象二極管一樣工作。例如在簡(jiǎn)易收音機(jī)中用晶體管代替二極管作為檢波器。在這種情況下，其所起的作用和二極管所起的作用一模一樣。可以給二極管電路加正向偏置電壓或反向偏置電壓。在加正向偏置電壓的情況下，如圖1-2B-2所示的PNP晶體管，電流從底部的P極流到中間的N極。如果第二個(gè)電壓被加到晶體管的頂部和底部?jī)蓚€(gè)極之間，并且底部電壓極性相同，那么，流過(guò)中間層N區(qū)的電子將激發(fā)出從晶體管底部到頂部流過(guò)的電流。在生產(chǎn)晶體管的過(guò)程中，通過(guò)控制不同層的摻雜度，經(jīng)過(guò)負(fù)載電阻流過(guò)第二個(gè)電路電流的導(dǎo)電能力非常顯著。實(shí)際上，當(dāng)晶體管下半部為正向偏置時(shí)，底部的P區(qū)就像一個(gè)取之不竭的自由電子源（因?yàn)榈撞康腜區(qū)發(fā)射電子，所以它被稱(chēng)為發(fā)射極）。這些電子被頂部P區(qū)接收，因此它被稱(chēng)為集電極，但是流過(guò)這個(gè)特定電路實(shí)際電流的大小由加到中間層的偏置電壓控制，所以中間層被稱(chēng)為基極。因此，當(dāng)晶體管外加電壓接連正確（圖1-2B-3）后工作時(shí)，實(shí)際上存在兩個(gè)獨(dú)立的“工作”電路。一個(gè)是由偏置電壓源、發(fā)射極和基極形成的回路，它被稱(chēng)為基極電路或輸入電路；第二個(gè)是由集電極電壓源和晶體管的三個(gè)區(qū)共同形成的電路，它被稱(chēng)為集電極電路或輸出電路。（注意：本定義僅適用于發(fā)射極是兩個(gè)電路的公共端時(shí)——被稱(chēng)為共發(fā)射極連接。）這是晶體管最常見(jiàn)的連接方式，但是，當(dāng)然也存在其它兩種連接方法——共基極連接和共集電極連接。但是在每一種情況下晶體管的工作原理是相同的。本電路的特色是相對(duì)小的基極電流能控制和激發(fā)出一個(gè)比它大得多的集電極電流（或更恰當(dāng)?shù)卣f(shuō)，一個(gè)小的輸入功率能夠產(chǎn)生一個(gè)比它大得多的輸出功率）。換句話(huà)說(shuō)，晶體管的作用相當(dāng)于一個(gè)放大器。在這種工作方式中，基極-發(fā)射極電路是輸入側(cè)；通過(guò)基極的發(fā)射極和集電極電路是輸出側(cè)。雖然基極和發(fā)射極是公共路徑，但這兩個(gè)電路實(shí)際上是獨(dú)立的，就基極電路的極性而言，基極和晶體管的集電極之間相當(dāng)于一個(gè)反向偏置二極管，因此沒(méi)有電流從基極電路流到集電極電路。要讓電路正常工作，當(dāng)然，加在基極電路和集電極電路的電壓極性必須正確（基極電路加正向偏置電壓，集電極電源的連接要保證公共端（發(fā)射極）的極性與兩個(gè)電壓源的極性相同）。這也就是說(shuō)電壓極性必須和晶體管的類(lèi)型相匹配。在上述的PNP型晶體管中，發(fā)射極電壓必須為正。因此，基極和集電極相對(duì)于發(fā)射極的極性為負(fù)。PNP型晶體管的符號(hào)在發(fā)射極上有一個(gè)指示電流方向的箭頭，總是指向基極。（在PNP型晶體管中，“P”代表正）。在NPN型晶體管中，工作原理完全相同，但是兩個(gè)電源的極性正好相反（圖1-2B-4）。也就是說(shuō)，發(fā)射極相對(duì)于基極和集電極來(lái)說(shuō)極性總是負(fù)的（在NPN型晶體管中，“N”代表負(fù)）。這一點(diǎn)也可以從NPN型晶體管符號(hào)中發(fā)射極上相反方向的箭頭看出來(lái)，即，電流從基極流出。雖然現(xiàn)在生產(chǎn)的晶體管有上千種不同的型號(hào)，但晶體管各種外殼形狀的數(shù)量相對(duì)有限，并盡量用一種簡(jiǎn)單碼——TO（晶體管外形）后跟一個(gè)數(shù)字為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。TO1是一種最早的晶體管外殼——即一個(gè)在底部帶有三個(gè)引腳的圓柱體“外罩”，這三個(gè)引腳在底部形成三角狀。觀(guān)看底部時(shí)，“三角形”上面的管腳是基極，其右面的管腳（由一個(gè)彩色點(diǎn)標(biāo)出）為集電極，其左面的管腳為發(fā)射極。集電極引腳到基集引腳的間距也許比發(fā)射極到基集引腳的間距要大。在其它TO外殼中，三個(gè)引腳可能有類(lèi)似的三角形形狀（但是基極、集電極和發(fā)射極的位置不一定相同），或三個(gè)引腳排成一條直線(xiàn)。使人容易搞亂的問(wèn)題是同一TO號(hào)碼的子系列產(chǎn)品其管腳位置是不一樣的。例如，TO92的三個(gè)管腳排成一條直線(xiàn)，這條直線(xiàn)與半圓型“外罩”的切面平行，觀(guān)看TO92的底部時(shí)，將切面沖右，從上往下讀，管腳的排序?yàn)?，2，3。（注otherwisecircular“can”中的otherwise譯為不同的，特殊的。在這里“特殊的圓形外罩”指的應(yīng)該是普通的圓柱體“外罩”在圓平面上畫(huà)一條小于等于直徑的弦，沿軸線(xiàn)方向切入后形成的半或大半圓柱體，切入后形成的剖面就是文中說(shuō)的aflatside，這也是現(xiàn)在很常見(jiàn)的一種晶體管外殼。）對(duì)TO92子系列a（TO92a）: 1=發(fā)射極2=集電極3=基極對(duì)TO92子系列b（TO92b）:1=發(fā)射極2=基3=集電極更容易使人搞亂的是一些晶體管只有兩個(gè)管腳（第三個(gè)管腳已在里邊和外殼連接）；一些和晶體管的外形很像的外殼底部有三個(gè)以上的管腳。實(shí)際上，這些都是集成電路（ICs），用和晶體管相同的外殼包裝的，只是看起來(lái)像晶體管。更復(fù)雜的集成電路（ICs）用不同形狀的外殼包裝，例如平面包裝。根據(jù)外殼形狀非常容易識(shí)別功率晶體管。它們是金屬外殼，帶有延長(zhǎng)的底部平面，底部平面上還有兩個(gè)安裝孔。功率晶體管只有兩個(gè)管腳（發(fā)射極和基極），通常會(huì)標(biāo)明。集電極在內(nèi)部被連接到外殼上，因此，與集電極的連接要通過(guò)一個(gè)裝配螺栓或外殼底面。UNIT3A邏輯變量與觸發(fā)器邏輯變量我們討論的雙值變量通常叫做邏輯變量，而象或和與這樣的操作被稱(chēng)為邏輯操作?，F(xiàn)在我們將簡(jiǎn)要地討論一下這些術(shù)語(yǔ)之間的關(guān)聯(lián)，并在此過(guò)程中，闡明用標(biāo)示“真”和“假”來(lái)識(shí)別一個(gè)變量的可能值的特殊用途。舉例說(shuō)明，假設(shè)你和兩個(gè)飛行員在一架空中航行的飛機(jī)中，你在客艙中，而飛行員A和B在駕駛員座艙中。在某一時(shí)刻，A來(lái)到了你所在的客艙中，你并不擔(dān)心這種變化。然而，假設(shè)當(dāng)你和A在客艙時(shí)，你抬頭發(fā)現(xiàn)B也已經(jīng)來(lái)到了你所在的客艙中。基于你的邏輯推理能力，你將會(huì)推斷飛機(jī)無(wú)人駕駛；并且，大概你已聽(tīng)到了警報(bào)，以致使駕駛員之一將迅速對(duì)此緊急情況作出響應(yīng)。換句話(huà)說(shuō)，假設(shè)每一位飛行員座位下面有一個(gè)電子裝置，當(dāng)座位上有人時(shí)，其輸出電壓為V1，當(dāng)座位上無(wú)人時(shí)，其輸出電壓為V2。現(xiàn)在我們用“真”來(lái)代表電壓V2，從而使電壓V1表示“假”。讓我們進(jìn)一步制作一個(gè)帶有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端的電路，此電路的特性是：只要兩個(gè)輸入，即一個(gè)輸入同時(shí)和另一個(gè)輸入相與，結(jié)果為V2時(shí)，輸出電壓才是V2。否則，輸出是V1。最后，讓我們把輸入和飛行員A和B座位下的裝置聯(lián)結(jié)起來(lái)，并安裝一個(gè)與輸出Z相連的警鈴，當(dāng)輸出是V2（“真”）時(shí)響應(yīng)，否則不響應(yīng)。這樣，我們已創(chuàng)建了一個(gè)執(zhí)行與操作的電路，這個(gè)電路能完成當(dāng)兩個(gè)駕駛員確實(shí)都離開(kāi)駕駛艙時(shí)飛機(jī)是無(wú)人駕駛的邏輯推斷。概括一下，情形如下：符號(hào)A、B和Z代表命題A=飛行員A已離開(kāi)座位為真（T）B=飛行員B已離開(kāi)座位為真（T）Z=飛機(jī)無(wú)人駕駛，處于危險(xiǎn)狀況時(shí)為真（T）當(dāng)然，、和分別代表相反的命題。例如，代表的命題是當(dāng)飛行員離開(kāi)駕駛艙等時(shí)為假（F），以此類(lèi)推。命題間的關(guān)系可寫(xiě)為Z=AB（1-3A-1）我們已經(jīng)選擇用電壓來(lái)表示邏輯變量A、B和Z。但是必須注意，實(shí)際上式（1-3A-1）是命題間的關(guān)系，與我們選擇的表示命題的確切方式無(wú)關(guān)，甚至可以說(shuō)與我們具有的任何物理表示形式無(wú)關(guān)。式（1-3A-1）指出，如果命題A和B都為真，那么命題Z就為真，否則命題Z為假。式（1-3A-1）是一個(gè)例子，這種命題代數(shù)被稱(chēng)為布爾代數(shù)。