電力電子學(xué)基礎(chǔ)

1、會(huì)計(jì)學(xué)1電力電子學(xué)基礎(chǔ)電力電子學(xué)基礎(chǔ)8.1電力半導(dǎo)體器件（電力半導(dǎo)體器件（3類類）1、不可控型開關(guān)器件、不可控型開關(guān)器件二極管是不可控型開關(guān)器件，導(dǎo)通與關(guān)斷都不能控制的器件，二極管是不可控型開關(guān)器件，導(dǎo)通與關(guān)斷都不能控制的器件，由一個(gè)由一個(gè)p型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體和和n型型半導(dǎo)體半導(dǎo)體燒結(jié)形成的燒結(jié)形成的p-n結(jié)結(jié)、兩端引線兩端引線、封裝封裝組成的。從外形上看，可以有螺栓型、平板組成的。從外形上看，可以有螺栓型、平板型等多種封裝。型等多種封裝。A：陽極：陽極B：陰極：陰極A：陽極：陽極B：陰極：陰極2、半控型開關(guān)器件：、半控型開關(guān)器件：只能控制其導(dǎo)通，不能控制其關(guān)斷的器件。只能控制其導(dǎo)通，不能控制其

2、關(guān)斷的器件。普通晶閘管普通晶閘管螺栓形晶閘管：螺栓形晶閘管：帶有螺栓的一端是陽極帶有螺栓的一端是陽極A，粗引線是陰極，粗引線是陰極K，細(xì)線是控制極，細(xì)線是控制極G。用于。用于100A以下場(chǎng)合。以下場(chǎng)合。平板形晶閘管：平板形晶閘管：中間的金屬環(huán)是控制極中間的金屬環(huán)是控制極G，離控制極，離控制極G較遠(yuǎn)的一面是陽極較遠(yuǎn)的一面是陽極A，較近的一，較近的一面是陰極面是陰極K。用于。用于200A以上場(chǎng)合。以上場(chǎng)合。二級(jí)管晶閘管晶閘管的工作原理晶閘管的工作原理加反向電壓：兩個(gè)加反向電壓：兩個(gè)PN結(jié)反向偏置結(jié)反向偏置加正向電壓：中間加正向電壓：中間PN結(jié)反向偏置結(jié)反向偏置陽極陽極陰極陰極晶閘管不能導(dǎo)通晶閘管不

3、能導(dǎo)通21112232434000gLLddLEtttttRRtttStRS晶閘管陽極對(duì)陰極的電壓為正，開關(guān)S合上，控制極對(duì)陰極的電主電路加晶閘管斷開，電阻 上電壓u 為 ，交流電壓u，控制電路接 ， 時(shí)合上開關(guān) ， 時(shí)拉開開關(guān)晶閘管承受反向電壓，電壓由正變成負(fù)，不晶閘管導(dǎo)通方法： ：壓為正 晶閘管導(dǎo)通，電源電壓u 加在電阻 上。晶閘管陽極對(duì)陰極的會(huì)導(dǎo)通，電阻 上電壓u 為電壓為正，控制極對(duì)陰極： ： ：的電壓為254LRSt tt t正， 晶閘管導(dǎo)通，電源電壓u 加在電阻 上。拉開開關(guān) ，晶閘管處于導(dǎo)通狀態(tài)，維持導(dǎo)通； ：晶閘管承受反向電壓，處于 ：截止?fàn)顟B(tài)。KA半控型開關(guān)器件半控型開關(guān)器件

4、只能控制其導(dǎo)通只能控制其導(dǎo)通不能控制其關(guān)斷不能控制其關(guān)斷發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū)集電區(qū)集電區(qū)基區(qū)基區(qū)基區(qū)基區(qū)發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū)集電區(qū)集電區(qū)2222222221gbcbgcVTVTVTVT晶閘管的陽極與陰極加正向電壓，VT1、VT2都承受正向電壓，在控制極加一個(gè)對(duì)陰極K為正的電壓，就有控制電流I 流過，它是把晶閘管等效地看成兩只晶體管組成，一只的基極電流I ，為PNP型晶體管VT1， 另一只為NPN型晶體管VT2，中間的PN結(jié)為兩管共用。晶閘管導(dǎo)通原理：經(jīng)放大，在的集電極產(chǎn)生電流III ，電流I 又是的基111112112bggbgcVTVTVT 循環(huán)放大，形成強(qiáng)烈的晶閘管導(dǎo)通后，VT極電流I ，經(jīng)的放大，得到V

5、T1的集2的基極始終有比控制電流I 大很電極電流III ，的集電極與的基極接在一多的電流流過，控制極失去控制電壓E正，起，電晶閘管流又流入VT2的基極仍保持導(dǎo)通，直到電壓，為反饋，負(fù)，承直到元件全部導(dǎo)通。受反向電壓截止?；鶚ODSggggMOgB晶閘管加上正向電壓、控制極開路（I =0）,元件中開始有很小的正向漏電流流過，晶閘管的陽極與陰極表現(xiàn)出很大的電阻，處于截止?fàn)顟B(tài)。陽極電壓斷態(tài)不重復(fù)峰值電壓（U晶閘管的伏安特）或正向轉(zhuǎn)性正向截止?fàn)顟B(tài)：控制極開路（I =0）的導(dǎo)通狀態(tài)：控制極流過正向電上升到某一值，晶閘管突然由截止?fàn)顟B(tài)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。這時(shí)的電壓稱為正向電流I 越大，正向轉(zhuǎn)折電折電壓壓越小流I

6、時(shí)。正向（U ）的態(tài)：電流I狀足RSM 夠大時(shí)，一加上正向陽極電壓，晶閘管就導(dǎo)通。晶閘管陽極與陰極加上6V直流電壓時(shí)，能使元件導(dǎo)通的控制極最小電流。晶閘管加上反向電壓時(shí)，開始處于截止?fàn)顟B(tài)，只有很小的 反向漏電流流過，反向電壓增大到某一觸發(fā)電流：反向不重復(fù)峰值電壓（U值時(shí)，反向漏電流急劇增大）：時(shí)的電壓。UDRM:晶閘管晶閘管控制極斷路且正向截止時(shí)控制極斷路且正向截止時(shí), ,允許重復(fù)加在允許重復(fù)加在晶晶閘管閘管兩端的正向峰值電壓。允許比正向轉(zhuǎn)折電壓兩端的正向峰值電壓。允許比正向轉(zhuǎn)折電壓 UB0小小100V100V。普通。普通晶閘管晶閘管 UDRM 為為100V 3000V控制極斷路時(shí)控制極斷路時(shí)

7、, ,允許重復(fù)作用在允許重復(fù)作用在晶閘管晶閘管元元 件上的反向峰值電壓。比反向不重復(fù)峰值電壓件上的反向峰值電壓。比反向不重復(fù)峰值電壓U URSMRSM小小100V100V。 普通普通晶閘管晶閘管 URRM為為100V3000VURRM：mm01sin()2TIIItdt環(huán)境溫度為環(huán)境溫度為4040 C C及及標(biāo)準(zhǔn)散熱條件下，標(biāo)準(zhǔn)散熱條件下，晶閘管處于晶閘管處于全全導(dǎo)通時(shí)導(dǎo)通時(shí)可以連續(xù)通過的工頻正弦半波電流在一個(gè)周可以連續(xù)通過的工頻正弦半波電流在一個(gè)周期內(nèi)的平均值。期內(nèi)的平均值。 IT t 2 i工頻正弦半波電流的最大值為工頻正弦半波電流的最大值為Im, 則則普通晶閘管普通晶閘管IT為為1A 1

