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1、2-1 第第2 2篇篇 電力電子電路拓?fù)潆娏﹄娮与娐吠負(fù)?2-2 2.1 變流電路拓?fù)涓攀鲎兞麟娐吠負(fù)涓攀?電力電子裝置最根本任務(wù)是實現(xiàn)電能的變換，因此電力電子裝置最根本任務(wù)是實現(xiàn)電能的變換，因此 也稱為變換器，其對應(yīng)的電路稱變流電路或變換電也稱為變換器，其對應(yīng)的電路稱變流電路或變換電 路，通常有路，通常有： ACDCDC，DCDCDCDC，DCACDCAC， ACACACAC 變換器最基本的性能要求變換器最基本的性能要求 直流輸出的性能要求直流輸出的性能要求 輸出電壓（流）的大?。红o態(tài)精度 紋波：輸出最大值與最小值的差值 紋波系數(shù)：輸出最大值與最小值的差與輸出平均值的比 交流輸出的性能要求交

2、流輸出的性能要求 交流電的基本要素：波形波形、大小大小、頻率頻率三種。 2-3 2.1 變流電路拓?fù)涓攀鲎兞麟娐吠負(fù)涓攀?波形波形：一般情況要求輸出正弦波，失真度？ 正弦波電壓可表示為：)sin(2)( u tUtu 對于周期性的非正弦波電壓，可分解為傅里葉級數(shù)傅里葉級數(shù)： l基波（fundamental）頻率與工頻相同的分量 l諧波頻率為基波頻率大于1整數(shù)倍的分量 l諧波次數(shù)諧波頻率和基波頻率的整數(shù)比 ln次諧波電流含有率以HRIn（Harmonic Ratio for In）表 示： l電流諧波總畸變率THDi（Total Harmonic distortion）定 義為： %100 1

3、I I HRI n n %100 1 I I THD h i 2-4 2.1 變流電路拓?fù)涓攀鲎兞麟娐吠負(fù)涓攀?大小大?。河捎诮涣麟娛撬矔r變化的，其大小的表示方法可 以用瞬時值瞬時值表示，或用有效值（幅值）有效值（幅值）及相位相位描述； 頻率頻率：交流電輸出正負(fù)變化周期所對應(yīng)的頻率 對交流輸出來說，除了對輸出大小和頻率的精度要求外， 輸出波形的諧波含量小也是一個非常重要的指標(biāo)。 交流輸入側(cè)的性能要求交流輸入側(cè)的性能要求 交流輸入側(cè)一般為電網(wǎng)，其主要考慮的是對電網(wǎng)的影響 應(yīng)盡可能小，因此一般要求功率因數(shù)高、諧波污染小 變換器的動態(tài)性能指標(biāo)變換器的動態(tài)性能指標(biāo) 主要包含變換器在各種擾動條件下輸出的

4、穩(wěn)定性、 超調(diào)量、動態(tài)穩(wěn)定時間等指標(biāo)。 2-5 2.1 變流電路拓?fù)涓攀鲎兞麟娐吠負(fù)涓攀?變換器的主要類型變換器的主要類型 整流電路（整流電路（ ACDC） 二極管不可控橋式整流（往往帶大電容濾波） 單相、三相 晶閘管可控整流 三相大功率場合 開關(guān)電源方式（一般為： ACDC DCDC ） ACDC常采用二極管整流，由DCDC調(diào)節(jié)輸出 諧波及功率因數(shù) 無源LC濾波及補償、PFC電路、PWM整流電路 2-6 2.1 變流電路拓?fù)涓攀鲎兞麟娐吠負(fù)涓攀?直流變換電路（直流變換電路（ DCDC） 非隔離直接變換 6種基本電路：Buck、Boost、Buck-Boost、Cuk、 Sepic、Zeta

5、輸入輸出隔離的直流變換 常用電路：正激式、反激式、半橋、全橋、推挽式 高頻變壓器：鐵芯材料、線圈工藝、效率 輸出級整流 器件：快速恢復(fù)二極管、肖特基二極管、MOSFET 電路：半波、全波、橋式、同步整流、交錯并聯(lián) 2-7 2.1 變流電路拓?fù)涓攀鲎兞麟娐吠負(fù)涓攀?逆變電路（逆變電路（ DCAC） 有源逆變 晶閘管三相橋式可控變流電路、雙橋12脈可控變流電 路 無源逆變 單相逆變：半橋逆變、全橋逆變、推挽逆變電路 三相逆變：三相三橋臂橋式逆變、三相四橋臂橋式逆 變 單相逆變組合、波形重構(gòu)技術(shù)、多電平逆 變 DC變換式逆變：兩臺DC變換器合成 高頻鏈逆變：高頻變實現(xiàn)輸入輸出隔離 2-8 2.1 變

6、流電路拓?fù)涓攀鲎兞麟娐吠負(fù)涓攀?交交變換電路（交交變換電路（ ACAC） 交流調(diào)壓 晶閘管電路：單相交流調(diào)壓、三相交流調(diào)壓 全控器件：斬控式交流調(diào)壓電路 交交變頻 晶閘管電路：三相交交變頻電路 全控器件：矩陣式變換器、雙PWM變流電路 2-9 2.2 整流電路整流電路 ACDC 整流電路有：二極管不可控整流、晶閘管可控整流、整流電路有：二極管不可控整流、晶閘管可控整流、 高頻開關(guān)電源、高頻開關(guān)電源、PWM整流等許多方式整流等許多方式 二極管不可控整流電路二極管不可控整流電路 一般僅為輸入級電路，而非直接輸出帶負(fù)載一般僅為輸入級電路，而非直接輸出帶負(fù)載 單相橋式不可控整流 電容濾波的單相橋式不可

7、控整流 在u2正半周過零點至 t=0期間，因u2ud，故二極管均不導(dǎo)通，電 容C向R放電，提供負(fù)載所需電流。 至 t=0之后，u2將要超過ud，使得VD1和VD4開通，ud=u2，交流電 源向電容充電，同時向負(fù)載R供電。 b) 0 i ud q d p 2p t i,ud a) + R C u1u2 i2 VD1VD3 VD2VD4 i d iCiR ud 2-10 2.2 整流電路整流電路 三相橋式不可控整流 某一對二極管導(dǎo)通時，輸出電壓等于交流側(cè)線電壓中最大的一個， 該線電壓既向電容供電，也向負(fù)載供電。 當(dāng)沒有二極管導(dǎo)通時，由電容向負(fù)載放電，ud按指數(shù)規(guī)律下降。 a)b) O ia ud

8、id ud uabuac 0dq t p p 3 t 結(jié)論：二極管不可控整流，輸出電壓不可控，網(wǎng)側(cè)電流結(jié)論：二極管不可控整流，輸出電壓不可控，網(wǎng)側(cè)電流 與電壓相位基本相同，但為尖峰電流，諧波大。與電壓相位基本相同，但為尖峰電流，諧波大。 電容濾波的三相橋式不可控整流電路及其波形 2-11 2.2 整流電路整流電路 感容濾波的單相橋式不可控整流電路及其工作波形 a) b) u2 ud i2 0 dq p t i2,u2,ud b) c) ia ia O O t t 感容濾波的三相橋式不可控整流 a）電路 b）輕載時的電流波形 c）重載時的電流波形 2-12 2.2 整流電路整流電路 晶閘管可控整

