电气工程概论第三章-电力电子PPT课件

.,1,第三章电力电子技术,电气工程概论,.,2,电气工程概论第三章电力电子技术,引言,近年来基于相关技术的发展，电力电子领域得到了高度发展。同时电力电子的市场也在迅速地扩张，在开关电源、不间断电源、节能、自动化、运输、感应加热、电力事业诸方面都得到了广泛的使用。,.,3,电气工程概论第三章电力电子技术,.,4,第一节功率半导体器件,电气工程概论第三章电力电子技术,.,5,功率半导体器件是电力电子系统的心脏，是电力电子电路的基础。功率集成电路是最近10年功率半导体器件发展的一个重要趋势，是将功率半导体开关器件与其驱动、缓冲、检测、控制和保护等硬件集成一体，构成一个功率集成电路PIC。智能功率模块IPM是功率集成电路中典型的例子，近年得到了较为广泛的应用。,电气工程概论3.1功率半导体器件,.,6,一、概述（一）功率半导体器件的功能,图3-1为电力电子装置的示意图，功率输入经功率变换器后输出至负载。功率变换器通常采用电力电子器件作为功率开关，应用不同拓扑组合构成，实现电功率形式的变换（电压或频率等变换）。此外，系统功率可以是双向的，即电功率也可以从输出端送至输入端。,电气工程概论3.1功率半导体器件,.,7,功率半导体器件作为功率开关，其工作特点如下：1）功率半导体器件通常都处于在开关状态。2）功率半导体器件由断态转换成通态及由通态转换成断态时，在转换过程中所产生的损耗，分别称之为开通损耗和关断损耗，总称为开关损耗。3）大功率是功率半导体器件的特点，这就要求一个理想的功率半导体器件应该是能承受高电压、大电流的器件。一个理想的功率半导体器件应当具有的理想的静态和动态特性是：在阻断状态，能承受高电压；在导通状态，具有高的电流密度和低的导通压降；在开关状态，转换时具有短的开、关时间，能承受高的和；同时器件具有全控功能，即器件的通断可通过电信号控制。,电气工程概论3.1功率半导体器件,.,8,（二）功率半导体器件的发展,功率半导体器件的发展经历了以下阶段：大功率二极管产生于20世纪40年代，是功率半导体器件中结构最简单、使用最广泛的一种器件。20世纪70年代，出现了称之为第二代的自关断器件，如门极可关断晶闸管、大功率双极型晶体管、功率场效应晶体管等。20世纪80年代，出现了的第三代复合导电机构的场控半导体器件，以绝缘栅极双极型晶体管(IGBT或IGT)为典型代表，另外还有静电感应式晶体管、静电感应式晶闸管、MOS控制晶闸管、集成门极换流晶闸管等。现已经出现了第四代电力电子器件集成功率半导体器件，它将功率器件与驱动电路、控制电路及保护电路集成在一块芯片上，从而开辟了电力电子器件智能化的方向，具有广阔的应用前景。,电气工程概论3.1功率半导体器件,.,9,图3-2示出了各种功率半导体器件的工作范围,电气工程概论3.1功率半导体器件,.,10,二、大功率二极管,大功率二极管属不可控器件，在不可控整流、电感性负载回路的续流等场合均得到广泛使用。,（一）大功率二极管的结构,大功率二极管的内部结构是一个具有P型、N型半导体、一个PN结和阳极A、阴极K的两层两端半导体器件，其符号表示如图3-3(a)所示。从外部构成看，也分成管芯和散热器两部分。一般情况下，200A以下的管芯采用螺旋式(图3-3(b)，200A以上则采用平板式(图3-3(c)。,电气工程概论3.1功率半导体器件,.,11,（二）大功率二极管的特性1.大功率二极管的伏安特性二极管阳极和阴极间的电压Uak与阳极电流ia间的关系称为伏安特性，如图3-4所示。由于大功率二极管的通态压降和反向漏电流数值都很小，可忽略，于是大功率二极管的理想伏安特性如图3-4(b)所示。,电气工程概论3.1功率半导体器件,.,12,电气工程概论3.1功率半导体器件,.,13,图3-6为大功率二极管关断过程，其截止时的反向电流恢复时间必须考虑。,电气工程概论3.1功率半导体器件,.,14,在应用低频整流电路时，一般不考虑大功率二极管的动态过程，trr=25微秒。但在高频逆变器、高频整流器、缓冲电路等频率较高的电力电子电路中必须考虑大功率二极管的开通、关断等动态过程，通常使用快恢复二极管(反向恢复时间很短的大功率二极管，trr=200500nm)。