電力電子與變頻技術(shù) 第2版 課件全套 陸志全 項目1-8 調(diào)光燈的安裝與調(diào)試 -恒壓供水變頻控制系統(tǒng)接線

2024/12/31電力電子與變頻技術(shù)1項目一調(diào)光燈的安裝與調(diào)試調(diào)光燈電路由主電路和觸發(fā)電路兩部分構(gòu)成，通過對主電路及觸發(fā)電路的分析使學生能夠理解電路的工作原理，進而掌握分析電路的方法。注：現(xiàn)在實用調(diào)光燈都采用雙向晶閘管。2024/12/31電力電子與變頻技術(shù)2任務一晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理學習目標：1認識晶閘管2會測試晶閘管好壞3會選用晶閘管工作任務：1晶閘管的特性試驗2用萬用表及實驗裝置進行晶閘管的測試分析3晶閘管的工程選用相關(guān)知識：

1．認識晶閘管的結(jié)構(gòu)晶閘管是一種大功率PNPN四層半導體元件，具有三個PN結(jié)，引出三個極，陽極A、陰極K、門極（控制極）G，其外形及符號如圖所示。管腳名稱（陽極A、陰極K、具有控制作用的門極G）標于圖中。所示為晶閘管的圖形符號及文字符號。

2024/12/31電力電子與變頻技術(shù)3小電流塑封式 小電流塑封式 小電流螺旋式 陰極（K）

陰極（K）

陽極（A）

陽極（A）

門極（G）

門極（G）

2024/12/31電力電子與變頻技術(shù)4以互補三極管等效內(nèi)部結(jié)構(gòu)

以三個PN結(jié)等效2024/12/31電力電子與變頻技術(shù)52．晶閘管的導通關(guān)斷原理

當晶閘管的陽極和陰極電壓，即EA下正上負(與圖示方向相反)時，無論門極G是否有電流，白熾燈不亮，說明晶閘管始終處于關(guān)斷狀態(tài)；當時，即EA上正下負(與圖示方向相同)，只有時，白熾燈才能點亮。說明晶閘管沒有門極電流觸發(fā)時，具有正向阻斷能力；當滿足，條件時可以導通。晶閘管一旦導通，此時去掉EG（即再令），白熾燈仍保持點亮，說明晶閘管仍保持導通狀態(tài)。導通后晶閘管的管壓降為1V左右，主電路中的電流IA由白熾燈內(nèi)阻、RW和EA的大小決定。在IA逐漸降低（通過調(diào)整RW）至某一個小數(shù)值時，剛剛能夠維持晶閘管導通；此時如果繼續(xù)降低IA，則晶閘管會關(guān)斷，該小電流稱為晶閘管的維持電流。2024/12/31電力電子與變頻技術(shù)63晶閘管特性反向擊穿電壓

反向阻斷

正向阻斷

正向轉(zhuǎn)折電壓

2024/12/31電力電子與變頻技術(shù)74．晶閘管的主要參數(shù)（1）晶閘管的電壓定額1）斷態(tài)重復峰值電壓UDRM2）反向重復峰值電壓URRM

3）額定電壓Utn將UDRM和URRM中的較小值按百位取整后作為該晶閘管的額定值。例如：一晶閘管實測UDRM＝812V，URRM＝756V，將兩者較小的756V取整得700V，該晶閘管的額定電壓為700V。在使用過程中UTn≥(2~3)UTM（2）晶閘管的電流定額IT（AV）通態(tài)平均電流是指在環(huán)境溫度為40℃和規(guī)定的冷卻條件下，晶閘管在導通角不小于170°電阻性負載電路中，當不超過額定結(jié)溫且穩(wěn)定時，所允許通過的工頻正弦半波電流的平均值。2024/12/31電力電子與變頻技術(shù)8但是決定晶閘管結(jié)溫的是管子損耗的發(fā)熱效應，表征熱效應的電流是以有效值表示的，其兩者的關(guān)系為：

如額定電流為100A的晶閘管，其允許通過的電流有效值為157A。晶閘管在實際選擇時，其額定電流的確定一般按以下原則：（3）維持電流IH在室溫下門極斷開時，元件從較大的通態(tài)電流降到剛好能保持導通的最小陽極電流稱為維持電流IH。2024/12/31電力電子與變頻技術(shù)9（5）門極參數(shù)（6）動態(tài)參數(shù)5．晶閘管的型號

四實踐指導：根據(jù)實驗條件完成2024/12/31電力電子與變頻技術(shù)10任務二

單結(jié)晶體管觸發(fā)電路一、學習目標1．會單結(jié)晶體管組成的觸發(fā)電路工作原理分析2．會單結(jié)晶體管組成的觸發(fā)電路安裝調(diào)試

二、

工作任務1．認識單結(jié)晶體管的結(jié)構(gòu)及特性2．單結(jié)晶體管組成的觸發(fā)電路工作原理分析及安裝調(diào)試

三、

相關(guān)知識

1．認識單結(jié)晶體管發(fā)射極e 第一基極b1 第二基極b2 在一塊高電阻率的N型硅片上引出兩個基極b1和b2，兩個基極之間的電阻就是硅片本身的電阻，一般為2～12kΩ。在兩個基極之間靠近b1的地方用合金法或擴散法摻入P型雜質(zhì)并引出電極，成為發(fā)射極e。2024/12/31電力電子與變頻技術(shù)11a）結(jié)構(gòu)b）等效電路c）圖形符號d）外形管腳排列2．單結(jié)晶體管的伏安特性及主要參數(shù)（1）單結(jié)晶體管的伏安特性2024/12/31電力電子與變頻技術(shù)121）截止區(qū)——AP段當開關(guān)S閉合，電壓Ubb通過單結(jié)晶體管等效電路中的rbl和rb2分壓，得A點電位UA，可表示為η——分壓比，是單結(jié)晶體管的主要參數(shù)，η一般為0.3～0.9。當Ue從零逐漸增加，但Ue<UA時，單結(jié)晶體管的PN結(jié)反向偏置，只有很小的反向漏電流。當Ue增加到與UA相等時，Ie＝0。2024/12/31電力電子技術(shù)132）負阻區(qū)——PV段當Ue>Up時，等效二極管VD導通，Ie增大，這時大量的空穴載流子從發(fā)射極注入A點到b1的硅片，使rbl迅速減小，導致UA下降，因而Ue也下降。UA的下降，使PN結(jié)承受更大的正偏，引起更多的空穴載流子注入到硅片中，使rbl進一步減小，形成更大的發(fā)射極電流Ie，這是一個強烈的增強式正反饋過程。當Ie增大到一定程度，硅片中載流子的濃度趨于飽和，rbl已減小至最小值，A點的分壓UA最小，因而Ue也最小，得曲線上的V點。V點稱為谷點，谷點所對應的電壓和電流稱為谷點電壓Uv和谷點電流Iv。這一區(qū)間稱為特性曲線的負阻區(qū)。3）飽和區(qū)——VN段

當硅片中載流子飽和后，欲使Ie繼續(xù)增大，必須增大電壓Ue，單結(jié)晶體管處于飽和導通狀態(tài)。（2）單結(jié)晶體管的主要參數(shù)單結(jié)晶體管的主要參數(shù)有基極間電阻rbb、分壓比η、峰點電流IP、谷點電壓UV、谷點電流IV及耗散功率等。2024/12/31電力電子與變頻技術(shù)143．單結(jié)晶體管張馳振蕩電路4．單結(jié)晶體管觸發(fā)電路2024/12/31電力電子與變頻技術(shù)15任務三

單相可控整流電路一、

學習目標1．掌握單相可控整流電路工作原理；2．會單相可控整流電路的分析。二、

工作任務1.單相半波可控整流電路的分析調(diào)試。2.單相橋式可控整流電路分析調(diào)試。

三、

相關(guān)知識1．單相半波可控整流電路電阻性負載工作原理2024/12/31電力電子與變頻技術(shù)16（1）α=0o時的波形分析α=0o時實際電路中輸出電壓和晶閘管兩端電壓的理論波形。輸出電壓波形晶閘管兩端電壓波形α=0o時刻加入觸發(fā)脈沖觸發(fā)晶閘管VT導通，負載上得到輸出電壓ud的波形是與電源電壓u2相同形狀的波形；當電源電壓u2過零時，晶閘管也同時關(guān)斷，負載上得到的輸出電壓ud為零；在電源電壓u2負半周內(nèi)，晶閘管承受反向電壓不能導通，直到第二周期α=0o觸發(fā)電路再次施加觸發(fā)脈沖時，晶閘管再次導通。2024/12/31電力電子與變頻技術(shù)17（2）α=30o及α=60o時的波形分析α=30o時輸出電壓和晶閘管α=60o時輸出電壓和晶閘管

