《電力電子技術(shù)》講義

1、電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第2頁(yè) 目錄引言引言電力電子器件電力電子器件電力電子電路電力電子電路脈寬調(diào)制（脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)和軟開(kāi)關(guān)技術(shù)技術(shù)和軟開(kāi)關(guān)技術(shù)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第3頁(yè)引引 言言什么是電力電子技術(shù)？電力電子技術(shù)的發(fā)展史電力電子技術(shù)的發(fā)展史電力電子技術(shù)的應(yīng)用電力電子技術(shù)的應(yīng)用電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第4頁(yè)1.1.什么是電力電子技術(shù)什么是電力電子技術(shù)電子技術(shù)電子技術(shù): 信息電子技術(shù)信息電子技術(shù) 電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)信息電子技術(shù)信息電子技術(shù) 模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)。（主要進(jìn)行信息處理）電力電子技術(shù)電力電子技術(shù) 應(yīng)用于電

2、力領(lǐng)域的電子技術(shù)，使用電力電子器件對(duì)電能進(jìn)行變換和控制的技術(shù)。（主要進(jìn)行電力變換） 電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第5頁(yè)電力電子技術(shù)兩個(gè)分支電力電子技術(shù)兩個(gè)分支變流技術(shù)（電力電子器件應(yīng)用技術(shù)）變流技術(shù)（電力電子器件應(yīng)用技術(shù)）用電力電子器件構(gòu)成電力變換電路和對(duì)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)的核心核心電力電子器件制造技術(shù)電力電子器件制造技術(shù)電力電子技術(shù)的基礎(chǔ)基礎(chǔ)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第6頁(yè)變流技術(shù)變流技術(shù)電力交流和直流兩種從公用電網(wǎng)直接得到的是交流，從蓄電池和干電池得到的是直流電力變換四大基本類型 交流變直流、直流變交流、直流變直流和交流變

3、交流進(jìn)行電力變換的技術(shù)稱為變流技術(shù)變流技術(shù)輸入輸出交流直流直流整流直流斬波交流交流電力控制變頻、變相逆變電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第7頁(yè)描述電力電子學(xué)的倒三角形描述電力電子學(xué)的倒三角形電力電力電子技術(shù)電子技術(shù)電子學(xué)電子學(xué)電力學(xué)電力學(xué)控制控制理論理論連續(xù)、離散 電路、器件靜止器、旋轉(zhuǎn)電機(jī) 電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第8頁(yè)2. 2. 電力電子技術(shù)的發(fā)展史電力電子技術(shù)的發(fā)展史 電力電子器件的發(fā)展對(duì)電力電子技術(shù)的發(fā)展起著決定性的作用，因此，電力電子技術(shù)的發(fā)展史是以電力電子器件的發(fā)展史為綱的。電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第9頁(yè)1904年出現(xiàn)了電子管 能在真空中對(duì)電子流進(jìn)行控制

4、，并應(yīng)用于通信和無(wú)線電，從而開(kāi)了電子技術(shù)之先河。電動(dòng)機(jī)直流發(fā)電機(jī)組和水銀整流器 廣泛用于電化學(xué)工業(yè)、電氣鐵道直流變電所以及軋鋼用直流電動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)，甚至用于直流輸電等。 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。電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第10頁(yè)晶閘管 1957年美國(guó)通用電氣公司研制出第一個(gè)晶閘管，這標(biāo)志著電電力電子技術(shù)的誕生。力電子技術(shù)的誕生。 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。工業(yè)的迅速發(fā)展也有力地推動(dòng)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。全控型器件（復(fù)

5、合型器件） 80年代后期開(kāi)始，以絕緣柵極雙極型晶體管（IGBT）為代表的全控型器件因驅(qū)動(dòng)功率小、開(kāi)關(guān)速度快、載流能力大等得到迅猛的發(fā)展。 電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第11頁(yè)3. 3. 電力電子技術(shù)的應(yīng)用電力電子技術(shù)的應(yīng)用1）一般工業(yè)）一般工業(yè) 2）交通運(yùn)輸）交通運(yùn)輸3）電力系統(tǒng)）電力系統(tǒng)4）電子裝置用電源）電子裝置用電源5）家用電器）家用電器6）其他（）其他（不間斷電源（UPS）、航天飛行器中的各 種電子儀器所需電源） 電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第12頁(yè) 電力電子器件概述電力電子器件電力電子器件器件輔助電路電力電子器件器件的串聯(lián)和并聯(lián)使用電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)

