電力電子技術(shù)-復(fù)習(xí)

1、電力電子技術(shù)-復(fù)習(xí) 考試內(nèi)容：第1章到第9章 考試題型 填空題 20分 簡答題 30-35分 計(jì)算題 45-50分第1章 緒論電力電子技術(shù)就是使用電力電子技術(shù)就是使用電力電子器件電力電子器件 對對電能電能進(jìn)行進(jìn)行變變換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)的基電力電子器件的制造技術(shù)是電力電子技術(shù)的基礎(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、變相逆變逆變 表表1-1 電力變換的種類電

2、力變換的種類第2章 電力電子器件電力電子器件的功率損耗電力電子器件的功率損耗關(guān)斷損耗關(guān)斷損耗開通損耗開通損耗開關(guān)損耗開關(guān)損耗斷態(tài)損耗斷態(tài)損耗通態(tài)損耗通態(tài)損耗第2章 電力電子器件 電力電子器件的分類（電力電子器件的分類（P40-41） 按照能夠被控制電路信號所控制的程度按照能夠被控制電路信號所控制的程度 半控型器件：半控型器件： 晶閘管晶閘管 全控型器件：全控型器件：GTO、GTR、MOSFET、IGBT 不可控器件：電力二極管不可控器件：電力二極管 按照驅(qū)動信號的性質(zhì)按照驅(qū)動信號的性質(zhì) 電流驅(qū)動型：晶閘管、電流驅(qū)動型：晶閘管、 GTO、GTR 電壓驅(qū)動型：電壓驅(qū)動型： MOSFET、IGBT

3、按照驅(qū)動信號的波形按照驅(qū)動信號的波形 脈沖觸發(fā)型：晶閘管、脈沖觸發(fā)型：晶閘管、GTO 電平控制型：電平控制型： MOSFET、IGBT第2章 電力電子器件 晶閘管正常導(dǎo)通條件 在承受正向電壓和門極有觸發(fā)電流情況下，晶閘管才能開通。 維持晶閘管導(dǎo)通的條件 晶閘管的電流大于能保持晶閘管導(dǎo)通的最小電流，即維持電流 怎樣才能使晶閘管由導(dǎo)通變?yōu)殛P(guān)斷 可利用外加電壓和外電路的作用使流過晶閘管的電流降到接近于零的某一數(shù)值以下，即降到維持電流以下。 第3章 整流電路 單相可控整流電路 三相可控整流電路 變壓器漏感對整流電路的影響 整流電路的有源逆變工作狀態(tài) 相控電路的驅(qū)動控制第3章 整流電路 單相可控整流電路

4、 帶電阻負(fù)載 帶阻感負(fù)載 帶反電動勢負(fù)載 電壓、電流計(jì)算3.1.1 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路wwwwtTVTR0a)u1u2uVTudidwt1p2 ptttu2uguduVTaq0b)c)d)e)00圖圖3-1 單相半波可控整流電路及波形單相半波可控整流電路及波形帶電阻負(fù)載的工作情況帶電阻負(fù)載的工作情況 變壓器變壓器T、電壓瞬時(shí)值、電壓瞬時(shí)值u1和和u2，有效值有效值U1和和U2。其它物理量表示如圖其它物理量表示如圖. 電阻負(fù)載、電阻負(fù)載、電壓與電流波形相電壓與電流波形相同同。 暫暫認(rèn)為晶閘管（開關(guān)器件）為認(rèn)為晶閘管（開關(guān)器件）為理想器件理想器件。晶閘管導(dǎo)通時(shí)其晶閘管導(dǎo)通時(shí)其

5、管壓降等管壓降等于零于零，晶閘管阻斷時(shí)其，晶閘管阻斷時(shí)其漏漏電流等于零電流等于零。觸發(fā)脈沖3.1.2 單相橋式全控整流電路單相橋式全控整流電路u (i )pwtwtwt000i2udidb)c)d)ddaauVT1,4圖圖3-5 單相全控橋式單相全控橋式帶電阻負(fù)載時(shí)的電路及波形帶電阻負(fù)載時(shí)的電路及波形a)帶電阻負(fù)載的工作情況帶電阻負(fù)載的工作情況 電路分析電路分析 4晶閘管組成晶閘管組成1-4, 2-3同開同斷。同開同斷。 在在u2正半周正半周 在在0-a a ，id=0, ud=0,VT1、VT4串聯(lián)承受電壓串聯(lián)承受電壓u2。 在在a a處給處給VT1和和VT4加觸發(fā)脈沖，加觸發(fā)脈沖，該兩管通

6、，電流從該兩管通，電流從a-負(fù)載負(fù)載-b端。端。 在在180 , id=0,VT1和和VT4斷。斷。VT2和和VT3的的a a=0處為處為w wt=p p u2負(fù)半周，在負(fù)半周，在a a處觸發(fā)處觸發(fā)VT2和和VT3導(dǎo)通導(dǎo)通,電流從電流從b-負(fù)載負(fù)載-到到a端。端。 3.1.1 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路uwttwwtwtw20wt1p2 ptug0ud0id0uVT0qab)c)d)e)f)+ + +圖圖3-2 帶阻感負(fù)載的單相半帶阻感負(fù)載的單相半波可控整流電路及其波形波可控整流電路及其波形帶阻感負(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)是電流不突變。阻感負(fù)載的特點(diǎn)是電流

