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1、電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)西安交通大學(xué)王兆安 黃俊 主編 (第四版)機(jī)械工業(yè)出版社1.1 什么是電力電子技術(shù)什么是電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)的概念電力電子技術(shù)的概念 可以認(rèn)為，所謂電力電子技術(shù)就是應(yīng)用于可以認(rèn)為，所謂電力電子技術(shù)就是應(yīng)用于電電力力領(lǐng)域的領(lǐng)域的電子電子技術(shù)。技術(shù)。 電力電子技術(shù)中所變換的電力電子技術(shù)中所變換的“電力電力” 有區(qū)有區(qū)別于別于“電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)”所指的所指的“電力電力” ，后者特，后者特指電力網(wǎng)的指電力網(wǎng)的“電力電力” ，前者則更一般些。，前者則更一般些。 電子技術(shù)包括信息電子技術(shù)和電力電子電子技術(shù)包括信息電子技術(shù)和電力電子技術(shù)兩大分支。通常所說的模擬電子技術(shù)和數(shù)技術(shù)兩大

2、分支。通常所說的模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)都屬于信息電子技術(shù)。字電子技術(shù)都屬于信息電子技術(shù)。 1.1 什么是電力電子技術(shù)什么是電力電子技術(shù)具體地說，電力電子技術(shù)就是使用具體地說，電力電子技術(shù)就是使用電力電子器電力電子器件件 對對電能電能進(jìn)行進(jìn)行變換變換和和控制控制的技術(shù)。的技術(shù)。 電力電子器件的制造技術(shù)是電力電子技術(shù)的電力電子器件的制造技術(shù)是電力電子技術(shù)的基基礎(chǔ)。礎(chǔ)。 變流技術(shù)則是電力電子技術(shù)的核心變流技術(shù)則是電力電子技術(shù)的核心。 輸入輸入 輸出輸出 交流交流（AC） 直流直流（DC） 直流直流（DC）整流整流 直流斬波直流斬波 交流交流（AC）交流電力控制交流電力控制變頻、變相變頻、變相逆變

3、逆變 表表1-1 電力變換的種類電力變換的種類1.1 什么是電力電子技術(shù)什么是電力電子技術(shù)電力電子學(xué)電力電子學(xué) 美國學(xué)者美國學(xué)者W. Newell認(rèn)為電力電子學(xué)是由認(rèn)為電力電子學(xué)是由電電力學(xué)力學(xué)、電子學(xué)電子學(xué)和和控制理論控制理論三個(gè)學(xué)科交叉而形成三個(gè)學(xué)科交叉而形成的。的。圖圖1-1 描述電力電子學(xué)的倒三角描述電力電子學(xué)的倒三角形形1.1 什么是電力電子技術(shù)什么是電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)和電子學(xué)電力電子技術(shù)和電子學(xué) 電力電子器件的制造技術(shù)和用于信息變換的電電力電子器件的制造技術(shù)和用于信息變換的電子子器件制造技術(shù)的理論基礎(chǔ)（都是基于半導(dǎo)體理論）器件制造技術(shù)的理論基礎(chǔ)（都是基于半導(dǎo)體理論）是一樣的，

4、其大多數(shù)工藝也是相同的。是一樣的，其大多數(shù)工藝也是相同的。 電力電子電路和信息電子電路的許多分析方法電力電子電路和信息電子電路的許多分析方法也也是一致的。是一致的。電力電子技術(shù)和電力學(xué)電力電子技術(shù)和電力學(xué) 電力電子技術(shù)廣泛用于電氣工程中，這是電力電力電子技術(shù)廣泛用于電氣工程中，這是電力電電子學(xué)和電力學(xué)的主要關(guān)系。子學(xué)和電力學(xué)的主要關(guān)系。 1.1 什么是電力電子技術(shù)什么是電力電子技術(shù) 各種電力電子裝置廣泛各種電力電子裝置廣泛應(yīng)用于高壓直流輸電、靜止應(yīng)用于高壓直流輸電、靜止無功補(bǔ)償、電力機(jī)車牽引、無功補(bǔ)償、電力機(jī)車牽引、交直流電力傳動(dòng)、電解、勵(lì)交直流電力傳動(dòng)、電解、勵(lì)磁、電加熱、高性能交直流磁、電

5、加熱、高性能交直流電源等之中，因此，無論是電源等之中，因此，無論是國內(nèi)國外，通常都把電力電國內(nèi)國外，通常都把電力電 圖圖1-2 電氣工程的雙三角形描述電氣工程的雙三角形描述子技術(shù)歸屬于電氣工程學(xué)科。在我國，電力電子與電力傳子技術(shù)歸屬于電氣工程學(xué)科。在我國，電力電子與電力傳動(dòng)是電氣工程的一個(gè)二級學(xué)科。圖動(dòng)是電氣工程的一個(gè)二級學(xué)科。圖1-2用兩個(gè)三角形對電用兩個(gè)三角形對電氣工程進(jìn)行了描述。其中大三角形描述了電氣工程一級學(xué)氣工程進(jìn)行了描述。其中大三角形描述了電氣工程一級學(xué)科和其他學(xué)科的關(guān)系，小三角形則描述了電氣工程一級學(xué)科和其他學(xué)科的關(guān)系，小三角形則描述了電氣工程一級學(xué)科內(nèi)各二級學(xué)科的關(guān)系?？苾?nèi)各二

6、級學(xué)科的關(guān)系。 1.1 什么是電力電子技術(shù)什么是電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)和控制理論電力電子技術(shù)和控制理論 控制理論廣泛用于電力電子技術(shù)中，它使電力控制理論廣泛用于電力電子技術(shù)中，它使電力電電子裝置和系統(tǒng)的性能不斷滿足人們?nèi)找嬖鲩L的各子裝置和系統(tǒng)的性能不斷滿足人們?nèi)找嬖鲩L的各種種需求。電力電子技術(shù)可以看成是弱電控制強(qiáng)電的需求。電力電子技術(shù)可以看成是弱電控制強(qiáng)電的技技術(shù)，是弱電和強(qiáng)電之間的接口。而控制理論則是術(shù)，是弱電和強(qiáng)電之間的接口。而控制理論則是實(shí)實(shí)現(xiàn)這種接口的一條強(qiáng)有力的紐帶。現(xiàn)這種接口的一條強(qiáng)有力的紐帶。 另外，控制理論是自動(dòng)化技術(shù)的理論基礎(chǔ)，另外，控制理論是自動(dòng)化技術(shù)的理論基礎(chǔ)，二二者密

7、不可分，而電力電子裝置則是自動(dòng)化技術(shù)的者密不可分，而電力電子裝置則是自動(dòng)化技術(shù)的基基礎(chǔ)元件和重要支撐技術(shù)。礎(chǔ)元件和重要支撐技術(shù)。 1.2 電力電子技術(shù)的發(fā)展史電力電子技術(shù)的發(fā)展史電力電子技術(shù)的發(fā)展史電力電子技術(shù)的發(fā)展史圖圖1-3 電力電子技術(shù)的發(fā)展史電力電子技術(shù)的發(fā)展史 一般認(rèn)為，電力電子技術(shù)的誕生是以一般認(rèn)為，電力電子技術(shù)的誕生是以1957年年美國通用美國通用電氣公司研制出第一個(gè)電氣公司研制出第一個(gè)晶閘管晶閘管為標(biāo)志的。為標(biāo)志的。1.2 電力電子技術(shù)的發(fā)展史電力電子技術(shù)的發(fā)展史晶閘管出現(xiàn)前的時(shí)期可稱為電力電子技術(shù)的史前期或晶閘管出現(xiàn)前的時(shí)期可稱為電力電子技術(shù)的史前期或黎黎明期。明期。 190

