电力电子技术讲义C610ppt课件

1、第第6章章 晶闸管的串并联和保护晶闸管的串并联和保护6.1晶闸管的串并联晶闸管的串并联6.2晶闸管的保护晶闸管的保护VT1VT2UT1UT2UT1 UT2IRUIVT1VT2分压不均当VT1/VT2承受正压而未导通时，由于其漏电流一样（IR），但其正向特性不同，造成分压不均，承受高电压者首先硬开通，同理，受反压时将先后击穿。6.1晶闸管的串并联晶闸管的串并联6.1.1晶闸管的串联晶闸管的串联使用场合使用场合在高电压的晶闸管电路中，管子关断时实际承受在高电压的晶闸管电路中，管子关断时实际承受的电压超过单管额定电压，可采用多个元件串联的电压超过单管额定电压，可采用多个元件串联存在问题存在问题均压措

2、施均压措施VT1VT2均压措施CCRjRRRj（1）均压电阻（静态均压）R j与VT并联，由于RjVT漏电阻，故总电阻基本相同，达到均压目的。Rj电阻相对于VT导通电阻大得多。（2）阻容均压（动态均压）开通时，后开通的管子受高压；关断时，先关断的管子受高压。利用电容电压不能突变实现动态均压。R为限流电阻（防止VT导通时C放电电流过大）Rj/RC 数值可参考有关资料数值可参考有关资料6.1.2晶闸管的并联晶闸管的并联使用场合使用场合在高电压大电流的晶闸管电路中，管子导通时实际流过的电流超过单管额定电流，可采用多个元件并联VT1VT2iT1iT2iT1iT2UTUIVT1VT2分流不均当VT1/V

3、T2受正压导通时，由于其电压一样（UT），但其正向特性不同，造成分流不均，承受大电流者首先击穿。存在问题存在问题均流措施均流措施VT1VT2iT1iT2RRVT1VT2iT1iT2+-+e均 流 措 施（ 1） 均 流 电 阻串 小 电 阻 R， R较 VT导 通 电 阻大 ， 故 各 支 路 电 阻 基 本 相 同（ 均 为 R） ， 达 到 均 流 目 的 。均 流 电 阻 增 加 电 路 损 耗 。（ 2） 均 流 电 感均 流 电 感 损 耗 小 ， 还 可 抑 制di/dt, 但 体 积 太 大 。例如50A的管子,导通压降1V,其等效导通电阻为1/50=0.02可取均流电阻0.04

4、 .211TTTiiei6.2晶闸管的保护晶闸管的保护晶闸管保护包括晶闸管保护包括:过电流过电流,过电压过电压,du/dt,di/dt保护保护过电流过电流:器件热容小器件热容小,过电流引起温升过电流引起温升,损坏器件损坏器件过电压过电压:造成硬开通或反向击穿造成硬开通或反向击穿du/dt: 器件的电容效应引起误导通器件的电容效应引起误导通,A级级25V/us G级级1000V/usdi/dt: 太大引起门极附近过热损坏，太大引起门极附近过热损坏，A级级25A/us G级级500A/us6.2.1过电流及其保护过电流及其保护过电流产生的原因过电流产生的原因电源异常，负载异常，器件损坏，造成流过电

5、源异常，负载异常，器件损坏，造成流过晶闸管的电流有效值超过允许值晶闸管的电流有效值超过允许值过电流保护措施过电流保护措施I(A)快 熔晶 闸 管保 护 特 性At(ms)(1)快 速 熔 断 器 （ 短 路 保 护 ）RLS（ 螺 旋 式 ） ： 小 电 流RS3、 RS0（ 汇 流 排 式 ）RTK（ 插 入 式 ） ： 大 电 流额 定 电 压 ： 250、 500、 750、 1000、 1500V额 定 电 流 ： 10、 50、 100、 200、 350、 500、 750、 1000A从 保 护 特 性 中 看 出 ， A点 以 上 快 熔 先 于 晶 闸 管 熔 断 ，故 快

6、熔 只 能 起 短 路 保 护 ， 不 宜 作 过 载 保 护 ， 当 电 流较 小 时 ， 快 熔 与 晶 闸 管 均 不 损 坏 ， 即 正 常 工 作 。晶闸管出现晶闸管出现6倍过电流时约倍过电流时约20ms损坏损坏快熔动作时间快熔动作时间0.4KV抑制措施：原副边绕组加接地屏蔽层（减少C1） 副绕组接Cs (U2/U1=C1/(C1+C2+Cs)CLRVTVTKLuR=15,C=0.1uFCLRVTVTKLuR=15,C=0.1uF（ 5） 晶 闸 管 过 电 压 RC吸 收 电 路ULBV T+-+-iTiTt内 部 残 存 载 流 子 在 U 反 向 时形 成 瞬 间 反 向 电

