第8章电力电子技术98-副本

1、下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页学习要求学习要求: 掌握晶闸管的基本结构、工作原理、特性和掌握晶闸管的基本结构、工作原理、特性和主要参数的含义主要参数的含义； 掌握几种单相和三相基本可控整流电路的工掌握几种单相和三相基本可控整流电路的工作原理及特点作原理及特点； 熟悉逆变器的基本工作原理、用途和控制熟悉逆变器的基本工作原理、用途和控制；熟悉熟悉PWM控制技术控制技术下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页前前 言言 电电力力（强强）电电子子学学电电力力半半导导体体器器件件微微（弱弱）电电子子学学集集成成电电路路半半导导体体器器件件电力电子学的任务：电力电子学的任务：利用电力半导

2、体器件和线路来实现电功率的变换和控制。利用电力半导体器件和线路来实现电功率的变换和控制。 电力半导体器件电力半导体器件弱电控制弱电控制强电输出强电输出下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页不可控型开关器件普通晶闸管双向晶闸管半可控型开关器件逆导晶闸管光控晶闸管电力半导体器件可关断晶闸管GTO电力晶体管GTR全可控型开关器件电力场效应晶体管FET绝缘栅型双极性晶体管IGBT8.1 电力半导体器件电力半导体器件 下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页8.1.1 不可控型开关器件不可控型开关器件 整流二极管整流二极管(大功率二极管大功率二极管)V：加正向电压时：加正向电压时导通，压降导通

3、，压降1V左右，相当于开关闭合；加反向电左右，相当于开关闭合；加反向电压时截止压时截止(关断关断)，相当于开关断开。，相当于开关断开。 半导体电力二极管：半导体电力二极管： 可视为一个正向单向导可视为一个正向单向导通、反向阻断的通、反向阻断的 静态单向电力电子开关。静态单向电力电子开关。下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页 8.1.2 半控型开关器件半控型开关器件 下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页G P1P2N1N2下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页P1P2N1N2K GAKA T2T1_P2N1N2IGIAP1N1P2IKGPPNNNPAGK下一页下一页章目录章

4、目录返回返回上一页上一页 T1T2G2Bii 1BG22Ciii 在极短时间内使两在极短时间内使两个三极管均饱和导通，个三极管均饱和导通，此过程称触发导通。此过程称触发导通。211CCii 2BG21ii EGEA+_RGi2BiG21iG2i下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页GEA+_R T1T2Gi2BiGi21Gi2EGG2Bii 1BG22Ciii 211CCii 2BG21ii 下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页 必须使可控硅阳极电流减小必须使可控硅阳极电流减小, ,直到直到正反馈正反馈效应效应不能维持。不能维持。 将阳极电源断开或者在晶闸管的将阳极电源断开或者在

5、晶闸管的下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页URRMUDRMIG2 IG1 IG0 UBRIFUBOIHoUIIG0IG1IG2正向平均电流正向平均电流)(曲曲线线UfI 下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页正向正向( uAK 0 ) 正向阻断状态正向阻断状态: 当当ug=0， uAK 0， uAK 0，晶闸管导通，其电流的，晶闸管导通，其电流的大小由负载决定，阳极和阴极间的管压降很小。大小由负载决定，阳极和阴极间的管压降很小。反向反向( uAK 0 ) 反向截止状态反向截止状态: 当当 uAK 0，但，但ud=0，即，即晶闸管未导通；晶闸管未导通； （2）在）在t1t2之间之

6、间: uAK0 ，由于开关，由于开关S合合上 ， 使上 ， 使 ug 0 ，而而 ， 即晶闸管即晶闸管导通；导通；2uud下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页 （3）在）在 t2t3 之间，之间， uAK0，但，但 ud=0，即晶闸，即晶闸管关断；管关断； （4）在）在 t3t4 之间，之间， uAK0，这时，这时ug0 ,而而 ，所，所以，晶闸管又导通；以，晶闸管又导通；2uud （5）当）当 t=t4 时，时， ug=0 ，但，但uAK0 ， ，即晶闸管仍处，即晶闸管仍处于导通状态；于导通状态；2uud（6）当）当 t=t5 时，时，uAK=0 ， ug=0 ，而，而ud=0，即晶