和其它處理有數(shù)字意義的變量一樣，布爾代數(shù)處理的是命題，而且布爾代數(shù)對(duì)于分析僅有兩個(gè)互反變量的命題之間的關(guān)系是一種有效的工具。SR觸發(fā)器圖1-3A-1給出的一對(duì)交叉連接的或非門(mén)電路被稱(chēng)為觸發(fā)器。其有一對(duì)輸入端S和R，分別代表“置位”和“復(fù)位”。我們不僅用符號(hào)S和R標(biāo)明端點(diǎn)，而且指定端點(diǎn)的邏輯電平。因此，通常S=1指的是對(duì)應(yīng)于邏輯電平為1的電壓出現(xiàn)在S端。相似的，輸出端和相應(yīng)的輸出邏輯電平為Q和。使用這樣的符號(hào)時(shí)，我們已經(jīng)明確了一個(gè)事實(shí)，即在我們下面將看到的符號(hào)操作中，輸出的邏輯電平是互補(bǔ)的。觸發(fā)器基本的、最重要的特性是其具有“記憶”功能。也就是說(shuō)，設(shè)置S和R目前的邏輯電平為0和0，根據(jù)輸出的狀態(tài)，即可確定S和R在其獲得當(dāng)前電平之前的邏輯電平。術(shù)語(yǔ)為方便銜接下面的討論內(nèi)容，介紹一些常見(jiàn)的術(shù)語(yǔ)，這有助于了解邏輯系統(tǒng)設(shè)計(jì)師中慣用的觀(guān)點(diǎn)。在與非和或非門(mén)（以及與和或門(mén)）中，當(dāng)用其來(lái)達(dá)到我們的設(shè)計(jì)意圖時(shí)，我們能夠任意選擇一個(gè)輸入端，并把其看成是使能-失效輸入，因此可考慮或非或或門(mén)。如果被選的一個(gè)輸入為邏輯1，那么門(mén)電路的輸出與所有的其它輸入無(wú)關(guān)。這個(gè)被選的輸入可控制門(mén)電路，其它所有輸入相對(duì)于這個(gè)門(mén)電路是失效的（術(shù)語(yǔ)“抑制”的同義詞為“失效”）。相反，如果被選輸入為邏輯0，那么它不能控制門(mén)電路，門(mén)電路能夠響應(yīng)其它輸入。在與非或與門(mén)中，當(dāng)被選輸入為邏輯0時(shí)，此輸入控制并截止門(mén)電路，因?yàn)橐粋€(gè)輸入為邏輯0，那么門(mén)電路的輸出不能響應(yīng)其它輸入。注意一方面是或非門(mén)和或門(mén)間的區(qū)別，另一方面是與非門(mén)和與門(mén)間的區(qū)別。在第一種情況下，當(dāng)控制輸入轉(zhuǎn)為邏輯1時(shí)，其可獲得門(mén)電路的控制；在第二種情況下，當(dāng)控制輸入轉(zhuǎn)為邏輯0時(shí)，其可獲得門(mén)電路的控制。在數(shù)字系統(tǒng)中，普遍的觀(guān)點(diǎn)是把邏輯0看成一個(gè)基本的、無(wú)干擾的、穩(wěn)定的、靜止的狀態(tài)，把邏輯1看成激勵(lì)的、活躍的、有效的狀態(tài)，就是說(shuō)，這種狀態(tài)是發(fā)生在某種操作動(dòng)作之后。因此，當(dāng)作用已產(chǎn)生時(shí)，其傾向?qū)⑹嵌x最后的狀態(tài)作為對(duì)某邏輯變量已轉(zhuǎn)為1的響應(yīng)。當(dāng)“無(wú)操作發(fā)生”時(shí)，邏輯變量為邏輯0。類(lèi)似地，如果作用將通過(guò)邏輯變量的變化產(chǎn)生，那么最好是以這樣的方式定義有關(guān)的邏輯變量，即當(dāng)邏輯變量轉(zhuǎn)為邏輯1時(shí)達(dá)到此效果。在我們對(duì)觸發(fā)器的討論中，將看到持有此種觀(guān)點(diǎn)的例子B二進(jìn)制數(shù)字系統(tǒng)概述大約在1850年由喬治·布爾提出的代數(shù)學(xué)中，變量?jī)H允許具有兩個(gè)值，真或假，通常被寫(xiě)為1和0，對(duì)這些變量的代數(shù)運(yùn)算是與、或和非。在1938年，香農(nóng)認(rèn)識(shí)到了此代數(shù)形式和電氣開(kāi)關(guān)系統(tǒng)功能間的相似之處，在這種開(kāi)關(guān)中存在有通-斷兩種狀態(tài)的器件。布爾代數(shù)的推理過(guò)程由充當(dāng)邏輯電路的開(kāi)關(guān)完成。已有大量集成電路可完成脈沖信號(hào)的邏輯操作，這些脈沖信號(hào)采用二進(jìn)制數(shù)字系統(tǒng)，并利用電子器件的關(guān)斷和導(dǎo)通作為二進(jìn)制系統(tǒng)的兩種狀態(tài)。二進(jìn)制數(shù)字系統(tǒng)和其它代碼為了用晶體管直接計(jì)算十進(jìn)制數(shù)，要求晶體管認(rèn)識(shí)這10個(gè)狀態(tài)0、1、…、9，此操作要求的精度是電子器件并不具備的。將導(dǎo)通和關(guān)斷作為工作狀態(tài)，這樣的裝置可以在兩態(tài)即二進(jìn)制系統(tǒng)中運(yùn)行，因此數(shù)字計(jì)算機(jī)中的內(nèi)部操作一般采用二進(jìn)制系統(tǒng)。在十進(jìn)制系統(tǒng)中，基數(shù)或底數(shù)為10，小數(shù)點(diǎn)左邊或右邊的每一個(gè)位都表示其權(quán)重增加或減少10的一次冪。在二進(jìn)制系統(tǒng)中，底數(shù)為2，二進(jìn)制小數(shù)點(diǎn)左邊或右邊的位具有的權(quán)重以2的冪次增加或減少。數(shù)字可被編碼為兩個(gè)電平的脈沖串，通常標(biāo)為1或0，如圖1-3B-1所示。1-3B-1b中的脈沖序列能夠譯為：二進(jìn)制：1′25+0′24+1′23+0′22+1′21+1′20=101011十進(jìn)制：32+0+8+0+2+1=43相反，在把十進(jìn)制數(shù)43轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制形式的過(guò)程中，可使其連續(xù)被2除。每一次除后所得余數(shù)0或1即是二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)。十進(jìn)制數(shù)43的轉(zhuǎn)化過(guò)程：等價(jià)于十進(jìn)制數(shù)43的二進(jìn)制數(shù)為101011。雖然二進(jìn)制數(shù)僅需兩個(gè)信號(hào)電平，這種簡(jiǎn)化的獲得是以附加的位數(shù)為代價(jià)的。在以r為底數(shù)的數(shù)制中表示n位十進(jìn)制數(shù)，需要m位。其中等式右邊是一個(gè)整數(shù)，或選擇下一個(gè)較大的整數(shù)。對(duì)于一個(gè)10位的十進(jìn)制數(shù)，可得m=33.2，因此必須使用34位二進(jìn)制數(shù)。二進(jìn)制位叫作比特。寫(xiě)為0.1101的二進(jìn)制小數(shù)意味著0.1101=1′2-1+1′2-2+0′2-3+1′2-4=1/2+1/4+0+1/16二進(jìn)制數(shù)0.1101表示為十進(jìn)制數(shù)=0.500+0.250+0.062=0.812小于1的十進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換可通過(guò)連續(xù)乘2獲得。對(duì)于結(jié)果在小數(shù)點(diǎn)左邊為1的每一步，記錄二進(jìn)制數(shù)1，然后繼續(xù)計(jì)算所得十進(jìn)制數(shù)的小數(shù)部分。對(duì)于結(jié)果在小數(shù)點(diǎn)左邊為0的每一步，記錄二進(jìn)制位0，然后繼續(xù)計(jì)算。把十進(jìn)制數(shù)0.9375轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制數(shù)，運(yùn)算如下：等價(jià)于十進(jìn)制數(shù)0.9375的二進(jìn)制數(shù)可寫(xiě)為0.11110。最高位是第一個(gè)獲得的二進(jìn)制位，放置在二進(jìn)制小數(shù)點(diǎn)的右邊。十進(jìn)制數(shù)0到15的二進(jìn)制等值表為:給出一串正脈沖和負(fù)脈沖，或正脈沖和零，或者零和負(fù)脈沖來(lái)表示二進(jìn)制的1和0時(shí)，就會(huì)有許多這些脈沖可以傳遞的碼。計(jì)算機(jī)輸入最常見(jiàn)的碼就是BCD碼，每一個(gè)十進(jìn)制數(shù)需要四個(gè)脈沖或二進(jìn)制數(shù)。用此種代碼，每一個(gè)十進(jìn)制位轉(zhuǎn)化為其二進(jìn)制等值數(shù)如上表所示，也就是說(shuō)，十進(jìn)制數(shù)827用BCD碼表示為1000 0010 0111計(jì)算機(jī)通過(guò)算術(shù)運(yùn)算，能夠容易地把此類(lèi)輸入轉(zhuǎn)化為純二進(jìn)制形式。解碼器也能夠把BCD碼轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制形式。BCD碼在傳輸中不需附加位的情況下，能夠擴(kuò)大到十進(jìn)制數(shù)15，成為十六進(jìn)制碼，通常使用字母a、b、L、f來(lái)表示10到15。在某些計(jì)算機(jī)操作中應(yīng)用的另一種碼是八進(jìn)制或8為底數(shù)的數(shù)制。