電力電子技術(shù)講義C(6-10)

1、第第6章章 晶閘管的串并聯(lián)和保護(hù)晶閘管的串并聯(lián)和保護(hù)6.1晶閘管的串并聯(lián)晶閘管的串并聯(lián)6.2晶閘管的保護(hù)晶閘管的保護(hù)VT1VT2UT1UT2UT1 UT2IRUIVT1VT2分壓不均當(dāng)VT1/VT2承受正壓而未導(dǎo)通時(shí)，由于其漏電流一樣（IR），但其正向特性不同，造成分壓不均，承受高電壓者首先硬開通，同理，受反壓時(shí)將先后擊穿。6.1晶閘管的串并聯(lián)晶閘管的串并聯(lián)6.1.1晶閘管的串聯(lián)晶閘管的串聯(lián)使用場合使用場合在高電壓的晶閘管電路中，管子關(guān)斷時(shí)實(shí)際承受在高電壓的晶閘管電路中，管子關(guān)斷時(shí)實(shí)際承受的電壓超過單管額定電壓，可采用多個(gè)元件串聯(lián)的電壓超過單管額定電壓，可采用多個(gè)元件串聯(lián)存在問題存在問題均壓措

2、施均壓措施VT1VT2均壓措施CCRjRRRj（1）均壓電阻（靜態(tài)均壓）R j與VT并聯(lián)，由于RjVT漏電阻，故總電阻基本相同，達(dá)到均壓目的。Rj電阻相對于VT導(dǎo)通電阻大得多。（2）阻容均壓（動態(tài)均壓）開通時(shí)，后開通的管子受高壓；關(guān)斷時(shí)，先關(guān)斷的管子受高壓。利用電容電壓不能突變實(shí)現(xiàn)動態(tài)均壓。R為限流電阻（防止VT導(dǎo)通時(shí)C放電電流過大）Rj/RC 數(shù)值可參考有關(guān)資料數(shù)值可參考有關(guān)資料6.1.2晶閘管的并聯(lián)晶閘管的并聯(lián)使用場合使用場合在高電壓大電流的晶閘管電路中，管子導(dǎo)通時(shí)實(shí)際流過的電流超過單管額定電流，可采用多個(gè)元件并聯(lián)VT1VT2iT1iT2iT1iT2UTUIVT1VT2分流不均當(dāng)VT1/V

3、T2受正壓導(dǎo)通時(shí)，由于其電壓一樣（UT），但其正向特性不同，造成分流不均，承受大電流者首先擊穿。存在問題存在問題均流措施均流措施VT1VT2iT1iT2RRVT1VT2iT1iT2+-+e均 流 措 施（ 1） 均 流 電 阻串 小 電 阻 R， R較 VT導(dǎo) 通 電 阻大 ， 故 各 支 路 電 阻 基 本 相 同（ 均 為 R） ， 達(dá) 到 均 流 目 的 。均 流 電 阻 增 加 電 路 損 耗 。（ 2） 均 流 電 感均 流 電 感 損 耗 小 ， 還 可 抑 制di/dt, 但 體 積 太 大 。例如50A的管子,導(dǎo)通壓降1V,其等效導(dǎo)通電阻為1/50=0.02可取均流電阻0.04

4、 .211TTTiiei6.2晶閘管的保護(hù)晶閘管的保護(hù)晶閘管保護(hù)包括晶閘管保護(hù)包括:過電流過電流,過電壓過電壓,du/dt,di/dt保護(hù)保護(hù)過電流過電流:器件熱容小器件熱容小,過電流引起溫升過電流引起溫升,損壞器件損壞器件過電壓過電壓:造成硬開通或反向擊穿造成硬開通或反向擊穿du/dt: 器件的電容效應(yīng)引起誤導(dǎo)通器件的電容效應(yīng)引起誤導(dǎo)通,A級級25V/us G級級1000V/usdi/dt: 太大引起門極附近過熱損壞，太大引起門極附近過熱損壞，A級級25A/us G級級500A/us6.2.1過電流及其保護(hù)過電流及其保護(hù)過電流產(chǎn)生的原因過電流產(chǎn)生的原因電源異常，負(fù)載異常，器件損壞，造成流過電

5、源異常，負(fù)載異常，器件損壞，造成流過晶閘管的電流有效值超過允許值晶閘管的電流有效值超過允許值過電流保護(hù)措施過電流保護(hù)措施I(A)快 熔晶 閘 管保 護(hù) 特 性At(ms)(1)快 速 熔 斷 器 （ 短 路 保 護(hù) ）RLS（ 螺 旋 式 ） ： 小 電 流RS3、 RS0（ 匯 流 排 式 ）RTK（ 插 入 式 ） ： 大 電 流額 定 電 壓 ： 250、 500、 750、 1000、 1500V額 定 電 流 ： 10、 50、 100、 200、 350、 500、 750、 1000A從 保 護(hù) 特 性 中 看 出 ， A點(diǎn) 以 上 快 熔 先 于 晶 閘 管 熔 斷 ，故 快