8、4年出現(xiàn)了年出現(xiàn)了電子管電子管，它能在真空中對電子流進(jìn)行，它能在真空中對電子流進(jìn)行控控制，并應(yīng)用于通信和無線電，從而開啟了電子技術(shù)用于制，并應(yīng)用于通信和無線電，從而開啟了電子技術(shù)用于電電力領(lǐng)域的先河。力領(lǐng)域的先河。 20世紀(jì)世紀(jì)30年代到年代到50年代年代，水銀整流器水銀整流器廣泛用于電化廣泛用于電化學(xué)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。這一時(shí)期，各種整流電路、逆動(dòng)，甚至用于直流輸電。這一時(shí)期，各種整流電路、逆變變電路、周波變流電路的理論已經(jīng)發(fā)展成熟并廣為應(yīng)用。電路、周波變流電路的理論已經(jīng)發(fā)展成熟并廣為應(yīng)用。在

9、在這一時(shí)期，也應(yīng)用這一時(shí)期，也應(yīng)用直流發(fā)電機(jī)組直流發(fā)電機(jī)組來變流。來變流。 1947年美國著名的貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了年美國著名的貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了晶體管，晶體管，引發(fā)引發(fā)了了電子技術(shù)的一場革命。電子技術(shù)的一場革命。 1.2 電力電子技術(shù)的發(fā)展史電力電子技術(shù)的發(fā)展史晶閘管時(shí)代晶閘管時(shí)代 晶閘管晶閘管由于其優(yōu)越的電氣性能和控制性能，由于其優(yōu)越的電氣性能和控制性能，使使之很快就取代了水銀整流器和旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組，并之很快就取代了水銀整流器和旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組，并且且其應(yīng)用范圍也迅速擴(kuò)大。電力電子技術(shù)的概念和其應(yīng)用范圍也迅速擴(kuò)大。電力電子技術(shù)的概念和基基礎(chǔ)就是由于晶閘管及晶閘管變流技術(shù)的發(fā)展而確礎(chǔ)就是由于晶閘管及晶閘

10、管變流技術(shù)的發(fā)展而確立立的。的。 晶閘管是通過對門極的控制能夠使其導(dǎo)通而晶閘管是通過對門極的控制能夠使其導(dǎo)通而不不能使其關(guān)斷的器件，屬于能使其關(guān)斷的器件，屬于半控型器件半控型器件。對晶閘管。對晶閘管電電路的控制方式主要是相位控制方式，簡稱路的控制方式主要是相位控制方式，簡稱相控方相控方式式。晶閘管的關(guān)斷通常依靠電網(wǎng)電壓等外部條件來實(shí)晶閘管的關(guān)斷通常依靠電網(wǎng)電壓等外部條件來實(shí)現(xiàn)。這就使得晶閘管的應(yīng)用受到了很大的局限?，F(xiàn)。這就使得晶閘管的應(yīng)用受到了很大的局限。1.2 電力電子技術(shù)的發(fā)展史電力電子技術(shù)的發(fā)展史全控型器件和電力電子集成電路（全控型器件和電力電子集成電路（PIC） 70年代后期，以年代后

11、期，以門極可關(guān)斷晶閘管（門極可關(guān)斷晶閘管（GTO）、電力雙極型晶體管電力雙極型晶體管（BJT）和和電力場效應(yīng)晶體管（電力場效應(yīng)晶體管（Power-MOSFET）為代表的為代表的全控型器全控型器件件迅速發(fā)展。全控型器件的特點(diǎn)是，通過對門極（基極、柵極）的控迅速發(fā)展。全控型器件的特點(diǎn)是，通過對門極（基極、柵極）的控制既可使其制既可使其開通開通又可使其又可使其關(guān)斷關(guān)斷。 采用全控型器件的電路的主要控制方式為采用全控型器件的電路的主要控制方式為脈沖寬度調(diào)制（脈沖寬度調(diào)制（PWM）方式。相對于相位控制方式，可稱之為方式。相對于相位控制方式，可稱之為斬波控制方式斬波控制方式，簡稱，簡稱斬控方式斬控方式。

12、在在80年代后期，以年代后期，以絕緣柵極雙極型晶體管（絕緣柵極雙極型晶體管（IGBT）為代表的為代表的復(fù)合復(fù)合型器件型器件異軍突起。它是異軍突起。它是MOSFET和和BJT的復(fù)合，綜合了兩者的優(yōu)點(diǎn)。的復(fù)合，綜合了兩者的優(yōu)點(diǎn)。與此相對，與此相對，MOS控制晶閘管（控制晶閘管（MCT）和和集成門極換流晶閘管（集成門極換流晶閘管（IGCT）復(fù)合了復(fù)合了MOSFET和和GTO。1.2 電力電子技術(shù)的發(fā)展史電力電子技術(shù)的發(fā)展史把把驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)、控制控制、保護(hù)電路保護(hù)電路和和電力電子器件電力電子器件集成集成在在一起，構(gòu)成一起，構(gòu)成電力電子集成電路（電力電子集成電路（PIC），這代表，這代表了了電力電子技術(shù)發(fā)展

13、的一個(gè)重要方向。電力電子集電力電子技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向。電力電子集成成技術(shù)包括以技術(shù)包括以PIC為代表的為代表的單片集成技術(shù)單片集成技術(shù)、混合集混合集成成技術(shù)技術(shù)以及以及系統(tǒng)集成技術(shù)系統(tǒng)集成技術(shù)。隨著全控型電力電子器件的不斷進(jìn)步，電力電隨著全控型電力電子器件的不斷進(jìn)步，電力電子子電路的電路的工作頻率工作頻率也不斷提高。與此同時(shí)，也不斷提高。與此同時(shí)，軟開關(guān)軟開關(guān)技技術(shù)術(shù)的應(yīng)用在理論上可以使電力電子器件的的應(yīng)用在理論上可以使電力電子器件的開關(guān)損開關(guān)損耗耗降為零，從而提高了電力電子裝置的降為零，從而提高了電力電子裝置的功率密度功率密度。 1.3 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)的

