电力电子技术(改)

1、电力电子技术的概念电力电子技术的概念 电子技术包括信息电子技术和电力电子技术。电子技术包括信息电子技术和电力电子技术。 信息电子技术主要用于信息电子技术主要用于信息处理信息处理 电力电子技术主要用于电力电子技术主要用于电力变换电力变换 电力电子技术是使用电力电子器件，对电能进行变换电力电子技术是使用电力电子器件，对电能进行变换和控制的技术。电力电子器件均为半导体制成，也称为和控制的技术。电力电子器件均为半导体制成，也称为电力半导体器件电力半导体器件。 电力电子技术分为电力电子器件的制造技术和变流技电力电子技术分为电力电子器件的制造技术和变流技术两个分支。术两个分支。 电力电子器件的电力电子器件

2、的制造技术是制造技术是电力电子技术的电力电子技术的基础基础。 变流技术变流技术则则是是电力电子技术的电力电子技术的核心核心。 输入输入 输出输出 交流交流（AC） 直流直流（DC） 直流直流（DC）整流整流 直流斩波直流斩波 交流交流（AC）交流电力控制交流电力控制变频变频逆变逆变 表表1-1 电力变换的种类电力变换的种类电力电子技术的发展史电力电子技术的发展史 一般认为，电力电子技术的诞生是以一般认为，电力电子技术的诞生是以1957年年美国通用美国通用电气公司研制出第一个电气公司研制出第一个晶闸管晶闸管为标志。为标志。微控制器技术微控制器技术智能电力电子时代智能电力电子时代电力电子技术的应用

3、电力电子技术的应用一般工业一般工业交直流电动机，用电力电子装置进行调速。交直流电动机，用电力电子装置进行调速。对调速性能要求不高的大型鼓风机通过采用对调速性能要求不高的大型鼓风机通过采用变频装置变频装置，以达到节能的目的。以达到节能的目的。功率较大的电机为了避免起动时的电流冲击采用的功率较大的电机为了避免起动时的电流冲击采用的软软起动器起动器。p电化学工业大量使用直流电源，电解铝、电镀装置电化学工业大量使用直流电源，电解铝、电镀装置等都需要整流电源。等都需要整流电源。 交通运输交通运输 电气化铁道中：直流机车中采用的电气化铁道中：直流机车中采用的整流装置整流装置，交流，交流机车采用的机车采用的

4、变频装置变频装置。车辆中的各种。车辆中的各种辅助电源辅助电源也都离也都离不开电力电子技术。不开电力电子技术。电子装置用电源电子装置用电源 通信设备中所用的直流电源采用的通信设备中所用的直流电源采用的晶闸管整流电源晶闸管整流电源或者或者高频开关电源（全控型器件）高频开关电源（全控型器件）。 不间断电源（不间断电源（UPS）是典型的电力电子装置。是典型的电力电子装置。电力系统电力系统 高压高压直流输电直流输电在送电端的在送电端的整流阀整流阀和受电端的和受电端的逆变阀逆变阀都都采用晶闸管变流装置（相控整流及有源逆变是理论基础采用晶闸管变流装置（相控整流及有源逆变是理论基础和核心）。和核心）。 在发电

5、厂、变电所中，给操作系统提供可靠的直流操在发电厂、变电所中，给操作系统提供可靠的直流操作电源，给蓄电池充电等。作电源，给蓄电池充电等。 8电力电子器件的概念电力电子器件的概念 电力电子器件电力电子器件：指可直接用于处理电能的指可直接用于处理电能的主电路主电路中，中，实现电能的变换或控制的实现电能的变换或控制的电子器件电子器件。 主电路：在电气设备或电力系统中，直接承担电能主电路：在电气设备或电力系统中，直接承担电能的变换或控制任务的电路。的变换或控制任务的电路。2.1 概概 述述9电力电子器件的特征电力电子器件的特征 能处理能处理电功率电功率的大小，也就是承受电压和电流的能力，的大小，也就是承

6、受电压和电流的能力，远大于处理信息的电子器件。远大于处理信息的电子器件。 一般都工作在一般都工作在开关状态开关状态。 由信息电子电路来控制由信息电子电路来控制 ,需要需要驱动电路驱动电路。 自身的自身的功率损耗功率损耗远大于信息电子器件，一般都需要安远大于信息电子器件，一般都需要安装装散热器散热器。 按照器件能够被控制的程度，分为三类：按照器件能够被控制的程度，分为三类：电力电子器件的分类电力电子器件的分类绝缘栅双极晶体管（绝缘栅双极晶体管（Insulated-Gate Bipolar TransistorIGBT）电力场效应晶体管（电力电力场效应晶体管（电力MOSFET）门极可关断晶闸管（门