6、熔 只 能 起 短 路 保 護(hù) ， 不 宜 作 過 載 保 護(hù) ， 當(dāng) 電 流較 小 時(shí) ， 快 熔 與 晶 閘 管 均 不 損 壞 ， 即 正 常 工 作 。晶閘管出現(xiàn)晶閘管出現(xiàn)6倍過電流時(shí)約倍過電流時(shí)約20ms損壞損壞快熔動作時(shí)間快熔動作時(shí)間0.4KV抑制措施：原副邊繞組加接地屏蔽層（減少C1） 副繞組接Cs (U2/U1=C1/(C1+C2+Cs)（ 3） RC吸 收 電 路一 般 ， 過 電 壓 均 為 尖 峰 電 壓 ， 可 利 用 電 容 電 壓 不 能 突 變來 抑 制 ， 為 防 止 漏 與 C構(gòu) 成 LC振 蕩 ， 串 接 電 阻 R。（ 4） 整 流 式 RC吸 收 電 路

7、吸 收 電 容 可 采 用 電 解 電 容 ， 與 交 流 電 容 相 比 ， 保 護(hù) 裝 置 的體 積 大 為 縮 小 。（ 5） 晶 閘 管 過 電 壓 RC吸 收 電 路ULBVT+-+-iTiTt內(nèi) 部 殘 存 載 流 子 在 U反 向 時(shí)形 成 瞬 間 反 向 電 流 ， 此 電 流存 在 時(shí) 間 極 短 ， di/dt很 大 ，在 LB上 產(chǎn) 生 圖 示 高 壓 ， 使 晶閘 管 出 現(xiàn) 過 電 壓 。（ 6） 硒 堆 保 護(hù)特 性 曲 線形 成 瞬 間 反 向 電 流 ， 此 電 流存 在 時(shí) 間 極 短 ， di/dt很 大 ，在 LB上 產(chǎn) 生 圖 示 高 壓 ， 使 晶閘

8、管 出 現(xiàn) 過 電 壓 。（ 6） 硒 堆 保 護(hù)特 性 曲 線硒 的 特 點(diǎn) 是 能 克 服 RC電 路吸 收 能 力 有 限 的 缺 點(diǎn) ， 但其 反 向 特 性 不 陡 ， 長 期 不用 會 老 化 。一 片 硒 片 反 向 電 壓 有 效 值一 般 為 2030V， 當(dāng) 正 常 工作 電 壓 為 220V時(shí) ， 可 采 用8片 一 組 ， 正 反 兩 組 共 16片 。IU1mAU1mA（ 7） 壓 敏 電 阻 保 護(hù)其 特 點(diǎn) 是 具 有 對 稱 特 性 （ 不 用 正 反 組 ） ，未 擊 穿 時(shí) 漏 電 流 小 （ uA級 ） ， 功 耗 小 ，體 積 小 ， 反 應(yīng) 快 （ 可

9、 用 于 ms級 /us級 的過 電 壓 ） ， 允 許 浪 涌 電 流 大 ， 抑 制 能 力強(qiáng) 。 但 多 次 擊 穿 會 使 其 額 定 電 壓 下 降 ，不 宜 用 于 頻 繁 出 現(xiàn) 過 電 壓 的 場 合 。壓 敏 電 阻 亦 稱 VYJ浪 涌 吸 收 器 ， 主 要 參 數(shù) 有額 定 電 壓 U1mA及 通 流 量額 定 電 壓 ： 10、 40、 80、 100、 160、 220、330、 440、 660、 1000、 2000V。通 流 量 ： 一 般 取 3KA/5KA（ 規(guī) 定 波 形 下 允 許的 浪 涌 電 流 值 ）寬 8ms， 周 期 20ms)5/330(5

10、/33031,28515523 . 1,155:1KAVMYVUVmA可選則額定電壓交流側(cè)電壓有效值為例6.2.3di/dt,du/dt保護(hù)保護(hù)du/dt的限制措施的限制措施(1)進(jìn)線加電抗器進(jìn)線加電抗器(有變壓器不用有變壓器不用,因其有漏感因其有漏感)(2)晶閘管橋臂串晶閘管橋臂串2030uH的空芯電抗器（或套磁環(huán)）的空芯電抗器（或套磁環(huán)）di/dt的限制措施的限制措施（1）同）同di/dt的限制措施的限制措施（2）采用整流式阻容吸收電路）采用整流式阻容吸收電路uHLuHLVUHULsALUdtdieLUdtdieRUiUiRdtdiLtdtdiiRdtdiLtUVTEusVdtduAusA

11、dtdiKPdtdudtditLRtLR20,12,220)(1025210/252)(2)1(2:21sin)(sin2:)(/500/)(/25/,410/,/:26262max222max2取有設(shè)即其解為時(shí)產(chǎn)生于導(dǎo)通級級設(shè)起為例以示例限制例LVTRu2L為限制di/dt的電感R為負(fù)載電阻uHHLRRCKRCdtdumHLKmAVRVKPmARULusVsVLRUdtdueLRUdtdueUuidtduRLudtdiLiRURSCRdtduKAKAKAKAKAKtLRAKAKtLRAKAKAKAKAKAKAK3 . 9)(1050015220215,./,)(180105001030220