14、應(yīng)用范圍十分廣泛。它不僅用電力電子技術(shù)的應(yīng)用范圍十分廣泛。它不僅用于于一般工業(yè)，也廣泛用于交通運(yùn)輸、電力系統(tǒng)、通一般工業(yè)，也廣泛用于交通運(yùn)輸、電力系統(tǒng)、通信信系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、新能源系統(tǒng)等，在照明、空系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、新能源系統(tǒng)等，在照明、空調(diào)調(diào)等家用電器及其他領(lǐng)域中也有著廣泛的應(yīng)用。等家用電器及其他領(lǐng)域中也有著廣泛的應(yīng)用。 一般工業(yè)一般工業(yè) 工業(yè)中大量應(yīng)用各種工業(yè)中大量應(yīng)用各種交直流電動(dòng)機(jī)交直流電動(dòng)機(jī)，都是，都是用電力電子裝置進(jìn)行調(diào)速的。用電力電子裝置進(jìn)行調(diào)速的。 一些對調(diào)速性能要求不高的大型鼓風(fēng)機(jī)等一些對調(diào)速性能要求不高的大型鼓風(fēng)機(jī)等近年來也采用了近年來也采用了變頻裝置變頻裝置，以達(dá)到節(jié)能

15、的目的。，以達(dá)到節(jié)能的目的。 1.3 電力電子技術(shù)的應(yīng)用電力電子技術(shù)的應(yīng)用圖圖1-4 AB變頻器變頻器有些并不特別要求調(diào)速的電機(jī)為有些并不特別要求調(diào)速的電機(jī)為了避免起動(dòng)時(shí)的電流沖擊而采用了了避免起動(dòng)時(shí)的電流沖擊而采用了軟起動(dòng)裝置，這種軟起動(dòng)裝置也是軟起動(dòng)裝置，這種軟起動(dòng)裝置也是電力電子裝置。電力電子裝置。電化學(xué)工業(yè)大量使用直流電源，電化學(xué)工業(yè)大量使用直流電源，電解鋁、電解食鹽水等都需要大容電解鋁、電解食鹽水等都需要大容量整流電源。電鍍裝置也需要整流量整流電源。電鍍裝置也需要整流電源。電源。電力電子技術(shù)還大量用于冶金工電力電子技術(shù)還大量用于冶金工業(yè)中的高頻或中頻感應(yīng)加熱電源、業(yè)中的高頻或中頻感應(yīng)

16、加熱電源、淬火電源及直流電弧爐電源等場合。淬火電源及直流電弧爐電源等場合。1.3 電力電子技術(shù)的應(yīng)用電力電子技術(shù)的應(yīng)用交通運(yùn)輸交通運(yùn)輸 電氣化鐵道中廣泛采用電力電子技術(shù)。電氣機(jī)車中電氣化鐵道中廣泛采用電力電子技術(shù)。電氣機(jī)車中的的直流機(jī)車中采用直流機(jī)車中采用整流裝置整流裝置，交流機(jī)車采用，交流機(jī)車采用變頻裝置變頻裝置。直直流流斬波器斬波器也廣泛用于鐵道車輛。在未來的磁懸浮列車中，也廣泛用于鐵道車輛。在未來的磁懸浮列車中，電電力電子技術(shù)更是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。除牽引電機(jī)傳動(dòng)外，車力電子技術(shù)更是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。除牽引電機(jī)傳動(dòng)外，車輛輛中的各種中的各種輔助電源輔助電源也都離不開電力電子技術(shù)。也都離不開電力電子

17、技術(shù)。 電動(dòng)汽車的電機(jī)依靠電力電子裝置進(jìn)行電力變換和電動(dòng)汽車的電機(jī)依靠電力電子裝置進(jìn)行電力變換和驅(qū)驅(qū)動(dòng)控制，其動(dòng)控制，其蓄電池蓄電池的充電也離不開電力電子裝置。一臺的充電也離不開電力電子裝置。一臺高高級汽車中需要許多控制電機(jī)，它們也要靠級汽車中需要許多控制電機(jī)，它們也要靠變頻器變頻器和和斬波斬波器器驅(qū)動(dòng)并控制。驅(qū)動(dòng)并控制。 飛機(jī)、船舶和電梯都離不開電力電子技術(shù)。飛機(jī)、船舶和電梯都離不開電力電子技術(shù)。1.3 電力電子技術(shù)的應(yīng)用電力電子技術(shù)的應(yīng)用電力系統(tǒng)電力系統(tǒng) 據(jù)估計(jì)，發(fā)達(dá)國家在用戶最終使用的電能中，有據(jù)估計(jì)，發(fā)達(dá)國家在用戶最終使用的電能中，有60%以上的電能以上的電能至少經(jīng)過一次以上電力電子變

18、流裝置的處理。至少經(jīng)過一次以上電力電子變流裝置的處理。 直流輸電直流輸電在長距離、大容量輸電時(shí)有很大的優(yōu)勢，其送電端的在長距離、大容量輸電時(shí)有很大的優(yōu)勢，其送電端的整整流閥流閥和受電端的和受電端的逆變閥逆變閥都采用晶閘管變流裝置，而輕型直流輸電則主都采用晶閘管變流裝置，而輕型直流輸電則主要采用全控型的要采用全控型的IGBT器件。近年發(fā)展起來的器件。近年發(fā)展起來的柔性交流輸電（柔性交流輸電（FACTS）也是依靠電力電子裝置才得以實(shí)現(xiàn)的。也是依靠電力電子裝置才得以實(shí)現(xiàn)的。 晶閘管控制電抗器（晶閘管控制電抗器（TCR）、晶閘管投切電容器（晶閘管投切電容器（TSC）、靜止靜止無功發(fā)生器（無功發(fā)生器（S

19、VG）、有源電力濾波器（有源電力濾波器（APF）等電力電子裝置大量等電力電子裝置大量用于電力系統(tǒng)的用于電力系統(tǒng)的無功補(bǔ)償無功補(bǔ)償或或諧波抑制諧波抑制。在配電網(wǎng)系統(tǒng)，電力電子裝置。在配電網(wǎng)系統(tǒng)，電力電子裝置還可用于防止電網(wǎng)瞬時(shí)停電、瞬時(shí)電壓跌落、閃變等，以進(jìn)行還可用于防止電網(wǎng)瞬時(shí)停電、瞬時(shí)電壓跌落、閃變等，以進(jìn)行電能質(zhì)電能質(zhì)量控制量控制，改善供電質(zhì)量。，改善供電質(zhì)量。 在變電所中，給操作系統(tǒng)提供可靠的交直流操作電源，給蓄電池在變電所中，給操作系統(tǒng)提供可靠的交直流操作電源，給蓄電池充電等都需要電力電子裝置。充電等都需要電力電子裝置。 1.3 電力電子技術(shù)的應(yīng)用電力電子技術(shù)的應(yīng)用圖圖1-5 中國南方

20、電網(wǎng)公司安順換流站中國南方電網(wǎng)公司安順換流站圖圖1-6 靜止無功發(fā)生器（上）和靜止無功發(fā)生器（上）和 晶閘管投切電容器（下）晶閘管投切電容器（下）1.3 電力電子技術(shù)的應(yīng)用電力電子技術(shù)的應(yīng)用電子裝置用電源電子裝置用電源 各種電子裝置一般都需要不同電壓等級的直流各種電子裝置一般都需要不同電壓等級的直流電源供電。通信設(shè)備中的程控交換機(jī)所用的直流電電源供電。通信設(shè)備中的程控交換機(jī)所用的直流電源以前用晶閘管整流電源，現(xiàn)在已改為采用全控型源以前用晶閘管整流電源，現(xiàn)在已改為采用全控型器件的器件的高頻開關(guān)電源高頻開關(guān)電源。大型計(jì)算機(jī)所需的工作電源、。大型計(jì)算機(jī)所需的工作電源、微型計(jì)算機(jī)內(nèi)部的電源現(xiàn)在也都采用

