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第六章电力电子技术(DCAC)

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dcac变换技术

dcac变换技术

（6-3）
DFn
= Vn V1n 2
（6-4）
对逆变器来讲，性能指标除波形参数外，还有如逆变器效率、比功率等性能指标。
§6.2 方波逆变器
6.2.1 单相半桥式逆变电路
半桥式逆变电路如图 6-9（a）所示，在直流侧有两个相互串联的足够大的电容，使得两个电
容的联结点为直流电压的中点。两个电容 C 构成一个桥臂，开关管 Q1 和 Q2 及其反并二极管 D1 和
（Vdc , Idc ）向负载传输；负的输出功率表明逆变器工作于整
整流器
逆变器
流状态，从负载向逆变器输入（Vdc , Idc ）反馈能量。因此逆
变器必须能够工作在四个象限才能适应各种不同的负载情
201
逆变器
整流器
图 6-7 逆变器四象限工作情况
现代电力电子技术基础
况。 设逆变器输出电压为正弦，输出电流滞后于输出电
=
Vin 2
,υo
的频率等于开关频率，
fs
=
1 Ts
, Ts
是开关周期。
203
现代电力电子技术基础
在纯电阻负载 R 情况下， D1 或 D2 都不参与导通，在 Q1 和 Q2 互相轮流导通，输出波形为方 波，其幅值为 Vin ，其输出电压有效值为：
2
1
∫ v AB
=
⎡2
⎢ ⎣
T0
V T0
2
2 in
分析方法。 DC-AC 方框图如图 6-1 所示。
图 6-1 DC-AC 方框图
§6.1 逆变器分类、功率流方向和波形指标
6.1.1 分类
逆变器分为单相和三相两大类。单相逆变器适用于小、中功率；三相逆变器适用于中、大功 率。这两大类按不同的特点又可分为：

电力电子技术(完整幻灯片PPT

电力电子技术(完整幻灯片PPT
1-3
2.1.1 电力电子器件的概念和特征
电力电子器件的损耗 通态损耗
主要损耗 断态损耗 开关损耗
开通损耗 关断损耗
通态损耗是器件功率损耗的主要成因。
器件开关频率较高时，开关损耗可能成为器件功率损 耗的主要因素。
1-4
2.1.2 应用电力电子器件系统组成
电力电子系统：由控制电路、驱动电路、保护电路
恢复特性的软度：下降时间与
延复迟系时数间，用的S比r表值示tf。/td，或称恢uFFra bibliotek2V0
b) tfr
t
图2-6 电力二极管的动态过程波形
a) 正向偏置转换为反向偏置
b) 零偏置转换为正向偏置
1-17
2.2.2 电力二极管的基本特性
关断过程
IF
diF
dt
trr
须经过一段短暂的时间才能重新获 UF
td
A
G
KK
A A
G
G
P1 N1 P2 N2
J1 J2 J3
K
K G
A
a)
b)
c)
图2-7 晶闸管的外形、结构和电气图形符号
a) 外形 b) 结构 c) 电气图形符号
外形有螺栓型和平板型两种封装。
四层三结三极。
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。
平板型晶闸管可由两个散热器将其夹在中间。
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电力电子技术(西电第二版)第6章 变频电路幻灯片PPT

电力电子技术(西电第二版)第6章 变频电路幻灯片PPT

下面着重分析负载电流的波形。
第6章 变 频 电 路
46
图6-17 交—交变频电路导通次序及电流波形
第6章 变 频 电 路
47
6.4.2 正弦波型交—交变频电路 1． 输出正弦波的调节方法 在图6-15所示的交—交变频电路中，其输出电压在半个
周期中的平均值取决于变频电路的控制角α。如果在半个周 期中控制角α是固定不变的，那么输出电压在半个周期中的 平均值是一个固定值。如果在半个周期中使导通组变频电路 的控制角α如图6-3所示由π/2(A点)逐渐减小到零(G点)；然 后逐渐由0增加到π/2，即α角在π/2≥α≥0之间来回变化 (分别为B、C、D、E、F各点)，那么变频电路在半个周期中输 出电压的平均值就从0变到最大再减小到0，获得按正弦规律 变化的平均电压。
三相方波型交—交变频电路的主电路如图6-15所示，图 中每一相由两组反并联的三相零式整流电路组成，这种连接
方式又称为公共交流母线进线方式。整流器Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ为正
组；Ⅳ、Ⅵ、Ⅱ为反组。每个正组由1、3、5晶闸管组成，每 个反组由4、6、2晶闸管组成。因此，变频电路中的换流应分 成组与组之间换流和组内换流两种情况。
负载呈容性，使io超前负载电压uo一个角度f，负载中电流及
电压波形如图6-6所示。
第6章 变 频 电 路
15
图6-6 并联谐振式逆变电路工作波形
第6章 变 频 电 路
16
根据上述分析，为保证变频电路可靠换流，必须在中频 电压uo过零前的tf时刻去触发V2及V3，tf应满足下式要求：
(6-1)
式中，Kf为大于1的系数，一般取2～3；tf称为触发引前时间。
负载的功率因数角j由负载电流与电压的相位差决定，
从图6-6可知