快恢复二极管具有开通压降低、反向快速恢复性能好的优点。,电气工程概论3.1功率半导体器件,.,15,三、晶闸管(SCR),晶闸管是硅晶体闸流管的简称，其价格低廉、工作可靠，尽管开关频率较低，但在大功率、低频的电力电子装置中仍占主导地位。,（一）晶闸管的结构晶闸管是大功率的半导体器件，从总体结构上看，可区分为管芯及散热器两大部分，分别如图3-7及图3-8所示。,电气工程概论3.1功率半导体器件,.,16,（二）晶闸管的基本特性,通过理论分析和实验验证表明：1)只有当晶闸管同时承受正向阳极电压和正向门极电压时晶闸管才能导通，两者不可缺一。2)晶闸管一旦导通后门极将失去控制作用，门极电压对管子随后的导通或关断均不起作用，故使晶闸管导通的门极电压不必是一个持续的直流电压，但必须是一个具有一定宽度和幅度的正向脉冲电压，其脉冲宽度与晶闸管开通特性及负载性质有关。这个脉冲常称之为触发脉冲。3)要使已导通的晶闸管关断，必须使阳极电流降低到某一数值之下(晶闸管维持电流，约几十毫安)。通常通过降低阳极电压至接近于零或施加反向阳极电压来实现。,电气工程概论3.1功率半导体器件,.,17,静态特性（1）阳极伏安特性。晶闸管的阳极伏安特性表示晶闸管阳极与阴极之间的电压Uak与阳极电流ia之间的关系曲线，如图3-9所示。,电气工程概论3.1功率半导体器件,.,18,阳极伏安特性可以划分为两个区域，第I象限为正向特性区，第III象限为反向特性区。第I象限的正向特性又可分为正向阻断状态及正向导通状态。正向阻断状态随着不同的门极电流，Ig大小呈现不同的分支。正向导通状态下的特性与一般二极管的正向特性一样，此时晶闸管流过很大的阳极电流而管子本身只承受约1V左右的管压降，特性曲线靠近并几乎平行于纵轴。晶闸管在第III象限的反向特性与二极管的反向特性类似。,电气工程概论3.1功率半导体器件,.,19,2.动态特性,晶闸管常应用于低频的相控电力电子电路，有时也在高频电力电子电路中得到应用，如逆变器等。在高频电路应用时，需要严格地考虑晶闸管的开关特性，即开通特性和关断特性。,（1）开通特性晶闸管由截止转为导通的过程为开通过程。图3-11给出了晶闸管的开关特性。,延迟时间随门极电流的增大而减少，延迟时间和上升时间随阳极电压上升而下降，一般为15微秒。,电气工程概论3.1功率半导体器件,.,20,（2）关断特性通常采用外加反压的方法将已导通的晶闸管关断。反压可利用电源、负载和辅助换流电路来提供。普通晶闸管的关断时间为几百微秒。要使已导通的晶闸管完全恢复正向阻断能力，加在晶闸管上的反向阳极电压时间必须大于晶闸管的关断时间，否则晶闸管无法可靠关断。,（三）晶闸管的主要参数,1.电压参数,（1）断态重复峰值电压UDRM取断态不重复峰值电压UDSM的90定义为断态重复峰值电压UDRM，“重复”表示这个电压可以以每秒50次，每次持续时间不大于10ms的重复方式施加于元件上。,电气工程概论3.1功率半导体器件,.,21,（2）反向重复峰值电压URRM取反向不重复峰值电压URSM的90为定义为反向重复峰值电压URRM，这个电压允许重复施加。（3）晶闸管的额定电压UR取UDRM和URRM中较小的一个，并整化至等于或小于该值的规定电压等级上做为晶闸管的额定电压UR。由于晶闸管工作中可能会遭受到一些意想不到的瞬时过电压，为了确保管子安全运行，在选用晶闸管时应使其额定电压为正常工作电压峰值UTM的2-3倍，以作安全余量。,电气工程概论3.1功率半导体器件,.,22,2.电流参数,（1）通态平均电流IT(AV)选用晶闸管时应根据有效电流相等的原则来确定晶闸管的额定电流。选用晶闸管的额定电流IT(AV)应使其对应有效值电流为实际流过电流有效值的1.52倍。（2）维持电流IH维持电流IH是指晶闸管维持导通所必需的最小电流，一般为几十到几百毫安。（3）擎住电流IL晶闸管刚从阻断状态转变为导通状态并撤除门极触发信号时，维持元件导通所需的最小阳极电流称为擎住电流IL。一般擎住电流比维持电流大24倍。,电气工程概论3.1功率半导体器件,.,23,3.