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電力電子技術(shù)維修電工高級技師培訓教材：維修電工第2篇 電力電子技術(shù)引導語1、定義：電力電子技術(shù)——是以電力電子器件為基礎(chǔ)將電能進行變換和控制的技術(shù)電能變換——是指把可得到和利用的電能變換成所希望的電能形式輸出，包括電壓、電流和頻率。2、內(nèi)容：①電力電子器件②能量變換主電路③控制系統(tǒng)第8單元電力電子器件電力電子器件:能夠承受高電壓，允許通過大電流，用半導體材料制成的固態(tài)開關(guān)器件。電力電子器件的種類：第一代器件：①電力二極管SR②晶閘管SCR第二代器件：③功率晶體管GTR（BJT）④可關(guān)斷晶閘管GTO⑤功率場效應管MOSFET⑥絕緣柵雙極型晶體管IGBT⑧MOS控制晶閘管MCT⑦靜電感應晶閘管SITH第三代器件：⑨功率集成電路PIC晶閘管又稱晶體閘流管或可控硅整流器（SCR）優(yōu)點：體積小、重量輕、效率高、動作迅速、維護簡單、操作方便和壽命長在生產(chǎn)實際中獲得了廣泛的應用，一直以來都是工業(yè)上用于大功率變換和控制的傳統(tǒng)器件。8.2

晶閘管8.2.1.晶閘管結(jié)構(gòu)、工作原理和類型1、晶閘管基本結(jié)構(gòu)晶閘管的結(jié)構(gòu)及符號（1）導通條件①晶閘管陽極和陰極承受正向電壓。②晶閘管控制極和陰極承受正向電壓。注意：晶閘管一旦導通，且IA＞IL控制極就失去了控制（2）關(guān)斷的條件陽極電流小于維持電流IA＜IH。晶閘管具有單向可控導電性，門極只能控制晶閘管的導通，但控制不了晶閘管關(guān)斷，所以屬于半控型器件。8.2.2晶閘管的特性靜態(tài)特性·

晶閘管的靜態(tài)特性：承受反向電壓時，不論門極是否有觸發(fā)電流，晶閘管都不會導通；承受正向電壓時，僅在門極有觸發(fā)電流的情況下晶閘管才能開通；晶閘管一旦導通，門極就失去控制作用；要使晶閘管關(guān)斷，只能使晶閘管的電流降到接近于零的某一數(shù)值IH以下。晶閘管的陽極伏安特性·1.晶閘管的陽極伏安特性2、晶閘管的門極伏安特性加在晶閘管的門極和陰極間的電壓和流過門極的電流關(guān)系稱為晶閘管門極伏安特性，門極觸發(fā)電流是通過觸發(fā)電路在門極和陰極之間施加觸發(fā)電壓而產(chǎn)生的，晶閘管的門極觸發(fā)電流從門極流入晶閘管，從陰極流出。3.晶閘管的開關(guān)（動態(tài)）特性晶閘管開關(guān)特性：包括晶閘管的開通和關(guān)斷特性。

開通特性：由開通時間（包括延遲時間與上升時間）決定。關(guān)斷特性：由關(guān)斷時間（包括反向阻斷恢復時間與正向阻斷恢復時間）決定。三、晶閘管的主要參數(shù)·1、額定電壓正向斷態(tài)重復峰值電壓UDRM反向重復峰值電壓URRM額定電壓UTn：通常取晶閘管的UDRM和URRM中較小的標值作為該器件的額定電壓，然后標準電壓等級標定器件的額定電壓?？紤]到外在環(huán)境，選用時，額定電壓要留有一定裕量，一般取額定電壓為正常工作時晶閘管所承受峰值電壓2~3倍。2、額定正向平均電流IT(AV）也稱：通態(tài)平均電流——晶閘管在環(huán)境溫度40°C和規(guī)定的冷卻狀態(tài)下，穩(wěn)定結(jié)溫不超過額定結(jié)溫時所允許流過的最大工頻正弦半波電流的平均值。在選用晶閘管額定電流時，應留一定的裕量，一般取實際電流最大有效值1.5~2倍的裕量。波形系數(shù)Kf：電流波形的有效值與平均值的比值通態(tài)平均電壓UT(AV)：浪涌電流ITSM：ITSM=(2～5)IT(AV)維持電流IH

