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动画教学目录,1、电力场效应晶体管工作原理动态图2、三相半波可控整流电路工作原理动态图3、三相桥式可控整流电路工作原理动态图4、六相半波可控整流电路工作原理动态图5、双反星型可控整流电路工作原理动态图6、降压斩波电路工作原理动态图7、升压斩波电路工作原理动态图8、升降压斩波电路工作原理动态图9、Cuk斩波电路工作原理动态图,10、Sepic斩波电路工作原理动态图11、Zeta斩波电路工作原理动态图12、电流可逆斩波电路工作原理动态图13、桥式可逆斩波电路工作原理动态图14、3相3重斩波电路工作原理动态图15、斩控式交流调压电路工作原理动态图16、TSC投切原理动态图17、单相交交变频电路工作原理动态图18、电压型单相半桥逆变电路工作原理动态图,动画教学目录,19、电压型单相全桥逆变电路工作原理动态图脉宽不可调式20、电压型单相全桥逆变电路工作原理动态图脉宽可调式21、电压型三相桥式逆变电路工作原理动态图22、电流型单相桥式逆变电路工作原理动态图23、电流型三相桥式逆变电路工作原理动态图24、串联二极管式晶闸管逆变电路换流时工作原理动态图,动画教学目录,25、多电平逆变电路工作原理动态图26、单相桥式PWM逆变电路工作原理动态图单极性27、单相桥式PWM逆变电路工作原理动态图双极性28、三相桥式PWM逆变电路工作原理动态图29、利用电抗器联接的二重PWM逆变电路工作原理动态图30、单相PWM整流电路工作原理动态图31、同步信号为锯齿波的触发电路工作原理动态图,动画教学目录,D-漏极,G-栅极,S-源极,电力场效应晶体管工作原理动态图,1、漏极和源极间加正压，由于漏极和源极间PN结反偏，无电流。,3、栅极和源极间加正压，并由零往上升，则相当于栅金属层上积聚的正电荷增多，根据同性相斥、异性相吸原理，靠近栅极的P型半导体空穴下排，电子上移，当电子的浓度空穴的浓度，P型半导体被反型成N型半导体，导电沟道产生，则产生电流。,源金属层,栅金属层,二氧化硅绝缘层,2、N型半导体多子是电子。P型半导体的多子是空穴，少子是电子。,一次扩散,二次扩散,将晶闸管变成二极管，则一周期中在wt1wt2期间，VD1导通，ud=ua在wt2wt3期间，VD2导通，ud=ub在wt3wt4期间，VD3导通，ud=uc,三相半波可控整流电路工作原理动态图,自然换相点：二极管换相时刻为自然换相点，是各相晶闸管能触发导通的最早时刻，将其作为计算各晶闸管触发角a的起点，即a=0。,思考：a=0度时，负载上的电压、电流波形，晶闸管上电压、电流波形是什么样的？,u,2L,u,d,i,d,w,t,O,w,t,O,w,t,O,i,VT,1,u,2,u,a,u,b,u,c,O,w,t,O,w,t,O,w,t,u,G,u,d,a,=,15,思考：a=多少度时，负载上的电压、电流波形断续？a=多少度时，负载上的电压为零？,a=15度时，负载上电压还是连续的。,思考：a=多少度时，负载上的电压、电流波形断续？a=多少度时，负载上的电压为零？,u,2,u,a,u,b,u,c,O,w,t,O,w,t,O,w,t,u,G,u,d,a,=,30,a=30度时，断续。,思考：a=多少度时，负载上的电压、电流波形断续？a=多少度时，负载上的电压为零？,a=150度时，负载上电压为零。,u,2,u,a,u,b,u,c,O,w,t,O,w,t,O,w,t,u,G,u,d,a,=,60,思考：为什么晶闸管所受的正向最大电压为？,u,2,u,a,u,b,u,c,O,w,t,O,w,t,O,w,t,u,G,u,d,a,=,30,u,2L,u,d,w,t,O,a过了30度后，负载上电压断续。则没有晶闸管导通。,所以晶闸管上电压为相电压。