6、第13頁(yè)概述 電力電子器件的概念和特征電力電子器件的概念和特征 電力電子器件的分類電力電子器件的分類 電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第14頁(yè)電力電子器件的概念和特征電力電子器件的概念和特征電力電子器件電力電子器件 可直接用于處理電能的主電路中，實(shí)現(xiàn)電能的變換或控制的電子器件。同處理信息的電子器件相比，電力電子器件的一般特征電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第15頁(yè)同處理信息的電子器件相比，電力電子同處理信息的電子器件相比，電力電子 器件的一般特征器件的一般特征1.能處理電功率的大小，即承受電壓和電流 的能力。2.電力電子器件一般都工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)。3.實(shí)用中，電力電子器件往往需要由信息電

7、子電路來(lái)控制。4.為保證不致于因損耗散發(fā)的熱量導(dǎo)致器件溫 度過(guò)高而損壞，不僅在器件封裝上講究散熱設(shè)計(jì)，在其工作時(shí)一般都要安裝散熱器。電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第16頁(yè)電力電子器件的分類電力電子器件的分類(1) 半控型器件通過(guò)控制信號(hào)可以控制其導(dǎo) 通而不能控制其關(guān)斷。(2) 全控型器件通過(guò)控制信號(hào)既可控制其導(dǎo)通又可控制其關(guān)斷，又稱自關(guān)斷器件。(3) 不可控器件不可控器件不能用控制信號(hào)來(lái)控制其通不能用控制信號(hào)來(lái)控制其通斷。斷。 電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第17頁(yè)電力電子器件按照器件內(nèi)部電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)按照器件內(nèi)部電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電的情況分為三類：電的情況分為

8、三類：?jiǎn)螛O型器件由一種載流子參與導(dǎo)電的器件。（電力MOSFET和SIT）雙極型器件由電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電的器件。（電力二極管、晶閘管、GTO、GTR和SITH ）復(fù)合型器件由單極型器件和雙極型器件集成混合而成的器件。 （ IGBT和MCT ）電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第18頁(yè) 電力電子器件的分類1.1.不可控器件不可控器件電力二極管電力二極管2.2.半控型器件半控型器件晶閘管晶閘管3. 典型全控型器件典型全控型器件 （1 1）門極可關(guān)斷晶閘管門極可關(guān)斷晶閘管 （2 2）電力晶體管電力晶體管 （3 3）電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管 （4 4）絕緣柵雙極晶體管絕緣柵雙極晶體管

9、 電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第19頁(yè)電力電子器件器件輔助電路1.1.電力電子器件器件的驅(qū)動(dòng)電力電子器件器件的驅(qū)動(dòng)2.2.電力電子器件器件的保護(hù)電力電子器件器件的保護(hù)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第20頁(yè)1.1.電力電子器件器件的驅(qū)動(dòng)電力電子器件器件的驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電路主電路與控制電路之間的接口使電力電子器件工作在較理想的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，縮短開(kāi)關(guān)時(shí)間，減小開(kāi)關(guān)損耗，對(duì)裝置的運(yùn)行效率、可靠性和安全性都有重要的意義對(duì)器件或整個(gè)裝置的一些保護(hù)措施也往往設(shè)在驅(qū)動(dòng)電路中，或通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電路的基本任務(wù)驅(qū)動(dòng)電路的基本任務(wù)：將信息電子電路傳來(lái)的信號(hào)按控制目標(biāo)的要求，轉(zhuǎn)換為加在電力電子器件控制

10、端和公共端之間，可以使其開(kāi)通或關(guān)斷的信號(hào) 對(duì)半控型器件只需提供開(kāi)通控制信號(hào)對(duì)全控型器件則既要提供開(kāi)通控制信號(hào)，又要提供關(guān)斷控制信號(hào)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第21頁(yè)2.2.電力電子器件器件的保護(hù)電力電子器件器件的保護(hù)（1 1）電力電子器件器件的過(guò)電壓保護(hù)）電力電子器件器件的過(guò)電壓保護(hù)（2 2）電力電子器件器件的過(guò)電流保護(hù)）電力電子器件器件的過(guò)電流保護(hù)（3 3）緩沖電路）緩沖電路 電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第22頁(yè)電力電子器件器件的串聯(lián)和并聯(lián)使用1.晶閘管的串聯(lián)晶閘管的串聯(lián)目的目的：當(dāng)晶閘管額定電壓小于要求時(shí)，可以串聯(lián)問(wèn)題問(wèn)題：理想串聯(lián)希望器件分壓相等，但因特性差異，使器件電