9、流電路晶閘管可控整流電路 主要應(yīng)用于大功率場合：高壓直流輸電、直流傳動、電主要應(yīng)用于大功率場合：高壓直流輸電、直流傳動、電 解、電鍍、蓄電池電極的極板化成電源、解、電鍍、蓄電池電極的極板化成電源、等等 三相全橋6脈波整流電路，如直流傳動系統(tǒng)。 整流變整流變 壓器壓器 三相三相 整流整流 橋橋 輸出電壓可以通過控制晶閘管 的觸發(fā)角來調(diào)節(jié)； 輸出電壓在工頻周期內(nèi)脈動6 次，輸出直流側(cè)諧波含量為 mk（m=6, k=1，2，3.）次; 輸入網(wǎng)側(cè)電流與電壓的相位差 由晶閘管觸發(fā)角決定； 網(wǎng)側(cè)電流諧波含量為：諧波次 數(shù)為mk 1（m=6, k =1，2， 3)次。 2-13 2.2 整流電路整流電路 晶

10、閘管三相12脈整流電路 三相12脈整流電路的工作電流波形 三相12脈波整流電路，它是高壓直流輸電的典型電路。 整流變壓器二次繞組分別采用星形和三角形接法構(gòu)成相 位相差30、大小相等的兩組電壓。 星形 三角形 0 a) b) c) d) ia1 Id 180360 ia2 iab2 iA Id iab2 t t t t 0 0 0 Id 2 3 3 3 Id 3 3 Id Id 3 23 (1+ )Id 3 23 (1+ )Id 3 3 Id 1 3 2-14 2.2 整流電路整流電路 帶平衡電抗器的雙反星形可 控整流電路，適應(yīng)于低壓大 電流電源場合，如：電解 整流變壓器二次側(cè)為兩組匝 數(shù)相同極

11、性相反的繞阻，分 別接成兩組三相半波電路 整流變壓器兩繞組極性相反 的目的是為了消除直流磁通消除直流磁通 勢勢 平衡電抗器是為保證兩組三 相半波整流電路能同時導(dǎo)電。 帶平衡電抗器的 雙反星形可控整流電路 2-15 2.2 整流電路整流電路 電路輸出電壓仍為6脈，但 數(shù)值比三相全橋電路小一 半 電路輸出電流比三相全橋 電路大一倍。 幾種典型的晶閘管觸發(fā)角 時輸出電壓波形如右圖所 示。 當(dāng) =30、60、90時，雙反星形 電路的輸出電壓波形 。 90 。 60 。 30 ud ud ud t O tO tO uaubucuc ua ub ubucuc ua ub ubucuc ua ub 2-16

12、 2.2 整流電路整流電路 晶閘管整流電路的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)晶閘管整流電路的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 為實現(xiàn)對輸出的調(diào)節(jié)與穩(wěn)定控制，一個完整的晶閘管可 控整流電路應(yīng)由主電路、控制電路組成一個閉環(huán)控制系 統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)框圖如下： 三相市電經(jīng)整流變壓器后給晶閘管可控整流電路供電，通過整流獲 得脈動的直流電，然后經(jīng)LC組成的低通濾波器進行濾波后，獲得平 直的直流輸出，該輸出由控制電路采樣并反饋到控制系統(tǒng)，經(jīng)調(diào)節(jié) 產(chǎn)生晶閘管整流電路的觸發(fā)脈沖角，實現(xiàn)對輸出的穩(wěn)定控制。 2-17 2.2 整流電路整流電路 晶閘管整流電路的特點晶閘管整流電路的特點 整流變壓器工作在工頻狀態(tài)，體積大，重量重； 晶閘管采用移相觸發(fā)，網(wǎng)側(cè)諧波電流含量大；

13、 直流輸出由多個脈動波形組成，需要較大的輸出低通濾 波器（濾波電感、電容參數(shù)較大，因此體積大） 輸出精度不高、動態(tài)響應(yīng)慢、紋波系數(shù)大； 網(wǎng)側(cè)諧波主要是由固定頻率的特征諧波組成； 網(wǎng)側(cè)電流與電壓的相位差角等于晶閘管移相角。 2-18 2.2 整流電路整流電路 高頻開關(guān)電源高頻開關(guān)電源 高頻工作的作用高頻工作的作用 調(diào)節(jié)過程快，性能指標(biāo)可以提高； 變壓器、濾波器、磁性元件的體積與重量減小，濾波電 感電容參數(shù)值可減小 變換器功率密度提高 高頻工作引起的問題高頻工作引起的問題 開關(guān)損耗大； 電磁兼容問題突出 電路復(fù)雜，分布參數(shù)影響大，難度增加 2-19 2.2 整流電路整流電路 高頻開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)高頻

14、開關(guān)電源的結(jié)構(gòu) 取消工頻變壓器，采用高頻變壓器 變壓器體積； 電路結(jié)構(gòu)比SCR可控整流復(fù)雜； 通過PWM控制來調(diào)節(jié)高頻DC/DC變換電路的占空比，實 現(xiàn)對輸出的調(diào)節(jié)和穩(wěn)定； 動態(tài)響應(yīng)快，穩(wěn)定精度高，紋波小，體積小，重量輕。 2-20 2.2 整流電路整流電路 高頻變壓器高頻變壓器 鐵芯材料 工頻變：硅鋼片，50Hz，飽和磁密高，電阻率小， 當(dāng)f上升 渦流損耗大，不適于高頻工作 高頻變：鐵芯為軟磁材料，如鐵氧體 鐵芯特點是：飽和磁密低，電阻率高 渦流損耗小，但易飽和，增加氣隙防飽和 變壓器繞組 因為f上升 匝數(shù)下降 ，匝數(shù)太少， 原副耦合度受影響 為提高原副邊 的耦合度，采用“三明治繞法” 2-

15、21 2.2 整流電路整流電路 網(wǎng)側(cè)諧波與功率因數(shù)問題及對策網(wǎng)側(cè)諧波與功率因數(shù)問題及對策 非正弦條件下的功率因數(shù)定義 有功功率有功功率 2 0 1 () 2 Puidt p p 視在功率：視在功率：電壓、電流有效值的乘積，即S=UI 功率因數(shù)功率因數(shù)： 定義為有功功率P和視在功率S的比值，即 S P 畸變系數(shù)：畸變系數(shù)：基波電流有效值和總電流有效值之比 位移因數(shù)：位移因數(shù)：基波電壓與電流相位差角的余弦 功率因數(shù)等于位移因數(shù)位移因數(shù)和畸變系數(shù)畸變系數(shù)的乘積。 2-22 2.2 整流電路整流電路 諧波及功率因數(shù)補償方法諧波及功率因數(shù)補償方法 無源LC濾波補償 設(shè)計設(shè)計LC參數(shù)，使其在待濾諧波的頻率