7、闸管关断，晶闸管即晶闸管关断，晶闸管处于阻断状态。处于阻断状态。 下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页结论 （1）起始时若控制极不加电压，则不论阳极加正向）起始时若控制极不加电压，则不论阳极加正向电压还是反向电压，晶闸管均不导通，这说明晶闸管具有电压还是反向电压，晶闸管均不导通，这说明晶闸管具有正、反向阻断能力；正、反向阻断能力； （2）晶闸管的阳极和控制极同时正向电压时晶闸管才）晶闸管的阳极和控制极同时正向电压时晶闸管才能导通，这是晶闸管导通必须同时具备的两个条件；正向能导通，这是晶闸管导通必须同时具备的两个条件；正向电压电压+控制电压控制电压 （3）晶闸管导通后可通过很大的电流，因

8、此它是一种大）晶闸管导通后可通过很大的电流，因此它是一种大功率的半导体器件，由于晶闸管导通时，相当于两只三极功率的半导体器件，由于晶闸管导通时，相当于两只三极管饱和导通，因此，阳极与阴极间的管压降为管饱和导通，因此，阳极与阴极间的管压降为1V左右，而左右，而电源电压几乎全部分配在负载电阻上。电源电压几乎全部分配在负载电阻上。下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页6. 晶闸管的优点晶闸管的优点 (1) 用很小的功率可以控制较大的功率，功率用很小的功率可以控制较大的功率，功率放大倍数可以达到几十万倍；放大倍数可以达到几十万倍； (2) 控制灵敏、反应快，晶闸管的导通和截止控制灵敏、反应快，晶

9、闸管的导通和截止时间都在微秒级；时间都在微秒级； (3)晶闸管本身的压降很小，损耗小，效率高。晶闸管本身的压降很小，损耗小，效率高。 (4) 体积小、重量轻。体积小、重量轻。下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页路灯自动控制路灯自动控制下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页常规快速常规快速 晶闸管晶闸管高频高频 晶闸管晶闸管所有为快速应用而设计的晶闸管所有为快速应用而设计的晶闸管与普通晶闸管相比与普通晶闸管相比快速晶闸管关断时间为十几微秒快速晶闸管关断时间为十几微秒高频晶闸管关断时间为几微妙高频晶闸管关断时间为几微妙应用于应用于400Hz400Hz和和10kHz10kHz以上的斩波

10、或逆变电路中以上的斩波或逆变电路中不足：电压和电流定额不易做高不足：电压和电流定额不易做高下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页是一对反并联结的普通晶闸管的集成。是一对反并联结的普通晶闸管的集成。 有两个主电极有两个主电极MT1和和MT2，一个门极，一个门极G。 门极使器件在主电极的正反两方向均可触发导通。门极使器件在主电极的正反两方向均可触发导通。 不用平均值而用不用平均值而用有效值有效值来表示其额定电流值。来表示其额定电流值。2dsin21m022meIttII下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页A1A2G通过控制电压的控制可实现双向导通。通过控制电压的控制可实现双向导通。下

11、一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页IU0I =0GAKG 它是将晶闸管反并联一个二极管它是将晶闸管反并联一个二极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。 不具有承受反向电压的能力，一不具有承受反向电压的能力，一旦承受反向电压即开通。旦承受反向电压即开通。与普通晶闸管相比与普通晶闸管相比正向压降小正向压降小关断时间短关断时间短高温特性好高温特性好额定电流额定电流晶闸管电流晶闸管电流反并联的二极管的电流反并联的二极管的电流a)a)电气图形符号电气图形符号 b) b) 伏安特性伏安特性 a)b)下一页下一页章目录章目录返回

