第8章電力電子技術(shù)98

1、下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁學習要求學習要求: 掌握晶閘管的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、特性和掌握晶閘管的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、特性和主要參數(shù)的含義主要參數(shù)的含義； 掌握幾種單相和三相基本可控整流電路的工掌握幾種單相和三相基本可控整流電路的工作原理及特點作原理及特點； 熟悉逆變器的基本工作原理、用途和控制熟悉逆變器的基本工作原理、用途和控制；熟悉熟悉PWM控制技術(shù)控制技術(shù)下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁前前 言言 電電力力（強強）電電子子學學電電力力半半導導體體器器件件微微（弱弱）電電子子學學集集成成電電路路半半導導體體器器件件電力電子學的任務：電力電子學的任務：利用電力半導

2、體器件和線路來實現(xiàn)電功率的變換和控制。利用電力半導體器件和線路來實現(xiàn)電功率的變換和控制。 電力半導體器件電力半導體器件弱電控制弱電控制強電輸出強電輸出下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁不可控型開關(guān)器件普通晶閘管雙向晶閘管半可控型開關(guān)器件逆導晶閘管光控晶閘管電力半導體器件可關(guān)斷晶閘管GTO電力晶體管GTR全可控型開關(guān)器件電力場效應晶體管FET絕緣柵型雙極性晶體管IGBT8.1 電力半導體器件電力半導體器件 下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁8.1.1 不可控型開關(guān)器件不可控型開關(guān)器件 整流二極管整流二極管(大功率二極管大功率二極管)V：加正向電壓時：加正向電壓時導通，壓降導通

3、，壓降1V左右，相當于開關(guān)閉合；加反向電左右，相當于開關(guān)閉合；加反向電壓時截止壓時截止(關(guān)斷關(guān)斷)，相當于開關(guān)斷開。，相當于開關(guān)斷開。 半導體電力二極管：半導體電力二極管： 可視為一個正向單向?qū)Э梢暈橐粋€正向單向?qū)?、反向阻斷的通、反向阻斷?靜態(tài)單向電力電子開關(guān)。靜態(tài)單向電力電子開關(guān)。下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁 8.1.2 半控型開關(guān)器件半控型開關(guān)器件 下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁G P1P2N1N2下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁P1P2N1N2K GAKA T2T1_P2N1N2IGIAP1N1P2IKGPPNNNPAGK下一頁下一頁章目錄章

4、目錄返回返回上一頁上一頁 T1T2G2Bii 1BG22Ciii 在極短時間內(nèi)使兩在極短時間內(nèi)使兩個三極管均飽和導通，個三極管均飽和導通，此過程稱觸發(fā)導通。此過程稱觸發(fā)導通。211CCii 2BG21ii EGEA+_RGi2BiG21iG2i下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁GEA+_R T1T2Gi2BiGi21Gi2EGG2Bii 1BG22Ciii 211CCii 2BG21ii 下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁 必須使可控硅陽極電流減小必須使可控硅陽極電流減小, ,直到直到正反饋正反饋效應效應不能維持。不能維持。 將陽極電源斷開或者在晶閘管的將陽極電源斷開或者在

5、晶閘管的下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁URRMUDRMIG2 IG1 IG0 UBRIFUBOIHoUIIG0IG1IG2正向平均電流正向平均電流)(曲曲線線UfI 下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁正向正向( uAK 0 ) 正向阻斷狀態(tài)正向阻斷狀態(tài): 當當ug=0， uAK 0， uAK 0，晶閘管導通，其電流的，晶閘管導通，其電流的大小由負載決定，陽極和陰極間的管壓降很小。大小由負載決定，陽極和陰極間的管壓降很小。反向反向( uAK 0 ) 反向截止狀態(tài)反向截止狀態(tài): 當當 uAK 0，但，但ud=0，即，即晶閘管未導通；晶閘管未導通； （2）在）在t1t2之間之

6、間: uAK0 ，由于開關(guān)，由于開關(guān)S合合上 ， 使上 ， 使 ug 0 ，而而 ， 即晶閘管即晶閘管導通；導通；2uud下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁 （3）在）在 t2t3 之間，之間， uAK0，但，但 ud=0，即晶閘，即晶閘管關(guān)斷；管關(guān)斷； （4）在）在 t3t4 之間，之間， uAK0，這時，這時ug0 ,而而 ，所，所以，晶閘管又導通；以，晶閘管又導通；2uud （5）當）當 t=t4 時，時， ug=0 ，但，但uAK0 ， ，即晶閘管仍處，即晶閘管仍處于導通狀態(tài)；于導通狀態(tài)；2uud（6）當）當 t=t5 時，時，uAK=0 ， ug=0 ，而，而ud=0，即晶