电力电子DC-AC逆变讲解

电力电子DC-AC逆变讲解

sin(t )
电力电子技术——DC-AC逆变
4.2.3 变压器中心抽头推挽式单相逆变电路
负载
a A * * O
1
* b B
仅二个开关T1、T2 轮流导电180度
开关管断态电压高一 倍 2VD 要输出变压器
VD
T1
D
D2
T2
变压器中心抽头推挽式单相逆变电路
适用于低压小功率、 须隔离的应用
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。
电力电子技术——DC-AC逆变
4.0.1 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
S1~S4是桥式电路的4个臂，由电力电子器件及辅 助电路组成。
uo
Ud S1 io 负载 S3 uo S 4 io t1 t2 t
S2 a)
b)
逆变电路及其波形举例
电力电子技术——DC-AC逆变
S1、S4闭合，S2、S3断开时，负载电压uo为正。 S1、S4断开，S2、S3闭合时，负载电压uo为负。
直流电
交流电
电力电子技术——DC-AC逆变
逆变电路最基本的工 作原理 —— 改变两 组开关切换频率，可 改变输出交流电频率。
电阻负载时，负载电流 io 和uo的波形相同，相位也 相同。
先使晶闸管电流减为零， 然后通过反并联二极管使其 加上反向电压。 也叫电流换流。
电感耦合式强迫 换流原理图
直接耦合式强迫换 流原理图
电力电子技术——DC-AC逆变
4.0.3 PWM
所谓PWM就是在所需的频率周期内，将直流电压调制成等 幅不等宽的系列交流输出电压脉冲，以达到控制频率、 电压、电流和抑制谐波的目的。