8、000A。3CT表示普通晶閘管。表示普通晶閘管。3CT50/500表示表示額定電流為額定電流為50A, ,額額定電壓為定電壓為500V的晶閘管的晶閘管。1）CT型晶閘管格式型晶閘管格式額定電壓等級(jí)，乘額定電壓等級(jí)，乘100100為額定值為額定值額定電流額定電流 晶閘管晶閘管K P普通型普通型如如KP100-12G表示表示額定電流為額定電流為100A, ,額定電壓為額定電壓為1200V。通態(tài)壓降小于通態(tài)壓降小于1V1V的普通晶閘管。的普通晶閘管。2）KP型晶閘管格式型晶閘管格式（3）逆導(dǎo)晶閘管）逆導(dǎo)晶閘管 將將晶閘管反并聯(lián)一個(gè)二極管晶閘管反并聯(lián)一個(gè)二極管制作在同一管芯上的功率集成器件制作在同一管

9、芯上的功率集成器件，不具有承受，不具有承受反向電壓反向電壓的能力，一旦承受反向電壓即開通。的能力，一旦承受反向電壓即開通。（4）光控晶閘管）光控晶閘管 是利用一定波長(zhǎng)的是利用一定波長(zhǎng)的光照信號(hào)光照信號(hào)觸發(fā)導(dǎo)通的晶閘管。觸發(fā)導(dǎo)通的晶閘管。 陽級(jí)有正向外加電壓時(shí)，中間的陽級(jí)有正向外加電壓時(shí)，中間的PN結(jié)結(jié)J2被反向偏置。當(dāng)照在被反向偏置。當(dāng)照在反向偏置的反向偏置的J2結(jié)上時(shí)，結(jié)上時(shí)，J2結(jié)的漏電流增大，在晶閘管內(nèi)正反饋?zhàn)饔媒Y(jié)的漏電流增大，在晶閘管內(nèi)正反饋?zhàn)饔孟拢чl管由斷態(tài)轉(zhuǎn)為通態(tài)。下，晶閘管由斷態(tài)轉(zhuǎn)為通態(tài)。逆導(dǎo)晶閘管的電氣圖形符號(hào)逆導(dǎo)晶閘管的電氣圖形符號(hào)和伏安特性和伏安特性 反向漏電流反向漏電流

10、1234a)各單元的陰極、門極間隔排列的圖形各單元的陰極、門極間隔排列的圖形 b)電氣圖形符號(hào)電氣圖形符號(hào)2）電力晶體管（）電力晶體管（GTR）特點(diǎn)：特點(diǎn)：耐高壓、大電流的耐高壓、大電流的雙極結(jié)雙極結(jié)（通過一定的工藝將兩個(gè)通過一定的工藝將兩個(gè)PN結(jié)結(jié)合在一起結(jié)結(jié)合在一起 ）型晶體管）型晶體管結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：至少由兩個(gè)晶體管按達(dá)林頓接法組成的單元結(jié)構(gòu)，把續(xù)流二極管至少由兩個(gè)晶體管按達(dá)林頓接法組成的單元結(jié)構(gòu)，把續(xù)流二極管V1、穩(wěn)定電陰、穩(wěn)定電陰R、加速二極管加速二極管V2組合在一起，用環(huán)氧樹脂密封。三個(gè)極分別是集電極組合在一起，用環(huán)氧樹脂密封。三個(gè)極分別是集電極C、發(fā)射極、發(fā)射極E、基極、基極B。電力

11、晶體管可以做成雙管模塊，甚至可以做成六管模塊。采用共發(fā)射極接法。電力晶體管可以做成雙管模塊，甚至可以做成六管模塊。采用共發(fā)射極接法。電力晶體管開關(guān)特性：電力晶體管開關(guān)特性：斷態(tài)到通態(tài)：斷態(tài)到通態(tài)：電力晶體管用基極電流電力晶體管用基極電流IB控制集電極電流控制集電極電流IC，基極通入正向電流，集電極電，基極通入正向電流，集電極電流上升到流上升到0.9ICS（ICS是飽和導(dǎo)通的集電極電流是飽和導(dǎo)通的集電極電流）進(jìn)入通態(tài)。）進(jìn)入通態(tài)。通態(tài)到斷態(tài)：通態(tài)到斷態(tài)：給基極加一個(gè)負(fù)的電流脈沖，集電極電流不立即減小，延長(zhǎng)一段時(shí)間才減小給基極加一個(gè)負(fù)的電流脈沖，集電極電流不立即減小，延長(zhǎng)一段時(shí)間才減小，逐漸下降到

12、，逐漸下降到0.1ICS進(jìn)入斷態(tài)。進(jìn)入斷態(tài)。電力晶體管的開關(guān)時(shí)間在幾微秒以內(nèi)，比晶閘管和門極可關(guān)斷晶閘管的開關(guān)時(shí)間都短。電力晶體管的開關(guān)時(shí)間在幾微秒以內(nèi)，比晶閘管和門極可關(guān)斷晶閘管的開關(guān)時(shí)間都短。P- MOSFET是多元集成結(jié)構(gòu)，一個(gè)器件由許多個(gè)小的是多元集成結(jié)構(gòu)，一個(gè)器件由許多個(gè)小的MOSFET組成。三個(gè)極分別是源極組成。三個(gè)極分別是源極S、漏極、漏極D和柵極和柵極G。 P- MOSFET用柵極電壓用柵極電壓uGS控制漏極電流控制漏極電流ID，改變，改變uGS的大小，的大小， 主電主電路中的漏極電流路中的漏極電流ID也跟著改變，也跟著改變，由于由于G與與S間的輸入阻抗很大，控制電流幾乎為間的

13、輸入阻抗很大，控制電流幾乎為0，所需驅(qū)，所需驅(qū)動(dòng)功率很小。動(dòng)功率很小。 P- MOSFET開關(guān)時(shí)間在開關(guān)時(shí)間在10100納秒，工作頻率納秒，工作頻率100kHZ以上，是電力電子以上，是電力電子器件中最高的。器件中最高的。當(dāng)柵極電壓當(dāng)柵極電壓uGS上升開啟電壓上升開啟電壓UT，出現(xiàn)漏極電流，出現(xiàn)漏極電流iD，UT24V；柵源電壓；柵源電壓UGS的絕對(duì)值大于的絕對(duì)值大于20V，將導(dǎo)致柵源之間的絕緣層被擊穿。，將導(dǎo)致柵源之間的絕緣層被擊穿。3）電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管）電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管主要指絕緣柵型中的主要指絕緣柵型中的MOS型（型（Metal Oxide Semiconductor field effec

14、t transistor ）金屬混合半）金屬混合半導(dǎo)體效應(yīng)晶體管導(dǎo)體效應(yīng)晶體管,簡(jiǎn)稱電力簡(jiǎn)稱電力MOSFET（Power MOSFET）或）或P- MOSFET。源極源極柵極柵極漏極漏極4）絕緣柵雙極晶體管）絕緣柵雙極晶體管電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管：電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管：?jiǎn)螛O型、電壓控制開關(guān)，驅(qū)動(dòng)功率很小，開關(guān)速度快，漏極單極型、電壓控制開關(guān)，驅(qū)動(dòng)功率很小，開關(guān)速度快，漏極D與源與源極極S的通態(tài)壓降大，難制成高壓大電流器件。的通態(tài)壓降大，難制成高壓大電流器件。電力晶體管：電力晶體管：雙極型、電流控制開關(guān)，驅(qū)動(dòng)功率大，開關(guān)速度不夠快，通態(tài)壓降小，可雙極型、電流控制開關(guān)，驅(qū)動(dòng)功率大，開關(guān)速度不夠快，通態(tài)壓降小