：擎住電流IL：晶閘管剛從斷態(tài)轉(zhuǎn)入通態(tài)并移除觸發(fā)信號后，能維持導通所需的最小電流。對同一晶閘管來說，通常IL=(2～4)IH。8.門極參數(shù)門極觸發(fā)電壓UGT：在規(guī)定的環(huán)境溫度下，陽極和陰極加一定正向電壓，使晶閘管從斷態(tài)轉(zhuǎn)入通態(tài)所需要的最小門極直流電壓。一般為1-5V。門極觸發(fā)電流IGT：在規(guī)定的環(huán)境溫度下，陽極和陰極加一定正向電壓，使晶閘管從斷態(tài)轉(zhuǎn)入通態(tài)所需要的最小門極直流電流。一般為幾十到幾百毫安。門極反向峰值電壓URGM：門極反向所加的最大峰值電壓。一般不超過10V。開通時間ton：指在室溫和規(guī)定條件下，晶閘管在門極觸發(fā)信號開通的情況下，使晶閘管從斷態(tài)到通態(tài)轉(zhuǎn)換過程中，所需的時間。開通時間包括延遲時間與上升時間。關(guān)斷時間toff

：從通態(tài)電流降至零到晶閘管開始承受斷態(tài)電壓的時間間隔。斷態(tài)電壓臨界上升率du/dt：指在額定結(jié)溫和門極開路的情況下，不導致晶閘管從斷態(tài)到通態(tài)轉(zhuǎn)換的外加電壓最大上升率。通態(tài)電流臨界上升率di/dt：指在規(guī)定條件下，晶閘管在門極觸發(fā)信號開通的情況下，能承受而不會導致?lián)p壞的最大通態(tài)電流上升率。9.動態(tài)參數(shù)8.2.4晶閘管的串、并聯(lián)晶閘管的串聯(lián)應用晶閘管的并聯(lián)應用變壓器分組供電的均壓、均流法8.2.5晶閘管的保護措施1.過電壓保護過電壓的產(chǎn)生：外因過電壓

1）雷擊過電壓2）操作過電壓內(nèi)因過電壓

1）換相過電壓2）關(guān)斷過電壓，過電流的產(chǎn)生①過載②短路常用措施①快速熔斷器②過電流繼電器③直流快速斷路器④電子保護電路2.過電流保護過電流保護措施及配置位置快速熔斷器接法：快速熔斷器是最直接最有效的保護快速熔斷器的選擇:（1）電壓（2）電流補充：晶閘管的型號與測試·例如型號如KP500-7E，它表示該元件額定電流為500A、額定電壓為700V，管壓降為0.7-0.8V的普通晶閘管。1、型號:2、晶閘管的測試晶閘管的管腳測試電路晶閘管的觸發(fā)能力檢測電路晶閘管的管腳測試電路晶閘管的觸發(fā)能力檢測電路晶閘管的管腳測試電路將萬用表置于R×10位置，或R×100位置來測量任意兩腳的正反向電阻，當某次測量得數(shù)值最小時（約幾十歐），此時黑表筆對應的是控制極（G），紅表筆對應的是陰極（K），余下的為陽極（A）.晶閘管的好壞的判斷將萬用表置于R×10位置，用表筆測量控制極G和陰極K之間的正反向電阻，阻值應為幾歐～幾十歐，其正向電阻應小于或接近于反向電阻。將萬用表調(diào)至R×1k擋，測量G、A與K、A之間的阻值無論黑紅表筆怎樣調(diào)換測量，正、反向電阻都很大，在幾百千歐以上或為無窮大，且正、反向電阻相差很小。3、晶閘管的正確使用晶閘管是具有體積小、損耗小、無聲、控制靈敏等優(yōu)點的半導體變流器件。但它的過流、過壓能力比較弱，使用時除了采取必要的過流、過壓保護措施外，在選擇晶閘管額定電流、額定電壓時還應留有足夠的安全余量。使用中晶閘管的散熱系統(tǒng)應嚴格遵循規(guī)定要求。1、快速晶閘管2、雙向晶閘管3、逆導晶閘管4、光控晶閘管逆導晶閘管雙向晶閘管光控晶閘管8.2.6晶閘管的派生器件·8.3門極可關(guān)斷晶閘管（GTO）8.3.1結(jié)構(gòu)與原理（符號）8.3.2