16、處諧振。因此無源參數(shù)，使其在待濾諧波的頻率處諧振。因此無源 濾波器原理簡單，補償容量大，成本低，運行維護費用低。濾波器原理簡單，補償容量大，成本低，運行維護費用低。 但只能針對特定次諧波，與系統(tǒng)發(fā)生諧振的可能性，工程但只能針對特定次諧波，與系統(tǒng)發(fā)生諧振的可能性，工程 設(shè)計應(yīng)特別注意設(shè)計應(yīng)特別注意 LC濾波器的品質(zhì)因數(shù)選擇要恰當(dāng)，一般在60左右 LC濾波器的參數(shù)設(shè)計應(yīng)考慮基波頻率的允許波動范圍 高次諧波濾波支路的LC參數(shù)，對基波呈容性，即濾波的同時也具有 基波的容性無功補償作用 濾波器參數(shù)的工程設(shè)計應(yīng)注意防止諧振現(xiàn)象發(fā)生 2-23 2.2 整流電路整流電路 功率因數(shù)校正技術(shù)（PFC） 引入功率因

17、數(shù)校正電路，通過對該電路開關(guān)器件的高頻引入功率因數(shù)校正電路，通過對該電路開關(guān)器件的高頻 PWM控制，使網(wǎng)側(cè)電源電流按正弦規(guī)律輪廓變化，并?？刂?，使網(wǎng)側(cè)電源電流按正弦規(guī)律輪廓變化，并保 持與網(wǎng)側(cè)電源電壓同相位，則網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)為持與網(wǎng)側(cè)電源電壓同相位，則網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)為1。當(dāng)然也。當(dāng)然也 可以控制網(wǎng)側(cè)電源電流與電壓保持一定的電角度，使功率可以控制網(wǎng)側(cè)電源電流與電壓保持一定的電角度，使功率 因數(shù)為所需要的值。因數(shù)為所需要的值。 PWM整流技術(shù) 采用全控型開關(guān)器件作為整流電路元件，通過對該電路采用全控型開關(guān)器件作為整流電路元件，通過對該電路 的開關(guān)器件進行高頻的開關(guān)器件進行高頻PWM控制，使網(wǎng)側(cè)電源電流

18、按正弦控制，使網(wǎng)側(cè)電源電流按正弦 規(guī)律輪廓變化，并保持與網(wǎng)側(cè)電源電壓同相位，則網(wǎng)側(cè)功規(guī)律輪廓變化，并保持與網(wǎng)側(cè)電源電壓同相位，則網(wǎng)側(cè)功 率因數(shù)將為率因數(shù)將為1，當(dāng)然也可以控制網(wǎng)側(cè)電源電流與電壓保持，當(dāng)然也可以控制網(wǎng)側(cè)電源電流與電壓保持 一定的電角度，使功率因數(shù)為所需要的值。一定的電角度，使功率因數(shù)為所需要的值。 2-24 2.2 整流電路整流電路 PWM整流電路整流電路 單相橋式PWM整流電路 三相橋式PWM整流電路 以電源電壓 us 為參考相位； 采用電流跟蹤PWM控制，使電源電流 is 按正弦規(guī)律變化; 控制系統(tǒng)的高頻PWM控制，在保持輸出電壓 ud 穩(wěn)定的情 況下，同時使網(wǎng)側(cè)電流正弦且與

19、電壓同相位； 詳細(xì)控制策略將在后面分析。 2-25 2.3 直流變換電路直流變換電路 DCDC 直流電路種類繁多，根據(jù)是否有高頻變壓器隔離措直流電路種類繁多，根據(jù)是否有高頻變壓器隔離措 施，其電路結(jié)構(gòu)也有相應(yīng)的區(qū)別。施，其電路結(jié)構(gòu)也有相應(yīng)的區(qū)別。 非隔離的直流變換電路非隔離的直流變換電路 非隔離直流變換電路不含高頻變壓器，變換電路相對簡單，非隔離直流變換電路不含高頻變壓器，變換電路相對簡單， 變換效率也較高。最基本的電路有變換效率也較高。最基本的電路有6種：種：Buck電路、電路、Boost 電路、電路、Buck-Boost電路、電路、Cuk電路、電路、Sepic電路、電路、Zeta電路電路

20、Buck電路電路 分析時，LC可作為低 通濾波器處理 全控型 器件 續(xù)流二極管 2-26 2.3 直流變換電路直流變換電路 工作原理 降壓斬波電路及波形 設(shè)開關(guān)管V周期性地通斷，其 導(dǎo)通為 ton，關(guān)斷時間為toff，周 期為T，定義占空比為： D=ton / (ton+ toff) = ton / T。 輸出電壓的平均值 Uo為： UoD E 由于0D1，所以輸出電壓小 于輸入電壓的，即降壓斬波； 輸出電壓與輸入電壓同極性。 Buck電路工作特點：電路工作特點：V導(dǎo)通，電源向負(fù)載供電，導(dǎo)通，電源向負(fù)載供電，V關(guān)斷，電關(guān)斷，電 源不供電；源不供電； 2-27 2.3 直流變換電路直流變換電路

21、1 on I LE t 2 0 off I LEU t 12 II 保持輸保持輸 出電壓出電壓 儲存儲存 電能電能 Boost電路電路 工作原理 0, ton：V導(dǎo)通，D截至，電 源給電感L供電，儲能，有： ton, T ：V關(guān)斷，D導(dǎo)通，L釋 放能量，與電源一起向負(fù)載供 電，有： 穩(wěn)定后，應(yīng)有： 由此推導(dǎo)出： 0 1 1 UE D 2-28 2.3 直流變換電路直流變換電路 由于0D1，所以輸出電壓大于輸入電壓的，即升壓斬 波； 輸出電壓與輸入電壓同極性。 電壓升高得原因：電感L儲能使電壓泵升的作用 電容C可將輸出電壓保持住 Boost電路的幾個典型應(yīng)用場所： 1）直流電動機傳動：電機制動時

22、的能量向電源回饋 2）用于單相功率因數(shù)校正（PFC）電路 3）用于其他交直流電源中 Boost電路工作特點：電路工作特點：V導(dǎo)通，電感儲能，不給負(fù)載供導(dǎo)通，電感儲能，不給負(fù)載供 電，電，V關(guān)斷，電感儲能釋放，與電源一起向負(fù)載供電；關(guān)斷，電感儲能釋放，與電源一起向負(fù)載供電； 2-29 2.3 直流變換電路直流變換電路 t t T E i O O b) a) i1 i2 I10 I20 I10 tontoff t O T O E t c) uo io i1i2 t1t2txton toff I20 uo 用于電動機回饋能量的升壓斬波電路及其波形 a）電路圖 b）電流連續(xù)時 c）電流斷續(xù)時 用于直流