7、不突變。 電路分析電路分析 VT斷態(tài)斷態(tài),id=0,ud=0,uVT=u2。 a a處處 ud=u2，id從從0開始增加。開始增加。 在在180 處，處，id 0，VT仍導(dǎo)通仍導(dǎo)通。 w wt2時(shí)刻，時(shí)刻，id降至零，降至零，VT關(guān)斷關(guān)斷。 ud波出現(xiàn)負(fù)，平均值波出現(xiàn)負(fù)，平均值Ud下降。下降。 晶閘管關(guān)斷條件：晶閘管的電流降到維持電流以下2tw3.1.2 單相橋式全控整流電路單相橋式全控整流電路2OwtOwtOwtudidi2OwtOwtuVT1,4OwtOwtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4u圖圖3-6 單相橋式全控整流電流帶單相橋式全控整流電流帶阻感負(fù)載時(shí)的電路及波形阻感負(fù)載時(shí)

8、的電路及波形帶阻感負(fù)載的工作情況帶阻感負(fù)載的工作情況 電路分析電路分析 在在u2正半周期正半周期 觸發(fā)角觸發(fā)角a a處給晶閘管處給晶閘管VT1和和VT4加觸加觸發(fā)脈沖使其開通，發(fā)脈沖使其開通，ud=u2。 負(fù)載電感很大，負(fù)載電感很大，id近似為水平線。近似為水平線。 u2過零時(shí)，過零時(shí)，VT1VT4流過流過id，不斷。，不斷。 w wt=p p+a a時(shí)，觸發(fā)時(shí)，觸發(fā)VT2和和VT3導(dǎo)通，導(dǎo)通，VT1VT4斷斷,電流轉(zhuǎn)移電流轉(zhuǎn)移,稱稱換相換相,亦稱亦稱換流換流。 帶反電動勢負(fù)載時(shí)的工作情況帶反電動勢負(fù)載時(shí)的工作情況 蓄電池、直流電動機(jī)等是反電動勢負(fù)載。蓄電池、直流電動機(jī)等是反電動勢負(fù)載。 電路

9、分析電路分析 |u2|E時(shí)，才有導(dǎo)通的可能。時(shí)，才有導(dǎo)通的可能。導(dǎo)通后導(dǎo)通后ud=u2， 直至直至|u2|=E，id=0，ud=E時(shí)關(guān)斷。時(shí)關(guān)斷。 稱為稱為停止導(dǎo)電角停止導(dǎo)電角。3.1.2 單相橋式全控整流電路單相橋式全控整流電路b)idOEudwtIdOwtaq圖圖3-7 單相橋式全控整流電路接反電動勢單相橋式全控整流電路接反電動勢電阻負(fù)載時(shí)的電路及波形電阻負(fù)載時(shí)的電路及波形REuidd212sinUE(3-16)第3章 整流電路 三相可控整流電路 帶電阻負(fù)載 帶阻感負(fù)載 電壓、電流計(jì)算3.2.1 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路a =30u2uaubucOwtOwtOwtOwtOw

10、tuGuduabuacwt1iVT1uVT1uaca a=30 電流處于電流處于連續(xù)和斷續(xù)的連續(xù)和斷續(xù)的臨界狀態(tài)臨界狀態(tài)，各相導(dǎo)電，各相導(dǎo)電120 。 圖圖3-14 三相半波可控整流電路，三相半波可控整流電路，電阻負(fù)載，電阻負(fù)載，a a=30 時(shí)的波形時(shí)的波形 a)3.2.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路原理圖原理圖 陰極連接在一起的陰極連接在一起的（VT1，VT3，VT5)稱為稱為共陰共陰極組極組；另；另3個(gè)稱為個(gè)稱為共陽極組共陽極組。 共陰極組與共陽極組與共陰極組與共陽極組與a，b，c三相電源相接。三相電源相接。 晶閘管的導(dǎo)通順序?yàn)榫чl管的導(dǎo)通順序?yàn)閂T1-VT2-VT3-VT

11、4-VT5-VT6。 圖圖3-18 三相橋式全控整流電路原理圖三相橋式全控整流電路原理圖3.3 變壓器漏感對整流電路的影響變壓器漏感對整流電路的影響變壓器漏感變壓器漏感 實(shí)際上變壓器繞組總有實(shí)際上變壓器繞組總有漏感漏感，該漏感可用一個(gè)集中的電感，該漏感可用一個(gè)集中的電感LB表示，并將其折算到表示，并將其折算到變壓器二次側(cè)變壓器二次側(cè)。 由于電感對電流的變化起阻礙作用，電感電流不能突變，由于電感對電流的變化起阻礙作用，電感電流不能突變，因此因此換相換相過程不能瞬間完成，而是會過程不能瞬間完成，而是會持續(xù)一段時(shí)間持續(xù)一段時(shí)間。 現(xiàn)以三相半波為例來分析，然后將其結(jié)論推廣現(xiàn)以三相半波為例來分析，然后將