15、，可制成較高電壓和電流的開關(guān)器件。制成較高電壓和電流的開關(guān)器件。絕緣柵雙極晶體管：絕緣柵雙極晶體管：是兩者的結(jié)合，柵極發(fā)射極短路時(shí)，集電集與發(fā)射極能承受的電是兩者的結(jié)合，柵極發(fā)射極短路時(shí)，集電集與發(fā)射極能承受的電壓壓UCES高，高，1000V，導(dǎo)通時(shí)能流過集電極的最大持續(xù)電流，導(dǎo)通時(shí)能流過集電極的最大持續(xù)電流IC大（大（1800A/4500V），集電極），集電極發(fā)射極導(dǎo)通壓降值小，在發(fā)射極導(dǎo)通壓降值小，在2.55V之間，開關(guān)頻率在之間，開關(guān)頻率在1040kHZ。在新設(shè)計(jì)的電力電子在新設(shè)計(jì)的電力電子器件中已取代電力晶體管和部份電力場(chǎng)效應(yīng)管。器件中已取代電力晶體管和部份電力場(chǎng)效應(yīng)管。電力晶體管電力

16、晶體管電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管分類：分類：?jiǎn)蜗喟氩?、單相橋式、三相零式、三相橋式等單相半波、單相橋式、三相零式、三相橋式?1) 可控整流電路可控整流電路T0,duuu負(fù)載電壓晶閘管電壓電源電壓。T,0duuu負(fù)載電壓電源電壓晶閘管電壓。+Tud t1 2 Td0 , uuu負(fù)載電壓晶閘管電壓電源電壓。:1t T,0duuu。 tuO1g0 ,0 ,tu晶閘管不導(dǎo)通。T0,duuu。gu tO晶閘管承受的最大正向與反向電壓晶閘管承受的最大正向與反向電壓：22U1d2dUut )d(sin221ttU 21cos0.452ddUUIRR21cos0.452Uud tOuO 控制角控制角

17、t1 tuO tguO t22 tTuO導(dǎo)通角導(dǎo)通角控制角控制角: 晶閘管元晶閘管元件承受正向件承受正向電壓起始點(diǎn)電壓起始點(diǎn)到觸發(fā)脈沖到觸發(fā)脈沖的作用點(diǎn)之的作用點(diǎn)之間的電角度間的電角度。 導(dǎo)通角導(dǎo)通角 : 晶閘管在一晶閘管在一周期時(shí)間內(nèi)周期時(shí)間內(nèi)導(dǎo)通的電角導(dǎo)通的電角度。度。 2. 帶感性負(fù)載的可控整流電路帶感性負(fù)載的可控整流電路感性負(fù)載：感性負(fù)載：感抗感抗L L與電阻與電阻R R的大小相比不可的大小相比不可忽略的負(fù)載。如電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁線圈。忽略的負(fù)載。如電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁線圈。晶閘管沒有導(dǎo)通時(shí)：晶閘管沒有導(dǎo)通時(shí)：晶閘管上的電壓為電源晶閘管上的電壓為電源電壓，此時(shí)負(fù)載電壓為電壓，此時(shí)負(fù)載電壓為0.0.晶

18、閘管被觸發(fā)導(dǎo)通時(shí)：晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通時(shí)：電流從電流從0 0逐漸上升，電逐漸上升，電感兩端的自動(dòng)電動(dòng)勢(shì)感兩端的自動(dòng)電動(dòng)勢(shì)e eL L阻礙電流上升，隨著電阻礙電流上升，隨著電流上升，自感電動(dòng)勢(shì)減小，在電感中儲(chǔ)存了流上升，自感電動(dòng)勢(shì)減小，在電感中儲(chǔ)存了磁場(chǎng)能量。磁場(chǎng)能量。電源電壓變負(fù)時(shí)，電流變小，電電源電壓變負(fù)時(shí)，電流變小，電感產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)感產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)eL阻礙電流減小。阻礙電流減小。 eL大于大于電源的負(fù)電壓，負(fù)載上就有電流流過，晶閘電源的負(fù)電壓，負(fù)載上就有電流流過，晶閘管導(dǎo)通，管導(dǎo)通，負(fù)載消耗電感能量，電壓為負(fù)值，負(fù)載消耗電感能量，電壓為負(fù)值，當(dāng)晶閘管的電流小于維持晶閘管導(dǎo)通電流時(shí)當(dāng)晶閘管的電

19、流小于維持晶閘管導(dǎo)通電流時(shí)，晶閘管關(guān)斷并立即承受反向電壓。，晶閘管關(guān)斷并立即承受反向電壓。輸出電壓與電流：輸出電壓與電流：晶閘管在晶閘管在控制角控制角觸發(fā)導(dǎo)通觸發(fā)導(dǎo)通，在，在 +關(guān)斷。負(fù)載為感性時(shí)，電源電壓為關(guān)斷。負(fù)載為感性時(shí)，電源電壓為負(fù)的時(shí)候晶閘管仍可導(dǎo)通，電感越大，導(dǎo)通負(fù)的時(shí)候晶閘管仍可導(dǎo)通，電感越大，導(dǎo)通角角越大，每個(gè)周期中負(fù)載上的負(fù)電壓所占比越大，每個(gè)周期中負(fù)載上的負(fù)電壓所占比重越大，輸出電壓和輸出電流的平均值越小重越大，輸出電壓和輸出電流的平均值越小。有可能得不到所需的電壓和電流。有可能得不到所需的電壓和電流。2,22ddvsddvdIIII假設(shè)負(fù)載電流的平均值為I ，流過晶閘管與

20、流過續(xù)流二極管的電流平均值分別為：aRV2VS1b+ VS1VS2RudV1V2+vs1VS2RudV1v2+bRV1VS2a1ddUut212sind()dUUtt21cos0.92ddUUIRR21cos0.92U晶閘管承受的最大晶閘管承受的最大正反向電壓：正反向電壓：22U212sind()dUUtt21cos0.92U2,2 2222.dddIII2V3電源電壓下降到時(shí)，晶閘管電流為斷開，負(fù)載電流流經(jīng)二級(jí)管，負(fù)載電流不會(huì)為。晶閘管的導(dǎo)通角為 ，有 只晶閘管，每一只晶閘管的平均電流為：每一個(gè)周期續(xù)流二極管導(dǎo)通時(shí)間為：，流過續(xù)流二有續(xù)流二極管的平感性負(fù)載的單相半控均電流為：極橋式整流電路管

21、：為。2.122,dvddVVIIIV3電源電壓下降到時(shí)，晶閘管電流為斷開，電感中的負(fù)載電流通過、形成續(xù)流。V1、V2的電流增大了，在晶閘管導(dǎo)通時(shí)，由電源電壓提供電流，在晶閘管斷開時(shí)，由電感提供電流。一個(gè)周期V1、V2的電流分別為感性負(fù)載的單相半控?zé)o續(xù)流二極管：負(fù)載橋式整流電路電流平均值.晶閘管由觸發(fā)脈沖導(dǎo)通，改變晶閘管的控制角 ，就可以改變輸出電壓，電源電壓下降到時(shí)，晶閘管電流為斷開，為避免晶閘管失控?zé)o法關(guān)斷，在負(fù)載兩只端用一并接只晶閘管續(xù)流二極感性負(fù)管，電源載的單相半控橋式整流電壓為0時(shí)，晶閘：電路管斷開。 當(dāng)整流電路輸出當(dāng)整流電路輸出接有反電勢(shì)負(fù)載時(shí)，只有當(dāng)電源電壓的瞬時(shí)值大于反電勢(shì)，同