23、電動機傳動 當(dāng)電機作制動時，轉(zhuǎn)速 將下降，其反電勢EM 隨著轉(zhuǎn)速的降低而減小， 必有EME ； 要想通過再生制動時把 電能回饋給直流電源， 必須采用升壓電路。 電動機電樞電流連續(xù)和 斷續(xù)兩種工作狀態(tài)。 直流電源的電壓基本是 恒定的，可以不并聯(lián)電 容器。 2-30 2.3 直流變換電路直流變換電路 1 on I LE t 2 0 off I LU t 12 II 圖3-4 升降壓斬波電路 Buck-Boost電路電路 工作原理 0, ton：V導(dǎo)通，D截至，電 源給電感L儲能，C維持輸出 電壓，此時有： ton, T ：V關(guān)斷，D導(dǎo)通，電電感L釋放能量給電容C和 負(fù)載供電，此時有： 電路穩(wěn)定后應(yīng)

24、有： 由此可得： 0 1 D UE D 負(fù)號表示輸入與 輸出反極性； 2-31 2.3 直流變換電路直流變換電路 當(dāng)D0.5時，輸出電壓大于輸入電壓，升壓； 所以：Buck-Boost電路也稱升降壓斬波電路 輸出電壓與輸入電壓反極性。 Buck-Boost電路工作特點：電路工作特點：V導(dǎo)通，電感儲能，不給導(dǎo)通，電感儲能，不給 負(fù)載供電，負(fù)載供電，V關(guān)斷，電感儲能釋放，向負(fù)載供電；關(guān)斷，電感儲能釋放，向負(fù)載供電； 2-32 2.3 直流變換電路直流變換電路 Cuk電路電路 V導(dǎo)通時，D截止，E-L1-V回路和R-L2-C-V回路有電流。 V關(guān)斷時，D導(dǎo)通，E-L1-C-VD回路和R-L2-VD回

25、路有電流。 輸出電壓的極性與電源電壓極性相反。 電路相當(dāng)于開關(guān)S在A、B兩點之間交替切換。 Cuk斬波電路及其等效電路 a） 電路圖 b） 等效電路 2-33 2.3 直流變換電路直流變換電路 穩(wěn)態(tài)時有： 數(shù)量關(guān)系 T ti 0 C 0d V處于通態(tài)的時間ton，則電容電流和時間的乘積為I2ton。 V處于斷態(tài)的時間toff，則電容電流和時間的乘積為I1 toff。 由此可得： off1on2 tItI 1 ttD UEEE tTtD onon o offon 優(yōu)點優(yōu)點（與升降壓斬波電路相比）： 輸入電源電流和輸出負(fù)載電流都是連續(xù)的，且脈動很 小，有利于對輸入、輸出進行濾波。 升降壓斬波，輸入

26、輸出反極性 2-34 2.3 直流變換電路直流變換電路 Sepic斬波電路 1 ttD UEEE tTtD onon o offon Sepic電路電路 工作原理 V導(dǎo)通，D截止，EL1V回路 和C1VL2回路同時導(dǎo)電，L1 和L2貯能; V關(guān)斷，D導(dǎo)通，EL1C1VD負(fù)載負(fù)載回路及L2VD 負(fù)載負(fù)載回路同時導(dǎo)電，此階段E和L1既向負(fù)載供電，同時 也向C1充電（C1貯存的能量在V處于通態(tài)時向L2轉(zhuǎn)移） Sepic電路的電源電流和負(fù)載電流均連續(xù)； 升降壓，輸入輸出同極性。 輸入輸出關(guān)系： 2-35 2.3 直流變換電路直流變換電路 Zeta斬波電路 1 D UE D o Zeta電路電路 工作原

27、理 V導(dǎo)通，D截止，電源E經(jīng)V向電感 L1貯能; 輸入輸出關(guān)系： V關(guān)斷，D導(dǎo)通，則L1VDC1構(gòu)成振蕩回路， L1的能 量轉(zhuǎn)移至C1，能量全部轉(zhuǎn)移至C1上之后，VD關(guān)斷，C1 經(jīng)L2向負(fù)載供電。 Zeta電路的輸入、輸出電流均是斷續(xù)的。 升降壓斬波，輸入輸出同極性 2-36 2.3 直流變換電路直流變換電路 輸入輸出隔離的直流變換電路輸入輸出隔離的直流變換電路 采用高頻變壓器實現(xiàn)輸入與輸出的電氣隔離，常用電路有采用高頻變壓器實現(xiàn)輸入與輸出的電氣隔離，常用電路有5 種：正激變換電路、反激變換電路、半橋變換電路、全橋種：正激變換電路、反激變換電路、半橋變換電路、全橋 變換電路、推挽變換電路變換電

28、路、推挽變換電路 正激變換電路（正激變換電路（Forward） 為Buck插入高頻變壓器后的 變型電路 高頻變壓器繞組N1、N2為 輸入輸出主功率傳送繞組， N3為磁復(fù)位繞組 正激變換電路 2-37 2.3 直流變換電路直流變換電路 正激電路的原理圖 正激電路的理想化波形 S uS iL iS O t t t t U i O O O 開關(guān)S開通后，變壓器繞組W1 兩端的電壓為上正下負(fù)，與其耦 合的W2繞組兩端的電壓也是上 正下負(fù)。因此VD1處于通態(tài)， VD2為斷態(tài)，電感L的電流逐漸 增長； S關(guān)斷后，電感L通過VD2續(xù)流， VD1關(guān)斷。變壓器的勵磁電流經(jīng) N3繞組和VD3流回電源，所以S 關(guān)斷

29、后承受的電壓為： iS U N N u)1 ( 3 1 工作原理 2-38 2.3 直流變換電路直流變換電路 BR BS B H O 磁心復(fù)位過程 變壓器的磁心復(fù)位 on 3 1 rst t N N t 開關(guān)S開通后，變壓器的激磁電流由零 開始，隨時間線性的增長，直到S關(guān)斷。 為防止變壓器的激磁電感飽和，必須設(shè) 法使激磁電流在S關(guān)斷后到下一次再開 通的時間內(nèi)降回零，這一過程稱為變壓變壓 器的磁心復(fù)位器的磁心復(fù)位。 變壓器的磁心復(fù)位時間為 2-39 2.3 直流變換電路直流變換電路 2 oi 1 N UD U N 輸出電壓 當(dāng)輸出濾波電感電流連續(xù) 時，有： 當(dāng)負(fù)載電流較小而導(dǎo)致電感 電流斷續(xù)時，

30、輸出電壓將有 所增加，在負(fù)載空載時達(dá)到 極限的最高電壓為： 2 oi 1 N UU N 2-40 2.3 直流變換電路直流變換電路 反激變換電路（反激變換電路（Flyback） 為Boost插入高頻變壓器后的變 型電路 繞組N1、N2為輸入、輸出主功 率傳送繞組，同名端反向 工作過程： 反激變換電路 S導(dǎo)通，VD關(guān)斷，W1繞組的電 流線性增長，電感儲能增加； S關(guān)斷后，W1繞組的電流被切 斷，變壓器中的磁場能量通過 W2繞組和VD向輸出端釋放。 2-41 2.3 直流變換電路直流變換電路 輸出電壓： 電流連續(xù)模式：當(dāng)S開通時，W2 繞組中的電流尚未下降到零尚未下降到零。輸出 電壓關(guān)系： 電流斷