采用的符號(hào)為0、1、2L、7，十進(jìn)制數(shù)24可被寫(xiě)為八進(jìn)制數(shù)30(3′81+0′80)。八進(jìn)制數(shù)字的二進(jìn)制譯碼僅需要BCD表中三個(gè)最小的有效位，八進(jìn)制數(shù)30的二進(jìn)制譯碼為011000。因?yàn)槭M(jìn)制數(shù)24用純二進(jìn)制形式可寫(xiě)為11000，用八進(jìn)制譯碼形式可寫(xiě)為011000，所以需要指出二進(jìn)制數(shù)字轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制數(shù)字的簡(jiǎn)易方法。以三個(gè)位為一組劃分二進(jìn)制數(shù)，每一組顯示為一個(gè)等值的八進(jìn)制譯碼數(shù)，例如，十進(jìn)制數(shù)1206以二進(jìn)制表示為10010110110，以三個(gè)位為一組，可得：二進(jìn)制：010010110110八進(jìn)制：2266八進(jìn)制數(shù)是2266。通過(guò)使用導(dǎo)電塊上的電刷，光學(xué)讀卡機(jī)或碼盤(pán)，經(jīng)常用格雷碼將角位移或直線(xiàn)位移轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。由于組合誤差，不能同時(shí)變化兩個(gè)數(shù)位以免產(chǎn)生不確定性。設(shè)計(jì)的格雷碼就是為了解決此問(wèn)題，其在二進(jìn)制數(shù)的每一步變換中，僅需變化一個(gè)位。此碼的一種形式是其它一些碼被設(shè)計(jì)來(lái)降低傳輸誤差，在這些碼中將1變?yōu)?或?qū)?變?yōu)?。通常，檢測(cè)單一誤差的代碼可通過(guò)把檢驗(yàn)位與原始碼相加獲得。合成碼將有偶數(shù)個(gè)或奇數(shù)個(gè)1，這些碼被稱(chēng)為偶數(shù)奇偶校驗(yàn)碼或奇數(shù)奇偶校驗(yàn)碼，例如0000的奇數(shù)奇偶校驗(yàn)碼將是10000；在任何位的誤差將使結(jié)果具有偶數(shù)個(gè)1，接收裝置將會(huì)進(jìn)行校正。多重誤差可通過(guò)更為復(fù)雜的代碼形式探測(cè)UNIT4A功率半導(dǎo)體器件⑥功率半導(dǎo)體器件構(gòu)成了現(xiàn)代電力電子設(shè)備的核心。它們以通-斷開(kāi)關(guān)矩陣的方式被用于電力電子轉(zhuǎn)換器中。開(kāi)關(guān)式功率變換的效率更高?，F(xiàn)今的功率半導(dǎo)體器件幾乎都是用硅材料制造，可分類(lèi)如下：二極管晶閘管或可控硅雙向可控硅門(mén)極可關(guān)斷晶閘管雙極結(jié)型晶體管電力金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管靜電感應(yīng)晶體管絕緣柵雙極型晶體管金屬氧化物半導(dǎo)體控制的晶閘管集成門(mén)極換向晶閘管二極管電力二極管提供不可控的整流電源，這些電源有很廣的應(yīng)用，如：電鍍、電極氧化、電池充電、焊接、交直流電源變頻驅(qū)動(dòng)。它們也被用于變換器和緩沖器的回饋和慣性滑行功能。典型的功率二極管具有P-I-N結(jié)構(gòu)，即它幾乎是純半導(dǎo)體層（本征層），位于P-N結(jié)的中部以阻斷反向電壓。圖1-4A-1給出了二極管符號(hào)和它的伏安特性曲線(xiàn)。在正向偏置條件下，二極管可用一個(gè)結(jié)偏置壓降和連續(xù)變化的電阻來(lái)表示，這樣可畫(huà)出一條斜率為正的伏安特性曲線(xiàn)。典型的正向?qū)▔航禐?.0伏。導(dǎo)通壓降會(huì)引起導(dǎo)通損耗，必須用合適的吸熱設(shè)備對(duì)二極管進(jìn)行冷卻來(lái)限制結(jié)溫上升。在反向偏置條件下，由于少數(shù)載流子的存在，有很小的泄漏電流流過(guò)，泄漏電流隨電壓逐漸增加。如果反向電壓超過(guò)了臨界值，叫做擊穿電壓，二極管雪崩擊穿，雪崩擊穿指的是當(dāng)反向電流變大時(shí)由于結(jié)功率損耗過(guò)大造成的熱擊穿。電力二極管分類(lèi)如下:標(biāo)準(zhǔn)或慢速恢復(fù)二極管快速恢復(fù)二極管肖特基二極管晶閘管閘流管或可控硅一直是工業(yè)上用于大功率變換和控制的傳統(tǒng)設(shè)備。50年代后期，這種裝置的投入使用開(kāi)辟了現(xiàn)代固態(tài)電力電子技術(shù)。術(shù)語(yǔ)“晶閘管”來(lái)自與其相應(yīng)的充氣管等效裝置，閘流管。通常，晶閘管是個(gè)系列產(chǎn)品的總稱(chēng)，包括可控硅、雙向可控硅、門(mén)極可關(guān)斷晶閘管、金屬氧化物半導(dǎo)體控制的晶閘管、集成門(mén)極換向晶閘管。晶閘管可分成標(biāo)準(zhǔn)或慢速相控型，快速開(kāi)關(guān)型，電壓回饋逆變器型。逆變器型現(xiàn)已淘汰。圖1-4A-2給出了晶閘管符號(hào)和它的伏安特性曲線(xiàn)。基本上，晶閘管是一個(gè)三結(jié)P-N-P-N器件，器件內(nèi)P-N-P和N-P-N兩個(gè)三極管按正反饋方式連接。晶閘管可阻斷正向和反向電壓（對(duì)稱(chēng)阻斷）。當(dāng)陽(yáng)極為正時(shí)，晶閘管可由一個(gè)短暫的正門(mén)極電流脈沖觸發(fā)導(dǎo)通；但晶閘管一旦導(dǎo)通，門(mén)極即失去控制晶閘管關(guān)斷的能力。晶閘管也可由陽(yáng)極過(guò)電壓、陽(yáng)極電壓的上升率（dv/dt）、結(jié)溫的上升、PN結(jié)上的光照等產(chǎn)生誤導(dǎo)通。在門(mén)電流IG=0時(shí)，如果將正向電壓施加到晶閘管上，由于中間結(jié)的阻斷會(huì)產(chǎn)生漏電流；如果電壓超過(guò)臨界極限（轉(zhuǎn)折電壓），晶閘管進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)。隨著門(mén)極控制電流IG的增加，正向轉(zhuǎn)折電壓隨之減少，最后，當(dāng)門(mén)極控制電流IG=IG3時(shí)，整個(gè)正向阻斷區(qū)消失，晶閘管的工作狀態(tài)就和二極管一樣了。在晶閘管的門(mén)極出現(xiàn)一個(gè)最小電流，即阻塞電流，晶閘管將成功導(dǎo)通。在導(dǎo)通期間，如果門(mén)極電流是零并且陽(yáng)極電流降到臨界極限值以下，稱(chēng)作維持電流，晶閘管轉(zhuǎn)換到正向阻斷狀態(tài)。相對(duì)反向電壓而言，晶閘管末端的P-N結(jié)處于反向偏置狀態(tài)?，F(xiàn)在的晶閘管具有大電壓（數(shù)千伏）、大電流（數(shù)千安）額定值。雙向可控硅雙向可控硅有復(fù)雜的復(fù)結(jié)結(jié)構(gòu)，但從功能上講，它是在同一芯片上一對(duì)反并聯(lián)的相控晶閘管。圖1-4A-3給出了雙向可控硅的符號(hào)。在電源的正半周和負(fù)半周雙向可控硅通過(guò)施加門(mén)極觸發(fā)脈沖觸發(fā)導(dǎo)通。在Ⅰ+工作方式，T2端為正，雙向可控硅由正門(mén)極電流脈沖觸發(fā)導(dǎo)通。在Ⅲ-工作方式，T1端為正，雙向可控硅由負(fù)門(mén)極電流脈沖觸發(fā)導(dǎo)通雙向可控硅比一對(duì)反并聯(lián)的晶閘管便宜和易于控制，但它的集成結(jié)構(gòu)有一些缺點(diǎn)。由于少數(shù)載流子效應(yīng)，雙向可控硅的門(mén)極電流敏感性較差，關(guān)斷時(shí)間較長(zhǎng)。由于同樣的原因，重復(fù)施加的dv/dt額定值較低，因此用于感性負(fù)載比較困難。雙向可控硅電路必須有精心設(shè)計(jì)的RC沖器。雙向可控硅用于電燈的亮度調(diào)節(jié)、加熱控制、聯(lián)合型電機(jī)驅(qū)動(dòng)、50/60赫茲電源頻率的固態(tài)繼電器。門(mén)極可關(guān)斷晶閘管門(mén)極可關(guān)斷晶閘管，顧名思義，是一種晶閘管類(lèi)型的器件。同其他晶閘管一樣，它可以由一個(gè)小的正門(mén)極電流脈沖觸發(fā)，但除此之外，它還能被負(fù)門(mén)極電流脈沖關(guān)斷。GTO的關(guān)斷能力來(lái)自由門(mén)極轉(zhuǎn)移P-N-P集電極的電流，因此消除P-N-P／N-P-N的正反饋效應(yīng)。GTO有非對(duì)稱(chēng)和對(duì)稱(chēng)電壓阻斷兩種類(lèi)型，分別用于電壓回饋和電流回饋?zhàn)儞Q器。GTO的阻斷電流增益定義為陽(yáng)極電流與阻斷所需的負(fù)門(mén)極電流之比，典型值為4或5，非常低。這意味著6000安培的GTO需要1,500安培的門(mén)極電流脈沖。但是，脈沖化的門(mén)極電流和與其相關(guān)的能量非常小，用低壓電力MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管提供非常容易。GTO被用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)、靜態(tài)無(wú)功補(bǔ)償器和大容量AC/DC電源。