11、壓分配不均勻靜態(tài)不均壓：串聯(lián)的器件流過(guò)的漏電流相同，但因靜態(tài)伏安特性的分散性，各器件分壓不等承受電壓高的器件首先達(dá)到轉(zhuǎn)折電壓而導(dǎo)通，使另一個(gè)器件承擔(dān)全部電壓也導(dǎo)通，失去控制作用反向時(shí)，可能使其中一個(gè)器件先反向擊穿，另一個(gè)隨之擊穿電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第23頁(yè)靜態(tài)均壓措施靜態(tài)均壓措施 選用參數(shù)和特性盡量一致的器件 采用電阻均壓，Rp的阻值應(yīng)比器件阻斷時(shí)的正、反向電阻小得多。圖1-41晶閘管的串聯(lián)a)伏安特性差異b)串聯(lián)均壓措施b)a)圖1-41RCRCVT1VT2RPRPIOUUT1IRUT2VT1VT2電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第24頁(yè)動(dòng)態(tài)均壓措施動(dòng)態(tài)均壓措施動(dòng)態(tài)不均壓

12、由于器件動(dòng)態(tài)參數(shù)和特性的差異造成的不均壓動(dòng)態(tài)均壓措施：選擇動(dòng)態(tài)參數(shù)和特性盡量一致的器件。用RC并聯(lián)支路作動(dòng)態(tài)均壓。采用門極強(qiáng)脈沖觸發(fā)可以顯著減小器件開(kāi)通時(shí)間 上的差異。電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第25頁(yè)2.2.晶閘管的并聯(lián)晶閘管的并聯(lián)目的目的：多個(gè)器件并聯(lián)來(lái)承擔(dān)較大的電流。問(wèn)題問(wèn)題：會(huì)分別因靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性參數(shù)的差異而電流分配不均勻。 均流措施均流措施 挑選特性參數(shù)盡量一致的器件。 采用均流電抗器。 用門極強(qiáng)脈沖觸發(fā)也有助于動(dòng)態(tài)均流。 當(dāng)需要同時(shí)串聯(lián)和并聯(lián)晶閘管時(shí)，通常采用先串后并的方法聯(lián)接。 電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第26頁(yè) 電力電子電路電力電子電路1.整流電路2.直流斬

13、波電路3.交流變流電路4. 逆變電路電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第27頁(yè)1.整流電路（1）單相可控整流電路（2）三相可控整流電路（3）整流電路的有源逆變工作狀態(tài)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第28頁(yè) 單相可控整流電路1.單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路2.2.單相橋式全控整流電路單相橋式全控整流電路3.3.單相全波可控整流電路單相全波可控整流電路4.4.單相橋式半控整流電路單相橋式半控整流電路電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第29頁(yè)1.1.單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路v交流側(cè)接單相電源v重點(diǎn)注意重點(diǎn)注意：工作原理（波形分析）、定量計(jì)算、不同負(fù)載的影響。1）

14、帶電阻負(fù)載的工作情況）帶電阻負(fù)載的工作情況 變壓器T起變換電壓和隔離的作用電阻負(fù)載的特點(diǎn)電阻負(fù)載的特點(diǎn)：電壓與電流成正比，兩者波形相同 TVTR0a)u1u2uVTudidt12ttttu2uguduVT0b)c)d)e)00圖2-1 單相半波可控整流電路及波形電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第30頁(yè)基本數(shù)量關(guān)系基本數(shù)量關(guān)系 直流輸出電壓平均值為 VT的 移相范圍為180這種通過(guò)控制觸發(fā)脈沖的相位來(lái)控制直流輸出電壓大小的方式稱為相位控制方式相位控制方式，簡(jiǎn)稱相控方式。相控方式。2cos145. 0)cos1 (22)(sin221222dUUttdUU電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第

15、31頁(yè)2）帶阻感負(fù)載的工作情況）帶阻感負(fù)載的工作情況阻感負(fù)載的特點(diǎn)阻感負(fù)載的特點(diǎn)： 電感對(duì)電流變化有抗拒作用，使得流過(guò)電感的電流不能發(fā)生突變電力電子電路的一種基本分電力電子電路的一種基本分析方法析方法 通過(guò)器件的理想化，將電路簡(jiǎn)化為 分段線性電路，分段進(jìn)行分析計(jì)算a)u1TVTRLu2uVTudidu20t12tttttug0ud0id0uVT0b)c)d)e)f)+ + + 圖2-2 帶阻感負(fù)載的 單相半波電路及其波形 電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第32頁(yè)2.2.單相橋式全控整流電路單相橋式全控整流電路1）帶電阻負(fù)載的工作情況）帶電阻負(fù)載的工作情況工作原理及波形分析工作原理及波形分析