22、時(shí)又接有反電勢(shì)負(fù)載時(shí)，只有當(dāng)電源電壓的瞬時(shí)值大于反電勢(shì)，同時(shí)又有觸發(fā)脈沖時(shí)，晶閘管才能導(dǎo)通，整流電路才有電流輸出。有觸發(fā)脈沖時(shí)，晶閘管才能導(dǎo)通，整流電路才有電流輸出。特點(diǎn)：特點(diǎn)：負(fù)載兩端的電壓平均值比電阻性負(fù)載時(shí)高負(fù)載兩端的電壓平均值比電阻性負(fù)載時(shí)高 ，220V電壓經(jīng)橋式整流輸出，帶阻性負(fù)電壓經(jīng)橋式整流輸出，帶阻性負(fù)載時(shí)，平均電壓為載時(shí)，平均電壓為198V；帶反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載時(shí)，平均值為；帶反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載時(shí)，平均值為250V以上。以上。電阻性負(fù)載電阻性負(fù)載dddUEIUER加反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載時(shí)，為平均電壓減反電動(dòng)勢(shì)，電流幅值與平均值比值大，晶閘管工作條件差，因平均電流小，晶閘管需輸出平均降低電流：額定電

23、流 對(duì)于大容量電動(dòng)機(jī)或蓄電池負(fù)載，為了使通對(duì)于大容量電動(dòng)機(jī)或蓄電池負(fù)載，為了使通過的電流不為過的電流不為0，常常串聯(lián)電抗器，用以平滑電，常常串聯(lián)電抗器，用以平滑電流的脈動(dòng)流的脈動(dòng):電感濾波電感濾波二、單相全控橋式整流電路二、單相全控橋式整流電路特點(diǎn)：特點(diǎn)：把單相半控橋式整流電路中兩只二把單相半控橋式整流電路中兩只二極管用兩只晶閘管替代。有極管用兩只晶閘管替代。有4只晶閘管；只晶閘管；電電路每半個(gè)周期要求觸發(fā)兩只晶閘管；路每半個(gè)周期要求觸發(fā)兩只晶閘管；帶感帶感性負(fù)載且沒有續(xù)流二極管時(shí)，輸出電壓瞬時(shí)性負(fù)載且沒有續(xù)流二極管時(shí)，輸出電壓瞬時(shí)會(huì)出現(xiàn)負(fù)值。會(huì)出現(xiàn)負(fù)值。工作過程：工作過程：u12為正的某一時(shí)

24、刻為正的某一時(shí)刻t1，給晶閘管，給晶閘管VS1和和VS2觸發(fā)脈沖，觸發(fā)脈沖，VS1和和VS2導(dǎo)通，電源導(dǎo)通，電源電壓加于負(fù)載；電壓加于負(fù)載；當(dāng)當(dāng)u120，電感上反電動(dòng)勢(shì)，電感上反電動(dòng)勢(shì)的作用維持電流通過的作用維持電流通過VS1、VS2及電源，及電源，晶閘管導(dǎo)通；晶閘管導(dǎo)通；直到直到u12為負(fù)，在下半周的的同為負(fù)，在下半周的的同一控制角對(duì)應(yīng)的時(shí)刻一控制角對(duì)應(yīng)的時(shí)刻t2，VS3、VS4有觸發(fā)脈有觸發(fā)脈沖時(shí)，沖時(shí)，VS3、VS4導(dǎo)通，導(dǎo)通，VS1、VS2承受反向承受反向電壓而斷開。電壓而斷開。同樣，同樣，VS3、VS4要導(dǎo)通到觸要導(dǎo)通到觸發(fā)發(fā)VS1、VS2才斷開。才斷開?？刂平窃诳刂平窃? /2內(nèi)變

25、內(nèi)變化，化，Ud從從0.9 U2下降到接近下降到接近0，電流，電流id連續(xù)；連續(xù)；控制角控制角 /2，電壓平均值接近，電壓平均值接近0，電流斷續(xù)，電流斷續(xù)且很小。為提高電壓，在負(fù)載兩端并續(xù)流二且很小。為提高電壓，在負(fù)載兩端并續(xù)流二級(jí)管。級(jí)管。t1t2欲裝一臺(tái)白熾燈泡調(diào)光電路，需要可調(diào)的直流電源，調(diào)節(jié)范圍：電壓欲裝一臺(tái)白熾燈泡調(diào)光電路，需要可調(diào)的直流電源，調(diào)節(jié)范圍：電壓Ud=0V180V,電流電流Id=010A。現(xiàn)采用單相半控橋式整流電路，試求最大輸入交流電壓和電流有效值，并選。現(xiàn)采用單相半控橋式整流電路，試求最大輸入交流電壓和電流有效值，并選擇整流元件。擇整流元件。 解解: 設(shè)在晶閘管導(dǎo)通角設(shè)

26、在晶閘管導(dǎo)通角為為(控制角控制角為為0 )時(shí)輸出電壓值為最大（時(shí)輸出電壓值為最大（180V），）， 則對(duì)則對(duì)應(yīng)的應(yīng)的輸入交流電壓有效值輸入交流電壓有效值為最大。為最大。1802000.90.9dUUV 實(shí)際上還要考慮實(shí)際上還要考慮電網(wǎng)電壓波動(dòng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)、管壓降管壓降以及以及導(dǎo)通角導(dǎo)通角常常到不了常常到不了1800 ，交流電壓，交流電壓要比上述計(jì)算而得到的值適當(dāng)加大要比上述計(jì)算而得到的值適當(dāng)加大10%左右，即大約為左右，即大約為220V。因此，在本例中。因此，在本例中可以不用整流變壓器，直接接到可以不用整流變壓器，直接接到220V的交流電源上。的交流電源上。 交流電流有效值交流電流有效值 ：A

27、.AVVRUIL21210180220 晶閘管所承受的最大正向電壓、最大反向電壓和二極管所承受的最大反向電壓晶閘管所承受的最大正向電壓、最大反向電壓和二極管所承受的最大反向電壓相等，即：相等，即：VV.UUURMFM3102204112流過晶閘管和二極管的平均電流流過晶閘管和二極管的平均電流 ：AAIIIVVS521021022 31060022 310600310/600,210/300DRMDRMFMRRRMRMRMUUVVUUVUUVCTCZ晶閘管選二級(jí)管選，額定電流選10為了保證晶閘管在出現(xiàn)瞬時(shí)過電壓時(shí)不致?lián)p壞，根據(jù)下式選取晶閘管的斷態(tài)重復(fù)峰值電壓和反向重A，是考慮留有余量，二級(jí)管最高

28、反向工作電壓取反向擊穿電壓的一半，已有較大余量，選300復(fù)峰值電壓V夠了。特點(diǎn)：特點(diǎn)：整流變壓器副邊接成星形，有公共零點(diǎn)整流變壓器副邊接成星形，有公共零點(diǎn)“0”。又稱為三相零式電路。又稱為三相零式電路。uA、uB、uC為三相對(duì)零點(diǎn)的相電壓，為三相對(duì)零點(diǎn)的相電壓，用用u2p表示。表示。電源的三個(gè)相電壓會(huì)分別通過電源的三個(gè)相電壓會(huì)分別通過晶閘管晶閘管VS1、VS2、VS3向負(fù)載向負(fù)載R供直流電流。供直流電流。觸發(fā)相序：觸發(fā)相序：ABC觸發(fā)脈沖的相位：觸發(fā)脈沖的相位：1200承受正承受正向電壓，脈沖觸發(fā)晶閘管才能導(dǎo)通向電壓，脈沖觸發(fā)晶閘管才能導(dǎo)通。不控整流不控整流電路三個(gè)控制極都接正向電壓，相鄰電電