7、极可关断晶闸管（GTO）不可控器件不可控器件电力二极管（电力二极管（Power Diode）只有两个端子，器件的通和断是由其在主电路中承受的电压和电流决只有两个端子，器件的通和断是由其在主电路中承受的电压和电流决定的。定的。通过控制信号既可控制其导通又可控制其关断，通过控制信号既可控制其导通又可控制其关断，又称自关断器件。又称自关断器件。晶闸管（晶闸管（Thyristor）及其大部分派生器件）及其大部分派生器件器件的关断由其在主电路中承受的电压和电流决定器件的关断由其在主电路中承受的电压和电流决定全控型器件全控型器件通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断。通过控制信号可以控制其导通而不能控

8、制其关断。不能用控制信号来控制其通断不能用控制信号来控制其通断, 因此也就不需要驱因此也就不需要驱动电路。动电路。半控型器件半控型器件112.2 不可控器件不可控器件电力二极管电力二极管电力二极管电力二极管自自20世纪世纪50年代初期就获得应用，结构和原理年代初期就获得应用，结构和原理简单，工作可靠，直到现在电力二极管仍然大量应用于许简单，工作可靠，直到现在电力二极管仍然大量应用于许多电气设备当中。多电气设备当中。在采用全控型器件的电路中电力二极管往往是不可缺少的，在采用全控型器件的电路中电力二极管往往是不可缺少的，特别是开通和关断速度很快的特别是开通和关断速度很快的快恢复二极管快恢复二极管和

9、和肖特基二极肖特基二极管管。 整流二极管及模块整流二极管及模块12AKAKa)IKAPNJb)c)AK电力二极管的工作原理电力二极管的工作原理 电力二极管是以半导电力二极管是以半导体体PN结为基础的结为基础的, ,实际上实际上是由一个是由一个面积较大面积较大的的PN结和两端引线以及封装组结和两端引线以及封装组成的。从外形上看，有螺成的。从外形上看，有螺栓型、平板型等多种封装。栓型、平板型等多种封装。工作原理与普通二极管相工作原理与普通二极管相同：同：正偏导通，反偏截止！正偏导通，反偏截止！ 电力二极管的外形、结构和电气图形符号电力二极管的外形、结构和电气图形符号 a) 外形外形 b) 基本结构

10、基本结构 c) 电气图形符号电气图形符号13电力二极管的基本特性电力二极管的基本特性电力二极管和信息电子电路中的普通二极管电力二极管和信息电子电路中的普通二极管的区别的区别： 电力二极管电力二极管主要是用在频率低、电压高、电流大的电主要是用在频率低、电压高、电流大的电力系统中，一般有几安到上千安都有。力系统中，一般有几安到上千安都有。 信息电子电路中的功率二极管主要用在弱电上的，大信息电子电路中的功率二极管主要用在弱电上的，大的也只有十安左右，两种只是参数不同，没有本质的区的也只有十安左右，两种只是参数不同，没有本质的区别。别。14晶闸管的外形、结构和电气图形符号a) 外形 b) 结构 c)

11、电气图形符号2.3 2.3 半控型器件：晶闸管半控型器件：晶闸管p外形主要有外形主要有螺栓型螺栓型和和平板型平板型两种封装。两种封装。p螺栓型封装，通常螺栓是其阳极，能与散热器紧密联接且安装方便。螺栓型封装，通常螺栓是其阳极，能与散热器紧密联接且安装方便。p平板型晶闸管可由两个散热器将其夹在中间。平板型晶闸管可由两个散热器将其夹在中间。AAGGKKb)c)a)AGKKGAP1N1P2N2J1J2J3晶闸管晶闸管：晶体闸流管，可控硅整流器 P1P2N1N2晶闸管内部是一晶闸管内部是一个三个个三个PNPN结的半导结的半导体芯片，封装后引体芯片，封装后引出三个极，分别是出三个极，分别是阳极阳极A A

12、，阴极，阴极K K，门，门极极GG（控制极）。（控制极）。阳极阳极- -阴极间的电阴极间的电压称为阳极电压压称为阳极电压u uAKAK；门极；门极- -阴极间的电阴极间的电压称为门极电压压称为门极电压u uGKGK。pA-、K+、G任意pVT不通GIaUakGIaUakA+、K-G为零，VT不通；G+ VT通GIaUakVT导通后；G任意，VT通GIaUakVT导通后；Ia或Uak接近于“0”，VT关断晶闸管工作原理简单分析：晶闸管工作原理简单分析：17 晶闸管的基本特性晶闸管的基本特性1 1、承受反向阳极电压时（、承受反向阳极电压时（ uAK0 ），在门极有触发电），在门极有触发电流时（流时

13、（ uGK0 ），晶闸管才能导通。），晶闸管才能导通。3 3、晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用。、晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用。4 4、要使晶闸管关断，使晶闸管的电流降到接近于零的、要使晶闸管关断，使晶闸管的电流降到接近于零的某一数值（维持电流）以下，（通常是施加一定时间的某一数值（维持电流）以下，（通常是施加一定时间的反向电压）反向电压） 。总结：晶闸管具有总结：晶闸管具有单向导电、可控开通单向导电、可控开通的开关特性！的开关特性！晶闸管正常工作时的特性总结如下：晶闸管正常工作时的特性总结如下：18（1）正向特性正向特性pIG=0时，器件两端施加正向电压时，器件两端施加正向电压，只有