7、閘管關(guān)斷，晶閘管即晶閘管關(guān)斷，晶閘管處于阻斷狀態(tài)。處于阻斷狀態(tài)。 下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁結(jié)論 （1）起始時若控制極不加電壓，則不論陽極加正向）起始時若控制極不加電壓，則不論陽極加正向電壓還是反向電壓，晶閘管均不導通，這說明晶閘管具有電壓還是反向電壓，晶閘管均不導通，這說明晶閘管具有正、反向阻斷能力；正、反向阻斷能力； （2）晶閘管的陽極和控制極同時正向電壓時晶閘管才）晶閘管的陽極和控制極同時正向電壓時晶閘管才能導通，這是晶閘管導通必須同時具備的兩個條件；正向能導通，這是晶閘管導通必須同時具備的兩個條件；正向電壓電壓+控制電壓控制電壓 （3）晶閘管導通后可通過很大的電流，因

8、此它是一種大）晶閘管導通后可通過很大的電流，因此它是一種大功率的半導體器件，由于晶閘管導通時，相當于兩只三極功率的半導體器件，由于晶閘管導通時，相當于兩只三極管飽和導通，因此，陽極與陰極間的管壓降為管飽和導通，因此，陽極與陰極間的管壓降為1V左右，而左右，而電源電壓幾乎全部分配在負載電阻上。電源電壓幾乎全部分配在負載電阻上。下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁6. 晶閘管的優(yōu)點晶閘管的優(yōu)點 (1) 用很小的功率可以控制較大的功率，功率用很小的功率可以控制較大的功率，功率放大倍數(shù)可以達到幾十萬倍；放大倍數(shù)可以達到幾十萬倍； (2) 控制靈敏、反應快，晶閘管的導通和截止控制靈敏、反應快，晶

9、閘管的導通和截止時間都在微秒級；時間都在微秒級； (3)晶閘管本身的壓降很小，損耗小，效率高。晶閘管本身的壓降很小，損耗小，效率高。 (4) 體積小、重量輕。體積小、重量輕。下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁路燈自動控制路燈自動控制下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁常規(guī)快速常規(guī)快速 晶閘管晶閘管高頻高頻 晶閘管晶閘管所有為快速應用而設(shè)計的晶閘管所有為快速應用而設(shè)計的晶閘管與普通晶閘管相比與普通晶閘管相比快速晶閘管關(guān)斷時間為十幾微秒快速晶閘管關(guān)斷時間為十幾微秒高頻晶閘管關(guān)斷時間為幾微妙高頻晶閘管關(guān)斷時間為幾微妙應用于應用于400Hz400Hz和和10kHz10kHz以上的斬波

10、或逆變電路中以上的斬波或逆變電路中不足：電壓和電流定額不易做高不足：電壓和電流定額不易做高下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁是一對反并聯(lián)結(jié)的普通晶閘管的集成。是一對反并聯(lián)結(jié)的普通晶閘管的集成。 有兩個主電極有兩個主電極MT1和和MT2，一個門極，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)導通。門極使器件在主電極的正反兩方向均可觸發(fā)導通。 不用平均值而用不用平均值而用有效值有效值來表示其額定電流值。來表示其額定電流值。2dsin21m022meIttII下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁A1A2G通過控制電壓的控制可實現(xiàn)雙向?qū)?。通過控制電壓的控制可實現(xiàn)雙向?qū)āＯ?/p>

11、一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁IU0I =0GAKG 它是將晶閘管反并聯(lián)一個二極管它是將晶閘管反并聯(lián)一個二極管制作在同一管芯上的功率集成器件。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，一不具有承受反向電壓的能力，一旦承受反向電壓即開通。旦承受反向電壓即開通。與普通晶閘管相比與普通晶閘管相比正向壓降小正向壓降小關(guān)斷時間短關(guān)斷時間短高溫特性好高溫特性好額定電流額定電流晶閘管電流晶閘管電流反并聯(lián)的二極管的電流反并聯(lián)的二極管的電流a)a)電氣圖形符號電氣圖形符號 b) b) 伏安特性伏安特性 a)b)下一頁下一頁章目錄章目錄返回