特性、特點特性：門極正脈沖信號觸發(fā)導通門極負脈沖信號觸發(fā)關(guān)斷特點：①

耐壓高(工作電壓可高達6000V)②

電流大(電流可達6000A)③

造價便宜④ 管壓降比較大，一般為2～3V⑤

開通過程快⑥ 承受di/dt能力強開通電路關(guān)斷電路反偏電路8.3.3

門極控制基本電路8.3.4緩沖電路作用：在GTO關(guān)斷時抑制陽極電流過程中所產(chǎn)生的尖峰陽極電壓，以降低關(guān)斷損耗；抑制陽極電壓的上升率以免關(guān)斷失敗。a)基極bN

漂移區(qū)N

+襯底基極b發(fā)射極c集電極cP

+P

+N

+P基區(qū)b)bec2、內(nèi)部結(jié)構(gòu)3、圖形符號圖2-15

GTR的結(jié)構(gòu)、電氣圖形符號a)內(nèi)部結(jié)構(gòu)斷面示意圖b)電氣圖形符號4、導電特性GTR的工作原理與普通的三極管基本原理是一樣的，主要通過控制基極電流來控制集電極電流。當有足夠大的電流驅(qū)動信號從基極流過時，就能使管子處于完全導通的狀態(tài)，當撤去這個信號時，管子自動關(guān)斷。5、應用特點（與普通晶閘管和GTO比較）、具有自關(guān)斷能力、能在較高頻率下工作（5kHZ

、30kHZ）電力場效應晶體管（P-MOSFET）結(jié)構(gòu)與符號8.5.2特性①通過柵極電壓來控制漏極電流②。開關(guān)時間在

10~100ns之間，工作頻

率可達

100kHz以上圖8－31電力MOSFET的轉(zhuǎn)移特性和輸出特性a)

轉(zhuǎn)移特性

b)

輸出特性應用特點①驅(qū)動電路簡單，②驅(qū)動功率小，③開關(guān)速度快④電流容量小，耐壓低，通態(tài)壓降大。適合于開關(guān)電源、高頻感應加熱等高頻場合，但不適合大功率裝置8.5.3電力場效應晶體管的保護1.靜電保護2.工作保護柵源過電壓保護漏源過電壓保護·（3）過電流保護前面提到的GTR和GTO的特點均為雙極型電流驅(qū)動器件，通流能力很強，開關(guān)速度較低，所需驅(qū)動功率大，驅(qū)動電路復雜。而MOSFET的優(yōu)點為單極型電壓驅(qū)動器件，開關(guān)速度快，輸入阻抗高，熱穩(wěn)定性好，所需驅(qū)動功率小而且驅(qū)動電路簡單。兩類器件取長補短結(jié)合而成的復合器件絕緣柵雙極晶體管，它是GTR和MOSFET的復合，結(jié)合二者的優(yōu)點，具有很好的特性。8.6絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)3、特點開關(guān)速度高（但低于P-MOSFET），開關(guān)損耗小。在電壓1000V以上時，開關(guān)損耗只有GTR的1/10，與電

