第4章電力電子技術(shù)

1、第4章電力電子技術(shù)第一部分分析方法、分析軟件分析方法、分析軟件信息電子技術(shù)中器件工作在放大狀態(tài)或信息電子技術(shù)中器件工作在放大狀態(tài)或開關(guān)狀態(tài)開關(guān)狀態(tài).而電力電子技術(shù)中器件只工而電力電子技術(shù)中器件只工作在開關(guān)狀態(tài)作在開關(guān)狀態(tài).電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)高高壓壓直直流流輸輸電電靜靜止止無無功功補(bǔ)補(bǔ)償償交交直直流流電電力力傳傳動動電電解解電電鍍鍍電電加加熱熱電電力力機(jī)機(jī)車車牽牽引引電氣工程電氣工程分支分支高性能交直流電源高性能交直流電源控制理論控制理論電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)弱電和強(qiáng)電接口弱電和強(qiáng)電接口弱電控制強(qiáng)電弱電控制強(qiáng)電基礎(chǔ)基礎(chǔ)元件元件支撐支撐技術(shù)技術(shù)實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)廣泛用于廣泛用于電力電子裝置電力電子裝

2、置是自動化的是自動化的電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)電力電子器件電力電子器件制造技術(shù)制造技術(shù)變流技術(shù)變流技術(shù)直流直流電力電力交流交流交流變交流交流變交流直流變直流直流變直流直流變交流直流變交流交流變直流交流變直流電力變換電力變換轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)軋鋼機(jī)數(shù)控機(jī)床冶金工業(yè)電解鋁電化學(xué)工業(yè)中整流變壓器電化學(xué)工業(yè)中整流變壓器冶金工業(yè)中高頻感應(yīng)加熱電源設(shè)備冶金工業(yè)中高頻感應(yīng)加熱電源設(shè)備電化學(xué)整流電源設(shè)計(jì)電化學(xué)整流電源設(shè)計(jì)電力電子技術(shù)在汽車電力電子技術(shù)在汽車42V直流總線下直流總線下DJ型交流電力傳動機(jī)車型交流電力傳動機(jī)車磁懸浮列車磁懸浮列車飛機(jī)飛機(jī) 西門子（西門子（Siemens）公司）公司施奈德公司施奈德公司 富士公司

3、富士公司 安圣（華為電氣）變頻器系列安圣（華為電氣）變頻器系列ABB公司公司HVDCFACTS程控交換機(jī)微型計(jì)算機(jī)5）家用電器直流變頻空調(diào)的電路原理圖直流變頻空調(diào)的電路原理圖 變頻空調(diào)控制器變頻空調(diào)控制器交流變頻控制器的原理框圖交流變頻控制器的原理框圖 (6)(6)其它其它大型計(jì)算機(jī)的UPS新型能源器件晶閘管問世，(公元元年)IGBT出現(xiàn) 功率集成器件晶閘管時(shí)代水銀（汞?。┱髌鲿r(shí)代全控型器件迅速發(fā)展史前期（黎明期）1904193019471957197019801990 2000t(年)晶體管誕生器件一、基本模型：一、基本模型：器件器件器件AGKGKA器件螺栓型晶閘管晶閘管模塊平板型晶閘管外

4、形及結(jié)構(gòu)器件器件常規(guī)快速 晶閘管高頻 晶閘管與普通晶閘管相比快速 晶閘管關(guān)斷時(shí)間為數(shù)十微秒高頻 晶閘管關(guān)斷時(shí)間為10s左右電壓和電流定額不易做高應(yīng)用于400Hz和10kHz以上的斬波或逆變電路中開關(guān)時(shí)間以及du/dt、di/dt的耐量都有了明顯的改善器件 是一對反并聯(lián)結(jié)的普通晶閘管的集成。 有兩個主電極T1和T2，一個門極G。 門極使器件在主電極的正反兩方向均可觸發(fā)導(dǎo)通。 不用平均值而用有效值來表示其額定電流值。a)b)IOUIG=0GT1T2器件是將晶閘管反并連一個二極管制作在同一管芯上的功率集成器件。不具有承受反向電壓的能力，一旦承受反向電壓即開通。與普通晶閘管相比正向壓降小關(guān)斷時(shí)間短高溫

5、特性好額定電流晶閘管電流反并聯(lián)的二極管的電流b)a)UOIKGAIG=0器件 是利用一定波長的光照信號觸發(fā)導(dǎo)通的晶閘管。 小功率光控晶閘管只有陽 極和陰極兩個端子。 大功率光控晶閘管帶有作為觸發(fā)光源的發(fā)光二極管或半導(dǎo)體激光器的光纜。 光觸發(fā)保證主電路與控制電路之間的絕緣，避免電磁干擾的影響。器件電力MOSFETIGBT單管及模塊器件平板式平板式器件螺旋式螺旋式器件功能模塊功能模塊器件散熱器散熱器器件門極可關(guān)斷晶閘管門極可關(guān)斷晶閘管GTO電力晶體管電力晶體管GTRC電力場效應(yīng)晶體管電力場效應(yīng)晶體管MOS絕緣柵雙極晶體管絕緣柵雙極晶體管IGBTMOS控制晶閘管控制晶閘管MCT靜電感應(yīng)晶體管靜電感應(yīng)