而,u,2,u,a,u,b,u,c,O,w,t,O,w,t,O,w,t,u,G,u,d,a,=,60,2L,u,d,w,t,O,思考：阻感负载和电阻负载的区别？,a=30度后，负载上电压连续。,移相范围为0-90度。,晶闸管所受的正向电压可到。,三相桥是应用最为广泛的整流电路,共阴极组阴极连接在一起的3个晶闸管（VT1，VT3，VT5）共阳极组阳极连接在一起的3个晶闸管（VT4，VT6，VT2）共阴极组和共阳极组采用串联结构导通顺序：VT1VT2VT3VT4VT5VT6（差60触发一个晶闸管）采用双窄脉冲触发晶闸管,VT61,VT12,VT23,VT45,VT34,VT56,三相桥式可控整流电路工作原理动态图,uab,uca,ubc,u61,u12,u23,u45,u34,u56,uab,uac,ubc,uca,uba,ucb,uba,ucb,uac,a=0时的波形,ua,uc,ub,Ua,Ub,uc,注意：双反星形电路中需要不接平衡电抗器。,只能有一个晶闸管导电，其余五管均阻断，每管最大导通角为60o，平均电流为Id/6。,六相半波可控整流电路工作原理动态图,当=0o时，Ud为1.35U2，比三相半波时的1.17U2略大些。,因晶闸管导电时间短，变压器利用率低，极少采用。,分析方法同三相半波整流电路。,16,脉动频率加大一倍，f=300Hz。,T1,T2,T3,T4,T5,T6,T6,T12,T23,T34,T45,T56,T61,T61,双反星型可控整流电路工作原理动态图,连续时:当t=0时刻驱动V导通，电源E向负载供电，负载电压uo=E，负载电流io按指数曲线上升当t=t1时刻控制V关断，负载电流经二极管VD续流，负载电压uo近似为零，负载电流呈指数曲线下降。为了使负载电流连续且脉动小，通常串接L值较大的电感。,降压斩波电路工作原理动态图,c),断续时:负载中L值较小，则在V关断后，到了t2时刻，负载电流已衰减为零，会出现负载电流断续，由波形可见，负载电压uo平均值会抬高，一般不希望出现电流断续的情况。,降压斩波电路工作原理动态图,当V处于通态时，电源E向电感L充电，充电电流基本恒定为I1，同时电容C上的电压向负载R供电，因C值很大，保持输出电压uo为恒值，记为Uo。设V处于通态的时间为ton，此阶段电感L上积蓄的能量为EI1ton。V处于断态时，E和L共同向电容C充电，并向负载R提供能量。设V处于断态的时间为toff，则此期间电感L释放能量为(Uo-E)I1toff。,a),+,升压斩波电路工作原理动态图,b),L:充电C:放电,L:放电C:充电,升降压斩波电路工作原理动态图,可控开关V处于通态时，电源经V向电感L供电使其贮存能量，此时电流为i1。同时，电容C维持输出电压恒定并向负载R供电。V关断时，电感L中的能量向负载释放，电流为i2。负载电压极性为上负下正，与电源电压极性相反，该电路也称作反极性斩波电路,V处于通态时，EL1V回路和RL2CV回路分别流过电流。V处于断态时，EL1CVD回路和RL2VD回路分别流过电流输出电压的极性与电源电压极性相反。等效电路如图3-5b所示，相当于开关S在A、B两点之间交替切换。,C:放电L1:充电L2:充电,C:充电L1:放电L2:放电,Cuk斩波电路工作原理动态图,当V处于通态时，EL1V回路和C1VL2回路同时导电，L1和L2贮能。,E,V处于断态时，EL1C1VD负载（C2和R）回路及L2VD负载回路同时导电，此阶段E和L1既向负载供电，同时也向C1充电，另L2亦向负载和C1供电。,Sepic斩波电路的输入输出关系由下式给出,（3-49）,C1:放电L1:充电L2:充电C2:放电,C1:充电L1:放电L2:放电C2:充电,Sepic斩波电路工作原理动态图,在V处于通态期间，电源E经开关V向电感L1贮能。E和C1同时向负载供电,向C2供电。