31、續(xù)模式：S開通前，W2繞 組中的電流已經(jīng)下降到零已經(jīng)下降到零。輸出電 壓高于上述公式的計算值，并隨負(fù) 載減小而升高，在負(fù)載為零的極限 情況下， ，因此反激電路 不應(yīng)工作于負(fù)載開路狀態(tài)。 2 oi 1 1 1 N UU ND o U 2-42 2.3 直流變換電路直流變換電路 工作過程 S1與S2交替導(dǎo)通，變壓器一次側(cè)為 Ui/2的交流電壓。改變開關(guān)的占空 比，就改變二次側(cè)整流電壓ud的平 均值，也就改變了輸出電壓Uo。 S1導(dǎo)通時，二極管VD1處于通態(tài)， S2導(dǎo)通時，二極管VD2處于通態(tài); 當(dāng)兩個開關(guān)都關(guān)斷時，變壓器繞組 N1中的電流為零，VD1和VD2都處于 通態(tài)，各分擔(dān)一半的電流。 S1或

32、S2導(dǎo)通時電感L的電流逐漸上升， 兩個開關(guān)都關(guān)斷時，電感L的電流逐 漸下降。S1和S2斷態(tài)時承受的峰值 電壓均為Ui。 半橋變換電路半橋變換電路 半橋電路原理圖 S1 S2 uS1 uS2 iS1 iS2 iD1 iS2 t T t t t t t t t ton Ui Ui iL iL O O O O O O O O 半橋電路的理想化波形 2-43 2.3 直流變換電路直流變換電路 輸出電壓： 由于電容的隔直作用，半橋電路對 由于兩個開關(guān)導(dǎo)通時間不對稱而造 成的變壓器一次側(cè)電壓的直流分量 有自動平衡作用，因此不容易發(fā)生 變壓器的偏磁和直流磁飽和。 半橋電路原理圖 S1 S2 uS1 uS2

33、iS1 iS2 iD1 iS2 t T t t t t t t t ton Ui Ui iL iL O O O O O O O O 半橋電路的理想化波形 當(dāng)濾波電感L的電流連續(xù)時： 如果輸出電感電流不連續(xù)，輸出電壓 U0將高于上述公式的計算值，并隨負(fù) 載減小而升高，在負(fù)載為零的極限情況 下有： 2 oi 1 N UD U N 2 i 1 2 o U N N U 2-44 2.3 直流變換電路直流變換電路 全橋電路中，互為對角的兩個開關(guān)同同 時時導(dǎo)通，同一側(cè)半橋上下兩開關(guān)交替交替 導(dǎo)通，使變壓器一次側(cè)形成幅值為Ui 的交流電壓，改變占空比就可以改變 輸出電壓。 當(dāng)S1與S4開通后，VD1和VD4

34、處于通態(tài)， 電感L的電流逐漸上升； S2與S3開通后，二極管VD2和VD3處于 通態(tài)，電感L的電流也上升。 當(dāng)4個開關(guān)都關(guān)斷時，4個二極管都處 于通態(tài)，各分擔(dān)一半的電感電流，電 感L的電流逐漸下降。S1和S2斷態(tài)時承 受的峰值電壓均為Ui。 全橋變換電路全橋變換電路 全橋電路原理圖 S1 S2 uS1 uS2 iS1 iS2 iD1 iS2 ton T t t t t t t t t 2Ui 2Ui iL iL O O O O O O O O 全橋電路的理想化波形 2-45 2.3 直流變換電路直流變換電路 l 如果S1、S4與S2、S3的導(dǎo)通時間不 對稱，則交流電壓uT中將含有直流 分量，會

35、在變壓器一次側(cè)產(chǎn)生很大 的直流 分量，造成磁路飽和，因此 全橋電路應(yīng)注意避免電壓直流分量 的產(chǎn)生，也可在一次側(cè)回路串聯(lián)一 個電容，以阻斷直流電流。 輸出電壓： 濾波電感電流連續(xù)時： 輸出電感電流斷續(xù)時，輸出電壓Uo將 高于上述公式的計算值，并隨負(fù)載減 小而升高，在負(fù)載為零的極限情況下： 2 oi 1 2 N UD U N i 1 2 o U N N U 圖 8-23 全橋電路原理圖 S1 S2 uS1 uS2 iS1 iS2 iD1 iS2 ton T t t t t t t t t 2Ui 2Ui iL iL O O O O O O O O 圖 8-24 全橋電路的理想化波形 2-46 2.

36、3 直流變換電路直流變換電路 推挽電路原理圖 S1 S2 uS1 uS2 iS1 iS2 iD1 iS2 ton T t t t t t t t t 2Ui 2Ui iL iL O O O O O O O O 推挽電路的理想化波形 推挽電路中兩個開關(guān)S1和S2交替導(dǎo) 通，在繞組N1和N, ,1兩端分別形成 相位相反的交流電壓。 S1導(dǎo)通時，二極管VD1處于通態(tài)， 電感L的電流逐漸上升。 S2導(dǎo)通時，二極管VD2處于通態(tài)， 電感L電流也逐漸上升。 當(dāng)兩個開關(guān)都關(guān)斷時，VD1和VD2 都處于通態(tài)，各分擔(dān)一半的電流。 S1和S2斷態(tài)時承受的峰值電壓均為 2倍U Ui i。 推挽變換電路推挽變換電路

37、工作過程 2-47 2.3 直流變換電路直流變換電路 推挽電路原理圖 S1 S2 uS1 uS2 iS1 iS2 iD1 iS2 ton T t t t t t t t t 2Ui 2Ui iL iL O O O O O O O O 推挽電路的理想化波形 輸出電壓 S1和S2同時導(dǎo)通，相當(dāng)于變 壓器一次側(cè)繞組短路，因此應(yīng) 避免兩個開關(guān)同時導(dǎo)通。 濾波電感L電流連續(xù)時： 輸出電感電流不連續(xù)時，輸出電壓 Uo將高于上述公式的計算值，并隨 負(fù)載減小而升高，在負(fù)載為零的極 限情況下， 2 oi 1 2 N UD U N i 1 2 o U N N U 2-48 2.3 直流變換電路直流變換電路 Cuk