兩端電壓的理論波形

兩端電壓的理論波形2024/12/31電力電子與變頻技術(shù)18控制角α：控制角也叫觸發(fā)角或觸發(fā)延遲角，是指晶閘管從承受正向電壓開始到觸發(fā)脈沖出現(xiàn)之間的電角度。導通角θ：是指晶閘管在一周期內(nèi)處于導通的電角度。移相：移相是指改變觸發(fā)脈沖出現(xiàn)的時刻，即改變控制角α的大小。移相范圍：移相范圍是指一個周期內(nèi)觸發(fā)脈沖的移動范圍，它決定了輸出電壓的變化范圍。（4）由以上的分析可以得出：1）在單相整流電路中，把晶閘管從承受正向陽極電壓起到加入觸發(fā)觸發(fā)脈沖而導通之間的電角度α稱為控制角，亦稱為觸發(fā)延遲角或移相角。晶閘管在一個周期內(nèi)導通時間對應的電角度用θ表示，稱為導通角，且θ=π-α。2）在單相半波整流電路中，改變的α大小即改變觸發(fā)脈沖在每周期內(nèi)出現(xiàn)的時刻，則ud和id的波形也隨之改變，但是直流輸出電壓瞬時值ud的極性不變，其波形只在u2的正半周出現(xiàn)，這種通過對觸發(fā)脈沖的控制來實現(xiàn)控制直流輸出電壓大小的控制方式稱為相位控制方式，簡稱相控方式。3）理論上移相范圍0o～180o。在本課題中實際是達不到此移相范圍的，若要實現(xiàn)移相范圍0o～180o，則需要改進觸發(fā)電路以擴大移向范圍。2024/12/31電力電子與變頻技術(shù)19（5）基本的物理量計算輸出電壓平均值與平均電流的計算：晶閘管電流有效值IT與管子兩端可能承受的最大電壓IT＝I2024/12/31電力電子與變頻技術(shù)202.單相半波可控整流電路電感性負載工作原理（1）無續(xù)流二極管時單相半波可控整流電路用于大電感負載時，不管如何調(diào)節(jié)控制角α,Ud值總是很小，平均值電流Id也很小，沒有實用價值。2024/12/31電力電子與變頻技術(shù)21（2）接續(xù)流二極管時晶閘管和續(xù)流二極管可能承受的最大正反向電壓、移相范圍與阻性負載相同，由于電感性負載中的電流不能突變，當晶閘管被觸發(fā)導通后，陽極電流上升較緩慢，故要求觸發(fā)脈沖的寬度要寬些（＞20o），以免陽極電流尚未升到晶閘管擎住電流時，觸發(fā)脈沖已消失，從而導致晶閘管無法導通。2024/12/31電力電子與變頻技術(shù)22

3.單相橋式全控整流電路參數(shù)計算①輸出直流電壓平均值②負載電流平均值2024/12/31電力電子與變頻技術(shù)232024/12/31電力電子與變頻技術(shù)24（2）單相橋式全控整流電路電感性負載與電阻性負載相比，ud的波形出現(xiàn)了負半周部分，在α=0o時，輸出電壓Ud最大0.9U2；在α=90o時，輸出電壓Ud最小，等于零，因此α的移相范圍是0°～90°。id的波形則是連續(xù)的近似一條直線，這是由于電感中的電流不能突變，電感起到了平波的作用，電感愈大則電流愈平穩(wěn)。2024/12/31電力電子與變頻技術(shù)252）參數(shù)計算（3）單相橋式全控整流電路電感性負載并接續(xù)流二極管

a）電路圖b）波形圖圖1-39并接續(xù)流二極管的單相全控橋大電感性負載

2024/12/31電力電子與變頻技術(shù)26單相全控橋大電感負載接續(xù)流管的電路各電量計算式如下：4．單相橋式半控整流電路2024/12/31電力電子與變頻技術(shù)27

2）參數(shù)計算

①輸出電壓平均值α的移相范圍是0°～180°。②負載電流平均值③流過一只晶閘管和整流二極管的電流的平均值和有效值

④晶閘管可能承受的最大電壓

(2)電感性負載2024/12/31電力電子與變頻技術(shù)28任務四

三相可控整流電路的分析一、

學習目標1．掌握三相可控整流電路在不同負載時的電路波形分析、參數(shù)計算和器件選擇。2．能利用輸出電壓波形分析電路故障。二、

工作任務1．分析調(diào)試三相半波可控整流電路。2．分析調(diào)試三相全控橋式可控整流電路。

三、

相關(guān)知識1．三相半波可控整流電路

（1）三相半波不可控整流電路2024/12/31電力電子與變頻技術(shù)29（2）三相半波可控整流電路①0°≤α≤30°輸出電壓平均值Ud波形連續(xù)②30°≤α≤150°輸出電壓平均值Ud波形不連續(xù)2024/12/31電力電子與變頻技術(shù)303）基本的物理量計算①整流輸出電壓的平均值計算：當0°≤≤30°時，此時電壓電流波形連續(xù)，通過分析可得到

（1-39）當30°≤≤150°時，此時電壓電流波形斷續(xù)，通過分析可得到（1-40）Id=Ud/Rd（1-42）三相半波可控整流電路在電阻性負載時，控制角的移相范圍是0～150°。2024/12/31電力電子與變頻技術(shù)312．三相橋式全控整流電路（1）電阻性負載

圖1-55三相橋式全控整流電路三相全控橋式整流電路

=00時的波形2024/12/31電力電子與變頻技術(shù)32導通晶閘管及負載電壓導通期間ωt1～ωt2ωt2～ωt3ωt3～ωt4ωt4～ωt5ωt5～ωt6ωt6～ωt7導通VTVT6，VT1VT1，VT2VT2，VT3VT3，VT4VT4，VT5VT5，VT6共陰電壓u相

u相v相v相w相w相共陽電壓v相w相

w相

u相u相v相負載電壓線電壓uuv線電壓uuw線電壓uvw線電壓uvu線電壓uwu線電壓uwv3）三相橋式全控整流電路的特點①必須有兩個晶閘管同時導通才可能形成供電回路，其中共陰極組和共陽極組各一個，且不能為同一相的器件。②對觸發(fā)脈沖的要求按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的順序，相位依次差60°，共陰極組VT1、VT3、VT5的脈沖依次差120°，共陽極組VT4、VT6、VT2也依次差120°。同一相的上下兩個晶閘管，即VT1與VT4，VT3與VT6，VT5與VT2，脈沖相差180°。2024/12/31電力電子與變頻技術(shù)33（2）為了可靠觸發(fā)導通晶閘管，觸發(fā)脈沖要有足夠的寬度，通常采用單寬脈沖觸發(fā)或采用雙窄脈沖。但實際應用中，為了減少脈沖變壓器的鐵心損耗，大多采用雙窄脈沖。4）不同控制角時的波形分析三相全控橋整流電路α=30°的波形三相全控橋整流電路α=60°的波形2024/12/31電力電子與變頻技術(shù)34三相全控橋整流電路α=90°的波形小結(jié)：當α≤60°時，ud波形均連續(xù)，對于電阻負載，id波形與ud波形形狀一樣，也連續(xù)。當α>60°時，ud波形每60°中有一段為零，ud波形不能出現(xiàn)負值，帶電阻負載時三相橋式全控整流電路α角的移相范圍是120°。2024/12/31電力電子與變頻技術(shù)35（2）電感性負載1）電路工作原理①α≤60°時，ud波形連續(xù)，工作情況與帶電阻負載時十分相似，各晶閘管的通斷情況、輸出整流電壓ud波形、晶閘管承受的電壓波形等都一樣。三相橋式全控整流電路大電感負載α＝0°波形三相橋式全控整流電路大電感負載α＝30°波形2024/12/31電力電子與變頻技術(shù)36②α＞60°時三相橋式全控整流電路大電感負載α＝90°波形可見帶阻感負載時，三相橋式全控整流電路的α角移相范圍為0°～90°。2024/12/31電力電子與變頻技術(shù)37（3）基本的物理量計算1）整流電路輸出直流平均電壓①當整流輸出電壓連續(xù)時（即帶阻感負載時，或帶電阻負載α≤60