12、23015/400,40041015105002/500)/(2)(2)1 (2)(2:,/,663622max222電壓不能突變閉合時(shí)吸收電路一般采用故所需電感極大則耐壓漏電流一般晶閘管的反向峰值為漏電流電路如圖等效可忽略負(fù)載電阻未導(dǎo)通此時(shí)將產(chǎn)生最大的在電源峰值時(shí)閉合CLRVTVTKLuR=15,C=0.1uFuHHLRRCKRCdtdumHLKmAVRVKPmARULusVsVLRUdtdueLRUdtdueUuidtduRLudtdiLiRURSCRdtduKAKAKAKAKAKtLRAKAKtLRAKAKAKAKAKAKAK3 . 9)(1050015220215,./,)(18010

13、500103022023015/400,40041015105002/500)/(2)(2)1 (2)(2:,/,663622max222電壓不能突變閉合時(shí)吸收電路一般采用故所需電感極大則耐壓漏電流一般晶閘管的反向峰值為漏電流電路如圖等效可忽略負(fù)載電阻未導(dǎo)通此時(shí)將產(chǎn)生最大的在電源峰值時(shí)閉合第第7章章 自關(guān)斷器件自關(guān)斷器件7.1電力晶體管電力晶體管GTR7.2其它自關(guān)斷器件其它自關(guān)斷器件NPNPNPEcRLRBNPNBCEEBIBIc三 層 三 端 結(jié) 構(gòu)三 種 工 作 狀 態(tài)UceIcIB=0截 止 區(qū)放 大 區(qū)飽 和 區(qū)輸 出 特 性 曲 線7.1電力晶體管電力晶體管GTR7.1.1結(jié)構(gòu)和工

14、作原理結(jié)構(gòu)和工作原理)(7 . 0; 0; 0;)2(0)(0) 1 (硅管此時(shí)放大狀態(tài)集電結(jié)反偏即發(fā)射結(jié)零偏或反偏為負(fù)或截止?fàn)顟B(tài)VuuuRIEUIIUIIIEIcebcbeLCCceBCceCBCBB屬電流器件型器見工作在開關(guān)狀態(tài)屬全控大功率變化而變化和且隨值較小的說明深飽和狀態(tài)準(zhǔn)飽和狀態(tài)飽和狀態(tài)GTRGTRTIGTRVUVUUICcececeB;,2010,:,3 . 0;,1:)3(10%90%tftdtontst0fftt90%10%90%10%IBIc90%trPN結(jié) 存 在 勢 壘 電 容 和 擴(kuò) 散 電 容開 通 時(shí) 間 ton=td(延 時(shí) ） +tr(上 升 ） ns級關(guān) 斷

15、 時(shí) 間 toff=ts(存 儲 ） +tf(下 降 ） us級toffton,器 件 供 應(yīng) 商 只 給 toff參 數(shù)7.1.2GTR的開關(guān)特性的開關(guān)特性或降低管子的飽和深度速關(guān)斷抽取電流以加基極加反壓降低電流的上升速度及幅度增大基極驅(qū)動采用強(qiáng)觸發(fā)減小提高開關(guān)頻率的方法高開關(guān)頻率較說明)()()10(offonZttKHSCRGTRtIB理 想 的 基 極 驅(qū) 動 電 流 波 形7.1.3GTR的主要參數(shù)的主要參數(shù)VBUIIeboCMBM8;)6121(:) 1 (基極參數(shù)(2)集 電 極 參 數(shù) :a額 定 電 壓 BUceoIcUce1234BUcbo1234 從 圖 中 可 以 看

16、出 ,基 極 加 反 壓 可 提 高 集 射 極 的 耐 壓 能 力 . 額 定 電 壓 一 般 減 半 使 用b額 定 電 流 I cm 受 管 耗 限 制 ,減 半 使 用c集 電 極 功 耗 Pcmd最 高 結(jié) 溫 Tjm導(dǎo)通壓降很低導(dǎo)通壓降很低7.1.4GTR的二次擊穿與安全工作區(qū)的二次擊穿與安全工作區(qū)Ib0Ib=0Ib0.7V)，提高開關(guān)速度。 由于基極最大驅(qū)動電流恒定（不隨Ic變化）故稱恒流驅(qū)動電路。 GTR集成驅(qū)動電路有UA4002UA4004/EXB840、EXB850。CVD快 速 二 極 管di/dt的 限 制Rdu/dt的 限 制RCD保 護(hù) 電 路1 SCR采 用 RC

17、保 護(hù) 電 路 ， GTR或 其 它 自 關(guān) 斷 器 件 采 用 RCD保 護(hù) 電 路 （ 開 關(guān) 頻 率 高 ， du/dt大 ） 。2 GTR承 受 浪 涌 電 流 的 能 力 弱 ， 不 能 采 用 快 熔 保 護(hù) 。7.1.7GTR保護(hù)電路保護(hù)電路7.2其它大功率器件簡介其它大功率器件簡介7.2.1可關(guān)斷晶閘管可關(guān)斷晶閘管GTO.).,(,.,1局部損壞元的特性不一致造成后關(guān)斷元的失效原理是指因各在臨界飽和導(dǎo)通狀態(tài)工作不同與壓時(shí)關(guān)斷加反向脈沖電脈沖電壓時(shí)導(dǎo)通門極加正向于全控型電流器件屬元組成內(nèi)部有數(shù)百個(gè)小件是一種多元功率集成器工作原理GTOGTOGTOGTOSCRGTOGTOAGKAG