14、很小的正向漏电流，为正，只有很小的正向漏电流，为正向阻断状态。向阻断状态。p正向电压超过正向转折电压正向电压超过正向转折电压Ubo，则漏电流急剧增大，器件开通。则漏电流急剧增大，器件开通。p随着门极电流幅值的增大，正向随着门极电流幅值的增大，正向转折电压降低。转折电压降低。晶闸管本身的压降很小，在晶闸管本身的压降很小，在1V左左右。右。正向导通雪崩击穿O+UA-UA-IAIAIHIG2IG1IG=0UboUDSMUDRMURRMURSM晶闸管的伏安特性晶闸管的伏安特性图1-8 晶闸管的伏安特性IG2IG1IG19p反向特性类似二极管的反向反向特性类似二极管的反向特性。特性。p反向阻断状态时，只

15、有极小反向阻断状态时，只有极小的反相漏电流流过。的反相漏电流流过。p当反向电压达到反向击穿电当反向电压达到反向击穿电压后，可能导致晶闸管发热压后，可能导致晶闸管发热损坏。损坏。图1-8 晶闸管的伏安特性IG2IG1IG正向导通雪崩击穿O+UA-UA-IAIAIHIG2IG1IG=0UboUDSMUDRMURRMURSM（2）反向特性反向特性20晶闸管的主要参数晶闸管的主要参数p断态重复峰值电压断态重复峰值电压UDRM 晶闸管两端出现的重复最大值断晶闸管两端出现的重复最大值断态电压。态电压。p反向重复峰值电压反向重复峰值电压URRM 反向阻断晶闸管两端出现的重复反向阻断晶闸管两端出现的重复最大瞬

16、时值反向电压。最大瞬时值反向电压。p通态（峰值）电压通态（峰值）电压UT 晶闸管通以某一规定倍数的额定晶闸管通以某一规定倍数的额定通态平均电流时的瞬态峰值电压。通态平均电流时的瞬态峰值电压。通常取晶闸管的UDRM和URRM中较小的标值作为该器件的额定电压额定电压。选用时，一般取额定电压为正常工作时晶闸管所承受峰值电压23倍。使用注意：使用注意：（1 1）电压定额）电压定额21通态平均电流通态平均电流 IT(AV）在规定条件下，允许流过的工频正弦半波电流的平在规定条件下，允许流过的工频正弦半波电流的平均值。均值。晶闸管以通态平均电流晶闸管以通态平均电流IT作为额定电流。作为额定电流。维持电流维持

17、电流 IH 使晶闸管维持导通所必需的最小电流。使晶闸管维持导通所必需的最小电流。擎住电流擎住电流 IL 晶闸管刚从断态转入通态并移除触发信号后，晶闸管刚从断态转入通态并移除触发信号后， 能维能维持导通所需的最小电流。持导通所需的最小电流。对同一晶闸管来说对同一晶闸管来说，通常通常IL约为约为IH的的24倍倍。（2 2）电流定额）电流定额额定电压额定电压额定正向平均电流额定正向平均电流（晶闸管类型）（晶闸管类型）P-普通晶闸管普通晶闸管K-快速晶闸管快速晶闸管S -双向晶闸管双向晶闸管 晶闸管晶闸管K P普通型普通型如如KP200-16E，表示，表示额定电流为额定电流为200A, ,额定电压为额

18、定电压为1600V，通，通态平均电压为态平均电压为0.8V的普通型晶闸管的普通型晶闸管。232.4 典型全控型器件典型全控型器件门极可关断晶闸管门极可关断晶闸管在晶闸管问世后不久出现。在晶闸管问世后不久出现。典型代表典型代表门极可关断晶闸管门极可关断晶闸管（GTOGTO）、电力、电力晶体管晶体管（GTRGTR）、电力场效应晶体管、电力场效应晶体管（电力（电力MOSFETMOSFET）、绝缘栅双极晶体管、绝缘栅双极晶体管（IGBTIGBT）。24门极可关断晶闸管门极可关断晶闸管（GTO）晶闸管的一种派生器件，晶闸管的一种派生器件，可以通过在门极施加负可以通过在门极施加负的脉冲电流使其关断，的脉冲

19、电流使其关断，因而属于因而属于全控型器件全控型器件。 普通晶闸管不能用门极普通晶闸管不能用门极控制关断。控制关断。 GTO的内部结构和电气图形符号的内部结构和电气图形符号各单元的阴极、门极间隔排列的图形各单元的阴极、门极间隔排列的图形 并联单元结构断面示意图并联单元结构断面示意图 电气图形符号电气图形符号 25电力晶体管电力晶体管（GTR） 电力电力晶体管晶体管：是一种耐高电压、大电流的双是一种耐高电压、大电流的双极结型晶体管极结型晶体管。 与普通的双极结型晶体管基本原理一样与普通的双极结型晶体管基本原理一样（正偏（正偏时时Ib0，大电流导通；反偏时，大电流导通；反偏时Ib0 ，截止），截止）