V关断后，L1经VD与C1构成振荡回路，其贮存的能量向C1转移，同时L2通过VD向负载放电，C2向负载放电。,Zeta斩波电路的输入输出关系为,+,+,C1:放电L1:充电L2:充电C2:充电,C1:充电L1:放电L2:放电C2:放电,Zeta斩波电路工作原理动态图,V1和VD1构成降压斩波电路，由电源向直流电动机供电，电动机为电动运行，工作于第1象限,V2和VD2构成升压斩波电路，把直流电动机的动能转变为电能反馈到电源，使电动机作再生制动运行，工作于第2象限若V1和V2同时导通将导致的电源短路,+,-,电流可逆斩波电路工作原理动态图,当电路只作降压斩波器运行时，V2和VD2总处于断态当电路只作升压斩波器运行时，则V1和VD1总处于断态一个周期内交替地作为降压斩波电路和升压斩波电路工作,V1通,V1断,V2通,V2断,L储能,+,-,电流可逆斩波电路工作原理动态图,将两个电流可逆斩波电路组合起来，分别向电动机提供正向和反向电压，即成为桥式可逆斩波电路,V4恒通，V3恒断,同电流可逆斩波电路,V2通，电机工作在第二象限,V1通，电机工作在第一象限,V2恒通，V1恒断,同电流可逆斩波电路,+,电机反向,V3通，电机工作在第三象限,V4通，电机工作在第四象限,桥式可逆斩波电路工作原理动态图,3相1重斩波电路电路电源公用而负载为3个独立负载时1相3重斩波电路3个独立电源，向一个负载供电时,3相3重斩波电路工作原理动态图,斩控式交流调压电路一般采用全控型器件作为开关器件。在交流电源u1的正半周，用V1进行斩波控制，用V3个负载电流提供续流通道。在u1的负半周，用V2进行斩波控制，用V4给负载电流提供续流通道。,+-,-+,斩控式交流调压电路工作原理动态图,投切前，电容器的端电压uc充电至电源电压us的正峰值。投切时刻（t1时刻），取us和uc相等时进行，给VT2触发脉冲使之开通，ic开始流通。以后每半个周波轮流触发VT1和VT2,电路继续导通。,+,-,TSC投切原理动态图,+,-,需要切除该条电容支路时，如在t2时刻ic已降为零，VT2关掉，这时撤出触发脉冲，VT1就不会导通，uc保持VT2导通结束时的电源电压负峰值，为下一次投入电容器做准备。,TSC投切原理动态图,单相交交变频电路由P组(正组)和N组(反组)反并联的晶闸管变流电路构成。变流器P和N都是相控整流电路。,+,+,+,+,+,+,+,+,电源的四个周期，是单相交交变频的一个周期，则周期增大，频率下降。控制角a增大，则降压。,单相交交变频电路工作原理动态图,t2时刻以前V1通，V2断t2时刻给V1关断信号，给V2开通信号，则V1关断，但感性负载中io不能立即改变方向，于是VD2导通续流。io下降。,t3时刻io降为零时，VD2截止，V2开通，io开始反向。t4时刻给V2关断信号，给V1开通信号，V2关断，VD1先导通续流，t5时刻V才开通。输出电压uo为矩形波，幅值为Um=Ud/2输出电流io波形随负载情况而异。,+,_,+,_,电压型单相半桥逆变电路工作原理动态图,电压型全桥逆变电路输出电压uo的波形和图5-6b的半桥电路的波形uo形状相同，也是矩型波，但幅值高出一倍，Um=Ud,io由负载决定。,+,_,+,_,电压型单相全桥逆变电路工作原理动态图脉宽不可调式,t1时刻前V1和V4导通，输出电压uo为udt1时刻V3和V4栅极信号反向，V4截止，因io不能突变，V3不能立即导通，VD3导通续流，因V1和VD3同时导通，所以输出电压为零,+,_,电压型单相全桥逆变电路工作原理动态图脉宽可调式,t2时刻V1和V2栅极信号反向，V1截止，V2不能立即导通，VD2导通续流，和VD3构成电流通道，输出电压为-Ud到负载电流过零开始反向，VD2和VD3截止，V2和V3开始导通，uo仍为-Ud,+,_,电压型单相全桥逆变电路工作原理动态图脉宽可调式,t3时刻V3和V4栅极信号再次反向，V3截止，V4不能立刻导通，VD4导通续流，uo再次为零输出电压uo的正负脉冲宽度各为，改变，可调节输出电压,+,_,+,_,电压型单相全桥逆变电路工作原理动态图脉宽可调式,电压型三相桥式逆变电路是180导电方式。