時）的平均值為（1-43）帶阻感負載且α＞60

時，整流電壓平均值為（1-44）Id=Ud/R（1-46）2024/12/31電力電子與變頻技術(shù)382024/12/31電力電子與變頻技術(shù)392024/12/31電力電子與變頻技術(shù)402024/12/31電力電子與變頻技術(shù)412024/12/31電力電子與變頻技術(shù)42項目二溫度控制器電路的分析2024/12/31電力電子與變頻技術(shù)43任務一雙向晶閘管工作原理及控制學習目標：1.掌握雙向晶閘管的工作原理。2.理解雙向晶閘管觸發(fā)電路原理。工作任務：

1.雙向晶閘管的測試。2.分析雙向晶閘管觸發(fā)電路。相關(guān)知識：

1．雙向晶閘管的結(jié)構(gòu)雙向晶閘管的外形與普通晶閘管類似，有塑封式、螺栓式、平板式。但其內(nèi)部是是一種NPNPN五層結(jié)構(gòu)的三端器件。有兩個主電極T1、T2，一個門極G。

2024/12/31電力電子與變頻技術(shù)44雙向晶閘管相當于兩個晶閘管反并聯(lián)（P1N1P2N2和P2N1P1N4），不過它只有一個門極G，由于N3區(qū)的存在，使得門極G相對于T1端無論是正的或是負的都能觸發(fā)，而且T1相對于T2既可以是正，也可以是負。2024/12/31電力電子與變頻技術(shù)452．雙向晶閘管的特性與參數(shù)雙向晶閘管的主要參數(shù)中只有額定電流與普通晶閘管有所不同，其他參數(shù)定義相似。由于雙向晶閘管工作在交流電路中，正反向電流都可以流過，所以它的額定電流不用平均值而是用有效值來表示。定義為：在標準散熱條件下，當器件的單向?qū)ń谴笥?70°，允許流過器件的最大交流正弦電流的有效值，用IT(RMS)表示。2024/12/31電力電子與變頻技術(shù)46雙向晶閘管額定電流與普通晶閘管額定電流之間的換算關(guān)系式為：2024/12/31電力電子與變頻技術(shù)473雙向晶閘管的觸發(fā)方式（1）Ⅰ+觸發(fā)方式

主極T1為正，T2為負；門極電壓G為正，T2為負。特性曲線在第Ⅰ象限。（2）Ⅰ-觸發(fā)方式

主極T1為正，T2為負；門極電壓G為負，T2為正。特性曲線在第Ⅰ象限。（3）Ⅲ+觸發(fā)方式

主極T1為負，T2為正；門極電壓G為正，T2為負。特性曲線在第Ⅲ象限。（4）Ⅲ-觸發(fā)方式

主極T1為負，T2為正；門極電壓G為負，T2為正。特性曲線在第Ⅲ象限。由于雙向晶閘管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原因，四種觸發(fā)方式中靈敏度不相同，以Ⅲ+觸發(fā)方式靈敏度最低，使用時要盡量避開，常采用的觸發(fā)方式為Ⅰ+和Ⅲ-。2024/12/31電力電子與變頻技術(shù)484．簡易觸發(fā)電路2024/12/31電力電子與變頻技術(shù)49集成觸發(fā)器KC06組成的雙向晶閘管移相交流調(diào)壓電路。該電路主要適用于交流直接供電的雙向晶閘管或反并聯(lián)普通晶閘管的交流移相控制。RP1用于調(diào)節(jié)觸發(fā)電路鋸齒波斜率，R4、C3用于調(diào)節(jié)脈沖寬度，RP2為移相控制電位器，用于調(diào)節(jié)輸出電壓的大小。2024/12/31電力電子與變頻技術(shù)50雙向晶閘管的極性識別與測試如何測試雙向晶閘管的好壞：用萬用表測試雙向晶閘管的好壞，首先要分清雙向晶閘管的控制極G和主電極T1和T2。把萬用表撥在R×1或R×10擋，黑表筆接T2，紅表筆接T1，然后將T2與G瞬間短路一下，立即離開，此時若表針有較大幅度的偏轉(zhuǎn)，并停留在某一位置上，說明T1與T2已觸發(fā)導通；把紅、黑表筆調(diào)換后再重復上述操作，如果T1、T2仍維持導通，說明這只雙向晶閘管是好的，反之則是壞的。2024/12/31電力電子與變頻技術(shù)51任務二溫度控制器電路的原理分析一、學習目標1.掌握單相交流調(diào)壓電路工作原理。2.掌握雙向晶閘管控制電路的原理。

二、

工作任務1.雙向晶閘管移相觸發(fā)電路調(diào)試。2.分析溫度控制器電路的原理。

三、

相關(guān)知識

1．單相交流調(diào)壓電路電阻性負載2024/12/31電力電子與變頻技術(shù)52在電源正半周ωt＝α時觸發(fā)VT導通，有正向電流流過RL，負載端電壓uR為正值，電流過零時VT自行關(guān)斷；在電源負半周ωt＝π＋α時，再觸發(fā)VT導通，有反向電流流過RL，其端電壓uR為負值，到電流過零時VT再次自行關(guān)斷。然后重復上述過程。改變α角即可調(diào)節(jié)負載兩端的輸出電壓值，達到交流調(diào)壓的目的，圖b所示為單相交流調(diào)壓電路電阻負載電路波形。電阻負載上交流電壓有效值為：電路的移相范圍為0~π。2024/12/31電力電子與變頻技術(shù)533．自動控溫電熱爐電路原理三相自動控溫電熱爐電路，它采用雙向晶閘管作為功率開關(guān)，與KT溫控儀配合，實現(xiàn)三相電熱爐的溫度自動控制?？刂崎_關(guān)S有三個擋位：自動、手動、停止。當S撥至“手動”位置時，中間繼電器KA得電，主電路中三個本相強觸發(fā)電路工作，VTl~VT3導通，電路一直處于加熱狀態(tài)，須由人工控制SB按鈕來調(diào)節(jié)溫度。當S撥至“自動”位置時，溫控儀KT自動控制晶閘管的通斷，使爐溫自動保持在設(shè)定溫度上。若爐溫低于設(shè)定溫度，溫控儀KT(調(diào)節(jié)式毫伏溫度計)使常開觸點KT閉合，晶閘管VT4被觸發(fā)，KA得電，使VTl~VT3導通，RL發(fā)熱使爐溫升高。爐溫升至設(shè)定溫度時，溫控儀控制觸點KT斷開，KA失電，VTl~VT3關(guān)斷，停止加熱。待爐溫降至設(shè)定溫度以下時，再次加熱。如此反復，則爐溫被控制在設(shè)定溫度附近的小范圍內(nèi)。由于繼電器線圈KA導通電流不大，故VT4采用小容量的雙向晶閘管即可。各雙向晶閘管的門極限流電阻(R1*、R2*)可由實驗確定，其值以使雙向晶閘管兩端交流電壓減到2~5V為宜，通常為30Ω~3kΩ。2024/12/31電力電子技術(shù)542024/12/31電力電子與變頻技術(shù)55項目三PC主機開關(guān)電源電路2024/12/31電力電子與變頻技術(shù)562024/12/31電力電子與變頻技術(shù)57任務一全控型電力電子器件的應用學習目標：1．認識GTR、MOSFET和IGBT的外形結(jié)構(gòu)、端子和型號。2．會測試GTR、MOSFET和IGBT，會判別器件的端子和好壞。3．通過選擇器件，掌握器件的基本參數(shù)工作任務：1．認識GTR、MOSFET和IGBT的外形結(jié)構(gòu)、端子和型號。2．用萬用表及實驗裝置進行器件的測試。3．器件的選用。相關(guān)知識：