力MOSFET相當。相同電壓和電流定額時，安全工作區(qū)比GTR大，且具有耐脈沖電流沖擊能力。通態(tài)壓降比MOSFET低，特別是在電流較大的區(qū)域。輸入阻抗高，輸入特性與MOSFET類似。與MOSFET和GTR相比，耐壓和通流能力還可以進一步提高，同時保持開關(guān)頻率高的特點。8.7全控型電力電子器件的驅(qū)動電路和緩沖電路8.7.1驅(qū)動電路電力電子器件驅(qū)動電路的作用：產(chǎn)生驅(qū)動信號驅(qū)動電力電子器件的導通和關(guān)斷特征：既是電力電子主電路與控制電路的接口，也是主電路與控制電路的電氣隔離（光隔離、磁隔離）環(huán)節(jié)要求：開關(guān)時間短，減小開關(guān)損耗，運行可靠、安全、效率高一種GTR驅(qū)動電路8.7.2 緩沖電路（吸收電路）緩沖電路作用:抑制電力電子器件在開關(guān)過程中產(chǎn)生的過大的du/dt和di/dt目的：①防止元件損壞②防止元件誤導通③減小器件的開關(guān)損耗。緩沖電路分（耗能式）：關(guān)斷緩沖電路——du/dt抑制電路開通緩沖電路——di/dt抑制電路復合緩沖電路——既抑制du/dt也抑制di/dt8.8略第9單元相控整流電路·引言生產(chǎn)中大量需要電壓可調(diào)的直流電源，如直流電動機的調(diào)速，同步發(fā)電機的勵磁、電焊、電鍍等都要求直流電壓可以方便調(diào)節(jié)。利用晶閘管的可控單向?qū)щ娦裕刂破湟葡嘟悄馨呀涣麟娔茏兂纱笮】烧{(diào)的直流電能，以滿足各種直流負載的要求，這種整流電路稱為相控整流電路。在分析相控整流電路時，常忽略（或暫時忽略）系統(tǒng)中某些次要的或非本質(zhì)因素，即在理想條件下研究分析，獲得主要結(jié)論。假設(shè)的理想條件如下：1.

理想開關(guān)元件

即開關(guān)元件（晶閘管）導通時，通態(tài) 壓降為零，關(guān)斷時電阻為無窮大；2.理想變壓器即變壓器漏抗為零、繞組的電阻為零、勵磁電流為零。3．理想電源即交流電網(wǎng)有足夠大的容量，電源為恒頻、恒壓和三相對稱，因而整流電路接入點的網(wǎng)壓為無畸變正弦波。分析電路前提條件·控制角α：從晶閘管承受正向電壓起到加觸發(fā)脈沖使其導通 的瞬間，這段時間所對應的電角導度通。角θ：晶閘管在一個周期內(nèi)導通的時間所對應的電角度。移 相：改變觸發(fā)脈沖出現(xiàn)的時刻，即改變控制角α的大小，稱為移相。移相控制：改變觸發(fā)脈沖α的大小，調(diào)節(jié)輸出整流平均電壓

Ud值的控制方式，簡稱“相控”?！ひ葡喾秶嚎刂平铅恋淖兓秶褪怯|發(fā)脈沖Ug的移相范圍。它決定了輸出電壓的變化范圍。改變α角使輸出整流電壓平均值從最大值降到最小值。9.1.3整流電路中的幾個名詞術(shù)語9.1.3整流電路中的幾個名詞術(shù)語同步：使觸發(fā)脈沖與可控整流電路的交流電源電壓之間保持頻率和相位的協(xié)調(diào)關(guān)系稱為同步。使觸發(fā)脈沖與電源電壓保持同步是整流電路正常工作必不可少的條件。自然換相點：當電路中的可控元件全部用不可控元件替代時，各元件的導電轉(zhuǎn)換點，稱為自然換相點換相（換流）：在可控整流電路中，從一個晶閘管導通電流變換為另一個晶閘管導通電流的過程稱為換相，也稱換流。9.2

三相可控整流電路引言：在負載容量較大或要求直流電壓脈動較小時，常使用三相相控電路。三相整流電路具有多種電路形式，三相半波相控整流電路共陰極和共陽極接法是三相整流電路的最基本形式，其它電路可看作是三相半波整流電路以不同方式串聯(lián)或并聯(lián)組合而成

。三相半波可控整流電路電阻性負載特點：①當α=0°時，整流輸出電壓最大；當α=150°時，整流輸出電壓為零?？刂平铅恋囊葡喾秶鸀?°～150°。②當α≤30°時，負載電流連續(xù)，每個晶閘管在一個周期中導通120°即θT＝120°；當α＞30°時，負載電流

斷續(xù)，晶閘管的導通角為θT＝150°-α

，小于120°。③流過變壓器的副邊電流等于晶閘管的電流，是單方向電流，有直流分量，會造成變壓器直流磁化。④晶閘管承受的最大電壓是變壓器二次線電壓的峰值。⑤輸出整流電壓ud的脈動頻率為3倍的電源頻率。⑥觸發(fā)脈沖的間隔為120°。數(shù)量關(guān)系·α＞30°時輸出電壓平均值Ud·α≤30°時移相范圍：α（