其它参数,（1）断态电压临界上升率du/dt在额定结温和门极开路条件下，使元件从断态转入通态的最低电压上升率称为断态电压临界上升率du/dt。实际使用中，必须要求晶闸管断态下阳极电压的上升速度要低于此值。（2）通态电流临界上升率di/dt通态电流临界上升率di/dt是指在规定的条件下，晶闸管由门极进行触发导通时，管子能够承受而不致损坏的通态平均电流的最大上升率。应用时，晶闸管所允许的最大电流上升率要小于这个数值。,电气工程概论3.1功率半导体器件,.,24,（四）晶闸管的派生器件,快速晶闸管双向晶闸管逆导晶闸管门极可关断晶闸管光控晶闸管,（五）晶闸管的驱动,1.晶闸管触发电路的基本要求：1）触发脉冲信号应有一定的功率和宽度。2）为使并联晶闸管元件能同时导通,触发电路应能产生强触发脉冲。3）触发脉冲的同步及移相范围。4）隔离输出方式及抗干扰能力。,电气工程概论3.1功率半导体器件,.,25,电气工程概论3.1功率半导体器件,（一）简介,.,26,（二）工作特性静态特性,1）漏极伏安特性。漏极伏安特性也称输出特性，如图3-14(a)所示，可以分为三个区，分别是可调电阻区I，饱和区II，击穿区III。2）转移特性。漏极电流ID与栅源电压UGS反映了输入电压和输出电流的关系，称为转移特性，如图3-14(b)所示。,电气工程概论3.1功率半导体器件,UDS,.,27,2.开关特性,图3-15为元件极间电容的等效电路。器件输入电容在开关过程中需要进行充、放电，影响了开关速度。同时也可看出，静态时虽栅极电流很小，驱动功率小，但动态时由于电容充放电电流有一定强度，故动态驱动仍需一定的栅极功率。开关频率越高，栅极驱动功率也越大。功率场效应晶体管的开关过程如图3-16所示，其中UP为驱动电源信号，UGS为栅极电压，iD为漏极电流。,电气工程概论3.1功率半导体器件,.,28,（三）主要参数与安全工作区,1.主要参数1）漏源电压UDS2）电流定额ID，IDM3）栅源电压UGS安全工作区功率场效应晶体管的正向偏置安全工作区由四条边界包围而成，如图3-17所示。其中I为漏源通态电阻限制线；II为最大漏极电流IDM限制线；III为最大功耗限制线；IV为最大漏源电压限制线。,电气工程概论3.1功率半导体器件,.,29,五、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）,（一）结构与工作原理,图319(c)是IGBT的符号。,电气工程概论3.1功率半导体器件,.,30,（二）工作特性静态特性,IGBT的静态特性主要有输出特性及转移特性，如图3-20所示。输出特性表达了集电极电流IC与集电极-发射极间电压UCE之间的关系。IGBT的转移特性表示了栅极电压UG对集电极电流IC的控制关系。,电气工程概论3.1功率半导体器件,.,31,2.动态特性,IGBT的动态特性即开关特性，如图321所示，其开通过程主要由其MOSFET结构决定。,电气工程概论3.1功率半导体器件,.,32,六、功率模块与功率集成电路,功率模块最常见的拓扑结构有串联、并联、单相桥、三相桥以及它们的子电路，而同类开关器件的串、并联目的是要提高整体额定电压、额定电流。如将功率半导体器件与电力电子装置控制系统中的检测环节、驱动电路、故障保护、缓冲环节、自诊断等电路制作在同一芯片上,则构成功率集成电路。三菱电机公司在1991年推出智能功率模块（IPM）是较为先进的混合集成功率器件，由高速、低功耗的IGBT芯片和优化的门极驱动及保护电路构成，其基本结构如图325所示。IPM的特点为：采用低饱和压降、高开关速度、内设低损耗电流传感器的IGBT功率器件。采用单电源、逻辑电平输入、优化的栅极驱动。,电气工程概论3.1功率半导体器件,.,33,电气工程概论3.1功率半导体器件,.,34,七、功率半导体器件的保护（一）过电压保护,过电压根据产生的原因可分为两大类：1）操作过电压：由变流装置拉、合闸和器件关断等经常性操作中电磁过程引起的过电压。2）浪涌过电压：由雷击等偶然原因引起，从电网进入变流装置的过电压，其幅度可能比操作过电压还高。