1．大功率晶體管GTR

2024/12/31電力電子與變頻技術(shù)58在電力電子技術(shù)中，GTR主要工作在開關(guān)狀態(tài)。晶體管通常連接稱共發(fā)射極電路，NPN型GTR通常工作在正偏（>0）時大電流導通；反偏（<0）時處于截止的開關(guān)工作狀態(tài)。2024/12/31電力電子與變頻技術(shù)592)GTR的特性與主要參數(shù)與普通的雙極結(jié)型晶體管基本原理是一樣的主要特性是耐壓高、電流大、開關(guān)特性好通常采用至少由兩個晶體管按達林頓接法組成的單元結(jié)構(gòu)采用集成電路工藝將許多這種單元并聯(lián)而成2024/12/31電力電子與變頻技術(shù)602）動態(tài)特性GTR是用基極電流來控制集電極電流的，下圖給出了GTR開通和關(guān)斷過程中基極、集電極電流波形關(guān)系。延遲時間td和上升時間tr，二者之和為開通時間tonts是用來除去飽和導通時儲存在基區(qū)的載流子的，是關(guān)斷時間的主要部分關(guān)斷時需要經(jīng)過儲存時間ts和下降時間tf，兩者之和為關(guān)斷時間toff。GTR的開關(guān)時間在幾微秒以內(nèi)。2024/12/31電力電子與變頻技術(shù)612）GTR的參數(shù)這里主要講述GTR的極限參數(shù)，即最高工作電壓、最大工作電流、最大耗散功率和最高工作結(jié)溫等。①最高工作電壓GTR上所施加的電壓超過規(guī)定值時，就會發(fā)生擊穿。擊穿電壓不僅和晶體管本身特性有關(guān)，還與外電路接法有關(guān)。BUcbo：發(fā)射極開路時，集電極和基極間的反向擊穿電壓。BUceo：基極開路時，集電極和發(fā)射極之間的擊穿電壓。BUcer：實際電路中，GTR的發(fā)射極和基極之間常接有電阻R，這時用BUcer表示集電極和發(fā)射極之間的擊穿電壓。BUces：當R為0，即發(fā)射極和基極短路，用BUces表示其擊穿電壓。BUcex：發(fā)射結(jié)反向偏置時，集電極和發(fā)射極之間的擊穿電壓。其中BUcbo>BUcex>BUces>BUcer>BUceo，實際使用時，為確保安全，最高工作電壓要比BUceo低得多。2024/12/31電力電子與變頻技術(shù)62②集電極最大允許電流IcM

GTR流過的電流過大，會使GTR參數(shù)劣化，性能將變得不穩(wěn)定，尤其是發(fā)射極的集邊效應可能導致GTR損壞。因此，必須規(guī)定集電極最大允許電流值。通常規(guī)定共發(fā)射極電流放大系數(shù)下降到規(guī)定值的1/2～1/3時，所對應的電流Ic為集電極最大允許電流，以IcM表示。實際使用時還要留有較大的安全余量，一般只能用到IcM值的一半或稍多些通常規(guī)定為hFE下降到規(guī)定值的1/2~1/3時所對應的Ic實際使用時要留有裕量，只能用到IcM的一半或稍多一點。③集電極最大耗散功率PcM

集電極最大耗散功率是在最高工作溫度下允許的耗散功率，用PcM表示。它是GTR容量的重要標志。晶體管功耗的大小主要由集電極工作電壓和工作電流的乘積來決定，它將轉(zhuǎn)化為熱能使晶體管升溫，晶體管會因溫度過高而損壞。實際使用時，集電極允許耗散功率和散熱條件與工作環(huán)境溫度有關(guān)。所以在使用中應特別注意值IC不能過大，散熱條件要好。2024/12/31電力電子與變頻技術(shù)63.GTR的二次擊穿現(xiàn)象與安全工作區(qū)一次擊穿集電極電壓升高至擊穿電壓時，Ic迅速增大，出現(xiàn)雪崩擊穿只要Ic不超過限度，GTR一般不會損壞，工作特性也不變

二次擊穿一次擊穿發(fā)生時Ic增大到某個臨界點時會突然急劇上升，并伴隨電壓的陡然下降常常立即導致器件的永久損壞，或者工作特性明顯衰變2024/12/31電力電子與變頻技術(shù)64安全工作區(qū)以直流極限參數(shù)IcM、PcM、UceM構(gòu)成的工作區(qū)為一次擊穿工作區(qū)，如圖4－8所示。以USB（二次擊穿電壓）與ISB（二次擊穿電流）組成的PSB（二次擊穿功率）如圖中虛線所示，它是一個不等功率曲線。以3DD8E晶體管測試數(shù)據(jù)為例，其PcM=100W，BUceo≥200V，但由于受到擊穿的限制，當Uce=100V時，PSB為60W，Uce=200V時PSB僅為28W！所以，為了防止二次擊穿，要選用足夠大功率的管子，實際使用的最高電壓通常比管子的極限電壓低很多。2024/12/31電力電子與變頻技術(shù)65電力場效應晶體管電力場效應晶體管有兩種類型，即結(jié)型和絕緣柵型，但通常指絕緣柵型中的MOS型（MetalOxideSemiconductorFieldEffectTransistor），簡稱電力MOSFET，或者簡稱MOS管，如圖所示。至于結(jié)型電力場效應晶體管一般稱做靜電感應晶體管（SIT），這里主要講電力MOSFET。2024/12/31電力電子與變頻技術(shù)66(1)電力MOSFET的結(jié)構(gòu)MOSFET種類和結(jié)構(gòu)繁多，按導電溝道可分為P溝道和N溝道。N溝道中多數(shù)載流子是電子，P溝道中多數(shù)載流子是空穴。其中每一類又可分為增強型和耗盡型兩種，耗盡型就是當柵源間電壓UGS=0時，漏源極之間就存在導電溝道；增強型就是當UGS>0（N溝道）或UGS<0（P溝道）時才存在導電溝道，電力MOSFET絕大多數(shù)是N溝道增強型。它的三個極分別是：柵極G、源極S、漏極D。2024/12/31電力電子與變頻技術(shù)67電力MOSFET在導通時只有一種極性的載流子（多子）參與導電，是單極型器件。其導電機理與小功率MOS管相同，但結(jié)構(gòu)上有較大區(qū)別。小功率MOS管是一次擴散形成的器件，其導電溝道平行于芯片表面，是橫向?qū)щ娖骷６壳半娏OSFET大都采用了垂直導電結(jié)構(gòu)，所以又稱為VMOSFET。這大大提高了MOSFET器件的耐壓和耐電流能力。(2)工作原理當D、S間加正電壓（漏極為正，源極為負），UGS=0時，P基區(qū)和N漏區(qū)的PN結(jié)J1反偏，D、S之間無電流通過；如果在G、S之間加一正電壓UGS，由于柵極是絕緣的，所以不會有電流流過，但柵極的正電壓會將其下面P區(qū)中的空穴推開，而將P區(qū)中的少子——電子吸引到柵極下面的P區(qū)表面。當UGS大于某一電壓UT時，柵極下P區(qū)表面的電子濃度將超過空穴濃度，從而使P型半導體反型成N型半導體而成為反型層，該反型層形成N溝道而使PN結(jié)J1消失，漏極和源極導電。電壓UT稱開啟電壓或閥值電壓，UGS超過UT越多，導電能力越強，漏極電流

越大。2024/12/31電力電子技術(shù)68(3)電力MOSFET的基本特性1）靜態(tài)特性ID和UGS的關(guān)系曲線反映了輸入電壓和輸出電流的關(guān)系，稱為MOSFET的轉(zhuǎn)移特性。MOSFET的漏極伏安特性，即輸出特性。從圖中可以看出，MOSFET有三個工作區(qū)：截止區(qū)：UGS≤UT，ID=0，這和電力晶體管的截止區(qū)相對應。飽和區(qū)：UGS＞UT，UDS≥UGS-UT，當UGS不變時，ID幾乎不隨UDS的增加而增加，近似為一常數(shù)，故稱飽和區(qū)。2024/12/31電力電子技術(shù)69非飽和區(qū)：UGS＞UT，UDS＜UGS-UT，漏源電壓UDS和漏極電流ID之比近似為常數(shù)。該區(qū)對應于電力晶體管的飽和區(qū)。當MOSFET作開關(guān)應用而導通時即工作在該區(qū)。2）動態(tài)特性2024/12/31電力電子技術(shù)70(4)電力MOSFET的主要參數(shù)除前面已涉及到的跨導