12、其結(jié)論推廣 假設(shè)負(fù)載中電感很大，假設(shè)負(fù)載中電感很大，負(fù)載電流為水平線負(fù)載電流為水平線。 3.3 變壓器漏感對整流電路的影響變壓器漏感對整流電路的影響udidwtOwtOgiciaibiciaIduaubuca分析從分析從VT1換相至換相至VT2過程過程 w wt1時(shí)觸發(fā)時(shí)觸發(fā)VT2，漏感致，漏感致ia、ib不能突變，不能突變，VT1VT2通，相當(dāng)通，相當(dāng)于于短路短路，產(chǎn)生，產(chǎn)生環(huán)流環(huán)流ik。 ik=ib是逐漸增大的，而是逐漸增大的，而 ia=Id-ik是逐漸減小的。是逐漸減小的。 當(dāng)當(dāng)ik增大到等于增大到等于Id時(shí)，時(shí)，ia=0，VT1關(guān)斷，換流結(jié)束。關(guān)斷，換流結(jié)束。 g g表示表示換相重疊角

13、換相重疊角。 w wt1時(shí)刻時(shí)刻 圖圖3-26 考慮變壓器漏感時(shí)的三考慮變壓器漏感時(shí)的三相半波可控整流電路及波形相半波可控整流電路及波形 3.7 整流電路的有源逆變工作狀態(tài)整流電路的有源逆變工作狀態(tài)使變流器工作于有源逆變狀態(tài)的條件使變流器工作于有源逆變狀態(tài)的條件 直流側(cè)要有電動勢，其極性須和晶閘管的導(dǎo)通方向一致，其值應(yīng)大于變流電路直流側(cè)的平均電壓； 要求晶閘管的控制角/2，使Ud為負(fù)值。逆變失敗逆變失敗 逆變運(yùn)行時(shí)，一旦發(fā)生換流失敗，外接的直流電源就會通過晶閘管電路形成短路，或者使變流器的輸出平均電壓和直流電動勢變?yōu)轫樝虼?lián)，由于逆變電路內(nèi)阻很小，形成很大的短路電流。 逆變失敗的原因逆變失敗的

14、原因 觸發(fā)電路工作不可靠，如脈沖丟失、脈沖延時(shí)等。 晶閘管發(fā)生故障，該斷時(shí)不斷，或該通時(shí)不通。 交流電源缺相或突然消失。 換相的裕量角不足，引起換相失敗。 防止逆變失敗的方法防止逆變失敗的方法 采用精確可靠的觸發(fā)電路，使用性能良好的晶閘管，保證交流電源的質(zhì)量，留出充足的換向裕量角等3.7 整流電路的有源逆變工作狀態(tài)整流電路的有源逆變工作狀態(tài)例：三相全控橋變流器，反電動勢阻感負(fù)載，例：三相全控橋變流器，反電動勢阻感負(fù)載，R=1，L=，U2=220V，LB=1mH，當(dāng)，當(dāng)EM=-400V， =60 時(shí)求時(shí)求Ud, Id與與g g的值，此時(shí)送回電網(wǎng)的有功功率是多少？的值，此時(shí)送回電網(wǎng)的有功功率是多少

15、？解：由題意可列出如下解：由題意可列出如下3個(gè)等式：個(gè)等式：三式聯(lián)立求解，得三式聯(lián)立求解，得2.342201cos(180-60)650110-3(-400)/(1+650110-3)-290.3（V）由下式可計(jì)算換流重疊角：由下式可計(jì)算換流重疊角： ，代入數(shù)據(jù)，得：，代入數(shù)據(jù)，得：cos(180-60)cos（180-60+ g g ）=0.1279送回電網(wǎng)的有功功率為送回電網(wǎng)的有功功率為ddUUUpcos34. 22REUIMdd/dBdBdIfLImX62/Up)(7 .109AId)6/(6)(34. 2U2BBdfLREfLRCOSUp)6/(2)sin2/()cos(cos22UI

16、LmUIXdBdBpgaa6279. 0120cos0g00090. 812090.128gKWRIIEPddM85.3117 .1097 .109400223.8 相控電路的驅(qū)動控制相控電路的驅(qū)動控制電網(wǎng)電壓同步環(huán)節(jié)鋸齒波形成脈沖形成雙窄脈沖放大控制信號同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路結(jié)構(gòu) 換流 電流從一個(gè)支路向另一個(gè)支路轉(zhuǎn)移的過程 換流方式 器件換流 電網(wǎng)換流 負(fù)載換流 強(qiáng)迫換流 電壓型逆變電路第第4章章 逆變電路逆變電路4.2 單相電壓型逆變電路單相電壓型逆變電路b)a)ttOOONoUm- -Umiot1t2t3t4t5t6V1V2V1V2VD1VD2VD1VD2圖圖4-6 單相半橋電壓型逆

17、單相半橋電壓型逆變電路及其工作波形變電路及其工作波形 半橋逆變電路半橋逆變電路 在兩個(gè)電容的在兩個(gè)電容的聯(lián)結(jié)點(diǎn)聯(lián)結(jié)點(diǎn)便成為直便成為直流電源的流電源的中點(diǎn)中點(diǎn)。 工作原理工作原理 設(shè)設(shè)V1和和V2的柵極信號互補(bǔ)。的柵極信號互補(bǔ)。 uo為為矩形波矩形波，Um=Ud/2。 電路帶電路帶阻感負(fù)載阻感負(fù)載，io如圖所示如圖所示的電流波形。的電流波形。 4.2.1 單相電壓型逆變電路單相電壓型逆變電路a)b)圖圖4-7 單相全橋逆變電單相全橋逆變電路的移相調(diào)壓方式路的移相調(diào)壓方式 移相調(diào)壓方式移相調(diào)壓方式 上下橋互補(bǔ)上下橋互補(bǔ),且且V3的基極信號比的基極信號比V1落后落后q q（0q q180）。）。 工