29、路三個(gè)控制極都接正向電壓，相鄰電壓波形的交點(diǎn)壓波形的交點(diǎn)1、2、3點(diǎn)。點(diǎn)?？刂平牵嚎刂平牵簩?duì)三相半波可控整流，對(duì)三相半波可控整流， 從自從自然換相點(diǎn)算起。然換相點(diǎn)算起。21211).11021VSVAStSVSVt 時(shí)觸發(fā)晶閘管、承受反向電壓關(guān)斷，負(fù)載得到B相電壓。依此類推在一個(gè)周期內(nèi)每只晶閘管的導(dǎo)通角為2當(dāng)時(shí)/觸發(fā)脈沖在自然換相點(diǎn)加入，在t時(shí)間內(nèi)，A相電壓與B、C相電壓都高，t時(shí)觸發(fā)晶閘管，負(fù)載上得到 相電壓，電流經(jīng)和負(fù)載回3，觸發(fā)脈沖間隔也是2 /3。三只晶閘管共陰極時(shí)，觸發(fā)脈沖來到時(shí)，相電壓最高的那一相導(dǎo)通，其它晶閘管受反壓關(guān)斷。到中性點(diǎn)0。負(fù)載上電壓56226212sin()1.172

30、32dPPPUUtdtUU平均值為：晶閘管承受的最大正向電壓211/2).0621162111AABVuVStVSVSutSVSVSuVS當(dāng)時(shí)：到t 時(shí)，如果是不控整流電路，第二相導(dǎo)通，并使第一相關(guān)斷；可控整流電路要求觸發(fā)脈沖間隔120，此時(shí)控制極未加觸發(fā)脈沖，不能導(dǎo)通，電壓仍時(shí)，使上的電壓為正，在 時(shí)對(duì)控制極加觸發(fā)脈沖，就導(dǎo)通，為正時(shí)維持導(dǎo)通。到 時(shí)，對(duì)VS2加了觸發(fā)脈沖，VS2在正向陽極電壓作用下導(dǎo)通，迫使VS1承受為反正，仍導(dǎo)通。向電壓關(guān)斷(56)2(6)2.12sin()231.17cosddPPuUUtdtUa負(fù)載上電壓。同理，VS3導(dǎo)通迫使VS2關(guān)斷。負(fù)載上得到波形連續(xù)的脈動(dòng)直流電

31、壓。每只晶閘管導(dǎo)通角12值0平均為：/1t122(6)0211212212sin()231 cos 301.153).6673ABdPPuVStVSVStVSVSuUUtdtU時(shí)， 使上的電壓為正，在 時(shí)對(duì)控制極加觸發(fā)脈沖，就導(dǎo)通，A相電壓為0時(shí)，VS1自動(dòng)關(guān)斷。在 時(shí)對(duì)控制極加觸發(fā)脈沖，在 正向電壓作用下導(dǎo)通，B相電壓為0時(shí)，VS2自動(dòng)關(guān)斷。三相輪流導(dǎo)通，負(fù)載電壓波形是斷續(xù)當(dāng)時(shí)負(fù)載上電壓平均值為：的。 可能承受的最大反向電壓為可能承受的最大反向電壓為：PU2222326PPUU當(dāng)晶閘管沒有觸發(fā)信號(hào)時(shí)，晶閘管承受的最大正向電壓為當(dāng)晶閘管沒有觸發(fā)信號(hào)時(shí)，晶閘管承受的最大正向電壓為:54).6當(dāng)時(shí)

32、0dU 21.170/,/ 3pdddUIURI總之，在帶阻性負(fù)載下，在05/6內(nèi)移動(dòng)，輸出平均電壓由最大值下降到 ，輸出電流平均值為流過每只晶閘管元件的電流平均值為。2tn電感性負(fù)載時(shí)：電感性負(fù)載時(shí)：在在 VS1 管導(dǎo)通時(shí)，電源電壓管導(dǎo)通時(shí)，電源電壓uA 加到負(fù)加到負(fù)載上，載上，t1時(shí)時(shí) ，uA= 0 時(shí)，由于自感電時(shí)，由于自感電動(dòng)勢(shì)的作用，電流的變化將落后于電壓動(dòng)勢(shì)的作用，電流的變化將落后于電壓變化，變化，t1時(shí)，負(fù)載電流時(shí)，負(fù)載電流id并不為零，并不為零，VS1 要維持導(dǎo)通。若電感要維持導(dǎo)通。若電感 L 足夠大，足夠大，VS1 要一直導(dǎo)通至要一直導(dǎo)通至 t2 時(shí)時(shí)VS2觸發(fā)導(dǎo)通。觸發(fā)導(dǎo)通

33、。電壓電壓uB加于負(fù)載上，加于負(fù)載上，VS1承受反向電壓承受反向電壓關(guān)閉，關(guān)閉， 電感越大，電流脈動(dòng)越小，可電感越大，電流脈動(dòng)越小，可以近為一條直線以近為一條直線連續(xù)：前連續(xù)：前/6兩相交點(diǎn)兩相交點(diǎn)/6+/6+120。1t2t/ 2,00/ 2dU當(dāng)輸出電壓平均值故三相半波整流電路帶感性負(fù)載時(shí)觸發(fā)脈沖的控制角為是n加接續(xù)流二極管加接續(xù)流二極管:三相半波可控整流電路帶電感性負(fù)載時(shí)，三相半波可控整流電路帶電感性負(fù)載時(shí)，有續(xù)流有續(xù)流二級(jí)管，整流輸出電壓波形、電壓平均值二級(jí)管，整流輸出電壓波形、電壓平均值Ud與控與控制角制角的關(guān)系和帶純阻性負(fù)載一樣，的關(guān)系和帶純阻性負(fù)載一樣，負(fù)載電流與帶負(fù)載電流與帶感

34、性負(fù)載一樣，電感很大，電流將接近于一條平感性負(fù)載一樣，電感很大，電流將接近于一條平行于橫軸的直線。行于橫軸的直線?？偨Y(jié)：總結(jié)：三相半波可控整流電路只用三只晶閘管，三相半波可控整流電路只用三只晶閘管，接線簡(jiǎn)單，在輸出電壓為接線簡(jiǎn)單，在輸出電壓為220V時(shí)，不用變電器直時(shí)，不用變電器直接接接接380V的三相交流電源，這時(shí)的相電壓為的三相交流電源，這時(shí)的相電壓為220V，控制角，控制角0時(shí)，可得到最大輸出直流平均電壓時(shí)，可得到最大輸出直流平均電壓為為Ud=1.17220V=257V，稍加控制即可滿足，稍加控制即可滿足220V直流負(fù)載的要求。直流負(fù)載的要求。2)工作原理工作原理控制角控制角0時(shí)，觸發(fā)脈

35、沖在自然換相點(diǎn)發(fā)出時(shí)，觸發(fā)脈沖在自然換相點(diǎn)發(fā)出。共陰極組的晶閘管：共陰極組的晶閘管：VS1、VS3、VS5中中某某一相電壓較其他兩相為正，同時(shí)有觸發(fā)脈沖一相電壓較其他兩相為正，同時(shí)有觸發(fā)脈沖，該相晶閘管導(dǎo)通；，該相晶閘管導(dǎo)通；共陽極組的晶閘管：共陽極組的晶閘管： VS4、VS6、VS2中中某某一相電壓較其他兩相為負(fù)，同時(shí)有觸發(fā)脈沖一相電壓較其他兩相為負(fù)，同時(shí)有觸發(fā)脈沖，該相晶閘管導(dǎo)通；，該相晶閘管導(dǎo)通；t1時(shí)刻：時(shí)刻：A相電壓比相電壓比C相電壓的正值相電壓的正值更大，更大，B相電壓為負(fù)，給相電壓為負(fù)，給VS1、VS6觸發(fā)脈沖，則觸發(fā)脈沖，則VS1、VS6導(dǎo)通，在導(dǎo)通，在t1t2時(shí)刻內(nèi)時(shí)刻內(nèi)VS