大容量GTO的出現(xiàn)取代了強(qiáng)迫換流、電壓回饋的可控硅換流器。圖1-4A-4給出了GTO的符號(hào)。電力MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管與以前討論的器件不同，電力MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管是一種單極、多數(shù)載流子、“零結(jié)”、電壓控制器件。圖1-4A-5給出了N型MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管的符號(hào)如果柵極電壓為正并且超過(guò)它的門(mén)限值，N型溝道將被感應(yīng)，允許在漏極和源極之間流過(guò)由多數(shù)載流子（電子）組成的電流。雖然柵極阻抗在穩(wěn)態(tài)非常高，有效的柵—源極電容在導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)脈沖電流。MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管有不對(duì)稱(chēng)電壓阻斷能力，如圖所示內(nèi)部集成一個(gè)通過(guò)所有的反向電流的二極管。二極管具有慢速恢復(fù)特性，在高頻應(yīng)用場(chǎng)合下通常被一個(gè)外部連接的快速恢復(fù)二極管旁路。雖然對(duì)較高的電壓器件來(lái)說(shuō)，MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管處于導(dǎo)通時(shí)損耗較大，但它的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間非常小，因而開(kāi)關(guān)損耗小。它確實(shí)沒(méi)有與雙極性器件相關(guān)的少數(shù)載流子存儲(chǔ)延遲問(wèn)題。雖然在靜態(tài)MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管可由電壓源來(lái)控制，通常的做法是在動(dòng)態(tài)由電流源驅(qū)動(dòng)而后跟隨一個(gè)電壓源來(lái)減少開(kāi)關(guān)延遲。MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管在低壓、小功率和高頻（數(shù)十萬(wàn)赫茲）開(kāi)關(guān)應(yīng)用等領(lǐng)域得到極其廣泛的應(yīng)用。譬如開(kāi)關(guān)式電源、無(wú)刷直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)和固態(tài)直流繼電器。絕緣柵雙極型晶體管在20世紀(jì)80年代中期出現(xiàn)的絕緣柵雙極型晶體管是功率半導(dǎo)體器件發(fā)展歷史上的一個(gè)重要里程碑。它們?cè)谥械裙β剩〝?shù)千瓦到數(shù)兆瓦）的電力電子設(shè)備上處處可見(jiàn)，被廣泛用于直流/交流傳動(dòng)和電源系統(tǒng)。它們?cè)跀?shù)兆瓦功率級(jí)取代了雙極結(jié)型晶體管，在數(shù)千瓦功率級(jí)正在取代門(mén)極可關(guān)斷晶閘管。IGBT基本上是混合的MOS門(mén)控通斷雙極性晶體管，它綜合了MOSFET和BJT的優(yōu)點(diǎn)。它的結(jié)構(gòu)基本上與MOSFET的結(jié)構(gòu)相似，只是在MOSFET的N+漏極層上的集電極加了一個(gè)額外的P+層。IGBT有MOSFET的高輸入阻抗和像BJT的導(dǎo)通特性。如果門(mén)極電壓相對(duì)于發(fā)射極為正，P區(qū)的N型溝道受到感應(yīng)。這個(gè)P-N-P晶體管正向偏置的基極—發(fā)射極結(jié)使IGBT導(dǎo)通并引起N－區(qū)傳導(dǎo)性調(diào)制，這使得導(dǎo)通壓降大大低于MOSFET的導(dǎo)通壓降。在導(dǎo)通條件下，在IGBT的等效電路中，驅(qū)動(dòng)器MOSFET運(yùn)送大部分的端子電流。由寄生N-P-N晶體管引起的與晶閘管相似的阻塞作用通過(guò)有效地減少P+層電阻系數(shù)和通過(guò)MOSFET將大部分電流轉(zhuǎn)移而得到預(yù)防。IGBT通過(guò)減小門(mén)極電壓到零或負(fù)電壓來(lái)關(guān)斷，這樣就切斷了P區(qū)的導(dǎo)通通道。IGBT比BJT或MOSFET有更高的電流密度。IGBT的輸入電容（Ciss）比MOSFET的要小得多。還有，IGBT的門(mén)極—集電極電容與門(mén)極—發(fā)射極電容之比更低，給出了改善的密勒反饋效應(yīng)。金屬氧化物半導(dǎo)體控制的晶閘管金屬氧化物半導(dǎo)體控制的晶閘管（MCT），正像名字所說(shuō)的那樣，是一種類(lèi)似于晶閘管，通過(guò)觸發(fā)進(jìn)入導(dǎo)通的混合器件，它可以通過(guò)在MOS門(mén)施加一個(gè)短暫的電壓脈沖來(lái)控制通斷。MCT具有微單元結(jié)構(gòu)，在那里同一個(gè)芯片上數(shù)千個(gè)微器件并聯(lián)連接。單元結(jié)構(gòu)有點(diǎn)復(fù)雜。圖1-4A-7給出了MCT的符號(hào)。它由一個(gè)相對(duì)于陽(yáng)極的負(fù)電壓脈沖觸發(fā)導(dǎo)通，由一個(gè)相對(duì)于陽(yáng)極的正電壓脈沖控制關(guān)斷。MCT具有類(lèi)似晶閘管的P-N-P-N結(jié)構(gòu)，在那里P-N-P和N-P-N兩個(gè)晶體管部件連接成正反饋方式。但與晶閘管不同的是MCT只有單極（或不對(duì)稱(chēng)）電壓阻斷能力。如果MCT的門(mén)極電壓相對(duì)于陽(yáng)極為負(fù)，在P型場(chǎng)效應(yīng)晶體管中的P溝道受到感應(yīng)，使N-P-N晶體管正向偏置。這也使P-N-P晶體正向偏置，由正反饋效應(yīng)MCT進(jìn)入飽和狀態(tài)。在導(dǎo)通情況下，壓降為1伏左右（類(lèi)似于晶閘管）如果MCT的門(mén)極電壓相對(duì)于陽(yáng)極為正，N型場(chǎng)效應(yīng)晶體管飽和并將P-N-P晶體管的發(fā)射極-基極短路。這將打破晶閘管工作的正反饋環(huán)，MCT關(guān)斷。關(guān)斷完全是由于再結(jié)合效應(yīng)因而MCT的關(guān)斷時(shí)間有點(diǎn)長(zhǎng)。MCT有限定的上升速率，因此在MCT變換器中必須加緩沖器電路。最近，MCT已用于“軟開(kāi)關(guān)”變換器中，在那不用限定上升速率。盡管電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，MCT的電流卻比電力MOSFET、BJT和IGBT的大，因此它需要有一個(gè)較小的死區(qū)。1992年在市場(chǎng)上可見(jiàn)到MCT，現(xiàn)在可買(mǎi)到中等功率的MCT。MCT的發(fā)展前景尚未可知。集成門(mén)極換向晶閘管集成門(mén)極換向晶閘管是當(dāng)前電力半導(dǎo)體家族的最新成員，由ABB在1997年推出。圖1-4A-8給出了IGCT的符號(hào)?；旧希琁GCT是一個(gè)具有單位關(guān)斷電流增益的高壓、大功率、硬驅(qū)動(dòng)不對(duì)稱(chēng)阻塞的GTO。這表示具有可控3,000安培陽(yáng)極電流的4,500VIGCT需要3,000安培負(fù)的門(mén)極關(guān)斷電流。這樣一個(gè)持續(xù)時(shí)間非常短、di/dt非常大、能量又較小的門(mén)極電流脈沖可以由多個(gè)并聯(lián)的MOSFET來(lái)提供，并且驅(qū)動(dòng)電路中的漏感要特別低。門(mén)驅(qū)動(dòng)電路內(nèi)置在IGCT模塊內(nèi)。IGCT內(nèi)有一對(duì)單片集成的反并聯(lián)二極管。導(dǎo)通壓降、導(dǎo)通時(shí)電流上升率di/dt、門(mén)驅(qū)動(dòng)器損耗、少數(shù)載流子存儲(chǔ)時(shí)間、關(guān)斷時(shí)電壓上升率dv/dt均優(yōu)于GTO。IGCT更快速的通斷時(shí)間使它不用加緩沖器并具有比GTO更高的開(kāi)關(guān)頻率。多個(gè)IGCT可以串聯(lián)或并聯(lián)用于更大的功率場(chǎng)合。IGCT已用于電力系統(tǒng)連鎖電力網(wǎng)安裝（100兆伏安）和中等功率（最大5兆瓦）工業(yè)驅(qū)動(dòng)。B電力電子變換器電力電子變換器能將電力從交流轉(zhuǎn)換為直流（整流器），直流轉(zhuǎn)換為直流（斬波器），直流轉(zhuǎn)換為交流（逆變器），同頻率交流轉(zhuǎn)換為交流（交流控制器），變頻率交流轉(zhuǎn)換為交流（周波變換器）。它們是四種類(lèi)型的電力電子變換器。變換器被廣泛用于加熱和燈光控制，交流和直流電源，電化學(xué)過(guò)程，直流和交流電極驅(qū)動(dòng)，靜態(tài)無(wú)功補(bǔ)償，有源諧波濾波等等。整流器整流器可將交流轉(zhuǎn)換成直流。