18、K等效電路電氣符號.5 . 4/5 . 4 ;9/1,) 3(., 83,)2()() 1 (2KVKAKVKAGTOSCRGTRususttIIIGTOoffonoffGMATOoffoffATO的最大容量為目前而高于工作頻率低于數(shù)十?dāng)?shù)和關(guān)斷時(shí)間開通時(shí)間對驅(qū)動電路不利較大的關(guān)斷電流故門極需要較小一般電流關(guān)斷增益最大可關(guān)斷電流額定電流的主要參數(shù)7.2.2電力場效應(yīng)晶體管電力場效應(yīng)晶體管MOSFETN溝道P溝道MOSFET電氣圖形符號G（柵極）D（漏極）S（源極）GDS.,.0,),(,)(0,0,12GTRMOSIDSNUUIDSUsioMOSDTGSDGS曲線類似其輸入輸出特性所需驅(qū)動電流小

19、柵極輸入阻抗高全控型電壓器件是一種管屬單元集成器件方向箭頭表示載流子的移動之間導(dǎo)通溝道應(yīng)電子?xùn)艠O下感時(shí)閥值電壓無導(dǎo)電粒子時(shí)絕緣材料有管的柵極與漏極或源極工作原理特點(diǎn)：低輸入電流，高工作特點(diǎn)：低輸入電流，高工作頻率，高通態(tài)電阻。頻率，高通態(tài)電阻。.,)()4(20)3()2() 1 (2的主要原因也是動態(tài)需要驅(qū)動電流原因的主要級開關(guān)頻率這是影響極間電容柵源極電壓和漏極脈沖電流漏極直流電流即額定電壓漏極電壓主要參數(shù)nsMOSFTVUUIIUGDGSDMDDS7.2.3絕緣柵極雙極型晶體管絕緣柵極雙極型晶體管IGBTGCECGE電氣符號等效電路利用MOS管的高開關(guān)頻率高開關(guān)頻率，低驅(qū)動功率低驅(qū)動功率

20、和GTR的低導(dǎo)低導(dǎo)通壓降通壓降構(gòu)成的新型復(fù)合器件，是一種全控電壓型集成器件，工作頻率低于MOS管（100KHz)，高于GTR。已實(shí)現(xiàn)模塊化，容量接近GTR，但均不如SCR及GTO目前最大容量目前最大容量12KV/400A；1KV/800A本章小結(jié)本章小結(jié)功率器件包括：功率器件包括：SCR、GTO、GTR、MOSFET、IGBT（1）SCR屬半控型，其他為全控型屬半控型，其他為全控型（2）SCR/GTO/GTR屬電流型器件，屬電流型器件，IGBT/MOSFET屬電壓型屬電壓型GTO/MOSFET/IGBT屬多元集成器件屬多元集成器件（3）容量大容量大小順序（低頻段）：小順序（低頻段）：SCR/G

21、TO/IGBT/ GTR/MOSFET (4)工作頻率高工作頻率高低順序（低容量）：低順序（低容量）： MOSFET（100KHz) GTR(10KHz)/IGBT/ GTO/SCR（5）SCR/GTO可用快熔實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)，可用快熔實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)，GTR存在二次擊穿問題。存在二次擊穿問題。參閱教材圖參閱教材圖0-1第第8章章 無源逆變電路無源逆變電路8.1單相逆變電路單相逆變電路8.2三相逆變電路三相逆變電路8.3逆變電路中的一些問題逆變電路中的一些問題8.1單相逆變電路單相逆變電路逆變電路（逆變電路（DC/AC）：）：有源逆變有源逆變/無源逆變無源逆變無源逆變電路的應(yīng)用：無源逆變電路的應(yīng)用：（

22、1）動力為直流（蓄電池、太陽能電池）而負(fù)載為）動力為直流（蓄電池、太陽能電池）而負(fù)載為 交流負(fù)載的調(diào)速電源，如電機(jī)、機(jī)車、叉車等；交流負(fù)載的調(diào)速電源，如電機(jī)、機(jī)車、叉車等；（2）變頻電源，如交流調(diào)速電源、感應(yīng)加熱電源）變頻電源，如交流調(diào)速電源、感應(yīng)加熱電源; (3)特殊電源，如特殊電源，如UPS電源、航空機(jī)載電源（電源、航空機(jī)載電源（400Hz)。8.1.1基本電路基本電路S1S2S1S3S2S4S1S2C1C2DCACDCDCACAC單相半橋單相橋式單相零式逆變器分電壓型逆變器分電壓型/電流型；存在換相問題：無法進(jìn)行電網(wǎng)電流型；存在換相問題：無法進(jìn)行電網(wǎng)換相，可通過器件換相、負(fù)載換相、電容換

23、相；換相失敗換相，可通過器件換相、負(fù)載換相、電容換相；換相失敗將造成直通現(xiàn)象，損壞逆變裝置。將造成直通現(xiàn)象，損壞逆變裝置。ug2ug1+-vu0+i-i0akmVD4akmVD3akmVD2akmVD1tTo Workspace1Scope2Scope1dgsmS4dgsmS3dgsmS2dgsmS1EClock RL單相橋式仿真模型單相橋式仿真模型f81.mdlE=10V，R=1 ，L=0.01H0.0360.03650.0370.03750.0380.03850.0390.03950.04-15-10-5051015uo 0.0360.03650.0370.03750.0380.03850