36、1、VS6導(dǎo)通，電流從導(dǎo)通，電流從A相經(jīng)相經(jīng)VS1、負(fù)載和、負(fù)載和VS6回到回到B相，相，A相電流為正，相電流為正，B相電流為負(fù)。相電流為負(fù)。t2時(shí)刻：時(shí)刻：A相還保持較大的正電壓，相還保持較大的正電壓，C相電壓開始比相電壓開始比B相是壓的負(fù)值更大相是壓的負(fù)值更大。在。在t2時(shí)給時(shí)給VS1、VS2觸發(fā)脈沖，則觸發(fā)脈沖，則VS1維持導(dǎo)通，且維持導(dǎo)通，且VS2導(dǎo)通，導(dǎo)通，VS2導(dǎo)導(dǎo)通使通使VS6承受反向電壓而關(guān)斷，電流承受反向電壓而關(guān)斷，電流從從A相經(jīng)相經(jīng)VS1、負(fù)載和、負(fù)載和VS2回到回到C相相，在，在t2t3時(shí)間內(nèi)，時(shí)間內(nèi)，VS1、VS2導(dǎo)通，導(dǎo)通，A相電流為正，相電流為正，C相電流為負(fù)。相電

37、流為負(fù)。t3時(shí)刻：時(shí)刻：C相還保持較大的負(fù)電壓，相還保持較大的負(fù)電壓，B相電壓開始比相電壓開始比A相電壓的正值更大。相電壓的正值更大。在在t3時(shí)刻給時(shí)刻給VS2、VS3觸發(fā)脈沖，觸發(fā)脈沖，VS2維持導(dǎo)通，維持導(dǎo)通，VS3導(dǎo)通使導(dǎo)通使VS1承受反向承受反向電壓而關(guān)斷，電壓而關(guān)斷，t3t4時(shí)間內(nèi)時(shí)間內(nèi)VS2、VS3導(dǎo)通，電流從導(dǎo)通，電流從B相經(jīng)相經(jīng)VS3、負(fù)載和、負(fù)載和VS2回到回到C相，相，B相電流為正，相電流為正，C相電相電流為負(fù)。流為負(fù)。t4t5時(shí)間內(nèi)時(shí)間內(nèi)VS3、VS4導(dǎo)通；導(dǎo)通；t5t6時(shí)時(shí)間內(nèi)間內(nèi)VS4、VS5導(dǎo)通；導(dǎo)通； t6t7時(shí)間內(nèi)時(shí)間內(nèi)VS5、VS6導(dǎo)通；導(dǎo)通；t7t8時(shí)間內(nèi)又

38、是時(shí)間內(nèi)又是VS1、VS6導(dǎo)通。導(dǎo)通。三相橋式全控整流電路輸出電壓等于三相橋式全控整流電路輸出電壓等于共陰極組與共陽極組輸出電壓之和。共陰極組與共陽極組輸出電壓之和。 利用利用晶閘管晶閘管電路把電路把直流電直流電變成變成交流電交流電，這種對(duì)，這種對(duì)應(yīng)于應(yīng)于整流整流的的逆向過程逆向過程，稱之為，稱之為逆變逆變，把，把直流電直流電變成變成交流電交流電的裝置，叫做的裝置，叫做逆變器逆變器。 變流器變流器交流側(cè)接到交流側(cè)接到負(fù)載負(fù)載，把，把直流電直流電逆變逆變?yōu)槟骋活l率或可變頻率的交流電為某一頻率或可變頻率的交流電供給負(fù)載供給負(fù)載 變流器變流器的交流側(cè)接到的交流側(cè)接到交流電源交流電源上，把上，把直直流

39、電流電逆變?yōu)橥l率的交流電逆變?yōu)橥l率的交流電反饋到電網(wǎng)反饋到電網(wǎng)去去逆變逆變無源逆變無源逆變:既可實(shí)現(xiàn)既可實(shí)現(xiàn)整流整流，又可實(shí)現(xiàn)，又可實(shí)現(xiàn)逆變逆變的裝置的裝置稱為稱為變流器變流器211/ 21.17cos0/ 310112dddddAddddddpddddddtVSuudiUiLdtdiuEUdI RLIdtUEiLuUIUtRd1L、有源逆變電路）整流狀態(tài)（0） U假設(shè)（u 負(fù)載電壓,平均電時(shí)被觸發(fā)導(dǎo)通，u， 是增加的，控制角，流）（平均電感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e壓，E反電的極性時(shí)，點(diǎn)：是左正右負(fù)動(dòng)，點(diǎn)電勢(shì)負(fù)載）感儲(chǔ)到 點(diǎn)：存能量。3001232230ddddddddddiULidtdiULEdtVS

40、tVSVUSu ， ， 達(dá)到最大值。u，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為左負(fù)右正，釋放能量，u仍維持繼續(xù)導(dǎo)通到時(shí)觸發(fā)導(dǎo)通，VS1關(guān)斷；再導(dǎo)通,VS2關(guān)斷。一周期中波形的正面積大于負(fù)面積。電源相電壓極性在整流工作一周期中大部分是左負(fù)右正，流過變壓器次極線圈的電流由點(diǎn)：點(diǎn)到 點(diǎn)：平均電壓：交流低電位向高電位電源輸出能量：電動(dòng)機(jī)吸電能：。流過直流電動(dòng)機(jī)電樞的電流由高位流向低位。/ 2,00/ 2dU當(dāng)輸出電壓平均值故三相半波整流電路帶感性負(fù)載時(shí)觸發(fā)脈沖的控制角為是122/ 21.17cos0/ 3102101dpdddAdddddddddddddUdiLdiuEI RLIdtUEI RUtVSuuduiUitUddtL

41、L時(shí)被觸發(fā)導(dǎo)通，u， 是增加的，（u 負(fù)載電壓,平均電流）（平均電壓，E反電動(dòng)勢(shì)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e 的極）逆變狀態(tài)（） U假設(shè)控制角 性是電感儲(chǔ)存2時(shí)，點(diǎn)：點(diǎn)到 點(diǎn)能量。交流電網(wǎng)及負(fù)載）電動(dòng)機(jī)：左正右負(fù)，送出能量。0200330003dddddddddddLdddiULdtdiULidtdiULiedtUu，電感及交流電網(wǎng)吸收能量，電動(dòng)機(jī)輸出能量。u ， ， 達(dá)到最大值。u，電流 減小，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 左負(fù)右正，電感釋放能量，電動(dòng)機(jī)輸出能量，電感釋放能量維持VS1導(dǎo)通，直到VS2被觸發(fā)導(dǎo)通，VS1才關(guān)斷。點(diǎn)到 點(diǎn)：點(diǎn)：點(diǎn)后：特點(diǎn)平均電交流側(cè)電流由高電位流壓,一周期向低電位吸收： 中u 波能量，形的負(fù)面