整流器可由二極管、可控硅、GTO、IGBT、IGCT等組成。二極管和相控整流器是電力電子設(shè)備中份額最大的部分，它們的主要任務(wù)是與電力系統(tǒng)連接。由于器件開(kāi)通時(shí)損耗低，且其開(kāi)關(guān)損耗幾乎可忽略不計(jì)，故該類(lèi)整流器的效率很高，典型值約為98％。但是，它們的缺點(diǎn)是在電力系統(tǒng)中產(chǎn)生諧波，對(duì)其他用戶(hù)產(chǎn)生供電質(zhì)量問(wèn)題。此外，晶閘管變換器給電力系統(tǒng)提供了一個(gè)滯后的低功率因數(shù)負(fù)載。二極管整流器是最簡(jiǎn)單、可能也是最重要的電力電子電路。因?yàn)楣β手荒軓慕涣鱾?cè)流向直流側(cè)，所以它們是整流器。最重要的電路配置包括單相二極管橋和三相二極管橋。常用的負(fù)載包括電阻性負(fù)載、電阻-電感性負(fù)載、電容-電阻性負(fù)載。圖1-4B-1給出了帶RC負(fù)載的三相二極管橋式整流器。逆變器逆變器是從一側(cè)接受直流電壓，在另一側(cè)將其轉(zhuǎn)換成交流電壓的裝置。根據(jù)應(yīng)用情況，交流電壓和頻率可以是可變的或常數(shù)。逆變器可分成電壓源型和電流源型兩種。電壓源型逆變器在輸入側(cè)應(yīng)有一個(gè)剛性的電壓源，即，電源的戴維南電路等效阻抗應(yīng)該為零。如果電源不是剛性的，再輸入側(cè)可接一個(gè)大電容。直流電壓可以是固定的或可變的，可從電網(wǎng)或交流發(fā)電機(jī)通過(guò)一個(gè)整流器和濾波器得到。電流注入或電流源型逆變器，像名字所表示的那樣，在輸入側(cè)有一個(gè)剛性的直流電流源，與電壓源型逆變器需要一個(gè)剛性的電壓源相對(duì)應(yīng)。通過(guò)串聯(lián)大電感，可變電壓源可以在電流反饋控制回路的控制下轉(zhuǎn)換為可變電流源。這兩種逆變器都有著廣泛的應(yīng)用。它們使用的半導(dǎo)體器件可以是IGBT、電力MOSFET和IGCT等等。圖1-4B-2給出了一種三相橋式電壓源型逆變器的常見(jiàn)電路。斬波器斬波器將直流電源轉(zhuǎn)換成另一個(gè)具有不同終端參數(shù)的直流電源。它們被廣泛用于開(kāi)關(guān)式電源和直流電機(jī)啟動(dòng)。其中一些斬波器，尤其是電源中的斬波器，有一個(gè)隔離變壓器。斬波器經(jīng)常在不同電壓的直流系統(tǒng)中用作連接器。降壓和升壓斬波器是兩種基本的斬波器結(jié)構(gòu)。分別稱(chēng)作Buck斬波器和Boost斬波器。但是，要清楚降壓斬波器也是升流斬波器，反之亦然，因?yàn)檩斎牍β室欢ǖ扔谳敵龉β?。?升壓斬波器既可降壓也可升壓。所有這些斬波器在電路結(jié)構(gòu)上可有一、二、四象限的變化。圖1-4B-3給出了降壓斬波器的電路結(jié)構(gòu)，它是一種電壓降、電流升斬波器。雙位開(kāi)關(guān)由電路開(kāi)關(guān)S和二極管組成。開(kāi)關(guān)S以1/Ts的頻率通斷，導(dǎo)通時(shí)間為τ。電壓波形如圖1-4B-4所示。因此平均輸出電壓為平均電流為D為占空比，變化范圍是0~1。Is為直流電源輸出的平均電流。周波變換器周波變換器是一種變頻器，它將頻率固定的交流電轉(zhuǎn)換成不同頻率的交流電，具有一步變換過(guò)程。相控晶閘管變換器很容易被擴(kuò)展為周波變換器。自控式交流開(kāi)關(guān)，通常由IGBT組成，很容易被用作高頻鏈接周波變換器。晶閘管相控周波變換器被廣泛用于大功率工業(yè)應(yīng)用。圖1-4B-5給出了周波變換器的框圖。對(duì)驅(qū)動(dòng)交流電機(jī)的工業(yè)用周波變換器而言，輸入的50/60赫茲交流電在輸出側(cè)被轉(zhuǎn)換成可變頻、變壓的交流電來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。輸出頻率可從零（整流器工作）到一個(gè)上限值之間變化，上限值總是低于輸入頻率（降頻周波變換器），功率流可以是可逆的用于四象限電機(jī)速度控制。在變速恒頻系統(tǒng)中，輸入功率由與可調(diào)速渦輪機(jī)連接的同步發(fā)電機(jī)提供。如果同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁可調(diào)，則同步發(fā)電機(jī)電壓可調(diào)，但輸出頻率總是正比于渦輪機(jī)速度。周波變換器的作用是調(diào)解輸出頻率恒定（通常60或400赫茲）。圖1-4B-5給出了變頻轉(zhuǎn)換框圖。圖1-4B-5a一般用于先將輸入交流整流，然后通過(guò)逆變器轉(zhuǎn)換成可變頻交流。圖1-4B-5b，輸入交流先通過(guò)升頻周波變換器轉(zhuǎn)換成高頻交流，再由降頻周波變換器轉(zhuǎn)換成可變頻交流。UNIT5A直流電機(jī)分類(lèi)現(xiàn)在可以買(mǎi)到的直流電機(jī)基本上有四種：⑴永磁直流電機(jī)，⑵串勵(lì)直流電機(jī)，⑶并勵(lì)直流電機(jī)，⑷復(fù)勵(lì)直流電機(jī)。每種類(lèi)型的電動(dòng)機(jī)由于其基本電路和物理特性的不同而具有不同的機(jī)械特性。永磁直流電機(jī)永磁直流電機(jī)，如圖1-5A-1所示，是用與直流發(fā)電機(jī)同樣的方法建造的。永磁直流電機(jī)用于低轉(zhuǎn)矩場(chǎng)合。當(dāng)使用這種電機(jī)時(shí)，直流電源與電樞導(dǎo)體通過(guò)電刷/換向器裝置直接連接。磁場(chǎng)由安裝在定子上的永磁磁鐵產(chǎn)生。永磁磁鐵電機(jī)的轉(zhuǎn)子是繞線(xiàn)式電樞。這種電機(jī)通常使用鋁鎳鈷永磁合金或陶瓷永磁磁鐵而不是勵(lì)磁線(xiàn)圈。鋁鎳鈷永磁合金用于大功率電機(jī)。陶瓷永磁磁鐵通常用于小功率、低速電機(jī)。陶瓷永磁磁鐵抗退磁性能高，但它產(chǎn)生的磁通量較低。磁鐵通常安裝在電機(jī)外殼里邊，在安裝電樞前將其磁化。永磁電機(jī)相對(duì)于常規(guī)直流電機(jī)有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)之一是減少了運(yùn)行損耗。永磁電機(jī)的轉(zhuǎn)速特性類(lèi)似于并勵(lì)式直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速特性。永磁電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向可通過(guò)將電源線(xiàn)反接來(lái)實(shí)現(xiàn)。串勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)直流電機(jī)電樞和激磁電路的連接方式確定了直流電機(jī)的基本特性。每一種直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)與其對(duì)應(yīng)的直流發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)類(lèi)似。大部分情況下，二者的唯一區(qū)別在于發(fā)電機(jī)常作為電壓源，而電動(dòng)機(jī)常作為機(jī)械能轉(zhuǎn)換裝置。串勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)，如圖1-5A-2所示，電樞和激磁電路串聯(lián)連接。僅有一個(gè)通路供電流從直流電壓源流出。因此，激磁繞組匝數(shù)相對(duì)少、導(dǎo)線(xiàn)直徑大，以使激磁繞組阻抗低。電機(jī)軸上負(fù)載的變化引起通過(guò)激磁繞組電流的變化。如果機(jī)械負(fù)載增加，電流也增加。增加的電流建立了更強(qiáng)的磁場(chǎng)。當(dāng)負(fù)載從零增加到很大時(shí)，串勵(lì)式電機(jī)的轉(zhuǎn)速?gòu)暮芨咦兓胶艿汀Ｓ捎诖箅娏骺梢粤鬟^(guò)低阻抗的激磁繞組，串勵(lì)式電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生一個(gè)高轉(zhuǎn)矩輸出。串勵(lì)式電動(dòng)機(jī)用于啟動(dòng)重負(fù)載，而速度調(diào)節(jié)并不重要的場(chǎng)合。一個(gè)典型應(yīng)用是車(chē)輛啟動(dòng)電機(jī)。并勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)并勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)是最常用的一種直流電機(jī)。如圖1-5A-3所示，并勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)的激磁繞組與電樞繞組并聯(lián)連接。這種直流電機(jī)的激磁繞組匝數(shù)多、導(dǎo)線(xiàn)直徑小，因而阻抗相對(duì)比較高。由于激磁繞組是并勵(lì)式電動(dòng)機(jī)電路的高阻抗并聯(lián)通道，流過(guò)激磁繞組的電流很小。