电力电子技术讲义C(6-10)

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)（ 3） RC吸 收 电 路一 般 ， 过 电 压 均 为 尖 峰 电 压 ， 可 利 用 电 容 电 压 不 能 突 变来 抑 制 ， 为 防 止 漏 与 C构 成 LC振 荡 ， 串 接 电 阻 R。（ 4） 整 流 式 RC吸 收 电 路

7、吸 收 电 容 可 采 用 电 解 电 容 ， 与 交 流 电 容 相 比 ， 保 护 装 置 的体 积 大 为 缩 小 。（ 5） 晶 闸 管 过 电 压 RC吸 收 电 路ULBVT+-+-iTiTt内 部 残 存 载 流 子 在 U反 向 时形 成 瞬 间 反 向 电 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 线形 成 瞬 间 反 向 电 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

8、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 。IU1mAU1mA（ 7） 压 敏 电 阻 保 护其 特 点 是 具 有 对 称 特 性 （ 不 用 正 反 组 ） ，未 击 穿 时 漏 电 流 小 （ uA级 ） ， 功 耗 小 ，体 积 小 ， 反 应 快 （ 可

9、 用 于 ms级 /us级 的过 电 压 ） ， 允 许 浪 涌 电 流 大 ， 抑 制 能 力强 。 但 多 次 击 穿 会 使 其 额 定 电 压 下 降 ，不 宜 用 于 频 繁 出 现 过 电 压 的 场 合 。压 敏 电 阻 亦 称 VYJ浪 涌 吸 收 器 ， 主 要 参 数 有额 定 电 压 U1mA及 通 流 量额 定 电 压 ： 10、 40、 80、 100、 160、 220、330、 440、 660、 1000、 2000V。通 流 量 ： 一 般 取 3KA/5KA（ 规 定 波 形 下 允 许的 浪 涌 电 流 值 ）宽 8ms， 周 期 20ms)5/330(5

10、/33031,28515523 . 1,155:1KAVMYVUVmA可选则额定电压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uHLuHLVUHULsALUdtdieLUdtdieRUiUiRdtdiLtdtdiiRdtdiLtUVTEusVdtduAusA

11、dtdiKPdtdudtditLRtLR20,12,220)(1025210/252)(2)1(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LVTRu2L为限制di/dt的电感R为负载电阻uHHLRRCKRCdtdumHLKmAVRVKPmARULusVsVLRUdtdueLRUdtdueUuidtduRLudtdiLiRURSCRdtduKAKAKAKAKAKtLRAKAKtLRAKAKAKAKAKAKAK3 . 9)(1050015220215,./,)(180105001030220

12、23015/400,40041015105002/500)/(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CLRVTVTKLuR=15,C=0.1uFuHHLRRCKRCdtdumHLKmAVRVKPmARULusVsVLRUdtdueLRUdtdueUuidtduRLudtdiLiRURSCRdtduKAKAKAKAKAKtLRAKAKtLRAKAKAKAKAKAKAK3 . 9)(1050015220215,./,)(18010

13、500103022023015/400,40041015105002/500)/(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NPNPNPEcRLRBNPNBCEEBIBIc三 层 三 端 结 构三 种 工 作 状 态UceIcIB=0截 止 区放 大 区饱 和 区输 出 特 性 曲 线7.1电力晶体管电力晶体管GTR7.1.1结构和工

14、作原理结构和工作原理)(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VuuuRIEUIIUIIIEIcebcbeLCCceBCceCBCBB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(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

15、 时 间 toff=ts(存 储 ） +tf(下 降 ） us级toffton,器 件 供 应 商 只 给 toff参 数7.1.2GTR的开关特性的开关特性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(offonZttKHSCRGTRtIB理 想 的 基 极 驱 动 电 流 波 形7.1.3GTR的主要参数的主要参数VBUIIeboCMBM8;)6121(:) 1 (基极参数(2)集 电 极 参 数 :a额 定 电 压 BUceoIcUce1234BUcbo1234 从 图 中 可 以 看

16、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 Tjm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与安全工作区Ib0Ib=0Ib0.7V)，提高开关速度。 由于基极最大驱动电流恒定（不随Ic变化）故称恒流驱动电路。 GTR集成驱动电路有UA4002UA4004/EXB840、EXB850。CVD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