0~150°）數(shù)量關(guān)系輸出電流平均值Id晶閘管電流平均值IdT晶閘管電流有效值IT晶閘管承受的最大電壓UTM2.阻感負載（ωLd＞＞Rd）晶閘管的導通角：12

0°移相范圍：α

（0~9

0°）首先分析α=0o時的工作情況,為了便于分析把一個周期波形等分成6個區(qū)間在Ⅰ區(qū)間：a相電壓最高，VT1觸發(fā)導通，b相電壓最低，VT6觸發(fā)導通，負載輸出電壓ud＝uab。在Ⅱ區(qū)間：a相電壓最高，VT1觸發(fā)導通，c相電壓最低，VT2觸發(fā)導通，負載輸出電壓ud＝uac。在Ⅲ區(qū)間：b相電壓最高，VT3觸發(fā)導通，c相電壓最低，VT2觸發(fā)導通，負載輸出電壓ud＝ubc。工作過程及波形分析在Ⅳ區(qū)間：b相電壓最高，VT3觸發(fā)導通，a相電壓最低，VT4觸發(fā)導通，負載輸出電壓ud＝uba。在Ⅴ區(qū)間：c相電壓最高，VT5觸發(fā)導通，a相電壓最低，VT4觸發(fā)導通，負載輸出電壓ud＝uca。（6）在Ⅵ區(qū)間：c相電壓最高，VT5觸發(fā)導通，b相電壓最低，VT6觸發(fā)導通，負載輸出電壓ud＝ucb。?三相橋式全控整流電路的特點、每個導電回路有2個晶閘管同時導通，其中共陰極組和共陽極組各一個晶閘管，且不是同一相器件。對觸發(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 ，共陽極組VT4、VT6、VT2也依次差120同一相的上下兩個橋臂，即VT1與VT4，VT3與VT6，VT5與VT2，脈沖相差180

。（3）ud一周期脈動6次，每次脈動的波形都一樣，故該電路為6脈波整流電路需保證同時導通的2個晶閘管均有脈沖。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）晶閘管承受的電壓波形與三相半波時相同，晶閘管承受最大正、反向電壓的關(guān)系也相同。區(qū)別在于：晶閘管起始導通時刻推遲了30 ，組成ud的每一段線電壓因此推遲30

。從wt1開始把一周期等分為6段，ud波形仍由6段線電壓構(gòu)成，每一段導通晶閘管的編號等仍符合書表的規(guī)律。變壓器二次側(cè)電流ia波形的特點：在VT1處于通態(tài)的120 期間ia為正，ia波形的形狀與同時段的ud波形相同，在VT4處于通態(tài)的120 期間，ia波形的形狀也與同時段的ud波形相同，但為負值。α

=30時的工作情況當α≤60時，ud波形均連續(xù)，對于電阻負載，id波形中有一段為零，ud波形不能出與ud波形形狀一樣，也連續(xù)。當α>60 時，ud波形每60現(xiàn)負值。帶電阻負載時三相橋式全控整流電路a

角的移相范圍是120

。?小結(jié)α

≤60時ud波形連續(xù)，工作情況與帶電阻負載時十分相似，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：由于負載不同，同樣的整流輸出電壓加到負載上，得到的負載電流id波形不同。阻感負載

時，由于電感的作用，使得負載電流波形變得平直，當電感足夠大的時候，負載電流的波形可近似為一

條水平線。波形分析α

>60

時阻感負載時的工作情況與電阻負載時不同，電阻負載時ud波形不會出現(xiàn)負的部分，而阻感負載時，由于電感L的作用，ud波形會出現(xiàn)負的部分帶阻感負載時，三相橋式全控整流電路的a角移相范圍為90