由于形成激磁繞組的導(dǎo)線(xiàn)的匝數(shù)多，產(chǎn)生的電磁場(chǎng)很強(qiáng)。并勵(lì)式電動(dòng)機(jī)的大部分電流（大約95%）流過(guò)電樞電路。由于電流對(duì)磁場(chǎng)強(qiáng)度幾乎沒(méi)有什么影響，電機(jī)轉(zhuǎn)速不受負(fù)載電流變化的影響。流過(guò)并勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)的電流關(guān)系如下：IL=Ia+If公式中，IL—電機(jī)總電流Ia—電樞電流If—激磁電流。通過(guò)在激磁繞組中串聯(lián)一個(gè)可變電阻可以改變激磁電流。由于激磁回路電流小，低功耗可變電阻器可用于改變激磁繞組阻抗，進(jìn)而改變電機(jī)轉(zhuǎn)速。激磁阻抗增加，激磁電流會(huì)減少。勵(lì)磁電流的減小會(huì)使磁場(chǎng)減弱。當(dāng)磁通減少時(shí)，轉(zhuǎn)子會(huì)由于與減弱的磁場(chǎng)相互作用而加速旋轉(zhuǎn)。因此使用勵(lì)磁變阻器，并勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速很容易調(diào)節(jié)。并勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)具有優(yōu)良的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)功能。當(dāng)負(fù)載增加時(shí)，由于增加了電樞繞組上的壓降，轉(zhuǎn)速稍微有一點(diǎn)降低。由于它的優(yōu)良的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)特性和轉(zhuǎn)速控制的簡(jiǎn)易性，并勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)通常用于工業(yè)場(chǎng)合。許多種可調(diào)速機(jī)床由并勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。復(fù)勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)圖1-5A-4所示的復(fù)勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)有兩個(gè)激磁繞組，一個(gè)與電樞繞組串聯(lián)，一個(gè)與電樞繞組并聯(lián)。這種電機(jī)綜合了串勵(lì)式電機(jī)和并勵(lì)式電機(jī)的預(yù)期特性。復(fù)勵(lì)式電動(dòng)機(jī)有兩種連接方法：累加與差動(dòng)。累加復(fù)勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)的串聯(lián)和并聯(lián)繞組的激磁方向一致。差動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)的串聯(lián)和并聯(lián)繞組的激磁方向相反。串聯(lián)繞組的連接方法有兩種。一種方法稱(chēng)為短并聯(lián)（見(jiàn)圖1-5A-4），這種方法是將并聯(lián)繞組跨接在電樞繞組兩端。長(zhǎng)并聯(lián)方法是將并聯(lián)繞組跨接在電樞繞組和串聯(lián)繞組的兩端（見(jiàn)圖1-5A-4）。復(fù)勵(lì)式電機(jī)具有類(lèi)似于串勵(lì)式電機(jī)的高轉(zhuǎn)矩，同時(shí)也具有類(lèi)似于復(fù)勵(lì)式電機(jī)的優(yōu)良的速度調(diào)節(jié)。因此，當(dāng)既需要良好的轉(zhuǎn)矩特性又需要良好的速度調(diào)節(jié)時(shí)可采用復(fù)勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)。復(fù)勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)的一個(gè)主要缺點(diǎn)是價(jià)格貴。直流電機(jī)速度-轉(zhuǎn)矩特性在許多應(yīng)用場(chǎng)合，直流電機(jī)用于驅(qū)動(dòng)機(jī)械負(fù)載。某些應(yīng)用場(chǎng)合要求電機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械負(fù)載變化時(shí)，而電機(jī)的轉(zhuǎn)速保持恒定。另一方面，某些應(yīng)用場(chǎng)合要求調(diào)速范圍寬。想把直流電機(jī)用于特定場(chǎng)合的工程師必須了解電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和速度之間的關(guān)系。首先我們討論并勵(lì)式電機(jī)，再把這種方法用于其它電機(jī)。為此，兩個(gè)相關(guān)的公式是轉(zhuǎn)矩和電流公式圖1-5A-5給出了并勵(lì)式、累加復(fù)勵(lì)式和串勵(lì)式電機(jī)轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩特性的一般曲線(xiàn)。為便于比較，三條曲線(xiàn)都通過(guò)額定轉(zhuǎn)矩和額定轉(zhuǎn)速這個(gè)公共點(diǎn)。公式中的兩個(gè)變量是轉(zhuǎn)速n和電樞電流Ia。在電機(jī)輸出額定轉(zhuǎn)矩時(shí)，電樞電流輸出的是額定電樞電流，轉(zhuǎn)速輸出的是額定轉(zhuǎn)速。當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為零時(shí)，電樞電流變得相對(duì)較小，使轉(zhuǎn)速n的分子項(xiàng)變得較大。這導(dǎo)致轉(zhuǎn)速上升。轉(zhuǎn)速增加的范圍取決于電樞電路壓降的大小與電樞端電壓的比值。B直流傳動(dòng)的閉環(huán)控制應(yīng)用限流控制，也稱(chēng)為并聯(lián)電流控制的閉環(huán)速度控制系統(tǒng)的基本示意圖如圖1-5B-1所示。ωm*為速度參考值。正比于電機(jī)速度的信號(hào)可從速度傳感器獲得。速度傳感器的輸出濾除交流波，并與速度參考值比較，速度誤差被速度控制器處理，速度控制器的輸出uc調(diào)整整流器的觸發(fā)角α，以使實(shí)際的速度接近于參考速度。速度控制器通常是PI（比例積分）控制器，具有三種作用——穩(wěn)定驅(qū)動(dòng)，調(diào)整阻尼比到期望值；通過(guò)積分作用，使穩(wěn)態(tài)速度誤差接近于零；還是由于積分作用，可濾除噪音。傳動(dòng)裝置采用限流控制，其目的在于防止電流超出安全值。只要IA<Ix，其Ix是IA的最大允許值，電流控制回路并不影響驅(qū)動(dòng)。如果IA超出Ix，哪怕一點(diǎn)點(diǎn)，閾值電路也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)大的輸出信號(hào)，電流環(huán)代替速度環(huán)起主要調(diào)節(jié)作用，電樞電流等于電機(jī)所允許的最大電流，并在此恒定電流下對(duì)速度誤差進(jìn)行整。當(dāng)速度接近于期望值時(shí)，IA下降到Ix以下，電流控制失效，速度控制接替。因此，在此示意圖中，在任意給定時(shí)間，傳動(dòng)裝置主要由速度控制回路或電流控制回路控制，所以，也叫并聯(lián)電流控制。閉環(huán)速度控制的另一種示意圖如圖1-5B-2所示。在外環(huán)速度回路中采用內(nèi)環(huán)電流控制回路。速度控制器的輸出ec用于電流控制器，為內(nèi)環(huán)電流控制回路設(shè)置電流參考值Ia*。電流控制器的輸出uc調(diào)整逆變器的觸發(fā)角，以便使實(shí)際速度達(dá)到速度給定值ωm*所設(shè)置的值。由速度給定或負(fù)載轉(zhuǎn)矩的增加所引起的任何正的速度偏差，都會(huì)產(chǎn)生更大的參考電流值Ia*。由于Ia增加，電機(jī)加速，以調(diào)整速度誤差，最終停留在新的Ia*值上，使電機(jī)轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相同，速度誤差接近于零。對(duì)于任何大的正的速度誤差，限流裝置飽和，且電流參考值Ia*限制為Iam*，傳動(dòng)裝置的電流不允許超過(guò)最大允許值。在最大允許電樞電流下糾正速度誤差，直到速度偏差減小且限流裝置退出飽和狀態(tài)?，F(xiàn)在，速度誤差在Ia小于最大允許電流值的情況下進(jìn)糾正。負(fù)的速度誤差將設(shè)置負(fù)的電流參考值Ia*。因?yàn)殡姍C(jī)電流不能反向，負(fù)的Ia*是沒(méi)用的。然而，它將“掌管”P(pán)I控制器。當(dāng)速度誤差變正時(shí)，“被掌管”的PI控制器將花費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間響應(yīng)，造成控制中不必要的延遲。因此，對(duì)于負(fù)的速度誤差，限流器的電流給定值被設(shè)為零。