17、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 ） 。2 GTR承 受 浪 涌 电 流 的 能 力 弱 ， 不 能 采 用 快 熔 保 护 。7.1.7GTR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GTO.).,(,.,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GTOGTOGTOGTOSCRGTOGTOAGKAG

18、K等效电路电气符号.5 . 4/5 . 4 ;9/1,) 3(., 83,)2()() 1 (2KVKAKVKAGTOSCRGTRususttIIIGTOoffonoffGMATOoffoffATO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7.2.2电力场效应晶体管电力场效应晶体管MOSFETN沟道P沟道MOSFET电气图形符号G（栅极）D（漏极）S（源极）GDS.,.0,),(,)(0,0,12GTRMOSIDSNUUIDSUsioMOSDTGSDGS曲线类似其输入输出特性所需驱动电流小

19、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。.,)()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nsMOSFTVUUIIUGDGSDMDDS7.2.3绝缘栅极双极型晶体管绝缘栅极双极型晶体管IGBTGCECGE电气符号等效电路利用MOS管的高开关频率高开关频率，低驱动功率低驱动功率

20、和GTR的低导低导通压降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（1）SCR属半控型，其他为全控型属半控型，其他为全控型（2）SCR/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/G

21、TO/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）： MOSFET（100KHz) GTR(10KHz)/IGBT/ GTO/SCR（5）SCR/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。参阅教材图参阅教材图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：（

22、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S1S2S1S3S2S4S1S2C1C2DCACDCDCACAC单相半桥单相桥式单相零式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

23、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。ug2ug1+-vu0+i-i0akmVD4akmVD3akmVD2akmVD1tTo Workspace1Scope2Scope1dgsmS4dgsmS3dgsmS2dgsmS1EClock RL单相桥式仿真模型单相桥式仿真模型f81.mdlE=10V，R=1 ，L=0.01H0.0360.03650.0370.03750.0380.03850.0390.03950.04-15-10-5051015uo 0.0360.03650.0370.03750.0380.03850

24、.0390.03950.04-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.6io VD1VD3VD2VD4VT1VT3VT2VT4ELRMOS管构成的单相桥式逆变器EEUtttEuoo9.024)5sin513sin31(sin41值输出基波交流电压有效二极管用于续流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）RL感应加热炉等效电路.);(:.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感应加

25、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振电流型逆变电路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。)()(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

26、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LCfLCRLCLjRCLLjRcjLjRcjZoffoZ换向过程换向过程（1）稳定导通阶段：VT1/VT4导通，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）

27、，），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LdL1L3L2（限制di/dt)L4LCRVT1VT2VT3VT4+-U d电压型串联谐振逆变电路Cd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

28、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IZLCfCLCLjRCjLjRZoffoZS1S4S3S6S5S2UNVWCd+-Ud管子导通角180度S1S2S3S4S5S6uUVuVWuWUuUNtttt8.2三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Ud+-NNU WUVVWuUN=Ud/3uUN=2Ud/3管子导通角180即任意时刻都有三个管子同时导通（另有120）dUVUVddUVdmUVdUVdUNUNddUNdmUNdUNUtduUUUUUUtttUuUt

29、duUUUUUUtttUu816. 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UdC1C4C3C6C5C2VD1VD4VD3VD6VD5VD2L1L4L3L6L5L2UV WVT1VT4VT3VT6VT5VT2R1R2R3+-三相逆变器换相过程换相过程C1C4VD1VD4L1L4VT1VT4R1xy+_Ud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。dyxdCCdUuuU

30、uuULVTU411, 0:1) 1 (此时稳定导通阶段C1C4VD1VD4L1L4VT1VT4R1xy+_UdioUic4ic1+01,21,4/1, 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VTUuiCCiiCCUCdtiCdtiUuuUiCUiCiiiiiiiiiVTVTouUuUuuudCoCCdCCdCCdodooCoCoUoVTLydxdCLCC1C4VD1VD4L1L4VT1VT4R

31、1xy+_Ud.,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odCCCiVDUUURVDRCVDLUC1C4VD1VD4L1L4VT1VT4R1xy+_UdioUic4ic1+.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VTVTVD8.2.2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）VT1VT2VT3VT

32、4VT5VT6tttiUiViwLdUVWVT5VT3VT2VT6VT4VT1+UdIdId.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LdUVWVT5VT3VT2VT6VT4VT1+UdIdVD1 VD3 VD5C1C3C5+电容C用于换相，隔离二极管VD防止电容经负载放电设VT1/VT2导通，触发VT3，则VT1关断。换相过程换相过程LdUVWVT3VT1+UdIdVD1VD3C13+ioC1 C3C5C13=(C1串C3）并C5.1, 0,11,