38、電路的能量耦合電容是實現(xiàn)輸入向輸出負(fù)載輸送能量 的關(guān)鍵 插入隔離變壓器的插入隔離變壓器的Cuk變換電路變換電路 2-49 2.3 直流變換電路直流變換電路 電路 優(yōu)點優(yōu)點 缺點缺點功率范圍功率范圍應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用領(lǐng)域 正激正激 電路較簡單，成本低， 可靠性高，驅(qū)動電路 簡單 變壓器單向激磁， 利用率低 幾百W幾kW 各種中、小功 率電源 反激反激 電路非常簡單，成本 很低，可靠性高，驅(qū) 動電路簡單 難以達(dá)到較大的功率， 變壓器單向激磁，利 用率低 幾W幾十W 小功率電子設(shè)備, 計算機設(shè)備, 消 費電子設(shè)備電源 全橋全橋 變壓器雙向勵磁， 容易達(dá)到大功率 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，有直 通問題，可靠性低，需

39、要 復(fù)雜的多組隔離驅(qū)動電路 幾百W幾百kW 大功率工業(yè)用電 源、焊接電源、 電解電源等 半橋半橋 變壓器雙向勵磁，沒 有變壓器偏磁問題， 開關(guān)較少，成本低 有直通問題，可靠性 低，需要復(fù)雜的隔離 驅(qū)動電路 幾百W幾kW 各種工業(yè)用電源， 計算機電源等 推挽推挽 變壓器雙向勵磁，變壓 器一次側(cè)電流回路中只 有一個開關(guān)，通態(tài)損耗 較小，驅(qū)動簡單 有偏磁問題幾百W幾kW 低輸入電壓的電 源 帶隔離變壓器的各種不同電路的比較 2-50 2.3 直流變換電路直流變換電路 輸出級整流輸出級整流 采用高頻變壓器隔離后的直流變換電路，變壓器副邊的輸采用高頻變壓器隔離后的直流變換電路，變壓器副邊的輸 出級需要再

40、次整流，常用電路有：半波整流、全波整流、出級需要再次整流，常用電路有：半波整流、全波整流、 全橋整流、同步整流等全橋整流、同步整流等 應(yīng)用場合應(yīng)用場合 單端變換電路一般采用半波整流，如：正激式變換器、 反激式變換器； 雙端變換電路常采用全波整流或全橋整流 同步整流電路主要應(yīng)用于超低輸出電壓場合 2-51 2.3 直流變換電路直流變換電路 輸出整流器件輸出整流器件 要求：高頻，管壓降小 器件：肖特基二極管，快速恢復(fù)二極管、MOSFET管 半波整流半波整流 正激變換電路 反激變換電路 2-52 全波整流電路和全橋整流 電路原理圖 2.3 直流變換電路直流變換電路 全波整流全波整流 優(yōu)點：電感L的電

41、流回路中只有 一個二極管壓降，損耗小，而且 整流電路中只需要2個二極管， 元件數(shù)較少。 缺點：二極管斷態(tài)時承受的反壓 較高，對器件耐壓要求較高，而 且變壓器二次側(cè)繞組有中心抽頭， 結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。 適用場合：輸出電壓較低的情況 下（100V）。 2-53 2.3 直流變換電路直流變換電路 a）全波整流電路 b）全橋整流電路 全橋整流全橋整流 優(yōu)點：二極管在斷態(tài)承受 的電壓僅為交流電壓幅值， 變壓器的繞組簡單。 缺點：電感L的電流回路中 存在兩個二極管壓降，損 耗較大，而且電路中需要4 個二極管，元件數(shù)較多。 適用場合：高壓輸出的情 況下。 全波整流電路和全橋整流 電路原理圖 2-54 2.3 直流

42、變換電路直流變換電路 同步整流同步整流 采用MOSFET器件，相 應(yīng)地，也需要驅(qū)動電路， 電路復(fù)雜; 優(yōu)點：當(dāng)電路的輸出電 壓非常低時，可以采用 同步整流電路，利用低 電壓MOSFET具有非常 小的導(dǎo)通電阻的特性降 低整流電路的導(dǎo)通損耗， 進一步提高效率。 同步整流電路 2-55 2.4 逆變電路逆變電路 DCAC 逆變電路分有源逆變、無源逆變兩種方式逆變電路分有源逆變、無源逆變兩種方式 有源逆變電路有源逆變電路 有源逆變電路交流側(cè)和電網(wǎng)連結(jié)。 應(yīng)用場所：直流電機可逆調(diào)速系統(tǒng)、交流線繞電機的串級 調(diào)速、高壓直流輸電 主要源逆變電路：三相全橋可控變流電路、雙橋12脈變流 電路 逆變和整流的區(qū)別逆

43、變和整流的區(qū)別：控制角 不同 0 /2 時，電路工作在整流狀態(tài)。 /2 00時，V12和VD1導(dǎo)通。 i iU U00時，V41和VD4導(dǎo)通。 三電平逆變電路 l以U U相相為例分析工作情況 2-75 2.4 逆變電路逆變電路 線電壓的電平線電壓的電平 相電壓相減得到線電壓。 兩電平逆變電路的輸出線電壓有Ud和0三種 電平。 三電平逆變電路的輸出線電壓有Ud、Ud/2 和0五種電平。 三電平逆變電路輸出電壓諧波可大大少于兩 電平逆變電路。 三電平逆變電路另一突出優(yōu)點：每個主開關(guān) 器件承受電壓為直流側(cè)電壓的一半。 2-76 2.4 逆變電路逆變電路 雙DC變換式逆變電路 DC變換式逆變電路 Cu

44、k等人在1978年根據(jù)推挽電路的工作原理，提出了一 種新型CUK組合式逆變器。 該逆變器由兩組電流可以雙向流動的CUK變換器組成， 負(fù)載跨接在兩組CUK變換器的輸出端。 兩組CUK變換器按照推挽電路工作原理對稱工作，實 現(xiàn)交流電壓的穩(wěn)定輸出。 負(fù)載 DC-DC 變換器 A DC-DC 變換器 B Ub Ua E E sin adcm uuut sin() bdcm uuutp 2sin oabm uuuut 2-77 2.4 逆變電路逆變電路 雙半橋變換 雙DC變換式逆變的典型電路 可用雙Buck、雙Boost、雙Buck-Boost、雙半橋等組成 S1 S2 D1 D2 L1 C1 S3 S

45、4 D4 D3 L2 C2 s u 1 u 2 u + + - - + + - - o u+ -+ - S1 S2 D1 D2 L1 Load C1 S3 S4 D4 D3 L2 C2 s u S1 S2 D1 D2 L1 Load C1 S3 S4 D4 D3 L2 C2 s u S1 S2 D1 D2 L1 Load L2 s u s u f C 雙Buck變換 雙Boost變換 雙Buck-Boost變換 2-78 2.4 逆變電路逆變電路 電壓方向變換 單DC變換式逆變 由單級DCDC變換器 將輸出電壓控制為連續(xù) 的正弦半波 后級將連續(xù)正弦半波進 行換向，使輸出稱為正 負(fù)對稱的正弦波