21、微型計(jì)算機(jī)內(nèi)部的電源現(xiàn)在也都采用高頻開關(guān)電源高頻開關(guān)電源。 在大型計(jì)算機(jī)等場合，常常需要在大型計(jì)算機(jī)等場合，常常需要不間斷電源不間斷電源（Uninterruptible Power Supply_ UPS）供電，不供電，不間斷電源實(shí)際就是典型的電力電子裝置。間斷電源實(shí)際就是典型的電力電子裝置。1.3 電力電子技術(shù)的應(yīng)用電力電子技術(shù)的應(yīng)用家用電器家用電器 電力電子照明電源體積小、發(fā)光效率高、可節(jié)省大電力電子照明電源體積小、發(fā)光效率高、可節(jié)省大量量能源，正在逐步取代傳統(tǒng)的白熾燈和日光燈。能源，正在逐步取代傳統(tǒng)的白熾燈和日光燈。 空調(diào)、電視機(jī)、音響設(shè)備、家用計(jì)算機(jī)，空調(diào)、電視機(jī)、音響設(shè)備、家用計(jì)算機(jī)

22、， 不少洗衣不少洗衣機(jī)、機(jī)、電冰箱、微波爐等電器也應(yīng)用了電力電子技術(shù)。電冰箱、微波爐等電器也應(yīng)用了電力電子技術(shù)。其它其它 航天飛行器中的各種電子儀器需要電源，載人航天航天飛行器中的各種電子儀器需要電源，載人航天器器也離不開各種電源，這些都必需采用電力電子技術(shù)。也離不開各種電源，這些都必需采用電力電子技術(shù)。 抽水儲能發(fā)電站的大型電動(dòng)機(jī)需要用電力電子技術(shù)抽水儲能發(fā)電站的大型電動(dòng)機(jī)需要用電力電子技術(shù)來來起動(dòng)和調(diào)速。超導(dǎo)儲能是未來的一種儲能方式，它需要起動(dòng)和調(diào)速。超導(dǎo)儲能是未來的一種儲能方式，它需要強(qiáng)強(qiáng)大的直流電源供電，這也離不開電力電子技術(shù)。大的直流電源供電，這也離不開電力電子技術(shù)。1.3 電力電子

23、技術(shù)的應(yīng)用電力電子技術(shù)的應(yīng)用總之，電力電子技術(shù)的應(yīng)用越來越廣，其地位也越來越重要?？傊?，電力電子技術(shù)的應(yīng)用越來越廣，其地位也越來越重要。 新能源、可再生能源發(fā)電比如風(fēng)新能源、可再生能源發(fā)電比如風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電，需要用電力力發(fā)電、太陽能發(fā)電，需要用電力電子技術(shù)來緩沖能量和改善電能質(zhì)電子技術(shù)來緩沖能量和改善電能質(zhì)量。當(dāng)需要和電力系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)量。當(dāng)需要和電力系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng) 時(shí)，更時(shí)，更離不開電力電子技術(shù)。離不開電力電子技術(shù)。核聚變反應(yīng)堆在產(chǎn)生強(qiáng)大磁場和核聚變反應(yīng)堆在產(chǎn)生強(qiáng)大磁場和注入能量時(shí)，需要大容量的脈沖電注入能量時(shí)，需要大容量的脈沖電源，這種電源就是電力電子裝置。源，這種電源就是電力電子裝置?？茖W(xué)實(shí)驗(yàn)

24、或某些特殊場合，常常需科學(xué)實(shí)驗(yàn)或某些特殊場合，常常需要一些特種電源，這也是電力電子要一些特種電源，這也是電力電子技術(shù)的用武之地。技術(shù)的用武之地。圖圖1-7 風(fēng)場風(fēng)場1.4 本教材的內(nèi)容簡介本教材的內(nèi)容簡介本教材的內(nèi)容本教材的內(nèi)容1.6.1 電力電子器件驅(qū)動(dòng)電路概述電力電子器件驅(qū)動(dòng)電路概述驅(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關(guān)狀態(tài)，縮短開關(guān)時(shí)間，減小開關(guān)損耗。對裝置的運(yùn)行效率、可靠性和安全性都有重要的意義。一些保護(hù)措施也往往設(shè)在驅(qū)動(dòng)電路中，或通過驅(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的信號按控制目標(biāo)的要求，轉(zhuǎn)換為將信息電子電路

25、傳來的信號按控制目標(biāo)的要求，轉(zhuǎn)換為加在電力電子器件控制端和公共端之間，可以使其開通或加在電力電子器件控制端和公共端之間，可以使其開通或關(guān)斷的信號。關(guān)斷的信號。對半控型器件只需提供開通控制信號。對全控型器件則既要提供開通控制信號，又要提供關(guān)斷控制信號。2 驅(qū)動(dòng)電路還要提供控制電路與主電路之間的電氣隔離電氣隔離環(huán)節(jié)，一般采用光隔離或磁隔離光隔離或磁隔離。光隔離一般采用光耦合器磁隔離的元件通常是脈沖變壓器ERERERa)b)c)UinUoutR1ICIDR1R1圖1-25 光耦合器的類型及接法a) 普通型 b) 高速型 c) 高傳輸比型1.6.1 電力電子器件驅(qū)動(dòng)電路概述電力電子器件驅(qū)動(dòng)電路概述3按

26、照驅(qū)動(dòng)信號的性質(zhì)，可分為電流驅(qū)動(dòng)型電流驅(qū)動(dòng)型和電壓驅(qū)動(dòng)型電壓驅(qū)動(dòng)型。驅(qū)動(dòng)電路具體形式可以是分立元件分立元件的，但目前的趨勢是采用專用集成驅(qū)動(dòng)電路專用集成驅(qū)動(dòng)電路。分類分類1.6.1 電力電子器件驅(qū)動(dòng)電路概述電力電子器件驅(qū)動(dòng)電路概述41.6.2 晶閘管的觸發(fā)電路晶閘管的觸發(fā)電路晶閘管的觸發(fā)電路作用產(chǎn)生符合要求的門極觸發(fā)脈沖，保證晶閘管在需要的時(shí)刻由阻斷轉(zhuǎn)為導(dǎo)通。晶閘管觸發(fā)電路應(yīng)滿足下列要求：脈沖的寬度應(yīng)保證晶閘管可靠導(dǎo)通。觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠的幅度。不超過門極電壓、電流和功率定額，且在可靠觸發(fā)區(qū)域之內(nèi)。有良好的抗干擾性能、溫度穩(wěn)定性及與主電路的電氣隔離。IIMt1t2t3t4圖1-26理想的晶閘管觸