、開啟電壓

以及開關(guān)過程中的個時間參數(shù)外，電力MOSFET還有以下主要參數(shù)：1）漏極電壓UDS它就是MOSFET的額定電壓，選用時必須留有較大安全余量。2）漏極直流電流ID和最大允許電流IDM它就是MOSFET的額定電流，其大小主要受管子的溫升限制。3）柵源電壓UGS柵極與源極之間的絕緣層很薄，承受電壓很低，一般>20V將導致絕緣層擊穿，使用中應加以注意。(5)電力MOSFET的驅(qū)動1）對柵極驅(qū)動電路的要求①能向柵極提供需要的柵壓，以保證可靠開通和關(guān)斷MOSFET。②減小驅(qū)動電路的輸出電阻，以提高柵極充放電速度，從而提高MOSFET的開關(guān)速度。③主電路與控制電路需要電的隔離。

④應具有較強的抗干擾能力，這是由于MOSFET通常工作頻率高、輸入電阻大、易被干擾的緣故。2024/12/31電力電子技術(shù)71(6)MOSFET的保護電路1）防止靜電擊穿電力MOSFET的最大優(yōu)點是具有極高的輸入阻抗，因此在靜電較強的場合難于泄放電荷，容易引起靜電擊穿。防止靜電擊穿應注意以下事項。①在測試和接入電路之前器件應存放在靜電包裝袋，導電材料或金屬容器中，不能放在塑料盒或塑料袋中。取用時應拿管殼部分而不是引線部分。工作人員需通過腕帶良好接地。②將器件接入電路時，工作臺和烙鐵都必須良好接地，焊接時烙鐵應斷電。③在測試器件時，測量儀器和工作臺都必須良好接地。器件的三個電極未全部接入測試儀器或電路前不要施加電壓。改換測試范圍時，電壓和電流都必須先恢復到零。④注意柵極電壓不要過限。2024/12/31電力電子技術(shù)723.絕緣柵雙極晶體管IGBTIGBT的基本結(jié)構(gòu)2024/12/31電力電子技術(shù)73(2)IGBT的工作原理IGBT的驅(qū)動原理與電力MOSFET基本相同，是一種場控器件。其開通和關(guān)斷是由柵極和發(fā)射極間的電壓

決定的，當

為正且大于開啟電壓

時，MOSFET內(nèi)形成溝道，并為晶體管提供基極電流進而使IGBT導通。當柵極與發(fā)射極之間加反向電壓或不加電壓時，MOSFET內(nèi)的溝道消失，晶體管無基極電流，IGBT關(guān)斷。(3)IGBT的基本特性1）靜態(tài)特性

2024/12/31電力電子技術(shù)742）動態(tài)特性(4)IGBT的主要參數(shù)1）集電極—發(fā)射極額定電壓UCES：這個電壓值是廠家根據(jù)器件的雪崩擊穿電壓而規(guī)定的，是柵極—發(fā)射極短路時IGBT能承受的耐壓值，即UCES值小于等于雪崩擊穿電壓。2）柵極—發(fā)射極額定電壓UGES：IGBT是電壓控制器件，靠加到柵極的電壓信號控制IGBT的導通和關(guān)斷，而UGES就是柵極控制信號的電壓額定值。目前，IGBT的UGES值大部分為+20V，使用中不能超過該值。3）額定集電極電流IC：該參數(shù)給出了IGBT在導通時能流過管子的持續(xù)最大電流。2024/12/31電力電子技術(shù)75(5)IGBT的擎住效應和安全工作區(qū)在IGBT內(nèi)部寄生著一個N-PN+晶體管和作為主開關(guān)器件的P+N-P晶體管組成的寄生晶閘管。其中NPN晶體管基極與發(fā)射極之間存在體區(qū)短路電阻，P區(qū)的橫向空穴電流會在該電阻上產(chǎn)生壓降，相當于對J3結(jié)施加一個正偏壓，在額定集電極電流范圍內(nèi)，這個偏壓很小，不足以使J3開通，然而一旦J3開通，柵極就會失去對集電極電流的控制作用，導致集電極電流增大，造成器件功耗過高而損壞。這種電流失控的現(xiàn)象，就像普通晶閘管被觸發(fā)以后，即使撤消觸發(fā)信號晶閘管仍然因進入正反饋過程而維持導通的機理一樣，因此被稱為擎住效應或自鎖效應。引發(fā)擎住效應的原因，可能是集電極電流過大（靜態(tài)擎住效應），也可能是最大允許電壓上升率duCE/dt過大（動態(tài)擎住效應），溫度升高也會加重發(fā)生擎住效應的危險。2024/12/31電力電子技術(shù)76任務二DC/DC變換電路的工作原理分析一、學習目標1．了解DC/DC變換電路的工作原理。2．掌握常用DC/DC變換電路。3．了解脈寬調(diào)制（PWM）控制技術(shù)及其應用。二、工作任務1．能夠區(qū)分直流斬波器種類，會分析其工作原理。2．能夠簡單分析脈寬調(diào)制（PWM）控制技術(shù)及其應用。三、相關(guān)知識開關(guān)電源的核心技術(shù)就是DC/DC變換電路。DC/DC變換電路就是將直流電壓變換成另一固定電壓或可調(diào)的直流電，包括直接直流變流電路和間接直流變流電路。直流斬波電路根據(jù)電路形式的不同可以分為降壓型電路、升壓型電路、升降壓電路、庫克式斬波電路和全橋式斬波電路。2024/12/31電力電子技術(shù)771.基本斬波器的工作原理T=TON+TOFF2024/12/31電力電子技術(shù)78占空比K的改變可以通過改變TON或TOFF來實現(xiàn)，通常斬波器的工作方式有如下三種。維持開關(guān)周期T不變，改變開關(guān)導通時間TON，稱為脈寬調(diào)制工作方式。維持TON不變，改變T，稱為頻率調(diào)制工作方式。T和TON都可調(diào)，使占空比改變，稱為混合型工作方式。2.降壓斬波電路由于k<1，所以Uo<U，即斬波器輸出電壓平均值小于輸入電壓，故稱為降壓斬波電路，也稱為Buck變換器。2024/12/31電力電子技術(shù)793.升壓斬波電路上式中的

≥1，所以，輸出電壓高于電源電壓，故稱該電路為升壓斬波電路，又稱之為Boost變換器。

式中

表示升壓比，調(diào)節(jié)其大小，即可改變輸出電壓

的大小。2024/12/31電力電子技術(shù)802024/12/31電力電子技術(shù)812024/12/31電力電子技術(shù)822024/12/31電力電子技術(shù)832024/12/31電力電子技術(shù)842024/12/31電力電子與變頻技術(shù)85項目四光伏逆變電路分析調(diào)試將直流電能變換成交流電能的過程稱為逆變，完成逆變功能的電路稱為逆變電路，而實現(xiàn)逆變過程的裝置稱為逆變器或逆變裝置。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中使用的逆變器是一種將太陽能電池所產(chǎn)生的直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能的轉(zhuǎn)換裝置，它使轉(zhuǎn)換后的交流電的電壓、頻率、波形等與電力系統(tǒng)交流電的電壓、頻率、波形等相一致，以滿足為各種交流用電裝置、供電設(shè)備及并網(wǎng)發(fā)電的需要。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，逆變器按運行方式，可分為獨立運行(離網(wǎng))逆變器和并網(wǎng)逆變器。在并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)中需要有源逆變器，而在離網(wǎng)獨立型光伏發(fā)電系統(tǒng)中需要無源逆變器。獨立運行逆變器用于獨立運行的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，獨立為負載供電。并網(wǎng)逆變器用于并網(wǎng)運行的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)。2024/12/31電力電子與變頻技術(shù)862024/12/31電力電子與變頻技術(shù)872024/12/31電力電子與變頻技術(shù)88任務一單相逆變電路分析