20、。 最主要的特性是最主要的特性是耐压高耐压高、电流大电流大、开关特性好。开关特性好。 26电力场效应晶体管电力场效应晶体管分为分为结型结型和和绝缘栅型绝缘栅型，但通常指绝缘栅型中的，但通常指绝缘栅型中的MOS型型,简称电力简称电力MOSFET。特点：特点： 用栅极电压来控制漏极电流用栅极电压来控制漏极电流。 驱动电路简单，需要的驱动功率小。驱动电路简单，需要的驱动功率小。 开关速度快，工作频率高。开关速度快，工作频率高。 热稳定性优于热稳定性优于GTR。 电流容量小，耐压低，多用于功率不超过电流容量小，耐压低，多用于功率不超过10kW的电的电力电子装置。力电子装置。 27绝缘栅双极晶体管绝缘栅

21、双极晶体管（IGBT）绝缘栅双极型晶体管属于混合型器件绝缘栅双极型晶体管属于混合型器件。 很好地综合了很好地综合了MOSFET和和GTR这两种器件这两种器件的优点。的优点。 主要应用在变频器和其他调速电路中。主要应用在变频器和其他调速电路中。 特点：开关速度快、驱动电路简单、通态电压低、特点：开关速度快、驱动电路简单、通态电压低、能承受高电压大电流。能承受高电压大电流。 整流电路（整流电路（Rectifier）是电力电子电路中出现最早的一）是电力电子电路中出现最早的一种，它的作用是将交流电能变为直流电能。种，它的作用是将交流电能变为直流电能。整流电路的分类整流电路的分类 按组成的器件可分为按组

22、成的器件可分为不可控不可控、半控半控、全控全控三种。三种。 按电路结构可分为按电路结构可分为桥式桥式电路和电路和零式零式电路。电路。 按交流输入相数分为按交流输入相数分为单相单相电路和电路和多相多相电路电路。 按变压器二次侧电流的方向是单向或双向。按变压器二次侧电流的方向是单向或双向。3.1 认识各种整流电路认识各种整流电路单相半波整流电路带电阻性负载单相半波整流电路带电阻性负载单相全波（双半波）整流电路带电阻性负载单相全波（双半波）整流电路带电阻性负载单相全控桥式整流电路带电阻性负载单相全控桥式整流电路带电阻性负载三相桥式整流电路带电阻性负载三相桥式整流电路带电阻性负载a)单相桥式整流电路

23、b)交流输入正半周单相桥式整流电路工作图 c)交流输入负半周单相桥式整流电路工作图 单相不控整流电路的分析单相不控整流电路的分析 t02二极管导通情况VD1和VD4导通、VD2和VD3截止VD2和VD3导通、VD1和VD4截止 ud|u2|u2| uVDuVD1,4=0， uVD2,3= -|u2|uVD2,3=0， uVD1,4= -|u2|单相桥式整流电路各区间工作情况单相桥式整流电路各区间工作情况 3.2单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路wwwwtTVTR0a)u1u2uVTudidwt1p2 ptttu2uguduVTaq0b)c)d)e)00 单相半波可控整流电路及波形单相半波

24、可控整流电路及波形带带电阻负载电阻负载的工作情况的工作情况 变压器变压器T起变换电压和隔离的起变换电压和隔离的作用，其一次侧和二次侧电压瞬时作用，其一次侧和二次侧电压瞬时值分别用值分别用u1和和u2表示，有效值分别表示，有效值分别用用U1和和U2表示，其中表示，其中U2的大小根据的大小根据需要的直流输出电压需要的直流输出电压ud的平均值的平均值Ud确定。确定。 电阻负载的特点是电阻负载的特点是电压与电流电压与电流成正比，两者波形相同成正比，两者波形相同。 在分析整流电路工作时，认为在分析整流电路工作时，认为晶闸管（开关器件）为晶闸管（开关器件）为理想器件理想器件，即晶闸管导通时其管压降等于零，

25、即晶闸管导通时其管压降等于零，晶闸管阻断时其漏电流等于零，晶晶闸管阻断时其漏电流等于零，晶闸管的开通与关断过程瞬时完成。闸管的开通与关断过程瞬时完成。 wtuVTwtud阻性负载阻性负载TVTRuVTu1u2udwtu22p p wtwt1wt2ug u2从负变正的过零点为自从负变正的过零点为自然换相点，也就是控制角然换相点，也就是控制角的的计算起点。计算起点。 改变触发时刻，改变触发时刻，ud和和id波形随之改变，直流输出电压波形随之改变，直流输出电压ud为为极性不变但瞬时值变化的极性不变但瞬时值变化的脉动直流脉动直流，其波形只在，其波形只在u2正半正半周内出现，故称周内出现，故称“半波半波