12、返回上一頁上一頁a)a)電氣圖形符號電氣圖形符號 b) b) 等值電路等值電路 c)c)伏安特性伏安特性 下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁1. G極可控制元件導通與關(guān)斷極可控制元件導通與關(guān)斷（不同極性正負脈沖或電平）（不同極性正負脈沖或電平）2.觸發(fā)電流觸發(fā)電流(20mA)比普通晶閘比普通晶閘管大管大(30uA）3.動態(tài)特性好動態(tài)特性好(關(guān)斷關(guān)斷1us)，而晶，而晶閘管需閘管需(5-30us)4.應用在直流調(diào)壓應用在直流調(diào)壓和開關(guān)電路和開關(guān)電路。結(jié)構(gòu)與符號結(jié)構(gòu)與符號8.1.3 全控型開關(guān)器件全控型開關(guān)器件下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁特點：特點：1. G極加正電壓或正

13、脈沖觸發(fā)極加正電壓或正脈沖觸發(fā)后導通，撤銷控制信號，仍保后導通，撤銷控制信號，仍保持導通。持導通。2. G極加負電壓或負脈沖后關(guān)極加負電壓或負脈沖后關(guān)斷，不需要外部電路強迫陽極斷，不需要外部電路強迫陽極電流減小而使之關(guān)斷。電流減小而使之關(guān)斷。下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁耐高電壓、大電流的雙極結(jié)型晶體管耐高電壓、大電流的雙極結(jié)型晶體管 與普通的晶體管基本原理是一樣的。與普通的晶體管基本原理是一樣的。 主要特性是耐壓高、電流大、開關(guān)特性好。主要特性是耐壓高、電流大、開關(guān)特性好。 通常采用至少由兩個晶體管按達林頓接法組通常采用至少由兩個晶體管按達林頓接法組成的單元結(jié)構(gòu)。成的單元結(jié)構(gòu)。

14、 采用集成電路工藝將許多這種單元并聯(lián)而成。采用集成電路工藝將許多這種單元并聯(lián)而成。GTR下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁 達林頓接法使得很小的外加驅(qū)動電流達林頓接法使得很小的外加驅(qū)動電流IB，可控制，可控制很大的集電極電流。屬于電流控制型開關(guān)器件。很大的集電極電流。屬于電流控制型開關(guān)器件。a)a)達林頓晶體管達林頓晶體管 b) b) 雙管模塊雙管模塊 電力晶體管的工作電路電力晶體管的工作電路下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁電力晶體管是用基極電流來控電力晶體管是用基極電流來控制集電極電流的：制集電極電流的：1. 基極通入正向信號電流，集基極通入正向信號電流，集電極電流上升

15、，進入通態(tài)；電極電流上升，進入通態(tài)；2. 給基極加一個負的電流脈沖，給基極加一個負的電流脈沖，集電極電流一段時間后開始集電極電流一段時間后開始減小，逐漸進入斷態(tài)。減小，逐漸進入斷態(tài)。電力晶體管的通與斷電力晶體管的通與斷下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁 電力場效應管是多元集成電力場效應管是多元集成結(jié)構(gòu)，屬于絕緣柵型，有三個結(jié)構(gòu)，屬于絕緣柵型，有三個極：柵極極：柵極G；源極；源極S；漏極；漏極D。 工作特性：是由柵極電壓來工作特性：是由柵極電壓來控制漏極電流的?？刂坡O電流的。 屬于電壓控制型開關(guān)器件屬于電壓控制型開關(guān)器件 特點：驅(qū)動系統(tǒng)比較簡單，工作頻率高，熱穩(wěn)定性特點：驅(qū)動系統(tǒng)比較

16、簡單，工作頻率高，熱穩(wěn)定性好；但電流容量低，耐壓低。適用于功率不很高的高頻電好；但電流容量低，耐壓低。適用于功率不很高的高頻電力電子裝置。力電子裝置。下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁a)a)簡化等效電路簡化等效電路 b) b) 圖形符號圖形符號 c)c)基本電路基本電路 下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁IGBT特性的優(yōu)點特性的優(yōu)點: IGBT的特性的特性兼有兼有P-MOSFET和和GTR二者的優(yōu)點：二者的優(yōu)點： a.通斷驅(qū)動功率??；通斷驅(qū)動功率小； b.開關(guān)速度快開關(guān)速度快(頻率高，比頻率高，比GTR高得多高得多)； c.導通壓降低導通壓降低(功率損耗小，比功率損耗小，