18、作過程工作過程 t1時(shí)刻前時(shí)刻前V1和和V4導(dǎo)通，導(dǎo)通， uo=Ud。 t1時(shí)刻時(shí)刻V4截止，截止，uo=0。 t2時(shí)刻時(shí)刻V1截止，截止，uo=-Ud。 到負(fù)載電流過零，到負(fù)載電流過零，uo仍為仍為-Ud。 t3時(shí)刻時(shí)刻V3截止，而截止，而V4不能立刻導(dǎo)不能立刻導(dǎo)通，通，VD4導(dǎo)通續(xù)流，導(dǎo)通續(xù)流，uo再次為零再次為零。 改變改變q q 就可調(diào)節(jié)輸出電壓就可調(diào)節(jié)輸出電壓。第第5章章 直流直流變流電路直流直流變流電路 基本斬波電路 復(fù)合斬波電路 帶隔離的直流直流變流電路5.1.1 降壓斬波電路降壓斬波電路圖圖5-1 降壓斬波電路的原理圖及波形降壓斬波電路的原理圖及波形a）電路圖）電路圖 b）電流

19、連續(xù)時(shí)）電流連續(xù)時(shí)c）電流斷續(xù)時(shí)的波形）電流斷續(xù)時(shí)的波形降壓斬波電路（降壓斬波電路（Buck Chopper） EETtEtttUonoffononoa5.1.2 升壓斬波電路升壓斬波電路0iGE0ioI1a)b)圖圖5-2 升壓斬波電路及其工作波形升壓斬波電路及其工作波形a）電路圖）電路圖 b）波形）波形 升壓斬波電路升壓斬波電路 工作原理工作原理 假設(shè)假設(shè)L和和C值很大。值很大。 V通態(tài)通態(tài)，L蓄能蓄能，C 較大較大Uo 基本恒基本恒定。定。V斷態(tài)斷態(tài)，向，向C充電，并向負(fù)載供能。充電，并向負(fù)載供能。 基本的數(shù)量關(guān)系基本的數(shù)量關(guān)系 穩(wěn)態(tài)時(shí)，穩(wěn)態(tài)時(shí)，L積蓄與釋放的能量相等積蓄與釋放的能量相等

20、offoontIEUtEI11化簡得化簡得 EtTEtttUoffoffoffono上式中的上式中的 1/offtT(5-20)(5-21)5.1.3 升降壓斬波電路升降壓斬波電路a)圖圖5-4 升降壓斬波電路及其波形升降壓斬波電路及其波形a）電路圖）電路圖 b）波形）波形 升降壓斬波電路升降壓斬波電路 工作原理工作原理 V導(dǎo)通導(dǎo)通時(shí)，時(shí)，L貯能。貯能。C維持維持輸出。輸出。 V關(guān)斷關(guān)斷時(shí)，時(shí)，L向負(fù)載放向負(fù)載放能能，電流電流i2，負(fù)載電壓上負(fù)下正。，負(fù)載電壓上負(fù)下正。 EEtTtEttUononoffonoaa15.2 復(fù)合斬波電路和多相多重?cái)夭娐窂?fù)合斬波電路和多相多重?cái)夭娐冯娏骺赡鏀夭?/p>

21、電路電流可逆斬波電路橋式可逆斬波電路橋式可逆斬波電路5.2.1 電流可逆斬波電路電流可逆斬波電路ttb)uoioiV1iD1iV2iD2a)圖圖5-7 電流可逆斬波電路及其波形電流可逆斬波電路及其波形a） 電路圖電路圖 b） 波形波形 電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu) V1和和VD1構(gòu)成構(gòu)成降壓斬波電路降壓斬波電路，第，第1象限、電動。象限、電動。 V2和和VD2構(gòu)成構(gòu)成升壓斬波電路升壓斬波電路，第，第2象限、再生制動。象限、再生制動。 防止防止V1和和V2同時(shí)導(dǎo)通同時(shí)導(dǎo)通。5.2.2 橋式可逆斬波電路橋式可逆斬波電路圖圖5-8 橋式可逆斬波電路橋式可逆斬波電路 橋式可逆斬波電路橋式可逆斬波電路 將兩個(gè)電流可

22、逆斬波電路組合起來，電動機(jī)可以將兩個(gè)電流可逆斬波電路組合起來，電動機(jī)可以4象限象限運(yùn)行。運(yùn)行。 工作過程工作過程 V4導(dǎo)通時(shí)，等效為電流可逆斬波電路，提供導(dǎo)通時(shí)，等效為電流可逆斬波電路，提供正電壓正電壓，可使電，可使電動機(jī)工作于動機(jī)工作于第第1、2象限象限。 V2導(dǎo)通時(shí)，導(dǎo)通時(shí)，V3、VD3和和V4、VD4等效為又一組電流可逆斬波等效為又一組電流可逆斬波電路，提供電路，提供負(fù)電壓負(fù)電壓，工作于，工作于第第3、4象限象限。5.3 帶隔離的直流直流變流電路帶隔離的直流直流變流電路正激電路正激電路反激電路反激電路 半橋電路半橋電路全橋電路全橋電路推挽電路推挽電路全波整流和全橋整流全波整流和全橋整流