26、”整流。加之电路中采用了可控整流。加之电路中采用了可控器件晶闸管，且交流输入为器件晶闸管，且交流输入为单相单相，故该电路称为，故该电路称为单相半单相半波可控整流电路波可控整流电路。整流电压。整流电压ud波形在一个电源周期中只波形在一个电源周期中只脉动脉动1次次，称为，称为单脉波整流电路单脉波整流电路。通过控制触发脉冲的通过控制触发脉冲的相位相位来控制直流输出电压大小的方来控制直流输出电压大小的方式称为相位控制方式，简称式称为相位控制方式，简称相控方式相控方式。 基本数量关系基本数量关系 a a：从晶闸管开始承受正向阳极电压起到施加触发脉：从晶闸管开始承受正向阳极电压起到施加触发脉冲止的电角度称

27、为触发延迟角，也称触发角或控制角。冲止的电角度称为触发延迟角，也称触发角或控制角。a a移相范围移相范围为为0180 q q：晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度称为晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度称为导通角。导通角。 q q = =180 -a a 直流输出电压平均值随着直流输出电压平均值随着a a增大，增大，Ud减小。减小。=paaapwwp2cos145. 0)cos1 (22)(sin221222UUttdUUd课堂练习题课堂练习题 单相半波可控整流电路，画出触发角单相半波可控整流电路，画出触发角=90时，输出电压时，输出电压ud和晶闸管两端电压和晶闸管两端电压uVT波波形图。

28、计算此时的导通角，直流输出电压平均值形图。计算此时的导通角，直流输出电压平均值Ud大小。大小。uwttwwtwtw20wt1p2ptug0ud0id0uVT0qab)c)d)e)f)+带阻感负载的单相半波可控整流电路及其波形带阻感负载的工作情况带阻感负载的工作情况 阻感负载的特点是电感对电流变化阻感负载的特点是电感对电流变化有抗拒作用，使得流过电感的电流不能有抗拒作用，使得流过电感的电流不能发生突变。发生突变。 电路分析电路分析 晶闸管晶闸管VT处于断处于断态态,id=0,ud=0,uVT=u2。 在在w wt1时刻，即触发角时刻，即触发角a a处处 ，晶闸，晶闸管导通，管导通，ud=u2。

29、L的存在使的存在使id不能突变不能突变，id从从0开开始增加。始增加。 u2由正变负的过零点处，由正变负的过零点处，id已经已经处于减小的过程中，但尚未降到零，因处于减小的过程中，但尚未降到零，因此此VT仍处于通态仍处于通态。 w wt2时刻，电感能量释放完毕，时刻，电感能量释放完毕，id降至零，降至零，VT关断并立即承受反压关断并立即承受反压。 由于电感的存在延迟了由于电感的存在延迟了VT的关断的关断时刻，使时刻，使ud波形出现负的部分，与带电波形出现负的部分，与带电阻负载时相比其平均值阻负载时相比其平均值Ud下降。下降。t2有续流二极管的电路有续流二极管的电路 电路分析电路分析u2正半周时

30、，与正半周时，与没有续流二极管时的情况是没有续流二极管时的情况是一样的。一样的。 当当u2过零变负时，过零变负时，VDR导通，导通，ud为零，此时为负的为零，此时为负的u2通过通过VDR向向VT施加反压使施加反压使其关断，其关断，L储存的能量保证储存的能量保证了电流了电流id在在L-R-VDR回路回路中中流通，此过程通常称为流通，此过程通常称为续流续流。 若若L足够大，足够大，id连续连续，且，且id波形接近一条水平线波形接近一条水平线 。u2udiduVTiVTIdIdwt1wtwtwtwtwtwtOOOOOOp -ap +ab)c)d)e)f)g)iVDRa)单相半波带阻感负载有续单相半波

31、带阻感负载有续流二极管的电路及波形流二极管的电路及波形 单相半波可控整流电路的特点单相半波可控整流电路的特点 1 1、电路简单，但、电路简单，但输出脉动输出脉动大；大；2 2、变压器二次侧电流中含、变压器二次侧电流中含直流分量直流分量，变压器铁，变压器铁芯存在直流磁化现象。芯存在直流磁化现象。3 3、实际上很少应用此种电路，分析该电路的主、实际上很少应用此种电路，分析该电路的主要目的在于利用其简单易学的特点，建立起整要目的在于利用其简单易学的特点，建立起整流电路的基本概念流电路的基本概念3. 3 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路u (i )pwtwtwt000i2udidb)c)d)d

32、daauVT1,4单相全控桥式单相全控桥式带电阻负载时的电路及波形带电阻负载时的电路及波形a)带带电阻负载电阻负载的工作情况的工作情况 电路分析电路分析 闸管闸管VT1和和VT4组成一对桥臂，组成一对桥臂，VT2和和VT3组成另一对桥臂。组成另一对桥臂。 在在u2正半周（即正半周（即a点电位高于点电位高于b点）点） 若若4个晶闸管均不导通，个晶闸管均不导通，id=0,ud=0,VT1、VT4串联承受电压串联承受电压u2。 在在a a角处给角处给VT1和和VT4加触发脉冲，加触发脉冲，VT1和和VT4即导通，电流从电源即导通，电流从电源a端经端经VT1、R、VT4流回电源流回电源b端。端。 当当