33、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VTUuCiiiVTVTuVTCOCoUTCLdUVWVT3VT1+UdIdVD1VD3C13+ioC1 C3C5C13=(C1串C3）并C5.3/2,1,/,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型：直流侧接大电容，输

34、出电压为矩形波，感性负载电压型：直流侧接大电容，输出电压为矩形波，感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（直流侧电变频器且负载为电动机时，无法实现再生制动（直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且负载为电动机时，

35、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直流变换器DC/DC逆变器可控交流电压交-交变换器AC/AC逆变器可控交流电压（1）当输入直流电压用蓄电池时接入DC/DC变换器接入AC/AC变换器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。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

36、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：（1）SPWM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）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。%)14232,2,3(.3,)2cos2sin2sinsin()30(5sin)30sin(

37、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uo1uo2 uo逆变器1逆变器200.010.020.030.040.050.060.070.080.090.1-200-150-100-50050100150200uo1 -0.0100.010.020.030.040.050.060.070.080.09-200-150-100-50050100150200uo2 串联多重技术消除谐波电压串联多重技术消除谐波电压并联多重技术

38、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PN负 载uo二组变流器反并联正组整流正组整流,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半周电压负半周电压.00.020.040.060.080.10.120.140.16-150-100-50050100

39、150Ud=0.9U2cosa 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,即即若电源频率为若电源频率为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,输出交流电输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.00.020.040.060.080.10.120.140.16-150-100-50050100150(2)正弦波交交变频器正弦波交交变频器(变角)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率即改变输出电压的频率.对给对给定的一个输出电压定的一个输出电压,

40、有一组有一组 角与之对应角与之对应,输出电压幅值输出电压幅值变化变化,相应的一组相应的一组 角也变化角也变化.其输出电压实际上是由数其输出电压实际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,输出越接输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谐波含采用三相变流器较单相谐波含量少（输出电压前者每量少（输出电压前者每60度改变一次，后者每度改变一次，后者每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(直接变频直接变频)(2)输出频率低输出频

41、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00.002 0.004 0.006 0.0080.010.012 0.014 0.016 0.0180.02-300-250-200-150-100-50050100uo SPWM Um Ud .,.,sin)12sin(22)2212sin(4

42、:).(),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PN负载uo交直交变频器LCt改变整流电路的a角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。特点：*输出电压为矩形波，含有高次谐波，对负载不利 *输入级采用相控整流，功率因素低 *

43、整流与逆变均采用可控环节，电路复杂，成本高 *中间有大电容C，输出电压的调节惯性大，响应慢。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。单极性单极性SPWM和双极性和双极性SPWMUdVT1VT3VT2VT4VD1VD2VD4VD3负载（1）单极性SPWM uotuo单极性SPWMt双极性SPWM在 图 示 单 相 桥 式 逆 变 电 路 中 ， 在 输 出

44、交 流 电 压 的 正 半 周 期 ：VT1一 直 导 通 ， VT4按 SPWM交 替 导 通 ， 输 出 电 压 只 在 一 个 方向 变 化 （ 非 0即 Ud） 的 SPWM称 为 单 极 性 SPWM（ 在 负 半 波 亦是 如 此 ） 。(2)双 极 性 SPWM若 同 一 桥 臂 的 开 关 器 件 驱 动 信 号 互 补 ， 即 VT1/VT4导 通 ， 输 出为 U d,反 之 VT1/VT4截 止 ， 则 VT2/VT3导 通 ， 输 出 为 -Ud,这 种 输出 电 压 非 +Ud即 -U d(无 0） 的 SPWM称 双 极 性 SPWM。ucSPWM倒相信号VT1VT4VT2VT3ur正弦波发生器ur三角波发生器uc电压比较器SPWMSPWM波形调制电路（ur称调制波，uc 称载波）10.2 SPWM波形的生成波形的生成10.2.1硬件电路生成法硬件电路生成法单极性单极性SPWMSPWM双极性SPWM+Ud-Ud双极性双极性SPWM三相三相SPWM的调制由一个载波和三的调制由一个载波和三个相位互差个相位互差120的调制波调制而成的调制波调制而成说明说明(1)正弦波称为调制波正弦波称为调制波ur，三角波称为载