因?yàn)樗俣瓤刂苹芈泛碗娏骺刂苹芈反?lián)，因此內(nèi)環(huán)電流控制也被稱(chēng)為串聯(lián)控制。整體也被稱(chēng)為電流操縱控制。由于具有如下優(yōu)勢(shì)，其應(yīng)用比限流控制更為普遍：對(duì)于任何電源電壓擾動(dòng)，提供更快的響應(yīng)。這可通過(guò)考慮兩個(gè)傳動(dòng)裝置對(duì)于電源電壓降低的響應(yīng)來(lái)解釋。電源電壓的降低將減少電機(jī)電流和轉(zhuǎn)矩。在限流控制中，由于電機(jī)轉(zhuǎn)矩小于未改變的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，速度下降，造成的速度誤差通過(guò)設(shè)置較小的整流器觸發(fā)角達(dá)到原值。在內(nèi)環(huán)電流控制的情況下，由于電源電壓的降低，電機(jī)電流的減少將產(chǎn)生電流誤差，改變整流器的觸發(fā)角，使電樞電流返回到原值?，F(xiàn)在，暫態(tài)響應(yīng)由電機(jī)的電時(shí)間常數(shù)控制，因?yàn)榕c機(jī)械時(shí)間常數(shù)相比，傳動(dòng)裝置的電時(shí)間常數(shù)要小的多，所以對(duì)于電源電壓擾動(dòng)，內(nèi)環(huán)電流控制將提供較快的響應(yīng)。對(duì)于確定的觸發(fā)形式，整流器和控制電路一起在連續(xù)導(dǎo)電下，具有恒定增益。為此增益而設(shè)計(jì)的傳動(dòng)裝置設(shè)置的阻尼比為0.707，給出了百分之五的超調(diào)量。在不連續(xù)導(dǎo)電的情況下，增益下降。導(dǎo)電角減少越多，增益下降越大。在不連續(xù)導(dǎo)電的情況下，傳動(dòng)裝置響應(yīng)緩慢，當(dāng)導(dǎo)電角減小時(shí)，響應(yīng)日益惡化。如果企圖設(shè)計(jì)應(yīng)用于不連續(xù)導(dǎo)電操作的傳動(dòng)裝置，那么此傳動(dòng)裝置可能對(duì)于連續(xù)導(dǎo)電都是振蕩的，甚至是不穩(wěn)定的。內(nèi)環(huán)電流控制回路提供了一個(gè)具有整流器和控制電路的閉環(huán)，所以增益的變化對(duì)于傳動(dòng)裝置的性能影響較小。因此，帶有內(nèi)環(huán)電流回路的傳動(dòng)裝置的暫態(tài)響應(yīng)優(yōu)于限流控制。限流控制中，在限流開(kāi)始作用前，電流首先必須超過(guò)允許值。因?yàn)橛|發(fā)角只有在離散的間隔中才可改變，所以只有在限流有效前，實(shí)際的電流超調(diào)才會(huì)發(fā)生。小電機(jī)更能承受大的暫態(tài)電流，因此，為獲得快速的暫態(tài)響應(yīng)，通過(guò)選擇較大尺寸的整流器,即可允許出現(xiàn)更大的暫態(tài)電流。只有當(dāng)電流值反常時(shí)，才會(huì)需要電流調(diào)節(jié)。在這樣的情況下，由于簡(jiǎn)化，限流控制被應(yīng)用。這兩種形式對(duì)速度給定的增與降有不同的響應(yīng)。速度給定的減少至多可使電機(jī)轉(zhuǎn)矩為零；由于不可能制動(dòng)，所以轉(zhuǎn)矩不能反向。傳動(dòng)裝置減速主要是由于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩很小時(shí)，對(duì)速度給定減少的響應(yīng)將很慢，因此，這些傳動(dòng)裝置適合帶有大的負(fù)載轉(zhuǎn)矩的應(yīng)用場(chǎng)合，例如紙張打印機(jī)、泵和吹風(fēng)機(jī)。UNIT6A交流機(jī)簡(jiǎn)介將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能或?qū)C(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的電機(jī)是傳動(dòng)系統(tǒng)中的主要組成部分。從電學(xué)、機(jī)械學(xué)和熱學(xué)的角度看，電機(jī)具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。雖然一百多年前就開(kāi)始使用電機(jī)，關(guān)于電機(jī)的研究與開(kāi)發(fā)工作一直在繼續(xù)。但是，與電力電子器件和電力電子變換器相比，電機(jī)的發(fā)展十分緩慢。從傳統(tǒng)觀(guān)念上，由恒頻正弦電源供電的交流機(jī)一直用于恒速場(chǎng)合，而直流機(jī)則用于變速場(chǎng)合。但在最近二、三十年，我們已經(jīng)看到在變頻、變速交流機(jī)傳動(dòng)技術(shù)上取得的研究與開(kāi)發(fā)成果，并且它們正逐步取代直流傳動(dòng)。在大多數(shù)情況下，新設(shè)備都使用交流傳動(dòng)。一般可將交流機(jī)分類(lèi)如下：感應(yīng)電機(jī)：鼠籠或繞線(xiàn)式轉(zhuǎn)子（雙饋），旋轉(zhuǎn)或直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)；同步電機(jī)：旋轉(zhuǎn)或直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，啟動(dòng)、繞線(xiàn)式激磁（轉(zhuǎn)子）或永磁磁鐵，徑向或軸向氣隙（圓盤(pán)狀），凸磁極或內(nèi)（隱）磁極，正弦波磁場(chǎng)或梯形波磁場(chǎng)；變阻抗電機(jī)：開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)。感應(yīng)電機(jī)在所有的交流電機(jī)中，感應(yīng)電機(jī)，尤其是鼠籠型感應(yīng)電機(jī)，在工業(yè)上得到了最廣泛的應(yīng)用。這些電機(jī)價(jià)格便宜、結(jié)實(shí)、可靠，并且從不到一個(gè)馬力到數(shù)兆瓦容量的電機(jī)都可買(mǎi)到。小容量電機(jī)一般是單相電機(jī)，但多相（三相）電機(jī)經(jīng)常用于變速傳動(dòng)。圖1-6A-1給出了一臺(tái)理想的三相、兩極感應(yīng)電機(jī)，圖中定子和轉(zhuǎn)子的每一個(gè)相繞組用一個(gè)集中線(xiàn)圈來(lái)表示。三相繞組在空間上按正弦分布并嵌入在槽里。對(duì)繞線(xiàn)式轉(zhuǎn)子電機(jī)而言，轉(zhuǎn)子繞組與定子繞組類(lèi)似，但鼠籠式電機(jī)的轉(zhuǎn)子具有鼠籠狀結(jié)構(gòu)，并且有兩個(gè)短路環(huán)。基本上，感應(yīng)電機(jī)可以看作是一個(gè)具有可旋轉(zhuǎn)并且短路的二次繞組的一臺(tái)三相變壓器。定子和轉(zhuǎn)子的核用層壓鐵磁鋼片制成，電機(jī)內(nèi)的氣隙實(shí)際上是均勻的（非凸極結(jié)構(gòu)）。感應(yīng)電機(jī)的一個(gè)最基本的原理是在氣隙中建立旋轉(zhuǎn)和按正弦分布的磁場(chǎng)。如果忽略槽和由于非理想分布的繞組產(chǎn)生的空間諧波的影響，可以證明，在三相定子繞組中能以三相對(duì)稱(chēng)電源建立一個(gè)同步旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。旋轉(zhuǎn)速度由公式（1-6A-1）給出Ne稱(chēng)作同步轉(zhuǎn)速，單位是轉(zhuǎn)/分，（）是定子頻率，單位是赫茲。P是電機(jī)的極對(duì)數(shù)。轉(zhuǎn)子繞組切割磁場(chǎng)，就會(huì)在短路的轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生感應(yīng)電流。氣隙磁通和轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)的相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。但轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速低于同步轉(zhuǎn)速。因此稱(chēng)它為感應(yīng)電機(jī)或異步電機(jī)。為了滿(mǎn)足各種工業(yè)應(yīng)用中對(duì)啟動(dòng)和運(yùn)行的要求，可從制造廠(chǎng)家得到幾種標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的鼠籠電機(jī)。最常見(jiàn)的轉(zhuǎn)矩-速度特性，與國(guó)家電氣制造協(xié)會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)一致的，并很容易獲得和定型的設(shè)計(jì)，如圖1-6A-2所示。這些電機(jī)中最有意義的設(shè)計(jì)變量是轉(zhuǎn)子籠型電路的有效阻抗。A類(lèi)電機(jī)這類(lèi)電機(jī)適用于啟動(dòng)負(fù)載低（諸如風(fēng)扇、泵類(lèi)負(fù)載）以便能快速達(dá)到全速，因而避免了啟動(dòng)過(guò)程電機(jī)過(guò)熱的問(wèn)題。