16、 VT1和VT4組成一對(duì)橋臂，在u2正半周承受電壓u2，得到觸發(fā)脈沖即導(dǎo)通，當(dāng)u2過(guò)零時(shí)關(guān)斷。 VT2和VT3組成另一對(duì)橋臂，在u2正半周承受電壓-u2，得到觸發(fā)脈沖即導(dǎo)通，當(dāng)u2過(guò)零時(shí)關(guān)斷。RTu1u2a)i2abVT1VT3VT2VT4udidttt000i2udidb)c)d)ud(id)uVT1,4圖2-5 單相全控橋式帶電阻負(fù)載時(shí)的電路及波形電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第33頁(yè)2）帶阻感負(fù)載的工作情況）帶阻感負(fù)載的工作情況 為便于討論，假設(shè)電路已工作于穩(wěn)態(tài)，id的平均值不變。假設(shè)負(fù)載電感很大，負(fù)載電流id連續(xù)且波形近似為一水平線 u2過(guò)零變負(fù)時(shí)，由于電感的作用晶閘管VT1和V

17、T4中仍流過(guò)電流id，并不關(guān)斷 至t=+a 時(shí)刻，給VT2和VT3加觸發(fā)脈沖，因VT2和VT3本已承受正電壓，故兩管導(dǎo)通TabRLa)u1u2i2VT1VT3VT2VT4udidu2OtOtOtudidi2b)OtOtuVT1,4OtOtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4圖2-6 單相全控橋帶阻感負(fù)載時(shí)的電路及波形 電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第34頁(yè)3） 帶反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載時(shí)的工作情況 在|u2|E時(shí)，才有晶閘管承受正電壓，有導(dǎo)通的可能。導(dǎo)通之后，ud=u2， ，直至|u2|=E，id即降至0使得晶閘管關(guān)斷，此后ud=E與電阻負(fù)載時(shí)相比，晶閘管提前了電角度停止導(dǎo)電，稱為停止導(dǎo)電

18、角。在a 角相同時(shí)，整流輸出電壓比電阻負(fù)載時(shí)大。a)b)REidudidOEudtIdOt圖2-7 單相橋式全控整流電路接反電動(dòng)勢(shì)電阻負(fù)載時(shí)的電路及波形 212sinUE 電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第35頁(yè)3.3.單相全波可控整流電路單相全波可控整流電路a)b)u1TRu2u2i1VT1VT2ududi1OOtt圖2-9 單相全波可控整流電路及波形 單相全波與單相全控橋從直流輸出端或從交流輸入端看均是基本一致的。與單相全控橋的區(qū)別與單相全控橋的區(qū)別 （1）單相全波中變壓器結(jié)構(gòu) 較復(fù)雜，繞組及鐵芯對(duì)銅、 鐵等材料的消耗多。 （2）單相全波只用2個(gè)晶閘管，比單相全控橋少2個(gè)，相應(yīng)地，門極

19、驅(qū)動(dòng)電路也少2個(gè)；但是晶閘管承受的最大電壓為，是單相全控橋的2倍。 （3）單相全波導(dǎo)電回路只含1個(gè)晶閘管，比單相橋少1個(gè)，因而管壓降也少1個(gè)。 電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第36頁(yè)4.4.單相橋式半控整流電路單相橋式半控整流電路單相全控橋中，每個(gè)導(dǎo)電回路中有2個(gè)晶閘管，為了對(duì)每個(gè)導(dǎo)電回路進(jìn)行控制，只需1個(gè)晶閘管就可以了，另1個(gè)晶閘管可以用二極管代替，從而簡(jiǎn)化整個(gè)電路。如此即成為單相橋式半控整流電路單相橋式半控整流電路續(xù)流二極管的作用續(xù)流二極管的作用 避免了某一個(gè)晶閘管持續(xù)導(dǎo)通從而導(dǎo)致失控的現(xiàn)象。a)TabRLOb)u2i2udidVT1VT2VD3VD4VDRu2OudidIdOOOO