12、返回上一页上一页a)a)电气图形符号电气图形符号 b) b) 等值电路等值电路 c)c)伏安特性伏安特性 下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页1. G极可控制元件导通与关断极可控制元件导通与关断（不同极性正负脉冲或电平）（不同极性正负脉冲或电平）2.触发电流触发电流(20mA)比普通晶闸比普通晶闸管大管大(30uA）3.动态特性好动态特性好(关断关断1us)，而晶，而晶闸管需闸管需(5-30us)4.应用在直流调压应用在直流调压和开关电路和开关电路。结构与符号结构与符号8.1.3 全控型开关器件全控型开关器件下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页特点：特点：1. G极加正电压或正

13、脉冲触发极加正电压或正脉冲触发后导通，撤销控制信号，仍保后导通，撤销控制信号，仍保持导通。持导通。2. G极加负电压或负脉冲后关极加负电压或负脉冲后关断，不需要外部电路强迫阳极断，不需要外部电路强迫阳极电流减小而使之关断。电流减小而使之关断。下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页耐高电压、大电流的双极结型晶体管耐高电压、大电流的双极结型晶体管 与普通的晶体管基本原理是一样的。与普通的晶体管基本原理是一样的。 主要特性是耐压高、电流大、开关特性好。主要特性是耐压高、电流大、开关特性好。 通常采用至少由两个晶体管按达林顿接法组通常采用至少由两个晶体管按达林顿接法组成的单元结构。成的单元结构。

14、 采用集成电路工艺将许多这种单元并联而成。采用集成电路工艺将许多这种单元并联而成。GTR下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页 达林顿接法使得很小的外加驱动电流达林顿接法使得很小的外加驱动电流IB，可控制，可控制很大的集电极电流。属于电流控制型开关器件。很大的集电极电流。属于电流控制型开关器件。a)a)达林顿晶体管达林顿晶体管 b) b) 双管模块双管模块 电力晶体管的工作电路电力晶体管的工作电路下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页电力晶体管是用基极电流来控电力晶体管是用基极电流来控制集电极电流的：制集电极电流的：1. 基极通入正向信号电流，集基极通入正向信号电流，集电极电流上升

15、，进入通态；电极电流上升，进入通态；2. 给基极加一个负的电流脉冲，给基极加一个负的电流脉冲，集电极电流一段时间后开始集电极电流一段时间后开始减小，逐渐进入断态。减小，逐渐进入断态。电力晶体管的通与断电力晶体管的通与断下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页 电力场效应管是多元集成电力场效应管是多元集成结构，属于绝缘栅型，有三个结构，属于绝缘栅型，有三个极：栅极极：栅极G；源极；源极S；漏极；漏极D。 工作特性：是由栅极电压来工作特性：是由栅极电压来控制漏极电流的。控制漏极电流的。 属于电压控制型开关器件属于电压控制型开关器件 特点：驱动系统比较简单，工作频率高，热稳定性特点：驱动系统比较

16、简单，工作频率高，热稳定性好；但电流容量低，耐压低。适用于功率不很高的高频电好；但电流容量低，耐压低。适用于功率不很高的高频电力电子装置。力电子装置。下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页a)a)简化等效电路简化等效电路 b) b) 图形符号图形符号 c)c)基本电路基本电路 下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页IGBT特性的优点特性的优点: IGBT的特性的特性兼有兼有P-MOSFET和和GTR二者的优点：二者的优点： a.通断驱动功率小；通断驱动功率小； b.开关速度快开关速度快(频率高，比频率高，比GTR高得多高得多)； c.导通压降低导通压降低(功率损耗小，比功率损耗小，

17、比MOSFET小得多小得多)； d.阻断电压高阻断电压高(耐压高耐压高)； e.承受电流大承受电流大(容量大、功率大容量大、功率大)。下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页电力变换电路，按功能分：电力变换电路，按功能分： 1. 可控整流电路：把固定的交流电压变成固定或可调的直可控整流电路：把固定的交流电压变成固定或可调的直流电压。流电压。 2. 交流调压电路：把固定的交流电压变成可调的交流电压。交流调压电路：把固定的交流电压变成可调的交流电压。 3. 逆变电路：把直流电变成频率固定或可调的交流电。逆变电路：把直流电变成频率固定或可调的交流电。