27、發(fā)脈沖電流波形t1t2脈沖前沿上升時(shí)間（u2|E E 時(shí)，晶閘管承受正電壓，有導(dǎo)通的可能,導(dǎo)通之后2、直至| |u2|=u2|=E E，i id d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)電角。 212sinUEd2.5 2.5 單相橋式半控整流電路單相橋式半控整流電路 t t t iVT1iVD2 iVT3iVD2 iVT3iVD4 iVT1iVD4 t 2t id VD4VT1VD2VT3u2U1RLab1、至?xí)r間段內(nèi)，電流流經(jīng)VT1、L、R、VD4至變壓器； 2、至+ 時(shí)間段內(nèi)，電流流經(jīng)VT1、L、R、VD2；3、 + 至2時(shí)間段內(nèi)，電

28、流流經(jīng)VT3、L、R、VD2至變壓器；4、 2至2 + 時(shí)間段內(nèi)，電流流經(jīng)VT3、L、R、VD4至變壓器；2.6 2.6 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路 TudidVT2VT1VT3Rbca)a變壓器一次側(cè)：三角形；二次側(cè)：星形。 晶閘管：共陰極接法uaubuct1t2t3t4tu2t1t2t3t4tudt1t2t3t4tiVT1t1t2t3t4tuVT1二極管換相：電流從一個(gè)二極管向另一個(gè)二極管轉(zhuǎn)移。自然換相點(diǎn)自然換相點(diǎn)uabuac自然換相點(diǎn)是晶閘管觸發(fā)角的起點(diǎn)。=0=0一、電阻負(fù)載=30=300 0時(shí)三相時(shí)三相半波半波可控整流電路可控整流電路 TudidVT2VT1VT3Rbca

29、)aa a=30=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)負(fù)載電流處于連續(xù)和斷續(xù)之間的臨界狀態(tài) ua ub uc t1 t2 t3 t4 t u2 t1 t2 t3 t4 t ud t1 t2 t3 t4 t iVT1 uabuact1 t2 t3 t4 t uVT1 = 30300 0= 600 =60=600 0時(shí)三相時(shí)三相半波半波可控整流電路可控整流電路TudidVT2VT1VT3Rbca)a 3030 時(shí)的波形時(shí)的波形 負(fù)載電流處于斷續(xù)狀態(tài)負(fù)載電流處于斷續(xù)狀態(tài) =150=150 時(shí)的波形時(shí)的波形 負(fù)載電壓、電流為零負(fù)載電壓、電流為零 ua ub uc t1 t2 t

30、3 t4 t u2 t1 t2 t3 t4 t ud t1 t2 t3 t4 t iVT1 三相半波可控整流電路整流電壓平均值的計(jì)算三相半波可控整流電路整流電壓平均值的計(jì)算 （1）a30時(shí)，負(fù)載電流連續(xù)，有： cos17. 1cos263)(sin2321226562dUUttdUU 當(dāng)a=0時(shí)，Ud最大 （2）a30時(shí)，負(fù)載電流斷續(xù)，晶閘管導(dǎo)通角減小，此時(shí)有： )6cos(1675. 0)6cos(1223)(sin2321262dUttdUU負(fù)載電流平均值為： RUIdd晶閘管承受的最大反向電壓為變壓器二次線電壓峰值：222RM45. 2632UUUU晶閘管陽極與陰極間的最大正向電壓等于變

31、壓器二次相電壓的峰值： 2FM2UUabcTRLu2udeLidVT1VT2VT3udiauaubucibiciduacuabuacOtOtOtOtOtOtuVT1二、阻感負(fù)載例例1： 在三相半波整流電路中，如果a相的觸發(fā)脈沖消失，試?yán)L出在電阻性負(fù)載和電感性負(fù)載下整流電壓ud的波形。abcTRLu2udeLidVT1VT2VT3ua ub uc t1 t2 t3 t4 t u2 ua ub uc t1 t2 t3 t4 t ud ua ub uc t1 t2 t3 t4 t ud bacTn負(fù)載iaidudVT1VT3VT5VT4VT6VT2d2d1d2tu2udtiVT1ttuVT1d1ua

32、ubuc2.6 2.6 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路 t1t3t5t6t2t4一、電阻負(fù)載一、電阻負(fù)載（=0=00 0）=30=300 0udtiattu2uaubucd1d2bacTn負(fù)載iaidudVT1VT3VT5VT4VT6VT2d2d1 =30=300 0時(shí)的工作情況時(shí)的工作情況 ： 1、晶閘管起始導(dǎo)通時(shí)刻推遲了30，組成u ud d的每 一段線電壓因此推遲30 2、從t t1 1開始把一周期等分為6段，u ud d波形仍由6段 線電壓構(gòu)成，每一段導(dǎo)通晶閘管的編號等仍符合 表2-1的規(guī)律 3、變壓器二次側(cè)電流i ia a波形的特點(diǎn)：在VT1處于 通態(tài)的120期間，i ia

33、 a為正，i ia a波形的形狀與同時(shí) 段的u ud d波形相同，在VT4處于通態(tài)的120期間， i ia a波形的形狀也與同時(shí)段的u ud d波形相同，但為負(fù) 值。=60=600 0bacTn負(fù)載iaidudVT1VT3VT5VT4VT6VT2d2d1 u ud d波形中每段線電壓的波形繼續(xù)后移，u ud d平均值繼續(xù)降低。a=60時(shí)u ud d出現(xiàn)為零的點(diǎn)。 600tu2udtuVT1td1d2uaubucuabubaucbuacucauabud1ud2uduaubucuaubtOtOtOtOtOiaiduabuacubcubaucaucbuabuacubcubaiVT1=90=900 0

34、=90=900 0bacTn負(fù)載iaidudVT1VT3VT5VT4VT6VT2d2d1 小結(jié)小結(jié)v 當(dāng)a a6060 時(shí)，u ud d波形均連續(xù)，對 于電阻負(fù)載，i id d波形與u ud d波形形狀 一樣，也連續(xù)；v v 當(dāng)當(dāng)a a6060 時(shí)，u ud d波形每6060 中有中有一段一段 為零，為零，u ud d波形不能出現(xiàn)負(fù)值；v v 帶電阻負(fù)載時(shí)三相橋式全控整流帶電阻負(fù)載時(shí)三相橋式全控整流 電路電路a a 角的移相范圍是角的移相范圍是120120 二、二、三相橋式全控整流三相橋式全控整流電路電路阻感負(fù)阻感負(fù)載載bacTn負(fù)載iaidudVT1VT3VT5VT4VT6VT2d2d1ud

35、1u2ud2u2LudidtOtOtOtOua = 0ubuct1uabuacubcubaucaucbuabuaciVT1ud1 = 30ud2uduabuacubcubaucaucbuabuactOtOtOtOidiat1uaubuc圖1 三相橋式全控整流電路帶阻感負(fù)載a =0時(shí)的波形圖2 三相橋式全控整流電路帶阻感負(fù)載a =30時(shí)的波形圖3 三相橋式全控整流電路帶阻感負(fù)載a =90時(shí)的波形 = 90ud1ud2uacubcubaucaucbuabuacuabuduacuabuactOtOtOubucuat1uVT1阻感負(fù)載時(shí)的工作情況阻感負(fù)載時(shí)的工作情況 60時(shí)ud波形連續(xù)，工作情況與帶電