17、比MOSFET小得多小得多)； d.阻斷電壓高阻斷電壓高(耐壓高耐壓高)； e.承受電流大承受電流大(容量大、功率大容量大、功率大)。下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁電力變換電路，按功能分：電力變換電路，按功能分： 1. 可控整流電路：把固定的交流電壓變成固定或可調(diào)的直可控整流電路：把固定的交流電壓變成固定或可調(diào)的直流電壓。流電壓。 2. 交流調(diào)壓電路：把固定的交流電壓變成可調(diào)的交流電壓。交流調(diào)壓電路：把固定的交流電壓變成可調(diào)的交流電壓。 3. 逆變電路：把直流電變成頻率固定或可調(diào)的交流電。逆變電路：把直流電變成頻率固定或可調(diào)的交流電。

18、4. 變頻電路：把固定頻率的交流電變成可調(diào)頻率的交流電。變頻電路：把固定頻率的交流電變成可調(diào)頻率的交流電。 5. 斬波電路：把固定的直流電壓變成可調(diào)的直流電壓。斬波電路：把固定的直流電壓變成可調(diào)的直流電壓。 6. 電子開關(guān)：功率半導體器件工作在開關(guān)狀態(tài)可替代接觸電子開關(guān)：功率半導體器件工作在開關(guān)狀態(tài)可替代接觸器和繼電器用于頻繁開合操作場合器和繼電器用于頻繁開合操作場合 下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁整流整流單相單相 三相三相 不可控不可控可控可控 不可控不可控可控可控整流：將交流電變?yōu)橹绷麟姷倪^程；整流：將交流電變?yōu)橹绷麟姷倪^程；整流電路：將交流電變?yōu)橹绷麟姷碾娐?；整流電路：將?/p>

19、流電變?yōu)橹绷麟姷碾娐?；?波橋 式半波橋式下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁(1) 電路電路。uuu To, 0。0,To uuu+T下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁 t1 2 。uu,u T 0o:1t 。0,To uuu tuO晶晶閘閘管管不不導導通通。,0,0g1 ut t 。uuu To, 0gu tO下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁 tOuO 控制角控制角 t1 tuO tguO t22 tTuO導通角導通角控制角控制角: 晶晶閘管元件承閘管元件承受正向電壓受正向電壓起始點到觸起始點到觸發(fā)脈沖的作發(fā)脈沖的作用點之間的用點之間的電角度。電角度。 導通角

20、導通角: 晶閘晶閘管在一周期管在一周期時間內(nèi)導通時間內(nèi)導通的電角度。的電角度。 下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁 tuUd21O )d(sin221ttU 2cos145. 0LLOO RURUI1cos0.452U晶閘管承受的最大正反向電壓晶閘管承受的最大正反向電壓：2U下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁 +TLeL下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁 tguO tTuO tOuO t1 tuO t22 下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁+LTD+(1) 電路電路下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁iL tOu tuO tTuO 2 tguO下

21、一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁aRLD2T1b+T1T2RLuoD1D2+下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁+T1T2RLuoD1D2+bRLD1T2a下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁 tOu tuO tT1uO2 tguO下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁 tuUd1O )d(sin21ttUU 2cos19 . 0LO RURUI2cos19 . 0 U下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁兩種常用可控整流電路兩種常用可控整流電路電路特點電路特點1. 該電路只用一只晶閘管，且其上該電路只用一只晶閘管，且其上 無反向電壓。無反向電壓。2. 晶

22、閘管和負載上的電流相同。晶閘管和負載上的電流相同。(1)uTD2D4u0RL+-+-下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁電路特點電路特點 1. 該電路接入電感性負載時，該電路接入電感性負載時，D1、D2 便起便起 續(xù)流二極管作用。續(xù)流二極管作用。2. 由于由于T1的陽極和的陽極和T2的陰極相連，兩管控的陰極相連，兩管控 制極必須加獨立的觸發(fā)信號。制極必須加獨立的觸發(fā)信號。(2)T1T2D1D2uuORL+-+-下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁 當整流電路輸出接有反電勢負載時，只有當當整流電路輸出接有反電勢負載時，只有當電電源電源的瞬時值大于反電勢源電源的瞬時值大于反電勢，同