7、流 ， 此 电 流存 在 时 间 极 短 ， di/dt很 大 ，在 LB上 产 生 图 示 高 压 ， 使 晶闸 管 出 现 过 电 压 。（ 6） 硒 堆 保 护特 性 曲 线硒 的 特 点 是 能 克 服 RC电 路吸 收 能 力 有 限 的 缺 点 ， 但其 反 向 特 性 不 陡 ， 长 期 不用 会 老 化 。一 片 硒 片 反 向 电 压 有 效 值一 般 为 2030V ， 当 正 常 工作 电 压 为 220V 时 ， 可 采 用8片 一 组 ， 正 反 两 组 共 16片 。)5/330(5/33031,28515523 . 1,155:1KAVMYVUVmA可选则额定电压

8、交流侧电压有效值为例6.2.3di/dt,du/dt保护保护du/dt的限制措施的限制措施(1)进线加电抗器进线加电抗器(有变压器不用有变压器不用,因其有漏感因其有漏感)(2)晶闸管桥臂串晶闸管桥臂串2030uH的空芯电抗器或套磁环）的空芯电抗器或套磁环）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电路采用整流式阻容吸收电路uHLuHLVUHULsALUdtdieLUdtdieRUiUiRdtdiLtdtdiiRdtdiLtUVTEusVdtduAusAdtdiKPdtdudtditLRtLR20,12,220)(1025210/252)(2)1(

9、2:21sin)(sin2:)(/500/)(/25/,410/,/:26262max222max2取有设即其解为时产生于导通级级设起为例以示例限制例uHHLRRCKRCdtdumHLKmAVRVKPmARULusVsVLRUdtdueLRUdtdueUuidtduRLudtdiLiRURSCRdtduKAKAKAKAKAKtLRAKAKtLRAKAKAKAKAKAKAK3.9)(1050015220215,./,)(18010500103022023015/400,40041015105002/500)/(2)(2)1(2)(2:,/,663622max222电压不能突变闭合时吸收电路一般采

10、用故所需电感极大则耐压漏电流一般晶闸管的反向峰值为漏电流电路如图等效可忽略负载电阻未导通此时将产生最大的在电源峰值时闭合uHHLRRCKRCdtdumHLKmAVRVKPmARULusVsVLRUdtdueLRUdtdueUuidtduRLudtdiLiRURSCRdtduKAKAKAKAKAKtLRAKAKtLRAKAKAKAKAKAKAK3 . 9)(1050015220215,./,)(18010500103022023015/400,40041015105002/500)/(2)(2)1 (2)(2:,/,663622max222电压不能突变闭合时吸收电路一般采用故所需电感极大则耐压漏

11、电流一般晶闸管的反向峰值为漏电流电路如图等效可忽略负载电阻未导通此时将产生最大的在电源峰值时闭合uHHLRRCKRCdtdumHLKmAVRVKPmARULusVsVLRUdtdueLRUdtdueUuidtduRLudtdiLiRURSCRdtduKAKAKAKAKAKtLRAKAKtLRAKAKAKAKAKAKAK3.9)(1050015220215,./,)(18010500103022023015/400,40041015105002/500)/(2)(2)1(2)(2:,/,663622max222电压不能突变闭合时吸收电路一般采用故所需电感极大则耐压漏电流一般晶闸管的反向峰值为漏电

12、流电路如图等效可忽略负载电阻未导通此时将产生最大的在电源峰值时闭合uHHLRRCKRCdtdumHLKmAVRVKPmARULusVsVLRUdtdueLRUdtdueUuidtduRLudtdiLiRURSCRdtduKAKAKAKAKAKtLRAKAKtLRAKAKAKAKAKAKAK3 . 9)(1050015220215,./,)(18010500103022023015/400,40041015105002/500)/(2)(2)1 (2)(2:,/,663622max222电压不能突变闭合时吸收电路一般采用故所需电感极大则耐压漏电流一般晶闸管的反向峰值为漏电流电路如图等效可忽略负载

13、电阻未导通此时将产生最大的在电源峰值时闭合第第7章章 自关断器件自关断器件7.1电力晶体管电力晶体管GTR7.2其它自关断器件其它自关断器件)(7 .0;0;0;)2(0)(0)1 (硅管此时放大状态集电结反偏即发射结零偏或反偏为负或截止状态VuuuRIEUIIUIIIEIcebcbeLCCceBCceCBCBB7.1电力晶体管电力晶体管GTR7.1.1结构和工作原理结构和工作原理10%90%tftdtontst0fftt90%10%90%10%IBIc90%trPN结 存 在 势 垒 电 容 和 扩 散 电 容开 通 时 间 ton=td(延 时 ） +tr(上 升 ） ns级关 断 时 间