在任一瞬间将有三个桥臂同时导通。VT612VT123VT234VT345VT456VT561每桥臂导电角度180，同一相上下两臂交替导电。每次换流都是在同一相上下两臂之间进行，也称为纵向换流,电压型三相桥式逆变电路工作原理动态图,Ud,电压型三相桥式逆变电路工作原理动态图,VT561,VT612,VT345,VT456,VT123,VT234,ud,-ud,Ud/3,Ud/3,-2Ud/3,-ud,-Ud/3,2Ud/3,-Ud/3,ud,-2Ud/3,Ud/3,-ud,-Ud/3,2Ud/3,ud,-2Ud/3,2Ud/3,+,_,换流时间t4-t2=t,VT管继续受反压时间t=t5-t4,触发引前时间t=tt,电流超前电压时间t=tt/2,阻抗角=/2,+,_,电流型单相桥式逆变电路工作原理动态图,在交流电流的一个周期内，有两个稳定导通阶段和两个换流阶段。,t1t2之间为VT1和VT4稳定导通阶段，io=Id,t2时刻前在电容C上建立了左正右负的电压,t2时刻触发VT2和VT3，VT2和VT3开通，开始进入换流阶段，VT1和VT4不能立刻关断，其电流有一个减小过程。VT2和VT3的电流有一增大过程。,t=t4时，VT1、VT4电流减至零而关断，直流侧电流Id全部从VT1、VT4转移到VT2、VT3，换流阶段结束。,同时C上的左正右负电压使得VT1、VT4管受反压。所以VT1、VT4两管可靠关断。,t4t6之间是VT2、VT3的稳定导通阶段,t6以后进入从VT2、VT3导通向VT1、VT4导通的换流阶段。VT2、VT3电流逐渐减小，VT1和VT4电流逐渐增大。,最终VT、VT电流减至零而关断，直流侧电流Id全部从VT、VT转移到VT、VT，换流阶段结束。,输出电流波形和负载性质无关，是正负脉冲各120的矩形波,基本工作方式是120导电方式。VT1VT6的顺序每隔60依次导通。（VT61VT12VT23VT34VT45VT56）每时刻上下桥臂组各有一个臂导通。电路工作在横向换流方式。,电流型三相桥式逆变电路工作原理动态图,串联二极管式晶闸管逆变电路主要用于中大功率交流电动机调速系统电流型三相桥式逆变电路，各桥臂的晶闸管和二极管串联使用，电路仍为120导电工作方式，输出波形与前一节的波形相同各桥臂之间换流采用强迫换流方式，电容C1C6为换流电容,串联二极管式晶闸管逆变电路换流工作原理动态图,电容上极性判断：对共阳极晶闸管，电容器与导通晶闸管相连一端极性为正，另一端为负，不与导通晶闸管相连的另一电容器电压为零。共阴极晶闸管与共阳极晶闸管情况类似，只是电容器电压极性相反。等效换流电容概念如VT1换到VT3，C13=（C5串联C3）并联C1=3C/2,串联二极管式晶闸管逆变电路换流工作原理动态图,恒流放电换流过程可分为两个阶段二极管换流,串联二极管式晶闸管逆变电路换流工作原理动态图,串联二极管式晶闸管逆变电路换流工作原理动态图,以直流侧中N为参考点，对于U相输出，桥臂1导通时，uUN=Ud/2；桥臂4导通时，uUN=-Ud/2，V、W两相类似,多电平逆变电路工作原理动态图,电路输出相电压有Ud/2和-Ud/2两种电平，称为两电平逆变电路,调制信号ur为正弦波，载波uc在ur的正半周为正极性的三角波，在负半周为负极性的三角波在ur和uc的交点时刻控制IGBT的通断,单相桥式PWM逆变电路工作原理动态图单极性,ur正半周，V1保持通，V2保持断当uruc时使V4通，V3断，uo=Ud当uruc时，给V1和V4导通信号，给V2