23、時又有觸發(fā)脈沖時，同時又有觸發(fā)脈沖時，晶閘管才能導通，整流電路才有電流輸出，在晶閘管才能導通，整流電路才有電流輸出，在晶閘晶閘管關(guān)斷的時間內(nèi)，負載上保留原有的反電勢管關(guān)斷的時間內(nèi)，負載上保留原有的反電勢。另外一種負載：另外一種負載：反電勢負載反電勢負載 下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁 單相半控橋式整流電路接反電勢負載時，輸出單相半控橋式整流電路接反電勢負載時，輸出電壓、電流波形電壓、電流波形：特點：負載兩特點：負載兩 端的端的電壓電壓平均值比電阻性負載時高平均值比電阻性負載時高 輸出平均輸出平均電流電流比電阻性負載時低比電阻性負載時低REUIdd 因為導通角小，導電時間短，所以，

24、電流的因為導通角小，導電時間短，所以，電流的幅值與平均幅值與平均值值之比值相當大，晶閘管元件工作條件差。之比值相當大，晶閘管元件工作條件差。下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁 對于大容量電動機或蓄電池負載，常常串聯(lián)對于大容量電動機或蓄電池負載，常常串聯(lián)電抗器，用以平滑電流的脈動電抗器，用以平滑電流的脈動:電感濾波電感濾波下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁 全控橋每全控橋每半周期要求半周期要求觸發(fā)兩只晶觸發(fā)兩只晶閘管。閘管。 全控橋每半周期要求觸發(fā)兩只晶閘管。帶電感性負載且沒有全控橋每半周期要求觸發(fā)兩只晶閘管。帶電感性負載且沒有續(xù)流

25、二極管的情況下，此時輸出電壓的瞬時值會出現(xiàn)負值續(xù)流二極管的情況下，此時輸出電壓的瞬時值會出現(xiàn)負值 d22222sind()22 2cos0.9cosUUttUU 下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁 當在當在 內(nèi)變化時，輸出電壓從內(nèi)變化時，輸出電壓從0.9U下降下降到接近于零，電流連續(xù)。到接近于零，電流連續(xù)。 為了提高整流電壓，也可在負載兩端并接續(xù)流為了提高整流電壓，也可在負載兩端并接續(xù)流二極管。二極管。 在一般電阻性負載的情況下，由于本線路不比在一般電阻性負載的情況下，由于本線路不比半控橋整流優(yōu)越，但比半控橋線路復雜，所以，一半控橋整流優(yōu)越，但比半控橋線路復雜，所以，一般采用半控橋線

26、路。般采用半控橋線路。 它主要用于電動機需要正反轉(zhuǎn)的逆變電路中。它主要用于電動機需要正反轉(zhuǎn)的逆變電路中。/20下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁：即在自然換相點觸發(fā)：即在自然換相點觸發(fā)0 1).0當時觸發(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：1200PPdU.)t(tdsinUU265621712321 設(shè)輸入相電壓為：設(shè)輸入相電壓為：tsinUuPA 22下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁 cosU.)t(tdsinUUP)()(Pd2656217123212).06當時：53).66當時330117123210262 cosU.)t(tdsinUUP)(

27、Pd下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁 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當晶閘管沒有觸發(fā)信號時，晶閘管承受的最大正向電壓為當晶閘管沒有觸發(fā)信號時，晶閘管承受的最大正向電壓為:54).6當時0dU 每個周期內(nèi)，副邊繞組和晶閘管只有每個周期內(nèi)，副邊繞組和晶閘管只有1/3的時間在導通，的時間在導通，因此，變壓器的利用率低。因此，變壓器的利用率低。下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁電阻性負載時：電阻性負載時： 當當/6時，整流輸出電壓波形是時，整流輸出電壓波形是連續(xù)的；連續(xù)的； 當當 /6時，整流輸出電壓波形是時，整流輸出電壓波形是不連續(xù)

28、，當電源電壓下降到零時，不連續(xù)，當電源電壓下降到零時，電流也同時下降到零，所以，導通電流也同時下降到零，所以，導通的晶閘管關(guān)斷。的晶閘管關(guān)斷。 電感性負載時，在電感性負載時，在 VS1 管導通時，管導通時，電源電壓電源電壓Ua 加到負載上，當加到負載上，當 Ua= 0 時，由于自感電勢的作用，電流的時，由于自感電勢的作用，電流的變化將落后于電壓的變化，所以負變化將落后于電壓的變化，所以負載電流并不為零，載電流并不為零，VS1 要維持導通。要維持導通。如若電感如若電感 L 足夠大，足夠大，VS1 要一直導要一直導通至通至 t2 時。時。 電感越大，電流脈動越小，可電感越大，電流脈動越小，可以近為