14、 toff=ts(存 储 ） +tf(下 降 ） us级toffton,器 件 供 应 商 只 给 toff参 数普 通 光 耦（ 1） 主 电 路 与 控 制 电 路 采 用 光 耦 隔 离 ， 并 独 立 供 电高 传 输 比 光 耦高 速 光 耦（ 2） 互 补 推 挽 输 出 可 以 提 供 反 抽 电 流 ， 加 速 关 断（ 3） 加 速 电 容 形 成 强 触 发 脉 冲 ， 加 速 开 通（ 4） 抗 饱 和 贝 克 箝 位 电 路 保 证 GTR工 作 在 临 界 饱 和 状 态 （ Uces0.7V)， 提 高 开 关 速 度 。 由 于 基 极 最 大 驱 动 电 流 恒

15、 定 （ 不 随 Ic变 化 ） 故 称 恒 流 驱 动 电 路 。 GTR集 成 驱 动 电 路 有 UA4002UA4004/EXB840、 EXB850。属电流器件型器见工作在开关状态属全控大功率变化而变化和且随值较小的说明深饱和状态准饱和状态饱和状态GTRGTRTIGTRVUVUUICcececeB;, 2010,:,3 . 0;,1:) 3 (7.1.2GTR的开关特性的开关特性VBUIIeboCMBM8;)6121(:) 1 (基极参数.5 .4/5 .4;9/1,)3(., 83,)2()()1 (2KVKAKVKAGTOSCRGTRususttIIIGTOoffonoffGMA

16、TOoffoffATO的最大容量为目前而高于工作频率低于数十数和关断时间开通时间对驱动电路不利较大的关断电流故门极需要较小一般电流关断增益最大可关断电流额定电流的主要参数7.1.3GTR的主要参数的主要参数VT1VT2VT1VT2VD1VD2R2R1IcIc1Ic2bcebceb1达 林 顿 复 合 管GTR模 块Ib0Ib=0Ib0Psb二 次 击 穿 功 耗 线ABCIcUcePcm PsbUceIc安 全 工 作 区二 次 击 穿 特 性UcmIcm一 次 击 穿 (雪 崩 击 穿 ）Pcm一 次 击 穿 功 耗 线导通压降很低导通压降很低7.1.4GTR的二次击穿与安全工作区的二次击穿

17、与安全工作区.,:) 2 (.,:) 1 (工作区要大很多为脉冲电流时当区图示工作区为直流工作安全工作区损坏电压迅速下降而热击穿加后就会出现电流迅速增当管耗达到器件与其它器件不同后才会出现热击穿损坏到一般器件只有在管耗达一次雪崩击穿后二次击穿CceSBCMIUPGTRP.6/4/2/1.,22,/:1121单元元单单元单元模块有为续流二极管供方便提亦是为外部快速关断的引出反向电流电流通道提供在管子关断时为提高可靠性集电极漏电流用于减少电路中电阻模块GTRVDGTRbVTVDRRGTR7.1.5达林顿复合管和达林顿复合管和GTR模块模块(2)集 电 极 参 数 :a额 定 电 压 BUceoIc

18、Uce1234BUcbo1234 从 图 中 可 以 看 出 ,基 极 加 反 压 可 提 高 集 射 极 的 耐 压 能 力 . 额 定 电 压 一 般 减 半 使 用b额 定 电 流 I cm 受 管 耗 限 制 ,减 半 使 用c集 电 极 功 耗 Pcmd最 高 结 温 TjmtIB理 想 的 基 极 驱 动 电 流 波 形V1V2V3V4V5VV6VD2VD3VD4C1C2VD1R1R2R3R4R5Vs+10V+15V恒 流 驱 动 电 路IcUce1234BUcbo1234 从 图 中 可 以 看 出 ,基 极 加 反 压 可 提 高 集 射 极 的 耐 压 能 力 . 额 定 电

19、 压 一 般 减 半 使 用b额 定 电 流 I cm 受 管 耗 限 制 ,减 半 使 用c集 电 极 功 耗 Pcmd最 高 结 温 Tjm).();(,:21121212121两个管子开关速度慢导通损耗大但饱和压降大的输出功率可大大减小驱动电路一定时在负载电流较大即达林顿复合管cececebbbcccUUUIIIIII7.1.6GTR驱动电路驱动电路tIB理想的基极驱动电流波形或降低管子的饱和深度速关断抽取电流以加基极加反压降低电流的上升速度及幅度增大基极驱动采用强触发减小提高开关频率的方法高开关频率较说明)()()10(offonZttKHSCRGTRN沟 道P沟 道MOSFET电 气