42、積電樞電流由低位流到高位大于正面積；交流電源吸收能量；直流電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)（制動(dòng)狀態(tài)），輸，出能量。221.17cos1.17cos0/6/ 2/6dddpPdUEEUUUU 平均電壓與反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載 的極性與整流狀態(tài)相反，變流器處于逆變狀態(tài)，觸發(fā)脈沖丟失或晶閘管損壞，使晶閘管不能正常換相，會(huì)導(dǎo)致反電動(dòng)勢(shì)E與平均電壓U 極性相同串聯(lián)疊加，引起短路。為了有時(shí)間來發(fā)送觸發(fā)脈沖，不造成逆變失敗，逆變角逆變條件：逆變角 與控制角 關(guān)系：逆變失?。弘姼杏袝r(shí)間吸收能。量，能釋放1VS能量，維持導(dǎo)通。2、無源逆變電路無源逆變電路 當(dāng)開關(guān)當(dāng)開關(guān)S1、S4閉合，閉合， S2、S3斷開，斷開，電流從電源正極經(jīng)電流

43、從電源正極經(jīng)S1、負(fù)載、負(fù)載、S4回到電源回到電源負(fù)極；經(jīng)過一定時(shí)間間隔，將開關(guān)負(fù)極；經(jīng)過一定時(shí)間間隔，將開關(guān)S1、S4打開并同時(shí)將開關(guān)打開并同時(shí)將開關(guān)S2、S3閉合，則電流從閉合，則電流從電流正極經(jīng)過電流正極經(jīng)過S3、負(fù)載、負(fù)載、S2回到電源負(fù)極。回到電源負(fù)極。1）、工作原理）、工作原理用開關(guān)電路來說明用開關(guān)電路來說明 改變兩組開關(guān)每秒內(nèi)閉合和斷開的次數(shù)，就可改變輸出電壓的頻率，這就改變兩組開關(guān)每秒內(nèi)閉合和斷開的次數(shù)，就可改變輸出電壓的頻率，這就是它的是它的變頻變頻作用。作用。頻率的頻率的單位為秒分之一單位為秒分之一 2）波形與相位）波形與相位阻性負(fù)載：阻性負(fù)載：電流電流i0與電壓與電壓u0

44、的波形相同，相位也相同。的波形相同，相位也相同。感性負(fù)載：感性負(fù)載：電流電流i0相位滯后電壓相位滯后電壓u0，二者的波形不同。，二者的波形不同。t1以前以前S1、S4閉合，閉合，u0、i0均為正均為正。 t1時(shí)斷開時(shí)斷開S1、S4，同時(shí)閉合，同時(shí)閉合S2、S3， u0立即變負(fù)，負(fù)載中有電感，電流極性不能立立即變負(fù)，負(fù)載中有電感，電流極性不能立刻改變?nèi)跃S持原方向。從直流電源負(fù)極流出，經(jīng)刻改變?nèi)跃S持原方向。從直流電源負(fù)極流出，經(jīng)S2、負(fù)載、負(fù)載、S3流回正極，電感中儲(chǔ)存的流回正極，電感中儲(chǔ)存的能量向直流電源反饋，負(fù)載電流逐漸減小，能量向直流電源反饋，負(fù)載電流逐漸減小，到到t2降為降為0， i0才反

45、向并逐漸增大。才反向并逐漸增大。3）換流：）換流：變流電路在工作中，電流不斷從一個(gè)支路向另一個(gè)轉(zhuǎn)移。變流電路在工作中，電流不斷從一個(gè)支路向另一個(gè)轉(zhuǎn)移。4）換流方式：）換流方式： 器件換流器件換流（用全控型器件的自關(guān)斷能力換流）；（用全控型器件的自關(guān)斷能力換流）；電網(wǎng)換流電網(wǎng)換流（電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)換流，如整流與有源逆變）；（電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)換流，如整流與有源逆變）；負(fù)載換流負(fù)載換流（電容性負(fù)載，由負(fù)載提供換（電容性負(fù)載，由負(fù)載提供換流電壓實(shí)現(xiàn)換流）；流電壓實(shí)現(xiàn)換流）；強(qiáng)迫換流強(qiáng)迫換流（用電容上儲(chǔ)存的能量給晶閘管強(qiáng)迫施加反向電壓或反向電（用電容上儲(chǔ)存的能量給晶閘管強(qiáng)迫施加反向電壓或反向電流實(shí)現(xiàn)換流）。流實(shí)現(xiàn)換流）

46、。u0i0i0Ud3、電壓型逆變電路、電壓型逆變電路特點(diǎn)：特點(diǎn)：直流側(cè)是電壓源，并聯(lián)有大電容，電容直流側(cè)是電壓源，并聯(lián)有大電容，電容器阻止直流電流通過，允許交流電流通過，直流器阻止直流電流通過，允許交流電流通過，直流電壓無脈動(dòng)。電壓無脈動(dòng)。交流側(cè)輸出電壓波形為矩形波，交流側(cè)輸出電交流側(cè)輸出電壓波形為矩形波，交流側(cè)輸出電流波形和相位與負(fù)載阻抗有關(guān)，為三角形波或正流波形和相位與負(fù)載阻抗有關(guān)，為三角形波或正弦波。弦波。當(dāng)交流側(cè)為當(dāng)交流側(cè)為阻感負(fù)載時(shí)需要提供無功功率，直流側(cè)電容還起緩沖無功能量的作用；阻感負(fù)載時(shí)需要提供無功功率，直流側(cè)電容還起緩沖無功能量的作用；為了為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無功能量提

47、供通道，逆變橋各臂并聯(lián)反饋二極管。給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無功能量提供通道，逆變橋各臂并聯(lián)反饋二極管。晶閘管開關(guān)器件一旦導(dǎo)通，不能自行關(guān)斷，要關(guān)斷晶閘管，需要設(shè)置強(qiáng)迫關(guān)斷電路，增晶閘管開關(guān)器件一旦導(dǎo)通，不能自行關(guān)斷，要關(guān)斷晶閘管，需要設(shè)置強(qiáng)迫關(guān)斷電路，增加了成本，降低了可靠性，也限制了開關(guān)頻率。加了成本，降低了可靠性，也限制了開關(guān)頻率。絕大多數(shù)逆變器都采用全控型的電力半導(dǎo)絕大多數(shù)逆變器都采用全控型的電力半導(dǎo)體器件，如絕緣柵雙極晶體管，高壓、大電流、開關(guān)速度快。體器件，如絕緣柵雙極晶體管，高壓、大電流、開關(guān)速度快。1）、單相半橋電壓型逆變電路）、單相半橋電壓型逆變電路特點(diǎn)特點(diǎn): 有兩個(gè)橋臂，每個(gè)橋

48、臂有一個(gè)可控器件和一個(gè)反并聯(lián)二極管。直流側(cè)接有兩個(gè)有兩個(gè)橋臂，每個(gè)橋臂有一個(gè)可控器件和一個(gè)反并聯(lián)二極管。直流側(cè)接有兩個(gè)相互串聯(lián)的電容，兩個(gè)電容的連接點(diǎn)是直流電源中點(diǎn)。負(fù)載接在直流電源中點(diǎn)與兩個(gè)橋臂相互串聯(lián)的電容，兩個(gè)電容的連接點(diǎn)是直流電源中點(diǎn)。負(fù)載接在直流電源中點(diǎn)與兩個(gè)橋臂連接點(diǎn)之間。連接點(diǎn)之間。輸出電壓輸出電壓u0波形為矩形波，幅值波形為矩形波，幅值UmUd/2。工作原理：工作原理：t2以前以前VT1導(dǎo)通，導(dǎo)通，VT2關(guān)斷。關(guān)斷。 t2時(shí)給時(shí)給VT1截止信號(hào)，給截止信號(hào)，給VT2導(dǎo)通信號(hào)，導(dǎo)通信號(hào)，VT1截止截止，但感性負(fù)載中的電流，但感性負(fù)載中的電流i0不能立即改變方向，電流經(jīng)電容、不能立