24、.0390.03950.04-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.6io VD1VD3VD2VD4VT1VT3VT2VT4ELRMOS管構(gòu)成的單相橋式逆變器EEUtttEuoo9.024)5sin513sin31(sin41值輸出基波交流電壓有效二極管用于續(xù)流8.1.2并聯(lián)諧振逆變器（感應(yīng)加熱電源）并聯(lián)諧振逆變器（感應(yīng)加熱電源）RL感應(yīng)加熱爐等效電路.);(:.44. 4,),(,:HzffBSnfEf數(shù)萬在數(shù)百提高增加設(shè)備成本提高工件獲取高溫的方法感應(yīng)電勢熔化引起金屬發(fā)熱渦流電勢及感應(yīng)電流在金屬材料中產(chǎn)生感應(yīng)磁通將產(chǎn)生同一頻率的交變的交變電流線圈通入頻率為感應(yīng)加熱爐工作原理感應(yīng)加

25、熱爐的工作原理感應(yīng)加熱爐的工作原理并聯(lián)諧振電流型逆變電路并聯(lián)諧振電流型逆變電路L(恒流供電）L1L3L2（限制di/dt)L4LC（補(bǔ)償電容）RVT1VT2VT3VT4+-U d并聯(lián)諧振逆變電路采用大電感濾波，實(shí)現(xiàn)恒流供電；負(fù)載并聯(lián)補(bǔ)償電容，一方面提高功率因數(shù),一方面實(shí)現(xiàn)負(fù)載換向；橋臂串電感限制di/dt。VT1/VT4導(dǎo)通，負(fù)載得到左+右的電壓；VT2/VT3導(dǎo)通，負(fù)載得到右+左的電壓，實(shí)現(xiàn)DC/AC的變換。開關(guān)器件的工作頻率等于負(fù)載的諧振頻率，此時(shí)電路輸出功率最大，效率最高。)()(21.,1:, 0)()1(11)(1當(dāng)于短路負(fù)載對高頻諧波電流相輸出電壓近似為正弦波恒流供電輸出電流為矩形

26、波器件開關(guān)頻率且為純電阻此時(shí)總阻抗最大得令其虛部為負(fù)載總阻抗LCfLCRLCLjRCLLjRcjLjRcjZoffoZ換向過程換向過程（1）穩(wěn)定導(dǎo)通階段：VT1/VT4導(dǎo)通，補(bǔ)償電容電壓左+右-。（2）換向階段：負(fù)載正弦波電壓過零前觸發(fā)VT2/VT3導(dǎo)通，由于L1L4的作用，iT14、iT23，電容反壓加在VT1/VT4上，使VT1/VT4關(guān)斷。屬負(fù)載換相：補(bǔ)償電容使負(fù)載過補(bǔ)償，補(bǔ)償電容較一般的換向電容容量大，線路工作在容性小失諧狀態(tài)，即晶閘管觸發(fā)脈沖的頻率稍高于負(fù)載的諧振頻率。大容量低頻感應(yīng)加熱電源采用普通晶閘管（大容量低頻感應(yīng)加熱電源采用普通晶閘管（KP）或快速晶閘或快速晶閘管（管（KK）

27、，），中小容量高頻感應(yīng)加熱電源采用其它全控型器件中小容量高頻感應(yīng)加熱電源采用其它全控型器件8.1.3串聯(lián)諧振逆變器（感應(yīng)加熱電源）串聯(lián)諧振逆變器（感應(yīng)加熱電源）并聯(lián)諧振式逆變器適用于低阻值負(fù)載，采用電流型逆變器并聯(lián)諧振式逆變器適用于低阻值負(fù)載，采用電流型逆變器串聯(lián)諧振式逆變器適用于高阻值負(fù)載，采用電壓型逆變器串聯(lián)諧振式逆變器適用于高阻值負(fù)載，采用電壓型逆變器LdL1L3L2（限制di/dt)L4LCRVT1VT2VT3VT4+-U d電壓型串聯(lián)諧振逆變電路Cd直流電源經(jīng)直流電源經(jīng)LC濾波恒壓供電濾波恒壓供電.,),()(,2101)1(1以實(shí)現(xiàn)負(fù)載換向?yàn)檫^補(bǔ)償并使補(bǔ)償以提高負(fù)載功率因數(shù)補(bǔ)償電容

28、與負(fù)載串聯(lián)負(fù)載呈高阻狀態(tài)對高次諧波電壓輸出電流為正弦波輸出電壓為矩形波效率最高最大最小諧振時(shí)得串聯(lián)諧振頻率令I(lǐng)ZLCfCLCLjRCjLjRZoffoZS1S4S3S6S5S2UNVWCd+-Ud管子導(dǎo)通角180度S1S2S3S4S5S6uUVuVWuWUuUNtttt8.2三相逆變電路三相逆變電路8.2.1串聯(lián)電感式逆變電路（電壓型）串聯(lián)電感式逆變電路（電壓型）工作原理工作原理Ud+-NNU WUVVWuUN=Ud/3uUN=2Ud/3管子導(dǎo)通角180即任意時(shí)刻都有三個(gè)管子同時(shí)導(dǎo)通（另有120）dUVUVddUVdmUVdUVdUNUNddUNdmUNdUNUtduUUUUUUtttUuUt