23、5.3.1 正激電路正激電路輸出電壓輸出電壓TtNNUUon12io輸出電感電流不連續(xù)時(shí)，在負(fù)載為零的輸出電感電流不連續(xù)時(shí)，在負(fù)載為零的極限情況下極限情況下 i12oUNNU (5-52)輸出濾波電感電流連續(xù)時(shí)輸出濾波電感電流連續(xù)時(shí)iLtOOmtLuLiS開通：S斷開：Lu1012tttUUNNuOiL21tttUuOLTtttuL020TttLdtu000012moonoitUtUUNNmtttNNUUonon12iooffmtt 0mt5.3.2 反激電路反激電路SuSiSiVDtontoffttttUiOOOO圖圖 5-14 反激電路原理圖反激電路原理圖圖圖 5-15 反激電路的理想化波

24、形反激電路的理想化波形反激電路反激電路 工作過程工作過程 S開通開通后，后，VD處于斷態(tài)，處于斷態(tài)，W1繞組的電流線繞組的電流線性增長，電感儲能增加。性增長，電感儲能增加。 S關(guān)斷后關(guān)斷后，W1繞組的電流被切斷，變壓器繞組的電流被切斷，變壓器中的磁場能量通過中的磁場能量通過W2繞組和繞組和VD向輸出端釋放，向輸出端釋放，電壓為電壓為 。 uUNNUSio12mtS開通：S斷開：oniNttUu01mononoNttttUNNu211TtttumonN 01TttNdtu0010mon12iottNNUU5.3.3 半橋電路半橋電路輸出電壓輸出電壓(5-54)LuS1或S2開通：oiLUUNNu

25、212S1和S2關(guān)斷：）（）（000LLLoLiuiUuTLdtu00022212omoionUtUUNNt)(212mononiotttNNUU5.3.3 半橋電路半橋電路輸出電壓輸出電壓輸出電感電流不連續(xù)，輸出電壓輸出電感電流不連續(xù)，輸出電壓Uo將高于式（將高于式（5-54）的計(jì)算值，并隨負(fù)載減小而升高，在負(fù)載為零的極限的計(jì)算值，并隨負(fù)載減小而升高，在負(fù)載為零的極限情況下情況下2i12oUNNU(5-54)濾波電感濾波電感L的電流連續(xù)時(shí)的電流連續(xù)時(shí)Luoffmtt T)(212off12onononiotNNtttNNUU0mt5.3.6 全波整流和全橋整流全波整流和全橋整流圖圖5-22

26、a)全波整流電路原理圖全波整流電路原理圖 雙端電路雙端電路中常用的整流電路形式為中常用的整流電路形式為全波整流電路全波整流電路和和全橋整流電路全橋整流電路。全波整流電路的特點(diǎn)全波整流電路的特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：電感優(yōu)點(diǎn)：電感L的電流回路中只有的電流回路中只有一個(gè)二極管壓降一個(gè)二極管壓降，損耗小，而且整，損耗小，而且整流電路中只需要流電路中只需要2個(gè)二極管個(gè)二極管，元件數(shù)較少。，元件數(shù)較少。 缺點(diǎn)：二極管斷態(tài)時(shí)承受的反壓較高，對器件耐壓要求較高，而且缺點(diǎn)：二極管斷態(tài)時(shí)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。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

27、較低的情況下（適用場合：輸出電壓較低的情況下（100V）。）。5.3.6 全波整流和全橋整流全波整流和全橋整流全橋電路的特點(diǎn)全橋電路的特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：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。優(yōu)點(diǎn)：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(diǎn)：電感缺點(diǎn)：電感L的電流回路中存在的電流回路中存在兩個(gè)二極管壓降兩個(gè)二極管壓降，損耗較大，而且電路中，損耗較大，而且電路中需要需要4個(gè)二極管個(gè)二極管，元件數(shù)較多。，元件數(shù)較多。 適用場合：高壓輸出的情況下。適用場合：高壓輸出的情況下。同步整流電路同步整流電路 當(dāng)電路的輸出電壓非常低時(shí)，可以采用同步整流電路，利用當(dāng)電路的輸出電

28、壓非常低時(shí)，可以采用同步整流電路，利用低電壓低電壓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(jìn)一步提具有非常小的導(dǎo)通電阻的特性降低整流電路的導(dǎo)通損耗，進(jìn)一步提高效率。高效率。 這種電路的缺點(diǎn)是需要對這種電路的缺點(diǎn)是需要對V1和和V2的通與斷進(jìn)行控制，增加了控制電路的復(fù)的通與斷進(jìn)行控制，增加了控制電路的復(fù)雜性。雜性。 圖圖5-22 b)全橋整流電路原理圖全橋整流電路原理圖 圖圖5-23 同步整流電路原理圖同步整流電路原理圖第第6章章 交流交流變流電路交流交流變流電路 交流調(diào)壓電路 交流調(diào)功電路6.1.1 單相交流調(diào)壓電路單相交流調(diào)壓電路Ou1uoiouVTwtOwtOwtOw