电力电子技术

电力电子技术

电力电子技术简介电力电子技术是一门将电能与电子技术相结合的学科，它涉及到电力系统的调节、转换和控制。

随着能源需求的不断增长和环境污染的日益严重，电力电子技术在能源转换和利用上起着至关重要的作用。

本文将介绍电力电子技术的基本原理、应用以及未来的发展方向。

原理电力电子技术基于电力电子器件，如整流器、逆变器、交流/直流变频器等。

这些器件能够通过控制电流和电压的变化，实现电能在不同形式之间的转换。

根据控制方式的不同，常见的电力电子器件可以分为可控硅器件、晶闸管、功率MOSFET、IGBT等。

电力电子技术主要涉及以下几个方面的原理：1. 可控硅可控硅是一种能够控制电流的四层结构的器件。

通过控制触发信号的时间和电流，可控硅可以实现电能的可控整流、开关和逆变。

可控硅具有高可靠性和耐高电压的特点，因此在交流调光、直流电机控制和交流电压调节等方面得到广泛应用。

2. 逆变器逆变器是将直流电能转换为交流电能的电力电子器件。

逆变器的主要原理是通过采用开关电路的方式来改变直流电压的极性和幅值，从而实现交流电能的产生。

逆变器具有很大的灵活性和控制性能，常用于太阳能发电、风力发电和电动车等领域。

3. 变频器变频器是一种能够改变电机输出频率的电力电子设备。

它通过控制电压和频率的变化，实现电机转速和扭矩的调节。

变频器主要由整流器、中间环节和逆变器组成，具有能耗低、减少机械损耗和调速范围广等优点，被广泛应用于工业生产和交通运输。

应用电力电子技术具有广泛的应用领域，以下是其中的几个典型应用：1. 电力传输和配电电力电子技术在电力传输和配电系统中发挥着重要作用。

通过使用高压直流输电（HVDC）技术，可以将电力从远距离高效地传输。

此外，电力电子技术也能够实现电能的无损传输、精确控制和配电优化，提高了电力系统的可靠性和可控性。

2. 电动交通电动交通是电力电子技术的重要应用之一。

电力电子器件能够将电池储存的直流电转换为交流电供给电动汽车或电动自行车，实现零排放的交通方式。

电力电子DC-AC逆变

电力电子DC-AC逆变

4.0.0 引言
逆变的概念
电力电子技术——DC-AC逆变
逆变——与整流相对应，直流电变成交流电。 交流侧接电网，为有源逆变。 交流侧接负载，为无源逆变。
逆变与变频
变频电路：分为交交变频和交直交变频两种。 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。
主要应用
各种直流电源，如蓄电池、干电池、太阳能电池等。
负载
a A * * O
1
* b B
P
Vd 2
0 Vd 2
VD
D1 T3 ia
a
T1
D
D2
T2
T1
D3 T5
ib
D5 ic
c
推挽式单相逆变电路
b
T4 D4
T6
D6
T2
D2
Q 电压型三相桥式逆变电路
电力电子技术——DC-AC逆变
4.1.2 逆变器输出波形性能指标
(1)谐 波 系 数 n Vn / V1 HF
T 2
t

电力电子技术——DC-AC逆变
4.1.3 其他指标
逆变器的性能指标除输出波形性能指标外，还应包 括：
逆变效率
单位重量（或单位体积）输出功率
可靠性指标
逆变器输入直流电流中交流分量的数值和脉动频率 电磁干扰EMI及电磁兼容性EMC
电力电子技术——DC-AC逆变
4.2 电压型单相方波逆电路工作原理
由换流电路内电容 直接提供换流电压 通过换流电路内的 电容和电感的耦合 来提供换流电压或 换流电流 直接耦合式 强迫换流 电感耦合式 强迫换流
电力电子技术——DC-AC逆变
直接耦合式强迫换流
当晶闸管VT处于通态 时，预先给电容充电。当 S合上，就可使VT被施加 反压而关断。 也叫电压换流。 电感耦合式强迫换流

第六章电力电子技术(DCAC)

第六章电力电子技术(DCAC)

死区时间的长短取决于器件的开关速度， 器件的开关速度越快，所留的死区时间就可 以越短。对于工作于上下桥臂通断互补控制 方式的任何电路，都必须设置“先断后通” 的死 区时间。
6.3 电流型逆变电路
直流电源为电流源的逆变电路即为电流型逆变 电路。一般电流源的输出端都串联有大电感，使输 出电流脉动很小，近似为恒流。
② U相高的中间60°、 V相低的后60 °和W 相低的前60 °， K1、K2、K6导通 相对于N点， U相上的电压 为2/3 Ud ， V相 和W相上的电压 为-1/3 Ud 。
③U相高的后60°、 V相高的前60 °和W相 低的中间60 °， K1、K2、K3导通
相对于N点， U相和V相上的 电压为1/3 Ud ， W相上的电压 为-2/3 Ud 。
⑤ W、U两相有电压，K5 、K4导通
⑥ W、V两相有电压，K5 、K6导通
在180°导通方式的逆变器中，为了防 止同一相上下两桥臂的开关器件同时导通而 引起直流电源短路，必须在两开关切换时设 置死区时间。 死区时间：指同一相上的两开关切换时驱动 信号同时为0的一段短暂的时间。 当两器件切换时，应采取先断后通的方 法，即先使应关断的器件关断，其关断一定 时间之后，再给应导通的器件发出开通信 号，这一间隔要确保应关断的器件关断后才 开通另一器件。
在C13放电结束之前， VT1一直承受反压，只要反压时 间大于晶闸管的关断时间，就能保证VT1可靠关断。t2时刻， C13放电结束，在负载电感的作用下开始反向充电，当C13两 端电压（左-右+）增加到使VD3正向偏置时， VD3导通，此
6.2 电压型逆变电路 6.2.1 单相电压型逆变电路
1、单相半桥式逆变电路 某弧焊逆变电源主电路
单相全波可控整流电路和单相半桥式逆变电路 单相全波可控 整流电路