29、duUUUUUUtttUu816. 02178. 0232;323)7sin715sin51(sin32471. 02145. 022;2)3()7sin715sin51(sin22021120211倍正好是相電壓的輸出線電壓即倍次諧波無偶次及輸出相電壓UdC1C4C3C6C5C2VD1VD4VD3VD6VD5VD2L1L4L3L6L5L2UV WVT1VT4VT3VT6VT5VT2R1R2R3+-三相逆變器換相過程換相過程C1C4VD1VD4L1L4VT1VT4R1xy+_Ud任何時(shí)刻均有任何時(shí)刻均有3個(gè)個(gè)管子導(dǎo)通，若管子導(dǎo)通，若VT4導(dǎo)通，則導(dǎo)通，則VT1關(guān)斷。關(guān)斷。dyxdCCdUuuU

30、uuULVTU411, 0:1) 1 (此時(shí)穩(wěn)定導(dǎo)通階段C1C4VD1VD4L1L4VT1VT4R1xy+_UdioUic4ic1+01,21,4/1, 4141)0(1),0(4,1,4,2, 0,VT4(2)14141414144441受反壓為時(shí)當(dāng)開始增加充放電電流均從即有對上式取導(dǎo)且令即充電以電壓從放電以負(fù)載電流不能突變電感電流不能突變受反壓關(guān)斷導(dǎo)通電容電壓不能突變導(dǎo)通瞬間觸發(fā)換相階段VTUuiCCiiCCUCdtiCdtiUuuUiCUiCiiiiiiiiiVTVTouUuUuuudCoCCdCCdCCdodooCoCoUoVTLydxdCLCC1C4VD1VD4L1L4VT1VT4R

31、1xy+_Ud.,4,0, 1,4),1(4,4,40,)3(144開始下降能量送回電源儲存的實(shí)際上是將負(fù)載電感中續(xù)流負(fù)載電流經(jīng)即充電結(jié)束時(shí)當(dāng)與此同時(shí)串接環(huán)流為消耗形成環(huán)流導(dǎo)通故忽略極小可不能反充的箝位作用因的感應(yīng)電勢上產(chǎn)生下時(shí)在放電電流達(dá)到最大值環(huán)流反饋階段odCCCiVDUUURVDRCVDLUC1C4VD1VD4L1L4VT1VT4R1xy+_UdioUic4ic1+.4.,4,4,)4(這是一種強(qiáng)迫換流方式大的寬度觸發(fā)脈沖要有足夠故電流反向通正常導(dǎo)截止環(huán)流及反饋結(jié)束后負(fù)載電流反向階段VTVTVD8.2.2串聯(lián)二極管式逆變電路（電壓型）串聯(lián)二極管式逆變電路（電壓型）VT1VT2VT3VT

32、4VT5VT6tttiUiViwLdUVWVT5VT3VT2VT6VT4VT1+UdIdId.816.02,78.0,1.1)sin1117sin715sin51(sin32120,20211duUdUdmUdUItdiIIIIIttttIi管子導(dǎo)通角電流型逆變器工作原理工作原理LdUVWVT5VT3VT2VT6VT4VT1+UdIdVD1 VD3 VD5C1C3C5+電容C用于換相，隔離二極管VD防止電容經(jīng)負(fù)載放電設(shè)VT1/VT2導(dǎo)通，觸發(fā)VT3，則VT1關(guān)斷。換相過程換相過程LdUVWVT3VT1+UdIdVD1VD3C13+ioC1 C3C5C13=(C1串C3）并C5.1, 0,11,

33、3) 1 (1313313一直受反壓下降為從恒流放電電容因負(fù)載電流不能突變關(guān)斷反壓加于導(dǎo)通觸發(fā)恒流放電階段VTUuCiiiVTVTuVTCOCoUTCLdUVWVT3VT1+UdIdVD1VD3C13+ioC1 C3C5C13=(C1串C3）并C5.3/2,1,/,2/1),(0)2(131313穩(wěn)定導(dǎo)通關(guān)斷時(shí)當(dāng)同時(shí)導(dǎo)通極性如圖后開始反充放電至二極管換相階段VTVTVDuuiiuVDVDuCOCVUCC8.3逆變電路中的一些概念逆變電路中的一些概念8.3.1換相問題換相問題電網(wǎng)換相電網(wǎng)換相/器件換相器件換相/強(qiáng)迫換相強(qiáng)迫換相/負(fù)載換相負(fù)載換相8.3.2分類問題分類問題電壓型：直流側(cè)接大電容，輸