18、4. 变频电路：把固定频率的交流电变成可调频率的交流电。变频电路：把固定频率的交流电变成可调频率的交流电。 5. 斩波电路：把固定的直流电压变成可调的直流电压。斩波电路：把固定的直流电压变成可调的直流电压。 6. 电子开关：功率半导体器件工作在开关状态可替代接触电子开关：功率半导体器件工作在开关状态可替代接触器和继电器用于频繁开合操作场合器和继电器用于频繁开合操作场合 下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页整流整流单相单相 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：将交流电变为直流电的过程；整流：将交流电变为直流电的过程；整流电路：将交流电变为直流电的电路；整流电路：将交

19、流电变为直流电的电路；半 波桥 式半波桥式下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页(1) 电路电路。uuu To, 0。0,To uuu+T下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页 t1 2 。uu,u T 0o:1t 。0,To uuu tuO晶晶闸闸管管不不导导通通。,0,0g1 ut t 。uuu To, 0gu tO下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页 tOuO 控制角控制角 t1 tuO tguO t22 tTuO导通角导通角控制角控制角: 晶晶闸管元件承闸管元件承受正向电压受正向电压起始点到触起始点到触发脉冲的作发脉冲的作用点之间的用点之间的电角度。电角度。 导通角

20、导通角: 晶闸晶闸管在一周期管在一周期时间内导通时间内导通的电角度。的电角度。 下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页 tuUd21O )d(sin221ttU 2cos145. 0LLOO RURUI1cos0.452U晶闸管承受的最大正反向电压晶闸管承受的最大正反向电压：2U下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页 +TLeL下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页 tguO tTuO tOuO t1 tuO t22 下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页+LTD+(1) 电路电路下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页iL tOu tuO tTuO 2 tguO下

21、一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页aRLD2T1b+T1T2RLuoD1D2+下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页+T1T2RLuoD1D2+bRLD1T2a下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页 tOu tuO tT1uO2 tguO下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页 tuUd1O )d(sin21ttUU 2cos19 . 0LO RURUI2cos19 . 0 U下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页两种常用可控整流电路两种常用可控整流电路电路特点电路特点1. 该电路只用一只晶闸管，且其上该电路只用一只晶闸管，且其上 无反向电压。无反向电压。2. 晶

22、闸管和负载上的电流相同。晶闸管和负载上的电流相同。(1)uTD2D4u0RL+-+-下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页电路特点电路特点 1. 该电路接入电感性负载时，该电路接入电感性负载时，D1、D2 便起便起 续流二极管作用。续流二极管作用。2. 由于由于T1的阳极和的阳极和T2的阴极相连，两管控的阴极相连，两管控 制极必须加独立的触发信号。制极必须加独立的触发信号。(2)T1T2D1D2uuORL+-+-下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页 当整流电路输出接有反电势负载时，只有当当整流电路输出接有反电势负载时，只有当电电源电源的瞬时值大于反电势源电源的瞬时值大于反电势，同

23、时又有触发脉冲时，同时又有触发脉冲时，晶闸管才能导通，整流电路才有电流输出，在晶闸管才能导通，整流电路才有电流输出，在晶闸晶闸管关断的时间内，负载上保留原有的反电势管关断的时间内，负载上保留原有的反电势。另外一种负载：另外一种负载：反电势负载反电势负载 下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页 单相半控桥式整流电路接反电势负载时，输出单相半控桥式整流电路接反电势负载时，输出电压、电流波形电压、电流波形：特点：负载两特点：负载两 端的端的电压电压平均值比电阻性负载时高平均值比电阻性负载时高 输出平均输出平均电流电流比电阻性负载时低比电阻性负载时低REUIdd 因为导通角小，导电时间短，所以，