36、阻負(fù)載時(shí)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。 60時(shí)阻感負(fù)載時(shí)的工作情況與電阻負(fù)載時(shí)不同，電阻負(fù)載時(shí)ud波形不會出現(xiàn)負(fù)的部分，而阻感負(fù)載時(shí)，由于電感L的作用，ud波形會出現(xiàn)負(fù)的部分。帶阻感負(fù)載時(shí)，三相橋式全控整流電路的a 角移相范圍為90bacTn負(fù)載iaidudVT1VT3VT5VT4VT6VT2d2d1三相橋式全控整流電路定量分析三相橋式全控整流電路定量分析 當(dāng)整流輸出電壓連續(xù)時(shí)（即帶阻感負(fù)載時(shí)，或帶電阻負(fù)載a a6060 時(shí)）的平均值為：cos34. 2)(sin63123232UttdUUd帶電阻負(fù)載且a 60時(shí)，整流電壓平均值為： )3cos

37、(134. 2)(sin63232dUttdUU輸出電流平均值為 ：Id=Ud /R當(dāng)整流變壓器采用星形接法，帶阻感負(fù)載時(shí)，變壓器二次側(cè)電流波形為正負(fù)半周各寬120、前沿相差180的矩形波，其有效值為：dd2d2d2816. 03232)(3221IIIII接反電勢阻感負(fù)載時(shí)的Id為： REUIdd2.7 2.7 整流電路的有源逆變整流電路的有源逆變逆變把直流電轉(zhuǎn)變成交流電，整流的逆過程。l 如：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。REMUd1、兩電動(dòng)勢同極性UdEM電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn) REMUd2、兩電動(dòng)勢同極性EMUd電動(dòng)機(jī)回饋制動(dòng) REMUd3、實(shí)際上形成短路 逆變產(chǎn)生的

38、條件逆變產(chǎn)生的條件udU1VT1RLVT2id102tududU1VT1RLVT2id102tudEMEM電能電能單結(jié)晶體單結(jié)晶體管管eb1b2結(jié)構(gòu)示意圖符號eb2b1等效電路eb2b1rb2rb1R=Rb1+Rb2 Rb1與R的比值稱為分壓比:h=Rb1/R峰值電壓UpUEiE工作原理和特性曲線工作原理和特性曲線 IEO截止區(qū)谷點(diǎn)電壓C負(fù)阻區(qū)飽和區(qū)單結(jié)晶體管振蕩電路單結(jié)晶體管振蕩電路UvUpReCR1UoR2Uo單結(jié)晶體管觸發(fā)電路單結(jié)晶體管觸發(fā)電路U1VD3VD1VD2ReCR1VT1VT2VD4VD5負(fù)載R3R2單結(jié)晶體管觸發(fā)電路單結(jié)晶體管觸發(fā)電路 (二)雙向晶閘雙向晶閘管管T1T2G電氣

39、符號T1T2GG等效電路特性曲線T1T2G測試電路吊扇調(diào)速電路觸摸式調(diào)光臺燈觸摸式調(diào)光臺燈觸電的形式觸電的形式保護(hù)接地保護(hù)接地 將電氣設(shè)備在正常運(yùn)行情況下將電氣設(shè)備在正常運(yùn)行情況下不帶電的金屬外殼或構(gòu)架用足夠粗不帶電的金屬外殼或構(gòu)架用足夠粗的金屬線（例如鋼筋）與接地體可的金屬線（例如鋼筋）與接地體可靠地鏈接起來，以保護(hù)人身的安全?？康劓溄悠饋?，以保護(hù)人身的安全。保護(hù)接保護(hù)接零零 在1000伏以下接地良好的三相四線制系統(tǒng)中，例如380/220伏系統(tǒng)，電氣設(shè)備的外殼或構(gòu)架與系統(tǒng)的零線相接，即保護(hù)接零。重復(fù)接地重復(fù)接地 在采用保護(hù)接零時(shí)，除系統(tǒng)的中點(diǎn)接地外，還必須在零線上一處或者多處進(jìn)行接地。 在同

40、一配電系統(tǒng)中，不允許一部分電氣設(shè)備采用保護(hù)接地，而另一部分電氣設(shè)備采用保護(hù)接零。 第三章第三章 直流斬波電路直流斬波電路 直流斬波電路：直流斬波電路： 一般是指直接將直流電變?yōu)榱硪恢绷麟?，不包括直流交流直流。開關(guān)電源向輕、小、薄、高頻化、低噪聲、高可靠、抗干擾的方向發(fā)展。 第一個(gè)階段第一個(gè)階段是功率半導(dǎo)體器件從雙極型器件(SCR、GTO)發(fā)展為MOS型器件(功率MOS-FET、IGBT、IGCT等)，使電力電子系統(tǒng)有可能實(shí)現(xiàn)高頻化，并大幅度降低導(dǎo)通損耗，電路也更為簡單。 第二個(gè)階段第二個(gè)階段自20世紀(jì)80年代開始，高頻化和軟開關(guān)技術(shù)的研究開發(fā)，使功率變換器性能更好、重量更輕、尺寸更小。高頻化和

41、軟開關(guān)技術(shù)是過去20年國際電力電子界研究的熱點(diǎn)之一。 第三個(gè)階段第三個(gè)階段從20世紀(jì)90年代中期開始，集成電力電子系統(tǒng)和集成電力電子模塊(IPEM)技術(shù)開始發(fā)展，它是當(dāng)今國際電力電子界亟待解決的新問題之一。 高頻開關(guān)電源整流模塊具有內(nèi)置微處理器，能提高設(shè)備管理水平。高頻開關(guān)電源綜合轉(zhuǎn)換效率高，多數(shù)廠家的轉(zhuǎn)換效率達(dá)到90%以上，而相控電源轉(zhuǎn)換效率一般只有60%80%。高頻開關(guān)電源整流模塊具有并聯(lián)運(yùn)行方式下自動(dòng)均流功能。 MOSFETMOSFET電力場效應(yīng)晶體管電力場效應(yīng)晶體管電力MOSFET靜態(tài)特性轉(zhuǎn)移特性：漏極電流和柵源間電壓的關(guān)系010203050402468IO/AUTUGS/V電力MOS

42、FET動(dòng)態(tài)特性uGSP：非飽和區(qū)柵壓uT： 開啟電壓IGBTIGBT的結(jié)構(gòu)和工作原理的結(jié)構(gòu)和工作原理 IGBT則結(jié)合了雙極型功率晶體管和MOSFET的優(yōu)點(diǎn) ： 驅(qū)動(dòng)功率??；驅(qū)動(dòng)功率小； 控制電路簡單；控制電路簡單； 開關(guān)損耗小；開關(guān)損耗??； 0.055 mJ/A 通斷速度快和工作頻率較高；通斷速度快和工作頻率較高； 硬開關(guān)頻率可達(dá)150kHz，軟開 關(guān)電路中可達(dá)300kHz 耐壓高耐壓高 應(yīng)用6600V，實(shí)驗(yàn)室8000VINFINEON TOSHIBA Mitsubishi International Rectifier 主要生產(chǎn)廠家封裝小型化 結(jié)構(gòu)合理化 產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化集成度更高 接口更友好更高