34、出電壓為矩形波，感性負(fù)載電壓型：直流側(cè)接大電容，輸出電壓為矩形波，感性負(fù)載能量反饋直流側(cè)需在橋臂并聯(lián)反饋二極管，當(dāng)用交能量反饋直流側(cè)需在橋臂并聯(lián)反饋二極管，當(dāng)用交-直直-交交變頻器且負(fù)載為電動機(jī)時(shí)，無法實(shí)現(xiàn)再生制動（直流側(cè)電變頻器且負(fù)載為電動機(jī)時(shí)，無法實(shí)現(xiàn)再生制動（直流側(cè)電壓不能改變方向），需再反并一組逆變器。壓不能改變方向），需再反并一組逆變器。電流型：直流側(cè)接大電感，輸出電流為矩形波，電流型：直流側(cè)接大電感，輸出電流為矩形波，直流側(cè)電感電流不能反向，故橋臂無需并聯(lián)反直流側(cè)電感電流不能反向，故橋臂無需并聯(lián)反饋二極管，當(dāng)用交饋二極管，當(dāng)用交-直直-交變頻器且負(fù)載為電動交變頻器且負(fù)載為電動機(jī)時(shí)，

35、若交機(jī)時(shí)，若交-直變換為可控整流時(shí)，可實(shí)現(xiàn)再生直變換為可控整流時(shí)，可實(shí)現(xiàn)再生制動。制動。8.3.3輸出電壓控制問題輸出電壓控制問題直流變換器DC/DC逆變器可控交流電壓交-交變換器AC/AC逆變器可控交流電壓（1）當(dāng)輸入直流電壓用蓄電池時(shí)接入DC/DC變換器接入AC/AC變換器逆變器可控交流電壓（2）當(dāng)輸入直流電壓用交流電源整流時(shí)采用可控整流等交流采用變頻器對電機(jī)調(diào)速時(shí)（n=60f/p），若定子電壓不變，則電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化必將引起電機(jī)鐵芯磁通的變化（U =4.44f$),故恒磁通調(diào)速在變頻的同時(shí)必須調(diào)壓。8.3.4逆變器輸出諧波電壓逆變器輸出諧波電壓/電流的抑制電流的抑制采用常用的低通濾波器，對

36、濾波器元件要求高，且整采用常用的低通濾波器，對濾波器元件要求高，且整個(gè)濾波電路的重量與尺寸很大，一般不能采用。代之個(gè)濾波電路的重量與尺寸很大，一般不能采用。代之以：以：（1）SPWM脈沖寬度調(diào)制技術(shù)（將在第脈沖寬度調(diào)制技術(shù)（將在第10章介紹）章介紹）（2）多重化技術(shù)）多重化技術(shù)將二個(gè)或二個(gè)以上具有相同波形而相位相差一個(gè)角度的將二個(gè)或二個(gè)以上具有相同波形而相位相差一個(gè)角度的逆變器的輸出，通過變壓器疊加，可以的到一個(gè)具有更逆變器的輸出，通過變壓器疊加，可以的到一個(gè)具有更少諧波的輸出電壓。少諧波的輸出電壓。%)14232,2,3(.3,)2cos2sin2sinsin()30(5sin)30sin(

37、3)60(5sin)60(3sin)60sin(5sin3sinsin512153125311PPPPPtatauuutatatautatatauooooo下降相比與但總?cè)萘繛榈恼麛?shù)倍諧波了合成后的輸出電壓消除可見則設(shè)uo1uo2 uo逆變器1逆變器200.010.020.030.040.050.060.070.080.090.1-200-150-100-50050100150200uo1 -0.0100.010.020.030.040.050.060.070.080.09-200-150-100-50050100150200uo2 串聯(lián)多重技術(shù)消除諧波電壓串聯(lián)多重技術(shù)消除諧波電壓并聯(lián)多重技術(shù)

38、消除諧波電流并聯(lián)多重技術(shù)消除諧波電流第第9章章 交交-交變頻電路交變頻電路9.1單相交交變頻電路單相交交變頻電路9.2三相交交變頻電路三相交交變頻電路9.1單相交交變頻電路單相交交變頻電路分交分交-直直-交（交（AC/DC/AC）和交和交-交（交（AC/AC）變頻器，前者稱為間接變頻，后者稱為直接變頻變頻器，前者稱為間接變頻，后者稱為直接變頻工作原理工作原理PN負(fù) 載uo二組變流器反并聯(lián)正組整流正組整流,負(fù)載得負(fù)載得到正半周電壓到正半周電壓;反反組整流組整流,負(fù)載得到負(fù)載得到負(fù)半周電壓負(fù)半周電壓.00.020.040.060.080.10.120.140.16-150-100-50050100

39、150Ud=0.9U2cosa uo (1)方波交交變頻器方波交交變頻器正反組固定正反組固定 角角,圖示波形圖示波形fo=f/8,即即若電源頻率為若電源頻率為50Hz則輸出交流電壓的頻率為則輸出交流電壓的頻率為6.25Hz. 角越小角越小,輸出交流電輸出交流電壓越大壓越大.方波交交變頻器諧波含量高方波交交變頻器諧波含量高.00.020.040.060.080.10.120.140.16-150-100-50050100150(2)正弦波交交變頻器正弦波交交變頻器(變角)改變正反組的切換時(shí)間改變正反組的切換時(shí)間,即改變輸出電壓的頻率即改變輸出電壓的頻率.對給對給定的一個(gè)輸出電壓定的一個(gè)輸出電壓,