46、單Buck變換示例如下： 單Buck變換 DC-DCDC-DC 變換器變換器 Load Us 橋式換橋式換 向電路向電路 正弦半波對稱正弦波 Us S1 L C S2 S3 + Uac - S4 S5 + UL - + Uo - D 2-79 2.4 逆變電路逆變電路 高頻鏈逆變電路 為了實現(xiàn)逆變器的高性能和小型化，Espelage 于1977 年提出了可變高頻環(huán)節(jié)逆變技術(shù)新概念 基本原理是將負(fù)載端工頻變壓器的變壓功能轉(zhuǎn)移到直流 環(huán)節(jié)由高頻變壓器實現(xiàn)。解決變壓器體積和重量問題； 當(dāng)然，這也使逆變器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本增加，電路的可 靠性和效率下降。 逆變電路結(jié)構(gòu)如下： HFAC 濾波器 濾波器 D

47、C DC LFAC Load 高頻逆變器 高頻變壓器 整流器 PWM逆變器 2-80 2.5 交流變換電路交流變換電路 ACAC 電路分為交流調(diào)壓電路、交交變頻電路兩種方式電路分為交流調(diào)壓電路、交交變頻電路兩種方式 概述概述 交流調(diào)壓電路：只改變輸出大小，而不改變輸出頻率，主要交流調(diào)壓電路：只改變輸出大小，而不改變輸出頻率，主要 應(yīng)用場所為燈光控制、電機軟啟動、應(yīng)用場所為燈光控制、電機軟啟動、TCR、變壓器一次調(diào)壓、變壓器一次調(diào)壓 移相調(diào)壓方式：晶閘管移相觸發(fā)方式調(diào)節(jié)輸出電壓 斬控調(diào)壓方式：全控開關(guān)器件，PWM方式調(diào)節(jié)輸出電壓 調(diào)功方式：晶閘管通斷方式調(diào)節(jié)輸出功率，（晶閘管過零 觸發(fā)） 交交變

48、頻電路：改變輸出頻率，輸出電壓也可以隨之改變，交交變頻電路：改變輸出頻率，輸出電壓也可以隨之改變， 主要應(yīng)用于大功率電機的變頻調(diào)速主要應(yīng)用于大功率電機的變頻調(diào)速 移相方式：晶閘管移相觸發(fā)方式 矩陣變換方式：全控開關(guān)器件，PWM方式 2-81 的移相范圍應(yīng) 為 特點：諧波大、 功率因數(shù)低 0.6 O u1 u 1 u o i o u VT t O t Ot t O u uG1 G1 u G2 O O t t 阻感負(fù)載單相交流調(diào)壓電路波形 VT1 2.5 交流變換電路交流變換電路 O u1 uo i o u V T t Ot Ot Ot 電阻負(fù)載單相交流調(diào)壓電路波形 交流調(diào)壓電路交流調(diào)壓電路 晶閘

49、管單相交流調(diào)壓 兩個晶閘管反并聯(lián)兩個晶閘管反并聯(lián) 組成調(diào)壓開關(guān)；組成調(diào)壓開關(guān)； 晶閘管采用移相觸晶閘管采用移相觸 發(fā)方式工作；發(fā)方式工作； 輸出電壓隨移相觸輸出電壓隨移相觸 發(fā)角變化；發(fā)角變化； 2-82 斬控式交流調(diào)壓 R L 圖4-7 u1 i1 uo V1 V2 VD 1 VD 2 V3 V4 VD 4 VD 3 斬控式交流調(diào)壓 2.5 交流變換電路交流變換電路 采用全控開關(guān)器件，為采用全控開關(guān)器件，為 雙向開關(guān)雙向開關(guān) 開關(guān)高頻開關(guān)高頻PWM調(diào)制調(diào)制 電源正半周：電源正半周：V1和和V3 互補導(dǎo)通，互補導(dǎo)通，V1斬波，斬波， V3續(xù)流續(xù)流 電源負(fù)半周：電源負(fù)半周：V2和和V4 互補導(dǎo)通

50、，互補導(dǎo)通，V2斬波，斬波， V4續(xù)流續(xù)流 輸出電壓正比于輸出電壓正比于PWM 占空比占空比 雙向開關(guān) 2-83 特點 斬控式交流調(diào)壓電路 波形 2.5 交流變換電路交流變換電路 電源電流的基波分量和 電源電壓同相位，即位 移因數(shù)為1。 電源電流不含低次諧波， 只含和開關(guān)周期T有關(guān) 的高次諧波。 功率因數(shù)接近1。 2-84 2.5 交流變換電路交流變換電路 交流調(diào)功電路 相同點相同點 電路形式完全相同完全相同 不同點不同點 控制方式不同不同 晶閘管觸發(fā)方式：調(diào)壓電路采用移相觸發(fā)，諧波含 量大；調(diào)功電路采用過零觸發(fā)，無工頻諧波污染。 交流調(diào)壓電路在每個電源周期周期都對輸出電壓波形進 行控制。 交

51、流調(diào)功電路是將負(fù)載與交流電源接通幾個周期,在 斷開幾個周期,通過通斷周波數(shù)的比值來調(diào)節(jié)負(fù)載所 消耗的平均功率。 2-85 2.5 交流變換電路交流變換電路 三相交流調(diào)壓電路 三相交流調(diào)壓電路 a) 星形聯(lián)結(jié)b) 線路控制三角形聯(lián)結(jié) c) 支路控制三角形聯(lián)結(jié)d) 中點控制三角形聯(lián)結(jié) 2-86 基本原理：相當(dāng)于三個單 相交流調(diào)壓電路的組合， 三相互相錯開120工作。 基波和3倍次以外的諧波 在三相之間流動，不流過 零線。功率因數(shù)接近1。 問題：三相中3倍次諧波 同相位，全部流過零線。 零線有很大3倍次諧波電 流。 90時，零線電 流甚至和各相電流的有效 值接近。 三相四線運行三相四線運行 三相交流

52、調(diào)壓電路 a) 星形聯(lián)結(jié) 4.1.2 三相交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路 2-87 三相交流調(diào)壓電路 a) 星形聯(lián)結(jié) 4.1.2 三相交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路 任一相導(dǎo)通須和另一相構(gòu)成回 路。 電流通路中至少有兩個晶閘管， 應(yīng)采用雙脈沖或?qū)捗}沖觸發(fā)。 觸發(fā)脈沖順序和三相橋式全控 整流電路一樣，為VT1VT6, 依次相差60。 相電壓過零點定為 的起點， 角移相范圍是0150。 三相三線運行三相三線運行 2-88 4.1.2 三相交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路 a =0時：三管全導(dǎo)通，三相運行在完整正弦波狀態(tài)； 0 a 60：三管導(dǎo)通與兩管導(dǎo)通交替，每管導(dǎo)通 180a 。任一相導(dǎo)通須和另一相構(gòu)成