43、的開關(guān)頻率， 更高的電流容量 發(fā)展趨勢EGCN+N-a)PN+N+PN+N+P+發(fā) 射 極柵 極集 電 極注 入 區(qū)緩 沖 區(qū)漂 移 區(qū)J3J2J1GEC+-+-+-IDRNICVJ1IDRonb)GCc)E 線性穩(wěn)壓電源方框圖線性穩(wěn)壓電源方框圖220V電源變壓器整流電容濾波調(diào)整管比較放大器基準(zhǔn)電壓取樣電路UoUd輸出電壓穩(wěn)定，紋波小瞬態(tài)響應(yīng)快電路簡單優(yōu)點(diǎn)效率低 發(fā)熱量大體積大比較笨重缺點(diǎn)降壓斬波電路降壓斬波電路 （Buck ChopperBuck Chopper）RMuoLEVTtontofftiottuoiotiotEETtEtttUonoffonono斬波電路三種控制方式（根據(jù)對輸出電壓

44、斬波電路三種控制方式（根據(jù)對輸出電壓平均值進(jìn)行調(diào)制的方式不同而劃分）平均值進(jìn)行調(diào)制的方式不同而劃分）1、T不變，變ton 脈沖寬度調(diào)制（PWM）2、ton不變，變T 頻率調(diào)制3、ton和T都可調(diào)，改變占空比混合型升壓斬波電路升壓斬波電路 (Boost Chopper )(Boost Chopper )EVRLVDa)Cioi1iGuob)iGioI1OOtt 1 1、V通時(shí)，E向L充電，充電電流恒為I1，同時(shí)C的電壓向負(fù)載供電，因C值很大，輸出電壓Uo為恒值。設(shè)V通的時(shí)間為ton，此階段L上積蓄的能量為：on1tEI 2 2、V斷時(shí)，E和L共同向C充電并向負(fù)載R供電。設(shè)V斷的時(shí)間為toff，則

45、此期間電感L釋放能量為：off1otIEU off1oon1tIEUtEIEtTEtttUoffoffoffonoTtoff升降壓斬波電路升降壓斬波電路VDotb)ERLa)CVoti1i2uLuoILi1i2tontoffILIL1 1、V通時(shí)，電源E經(jīng)V向L供電使其貯能，此時(shí)電流為i1。同時(shí)，C維持輸出電壓恒定并向負(fù)載R供電。2 2、V斷時(shí)，L的能量向負(fù)載釋放，電流為i2。負(fù)載電壓極性為上負(fù)下正，與電源電壓極性相反，該電路也稱作反極性斬波電路。Ttu0L0d一個(gè)周期T內(nèi)電感L兩端電壓uL對時(shí)間的積分為零 當(dāng)V處于通態(tài)期間，uL = E；而當(dāng)V處于斷態(tài)期間，uL = - uo；offoont

46、UtEEEtTtEttU1ononoffono01/2 降壓降壓 1/2VT1VT2uou1ioLRu1t 負(fù)載電壓有效值 tdtUUo21)sin2(122sin2sin11U晶閘管電流有效值 )d()sin()sin(2212tg1VTtetZUItcos)2cos(sin21ZUtURidtdiLsin2100000ti在t = a 時(shí)刻開通VT1，負(fù)載電流滿足 tgtetZUisinsin21022LRZ阻抗的模 = u1ttuotiotuVTVT1VT2uou1ioLR = (=0 0)tgtetZUisinsin2101、VT1提前導(dǎo)通，L被過充電，放電時(shí)間延長， VT1的導(dǎo)通角超

47、過； 2、觸發(fā)VT2時(shí)， io尚未過零， VT1仍導(dǎo)通， VT2不通；tttt圖4-5OOOOu1iG1iG2ioiT1iT23、io過零后， VT2導(dǎo)通， VT2導(dǎo)通角小于；tgtetZUisinsin2104、io由兩個(gè)分量組成：正弦穩(wěn)態(tài)分量、指數(shù)衰減分量；衰減過程中， VT1導(dǎo)通時(shí)間漸短， VT2的導(dǎo)通時(shí)間漸長，最終VT1、VT2導(dǎo)通角趨近于 。tu1tuotio三、斬控式交流三、斬控式交流調(diào)壓電路調(diào)壓電路 RL圖4-7u1i1uoV1V2VD1VD2V3V4VD4VD34.2 4.2 三相三相交流調(diào)壓電路交流調(diào)壓電路n負(fù)載acn負(fù)載abca)b)負(fù)載abcc)負(fù)載bd) 圖4-9abc

48、uaubuciaUa0nuaubucianuaubucianuaubuciaVT1VT3VT4VT5VT6VT2星形聯(lián)接線路控制三角形聯(lián)接支路控制三角形聯(lián)接中點(diǎn)控制三角形聯(lián)接ugt=0 00 0 VT1 VT2 VT3VT5 VT6uRAtuuaubuc VT4 三相全波星形連接的調(diào)壓電路 相電壓過零點(diǎn)定為相電壓過零點(diǎn)定為a a的起點(diǎn)，的起點(diǎn)，a a =0 =0時(shí)一時(shí)一直有三個(gè)晶閘管導(dǎo)通；直有三個(gè)晶閘管導(dǎo)通； VT1- VT6,依次相差60 VT1- VT6,導(dǎo)通角為180 1 12 23 34 45 56 6VT5 =30300 0ugtuRAtuuaubuc VT1 VT2 VT4 VT3

49、t=00-300 時(shí) VT5,VT6導(dǎo)通， uRA=O t=300-600 VT1、VT5、VT6導(dǎo)通， uRA= uA t=600-900 VT1、VT6導(dǎo)通， uRA= uAB/2t=900-1200 VT1、VT2、VT6導(dǎo)通， uRA= uAt=1200-1500 VT1、VT2導(dǎo)通， uRA= uAC /2t=1500-1800 VT1、VT2、VT3導(dǎo)通， uRA= uA1 12 23 34 45 56 6 VT6=90900 0 t=900-1500 時(shí) VT1,VT6導(dǎo)通， uRA= uAB/2 t=1500-2100 VT1、VT2導(dǎo)通， uRA= uAC /2t=2100-

50、2700 VT2、VT3導(dǎo)通， uRA=0t=2700-3300 VT3、VT4導(dǎo)通， uRA= -uAB/2 t=3300-3900 VT4、VT5導(dǎo)通， uRA= -uAC /2t=3900-4500 VT5、VT6導(dǎo)通， uRA= 0uan t u ua ub uc VT1 VT2VT3VT45VT6 ug t 123456=1201200 01 u uRARA t u ua ub uc ug t 162 3 4 5 總結(jié)：總結(jié)： 1、 060三管導(dǎo)通與兩管導(dǎo)通交替，每管導(dǎo)通180- ，但=0時(shí)一直是三管導(dǎo)通；2、6090兩管導(dǎo)通，每管導(dǎo)通120； 3、90150：兩管導(dǎo)通與無晶閘管導(dǎo)通