20、 图 形 符 号G（ 栅 极 ）D（ 漏 极 ）S（ 源 极 ）GDS7.1.7GTR保护电路保护电路7.2其它大功率器件简介其它大功率器件简介7.2.1可关断晶闸管可关断晶闸管GTOAGKAGK等 效 电 路电 气 符 号.,)()4(20)3()2() 1 (2的主要原因也是动态需要驱动电流原因的主要级开关频率这是影响极间电容栅源极电压和漏极脉冲电流漏极直流电流即额定电压漏极电压主要参数nsMOSFTVUUIIUGDGSDMDDSCVD快速二极管di/dt的限制Rdu/dt的限制RCD保护电路1 SCR采用RC保护电路，GTR或 其它自关断器件采用RCD保护 电路（开关频率高，du/dt大

21、）。2 GTR承受浪涌电流的能力弱， 不能采用快熔保护。7.2.2电力场效应晶体管电力场效应晶体管MOSFET.).,(,.,1局部损坏元的特性不一致造成后关断元的失效原理是指因各在临界饱和导通状态工作不同与压时关断加反向脉冲电脉冲电压时导通门极加正向于全控型电流器件属元组成内部有数百个小件是一种多元功率集成器工作原理GTOGTOGTOGTOSCRGTOGTOS1S2S1S3S2S4S1S2C1C2DCACDCDCACAC单 相 半 桥单 相 桥 式单 相 零 式特点：低输入电流，高工作特点：低输入电流，高工作频率，高通态电阻。频率，高通态电阻。.,.0,),(,)(0,0,12GTRMOSI

22、DSNUUIDSUsioMOSDTGSDGS曲线类似其输入输出特性所需驱动电流小栅极输入阻抗高全控型电压器件是一种管属单元集成器件方向箭头表示载流子的移动之间导通沟道应电子栅极下感时阀值电压无导电粒子时绝缘材料有管的栅极与漏极或源极工作原理7.2.3绝缘栅极双极型晶体管绝缘栅极双极型晶体管IGBT0.0360.03650.0370.03750.0380.03850.0390.03950.04-15-10-5051015uo 利用MOS管的高开关频率，低驱动功率和GTR的低导通压降构成的新型复合器件，是一种全控电压型集成器件，工作频率低于MOS管100KHz)，高于GTR。已实现模块化，容量接近

23、GTR，但均不如SCR及GTO目前最大容量目前最大容量12KV/400A；1KV/800A本章小结本章小结功率器件包括：功率器件包括：SCR、GTO、GTR、MOSFET、IGBT（1SCR属半控型，其他为全控型属半控型，其他为全控型（2SCR/GTO/GTR属电流型器件，属电流型器件，IGBT/MOSFET属电压型属电压型GTO/MOSFET/IGBT属多元集成器件属多元集成器件（3容量大容量大小顺序低频段）：小顺序低频段）：SCR/GTO/IGBT/ GTR/MOSFET (4)工作频率高工作频率高低顺序低容量）：低顺序低容量）： MOSFET100KHz) GTR(10KHz)/IGBT

24、/ GTO/SCR（5SCR/GTO可用快熔实现短路保护，可用快熔实现短路保护，GTR存在二次击穿问题。存在二次击穿问题。参阅教材参阅教材图图0-1第第8章章 无源逆变电路无源逆变电路8.1单相逆变电路单相逆变电路8.2三相逆变电路三相逆变电路8.3逆变电路中的一些问题逆变电路中的一些问题8.1单相逆变电路单相逆变电路逆变电路逆变电路DC/AC）：有源逆变）：有源逆变/无源逆变无源逆变无源逆变电路的应用：无源逆变电路的应用：（1动力为直流蓄电池、太阳能电池而负载为动力为直流蓄电池、太阳能电池而负载为 交流负载的调速电源，如电机、机车、叉车等；交流负载的调速电源，如电机、机车、叉车等；（2变频电