一、學習目標1.掌握逆變電路的工作原理2.理解逆變電路的形式3.掌握脈寬調(diào)制（PWM）型逆變電路工作原理二、

工作任務1.認識有源及無源逆變電路2.單相橋式有源逆變電路分析調(diào)試三、

相關(guān)知識1．逆變的基本概念和換流方式（1）逆變的基本概念將直流電變換成交流電的電路稱為逆變電路，根據(jù)交流電的用途可以分為有源逆變和無源逆變。有源逆變是把交流電回饋電網(wǎng)，無源逆變是把交流電供給不同頻率需要的負載。2024/12/31電力電子與變頻技術(shù)89（2）逆變電路的換流方式換流實質(zhì)就是電流在由半導體器件組成的電路中不同橋臂之間的轉(zhuǎn)移。常用的電力變流器的換流方式有以下幾種：1）負載諧振換流由負載諧振電路產(chǎn)生一個電壓，在換流時關(guān)斷已經(jīng)導通的晶閘管，一般有串聯(lián)和并聯(lián)諧振逆變電路，或兩者共同組成的串、并聯(lián)諧振逆變電路。2）強迫換流附加換流電路，在換流時產(chǎn)生一個反向電壓關(guān)斷晶閘管。3）器件換流利用全控型器件的自關(guān)斷能力進行換流?，F(xiàn)通用的逆變器采用全控型器件。2024/12/31電力電子與變頻技術(shù)90（3）逆變電路基本工作原理1）S1、S4閉合，S2、S3斷開，輸出uo為正，反之，S1、S4斷開，S2、S3閉合，輸出uo為負，這樣就把直流電變換成交流電。2）改變兩組開關(guān)的切換頻率，可以改變輸出交流電的頻率。3）電阻性負載時，電流和電壓的波形相同。電感性負載時，電流和電壓的波形不相同，電流滯后電壓一定的角度。2024/12/31電力電子與變頻技術(shù)912．單相逆變電路電路根據(jù)直流電源的性質(zhì)不同，可以分為電流型、電壓型逆變電路。（1）電壓型逆變電路（電路圖如圖4-4所示）：電壓型逆變電路的基本特點：1)直流側(cè)并聯(lián)大電容，直流電壓基本無脈動。2)輸出電壓為矩形波，電流波形與負載有關(guān)。3)電感性負載時，需要提供無功。為了有無功通道，逆變橋臂需要并聯(lián)二極管。圖4-4電壓型逆變電路原理圖2024/12/31電力電子與變頻技術(shù)92（2）電流型逆變電路（電路圖如圖4-5所示）電流型逆變電路的基本特點：1）直流側(cè)串聯(lián)大電感，直流電源電流基本無脈動。2）交流側(cè)電容用于吸收換流時負載電感的能量。這種電路換流方式一般有強迫換流和負載換流。3）輸出電流為矩形波，電壓波形與負載有關(guān)。

4）直流側(cè)電感起到緩沖無功能量的作用，晶閘管兩端不需要并聯(lián)二極管。

圖4-5電流型逆變電路原理圖2024/12/31電力電子與變頻技術(shù)933.PWM逆變原理

PWM(PulseWidthModulation)就是脈寬調(diào)制技術(shù)：即通過對一系列脈沖的寬度進行調(diào)制，來等效的獲得所需要的波形（含形狀和幅值),是將直流轉(zhuǎn)換為寬度可變的脈沖序列的技術(shù)。它是中小功率逆變器最為常用的逆變控制形式。（1）面積等效原理沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性環(huán)節(jié)上時，其效果基本相同。沖量為窄脈沖的面積，效果基本相同為環(huán)節(jié)的輸出響應波形基本相同。脈沖形式如圖4-6所示，輸出響應波形如圖4-7,

u(t)－電壓窄脈沖，是電路的輸入,i(t)－輸出電流，是電路的響應。2024/12/31電力電子與變頻技術(shù)942024/12/31電力電子與變頻技術(shù)95(2)脈沖等效正弦波根據(jù)以上思想，可以用脈沖等效正弦波，有以下兩種方法：等寬不等幅如圖4-8所示。等幅不等寬（SPWM）圖4-9所示。2024/12/31電力電子與變頻技術(shù)96目前較普遍采用的是SPWM波形，對于正弦波的負半周，采取同樣的方法，得到PWM波形，因此正弦波一個完整周期的等效PWM波如圖4-10所示。正弦波還可等效為下圖4-11中的PWM波，而且這種方式在實際應用中更為廣泛。2024/12/31電力電子與變頻技術(shù)97（3）單相橋式PWM逆變電路圖4-12為單相橋式PWM逆變電路，Ur為調(diào)制信號波（正弦波），uc為載波（三角波）。下面分析其工作原理。2024/12/31電力電子技術(shù)981）單極性PWM控制方式工作時V1和V2通斷互補，V3和V4通斷也互補。以u0正半周為例，V1通，V2斷，V3和V4交替通斷。同樣Ud負半周，讓V2保持通，V1保持斷，V3和V4交替通斷，uo可得-Ud和零兩種電平。ur正半周，V1保持通，V2保持斷。當ur>uc時使V4通，V3斷，uo=Ud。

當ur<uc時使V4斷，V3通，uo=0

。

ur負半周，請同學們自己分析。波形如圖4-13所示。2024/12/31電力電子技術(shù)992）雙極性PWM控制方式在ur的半個周期內(nèi)，三角波載波有正有負，所得PWM波也有正有負，其幅值只有±ud兩種電平，圖4-14是波形圖。

同樣在調(diào)制信號ur和載波信號uc的交點時刻控制器件的通斷。ur正負半周，對各開關(guān)器件的控制規(guī)律相同。當ur>uc時，給V1和V4導通信號，給V2和V3關(guān)斷信號。如io>0，V1和V4通，如io<0，VD1和VD4通，uo=Ud。

當ur<uc時，給V2和V3導通信號，給V1和V4關(guān)斷信號。如io<0，V2和V3通，如io>0，VD2和VD3通，uo=-Ud

。2024/12/31電力電子技術(shù)100任務二

光伏逆變電路的分析與調(diào)試一、學習目標1.掌握常用光伏逆變電路的形式2.掌握光伏逆變電路的分析及工作原理二、

工作任務1.光伏逆變電路的分析2.單相橋式有源逆變電路分析調(diào)試三、

相關(guān)知識1.并網(wǎng)型逆變器的電路原理并網(wǎng)逆變器是并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心部件。與離網(wǎng)型光伏逆變器相比，并網(wǎng)逆變器不僅要將太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出的直流電轉(zhuǎn)換為交流電，還要對交流電的電壓、電流、波形、頻率、相位與同步等進行控制，還要解決對電網(wǎng)的電磁干擾、自我保護、單獨運行和孤島效應以及最大功率跟蹤等技術(shù)問題，因此對并網(wǎng)型逆變器要有更高的技術(shù)要求。2024/12/31電力電子技術(shù)101(1)并網(wǎng)逆變器的技術(shù)要求1）要求逆變器必須輸出正弦波電流。2）要求逆變器在負載和日照變化幅度較大的情況下均能高效運行。3）要求逆變器能使光伏方陣始終工作在最大功率點狀態(tài)。4）要求具有較高的可靠性。5）要求有較寬的直流電壓輸入適應范圍。2024/12/31電力電子技術(shù)1026）要求逆變器體積小、重量輕，以便于室內(nèi)安裝或墻壁上懸掛7）要求在電力系統(tǒng)發(fā)生停電時，并網(wǎng)光伏系統(tǒng)既能獨立運行，又能防止孤島效應，能快速檢測并切斷向公用電網(wǎng)的供電，防止觸電事故的發(fā)生。待公用電網(wǎng)恢復供電后，逆變器能自動恢復并網(wǎng)供電。(2)并網(wǎng)逆變器的電路原理2024/12/31電力電子技術(shù)103具體工作過程如下：