6、晶體管SIT靜電感應(yīng)晶閘管靜電感應(yīng)晶閘管SITH集成門極換流晶閘管集成門極換流晶閘管IGCT器件返回l結(jié)構(gòu)發(fā)展知識背景結(jié)構(gòu)發(fā)展知識背景器件器件AC/DCb)c)d)e)f)u2uaubuca a =0Ow wt1w wt2w wt3uGOudOOuabuacOiVT1uVT1w wtw wtw wtw wtw wtRidabcTudVT2VT1VT3器件AC/DC器件AC/DCwupud1,ud2OO60 360 wt1wttuaubucucuaubub器件AC/DCCLRBA1*0 滯后 30 3iAc1b1a11c2b2a2iab2ua2b2ua1b1ia1idud0a)b)c)d)ia1

7、Id180360ia2iab2iAIdiab2wtwtwtwt000Id2333Id33IdId32 3(1+ )Id32 3(1+)Id33Id13器件AC/DC同步環(huán)節(jié)同步環(huán)節(jié)鋸齒波的形成鋸齒波的形成移相移相環(huán)節(jié)環(huán)節(jié)脈沖形脈沖形成與放成與放大大強(qiáng)觸發(fā)強(qiáng)觸發(fā)雙窄脈沖形成雙窄脈沖形成器件AC/DCusa1234567111091413128161512345671110914131281615KJ004KJ004-15 V+15 V12345671110914131281615KJ004RP6RP3(1 6 腳為 6路單脈沖輸入)12345671110914131281615KJ 041(15

8、10 腳為 6路雙脈沖輸出)至 VT1usbuscupucoR19R13R20R14R21R15R9R3R6R18R8R2R5R17R7R1R4R16R10R11R12C7C4C1C8C5C2C9C6C3RP4RP1RP5RP2至 VT2至 VT3至 VT4至 VT5至 VT6完整的三相全控橋觸發(fā)電路完整的三相全控橋觸發(fā)電路+15VU UA AU UB BU UC C放大環(huán)節(jié)放大環(huán)節(jié)g1g2g3g4g5g6直流偏壓直流偏壓控制電壓控制電壓器件AC/DC單相觸發(fā)三相觸發(fā)器件AC/DCtOtOtOtOtOq qb)uG1uG2uG3uG4uoiot1t2t3iouo+- -CRLUdV1V2V3V

9、4VD1VD2VD3VD4uoiotOtOtOtOtOtOtOtOa)b)c)d)e)f)g)h)uUNuUNuUViUiduVNuWNuNNUdUd2Ud3Ud62Ud3器件DC/ACM3UVW+- -LIdC1C2C3C4C5C6VD1VD2VD3VD4VD5VD6UdVT1VT2VT3VT4VT5VT6UVWNT1A1T2B1A21C1B21A22C21B22C22uUNuU2uU1UdIII器件DC/AC+VDotb)ERLa)CVoti1i2uLuoILi1i2tontoffILIL+_器件DC/DCERVDa)CVL1L2uo+器件DC/DCROu1uoioVT1VT2u1uoio

10、uVTwtOwtOwtOwtRL圖4-7u1i1uoV1V2VD1VD2V3V4VD4VD3器件AC/ACn負(fù)載acn負(fù)載abca)b)負(fù)載abcc)負(fù)載bd) 圖4-9abcuaubuciaUa0nuaubucianuaubucianuaubuciaVT1VT3VT4VT5VT6VT2器件AC/ACPuoZNuo0輸出電壓 ap=0平均輸出電壓2ap2apt器件AC/AC返回采樣控制理論中一個重要結(jié)論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)，其效果基本相同沖量 窄脈沖的面積效果基本相同 環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同d)單位脈沖函數(shù)f (t)d (t)tOa)矩形脈沖b)三角形脈沖c)正

11、弦半波脈沖tOtOtOf (t)f (t)f (t)PWM控制原理i (t )u (t)i(t)t0a)b)圖6-2 沖量相同的各種窄脈沖的響應(yīng)波形具體的實(shí)例說明“面積等效原理”PWM控制原理OutSPWM波Out如何用一系列等幅不等寬的脈沖等幅不等寬的脈沖來代替一個正弦半波OutPWM控制原理Ou t若要改變等效輸出正弦波幅值，按同一比例改變各脈沖寬度即可。SPWM波Out如何用一系列等幅不等寬的脈沖等幅不等寬的脈沖來代替一個正弦半波OutOutPWM控制原理PWM控制原理裝置 指起電壓調(diào)整功能的器件始終工作在線性放大區(qū)的指起電壓調(diào)整功能的器件始終工作在線性放大區(qū)的直流穩(wěn)壓電源。直流穩(wěn)壓電源。穩(wěn)壓電源：通常分為線性穩(wěn)壓電源和開關(guān)穩(wěn)壓電源。穩(wěn)壓電源：通常分為線性穩(wěn)壓電源和開關(guān)穩(wěn)壓電源。1 1、線性穩(wěn)壓電源：、線性穩(wěn)壓電源：2 2、開關(guān)穩(wěn)壓電源：、開關(guān)穩(wěn)壓電源：裝置1 1、線性穩(wěn)壓電源：、線性穩(wěn)壓電源：優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)良的紋波及動態(tài)響應(yīng)特性；優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)良的紋波及動態(tài)響應(yīng)特性；缺點(diǎn)：（缺點(diǎn)：（1 1）輸入采用）輸入采用50Hz50Hz工頻變壓器，體積龐大；工頻變壓器，體積龐大； （2 2）電壓調(diào)整器件工作在線性放大區(qū)內(nèi)）電壓調(diào)整器件工作在線性放大區(qū)內(nèi),損耗