25、源，如交流调速电源、感应加热电源变频电源，如交流调速电源、感应加热电源; (3)特殊电源，如特殊电源，如UPS电源、航空机载电源电源、航空机载电源400Hz)。8.1.1基本电路基本电路GCECGE电 气 符 号等 效 电 路逆变器分电压型逆变器分电压型/电流型；存在换相问题：无法进行电网电流型；存在换相问题：无法进行电网换相，可通过器件换相、负载换相、电容换相；换相失败换相，可通过器件换相、负载换相、电容换相；换相失败将造成直通现象，损坏逆变装置。将造成直通现象，损坏逆变装置。VD1VD3VD2VD4VT1VT3VT2VT4ELRMOS管 构 成 的 单 相 桥 式 逆 变 器单相桥式仿真模

26、型单相桥式仿真模型f81.mdlE=10V，R=1，L=0.01H0.0360.03650.0370.03750.0380.03850.0390.03950.04-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.6io ug2ug1+-vu0+i-i0akmVD4akmVD3akmVD2akmVD1tTo Workspace1Scope2Scope1dgsmS4dgsmS3dgsmS2dgsmS1EClock RL)()(21.,1:, 0)()1(11)(1当于短路负载对高频谐波电流相输出电压近似为正弦波恒流供电输出电流为矩形波器件开关频率且为纯电阻此时总阻抗最大得令其虚部为负载总阻抗LCf

27、LCRLCLjRCLLjRcjLjRcjZo.);(:.44. 4,),(,:HzffBSnfEf数万在数百提高增加设备成本提高工件获取高温的方法感应电势熔化引起金属发热涡流电势及感应电流在金属材料中产生感应磁通将产生同一频率的交变的交变电流线圈通入频率为感应加热炉工作原理8.1.2并联谐振逆变器感应加热电源）并联谐振逆变器感应加热电源）L(恒 流 供 电 ）L1L3L2（ 限 制 di/dt)L4LC（ 补 偿 电 容 ）RVT1VT2VT3VT4+-U d并 联 谐 振 逆 变 电 路RL感 应 加 热 炉 等 效 电 路感应加热炉的工作原理感应加热炉的工作原理并联谐振电流型逆变电路并联谐

28、振电流型逆变电路ffoZ采用大电感滤波，实现恒流供电；负载并联补偿电容，一方面提高功率因数,一方面实现负载换向；桥臂串电感限制di/dt。VT1/VT4导通，负载得到左+右的电压；VT2/VT3导通，负载得到右+左的电压，实现DC/AC的变换。开关器件的工作频率等于负载的谐振频率，此时电路输出功率最大，效率最高。EEUtttEuoo9.024)5sin513sin31(sin41值输出基波交流电压有效二极管用于续流LdL1L3L2（ 限 制 di/dt)L4LCRVT1VT2VT3VT4+-U d电 压 型 串 联 谐 振 逆 变 电 路Cd换向过程换向过程（1稳定导通阶段：VT1/VT4导通

29、，补偿电容电压左+右-。（2换向阶段：负载正弦波电压过零前触发VT2/VT3导通，由于L1L4的作用，iT14、iT23，电容反压加在VT1/VT4上，使VT1/VT4关断。属负载换相：补偿电容使负载过补偿，补偿电容较一般的换向电容容量大，线路工作在容性小失谐状态，即晶闸管触发脉冲的频率稍高于负载的谐振频率。大容量低频感应加热电源采用普通晶闸管大容量低频感应加热电源采用普通晶闸管KP或快速晶闸或快速晶闸管管KK），中小容量高频感应加热电源采用其它全控型器件），中小容量高频感应加热电源采用其它全控型器件8.1.3串联谐振逆变器感应加热电源）串联谐振逆变器感应加热电源）并联谐振式逆变器适用于低阻值

30、负载，采用电流型逆变器并联谐振式逆变器适用于低阻值负载，采用电流型逆变器串联谐振式逆变器适用于高阻值负载，采用电压型逆变器串联谐振式逆变器适用于高阻值负载，采用电压型逆变器Ud+-NNUWUVVWuUN=Ud/3uUN=2Ud/3直流电源经直流电源经LC滤波恒压供电滤波恒压供电.,),()(,2101)1(1以实现负载换向为过补偿并使补偿以提高负载功率因数补偿电容与负载串联负载呈高阻状态对高次谐波电压输出电流为正弦波输出电压为矩形波效率最高最大最小谐振时得串联谐振频率令IZLCfCLCLjRCjLjRZodUVUVddUVdmUVdUVdUNUNddUNdmUNdUNUtduUUUUUUttt

31、UuUtduUUUUUUtttUu816.02178.0232;323)7sin715sin51(sin32471.02145.022;2)3()7sin715sin51(sin22021120211倍正好是相电压的输出线电压即倍次谐波无偶次及输出相电压C1C4VD1VD4L1L4VT1VT4R1xy+_Ud8.2三相逆变电路三相逆变电路8.2.1串联电感式逆变电路电压型）串联电感式逆变电路电压型）工作原理工作原理uHHLRRCKRCdtdumHLKmAVRVKPmARULusVsVLRUdtdueLRUdtdueUuidtduRLudtdiLiRURSCRdtduKAKAKAKAKAKtLR