20、Oi2IdIdIdIdIdtttttttiVT1iVD4iVT2iVD3iVDR 圖2-10 單相橋式半控整流電路，有續(xù)流二極管，阻感負(fù)載時(shí)的電路及波形 電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第37頁(yè) 三相可控整流電路1.1.三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路2.2.三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路 電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第38頁(yè)1.1.三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路負(fù)載容量較大，或要求直流電壓脈動(dòng)較小、易濾波時(shí)用?；镜氖侨喟氩煽卣麟娐罚鄻蚴饺卣麟娐窇?yīng)用最廣 。1）電阻負(fù)載）電阻負(fù)載 電路的特點(diǎn)： 變壓器二次側(cè)接成星形得到零線，而一次側(cè)接成三

21、角形避免3次諧波流入電網(wǎng)。 三個(gè)晶閘管分別接入a、b、c三相電源，其陰極連接在一起共陰極接法 。a)b)c)d)e)f)u2abcTRudidVT2VT1VT3uaubuc =0Ot1t2t3uGOudOOuabuacOiVT1uVT1ttttt圖2-12 三相半波可控整流電路共陰極接法電阻負(fù)載時(shí)的電路及a =0時(shí)的波形 電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第39頁(yè) =30 時(shí)的波形時(shí)的波形 負(fù)載電流處于連續(xù)和斷續(xù)之間的臨界狀態(tài) =30u2uaubucOtOtOtOtOtuGuduabuact1iVT1uVT1uac圖2-13 三相半波可控整流電路，電阻負(fù)載， =30時(shí)的波形 30 的情況的情

22、況特點(diǎn)：負(fù)載電流斷續(xù)，晶閘管導(dǎo)通角小于120 tttt =60u2uaubucOOOOuGudiVT1圖2-14 三相半波可控整流電路，電阻負(fù)載， =60時(shí)的波形 電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第40頁(yè)2） 阻感負(fù)載阻感負(fù)載特點(diǎn)：阻感負(fù)載，L值很大，id波形基本平直a30時(shí)：整流電壓波形與電阻負(fù)載時(shí)相同a 30時(shí)（如a=60時(shí)的波形如圖2-16所示） u2過(guò)零時(shí)，VT1不關(guān)斷，直到VT2的脈沖到來(lái)，才換流，由VT2導(dǎo)通向負(fù)載供電，同時(shí)向VT1施加反壓使其關(guān)斷ud波形中出現(xiàn)負(fù)的部分阻感負(fù)載時(shí)的移相范圍為90abcTRLu2udeLidVT1VT2VT3udiauaubucibiciduac

23、uabuacOtOtOtOtOtOtuVT1圖2-16 三相半波可控整流電路，阻感負(fù)載時(shí)的電路及 =60時(shí)的波形 電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第41頁(yè)2.2.三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路bacTn負(fù)載iaidudVT1VT3VT5VT4VT6VT2d2d1圖2-17 三相橋式全控整流電路原理圖應(yīng)用最為廣泛共陰極組共陰極組陰極連接在一起的3個(gè)晶閘管（VT1，VT3，VT5）共陽(yáng)極組共陽(yáng)極組陽(yáng)極連接在一起的3個(gè)晶閘管（VT4，VT6，VT2）編號(hào)：1、3、5，4、6、2 電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第42頁(yè)1） 帶電阻負(fù)載時(shí)的工作情況帶電阻負(fù)載時(shí)的工作情況a =0時(shí)的情

24、況假設(shè)將電路中的晶閘管換 作二極管進(jìn)行分析。對(duì)于共陰極阻的3個(gè)晶閘管， 陽(yáng)極所接交流電壓值最大 的一個(gè)導(dǎo)通。對(duì)于共陽(yáng)極組的3個(gè)晶閘管， 陰極所接交流電壓值最低 （或者說(shuō)負(fù)得最多）的導(dǎo)通。任意時(shí)刻共陽(yáng)極組和共陰 極組中各有1個(gè)晶閘管處于 導(dǎo)通狀態(tài)。u2ud1ud2u2Luduabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuaucubt1OtOtOtOt = 0iVT1uVT1圖2-18 三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載 =0時(shí)的波形 電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第43頁(yè) 三相橋式全控整流電路的特點(diǎn)（1）2管同時(shí)通形成供電回路，其中