,电气工程概论3.1功率半导体器件,（二）过电流保护,由于晶闸管等功率半导体器件的电流过载能力比一般电气设备差得多，因此必须对变流装置进行适当的过电流保护。,.,35,八、相关名词,二次击穿：对于集电极电压超过VCEO而引起的击穿，只要外电路限制击穿后的电流，管子就不会损坏，待集电极电压减小到小于VCEO后，管子也就恢复到正常工作，因此这种击穿是可逆的，不是破坏性的，这种击穿为一次击穿。如果上述击穿后，电流不加限制，就会出现集电极电压迅速减小，集电极电流迅速增大的现象，永久失去半导体特性，通常将这种现象称为二次击穿。安全工作区：Safeoperatingarea,SOA，是指功率半导体器件能够按照预期正常工作而不会造成损坏时的电压电流等条件的范围。单极型：它是一种电压控制型器件，由输入电压产生的电场效应来控制输出电流的大小。它工作时只有一种载流子参与导电，故称为单极型晶体管。双极型：它是一种电流控制型器件，由输入电流控制输出电流，其本身具有电流放大作用。它工作时有电子和空穴两种载流子参与导电过程，故称为双极型。,.,36,作业P153：T3-1,3-2,3-3,.,37,第二节电力变换技术,电气工程概论第三章电力电子技术,.,38,变流技术在电力电子技术中是最重要的，也是最基本的技术之一，其目标主要是节约能源、提高效率，包括减小变换器的大小和重量,提高它们的效率，降低谐波失真和成本。变流技术可大致分为三代：第一代是应用二极管和晶闸管,采用不控或半控强迫换流技术；第二代主要以应用自关断器件为特征；第三代变换器是以软开关、功率因数校正和消除谐波为特征的。,电气工程概论3.2电力变换技术,.,39,一、换流概念和变流器的分类（一）换流概念,在电工技术中的换流是指电流从一条支路过渡到另一条支路的过程，在换流期间两条支路将短时同时通过电流。在电力电子技术中，完成换流过程的开关功能不是用机械开关，而是用功率半导体器件来实现的，换流过程的特点我们用图3-29来说明。电流I首先经过接通的开关S1在支路1中流过，换流是通过开关S2的接通而开始的。S2接通后，在换流电压uk的作用下，将有一换流电流ik在支路1和2之间流动，如果ik的方向正确，此电流将逐步减小支路1中的电流和增加支路2中的电流。如总回路中电感L足够大的话，则可以认为总电流I在换流过程中保持不变。在完成了过渡后，也就是电流i2达到了值I和电流i1变成零时，换流过程通过打开开关S1而结束。,电气工程概论3.2电力变换技术,.,40,电气工程概论3.2电力变换技术,.,41,换流正确完成的先决条件是在换流回路中必须有一个正确极性的换流电压存在。如果利用交流电网存在的电压作换流电压，则这样的换流称之为自然换流。有时也可利用负载所产生的交流电压作换流电压，则称之为负载换流。负载换流也属于自然换流。由储能元件提供一个辅助电压作为换流电压，也可以通过提高被关断的电流支路的阻抗（例如采用具有自关断能力的大功率晶体管或可关断晶闸管等元件）来完成换流，这种换流方式称之为强迫换流。,电气工程概论3.2电力变换技术,.,42,1.自然换流,在自然换流时，变流器中的电流从支路1过渡到支路2是在电网电压或负载电压的干预下完成的。换流时由于换流回路中电抗的作用，换流不能瞬时完成，在一段时间内这两个要替换的开关器件将同时通以电流，这段时间称为换流重叠时间tu。,电气工程概论3.2电力变换技术,.,43,（二）变流器的功能和分类,变流器的基本功能如下：1）整流：将交流电转换成直流电；2）逆变：将直流电变成一定频率和大小的交流电；3）直流电变换（直流斩波调压）：可将某固定大小的直流电变成大小任意可调的另一直流电；4）交流电变换：将大小和频率固定的某交流电变成大小和频率可变的交流电。,电气工程概论3.2电力变换技术,.,44,二、相控调压电路（一）单相交流调压,图333所示为一单相交流调压的基本线路。二个反并联的晶闸管周期性地触发时间点，相对于交流电压u的过零点滞后一个控制角因此半导体开关阻断了电压曲线上阴影所示部分。在每次晶闸管触发以后，通过负载的电流立刻跳跃到稳态电流瞬时值上，然后按正弦规律流动直至零值，所以输出电流波形是缺了一块的正弦交流电。