29、一條直線以近為一條直線下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁 每只晶閘管導通角為每只晶閘管導通角為120,輸出輸出電壓的平均值為：電壓的平均值為： 在三相半波整流電路帶電感性在三相半波整流電路帶電感性負載時，為保證輸出電壓大于零，負載時，為保證輸出電壓大于零，要求觸發(fā)角小于要求觸發(fā)角小于90。 三相半波可控整流電路帶三相半波可控整流電路帶電感性負載時，也可加接續(xù)流電感性負載時，也可加接續(xù)流二極管二極管: 下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁cos34. 22PdUU下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁下一頁下一頁章目錄章目錄返回

30、返回上一頁上一頁 利用晶閘管電路把直流電變成交流電，這種對利用晶閘管電路把直流電變成交流電，這種對應于整流的應于整流的逆向過程逆向過程，稱之為逆變，把直流電變成，稱之為逆變，把直流電變成交流電的裝置，叫做交流電的裝置，叫做逆變器逆變器。 變流器交流側(cè)接到變流器交流側(cè)接到負載負載，把直流電逆變，把直流電逆變?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載供給負載 變流器的交流側(cè)接到變流器的交流側(cè)接到交流電源交流電源上，把直上，把直流電逆變?yōu)橥l率的交流電流電逆變?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:即可實現(xiàn)整流，又可實現(xiàn)逆變的裝置即可實現(xiàn)整流，又可實現(xiàn)

31、逆變的裝置稱為變流器稱為變流器下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁 無源逆變電路無源逆變電路 無源逆變器的工作原理，可以用如圖所示的開關(guān)電無源逆變器的工作原理，可以用如圖所示的開關(guān)電路來說明。路來說明。 當開關(guān)當開關(guān)S1、S4閉合，電流從電源正極經(jīng)閉合，電流從電源正極經(jīng)S1、負載、負載、S4回到電源負極；經(jīng)過一定時間間隔，將開關(guān)回到電源負極；經(jīng)過一定時間間隔，將開關(guān)S1、S4打開并同打開并同時將開關(guān)時將開關(guān)S2、S3閉合，則電流從電流正極經(jīng)過閉合，則電流從電流正極經(jīng)過S3、負載、負載、S2回到電源負極?；氐诫娫簇摌O。一、工作原理一、工作原理下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁

32、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，這就是它的電壓的頻率，這就是它的變頻變頻作用。作用。 交流電路在工作過程中，電流不斷從一個支路向另一個交流電路在工作過程中，電流不斷從一個支路向另一個支路轉(zhuǎn)移，即支路轉(zhuǎn)移，即換流換流。 換流在逆變電路中占有重要地位，根據(jù)開關(guān)器件及其換換流在逆變電路中占有重要地位，根據(jù)開關(guān)器件及其換流方式不同分為：流方式不同分為： 器件換流；電網(wǎng)換流；在負載換流；強迫換流。器件換流；電網(wǎng)換流；在負載換流；強迫換流。下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁 要得到較高頻率的交流電，利用有觸點開關(guān)是不可能

33、要得到較高頻率的交流電，利用有觸點開關(guān)是不可能做到的，必須采用半導體開關(guān)才能實現(xiàn)。做到的，必須采用半導體開關(guān)才能實現(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)斷能力進行換流。采用利用全控型器件的自關(guān)斷能力進行換流。采用IGBT 、電力、電力MOSFET 、GTO 、GTR等全控型器件的電等全控型器件的電路中的換流方式是器件換流。路中的換流方式是器件換流。下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁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，脈寬控制逆變器自調(diào)控方案，脈寬控制 不改變逆變器

34、輸入直流電壓的大小，而是通過改變逆變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）的導通時間以控制輸出脈沖的寬度器中晶閘管（或晶體管）的導通時間以控制輸出脈沖的寬度來改變逆變器輸出電壓。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。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

35、案：若是直流電源，則可控制斬波器斬波器改變直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。出電壓的減少而增加。下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁 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。 下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁 晶閘管開關(guān)器件一旦導通，晶閘管開關(guān)器件一旦導通，不能自行關(guān)斷不能自行關(guān)斷，要關(guān)斷晶，要關(guān)斷晶閘管，需要設(shè)置閘管，需要設(shè)置強迫關(guān)斷電路強迫關(guān)斷電路，增加了成本，降低了可靠，增加了成本，降低