53、回路。 60 a 90：兩管導(dǎo)通，每管導(dǎo)通120。任一相 導(dǎo)通須和另一相構(gòu)成回路。 90 a 150：兩管導(dǎo)通與無晶閘管導(dǎo)通交替，每 管導(dǎo)通3002a 。 電流諧波次數(shù)為6k1(k=1，2，3，)，和三相橋式全控 整流電路交流側(cè)電流所含諧波的次數(shù)完全相同。 諧波次數(shù)越低，含量越大。 和單相交流調(diào)壓電路相比，沒有3倍次諧波，因三相對稱 時，它們不能流過三相三線電路。 2-89 支路控制三角連接電路支路控制三角連接電路 支路控制三角形聯(lián)結(jié)的三相交流調(diào)壓 4.1.2 三相交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路 由三個單相交流調(diào)壓電路組成，分由三個單相交流調(diào)壓電路組成，分 別在不同的線電壓作用下工作別在不同的線

54、電壓作用下工作。 單相交流調(diào)壓電路的分析方法和 結(jié)論完全適用。 輸入線電流（即電源電流）為與 該線相連的兩負(fù)載相電流之和。 3倍次諧波相位和大小相同，在三角形回路中流動，而不 出現(xiàn)在線電流中。 線電流諧波次數(shù)為6k1(k為正整數(shù))； 在相同負(fù)載和a 角時，線電流中諧波含量少于三相三線星 形電路 2-90 2.5 交流變換電路交流變換電路 交交變頻電路交交變頻電路 晶閘管單相交交變頻 單相交交變頻電路 由由P組和組和N組反并聯(lián)的晶閘組反并聯(lián)的晶閘 管可控整流電路構(gòu)成；管可控整流電路構(gòu)成； 晶閘管采用移相觸發(fā)方式工晶閘管采用移相觸發(fā)方式工 作；作； 觸發(fā)角采用余弦調(diào)制方式，觸發(fā)角采用余弦調(diào)制方式，

55、 使整流輸出電壓的值按接近使整流輸出電壓的值按接近 正弦變化；正弦變化； 輸出電壓頻率由兩組切換頻輸出電壓頻率由兩組切換頻 率決定；率決定； Z P N 輸出電壓平均輸出電壓 圖4-18 O uo uo P=0 P= p 2 P= p 2 t 輸出頻率越低，整流電路分段數(shù)越多，輸出諧波含量越小輸出頻率越低，整流電路分段數(shù)越多，輸出諧波含量越小 2-91 交交變頻的整流和逆變工作狀態(tài)交交變頻的整流和逆變工作狀態(tài) a) 整流 逆變 阻斷 圖4-19 b) P N t t t t t 整流 逆變 阻斷 O O O O O uo,iouo io t1t2t3t4t5 uouP uN uo iP iN

56、uPuNuo io iNiP 2.5 交流變換電路交流變換電路 交交變頻電路理想化，可等效成正 弦波交流電源和二極管的串聯(lián)。 設(shè)負(fù)載阻抗角為 ，則輸出電流滯后 輸出電壓 角。 兩組變流電路采取無環(huán)流工作方式， 即一組變流電路工作時，封鎖另一 組變流電路的觸發(fā)脈沖。 哪一組工作由io方向決定，與uo極性 無關(guān)。 工作在整流還是逆變，則根據(jù)uo方 向與io方向是否相同確定。 2-92 當(dāng)uo和io的相位差小于90時，一周期內(nèi)電網(wǎng)向負(fù)載提供能量 的平均值為正，電動機工作在電動狀態(tài)。 當(dāng)二者相位差大于90時，一周期內(nèi)電網(wǎng)向負(fù)載提供能量的平 均值為負(fù)，電網(wǎng)吸收能量，電動機為發(fā)電狀態(tài)。 考慮無環(huán)流工作方式

57、下io過零的死區(qū)時間，一周期可分為6段。 1 O O 2 34 5 6 圖4-20 uo io t t 圖4-20 單相交交變頻電路輸出電壓和電流波形 第1段 io 0，反組逆變 第2段 電流過零，為無環(huán)流死區(qū)第3段 io 0， uo 0，正組整流 第4段 io 0， uo 0，正組逆變 第5段 又是無環(huán)流死區(qū) 第6段 io 0， uo 0，為反組整流 2.5 交流變換電路交流變換電路 2-93 晶閘管交交變頻電路的特點晶閘管交交變頻電路的特點 2.5 交流變換電路交流變換電路 輸出頻率有限制，當(dāng)采用6脈波三相橋式電路時，不高于 電網(wǎng)頻率的1/31/2。電網(wǎng)頻率為50Hz時，約為20Hz。 輸

58、出電壓的諧波頻譜非常復(fù)雜，既和電網(wǎng)頻率f fi i以及變流 電路的脈波數(shù)有關(guān)，也和輸出頻率f fo o有關(guān)。采用三相橋時， 輸出電壓所含主要諧波的頻率為： 6fifo，6fi3fo，6fi5fo， 12fifo，12fi3fo，12fi5fo， 輸入電流相位滯后于輸入電壓，輸入功率因數(shù)低。 輸入電流波形諧波含量大，且頻譜復(fù)雜，含： oiin 216lffkf oiin 2kfff 2-94 2.5 交流變換電路交流變換電路 晶閘管三相交交變頻 由三組輸出電壓相位各差120的單相交交變頻電路組成。 應(yīng)用于大功率交流電機調(diào)速系統(tǒng)。 公共交流母線進線方式輸出星形聯(lián)結(jié)方式 2-95 2.5 交流變換電

59、路交流變換電路 基本思路 各相輸出的是相電壓，而加在負(fù)載上的是線電壓。 在各相電壓中疊加同樣的直流分量或3倍于輸出頻 率的諧波分量，它們都不會在線電壓中反映出來， 因而也加不到負(fù)載上。利用這一特性可以使輸入功 率因數(shù)得到改善并提高輸出電壓。 直流偏置 負(fù)載電動機低速運行時，變頻器輸出電壓很低，各 組橋式電路的角都在90附近，因此輸入功率因 數(shù)很低。 給各相輸出電壓疊加上同樣的直流分量，控制角 將減小，但變頻器輸出線電壓并不改變。 改善輸入功率因數(shù)的方式改善輸入功率因數(shù)的方式 2-96 梯形波輸出控制方式。 使三組單相變頻器的輸出均 為梯形波（也稱準(zhǔn)梯形波）， 主要諧波成分是三次諧波。 在線電壓

60、中三次諧波相互抵消， 線電壓仍為正弦波。 因為橋式電路較長時間工作在高輸出電壓區(qū)域（即梯形 波的平頂區(qū)），角較小，因此輸入功率因數(shù)可提高 15%左右。 圖4-20正弦波輸出控制方式中，最大輸出正弦波相電 壓的幅值為Ud0。 在同樣幅值的情況下，梯形波中的基波幅值可提高15% 左右。 uAN的基波分量 圖4-27 u O t uAB uAN uBN 梯形波控制方式的理想輸出電壓波形 2.5 交流變換電路交流變換電路 交流偏置 2-97 晶閘管交交變頻電路的優(yōu)缺點 交交變頻電路的優(yōu)點優(yōu)點： 效率較高（一次變流），可方便地實現(xiàn)四象限工作， 低頻輸出波形接近正弦波 交交變頻電路的缺點缺點： 接線復(fù)雜，