49、即改變方向，電流經(jīng)電容、V2導(dǎo)通續(xù)流。導(dǎo)通續(xù)流。 t3時(shí)時(shí)i0降到降到0，V2截止，截止，VT2導(dǎo)通，導(dǎo)通， i0開始反向。開始反向。 t4時(shí)給時(shí)給VT2截止信號(hào)，截止信號(hào)，VT1導(dǎo)通信號(hào)，導(dǎo)通信號(hào)， VT2截止，截止，V1先先導(dǎo)通續(xù)流，到導(dǎo)通續(xù)流，到t5時(shí)刻，時(shí)刻，VT1才導(dǎo)通。才導(dǎo)通。1）、單相半橋電壓型逆變電路）、單相半橋電壓型逆變電路導(dǎo)通狀態(tài)：導(dǎo)通狀態(tài)：VT1或或VT2導(dǎo)通時(shí)，負(fù)載電流和電壓同方向，直流側(cè)向負(fù)載提供能量；導(dǎo)通時(shí)，負(fù)載電流和電壓同方向，直流側(cè)向負(fù)載提供能量；V1或或V2導(dǎo)通時(shí)，負(fù)載電流與電壓反向，負(fù)載電感中儲(chǔ)存能量向直流側(cè)反饋，反饋回的能量?jī)?chǔ)導(dǎo)通時(shí)，負(fù)載電流與電壓反向，負(fù)

50、載電感中儲(chǔ)存能量向直流側(cè)反饋，反饋回的能量?jī)?chǔ)存在直流側(cè)電容器中。存在直流側(cè)電容器中。V1、V2是負(fù)載向直流側(cè)反饋能量的通道，是負(fù)載向直流側(cè)反饋能量的通道，稱為反饋二級(jí)管。稱為反饋二級(jí)管。V1、V2起負(fù)載電流連續(xù)的作用，起負(fù)載電流連續(xù)的作用，又稱續(xù)流二級(jí)管。又稱續(xù)流二級(jí)管。2、單相全橋電壓型逆變電路、單相全橋電壓型逆變電路特點(diǎn)：特點(diǎn)：有四個(gè)橋臂，可以看成兩個(gè)單相半橋電路組成，把橋臂有四個(gè)橋臂，可以看成兩個(gè)單相半橋電路組成，把橋臂1和橋臂和橋臂4作一對(duì)，橋臂作一對(duì)，橋臂2和和橋臂橋臂3作另一對(duì)，成對(duì)的兩對(duì)橋臂交替導(dǎo)通，兩對(duì)交替各導(dǎo)通作另一對(duì)，成對(duì)的兩對(duì)橋臂交替導(dǎo)通，兩對(duì)交替各導(dǎo)通180。輸出電壓。

51、輸出電壓u0波形為波形為矩形波，幅值矩形波，幅值UmUd。2、單相全橋電壓型逆變電路、單相全橋電壓型逆變電路輸出電壓波形為矩形波，輸出電流波形隨負(fù)載情況而異。輸出電壓波形為矩形波，輸出電流波形隨負(fù)載情況而異。3、三相橋式電壓型逆變電路、三相橋式電壓型逆變電路 同一相的上下兩個(gè)同一相的上下兩個(gè)橋臂交替導(dǎo)通橋臂交替導(dǎo)通180；各；各相開始導(dǎo)通的角度依次差相開始導(dǎo)通的角度依次差120。000013NUVWuuuu電流型逆變電路主要電流型逆變電路主要特特點(diǎn)點(diǎn) (1) 直流側(cè)串大電感，電流基直流側(cè)串大電感，電流基 本無脈動(dòng)，相當(dāng)于電流源本無脈動(dòng)，相當(dāng)于電流源。電流型三相橋式逆變電路電流型三相橋式逆變電路

52、 (2) 交流輸出電流為矩形波，與負(fù)載阻抗角無關(guān)。輸出電壓波形和相位交流輸出電流為矩形波，與負(fù)載阻抗角無關(guān)。輸出電壓波形和相位 因負(fù)載不同而不同。因負(fù)載不同而不同。 (3)直流側(cè)電感起緩沖無功能量的作用，不必給開關(guān)器件反并聯(lián)二極管直流側(cè)電感起緩沖無功能量的作用，不必給開關(guān)器件反并聯(lián)二極管。電流型逆變電路中，采用半控型器件的電路仍應(yīng)用較多。電流型逆變電路中，采用半控型器件的電路仍應(yīng)用較多。四、電流型逆變電路四、電流型逆變電路直流斬波電路分為：降壓和升壓直流斬波電路分為：降壓和升壓1. 降壓斬波電路降壓斬波電路onoddtuUUt 減小導(dǎo)通占空比減小導(dǎo)通占空比，輸出電壓隨之減小，輸出電壓隨之減小，

53、故稱為降壓斬波電路。故稱為降壓斬波電路。 要得到較高頻率的交流電，利用有觸點(diǎn)開關(guān)是不可能做到的，必須采用要得到較高頻率的交流電，利用有觸點(diǎn)開關(guān)是不可能做到的，必須采用半導(dǎo)體開關(guān)才能實(shí)現(xiàn)。半導(dǎo)體開關(guān)才能實(shí)現(xiàn)。二、單相晶閘管橋式逆變器二、單相晶閘管橋式逆變器 利用全控型器件的自關(guān)斷能力進(jìn)行換流。采用利用全控型器件的自關(guān)斷能力進(jìn)行換流。采用IGBT 、電力、電力MOSFET 、GTO 、GTR等全控型器件的電路中的換流方式是器件換流。等全控型器件的電路中的換流方式是器件換流。1. 控制逆變器的輸入直流電壓控制逆變器的輸入直流電壓2. 在逆變器內(nèi)部的電壓控制在逆變器內(nèi)部的電壓控制逆變器自調(diào)控方案，脈寬

54、控制逆變器自調(diào)控方案，脈寬控制 不改變逆變器輸入直流電壓的大小，而是通過改變逆變器中晶閘管（或晶不改變逆變器輸入直流電壓的大小，而是通過改變逆變器中晶閘管（或晶體管）的導(dǎo)通時(shí)間以控制輸出脈沖的寬度來改變逆變器輸出電壓。體管）的導(dǎo)通時(shí)間以控制輸出脈沖的寬度來改變逆變器輸出電壓。 單相無源逆變器的電壓控制單相無源逆變器的電壓控制交交-直直-交變頻器中常用交變頻器中常用 可控整流方案：電源為交流，則可以通過可控整流方案：電源為交流，則可以通過可控整流可控整流電路，把交流變成可電路，把交流變成可調(diào)的直流輸入到逆變器，從而控制逆變器的輸出交流電壓。調(diào)的直流輸入到逆變器，從而控制逆變器的輸出交流電壓。 斬波調(diào)壓方案：若是直流電源，則可控制斬波調(diào)壓方案：若是直流電源，則可控制斬波器斬波器改變直流輸入電壓的大小。改變直流輸入電壓的大小。但輸出交流電壓波形的諧波成分隨著輸出電壓的減少而增加。但輸出交流電壓波形的諧波成分隨著輸出電壓的減少而增加。 若使控制角從若使控制角從0變到變到1800，將可以使逆變器，將可以使逆變器的輸出電壓從最大值變到零。的輸出電壓從最大值變到零。 頻率、電壓協(xié)調(diào)控制頻率、電壓協(xié)調(diào)控制(U/f(U/f保持不變保持不變) )如如f f降低則保持脈沖降低則保持脈沖數(shù)不變，間隔拉大使數(shù)不變，間隔拉大使輸岀電壓輸岀電壓U U降低降低2）電力晶體管（）電力晶體管