25、共陰極組和共陽(yáng)極組各1各晶閘管導(dǎo)通，且不能為同一相器件。（2）對(duì)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(yáng)極組VT4、VT6、VT2也依次差120 同一相的上下兩個(gè)橋臂，即VT1與與VT4，VT3與與VT6，VT5與與VT2，脈沖相差180。（3）ud一周期脈動(dòng)6次，每次脈動(dòng)的波形都一樣， 故該電路為6脈波整流電路。（4）需保證同時(shí)導(dǎo)通的2個(gè)晶閘管均有脈沖，可采用兩種方法： 一種是寬脈沖觸發(fā) 另一種是雙脈沖觸發(fā)（常用）（5）晶閘管承受的電壓波形與三相半波時(shí)相同。電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)電力電

26、子技術(shù)第44頁(yè)2）阻感負(fù)載時(shí)的工作情況）阻感負(fù)載時(shí)的工作情況a60 時(shí)時(shí) ud波形連續(xù)，工作情況與帶電阻負(fù)載時(shí)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 區(qū)別在于：由于負(fù)載不同，同樣的整流輸出電壓加到負(fù)載上，得到的負(fù)載電流id波形不同。阻感負(fù)載時(shí)，由于電感的作用，使得負(fù)載電流波形變得平直，當(dāng)電感足夠大的時(shí)候，負(fù)載電流的波形可近似為一條水平線。電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第45頁(yè)ud1u2ud2u2LudidtOtOtOtOua = 0ubuct1uabuacubcubaucaucbuabuac iVT1ud1 = 30ud2uduabuacubcu

27、baucaucbuabuactOtOtOtOidiat1uaubuc圖2-23 三相橋式全控整流電路帶阻感負(fù)載 =30時(shí)的波形圖2-22 三相橋式全控整流電路帶阻感負(fù)載 =0時(shí)的波形 電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第46頁(yè)整流電路的有源逆變工作狀態(tài)1.1.逆變的概念逆變的概念2.2.三相橋整流電路的有源逆變工作狀態(tài)三相橋整流電路的有源逆變工作狀態(tài)3.3.逆變失敗與最小逆變角的限制逆變失敗與最小逆變角的限制電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第47頁(yè)1.1.逆變的概念逆變的概念1）什么是逆變？為什么要逆變？）什么是逆變？為什么要逆變？逆變（invertion）把直流電轉(zhuǎn)變成交流電，整流的逆

28、過(guò)程。 實(shí)例：電力機(jī)車下坡行駛，機(jī)車的位能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，反送到交流電網(wǎng)中去。 逆變電路把直流電逆變成交流電的電路。 有源逆變電路交流側(cè)和電網(wǎng)連結(jié)。 應(yīng)用：直流可逆調(diào)速系統(tǒng)、交流繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào) 速以及高壓直流輸電等。 對(duì)于可控整流電路，滿足一定條件就可工作于有源逆變，其電路形式未變，只是電路工作條件轉(zhuǎn)變。既工作在整流狀態(tài)又工作在逆變狀態(tài)，稱為變流電路。變流電路。無(wú)源逆變變流電路的交流側(cè)不與電網(wǎng)聯(lián)接，而直接接到負(fù)載電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第48頁(yè)2）直流發(fā)電機(jī)）直流發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)電能的流轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)電能的流轉(zhuǎn)圖a M電動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，EGEM，電流Id從G流向M，M吸收電功率圖b 回

29、饋制動(dòng)狀態(tài)，M作發(fā)電運(yùn)轉(zhuǎn)，此時(shí)，EMEG，電流反向，從M流向G，故M輸出電功率，G則吸收電功率，M軸上輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芊此徒oG。圖2-44c 兩電動(dòng)勢(shì)順向串聯(lián)，向電阻R 供電，G和M均輸出功率，由于R 一般都很小，實(shí)際上形成短路，在工作中必須嚴(yán)防這類事故發(fā)生。c)b)a)MGMGMGEGEMIdREGEMIdREGEMIdR圖圖2-44 直流發(fā)電機(jī)直流發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)之間電能的流轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)之間電能的流轉(zhuǎn) a）兩電動(dòng)勢(shì)同極性兩電動(dòng)勢(shì)同極性EG EM b）兩電動(dòng)勢(shì)同兩電動(dòng)勢(shì)同極性極性EM EG c）兩電動(dòng)勢(shì)反極性，形成短路兩電動(dòng)勢(shì)反極性，形成短路電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第49頁(yè)3）逆變