32、AKAKtLRAKAKAKAKAKAKAK3.9)(1050015220215,./,)(18010500103022023015/400,40041015105002/500)/(2)(2)1(2)(2:,/,663622max222电压不能突变闭合时吸收电路一般采用故所需电感极大则耐压漏电流一般晶闸管的反向峰值为漏电流电路如图等效可忽略负载电阻未导通此时将产生最大的在电源峰值时闭合管子导通角180即任意时刻都有三个管子同时导通另有120）S1S4S3S6S5S2UNVWCd+-Ud管 子 导 通 角 180度S1S2S3S4S5S6uUVuVWuWUuUNttttC1C4VD1VD4L1L

33、4VT1VT4R1xy+_Ud换相过程换相过程UdC1C4C3C6C5C2VD1VD4VD3VD6VD5VD2L1L4L3L6L5L2UV WVT1VT4VT3VT6VT5VT2R1R2R3+-三相逆变器任何时刻均有任何时刻均有3个个管子导通，若管子导通，若VT4导通，则导通，则VT1关断。关断。C1C4VD1VD4L1L4VT1VT4R1xy+_UdioUic4ic1+C1C4VD1VD4L1L4VT1VT4R1xy+_UdioUic4ic1+.,4,0, 1,4),1(4,4,40,) 3 (144开始下降能量送回电源储存的实际上是将负载电感中续流负载电流经即充电结束时当与此同时串接环流为

34、消耗形成环流导通故忽略极小可不能反充的箝位作用因的感应电势上产生下时在放电电流达到最大值环流反馈阶段odCCCiVDUUURVDRCVDLU01,21,4/1, 4141)0(1),0(4,1,4,2, 0,VT4(2)14141414144441受反压为时当开始增加充放电电流均从即有对上式取导且令即充电以电压从放电以负载电流不能突变电感电流不能突变受反压关断导通电容电压不能突变导通瞬间触发换相阶段VTUuiCCiiCCUCdtiCdtiUuuUiCUiCiiiiiiiiiVTVTouUuUuuudCoCCdCCdCCdodooCoCoUoVTLydxdCLCdyxdCCdUuuUuuULVT

35、U411, 0:1) 1 (此时稳定导通阶段.4.,4,4,)4(这是一种强迫换流方式大的宽度触发脉冲要有足够故电流反向通正常导截止环流及反馈结束后负载电流反向阶段VTVTVDVT1VT2VT3VT4VT5VT6tttiUiViwLdUVWVT5VT3VT2VT6VT4VT1+UdIdId8.2.2串联二极管式逆变电路电压型）串联二极管式逆变电路电压型）uHHLRRCKRCdtdumHLKmAVRVKPmARULusVsVLRUdtdueLRUdtdueUuidtduRLudtdiLiRURSCRdtduKAKAKAKAKAKtLRAKAKtLRAKAKAKAKAKAKAK3.9)(10500

36、15220215,./,)(18010500103022023015/400,40041015105002/500)/(2)(2)1(2)(2:,/,663622max222电压不能突变闭合时吸收电路一般采用故所需电感极大则耐压漏电流一般晶闸管的反向峰值为漏电流电路如图等效可忽略负载电阻未导通此时将产生最大的在电源峰值时闭合.816.02,78.0,1.1)sin1117sin715sin51(sin32120,20211duUdUdmUdUItdiIIIIIttttIi管子导通角电流型逆变器工作原理工作原理LdUVWVT3VT1+UdIdVD1VD3C13+ioC1 C3C5C13=(C1串

37、 C3） 并 C5换相过程换相过程LdUVWVT3VT1+UdIdVD1VD3C13+ioC1 C3C5C13=(C1串C3）并C5.1, 0,11,3) 1 (1313313一直受反压下降为从恒流放电电容因负载电流不能突变关断反压加于导通触发恒流放电阶段VTUuCiiiVTVTuVTCOCoUTCuHHLRRCKRCdtdumHLKmAVRVKPmARULusVsVLRUdtdueLRUdtdueUuidtduRLudtdiLiRURSCRdtduKAKAKAKAKAKtLRAKAKtLRAKAKAKAKAKAKAK3.9)(1050015220215,./,)(18010500103022