40、有一組有一組 角與之對應(yīng)角與之對應(yīng),輸出電壓幅值輸出電壓幅值變化變化,相應(yīng)的一組相應(yīng)的一組 角也變化角也變化.其輸出電壓實(shí)際上是由數(shù)其輸出電壓實(shí)際上是由數(shù)段交流輸入電壓組合而成段交流輸入電壓組合而成,fo越低越低,段數(shù)越多段數(shù)越多,輸出越接輸出越接近正弦波近正弦波,諧波含量少諧波含量少.采用三相變流器較單相諧波含采用三相變流器較單相諧波含量少（輸出電壓前者每量少（輸出電壓前者每60度改變一次，后者每度改變一次，后者每180度度改變一次。改變一次。fomax(1/21/3)f, 采用余弦交截法確定采用余弦交截法確定 角角特點(diǎn)特點(diǎn)(1)變頻效率高變頻效率高(直接變頻直接變頻)(2)輸出頻率低輸出頻

41、率低(025Hz)(3)功率因素低功率因素低(相控方式相控方式)(4)線路復(fù)雜線路復(fù)雜,控制困難控制困難.第第10章章 脈寬調(diào)制逆變電路脈寬調(diào)制逆變電路10.1 SPWM逆變器的工作原理逆變器的工作原理10.2 SPWM波形的生成波形的生成10.3 SPWM逆變電路的改進(jìn)逆變電路的改進(jìn)10.1 SPWM逆變器的工作原理逆變器的工作原理工作原理工作原理00.002 0.004 0.006 0.0080.010.012 0.014 0.016 0.0180.02-300-250-200-150-100-50050100uo SPWM Um Ud .,.,sin)12sin(22)2212sin(4

42、:).(),20().(.,),(11開關(guān)損耗越大高器件開關(guān)頻率越諧波越少越大可改變輸出電壓改變一組可見其中其輸出基波電壓為級數(shù)證明可用付里葉列將非常接近正弦波等效的矩形脈沖足夠大時(shí)當(dāng)?shù)确葘捈磧烧叩拿娣e相等的矩形脈沖代替每份用一個(gè)等幅不等寬偶數(shù)等份成將正弦波的一個(gè)周期分NNNiUUiUUNNPWMSPWMNidmiiNidmoi與普通交直交變頻電路的比較與普通交直交變頻電路的比較PN負(fù)載uo交直交變頻器LCt改變整流電路的a角可改變負(fù)載交流電壓的幅值，改變逆變電路橋臂器件的換時(shí)間可改變負(fù)載交流電壓的頻率。特點(diǎn)：*輸出電壓為矩形波，含有高次諧波，對負(fù)載不利 *輸入級采用相控整流，功率因素低 *

43、整流與逆變均采用可控環(huán)節(jié)，電路復(fù)雜，成本高 *中間有大電容C，輸出電壓的調(diào)節(jié)慣性大，響應(yīng)慢。負(fù)載uoSPWM變頻器LCt改變各脈沖的寬度可改變負(fù)載交流電壓的幅值，改變逆變電路橋臂器件的換時(shí)間可改變負(fù)載交流電壓的頻率。變頻調(diào)壓均由逆變器完成。特點(diǎn)：*輸出電壓為正弦波，諧波含量少 *輸入級采用不控整流，功率因素接近為1 *一級可控，電路簡單 *變頻調(diào)壓均由逆變器完成，響應(yīng)快。單極性單極性SPWM和雙極性和雙極性SPWMUdVT1VT3VT2VT4VD1VD2VD4VD3負(fù)載（1）單極性SPWM uotuo單極性SPWMt雙極性SPWM在 圖 示 單 相 橋 式 逆 變 電 路 中 ， 在 輸 出

44、交 流 電 壓 的 正 半 周 期 ：VT1一 直 導(dǎo) 通 ， VT4按 SPWM交 替 導(dǎo) 通 ， 輸 出 電 壓 只 在 一 個(gè) 方向 變 化 （ 非 0即 Ud） 的 SPWM稱 為 單 極 性 SPWM（ 在 負(fù) 半 波 亦是 如 此 ） 。(2)雙 極 性 SPWM若 同 一 橋 臂 的 開 關(guān) 器 件 驅(qū) 動 信 號 互 補(bǔ) ， 即 VT1/VT4導(dǎo) 通 ， 輸 出為 U d,反 之 VT1/VT4截 止 ， 則 VT2/VT3導(dǎo) 通 ， 輸 出 為 -Ud,這 種 輸出 電 壓 非 +Ud即 -U d(無 0） 的 SPWM稱 雙 極 性 SPWM。ucSPWM倒相信號VT1VT4VT2VT3ur正弦波發(fā)生器ur三角波發(fā)生器uc電壓比較器SPWMSPWM波形調(diào)制電路（ur稱調(diào)制波，uc 稱載波）10.2 SPWM波形的生成波形的生成10.2.1硬件電路生成法硬件電路生成法單極性單極性SPWMSPWM雙極性SPWM+Ud-Ud雙極性雙極性SPWM三相三相SPWM的調(diào)制由一個(gè)載波和三的調(diào)制由一個(gè)載波和三個(gè)相位互差個(gè)相位互差120的調(diào)制波調(diào)制而成的調(diào)制波調(diào)制而成說明說明(1)正弦波稱為調(diào)制波正弦波稱為調(diào)制波ur，三角波稱為載