。Id=Ud/R3.反電動勢阻感負載在負載電感足夠大時，負載電流連續(xù)，電路工作情況與阻感負載類似，不同點為平均電流的計算：·

Id=（Ud-E）/R前面介紹的各種整流電路都是在理想工作狀態(tài)下的工作情況，但實際的交流供電電源總存在電源阻抗，如電源變壓器的漏電抗、導線電阻以及為了限制短路電流而加上的交流進線電抗器等。由于電感電流不能突變，因此實際工作中，晶閘管之間的換流不可能瞬時完成，會出現(xiàn)參與換流的兩個晶閘管同時導通的現(xiàn)象。9.3整流器交流側(cè)電抗對整流電路的影響引言：1.觸發(fā)信號常采用脈沖形式9.4晶閘管觸發(fā)電路9.4.1常見觸發(fā)信號與觸發(fā)電路要求2.觸發(fā)電路要求(1)觸發(fā)脈沖的參數(shù)要求觸發(fā)脈沖應有足夠的功率。觸發(fā)脈沖要有足夠的寬度。 表9-3觸發(fā)脈沖電壓的前沿要陡。(2)觸發(fā)脈沖與主電路電源必須同步。觸發(fā)脈沖的移相范圍應滿足主電路移相范圍的要求?？垢蓴_能力強、溫度穩(wěn)定性好、與主電路隔離。9.4.3集成觸發(fā)電路1.由模擬集成電路構(gòu)成的觸發(fā)電路KC系列集成觸發(fā)器品種多，功能全，可靠性高，調(diào)試方便，應用非常廣泛。下面介紹KC04移相觸發(fā)器。KC04移相觸發(fā)器主要為單相或三相全控橋式晶閘管整流電路作觸發(fā)電路由集成元件KC04構(gòu)成觸發(fā)器是具有16個引腳的標準雙列直插式集成元件，如圖4-6是KC04型移相集成觸發(fā)電路。·

KC04型移相集成觸發(fā)電路由同步、鋸齒波形成、移相、脈沖形成和功率放大幾部分組成?！に?6個引出端。16端接+15V電源，3端通過30kΩ電阻和6.8kΩ電位器接-15V電源，7端接地。正弦同步電壓經(jīng)15kΩ電阻接至8端，進入同步環(huán)節(jié)。3、4端接0.47μF電容與集成電路內(nèi)部三極管構(gòu)成電容負反饋鋸齒波發(fā)生器。9端為鋸齒波電壓、負直流偏壓和控制移相電壓綜合比較輸入。11和12端接0.047μF電容后接30kΩ電阻，再接+15V電源與集成電路內(nèi)部三極管構(gòu)成脈沖形成環(huán)節(jié)，脈寬由時間常數(shù)0.047μF×30kΩ決定。13和14端是提供脈沖列調(diào)制和脈沖封鎖控制端。1和15端輸出相位相差180°的兩個窄脈沖。2.TC787（788）集成移相觸發(fā)電路TC787（788）是一種單片集成觸發(fā)電路·特點：功耗小、功能強、輸入阻抗高、抗干擾性能好、移相范圍寬（0～177°）、外接元件少、裝調(diào)簡便、工作可靠、可單電源工作，也可雙電源工作?！?/p>

TC787和TＣ788分A、B兩種形式：

A型應用于同步信號為50HZ的電路B型應用于同步信號為100～400HZ的電路·TC787輸出的是調(diào)制脈沖（脈沖列）

TC788輸出的是方波（1）TC787（788）的引腳排列（2）

TC787（788）各引腳功能同步信號輸入端18（Va）、2（Vb）、1（Vc）脈沖輸出端12(A)、11(-C)、10(B)、9(-A)、8(C)、7(-B)外接電容連接端16（Ca）、14（Cb）、15（Cc）13（CX）控制端4（Vr）UC的輸入端5（Pi）輸出脈沖封鎖端6（Pc）輸出脈沖方式設(shè)置端電源端3（VCC）、17（VDD）9.5觸發(fā)電路與主電路的同步同步的意義實現(xiàn)同步的方法同步變壓器二次繞組要星型連接整流變壓器與同步變壓器一次繞組要接同一三相電源保證兩電源相序一致第10單元

逆變電路逆變：直流電─逆變器─交流電─用電器(電網(wǎng))有源逆變與無源逆變變流電路：既可工作在整流狀態(tài)，又能工作在逆變狀態(tài)的電路（也稱為變流裝置或變流器）有源逆變的條件1）、變壓器直流側(cè)有直流電動勢，其極性必須與晶閘管導通方向一致；2）、變流器輸出的直流平均電壓Ud必須為負值，即晶閘管觸發(fā)角α>90°，且|