38、023015/400,40041015105002/500)/(2)(2)1(2)(2:,/,663622max222电压不能突变闭合时吸收电路一般采用故所需电感极大则耐压漏电流一般晶闸管的反向峰值为漏电流电路如图等效可忽略负载电阻未导通此时将产生最大的在电源峰值时闭合.3/2,1,/,2/1),(0)2(131313稳定导通关断时当同时导通极性如图后开始反充放电至二极管换相阶段VTVTVDuuiiuVDVDuCOCVUCC8.3逆变电路中的一些概念逆变电路中的一些概念8.3.1换相问题换相问题电网换相电网换相/器件换相器件换相/强迫换相强迫换相/负载换相负载换相8.3.2分类问题分类问题电压

39、型：直流侧接大电容，输出电压为矩形波，感电压型：直流侧接大电容，输出电压为矩形波，感性负载性负载能量反馈直流侧需在桥臂并联反馈二极管，当用交能量反馈直流侧需在桥臂并联反馈二极管，当用交-直直-交交变频器且负载为电动机时，无法实现再生制动直变频器且负载为电动机时，无法实现再生制动直流侧电流侧电压不能改变方向），需再反并一组逆变器。压不能改变方向），需再反并一组逆变器。电流型：直流侧接大电感，输出电流为矩形波，电流型：直流侧接大电感，输出电流为矩形波，直流侧电感电流不能反向，故桥臂无需并联反直流侧电感电流不能反向，故桥臂无需并联反馈二极管，当用交馈二极管，当用交-直直-交变频器且负载为电动交变频器

40、且负载为电动机时，若交机时，若交-直变换为可控整流时，可实现再生直变换为可控整流时，可实现再生制动。制动。8.3.3输出电压控制问题输出电压控制问题逆 变 器可 控 交 流 电 压（ 2） 当 输 入 直 流 电 压 用 交 流 电 源 整 流 时采 用 可 控 整 流 等交 流采 用 变 频 器 对 电 机 调 速 时 （ n=60f/p） ， 若 定 子 电 压不 变 ， 则 电 机 转 速 的 变 化 必 将 引 起 电 机 铁 芯 磁 通 的变 化 （ U =4.44f$),故 恒 磁 通 调 速 在 变 频 的 同 时 必 须 调 压 。%)14232,2,3(.3,)2cos2si

41、n2sinsin()30( 5sin)30sin(3)60( 5sin)60( 3sin)60sin(5sin3sinsin512153125311PPPPPtatauuutatatautatatauooooo下降相比与但总容量为的整数倍谐波了合成后的输出电压消除可见则设8.3.4逆变器输出谐波电压逆变器输出谐波电压/电流的抑制电流的抑制采用常用的低通滤波器，对滤波器元件要求高，且整采用常用的低通滤波器，对滤波器元件要求高，且整个滤波电路的重量与尺寸很大，一般不能采用。代之个滤波电路的重量与尺寸很大，一般不能采用。代之以：以：（1SPWM脉冲宽度调制技术将在第脉冲宽度调制技术将在第10章介绍）

42、章介绍）（2多重化技术多重化技术将二个或二个以上具有相同波形而相位相差一个角度的将二个或二个以上具有相同波形而相位相差一个角度的逆变器的输出，通过变压器叠加，可以的到一个具有更逆变器的输出，通过变压器叠加，可以的到一个具有更少谐波的输出电压。少谐波的输出电压。PN负 载uo二 组 变 流 器 反 并 联uHHLRRCKRCdtdumHLKmAVRVKPmARULusVsVLRUdtdueLRUdtdueUuidtduRLudtdiLiRURSCRdtduKAKAKAKAKAKtLRAKAKtLRAKAKAKAKAKAKAK3.9)(1050015220215,./,)(180105001030

43、22023015/400,40041015105002/500)/(2)(2)1(2)(2:,/,663622max222电压不能突变闭合时吸收电路一般采用故所需电感极大则耐压漏电流一般晶闸管的反向峰值为漏电流电路如图等效可忽略负载电阻未导通此时将产生最大的在电源峰值时闭合-0.0100.010.020.030.040.050.060.070.080.09-200-150-100-50050100150200uo2 00.020.040.060.080.10.120.140.16-150-100-50050100150Ud=0.9U2cosa uo 串联多重技术消除谐波电压串联多重技术消除谐波

44、电压并联多重技术消除谐波电流并联多重技术消除谐波电流第第9章章 交交-交变频电路交变频电路9.1单相交交变频电路单相交交变频电路9.2三相交交变频电路三相交交变频电路9.1单相交交变频电路单相交交变频电路分交分交-直直-交交AC/DC/AC和交和交-交交AC/AC）变频器，前者称为间接变频，后者称为直接变频变频器，前者称为间接变频，后者称为直接变频工作原理工作原理00.010.020.030.040.050.060.070.080.090.1-200-150-100-50050100150200uo1 正组整流正组整流,负载得负载得到正半周电压到正半周电压;反反组整流组整流,负载得到负载得到负