對(duì)大容量電機(jī)而言，需要降壓?jiǎn)?dòng)以限制啟動(dòng)電流。B類(lèi)電機(jī)這類(lèi)電機(jī)是很好的通用電機(jī)，有著廣泛的工業(yè)應(yīng)用。它們特別適合對(duì)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求不是特別嚴(yán)格的恒速驅(qū)動(dòng)。比如驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇、泵類(lèi)負(fù)載、鼓風(fēng)機(jī)和電動(dòng)發(fā)電機(jī)組。C類(lèi)電機(jī)C類(lèi)電機(jī)適合驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)、輸送機(jī)等等。D類(lèi)電機(jī)此類(lèi)電機(jī)適合驅(qū)動(dòng)要求迅速加速的間歇性負(fù)載和沖床、剪床這樣的高沖擊性負(fù)載。在驅(qū)動(dòng)沖擊性負(fù)載的情況下，在系統(tǒng)中加一個(gè)調(diào)速輪。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速隨負(fù)載沖擊有點(diǎn)下降時(shí)，在負(fù)載沖擊期間調(diào)速輪釋放它的一部分動(dòng)能。同步電機(jī)零同步電機(jī)，正像名字所表示的，一定是像公式（1-6A-1）那樣以同步速度旋轉(zhuǎn)。對(duì)感應(yīng)電機(jī)恒速驅(qū)動(dòng)應(yīng)用而言，它是一位非常重要的競(jìng)爭(zhēng)者。圖1-6A-3給出了一臺(tái)理想的三相、兩極繞線(xiàn)式激磁的同步電機(jī)。同步電機(jī)的定子繞組與感應(yīng)電機(jī)的定子繞組一樣，但同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子上有一個(gè)繞組，這個(gè)繞組通過(guò)直流電流，在氣隙中產(chǎn)生磁通，該磁通協(xié)助定子感應(yīng)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)來(lái)拉動(dòng)轉(zhuǎn)子與它一同旋轉(zhuǎn)。直流激磁電流由靜態(tài)整流器通過(guò)滑環(huán)和電刷提供給轉(zhuǎn)子，或由無(wú)刷勵(lì)磁電源提供。因?yàn)檗D(zhuǎn)子總是以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，同步旋轉(zhuǎn)的de-qe軸與轉(zhuǎn)子的相對(duì)位置是不變的，如圖所示，de軸對(duì)應(yīng)N極。在轉(zhuǎn)子中沒(méi)有定子感應(yīng)的感應(yīng)電勢(shì)，因此轉(zhuǎn)子的磁動(dòng)勢(shì)僅由激磁繞組提供。這使得電機(jī)在定子側(cè)可以任意的功率因數(shù)運(yùn)行，即引前、滯后或同相。從另一角度說(shuō)，在感應(yīng)電機(jī)中，定子給轉(zhuǎn)子提供勵(lì)磁使得電機(jī)功率因數(shù)總是滯后。轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的原理有點(diǎn)類(lèi)似于感應(yīng)電機(jī)。如圖所示的同步電機(jī)是凸極式同步機(jī)，因?yàn)檗D(zhuǎn)子周?chē)臍庀妒遣痪鶆虻模痪鶆虻臍庀对赿軸和q軸上造成了不對(duì)稱(chēng)的磁阻。與其（凸極式同步機(jī)）對(duì)應(yīng)的另一種電機(jī)是有均勻氣隙的圓柱體形轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的電機(jī)（與異步機(jī)相似），定義為隱極式同步電機(jī)。例如，水電站使用的低速發(fā)電機(jī)是凸極同步機(jī)，而火力發(fā)電廠(chǎng)使用的高速發(fā)電機(jī)是隱極式同步機(jī)。除激磁繞組之外，轉(zhuǎn)子通常有一個(gè)阻尼器，或叫阻尼繞組，它就像感應(yīng)電機(jī)中短路的鼠籠棒。同步機(jī)更昂貴但效率也高一些。繞線(xiàn)式激磁繞組同步機(jī)通常用于大功率（數(shù)兆瓦）驅(qū)動(dòng)。變阻抗電機(jī)變阻抗或雙阻抗電機(jī)，正像名字所表示的那樣，有兩個(gè)凸極，這意味著電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子都是凸極結(jié)構(gòu)。如前所述，變阻抗電機(jī)有兩種：開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)基本上是一種數(shù)字電機(jī)，即它根據(jù)數(shù)字脈沖運(yùn)動(dòng)固定的步數(shù)或角度。小型步進(jìn)電機(jī)廣泛用于計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備。然而，由于步進(jìn)電機(jī)不適合調(diào)速應(yīng)用場(chǎng)合，不再作進(jìn)一步討論。有關(guān)文獻(xiàn)對(duì)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)十分關(guān)注，最近做了許多工作來(lái)使其商品化以參與和感應(yīng)電機(jī)的競(jìng)爭(zhēng)。圖1-6A-4給出了有四對(duì)定子極對(duì)數(shù)、三對(duì)轉(zhuǎn)子極對(duì)數(shù)的四相開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的截面圖。電機(jī)轉(zhuǎn)子沒(méi)有任何繞組或永磁磁鐵。定子極上有集中繞組(不是正弦分布繞組)，每一對(duì)定子極繞組，如圖所示，由變換器的一相供電。例如，當(dāng)轉(zhuǎn)子極對(duì)a-a‘接近定子極對(duì)A-A‘時(shí)，定子極對(duì)A-A’被通電，通過(guò)磁拉力產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，當(dāng)兩個(gè)極對(duì)重合時(shí)，定子極對(duì)A-A'斷。借助于轉(zhuǎn)子位置編碼器，電機(jī)的四對(duì)繞組依次、與轉(zhuǎn)子同步得電，得到單向轉(zhuǎn)矩?？山o出轉(zhuǎn)矩的幅值 式中m=感應(yīng)速率，i=瞬時(shí)電流。感應(yīng)速率恒定則電流i為常數(shù)。高速運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子感應(yīng)的反電動(dòng)勢(shì)也高。這種電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固；也可能它比其它電機(jī)要便宜一些。但是，這種電機(jī)有轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和嚴(yán)重的噪聲問(wèn)題。B感應(yīng)電機(jī)傳動(dòng)裝置感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速由電機(jī)的同步速和轉(zhuǎn)差決定。同步速與電源頻率有關(guān)，轉(zhuǎn)差由供給電機(jī)的電壓或電流調(diào)節(jié)控制。為控制感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，存在幾個(gè)機(jī)理，它們是：(1)變電壓恒頻率或定子電壓控制，(2)變電壓變頻率控制，(3)變電流變頻率控制，和(4)轉(zhuǎn)差功率調(diào)節(jié)。這些方法之一，變電壓變頻率控制可被描述如下。方波逆變器傳動(dòng)裝置饋電電壓逆變器(也稱(chēng)電壓源逆變器，VSI)通常分為兩類(lèi)：方波逆變器和脈寬調(diào)制逆變器。此類(lèi)逆變器從二十世紀(jì)六十年代初，當(dāng)先進(jìn)的強(qiáng)制換相技術(shù)開(kāi)始發(fā)展時(shí)就被提出。圖1-6B-1顯示了方波逆變器傳動(dòng)裝置的傳統(tǒng)電力電路，三相橋整流器把交流電變換為可變電壓的直流電，作為強(qiáng)制變換橋逆變器的輸入。逆變器產(chǎn)生變電壓變頻率電源，控制電機(jī)速度。由于大的濾波電容器給逆變器提供了一個(gè)剛性的電壓源，且逆變器的輸出電壓不受負(fù)載種類(lèi)的影響，因此，此類(lèi)逆變器叫做饋電電壓逆變器。通常，相對(duì)于假想的直流電源的中心點(diǎn)，逆變器每一橋臂上的每個(gè)晶閘管導(dǎo)通180°，在電機(jī)的一相產(chǎn)生方波電壓。線(xiàn)電壓可被顯示為如圖所示的六個(gè)階梯形電壓波。因?yàn)楦袘?yīng)電機(jī)構(gòu)成了滯后的功率因數(shù)負(fù)載，所以