24、电流的因为导通角小，导电时间短，所以，电流的幅值与平均幅值与平均值值之比值相当大，晶闸管元件工作条件差。之比值相当大，晶闸管元件工作条件差。下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页 对于大容量电动机或蓄电池负载，常常串联对于大容量电动机或蓄电池负载，常常串联电抗器，用以平滑电流的脉动电抗器，用以平滑电流的脉动:电感滤波电感滤波下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页 全控桥每全控桥每半周期要求半周期要求触发两只晶触发两只晶闸管。闸管。 全控桥每半周期要求触发两只晶闸管。带电感性负载且没有全控桥每半周期要求触发两只晶闸管。带电感性负载且没有续流

25、二极管的情况下，此时输出电压的瞬时值会出现负值续流二极管的情况下，此时输出电压的瞬时值会出现负值 d22222sind()22 2cos0.9cosUUttUU 下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页 当在当在 内变化时，输出电压从内变化时，输出电压从0.9U下降下降到接近于零，电流连续。到接近于零，电流连续。 为了提高整流电压，也可在负载两端并接续流为了提高整流电压，也可在负载两端并接续流二极管。二极管。 在一般电阻性负载的情况下，由于本线路不比在一般电阻性负载的情况下，由于本线路不比半控桥整流优越，但比半控桥线路复杂，所以，一半控桥整流优越，但比半控桥线路复杂，所以，一般采用半控桥线

26、路。般采用半控桥线路。 它主要用于电动机需要正反转的逆变电路中。它主要用于电动机需要正反转的逆变电路中。/20下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页：即在自然换相点触发：即在自然换相点触发0 1).0当时触发相序：触发相序：ABC触发脉冲的相位：触发脉冲的相位：1200PPdU.)t(tdsinUU265621712321 设输入相电压为：设输入相电压为：tsinUuPA 22下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页 cosU.)t(tdsinUUP)()(Pd2656217123212).06当时：53).66当时330117123210262 cosU.)t(tdsinUUP)(

27、Pd下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页 可能承受的最大反向电压为可能承受的最大反向电压为：PU2222326PPUU当晶闸管没有触发信号时，晶闸管承受的最大正向电压为当晶闸管没有触发信号时，晶闸管承受的最大正向电压为:54).6当时0dU 每个周期内，副边绕组和晶闸管只有每个周期内，副边绕组和晶闸管只有1/3的时间在导通，的时间在导通，因此，变压器的利用率低。因此，变压器的利用率低。下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页电阻性负载时：电阻性负载时： 当当/6时，整流输出电压波形是时，整流输出电压波形是连续的；连续的； 当当 /6时，整流输出电压波形是时，整流输出电压波形是不连续

28、，当电源电压下降到零时，不连续，当电源电压下降到零时，电流也同时下降到零，所以，导通电流也同时下降到零，所以，导通的晶闸管关断。的晶闸管关断。 电感性负载时，在电感性负载时，在 VS1 管导通时，管导通时，电源电压电源电压Ua 加到负载上，当加到负载上，当 Ua= 0 时，由于自感电势的作用，电流的时，由于自感电势的作用，电流的变化将落后于电压的变化，所以负变化将落后于电压的变化，所以负载电流并不为零，载电流并不为零，VS1 要维持导通。要维持导通。如若电感如若电感 L 足够大，足够大，VS1 要一直导要一直导通至通至 t2 时。时。 电感越大，电流脉动越小，可电感越大，电流脉动越小，可以近为

29、一条直线以近为一条直线下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页 每只晶闸管导通角为每只晶闸管导通角为120,输出输出电压的平均值为：电压的平均值为： 在三相半波整流电路带电感性在三相半波整流电路带电感性负载时，为保证输出电压大于零，负载时，为保证输出电压大于零，要求触发角小于要求触发角小于90。 三相半波可控整流电路带三相半波可控整流电路带电感性负载时，也可加接续流电感性负载时，也可加接续流二极管二极管: 下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页cos34. 22PdUU下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页下一页下一页章目录章目录返回