33、u2过零时，流经晶闸管的电流过零时，流经晶闸管的电流也降到零，也降到零，VT1和和VT4关断。关断。 在在u2负半周，仍在负半周，仍在a a角处触发角处触发VT2和和VT3，VT2和和VT3导通，电流从电源导通，电流从电源b端流出，经端流出，经VT3、R、VT2流回电源流回电源a端。端。 到到u2过零时，电流又降为零，过零时，电流又降为零，VT2和和VT3关断。关断。 VT2和和VT3的的a a=0处为处为w wt=p pwtp2pi2wtp2pUvt1,4wtp2pudidu阻性负载阻性负载VT1VT2VT3VT4Ru2U1udidabi i2 2wtp2pu2p单相桥式全控整流电路的特点：

34、单相桥式全控整流电路的特点： 由于在交流电源的正负半周都有整流输出电由于在交流电源的正负半周都有整流输出电流流过负载，故该电路为流流过负载，故该电路为全波整流全波整流。 一个周期内，整流电压波形脉动一个周期内，整流电压波形脉动2次，属于次，属于双双脉波整流电路脉波整流电路。 变压器二次绕组中，正负两个半周电流方向变压器二次绕组中，正负两个半周电流方向相反且波形对称，平均值为零，即直流分量相反且波形对称，平均值为零，即直流分量为零，为零，不存在直流磁化问题不存在直流磁化问题，变压器绕组的，变压器绕组的利用率也高。利用率也高。p 2222 211cos1cos2sind0.922UUUttUpaa

35、awwpp=d课堂练习题课堂练习题 画出单相桥式整流电路电路图（纯电阻性负画出单相桥式整流电路电路图（纯电阻性负载），当触发角载），当触发角=60时，画出输出电压时，画出输出电压ud波波形图。并求出导通角形图。并求出导通角。其交流侧由其交流侧由三相电源三相电源供电。供电。 当整流负载容量较大，或要求直流电压脉动较小、易滤当整流负载容量较大，或要求直流电压脉动较小、易滤波时，应采用三相整流电路。波时，应采用三相整流电路。最基本的是最基本的是三相半波三相半波可控整流电路可控整流电路。应用最为广泛的应用最为广泛的三相桥式三相桥式全控整流电路、以及全控整流电路、以及双反星形双反星形可控整流电路、可控整

36、流电路、十二脉波十二脉波可控整流电路等。可控整流电路等。 3.4三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路b)c)d)e)f)u2Riduaubuca =0Owt1wt2wt3uGOudOOuabuacOiVT1uVT1wtwtwtwtwt a) 三相半波可控整流电路共阴极接法三相半波可控整流电路共阴极接法电阻负载时的电路及电阻负载时的电路及a a=0 时的波形时的波形 电阻负载电阻负载 电路分析电路分析 为得到零线，变压器二次侧必须为得到零线，变压器二次侧必须接成接成星形星形，而一次侧接成，而一次侧接成三角形三角形，避免，避免3次谐波次谐波流入电网。流入电网。 三个晶闸管按三个晶闸管按共阴极接

37、法共阴极接法连接连接,这这种接法触发电路有公共端，连线方便。种接法触发电路有公共端，连线方便。 假设将晶闸管换作二极管，三个假设将晶闸管换作二极管，三个二极管对应的相电压中哪一个的值最大，二极管对应的相电压中哪一个的值最大，则该相所对应的二极管导通，并使另两则该相所对应的二极管导通，并使另两相的二极管承受反压关断，输出整流电相的二极管承受反压关断，输出整流电压即为该相的压即为该相的相电压相电压。 自然换相点自然换相点 在相电压的交点在相电压的交点w wt1、w wt2、w wt3处，处，均出现了二极管换相，称这些交点为均出现了二极管换相，称这些交点为自自然换相点然换相点。 将其作为将其作为a

38、a的起点的起点，即，即a a=0。TudidVT2VT1VT3Rbca)auaubuct1t2t3t4tu2t1t2t3t4tudt1t2t3t4tiVT1t1t2t3t4tuVT1自然换相点自然换相点uabuac=0=0u阻性负载阻性负载p 负载电流平均值为负载电流平均值为晶闸管承受的最大反向电压为变压器二次线电压峰值晶闸管承受的最大反向电压为变压器二次线电压峰值,即即 晶闸管阳极与阴极间的最大电压等于变压器二次相电压晶闸管阳极与阴极间的最大电压等于变压器二次相电压的峰值，即的峰值，即 RUIdd=22245. 2632UUUURM=22UUFM=tiT1三相半波可控整流电路三相半波可控整流

39、电路纯电阻性负载纯电阻性负载uvw123idRud控制角控制角30tuuuuuuu电流处于连续与断续的临界点，、晶闸管导通角电流处于连续与断续的临界点，、晶闸管导通角仍为仍为1203.5三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路原理图原理图 阴极连接在一起的阴极连接在一起的3个个晶闸管（晶闸管（VT1，VT3，VT5）称为称为共阴极组共阴极组；阳极连接在；阳极连接在一起的一起的3个晶闸管（个晶闸管（VT4，VT6，VT2）称为）称为共阳极组共阳极组。 共阴极组中与共阴极组中与a，b，c三相电源相接的三相电源相接的3个晶闸管个晶闸管分别为分别为VT1，VT3，VT5，共，共阳极组中与阳极组中与a，