公用電網(wǎng)的電壓和相位經(jīng)過霍爾傳感器送給微處理器的A／D轉(zhuǎn)換器，微處理器將回饋電流的相位與公用電網(wǎng)的電壓相位做比較，其誤差信號通過PID運算器運算調(diào)節(jié)后送給PWM脈寬調(diào)制器，這就完成了功率因數(shù)為1的電能回饋過程。微處理器完成的另一項主要工作是實現(xiàn)光伏方陣的最大功率輸出。光伏方陣的輸出電壓和電流分別由電壓、電流傳感器檢測并相乘，得到方陣輸出功率，然后調(diào)節(jié)PWM輸出占空比。這個占空比的調(diào)節(jié)實質(zhì)上就是調(diào)節(jié)回饋電壓大小，從而實現(xiàn)最大功率尋優(yōu)。當U的幅值變化時，回饋電流與電網(wǎng)電壓之間的相位角φ也將有一定的變化。由于電流相位已實現(xiàn)了反饋控制，因此自然實現(xiàn)了相位有幅值的解耦控制，使微處理器的處理過程更簡便。2024/12/31電力電子技術(shù)1042)單相并網(wǎng)逆變器電路原理。3)并網(wǎng)逆變器單獨運行的檢測與孤島效應防止。在太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電過程中，由于太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)并網(wǎng)運行，當電力系統(tǒng)由于某種原因發(fā)生異常而停電時，如果太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)不能隨之停止工作或與電力系統(tǒng)脫開，則會向電力輸電線路繼續(xù)供電，這種運行狀態(tài)被形象地稱為“孤島效應”。2024/12/31電力電子技術(shù)105“孤島效應”的發(fā)生會產(chǎn)生嚴重的后果。當電力系統(tǒng)電網(wǎng)發(fā)生故障或中斷供電后，由于光伏發(fā)電系統(tǒng)仍然繼續(xù)給電網(wǎng)供電，會威脅到電力供電線路的修復及維修作業(yè)人員及設(shè)備的安全，造成觸電事故。不僅妨礙了停電故障的檢修和正常運行的盡快恢復，而且有可能給配電系統(tǒng)及一些負載設(shè)備造成損害。因此為了確保維修作業(yè)人員的安全和電力供電的及時恢復，當電力系統(tǒng)停電時，必須使太陽能光伏系統(tǒng)停止運行或與電力系統(tǒng)自動分離(此時太陽能光伏系統(tǒng)自動切換成獨立供電系統(tǒng)，還將繼續(xù)運行為一些應急負載和必要負載供電)。在逆變器電路中，檢測出光伏系統(tǒng)單獨運行狀態(tài)的功能稱為單獨運行檢測。檢測出單獨運行狀態(tài)，并使太陽能光伏系統(tǒng)停止運行或與電力系統(tǒng)自動分離的功能就叫單獨運行停止或孤島效應防止。2024/12/31電力電子技術(shù)106單獨運行檢測功能分為被動式檢測和主動式檢測兩種方式。①被動式檢測方式。被動式檢測方式是通過實時監(jiān)視電網(wǎng)系統(tǒng)的電壓、頻率、相位的變化，檢測因電網(wǎng)電力系統(tǒng)停電向單獨運行過渡時的電壓波動、相位跳動、頻率變化等參數(shù)變化，檢測出單獨運行狀態(tài)的方法。被動式檢測方式有電壓相位跳躍檢測法、頻率變化率檢測法、電壓諧波檢測法、輸出功率變化率檢測法等，其中電壓相位跳躍檢測法較為常用。2024/12/31電力電子技術(shù)107②主動式檢測方式。主動式檢測方式是指由逆變器的輸出端主動向系統(tǒng)發(fā)出電壓、頻率或輸出功率等變化量的擾動信號，并觀察電網(wǎng)是否受到影響，根據(jù)參數(shù)變化檢測出是否處于單獨運行狀態(tài)。主動式檢測方式有頻率偏移方式、有功功率變動方式、無功功率變動方式以及負載變動方式等。較常用的是頻率偏移方式。2024/12/31電力電子技術(shù)1082.光伏逆變器的技術(shù)參數(shù)與選用（1）光伏逆變器的主要性能特點1）離網(wǎng)逆變器主要性能特點

①采用16位單片機或32位DSP微處理器進行控制。

②太陽能充電采用PWM控制模式，大大提高了充電效率。

③采用數(shù)碼或液晶顯示各種運行參數(shù)，可靈活設(shè)置各定值參數(shù)。

④方波、修正波、正弦波輸出波形失真度一般小于5％。

⑤穩(wěn)壓精度高，額定負載狀態(tài)下，輸出精度一般不大于±3％。

⑥具有軟啟動功能，避免對蓄電池和負載的大電流沖擊。

⑦高頻變壓器隔離，體積小、重量輕。

⑧具有輸入接反保護、欠壓保護、過壓保護、過載保護、短路保護、過熱保護功能。2024/12/31電力電子技術(shù)1092）并網(wǎng)逆變器主要性能特點

①功率開關(guān)器件采用新型IPM模塊，大大提高系統(tǒng)效率。

②采用MPPT自尋優(yōu)技術(shù)實現(xiàn)太陽能電池最大功率跟蹤，最大限度地提高系統(tǒng)的發(fā)電量。

③液晶顯示各種運行參數(shù)，人性化界面，可通過按鍵靈活設(shè)置參數(shù)。

④設(shè)置有多種通信接口，可方便地實現(xiàn)上位機監(jiān)控。

⑤具有完善的保護電路，系統(tǒng)可靠性高。

⑥具有較寬的直流電壓輸入范圍。

⑦可實現(xiàn)多臺逆變器并聯(lián)組合運行，簡化光伏電站設(shè)計，使系統(tǒng)能平滑擴容。

⑧具有電網(wǎng)保護裝置，具有防孤島效應保護功能。

⑨并網(wǎng)逆變器利用電網(wǎng)本身可吸收巨大能量的功能，使并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)無需增設(shè)蓄電池，節(jié)省系統(tǒng)投資，減少系統(tǒng)維護。2024/12/31電力電子技術(shù)1102024/12/31電力電子技術(shù)1112024/12/31電力電子技術(shù)1122024/12/31電力電子技術(shù)1132024/12/31電力電子技術(shù)114項目五

變頻器產(chǎn)品與性能本項目旨在介紹通用變頻器的基本結(jié)構(gòu)，變頻器的參數(shù)和控制方式，掌握通用變頻器的安裝，選用和維護方法。任務一、了解變頻器產(chǎn)品一、教學目標：1.了解變頻器的分類與特點。2.了解變頻調(diào)速系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。3.了解變頻器的典型產(chǎn)品與選用二、工作任務：1.了解變頻器的分類與特點2.了解變頻調(diào)速系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)3．熟悉變頻器的典型產(chǎn)品與選用1.變頻器的分類與特點（1）按變換的環(huán)節(jié)分類。

1）交-交變頻器。交-交變頻器是將工頻交流直接變換成頻率電壓可調(diào)的交流（轉(zhuǎn)換前后的相數(shù)相同），又稱直接式變頻器。2）交-直-交變頻器。交-直-交變頻器是先把工頻交流通過整流器變成直流，然后再把直流變換成頻率電壓可調(diào)的交流，又稱間接式變頻器，交-直-交變頻器是目前廣泛應用的通用型變頻器。（2）按直流電源性質(zhì)分類。1）電流源型變頻器。

2）電壓源型變頻器。

3）電壓源型變頻器和電流源型變頻器的特點（3）根據(jù)電壓的調(diào)制方式分類1）脈寬調(diào)制（SPWM）變頻器。脈寬調(diào)制變頻器電壓的大小是通過調(diào)節(jié)脈沖占空比來實現(xiàn)的，中、小容量的通用變頻器幾乎全都采用此類變頻器。2）脈幅調(diào)制（PAM)變頻器。脈幅調(diào)制變頻器電壓的大小是通過調(diào)節(jié)直流電壓幅值來實現(xiàn)的。（4）根據(jù)輸入電源的相數(shù)分類1）三進三出變頻器。三進三出變頻器的輸入側(cè)和輸出側(cè)都是三相交流電。絕大多數(shù)變頻器都屬此類。2）進三出變頻器。單進三出變頻器的輸入側(cè)為單相交流電，輸出側(cè)是三相交流電。家用電器里的變頻器均屬此類，通常容量較小。2.變頻調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速原理和基本基本結(jié)構(gòu)（1）變頻調(diào)速原理電機磁場的轉(zhuǎn)速稱為同步轉(zhuǎn)速，用表示：轉(zhuǎn)差率

轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速（2）變頻調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)成一個變頻調(diào)速系統(tǒng)主要由靜止式變頻裝置、交流電機和控制電路三大部分組成，

按照不同的控制方式，它又可分成以下三種方式：四、實踐指導：1.康沃KVFC+-P系列變頻器該變頻器的主要特點：380V～460V，可設(shè)置電壓/頻率曲線可選擇轉(zhuǎn)矩補償具有自動節(jié)能功能多種失速補償形式，內(nèi)置PI控制功能自動調(diào)整載波頻率瞬時掉電重啟功能2.西門子MicroMaster430標準變頻器變頻器的主要特點：380V～480V±10%，三相，交流；牢固的EMC（電磁兼容）設(shè)計；控制信號的快速響應；3.富士PRENIC-VP系列變頻器該系列變頻器的特點：節(jié)省空間、操作簡便、機型豐富、全球?qū)?；充分發(fā)揮風機、水泵二次方遞減轉(zhuǎn)矩負載特性、節(jié)能、省力；充分挖掘系統(tǒng)應變能力、滿足整體成本下降需要，有利于節(jié)能；4.艾默生EV2000系列高性能變頻器該系列變頻器采用先進的工藝、模塊化設(shè)計，使得變頻器的維護更加方便。中英文液晶操作面板，更加符合中國人的操作習慣。主控板采用表面貼裝工藝，外層涂覆三防漆，防塵、防潮、防霉。采用TI公司最新電機控制專用高速數(shù)字信號處理器，高效完成電機實時控制算法，主回路鏈接采用鍍鎳銅排，防銹蝕。主回路采用最新的智能功率（IPM）模塊，集驅(qū)動、保護和功率變換于一體，大大提高整機可靠性。廣泛用于石油、機械制造、礦業(yè)、水處理/環(huán)保等行業(yè)5.三菱變頻器700系列變頻器(1)FR-D700系列三菱變頻器FR-D700系列變頻器是緊湊型多功能變頻器，該變頻器具有如下特點：1)功率范圍：0.4～7.5KW；2)通用磁通矢量控制，1Hz時150%轉(zhuǎn)矩輸出；3)采用長壽命元器件；4)內(nèi)置Modbus-RTU協(xié)議；5)內(nèi)置制動晶體管；6)擴充PID，三角波功能；7)帶安全停止功能。(2)FR-E700系列三菱變頻器(2)FR-E700系列三菱變頻器FR-E700系列變頻器是經(jīng)濟型高性能變頻器。該系列變頻器具有如下功能特點：1）功率范圍：0.1～15KW；2）先進磁通矢量控制，0.5Hz時200%轉(zhuǎn)矩輸出；3）擴充PID，柔性PWM；4）內(nèi)置Modbus-RTU協(xié)議；5）停止精度提高；6）加選件卡FR-A7NC，可以支持CC-Link通訊；7）加選件卡FR-A7NL，可以支持LONWORKS通訊；8）加選件卡FR-A7ND，可以支持DeveiceNet通訊；9）加選件卡FR-A7NP，可以支持Profibus-DP通訊。任務二、熟悉三菱500系列變頻器一、教學目標：1.了解三菱500系列變頻器的結(jié)構(gòu)和外觀2.了解A500系列三菱變頻器的端子的功能3.了解A500系列變頻器的規(guī)格型號和常用功能二、工作任務：1.認識三菱變頻器的外形結(jié)構(gòu)2.掌握三菱變頻器的面板和蓋板的拆裝方法3.認識三菱變頻器的主控端子4.了解變頻器操作面板各按鍵的意義三、相關(guān)知識：1.三菱A500變頻器的外觀結(jié)構(gòu)在交流調(diào)速系統(tǒng)中，變頻器的作用是將頻率固定（通常為工頻50Hz)的交流電(三相的或單相的）變換成頻率連續(xù)可調(diào)（多數(shù)為0?400Hz)的三相交流電。變頻器的輸入端（R、S、T)接至頻率固定的三相交流電源，輸出端(U、V、W)輸出的是頻率在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)的三相交流電，接至電動機。根據(jù)其功率的大小，從外形上看有盒式結(jié)構(gòu)（0.75?37kW)和柜式結(jié)構(gòu)（45?1500kW)兩種。下圖為FR-A540三菱變頻器的基本接線圖。a)盒式結(jié)構(gòu)b)柜式結(jié)構(gòu)2.三菱A500系列變頻器主電路端子2.三菱A500系列變頻器主電路端子

圖5-11FR-A540變頻器主電路接線端子(1)主電路輸入端子（R、S、T）主電路輸入端子在變頻器的主端子排上的符號為“R、S、T”，它們是變頻器的受電端，使用該端子時要注意以下幾個方面：鏈接電源時應該注意交流電源的等級，但是鏈接時可以不考慮電源相序。2)不要將三相變頻器的輸入端子（R、S、T）連接到單相電源。（2）主電路輸出端子（U、V、W）主電路輸出端子在變頻器的主端子排上的符號為“U、V、W”，它們是變頻器負載的接入端，使用此端子使應該注意以下幾個方面：

1）為確保安全運行，變頻器必須可靠接地。2）變頻器的輸出端子不要連接到單相電源上，不允許連接到電力電容上。（3）控制回路電源端子R1、S1與交流電源端子R、S鏈接，在保持異常顯示和異常輸出時或者當使用高功率因數(shù)轉(zhuǎn)換器時，拆下R-R1和S-S1之間的短路片，通過該端子接入外部電源。（4）外部制動電阻端子P、PR額定容量比較小的變頻器有內(nèi)裝的制動單元和制動電阻，故才有PR端子。如果內(nèi)裝的制動電阻的容量不夠，則需要拆開PR與PX之間的端接片，將較大容量的外部制動電阻選件連接至P和PR之間。（5）制動單元和制動電阻端子P、N大功率的變頻器沒有內(nèi)裝制動電阻。為了增加制動能力,必須外接制動單元選件。制動單元接于P和N端，制動電阻接于P和PR端,動單元與制動電阻間，若采用雙絞線，其間距應小于10m。（6）接地端子E

3.三菱A500系列變頻器的控制電路端子圖5-13控制回路端子圖頻率輸入端子①端子10E、10、2、5、1、4：屬于頻率輸入端子，但是各端子的作用不完全相同，常用的是10、2、5三個端子，一般情況在這三個端子上外接電位計，10端為正電源端+10V，2為中間滑動端子，2為電壓設(shè)定或者電流設(shè)定的公共端，外接電位計給定頻率的電路圖如圖5-14所示。

圖5-14外接頻率給定的電路圖②端子1：輔助頻率設(shè)定信號端子，輸入0～±5VDC或者0～±10VDC時，端子2或者4的頻率設(shè)定信號與該端子信號相加。用參數(shù)單元進行輸入0～±5VDC或者0～±10VDC的切換。輸入阻抗10

允許電壓±20VDC。

③端子4：電流輸入信號端子，輸入電流為DC4～20mA，20mA為最大的輸出頻率，輸入、輸出成比例，只在AU端子信號處于ON時，該輸入端子才有效，輸入阻抗約250該端子允許的最大電流為30mA。④端子10E：電壓輸入端子，輸入電壓為10VDC，允許負荷電流為10mA。2）常用起動信號輸入端子①端子SD：公共端，它是所有開關(guān)量輸入信號的參考點。②端子STF、STR：輸入正反轉(zhuǎn)運行信號。當STF-SD閉合時，為正轉(zhuǎn)命令；當STR-SD閉合時，為反轉(zhuǎn)命令，STF-SD和STR-SD同時閉合時，則減速停止。③端子STOP：起動自保持選擇端子，當STOP處于ON時，可以選擇起動信號自保持。④端子RH、RM、RL：多段速度選擇端子，用這三個端子的組合可以選擇多種不同速度。3）報警輸出端子端子A、B、C為報警輸出端子，當變頻器因保護功能動作時，這三個接點的連接關(guān)系發(fā)生轉(zhuǎn)換，異常時，B-C不導通，正常時B-C間導通。

4.三菱A500系列變頻器面板面板上的各部分名稱及功能簡介如下：（1）Hz-顯示運行頻率，A-顯示運行時的電流值，V