29、t圖圖6-1 電阻負(fù)載單相交電阻負(fù)載單相交流調(diào)壓電路及其波形流調(diào)壓電路及其波形電阻負(fù)載電阻負(fù)載 工作過程工作過程 對對VT1和和VT2的的a a進(jìn)行控制，調(diào)節(jié)輸出進(jìn)行控制，調(diào)節(jié)輸出電壓。電壓。 基本的數(shù)量關(guān)系基本的數(shù)量關(guān)系papapwwppa2sin21dsin21121oUttUURUIoo)22sin1 (21sin221121papawwppaRUtdRtUIT功率因數(shù)功率因數(shù) papap2sin211oo1ooUUIUIUSP(6-1)(6-2)(6-3)(6-4)6.2.1 交流調(diào)功電路交流調(diào)功電路圖圖6-11 交流調(diào)功電路典型波形交流調(diào)功電路典型波形(M=3、N=2) 交流調(diào)功電路

30、交流調(diào)功電路 工作原理工作原理 電路形式相同，電路形式相同，控制方式不同控制方式不同。 通過改變通過改變接通周波數(shù)接通周波數(shù)與與斷開周波數(shù)斷開周波數(shù)的比值來調(diào)節(jié)負(fù)載所消耗的比值來調(diào)節(jié)負(fù)載所消耗的平均功率的平均功率。 VT1PWM控制的基本原理控制的基本原理PWM控制方法控制方法計(jì)算法和調(diào)制法計(jì)算法和調(diào)制法異步調(diào)制和同步調(diào)制異步調(diào)制和同步調(diào)制規(guī)則采樣法規(guī)則采樣法PWM跟蹤控制技術(shù)跟蹤控制技術(shù)第第7章章 PWM控制技術(shù)控制技術(shù)7.2.1 7.2.1 計(jì)算法和調(diào)制法計(jì)算法和調(diào)制法圖圖7-4 單相橋式單相橋式PWM逆變電路逆變電路 單相橋式單相橋式PWM逆變電路（調(diào)制法）逆變電路（調(diào)制法） 電路工作過

31、程電路工作過程 V1和和V2，V3和和V4通斷互補(bǔ)通斷互補(bǔ)。 在在uo的正半周，的正半周， V1通通。 io為正，為正，V1和和V4導(dǎo)通時(shí)，導(dǎo)通時(shí)，uo=Ud。 io為正，為正， V4斷，斷，V1通和通和VD3續(xù)流，續(xù)流，uo=0。 在在io為負(fù)，為負(fù)，io從從VD1和和VD4流過，流過，uo=Ud。 io為負(fù)為負(fù),V4斷，斷，V3通后，通后，io從從V3和和VD1續(xù)流，續(xù)流，uo=0。 uo總可以得到總可以得到Ud 和零兩種電平。和零兩種電平。urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud7.2.2 7.2.2 異步調(diào)制和同步調(diào)制異步調(diào)制和同步調(diào)制載波頻率載波頻率fc與調(diào)制信號頻率與調(diào)制信號

32、頻率fr之比之比N= fc/fr稱為載波比，根據(jù)載波稱為載波比，根據(jù)載波和信號波是否同步及載波比的變化情況，和信號波是否同步及載波比的變化情況，PWM調(diào)制方式可分為調(diào)制方式可分為異步調(diào)制異步調(diào)制和和同步調(diào)制同步調(diào)制兩種。兩種。 異步調(diào)制異步調(diào)制 載波信號和調(diào)制信號不保持同步的調(diào)制方式稱為異步調(diào)制。載波信號和調(diào)制信號不保持同步的調(diào)制方式稱為異步調(diào)制。 通常載波頻率通常載波頻率fc固定不變固定不變，信號波頻率，信號波頻率fr變化變化時(shí)，載波比時(shí)，載波比N是是變化的變化的。 7.2.2 7.2.2 異步調(diào)制和同步調(diào)制異步調(diào)制和同步調(diào)制ucurUurVurWuuUNuVNOttttOOOuWN2Ud2

33、Ud圖圖7-10 同步調(diào)制三相同步調(diào)制三相PWM波形波形 同步調(diào)制同步調(diào)制 載波比載波比N等于常數(shù)，載波和信等于常數(shù)，載波和信號波保持同步的方式稱為同步調(diào)號波保持同步的方式稱為同步調(diào)制。制。 N不變不變，一個(gè)周期脈沖數(shù)、脈，一個(gè)周期脈沖數(shù)、脈沖相位固定。沖相位固定。 三相電路中，常用一個(gè)三角波三相電路中，常用一個(gè)三角波載波，取載波，取N為為3的整數(shù)倍且為奇數(shù)的整數(shù)倍且為奇數(shù)。 輸出頻率很低時(shí)，諧波難濾，輸出頻率很低時(shí)，諧波難濾，輸出頻率很高時(shí)，輸出頻率很高時(shí)，fc 高，器件難以高，器件難以承受。承受。 7.2.2 7.2.2 異步調(diào)制和同步調(diào)制異步調(diào)制和同步調(diào)制圖圖7-11 分段同步調(diào)制方式舉