40、b，c三相电三相电源相接的源相接的3个晶闸管分别为个晶闸管分别为VT4，VT6，VT2。 晶闸管的导通顺序为晶闸管的导通顺序为VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6。 三相桥式全控整流电路原理图三相桥式全控整流电路原理图带电阻负载时的工作情况带电阻负载时的工作情况 电路分析电路分析 各自然换相点既是相电压的交点，同时也是线电压的交点各自然换相点既是相电压的交点，同时也是线电压的交点。 当当a a60 时时 ud波形均波形均连续连续，对于电阻负载，对于电阻负载，id波形与波形与ud波形的形状是一样波形的形状是一样的，也的，也连续连续。 a a=0 时，时，ud为线电压在正半周的为线电压在

41、正半周的包络线包络线。 时段时段共阴极组中导通的晶闸管共阴极组中导通的晶闸管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共阳极组中导通的晶闸管共阳极组中导通的晶闸管VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流输出电压整流输出电压udua-ub=uabua-uc=uacub-uc=ubcub-ua=ubauc-ua=ucauc-ub=ucb三相桥式全控整流电路电阻负载三相桥式全控整流电路电阻负载a a=0 时晶闸管工作情况时晶闸管工作情况bacTn负载iaidudVT1VT3VT5VT4VT6VT2d2d1d2wtu2udwtiVT1wtwtuVT1d1uaubuct1t3t5t6t2t4电阻负载（电阻负载

42、（=0） =30=300 0udwtiawtwtu2uaubucd1d2bacTn负载iaidudVT1VT3VT5VT4VT6VT2d2d1 =30=300 0时的工作情况时的工作情况 ： 1、晶闸管起始导通时刻推迟了30，组成u ud d的每 一段线电压因此推迟30 2、从t t1 1开始把一周期等分为6段，u ud d波形仍由6段 线电压构成，每一段导通晶闸管的编号等仍符合 表2-1的规律 3、变压器二次侧电流i ia a波形的特点：在VT1处于 通态的120期间，i ia a为正，i ia a波形的形状与同时 段的u ud d波形相同，在VT4处于通态的120期间， i ia a波形的

43、形状也与同时段的u ud d波形相同，但为负 值。bacTn负载iaidudVT1VT3VT5VT4VT6VT2d2d1a =600wtu2udwtuVT1wtd1d2uaubuc练习：练习：画出画出=60=60时的输时的输出电压出电压u ud d的波形的波形三相桥式全控整流电路的一些特点三相桥式全控整流电路的一些特点 每个时刻均需每个时刻均需2个个晶闸管同时导通，形成向负载供电的晶闸管同时导通，形成向负载供电的回路，共阴极组的和共阳极组的回路，共阴极组的和共阳极组的各各1个个，且不能为同一相，且不能为同一相的晶闸管。的晶闸管。 对触发脉冲的要求对触发脉冲的要求 6个晶闸管的脉冲按个晶闸管的脉

44、冲按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，的顺序，相位依次差相位依次差60 。 共阴极组共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差的脉冲依次差120 ，共阳极，共阳极组组VT4、VT6、VT2也依次差也依次差120 。 同一相的上下两个桥臂，即同一相的上下两个桥臂，即VT1与与VT4，VT3与与VT6，VT5与与VT2，脉冲相差，脉冲相差180 。整流输出电压整流输出电压ud一周期一周期脉动脉动6次次，每次脉动的波形都一样，每次脉动的波形都一样，故该电路为故该电路为6脉波整流电路脉波整流电路。在整流电路合闸启动过程中或电流断续时，为确保电路在整流电路合闸启动过程中或电流断续时，

45、为确保电路的正常工作，需保证同时导通的的正常工作，需保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲。个晶闸管均有脉冲。 宽脉冲宽脉冲触发触发 ：使脉冲宽度大于：使脉冲宽度大于60 （一般取（一般取80 100 ） 双脉冲双脉冲触发触发 ：用两个窄脉冲代替宽脉冲，两个窄脉冲的：用两个窄脉冲代替宽脉冲，两个窄脉冲的前沿相差前沿相差60 ，脉宽一般为，脉宽一般为20 30 。 常用的是双脉冲触发。常用的是双脉冲触发。 晶闸管承受的电压波形与三相半波时相同，晶闸管承受晶闸管承受的电压波形与三相半波时相同，晶闸管承受最大正、反向电压的关系也一样。最大正、反向电压的关系也一样。58引言引言逆变的概念逆变的概念 与整流相