30、返回上一页上一页 利用晶闸管电路把直流电变成交流电，这种对利用晶闸管电路把直流电变成交流电，这种对应于整流的应于整流的逆向过程逆向过程，称之为逆变，把直流电变成，称之为逆变，把直流电变成交流电的装置，叫做交流电的装置，叫做逆变器逆变器。 变流器交流侧接到变流器交流侧接到负载负载，把直流电逆变，把直流电逆变为某一频率或可变频率的交流电为某一频率或可变频率的交流电供给负载供给负载 变流器的交流侧接到变流器的交流侧接到交流电源交流电源上，把直上，把直流电逆变为同频率的交流电流电逆变为同频率的交流电反馈到电网反馈到电网去去逆变逆变无源逆变无源逆变:即可实现整流，又可实现逆变的装置即可实现整流，又可实现

31、逆变的装置称为变流器称为变流器下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页 无源逆变电路无源逆变电路 无源逆变器的工作原理，可以用如图所示的开关电无源逆变器的工作原理，可以用如图所示的开关电路来说明。路来说明。 当开关当开关S1、S4闭合，电流从电源正极经闭合，电流从电源正极经S1、负载、负载、S4回到电源负极；经过一定时间间隔，将开关回到电源负极；经过一定时间间隔，将开关S1、S4打开并同打开并同时将开关时将开关S2、S3闭合，则电流从电流正极经过闭合，则电流从电流正极经过S3、负载、负载、S2回到电源负极。回到电源负极。一、工作原理一、工作原理下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页

32、改变两组开关每秒内闭合和断开的次数，就可改变输出改变两组开关每秒内闭合和断开的次数，就可改变输出电压的频率，这就是它的电压的频率，这就是它的变频变频作用。作用。 交流电路在工作过程中，电流不断从一个支路向另一个交流电路在工作过程中，电流不断从一个支路向另一个支路转移，即支路转移，即换流换流。 换流在逆变电路中占有重要地位，根据开关器件及其换换流在逆变电路中占有重要地位，根据开关器件及其换流方式不同分为：流方式不同分为： 器件换流；电网换流；在负载换流；强迫换流。器件换流；电网换流；在负载换流；强迫换流。下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页 要得到较高频率的交流电，利用有触点开关是不可能

33、要得到较高频率的交流电，利用有触点开关是不可能做到的，必须采用半导体开关才能实现。做到的，必须采用半导体开关才能实现。二、单相晶闸管桥式逆变器二、单相晶闸管桥式逆变器 利用全控型器件的自关断能力进行换流。采用利用全控型器件的自关断能力进行换流。采用IGBT 、电力、电力MOSFET 、GTO 、GTR等全控型器件的电等全控型器件的电路中的换流方式是器件换流。路中的换流方式是器件换流。下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页1. 控制逆变器的输入直流电压控制逆变器的输入直流电压2. 在逆变器内部的电压控制在逆变器内部的电压控制逆变器自调控方案，脉宽控制逆变器自调控方案，脉宽控制 不改变逆变器

34、输入直流电压的大小，而是通过改变逆变不改变逆变器输入直流电压的大小，而是通过改变逆变器中晶闸管（或晶体管）的导通时间以控制输出脉冲的宽度器中晶闸管（或晶体管）的导通时间以控制输出脉冲的宽度来改变逆变器输出电压。来改变逆变器输出电压。 单相无源逆变器的电压控制单相无源逆变器的电压控制交交-直直-交变频器中常用交变频器中常用 可控整流方案：电源为交流，则可以通过可控整流方案：电源为交流，则可以通过可控整流可控整流电电路，把交流变成可调的直流输入到逆变器，从而控制逆变路，把交流变成可调的直流输入到逆变器，从而控制逆变器的输出交流电压。器的输出交流电压。 斩波调压方案：若是直流电源，则可控制斩波调压方

35、案：若是直流电源，则可控制斩波器斩波器改变直改变直流输入电压的大小。但输出交流电压波形的谐波成分随着输流输入电压的大小。但输出交流电压波形的谐波成分随着输出电压的减少而增加。出电压的减少而增加。下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页 若使控制角从若使控制角从0变到变到1800，将可以使逆变器，将可以使逆变器的输出电压从最大值变到零。的输出电压从最大值变到零。 下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页 晶闸管开关器件一旦导通，晶闸管开关器件一旦导通，不能自行关断不能自行关断，要关断晶，要关断晶闸管，需要设置闸管，需要设置强迫关断电路强迫关断电路，增加了成本，降低了可靠，增加了成本，降低