,电气工程概论3.2电力变换技术,.,45,三、可控整流电路（一）单相可控整流,在前述的单相交流调压电路中，如去除反并联晶闸管中的反向晶闸管，则反向电压不再能加到负载电阻上（先假设负载为纯电阻负载），这就构成了一个最简单的单相半波可控整流器（图3-39（a）。,电气工程概论3.2电力变换技术,.,46,图3-39（b）所示是单相可控整流电路的电压、电流波形。显然经过晶闸管半波整流后的输出电压ud是一个极性不变的脉动直流电压。,电气工程概论3.2电力变换技术,.,47,2.带电阻电感混合负载的单相可控整流,整流电路的负载除电阻外常常还带有一定大小的电感，这就是所谓的电阻电感混合负载。电机的激磁绕组串接有平波电抗器的负载等，均属电阻电感混合负载。由于电感有反抗电流变化的特性，而使可控整流器的工作特性发生了明显的变化，下面以图341来加以说明。,电气工程概论3.2电力变换技术,.,48,从波形上可以看到，由于电感的存在，延长了晶闸管的导通时间，使波形中出现了正、负面积部分，从而减小了输出直流电压平均值。这是电阻-电感负载时可控整流电路工作原理的重要特点。,电气工程概论3.2电力变换技术,.,49,LR的大电感负载，。此时，对于不同控制角，电压、电流波形如图342所示。此时电压波形的正、负面积接近相等，平均电压，造成平均直流电流也接近零，负载上将得不到所需功率。,电气工程概论3.2电力变换技术,.,50,单相半波可控整流电路如不采取措施，是不能直接带大电感负载正常工作的。解决的方法是在负载两端并联一续流二极管。如图343所示。可见，加了续流二极管后的输出直流电压波形和纯电阻负载时完全相同（图343（b），输出直流电压平均值也相应增大到了电阻负载时的大小。,电气工程概论3.2电力变换技术,.,51,电气工程概论3.2电力变换技术,七、单象限直流电压变换电路以上所述各类变流器，由于主开关元件上施加的都是交流电，流过的电流都有自然过零的特点，所以都采用晶闸管作开关元件。本小节开始所介绍的各类变流器，工作电源都是直流电源，元件电流并无自然过零的特点，故开关元件的切换只能通过一些强迫换流措施（采用晶闸管）或采用具有自关断能力的开关元件来实现。由于强迫换流需要较大的换流电容器、辅助晶闸管等，造成了线路的复杂化，成本提高。所以，以下所介绍的各类变流器线路以采用具有自关断能力的开关元件为主。,.,52,电气工程概论3.2电力变换技术,（一）直流降压变换电路用具有强迫换流的半导体开关可以在任意的时间点接通或关断一个直流回路。如果用一定的开关频率周期性地接通和关断它，并且任意地改变导通和关断时间的比例，显然就有可能控制（调节）从直流电源送至负载的功率。这样的变换电路人们称之为直流电压变换电路，一般称为直流斩波器。图355所示为一个直流降压变换电路的基本线路和相应的电压电流波形曲线。,.,53,电气工程概论3.2电力变换技术,周期性工作的半导体开关的导通比定义为式中：Ta为开关的关断时间，Te为开关的导通时间。负载上的平均直流电压可以由导通比和电源电压来计算，公式如下电源输出的电流是矩形的脉动电流，其平均值可以由导通比和负载电流来计算，即式（325）、式（326）称为直流电压变换器的变比方程，类似于变压器的变比方程。,.,54,电气工程概论3.2电力变换技术,实际上，由于负载边的平波电感不可能无限大，所以实际的负载电流不可能是完全平滑的直线。如图356所示，期间，在电源电压作用下，负载电流将按指数规律上升；在时，电源电压被切除，负载电流将接指数规律衰减。所以，稳态时的负载电流是周期性的脉动电流。,.,55,电气工程概论3.2电力变换技术,下面我们深入分析此时的负载电流的波动情况，图356（a）中负载是反电动势为E的直流电动机。电流的波动范围为为表示电流波动的相对大小，我们定义电流波动率为由此可以计算出一个直流降压变换器的输出电流的波动程度。电流波动范围为由此可见，电流波动范围与直流降压变换器的工作频率有关，频率f越高，T越小，电流波动范围就越小。其次，在同样的工作频率下，不同导通比时的电流波动范围有所不同。,.,56,由图357还可看出，如负载平均电流I2过小，随着电流的衰减，将出现电流间断现象，这在直流降压变换器设计时必须考虑到。