36、了可靠性，也限制了開關(guān)頻率。絕大多數(shù)逆變器都采用性，也限制了開關(guān)頻率。絕大多數(shù)逆變器都采用全控型的全控型的電力半導體器件電力半導體器件。 直流側(cè)并聯(lián)大電容相當于直流側(cè)并聯(lián)大電容相當于電壓源電壓源，直流側(cè)電壓基本無波動。，直流側(cè)電壓基本無波動。當交流側(cè)為阻感負載時需要提供無功功率，直流側(cè)電容還起當交流側(cè)為阻感負載時需要提供無功功率，直流側(cè)電容還起緩沖緩沖無功能量無功能量的作用；逆變橋反并聯(lián)的二極管為其反饋能量提供通道。的作用；逆變橋反并聯(lián)的二極管為其反饋能量提供通道。逆變電路按直流電源的性質(zhì)分逆變電路按直流電源的性質(zhì)分為：電壓型和電流型為：電壓型和電流型三、電壓型逆變電路三、電壓型逆變電路下一頁

37、下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁 有兩個橋臂，每個橋有兩個橋臂，每個橋臂有一個可控器件和一臂有一個可控器件和一個反并聯(lián)二極管組成。個反并聯(lián)二極管組成。1、單相半橋電壓型逆變電路、單相半橋電壓型逆變電路輸出電壓波形為矩形波，輸出電流波形隨負載情況而異。輸出電壓波形為矩形波，輸出電流波形隨負載情況而異。 IGBT為通態(tài)時，負載電流與電壓為通態(tài)時，負載電流與電壓同方向同方向；二極管為通態(tài)；二極管為通態(tài)時，兩者時，兩者反向反向，負載電感中儲存的能量向直流側(cè)反饋。，負載電感中儲存的能量向直流側(cè)反饋。下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁 有四個橋臂，每個橋臂有四個橋臂，每個橋臂有一個可控器件

38、和一個反并有一個可控器件和一個反并聯(lián)二極管組成。聯(lián)二極管組成。 即兩個半橋組合而成。即兩個半橋組合而成。 導通方式：成對的兩個橋?qū)ǚ绞剑撼蓪Φ膬蓚€橋臂同時導通，兩對交替各導臂同時導通，兩對交替各導通通1802、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，輸出電流波形隨負載情況而異。輸出電壓波形為矩形波，輸出電流波形隨負載情況而異。下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁3、三相橋式電壓型逆變電路、三相橋式電壓型逆變電路三個單相半橋逆變電路組成三個單相半橋逆變電路組成 任意瞬間將有三個橋臂同任意瞬間將有三個橋臂同時導通，時導通， 換流方式為縱向換流：每換流方式為縱向

39、換流：每次換流都在同一相上下兩次換流都在同一相上下兩個橋臂之間進行。個橋臂之間進行。 同一相的上下兩個橋同一相的上下兩個橋臂交替導通臂交替導通180；各相；各相開始導通的角度依次差開始導通的角度依次差120。下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁000013NUVWuuuu下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁電流型逆變電路主要電流型逆變電路主要特特點點 (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，相當于電流源。本無脈動，相當于電流源。 即直流電源為即直流電源為電流源電流源的逆變電路。的逆變電路。電流型三相橋式逆變電路電流型三相橋式逆變電路 (2) 交流輸出電流

40、為矩形波，與負載阻抗角無關(guān)。輸出電壓波形和相位交流輸出電流為矩形波，與負載阻抗角無關(guān)。輸出電壓波形和相位 因負載不同而不同。因負載不同而不同。 (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用較多。電流型逆變電路中，采用半控型器件的電路仍應用較多。四、電流型逆變電路四、電流型逆變電路下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁 直流斬波電路：即直流斬波電路：即直流直流直流變換器直流變換器，將直，將直流電源電壓加在負載上，通過改變開關(guān)的動作頻流電源電壓加在負載上，通過改變開關(guān)

41、的動作頻率或直流電流的流通時間比例，來改變加在負載率或直流電流的流通時間比例，來改變加在負載上的上的電壓和電流平均值電壓和電流平均值的電路。的電路。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下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁 由電力半導體器件的控制極觸發(fā)導通，關(guān)斷時由電力半導體器件的控制極觸發(fā)導通，關(guān)斷時給負載中的電感電流提供通道給負載中的電感電流提供通道續(xù)流二極管續(xù)流二極管onoddtuUUt 減小導通占空比，減小導通占空比，輸出電壓隨之減小，故輸出電壓隨之減小，故稱為降壓斬波電路。稱為降壓斬波電路。下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁

42、上一頁 第一種第一種 PWM：開關(guān)頻率不變，改變開關(guān)管一周期內(nèi)的：開關(guān)頻率不變，改變開關(guān)管一周期內(nèi)的通態(tài)時間；通態(tài)時間； 第二種第二種 PFM：改變開關(guān)頻率或周期，一周期的通態(tài)：改變開關(guān)頻率或周期，一周期的通態(tài)時間不變；時間不變； 改變開關(guān)管在一個周期中的相對導通時間，即改變導通改變開關(guān)管在一個周期中的相對導通時間，即改變導通占空比，即可調(diào)節(jié)和控制輸出電壓。根據(jù)對輸出電壓平均值進占空比，即可調(diào)節(jié)和控制輸出電壓。根據(jù)對輸出電壓平均值進行調(diào)制的方式不同，斬波電路有三種控制方式：行調(diào)制的方式不同，斬波電路有三種控制方式： 第三種第三種 混合型：開關(guān)頻率和導通占空比都變化。混合型：開關(guān)頻率和導通占空比

43、都變化。下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁 升壓：直流輸升壓：直流輸出電壓高于電出電壓高于電源電壓源電壓 利用電感線圈利用電感線圈所產(chǎn)生的反電所產(chǎn)生的反電動勢，與電源動勢，與電源電壓串聯(lián)相加電壓串聯(lián)相加即可獲得升壓即可獲得升壓2. 升壓斬波電路升壓斬波電路(直流直流直流升壓變換器直流升壓變換器)升壓電感升壓電感升壓斬波電路的兩種工作方式：電流連續(xù)和斷流升壓斬波電路的兩種工作方式：電流連續(xù)和斷流下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁開關(guān)管和二極管輪流工作：開關(guān)管和二極管輪流工作： 電源電壓加在升壓電感上，電源電壓加在升壓電感上，積蓄能量；電容給負載供積蓄能量；電容給負載供電電 開

44、關(guān)管阻斷時，電源功率開關(guān)管阻斷時，電源功率和電感儲能向負載轉(zhuǎn)移，和電感儲能向負載轉(zhuǎn)移，同時給電容充電同時給電容充電如此循環(huán)如此循環(huán)donodoffU ItUUItodofftUUt下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁211dUIR升壓斬波電路的關(guān)鍵：升壓斬波電路的關(guān)鍵： 電感儲能，使之具有電壓泵升的作用；電感儲能，使之具有電壓泵升的作用； 電容使輸出電壓得以維持電容使輸出電壓得以維持11oddofftUUUt下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁 PWM控制技術(shù)就是對脈沖的寬度進行控制技術(shù)就是對脈沖的寬度進行調(diào)制調(diào)制的技術(shù)，它的技術(shù)，它通過對一系列脈沖的寬度進行調(diào)制，來通過對一系

45、列脈沖的寬度進行調(diào)制，來等效等效地獲得所需要地獲得所需要的波形的波形(含形狀和幅值含形狀和幅值)。 直流斬波電路采用的就是直流斬波電路采用的就是PWM控制技術(shù)中最為簡單的一種?？刂萍夹g(shù)中最為簡單的一種。這種電路把直這種電路把直 流電壓流電壓“斬斬”成一系列脈沖，以改變脈寬的成一系列脈沖，以改變脈寬的占空比來獲得所需的輸出電壓。改變脈沖的導通占空比就占空比來獲得所需的輸出電壓。改變脈沖的導通占空比就是對脈沖寬度進行調(diào)制。是對脈沖寬度進行調(diào)制。 只因為輸入電壓和所需要的輸出電壓都是直流電壓，只因為輸入電壓和所需要的輸出電壓都是直流電壓，因此脈沖既是等幅的，也是等寬的，僅僅是對脈沖的導通因此脈沖既是等幅的，也是等寬的，僅僅是對脈沖的導通占空比進行控制。占空比進行控制。 PWM控制技術(shù)在逆變電路中的應用廣泛，對逆變電路的影控制技術(shù)在逆變電路中的應用廣泛，對逆變電路的影響也最為深刻。響也最為深刻。下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁1)PWM控制的基本原理控制的基本原理: 采樣控制理論有一個重要的原理采樣控制理論有一個重要的原理沖量等效沖量等效原理：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有原理：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，其效果基本相同。慣性的環(huán)節(jié)上時，其效果基本相同。 沖量即指窄脈沖的面積，效果基本