36、了可靠性，也限制了开关频率。绝大多数逆变器都采用性，也限制了开关频率。绝大多数逆变器都采用全控型的全控型的电力半导体器件电力半导体器件。 直流侧并联大电容相当于直流侧并联大电容相当于电压源电压源，直流侧电压基本无波动。，直流侧电压基本无波动。当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电容还起当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电容还起缓冲缓冲无功能量无功能量的作用；逆变桥反并联的二极管为其反馈能量提供通道。的作用；逆变桥反并联的二极管为其反馈能量提供通道。逆变电路按直流电源的性质分逆变电路按直流电源的性质分为：电压型和电流型为：电压型和电流型三、电压型逆变电路三、电压型逆变电路下一页

37、下一页章目录章目录返回返回上一页上一页 有两个桥臂，每个桥有两个桥臂，每个桥臂有一个可控器件和一臂有一个可控器件和一个反并联二极管组成。个反并联二极管组成。1、单相半桥电压型逆变电路、单相半桥电压型逆变电路输出电压波形为矩形波，输出电流波形随负载情况而异。输出电压波形为矩形波，输出电流波形随负载情况而异。 IGBT为通态时，负载电流与电压为通态时，负载电流与电压同方向同方向；二极管为通态；二极管为通态时，两者时，两者反向反向，负载电感中储存的能量向直流侧反馈。，负载电感中储存的能量向直流侧反馈。下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页 有四个桥臂，每个桥臂有四个桥臂，每个桥臂有一个可控器件

38、和一个反并有一个可控器件和一个反并联二极管组成。联二极管组成。 即两个半桥组合而成。即两个半桥组合而成。 导通方式：成对的两个桥导通方式：成对的两个桥臂同时导通，两对交替各导臂同时导通，两对交替各导通通1802、单相全桥电压型逆变电路、单相全桥电压型逆变电路输出电压波形为矩形波，输出电流波形随负载情况而异。输出电压波形为矩形波，输出电流波形随负载情况而异。下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页3、三相桥式电压型逆变电路、三相桥式电压型逆变电路三个单相半桥逆变电路组成三个单相半桥逆变电路组成 任意瞬间将有三个桥臂同任意瞬间将有三个桥臂同时导通，时导通， 换流方式为纵向换流：每换流方式为纵向

39、换流：每次换流都在同一相上下两次换流都在同一相上下两个桥臂之间进行。个桥臂之间进行。 同一相的上下两个桥同一相的上下两个桥臂交替导通臂交替导通180；各相；各相开始导通的角度依次差开始导通的角度依次差120。下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页000013NUVWuuuu下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页电流型逆变电路主要电流型逆变电路主要特特点点 (1) 直流侧串大电感，电流基直流侧串大电感，电流基 本无脉动，相当于电流源。本无脉动，相当于电流源。 即直流电源为即直流电源为电流源电流源的逆变电路。的逆变电路。电流型三相桥式逆变电路电流型三相桥式逆变电路 (2) 交流输出电流

40、为矩形波，与负载阻抗角无关。输出电压波形和相位交流输出电流为矩形波，与负载阻抗角无关。输出电压波形和相位 因负载不同而不同。因负载不同而不同。 (3)直流侧电感起缓冲无功能量的作用，不必给开关器件反并联二极管。直流侧电感起缓冲无功能量的作用，不必给开关器件反并联二极管。电流型逆变电路中，采用半控型器件的电路仍应用较多。电流型逆变电路中，采用半控型器件的电路仍应用较多。四、电流型逆变电路四、电流型逆变电路下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页 直流斩波电路：即直流斩波电路：即直流直流直流变换器直流变换器，将直，将直流电源电压加在负载上，通过改变开关的动作频流电源电压加在负载上，通过改变开关