上述的直流降压变换器因其输出电压和电流都是单方向的，能量只能从电源向负载单向传递，故亦称为能量正向传递的单象限直流降压变换器。,电气工程概论3.2电力变换技术,.,57,电气工程概论3.2电力变换技术,（二）能量反向传递的直流降压变换器图355所示电路只能使能量从直流电源向负载传送。图358（a）所示电路就使需要能量从负载向电源反向传递。图358（b）表示了电感Ld足够大的理想情况下的电压电流波形曲线。这种直流降压变换器也属单象限变换器，可用于直流电动机的电网反馈制动，直至很低的转速。上述两种直流降压变换器中，半导体开关S和二极管VD仅仅是在线路中的位置有所不同,故用一套半导体开关S和二极管VD,通过改变它的连接方法,就能使直流电动机从电动机运行状态变为再生制动状态。,.,58,电气工程概论3.2电力变换技术,（三）直流升压变换电路以上所述的直流电压变换电路，其输出平均电压U2av低于电源电压U1，故属于降压变换电路。直流电压变换电路也可用来提升电压。图359（a）所示即为一种直流升压变换电路的原理图，图359（b）为半导体开关4导通时的等效电路，图为359（b）关断时的等效电路。,图359（a）原理图（b）S导通时的等效电路（c）S关断时的等效电路,.,59,电气工程概论3.2电力变换技术,图359（d）所示是电流iL连续时电路中电压电流波形。,.,60,电气工程概论3.2电力变换技术,假定在电流连续时，不计iL的脉动，则在S导通期间由电源输入到电感L的能量为在S关断期间，电感释放至负载的能量为根据能量平衡关系，可得由于，故，即直流电压变换器可提供比电源电压更高的输出直流电压，所以称其为直流升压变换器。,.,61,电气工程概论3.2电力变换技术,十、直流电压变换器的控制方式如前所述，在直流电压变换器电路中，是通过改变半导体开关的导通和关断时间比例（即改变导通比）来连续地控制电源和负载之间功率传递的。按不同用途，有不同的导通比控制方式，下面分别加以叙述。（一）时间比控制方式在图355所示的直流降压变换器电路中有关系式其中称为导通比。改变导通与关断时间的比例即可连续调节输出平均直流电压的大小，这种控制方式叫时间比控制方式。一般来说，用直流电压变换器控制直流电路都是时间比控制，但改变导通比又有以下三种不同的方法。（1）定频调宽控制（2）定宽调频控制（3）调频调宽混合控制,.,62,电气工程概论3.2电力变换技术,目前定频调宽的时间比控制方式用得最普遍。在直流脉冲宽度调制PWM技术中，一般就是用定频调宽法来产生PWM信号。如图364所示。,.,63,电气工程概论3.2电力变换技术,十一、逆变电路逆变电路是将直流电变成交流电的一种变流器电路。有源逆变电路：其输出端必须同交流电网接在一起，从交流电网取得换流电压，从而完成直流到交流的转换。这种逆变器的输出电压大小和频率就是电网电压的大小和频率，不能任意改变，故称为有源逆变电路。DC/AC逆变器其输出交流电与电网交流电无关，可以得到所需的任意频率和电压的交流电，可以单独给负载供电，故称其为无源逆变。无源逆变器不再能从电网得到换流电压，通常需要通过附加的关断电容器或采用有自关断能力的半导体开关元件（例如GTO、GTR、IGBT等）来实现强迫换流。,.,64,电气工程概论3.2电力变换技术,根据元件的开关容量，目前主要采用由普通晶闸管、GTO、GTR和IGBT等几种元件组成的逆变电路，其功率容量依次递减。,.,65,电气工程概论3.2电力变换技术,（一）电压型单相半桥逆变电路单相半桥逆变器的主电路结构如图367（a）所示。可控开关元件的控制电压ug1和ug2为180的方波，重复频率为f，并互差180电角度，如图367（b）所示。如负载是纯电阻负载，则电流具有与电压相同的波形。如负载是电感性负载，则负载电流将按指数曲线规律交变,同时负载电流的变化将滞后于电压的变化。在个工作循环中，逆变电路存在两种电流换流。1、臂内换流臂内换流指电流在同一导电臂内元件间的转移。这种换流产生于电流过零时刻，电流的转移只涉及导电臂内元件的更迭，并不改变导电回路，物理过程简单,称自然换流