U|<|E|3）、以上兩條件是實現(xiàn)有源逆變的必要條件，必須同時滿足變流器才能工作在逆變狀態(tài)。為了保證在逆變過程中電流連續(xù)回路中要有足夠大的電感，這是保證有源逆變正常進行的充分條件。10.1.3逆變角β及逆變電壓的計算當變流器運行于逆變狀態(tài)時，控制角α>90°，整流電壓的平均值Ud為負值，計算很不方便。如果令α

=180°-β，則cosα

=cos(π

-β)=cosβ，于是整流電壓可以寫成Ud=Udocosβ，這樣求就方便了。因此，為了分析和計算方便起見，通常將α>90°時的控制角用β來表示，β多用于逆變狀態(tài)，所以稱為逆變角?？刂平铅潦且宰匀粨Q相點作為計量起始點，由此向右方計量，逆變角β是從α=π的時刻向左方來計量。例如β

=30°時，對應于α

=150°。10.1.4逆變失敗與最小逆變角的確定什么叫逆變失敗造成逆變失敗的原因1）觸發(fā)電路工作不可靠。2）晶閘管發(fā)生故障。3）交流電源異常。4）換相裕量角不足。10.3有源逆變的應用·10.3.1高壓直流輸電10.3.2

繞線式異步電動機的串級調(diào)速10.3.3

直流可逆電力拖動系統(tǒng)兩組變流器的工作方式和電動機的運行狀態(tài)10.4

無源逆變的工作原理及基本電路無源逆變——把直流電變換成負載所需要的不同頻率和電壓值的交流電逆變器（變頻器）——實現(xiàn)無源逆變的裝置電路包括：（1）主電路門控電路控制電路應用：（1）交流電機的變頻調(diào)速感應加熱不間斷電源等方面。10.4.1

逆變器的工作原理以單相橋式無源逆變電路為例換流方式分類換流

電路從一個支路向另一個支路的轉(zhuǎn)移，也稱換相。它分為負載換流、強迫換流、器件換流、電網(wǎng)換流。?1.負載換流（晶閘管）外部換流由負載提供換流電壓稱為負載換流負載電流相位超前于負載電壓的場合，都可實現(xiàn)負載換流負載為電容性負載時，負載為同步電動機時，可實現(xiàn)負載換流換流方式分類2.強迫換流（晶閘管）自換流?

設(shè)置附加的換流電路，給欲關(guān)斷的晶閘管強迫施加反向電壓或反向電流的換流方式稱為強迫換流通常利用附加電容上儲存的能量來實現(xiàn)，也稱為電容換流◆3.器件換流（全控型器件）自換流利用全控型器件的自關(guān)斷能力進行換流◆4.電網(wǎng)換流（晶閘管）外部換流由電網(wǎng)提供換流電壓的稱為電網(wǎng)換流如可控整流電路不需器件具有門極可關(guān)斷能力，也不需要為換流附加元件10.4.2逆變電路基本類型1、按直流側(cè)電源性質(zhì)（1）電壓型逆變器

（2）電流型逆變器2、按主電路結(jié)構(gòu)（3）二電平逆變器（1）半橋逆變器

（2）全橋逆變器（4）多電平逆變器3、按所用器件及其關(guān)斷方式（1）自關(guān)斷

（2）強迫關(guān)斷4、按負載的控制要求（1）脈沖寬度調(diào)制（PWM）

（2）脈沖幅值調(diào)制（PAM）（3）方波或階梯波逆變器10.4.3

基本逆變電路1.單相半橋逆變電路（電壓型）VD1、VD2—反饋（續(xù)流）二極管c—電阻性負載d—純電感負載e—阻感性負載半橋逆變電路的特點與應用優(yōu)點：使用器件少、電路簡單。缺點：輸出交流電壓的幅值小僅為Ud/2直流側(cè)需要兩個電容器串聯(lián)。應用：幾千瓦以下的小功率逆變電源。2.單相全橋逆變電路（電壓型）10.5.1電壓型逆變器直流側(cè)是電壓源的稱為電壓型逆變器，直流側(cè)接有大電容，直流電壓基本無脈動。1.電壓型逆變器的主要特點交流側(cè)電壓波形為矩形波，而交流側(cè)電流波形和相位因負載阻抗角的不同而異。當交流側(cè)為電感性負載時，需要提供無功功率，直流側(cè)電容起緩沖無功能量的作用。為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的能量提供通路，各臂都需并聯(lián)二極管。逆變電路從直流側(cè)向交流側(cè)傳送的功率是脈動的，因直流電壓無脈動，必然由直流電流的脈動影響功