45、半周电压负半周电压.00.020.040.060.080.10.120.140.16-150-100-50050100150变 a角 uo (1)方波交交变频器方波交交变频器正反组固定正反组固定角角,图示波形图示波形fo=f/8,即若电源频率即若电源频率为为50Hz则输出交流电压的频率为则输出交流电压的频率为6.25Hz. 角越小角越小,输输出交流电出交流电压越大压越大.方波交交变频器谐波含量高方波交交变频器谐波含量高.PN负载uo交 直 交 变 频 器LCt(2)正弦波交交变频器正弦波交交变频器(变变角角)改变正反组的切换时间改变正反组的切换时间,即改变输出电压的频即改变输出电压的频率率.对

46、给对给定的一个输出电压定的一个输出电压,有一组有一组角与之对应角与之对应,输出输出电压幅值电压幅值变化变化,相应的一组相应的一组角也变化角也变化.其输出电压实际其输出电压实际上是由数上是由数段交流输入电压组合而成段交流输入电压组合而成,fo越低越低,段数越多段数越多,输输出越接出越接近正弦波近正弦波,谐波含量少谐波含量少.采用三相变流器较单相采用三相变流器较单相谐波含谐波含量少输出电压前者每量少输出电压前者每60度改变一次，后者度改变一次，后者每每180度度改变一次。改变一次。fomax(1/21/3)f, 采用余弦交截法确定采用余弦交截法确定角角特点特点(1)变频效率高变频效率高(直接变频直

47、接变频)(2)输出频率低输出频率低(025Hz)(3)功率因素低功率因素低(相控方式相控方式)(4)线路复杂线路复杂,控制困难控制困难.第第10章章 脉宽调制逆变电路脉宽调制逆变电路10.1 SPWM逆变器的工作原理逆变器的工作原理10.2 SPWM波形的生成波形的生成10.3 SPWM逆变电路的改进逆变电路的改进10.1 SPWM逆变器的工作原理逆变器的工作原理工作原理工作原理.,.,sin)12sin(22)2212sin(4:).(),20().(.,),(11开关损耗越大高器件开关频率越谐波越少越大可改变输出电压改变一组可见其中其输出基波电压为级数证明可用付里叶列将非常接近正弦波等效的

48、矩形脉冲足够大时当等幅等宽即两者的面积相等的矩形脉冲代替每份用一个等幅不等宽偶数等份成将正弦波的一个周期分NNNiUUiUUNNPWMSPWMNidmiiNidmoi负 载uoSPWM变频器LCt改变各脉冲的宽度可改变负载交流电压的幅值，改变逆变电路桥臂器件的换时间可改变负载交流电压的频率。变频调压均由逆变器完成。特点：*输出电压为正弦波，谐波含量少 *输入级采用不控整流，功率因素接近为1 *一级可控，电路简单 *变频调压均由逆变器完成，响应快。与普通交直交变频电路的比较与普通交直交变频电路的比较00.0020.0040.0060.0080.010.0120.0140.0160.0180.02

49、-300-250-200-150-100-50050100uo SPWM Um Ud ucSPW M倒 相 信 号VT1VT4VT2VT3ur正 弦 波 发 生 器 ur三 角 波 发 生 器 uc电压比较器SPW MSPW M波 形 调 制 电 路 （ ur称 调 制 波 ， uc 称 载 波 ）单极性单极性SPWM和双极性和双极性SPWM.,)3(),2(,)3(),1()3(sin:)2()43(41)41()43(11)43(1:)1,41()1,43()1()45(41)43()45()1(1)45(1:)1,43()1,45(,4141)1(BArrCCcCCCCCCcCCCCCCcCCCCCCcCCCCCCCCtBtAtauTntTuTnTTnTTnTtuTnTTnTTntTuTnTTnTTnTtuTnTTnTTnTtTTn即可得交点联立方程即可得交点联立方程正弦调制波的方程为即上升段方程为及点三角波上升段经过点即下降段方程为及点三角波下降段经过点范围内在SPWM双 极 性 SPWM+Ud-UdUdVT1VT3VT2VT4VD1VD2VD4VD3负载（ 1） 单 极 性 SPWM uotuo单 极 性 SPWMt双 极 性 SPWM10.2 SPWM波形的生成波形的生成10.2