41、的动作频率或直流电流的流通时间比例，来改变加在负载率或直流电流的流通时间比例，来改变加在负载上的上的电压和电流平均值电压和电流平均值的电路。的电路。直流斩波电路分为：降压和升压直流斩波电路分为：降压和升压1. 降压斩波电路降压斩波电路下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页 由电力半导体器件的控制极触发导通，关断时由电力半导体器件的控制极触发导通，关断时给负载中的电感电流提供通道给负载中的电感电流提供通道续流二极管续流二极管onoddtuUUt 减小导通占空比，减小导通占空比，输出电压随之减小，故输出电压随之减小，故称为降压斩波电路。称为降压斩波电路。下一页下一页章目录章目录返回返回上一页

42、上一页 第一种第一种 PWM：开关频率不变，改变开关管一周期内的：开关频率不变，改变开关管一周期内的通态时间；通态时间； 第二种第二种 PFM：改变开关频率或周期，一周期的通态：改变开关频率或周期，一周期的通态时间不变；时间不变； 改变开关管在一个周期中的相对导通时间，即改变导通改变开关管在一个周期中的相对导通时间，即改变导通占空比，即可调节和控制输出电压。根据对输出电压平均值进占空比，即可调节和控制输出电压。根据对输出电压平均值进行调制的方式不同，斩波电路有三种控制方式：行调制的方式不同，斩波电路有三种控制方式： 第三种第三种 混合型：开关频率和导通占空比都变化。混合型：开关频率和导通占空比

43、都变化。下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页 升压：直流输升压：直流输出电压高于电出电压高于电源电压源电压 利用电感线圈利用电感线圈所产生的反电所产生的反电动势，与电源动势，与电源电压串联相加电压串联相加即可获得升压即可获得升压2. 升压斩波电路升压斩波电路(直流直流直流升压变换器直流升压变换器)升压电感升压电感升压斩波电路的两种工作方式：电流连续和断流升压斩波电路的两种工作方式：电流连续和断流下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页开关管和二极管轮流工作：开关管和二极管轮流工作： 电源电压加在升压电感上，电源电压加在升压电感上，积蓄能量；电容给负载供积蓄能量；电容给负载供电电 开

44、关管阻断时，电源功率开关管阻断时，电源功率和电感储能向负载转移，和电感储能向负载转移，同时给电容充电同时给电容充电如此循环如此循环donodoffU ItUUItodofftUUt下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页211dUIR升压斩波电路的关键：升压斩波电路的关键： 电感储能，使之具有电压泵升的作用；电感储能，使之具有电压泵升的作用； 电容使输出电压得以维持电容使输出电压得以维持11oddofftUUUt下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页 PWM控制技术就是对脉冲的宽度进行控制技术就是对脉冲的宽度进行调制调制的技术，它的技术，它通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来通过对一系

45、列脉冲的宽度进行调制，来等效等效地获得所需要地获得所需要的波形的波形(含形状和幅值含形状和幅值)。 直流斩波电路采用的就是直流斩波电路采用的就是PWM控制技术中最为简单的一种。控制技术中最为简单的一种。这种电路把直这种电路把直 流电压流电压“斩斩”成一系列脉冲，以改变脉宽的成一系列脉冲，以改变脉宽的占空比来获得所需的输出电压。改变脉冲的导通占空比就占空比来获得所需的输出电压。改变脉冲的导通占空比就是对脉冲宽度进行调制。是对脉冲宽度进行调制。 只因为输入电压和所需要的输出电压都是直流电压，只因为输入电压和所需要的输出电压都是直流电压，因此脉冲既是等幅的，也是等宽的，仅仅是对脉冲的导通因此脉冲既是等幅的，也是等宽的，仅仅是对脉冲的导通占空比进行控制。占空比进行控制。 PWM控制技术在逆变电路中的应用广泛，对逆变电路的影控制技术在逆变电路中的应用广泛，对逆变电路的影响也最为深刻。响也最为深刻。下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页1)PWM控制的基本原理控制的基本原理: 采样控制理论有一个重要的原理采样控制理论有一个重要的原理冲量等效冲量等效原理：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有原理：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。惯性的环节上时，其效果基本相同。 冲量即指窄脉冲的面积，效果基本