率的脈動。2.電壓型三相橋式逆變電路的工作原理180°導電方式，即每個橋臂的導電角度為180°，同一相上下兩個橋臂交替通、斷；各相開始導電的角度依次相差120°在任一瞬間，將有3個橋臂同時導通，可能是上1下

2也可能是上2下1；V1~V6

順序?qū)?，間隔60°10.5.2

電流型逆變器電流型逆變器一般是在逆變電路直流側(cè)串聯(lián)一個大電感，大電感中流過的電流脈動很小以維持電流的恒定，故看成直流電流源。電流型逆變器的主要特點直流側(cè)接有大電感，相當于電流源，直流電源基本無脈動，直流回路呈現(xiàn)高阻抗由于各開關(guān)器件主要起改變直流電流流通路徑的作用，故交流側(cè)電流為矩形波，與負載性質(zhì)無關(guān)，而交流側(cè)電壓波形和相位因負載阻抗角的不同而不同。當交流側(cè)為阻感負載時需要提供無功功率，直流側(cè)電感起緩沖無功能量的作用。因為反饋無功能量時直流電流并不反向，所以不必像電壓型逆變電路那樣要給開關(guān)器件反并聯(lián)二極管。因直流電流無脈動，則由直流電壓的脈動引起從直流側(cè)向交流側(cè)傳送的功率也是脈動的功率。10.7脈寬調(diào)制型逆變電路10.7.1

SPWM控制技術(shù)SPWM控制方式就是對逆變電路開關(guān)器件的通斷進行控制，使輸出端得到一系列幅值相等而寬度不等的脈沖，用這些脈沖來代替正弦波所需要的波形。按一定的規(guī)則對各脈沖的寬度進行調(diào)制，既可以改變逆變電路輸出電壓的大小，可以改變輸出電壓的頻率。SPWM控制技術(shù)的應用非常廣泛電路的主要特點：①輸出電壓和電流的波形近似于正弦波②減少了諧波分量④動態(tài)響應快③功率因數(shù)高⑤電路結(jié)構(gòu)簡單2.SPWM的控制方法脈寬調(diào)制的方式很多：按調(diào)制脈沖的極性：①為單極性②雙極性。按載波信號和控制信號的頻率：①同步式②異步式。10.7.2PWM專用集成電路芯片控制有專用的集成電路芯片：TL494SG3525第11單元直流斬波電路·作用：

將恒定直流電壓變換為另一種幅值或可調(diào)的直流電壓（DC/DC）

?！ぬ攸c：

斬波器具有效率高、體積小、重量輕、成本低?！茫?/p>

可控直流開關(guān)穩(wěn)壓電源、焊接電源和直流電機的調(diào)速控制中?！?gòu)成：

一般以全控型電力電子器件（如GTO、GTR、MOSFET和IGBT等）等具有自關(guān)斷能力的器件構(gòu)成。降壓斬波電路基本斬波電路的工作原理斬波電路是通過對電力電子器件的通斷控制，將直流電壓斷續(xù)地加到負載上，通過改變占空比α來改變輸出電壓平均值。直流電壓變換電路原理圖及工作波形·

該電路就是通過開關(guān)S的接通和斷開，將負載與電源接通繼而又斷開，它能將恒定輸入的直流電壓經(jīng)過斬波后形成可調(diào)的負載電壓。圖（b）表示出了變換電路的輸出電壓uo的波形。在ton期間，開關(guān)S接通，則直流電源電壓Ud與負載接通，

變換電路輸出電壓uo＝

Ud

；在toff期間，開關(guān)S斷開，變換電路輸出電壓uo＝0。若定義占空比為則由波形圖上可得輸出電壓得平均值為在斬波電路中，輸入電壓是固定不變的，通過調(diào)節(jié)開關(guān)的開通時間與關(guān)斷時間，即調(diào)節(jié)占空比α，控制輸出電壓的平均值。斬波電路控制方式：1．定頻調(diào)寬亦稱為脈沖寬度調(diào)制(PWM)，即保持斬波頻率f(T=1/f=常數(shù))不變，工作周期T恒定，通過改變晶閘管