30、產(chǎn)生的條件逆變產(chǎn)生的條件 產(chǎn)生逆變的條件有二：產(chǎn)生逆變的條件有二： （1）有直流電動(dòng)勢(shì)，其極性和晶閘管導(dǎo)通方向一致，其值大于變流器直流側(cè)平均電壓。 （2）晶閘管的控制角 /2，使Ud為負(fù)值。a)b)圖2 -45R+-電能M102u10u20udidLVT1VT2u10udu20u10OOttIdidUdEMEM電能MR+-102udidLVT1VT2u10udu20u10OOttIdidUdEMEMiVT1iVT2iVT1iVT2iVT1iVT2iVT2id=iVT +iVT12id=iVT +iVT12iVT1iVT2iVT1 半控橋或有續(xù)流二極管的電路，因其整流電壓ud不能出現(xiàn)負(fù)值，也不允

31、許直流側(cè)出現(xiàn)負(fù)極性的電動(dòng)勢(shì)，故不能實(shí)現(xiàn)有源逆變。欲實(shí)現(xiàn)有源逆變，只能采用全控電路。圖2-45 單相全波電路的整流和逆變 電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第50頁(yè)2.2.三相橋整流電路的有源逆變工作狀態(tài)三相橋整流電路的有源逆變工作狀態(tài)逆變和整流的區(qū)別逆變和整流的區(qū)別：控制角 不同 0 時(shí)，電路工作在整流狀態(tài) /2 p /2時(shí)的控制角用 表示，b 稱為逆變角逆變角 而逆變角b和控制角a的計(jì)量方向相反，其大小自b =0的起始點(diǎn)向左方計(jì)量三相橋式電路工作于有源逆變狀態(tài)時(shí)波形如圖所示uabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbuabua

32、cubcuaubucuaubucuaubucuaubu2udtOtO =4 =3 =6 =4 =3 =6t1t3t2 電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第52頁(yè)3.3.逆變失敗與最小逆變角的限制逆變失敗與最小逆變角的限制逆變失敗逆變失敗（逆變顛覆）逆變時(shí)，一旦換相失敗，外接直流電源就會(huì)通過(guò)晶閘管電路短路，或使變流器的輸出平均電壓和直流電動(dòng)勢(shì)變成順向串聯(lián)，形成很大短路電流。 逆變失敗的原因逆變失敗的原因（1）觸發(fā)電路工作不可靠，不能適時(shí)、準(zhǔn)確地給各晶閘管分配脈沖，如脈沖丟失、脈沖延時(shí)等，致使晶閘管不能正常換相。（2）晶閘管發(fā)生故障，該斷時(shí)不斷，或該通時(shí)不通。（3）交流電源缺相或突然消失。（4）

33、換相的裕量角不足。 電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第53頁(yè)2.直流斬波電路直流斬波 指將直流電變?yōu)榱硪还潭妷夯蚩烧{(diào)電壓的直流電。斬波電路的控制方式（1）脈沖寬度調(diào)制（脈沖調(diào)寬）（2）頻率調(diào)制（調(diào)頻）（3）混合調(diào)制 電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第54頁(yè)3.交流變流電路（1）交流調(diào)壓電路（2）交流調(diào)功電路（3）交交變頻電路電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第55頁(yè) 概述交流交流-交流變流電路交流變流電路 一種形式的交流變成另一種形式交流的電路，可改變相關(guān)的電壓、電流、頻率和相數(shù)等。 交流電力控制電路只改變電壓、電流或控制電路的通斷，不改變頻率。 交流調(diào)壓電路相位控制（或斬控式 交

34、流調(diào)功電路及交流無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)通斷控制。 變頻電路改變頻率，大多不改變相數(shù)，也有改變相數(shù)的 交交變頻電路直接把一種頻率的交流變成另一種頻率或可變頻率的交流，直接變頻電路1.晶閘管交交變頻電路，4.3節(jié)2.矩陣式變頻電路，4.4節(jié) 交直交變頻電路先把交流整流成直流，再把直流逆變成另一種頻率或可變頻率的交流。 電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第56頁(yè)4.逆變電路（1）引言（2）換流方式（3）電壓型逆變電路（4）電流型逆變電路電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第57頁(yè)1.引言逆變概念逆變與整流相對(duì)應(yīng)，直流電變成交流電， 交流側(cè)接電網(wǎng)，為有源逆變 交流側(cè)接負(fù)載，為無(wú)源逆變逆變與變頻 變頻電路：交交變