34、例分段同步調(diào)制方式舉例 分段同步調(diào)制分段同步調(diào)制 把把fr范圍劃分成若干個(gè)頻段，每范圍劃分成若干個(gè)頻段，每個(gè)頻段內(nèi)都保持載波比個(gè)頻段內(nèi)都保持載波比N為恒定，不為恒定，不同頻段的載波比不同。同頻段的載波比不同。 在在fr高高的頻段采用的頻段采用較低載波比較低載波比。 在在fr低的頻段采用低的頻段采用較高載波比較高載波比。 為了防止為了防止fc在切換點(diǎn)附近的來回在切換點(diǎn)附近的來回跳動，采用了跳動，采用了滯后切換滯后切換的方法。的方法。 實(shí)線表示實(shí)線表示輸出頻率輸出頻率增高時(shí)的增高時(shí)的切換頻率切換頻率虛線表示虛線表示輸出頻率輸出頻率降低時(shí)的降低時(shí)的切換頻率切換頻率 7.2.3 7.2.3 規(guī)則采樣法

35、規(guī)則采樣法ucuOturTcADBOtuotAtDtB 22圖圖7-12 規(guī)則采樣法規(guī)則采樣法 和和 的確定的確定 設(shè)調(diào)制信號設(shè)調(diào)制信號taurrwsin 式中，式中，a稱為調(diào)制度，稱為調(diào)制度，0a1；w wr為為正弦信號波角頻率，從圖可得正弦信號波角頻率，從圖可得2/22/sin1cDTtarw)sin1 (2DtaTrcw脈沖兩邊的間隙寬度脈沖兩邊的間隙寬度 為為 )sin1 (421DcctaTTrw(7-6)(7-7)7.3 PWM跟蹤控制技術(shù)跟蹤控制技術(shù)滯環(huán)比較方式滯環(huán)比較方式三角波比較方式三角波比較方式定時(shí)比較方式定時(shí)比較方式7.3.1 滯環(huán)比較方式滯環(huán)比較方式圖圖7-24 滯環(huán)比

36、較方式電流跟蹤控制舉例滯環(huán)比較方式電流跟蹤控制舉例 tOiii*+ Ii*- Ii*圖圖7-25 滯環(huán)比較方式的指令電流和輸滯環(huán)比較方式的指令電流和輸出電流出電流 跟蹤控制方法：電流或電壓波形為指跟蹤控制方法：電流或電壓波形為指令信號，把實(shí)際值作為反饋信號。令信號，把實(shí)際值作為反饋信號。 通過通過兩者瞬時(shí)值比較兩者瞬時(shí)值比較來決定器件的來決定器件的通斷，使實(shí)際輸出跟蹤指令信號變化。通斷，使實(shí)際輸出跟蹤指令信號變化。滯環(huán)比較方式滯環(huán)比較方式 電流跟蹤控制電流跟蹤控制應(yīng)用最多。應(yīng)用最多。 把把指令電流指令電流i*和和實(shí)際輸出電流實(shí)際輸出電流i的的偏差偏差i*-i作為比較器的輸入，輸出來控作為比較器

37、的輸入，輸出來控制功率器件制功率器件V1和和V2的通斷。的通斷。 電抗器電抗器7.3.2 三角波比較方式三角波比較方式圖圖7-29 三角波比較方式電流跟蹤型逆變電路三角波比較方式電流跟蹤型逆變電路 三角波比較方式三角波比較方式 把指令電流把指令電流i*U、i*V和和i*W和實(shí)和實(shí)際電流際電流iU、iV、iW比較，偏差比較，偏差放大放大、比較，產(chǎn)生比較，產(chǎn)生PWM波形。波形。 放大器放大器A通常具有通常具有比例積分特性比例積分特性或比例特性或比例特性。 特點(diǎn)特點(diǎn) 開關(guān)頻率固定。開關(guān)頻率固定。 常用常用三相三角波三相三角波載波。載波。 輸出電流所含的諧波少。輸出電流所含的諧波少。7.3.2 三角波

38、比較方式三角波比較方式定時(shí)比較方式定時(shí)比較方式 不用滯環(huán)比較器，不用滯環(huán)比較器，固定的時(shí)鐘固定的時(shí)鐘定時(shí)比較定時(shí)比較。 定時(shí)采樣，控制開關(guān)器件的通斷，使被控制量跟蹤指令信號。定時(shí)采樣，控制開關(guān)器件的通斷，使被控制量跟蹤指令信號。 以單相半橋逆變電路為例，在采樣時(shí)刻以單相半橋逆變電路為例，在采樣時(shí)刻 如如i i*，V1關(guān)斷，關(guān)斷，V2導(dǎo)通，使導(dǎo)通，使i減小。減小。 每個(gè)控制作用都使電流誤差減小。每個(gè)控制作用都使電流誤差減小。 最高開關(guān)頻率為時(shí)鐘頻率的最高開關(guān)頻率為時(shí)鐘頻率的1/21/2。 沒有一定的環(huán)寬，控制的精度低一些。沒有一定的環(huán)寬，控制的精度低一些。第第9 9章章 電力電子器件應(yīng)用的共性問

39、題電力電子器件應(yīng)用的共性問題 電力電子器件的驅(qū)動電力電子器件的驅(qū)動電力電子器件的保護(hù)電力電子器件的保護(hù) 電力電子器件的串聯(lián)使用和并聯(lián)使用電力電子器件的串聯(lián)使用和并聯(lián)使用9.1.1 電力電子器件驅(qū)動電路概述電力電子器件驅(qū)動電路概述驅(qū)動電路驅(qū)動電路 是電力電子主電路與控制電路之間的是電力電子主電路與控制電路之間的接口接口。 良好的驅(qū)動電路使電力電子器件工作在較理想的良好的驅(qū)動電路使電力電子器件工作在較理想的開關(guān)狀開關(guān)狀態(tài)態(tài)，縮短開關(guān)時(shí)間，減小開關(guān)損耗。，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。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