46、对应，与整流相对应，直流电直流电变成变成交流电交流电。 交流侧接电网，为交流侧接电网，为有源逆变有源逆变。 交流侧接负载，为交流侧接负载，为无源逆变无源逆变，本，本节讲节讲无源逆变。无源逆变。逆变与变频逆变与变频 变频电路：分为变频电路：分为交交变频交交变频和和交直交变频交直交变频两种。两种。 交直交变频由交直变换（整流）和直交变换两部分组交直交变频由交直变换（整流）和直交变换两部分组成，后一部分就是逆变。成，后一部分就是逆变。逆变电路的逆变电路的主要应用主要应用 各种直流电源，如蓄电池、干电池、太阳能电池等。各种直流电源，如蓄电池、干电池、太阳能电池等。 交流电机调速用变频器、不间断电源、感

47、应加热电源交流电机调速用变频器、不间断电源、感应加热电源等电力电子装置的核心部分都是逆变电路。等电力电子装置的核心部分都是逆变电路。第第4 4节节 逆变电路逆变电路594.1 逆变电路的基本工作原理逆变电路的基本工作原理以单相桥式逆变电路为例说明最基本的工作原理以单相桥式逆变电路为例说明最基本的工作原理 S1S4是桥式电路的是桥式电路的4个臂，由电力电子器件及辅助电路组成。个臂，由电力电子器件及辅助电路组成。 负载a)b)tS1S2S3S4iouoUduoiot1t2 当开关当开关S1、S4闭合，闭合，S2、S3断开时，负载电压断开时，负载电压uo为正；当开关为正；当开关S1、S4断开，断开，

48、S2、S3闭合时，闭合时，uo为负，这样就把直流电变成了交流电。为负，这样就把直流电变成了交流电。 改变改变两组开关的切换频率两组开关的切换频率，即可改变输出，即可改变输出交流电的频率交流电的频率。 电阻负载时，负载电流电阻负载时，负载电流io和和uo的波形相同，相位也相同。的波形相同，相位也相同。 阻感负载时，阻感负载时，io相位滞后于相位滞后于uo，波形也不同。，波形也不同。 逆变电路及其波形举例逆变电路及其波形举例 61电流型逆变电路电流型逆变电路直流电源为直流电源为电流源电流源的逆变的逆变电路电路电流型逆变电路主要特点电流型逆变电路主要特点 直流侧串直流侧串大电感大电感。 交流输出电流

49、为交流输出电流为矩形波矩形波。 直流侧电感起缓冲无功直流侧电感起缓冲无功能量的作用。能量的作用。 电流型三相桥式逆变电路电流型三相桥式逆变电路 62第五节第五节 直流直流变流电路直流直流变流电路包括包括直接直接直流变流电路和直流变流电路和间接间接直流变流电路。直流变流电路。 直接直流变流电路直接直流变流电路 也称也称斩波电路斩波电路：是将直流电变为另一固定电压或可调是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电。电压的直流电。 一般是指直接将直流电变为另一直流电，这种情况下一般是指直接将直流电变为另一直流电，这种情况下输入与输出之间不隔离。输入与输出之间不隔离。 间接直流变流电路间接直流变流电路

50、 在直流变流电路中增加了在直流变流电路中增加了交流环节交流环节。 在交流环节中通常采用变压器实现输入输出间的隔离，在交流环节中通常采用变压器实现输入输出间的隔离，因此也称为直因此也称为直交交直电路。直电路。 63引言交流交流-交流变流电路：把一种形式的交流变流电路：把一种形式的交流交流变成另一种形式变成另一种形式交流交流的电路。的电路。交流交流-交流变换电路可以分为交流变换电路可以分为直接方式（即无中间直流环直接方式（即无中间直流环节）节）和和间接方式（有中间直流环节）间接方式（有中间直流环节）两种。两种。直接方式直接方式 交流电力控制电路：只改变电压、电流或对电路的通交流电力控制电路：只改变

51、电压、电流或对电路的通断进行控制，而不改变频率的电路。断进行控制，而不改变频率的电路。 变频电路：改变频率的电路。变频电路：改变频率的电路。第第六节六节 交流交流变流电路交流交流变流电路64交流调压电路交流调压电路把把两个晶闸管反并联两个晶闸管反并联后串联在交流电路中，通过对晶闸后串联在交流电路中，通过对晶闸管的控制就可以控制交流输出。管的控制就可以控制交流输出。 交流电力控制电路交流电力控制电路 交流调压电路交流调压电路：在每半个周波内通过对晶闸管开通相：在每半个周波内通过对晶闸管开通相位的控制，调节输出电压有效值的电路。位的控制，调节输出电压有效值的电路。 交流调功电路交流调功电路：以交流电的周期为单位控制晶闸管的：以交流电的周期为单位控制晶闸管的通断，改变通态周期数和断态周期数的比，调节输出功通断，改变通态周期数和断态周期数的比，调节输出功率平均值的电路。率平均值的电路。 交流电力电子开关交流电力电子开关：串入电路中根据需要接通或断开：串入电路中根据需要接通或断开电路的晶闸管。电路的晶闸管。65应用应用 灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制)。 异步电动机软起动。异步电动机软起动。 异步电动机调速。异步电动机调速。 供用电系统对无功功率的连续调节。供用电系统对无功功率的连续调节。 在高压小电流或低压大电流直流电源中，用于调节变在高压小电流或低