35、頻和交直交變頻兩種 交直交變頻由交直變換和直交變換兩部分組成，后一部分就是逆變電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第58頁(yè)2.換流方式（1）逆變電路的基本工作原理）逆變電路的基本工作原理 單相橋式逆變電路為例 S1S4是橋式電路的4個(gè)臂，由電力電子器件及輔助電路組成 S1、S4閉合，S2、S3斷開(kāi)時(shí)，負(fù)載電壓uo為正負(fù)載a)b)圖5-1tS1S2S3S4iouoUduoiot1t2圖 逆變電路及其波形舉例電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第59頁(yè) S1、S4斷開(kāi)，S2、S3閉合時(shí)，uo為負(fù)，把直流電變成了交流電 改變兩組開(kāi)關(guān)切換頻率，可改變輸出交流電頻率電阻負(fù)載時(shí)，負(fù)載電流io和uo的波形相

36、同，相位也相同阻感負(fù)載時(shí)，io相位滯后于uo，波形也不同（見(jiàn)圖） t1前：S1、S4通，uo和io均為正 t1時(shí)刻斷開(kāi)S1、S4，合上S2、S3，uo變負(fù)，但io不能立刻反向 io從電源負(fù)極流出，經(jīng)S2、負(fù)載和S3流回正極，負(fù)載電感能量向電源反饋，io逐漸減小，t2時(shí)刻降為零，之后io才反向并增大電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第60頁(yè)（2）換流方式分類換流方式分類1換流換流 電流從一個(gè)支路向另一個(gè)支路轉(zhuǎn)移的過(guò)程，也稱換相。換相。開(kāi)通：適當(dāng)?shù)拈T極驅(qū)動(dòng)信號(hào)就可使其開(kāi)通關(guān)斷：全控型器件可通過(guò)門極關(guān)斷。半控型器件晶閘管，必須利用外部條件才能關(guān)斷。一般在晶閘管電流過(guò)零后施加一定時(shí)間反壓，才能關(guān)斷。

37、研究換流方式主要是研究如何使器件關(guān)斷。電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第61頁(yè)2換流方式 器件換流 電網(wǎng)換流 負(fù)載換流 強(qiáng)迫換流 電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第62頁(yè)3.電壓型逆變電路電壓型逆變電路的特點(diǎn)電壓型逆變電路的特點(diǎn) (1) 直流側(cè)為電壓源或并聯(lián)大電容，直流側(cè)電壓基本無(wú)脈動(dòng)。 (2) 輸出電壓為矩形波，輸出電流因負(fù)載阻抗不同而不同。 (3) 阻感負(fù)載時(shí)需提供無(wú)功。為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無(wú)功提供通道，逆變橋各臂并聯(lián)反饋二極管。+-CR L圖5-5UdV1V2V3V4VD1VD2VD3VD4uoio圖 電壓型逆變電路舉例 （全橋逆變電路）電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)

38、第63頁(yè)移相調(diào)壓移相調(diào)壓 可采用移相方式調(diào)節(jié)逆變電路的輸出電壓，稱為移相調(diào)壓移相調(diào)壓 各柵極信號(hào)為180正偏，180反偏，且V1和V2互補(bǔ)，V3和V4互補(bǔ)關(guān)系不變 V3的基極信號(hào)只比V1落后q ( 0q 180) V3、V4的柵極信號(hào)分別比V2、V1的前移180-q uo成為正負(fù)各為q 的脈沖，改變q 即可調(diào)節(jié)輸出電壓有效值+-CRLtOtOtOtOtOa)b)圖5-7UdV1V2uoioV3V4VD1VD2VD3VD4uG1uG2uG3uG4uoiot1t2t3iouo圖 單相全橋逆變電路的移相調(diào)壓方式 電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第64頁(yè)4.電流型逆變電路UVW圖5-11idUdVT1VT2VT3VT4VT5VT6圖 電流型三相橋式逆變電路電流型逆變電路主要特點(diǎn) (1) 直流側(cè)串大電感，相當(dāng)于電流源。 (2) 交流輸出電流為矩形波，輸出電壓波形和相位因負(fù)載不同而不同。 (3) 直流側(cè)電感起緩沖無(wú)功能量的作用，不必給開(kāi)關(guān)器件反并聯(lián)二極管。 電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第65頁(yè) 脈寬調(diào)制（脈寬調(diào)制（PWMPWM）技術(shù)和軟開(kāi)關(guān)技術(shù)技術(shù)和軟開(kāi)關(guān)技術(shù)1.1.脈寬調(diào)制（脈寬調(diào)制（PWMPWM）技術(shù)技術(shù)2 2. .軟開(kāi)關(guān)