51、交替，導(dǎo)通角度為300-2。 4.2 4.2 單相交交變頻電路單相交交變頻電路 交交變頻電路把電網(wǎng)頻率的交流電變成可調(diào)頻率的交流電，屬于直接變頻電路。 廣泛用于大功率交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)，實(shí)用的主要是三相輸出交交變頻電路。電路構(gòu)成電路構(gòu)成uaubucP=/2P=0P=/2 1 1、P組工作時(shí)，負(fù)載電流io為正;N組工作時(shí)，io為負(fù)；基本工作原理基本工作原理 2 2、兩組變流器按一定的頻率交替工作，負(fù)載就得到該頻率的交流電。改變兩組變流器的切換頻率，就可改變輸出頻率。 3 3、改變變流電路的控制角a，就可以改變交流輸出電壓的幅值； 4 4、為使uo波形接近正弦波，可按正正弦弦規(guī)律對規(guī)律對a a

52、角進(jìn)行調(diào)制；角進(jìn)行調(diào)制； 5 5、在半個(gè)周期內(nèi)讓P組a 角按正弦規(guī)律從90減到0或某個(gè)值，再增加到90，每個(gè)控制間隔內(nèi)的平均輸出電壓就按正弦規(guī)律從零增至最高，再減到零。另外半個(gè)周期可對N組進(jìn)行同樣的控制；二、整流與逆變工作狀態(tài)二、整流與逆變工作狀態(tài)整流tuoio ip up uN iN 逆變P組N組整流逆變t1t2t3t4t5t2-t3 ：uo反向，io仍為正，正組逆變，輸出功率為負(fù)； t1-t3期間：io正半周正組（P組）工作 反組（N組）反鎖 t1-t2：uo和io均為正，正組整流，輸出功率為正；t4-t5 ：uo反向，io仍為負(fù)，負(fù)組逆變，輸出功率為負(fù)； t3-t5期間：io負(fù)半周正組（

53、P組）反鎖 反組（N組）工作t3-t4：uo和io均為負(fù)，反組整流，輸出功率為正；阻斷阻斷單相交交變頻電路電壓和電流波形圖單相交交變頻電路電壓和電流波形圖考慮無環(huán)流工作方式下考慮無環(huán)流工作方式下i io o過零的死區(qū)時(shí)間，一周期可分為過零的死區(qū)時(shí)間，一周期可分為6 6段段第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6段io 0， uo 0，為反組整流第5段又是無環(huán)流死區(qū)第五章第五章 逆變電路逆變電路1）定義：將逆變電路的交流側(cè)接到交流電網(wǎng)上，把直流電逆變成同頻率的交流電反送到電網(wǎng)去。2）應(yīng)用：直流電機(jī)的可逆調(diào)速、高壓直流

54、輸電和太陽能發(fā)電等方面。有源逆變有源逆變: :無源逆變無源逆變1）定義：逆變器的交流側(cè)不與電網(wǎng)聯(lián)接，而是直接接到負(fù)載，即將直流電逆變成某一頻率或可變頻率的交流電供給負(fù)載2）應(yīng)用：它在交流電機(jī)變頻調(diào)速、感應(yīng)加熱、不停電電源等方面應(yīng)用十分廣泛，是構(gòu)成電力電子技術(shù)的重要內(nèi)容。 單相橋式逆變電路單相橋式逆變電路 負(fù)載a)b)圖5-1tS1S2S3S4iouoUduoiot1t2換流換流電流從一個(gè)支路向另一個(gè)支路轉(zhuǎn)移的過程， 也稱換相。 無源逆變換流方式分類無源逆變換流方式分類1、器件換流器件換流 利用全控型器件的自關(guān)斷能力進(jìn)行換流。 2、電網(wǎng)換流、電網(wǎng)換流 由電網(wǎng)提供換流電壓稱為電網(wǎng)換流。3、強(qiáng)迫換流

55、強(qiáng)迫換流 設(shè)置附加的換流電路，給欲關(guān)斷的晶閘管強(qiáng)迫施加反向電壓或反向電流。 SVT負(fù)載+-圖5-3直接耦合式強(qiáng)迫換流 CL+VDSCVT負(fù)載+LSVT負(fù)載VDb)a)圖5-4電感耦合式強(qiáng)迫換流 ttttRLCOOOOiit1b)a)圖5-2EdLdVT1VT2VT3VT4uoioiduouoioiouVTiVT1iVT4iVT2iVT3uVT1uVT44、負(fù)載換流負(fù)載換流 單相半橋電壓型逆變電路單相半橋電壓型逆變電路 逆變電路按其直流電源性質(zhì)分：電壓型和電流型電壓型和電流型 特點(diǎn)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

56、不同； (3)阻感負(fù)載時(shí)需提供無功功率,直流側(cè)電容緩沖無功能量。全橋逆變電路全橋逆變電路 +-CRL圖5-5UdV1V2V3V4VD1VD2VD3VD4uoiotttUu5sin513sin31sin4dodd1o9 . 022UUUddo1m27. 14UUU 基波幅值 基波有效值 uWUuUVuVWuUN三相電壓型橋三相電壓型橋式逆變電路式逆變電路 NN+-UVW圖5-9V1V2V3V4V5V6VD1VD2VD3VD4VD5VD6Ud2Ud2Ug3Ug5Ug2Ug4Ug6UVWUdNUVWUdNVWUUdNUg1定量分析（線電壓）定量分析（線電壓） w 輸出線電壓u uUVUV展開成傅里葉

57、級數(shù)nktnntUtttttUusin) 1(1sin3213sin13111sin1117sin715sin51sin32ddUV16 kn輸出線電壓有效值 d202UVUV816. 0d21UtuU基波幅值 ddUV1m1 . 132UUU基波有效值 ddUV1mUV178. 062UUUU定量分析（相電壓）定量分析（相電壓）w 輸出相電壓u uUNUN展開成傅里葉級數(shù)16 kn輸出相電壓有效值 基波幅值 基波有效值 ntnntUtttttUusin1sin213sin13111sin1117sin715sin51sin2ddUNd202UNUN471. 0d21UtuUdUN1mUN14

58、5. 02UUUddUN1m637. 02UUU 單相電流型單相電流型逆變電路逆變電路 ABCRL圖 5-12LdIdVT1VT2VT3VT4LT1LT2LT3LT4uoiotOtO圖 5 - 1 3tOtOtOtOtOtOuG 1 ,4uG 2 ,3iTioIdt1t2t3t4t5t6t7tuotuA BtdtIdiV T1 ,4iV T2 ,3uV T2 ,3uV T1 ,4 一般在直流側(cè)串聯(lián)大電感，電流脈動(dòng)很小，可近似看成直流電流源 交流側(cè)電容用于吸收換流時(shí)負(fù)載電感中存貯的能量 三相電流型逆變電路三相電流型逆變電路 UVW圖 5-11idUdVT1VT2VT3VT4VT5VT6iWUg1iUiVUg2Ug3Ug4Ug5Ug6UWVUdidNNWUVUdidVUWUdidN第六章第六章 PWM控制技術(shù)控制技術(shù)理論基礎(chǔ)：理論基礎(chǔ)： 沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同。f (t)d (t)tO圖 6-1a)b)c)d)tOtOtOf (t)f (t)f (t)a)Ob)圖6-2tbdcai(t)i(t)e(t)PWMPWM（Pulse Width ModulationPulse Width Modulation）控制）控制脈沖寬度調(diào)制技術(shù) 通過對一系列脈