40、設(shè)在驅(qū)動電路中，或通過驅(qū)動電路一些保護(hù)措施也往往設(shè)在驅(qū)動電路中，或通過驅(qū)動電路實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)。驅(qū)動電路的基本任務(wù)驅(qū)動電路的基本任務(wù) 按控制目標(biāo)的要求給器件施加按控制目標(biāo)的要求給器件施加開通開通或或關(guān)斷關(guān)斷的信號。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。既要提供開通控制信號，又要提供關(guān)斷控制信號。9.1.1 電力電子器件驅(qū)動電路概述電力電子器件驅(qū)動電路概述驅(qū)動電路還要提供控制電路與主電路之間的電氣隔離環(huán)節(jié)，一般采驅(qū)動電路還要提供控制電路與主電路之間的電氣隔離環(huán)節(jié)，一般采用用光隔離光隔離或或磁

41、隔離磁隔離。 光隔離一般采用光耦合器光隔離一般采用光耦合器 光耦合器由發(fā)光二極管和光敏晶體管組成，封裝在一個(gè)外殼內(nèi)。光耦合器由發(fā)光二極管和光敏晶體管組成，封裝在一個(gè)外殼內(nèi)。 有有普通普通、高速高速和和高傳輸比高傳輸比三種類型。三種類型。 磁隔離的元件通常是脈沖變壓器磁隔離的元件通常是脈沖變壓器 當(dāng)脈沖較寬時(shí)，為避免鐵心飽和，常采用當(dāng)脈沖較寬時(shí)，為避免鐵心飽和，常采用高頻調(diào)制和解調(diào)高頻調(diào)制和解調(diào)的方的方法。法。 ERERERa)b)c)UinUoutR1ICIDR1R1圖圖9-1 光耦合器的類型及接法光耦合器的類型及接法a) 普通型普通型 b) 高速型高速型 c) 高傳輸比型高傳輸比型 9.1.

42、2 晶閘管的觸發(fā)電路晶閘管的觸發(fā)電路IIMt1t2t3t4圖圖9-2理想的晶閘管觸發(fā)脈沖電流波形理想的晶閘管觸發(fā)脈沖電流波形t1t2脈沖前沿上升時(shí)間（脈沖前沿上升時(shí)間（1 s）t1t3強(qiáng)脈沖寬度強(qiáng)脈沖寬度IM強(qiáng)脈沖幅值（強(qiáng)脈沖幅值（3IGT5IGT）t1t4脈沖寬度脈沖寬度I脈沖平頂幅值（脈沖平頂幅值（1.5IGT2IGT） 晶閘管的觸發(fā)電路晶閘管的觸發(fā)電路 作用：產(chǎn)生符合要求的作用：產(chǎn)生符合要求的門極觸發(fā)脈沖門極觸發(fā)脈沖，保證晶閘，保證晶閘管在需要的時(shí)刻由阻斷轉(zhuǎn)管在需要的時(shí)刻由阻斷轉(zhuǎn)為導(dǎo)通。為導(dǎo)通。 晶閘管觸發(fā)電路往往還晶閘管觸發(fā)電路往往還包括對其觸發(fā)時(shí)刻進(jìn)行控包括對其觸發(fā)時(shí)刻進(jìn)行控制的制的

43、相位控制電路相位控制電路。9.1.3 典型全控型器件的驅(qū)動電路典型全控型器件的驅(qū)動電路tOibGTR 開通的基極驅(qū)動電流應(yīng)使開通的基極驅(qū)動電流應(yīng)使其處于其處于準(zhǔn)飽和導(dǎo)通狀態(tài)準(zhǔn)飽和導(dǎo)通狀態(tài)，使之，使之不進(jìn)入放大區(qū)和深飽和區(qū)。不進(jìn)入放大區(qū)和深飽和區(qū)。 關(guān)斷時(shí)，施加一定的負(fù)基關(guān)斷時(shí)，施加一定的負(fù)基極電流有利于減小關(guān)斷時(shí)間和極電流有利于減小關(guān)斷時(shí)間和關(guān)斷損耗。關(guān)斷損耗。圖圖9-6 理想的理想的GTR基極驅(qū)動電流波形基極驅(qū)動電流波形V D1AVV S0V+10V+15VV1V D2V D3V D4V3V2V4V5V6R1R2R3R4R5C1C2圖圖9-7 GTR的一種驅(qū)動電路的一種驅(qū)動電路 9.1.3 典型全控型器件的驅(qū)動電路典型全控型器件的驅(qū)動電路tOibGTR的一種驅(qū)動電路的一種驅(qū)動電路 包括包括電氣隔離電氣隔離和和晶體管放大電晶體管放大電路路兩部分。兩部分。 VD2和和VD3構(gòu)成構(gòu)成貝克箝位電路貝克箝位電路，是一種抗飽和電路，可使是一種抗飽和電路，可使GTR導(dǎo)通導(dǎo)通時(shí)處于臨界飽和狀態(tài)；時(shí)處于臨界飽和狀態(tài)； C2為加速開通過程的電容，開為加速開通過程的電容，開通時(shí)通時(shí)R5被被C2短路，這樣可以實(shí)現(xiàn)驅(qū)短路，這樣可