《电力电子技术》PPT课件

《电力电子技术》PPT课件

可控硅时代
通过控制电流导通角，实现电 压和功率的调节。
现代电力电子时代
以IGBT、MOSFET等为代表 ，实现高效、快速的电能转换
。
电力电子技术的应用领域
电力系统
用于高压直流输电、无 功补偿、有源滤波等， 提高电力系统的稳定性
和效率。
电机驱动
用于电动汽车、电动自 行车、电梯等电机驱动 系统，实现高效、节能
照明控制
通过电力电子技术可实现 对照明设备的调光和调色 ，提高照明质量和节能效 果。
加热与焊接
电力电子技术可用于控制 加热设备的功率和温度， 实现精确控温和高效能焊 接。
交通运输应用
电动汽车驱动
电力电子技术是电动汽车 驱动系统的核心，可实现 高效能、低排放的驱动控 制。
轨道交通牵引
通过电力电子技术可实现 轨道交通车辆的牵引控制 和制动能量回收。
交流-交流变流电路的工作原理
通过电力电子器件的开关作用，改变输入交流电 的电压和频率，得到所需的输出交流电。Fra bibliotekABCD
交流-交流变流电路的分类
变频电路、变压电路等。
交流-交流变流电路的应用
电机调速、风力发电、太阳能发电并网等。
一般工业应用
01
02
03
电机驱动
电力电子技术可用于控制 电机的速度和转矩，提高 电机的效率和性能。
通过求解系统微分方程或差分方程，得到系统输 出与输入之间的关系，进而分析系统性能。
频域分析法
利用傅里叶变换将时域信号转换为频域信号，通 过分析系统频率响应特性来评估系统性能。
3
状态空间分析法
通过建立系统状态空间模型，分析系统状态变量 的变化规律，从而研究系统的稳定性和动态性能 。

电力电子技术-Chapter6

电力电子技术-Chapter6

电力电子技术Power Electronics第6章学习指导学习指导AC-AC变换器（AC-AC converter）是指能从一种形式的交流电变换成另一种形式的交流电的电力电子变换装臵。

根据变换参数的不同，AC-AC变换电路可以分为交流调压电路、交流电力控制电路和交—交变频电路。

交流调压电路一般采用相位控制，其特点是维持频率不变，仅改变输出电压的幅值，它广泛应用于电炉温度控制、灯光调节、异步电机的软启动和调速等场合；交流电力控制电路主要用于投切交流电力电容器以控制电网的无功功率，也可以用于电阻炉的温度控制；交—交变频电路也称直接变频电路(或周波变流器)，是不通过中间直流环节把电网频率的交流电直接变换成不同频率的交流电的变换电路，包括相控式交－交变频和矩阵式交－交变频，主要用于大功率交流电机调速系统。

第6章学习指导学习指导本章主要讨论交流调压电路、交流电力控制电路和交－交变频电路的构成和基本工作原理。

建议重点学习以下主要内容：1）交流调压电路构成的基本思想、单相相控式交流调压电路的工作原理、星形连接的三相相控式交流调压电路的工作原理和电路工作特点。

2）交流调功电路的工作原理、晶闸管投切电容器电路的工作特点。

3）相控式单相交－交变频器的电路构成特点、工作原理、调制方法以及输入输出特性；相控式三相交－交变频器的电路接线特点；矩阵式交－交变频器的基本概念、电路构成的基本思想、矩阵式交交变频电路的基本工作原理。

第6章AC－AC 变换器1 2 3 4概述交流调压电路交流电力控制电路基本内容交－交变频电路6.1 概述AC-AC变换：把一种形式的交流电变换成另一种形式的交流电，可以是电压幅值的变换、频率或相数的变换，能实现这种变换的电路称为AC-AC变换器或AC-AC变换电路。

根据变换参数的不同，可以分为交流调压电路、交流电力控制电路和交－交变频电路。

交流调压电路一般采用相位控制，其特点是维持频率不变，仅改变输出电压的大小，它广泛应用于电炉温度控制、灯光调节、异步电机的软启动和调速等场合。

(完整版)电力电子技术第6章习题答案

(完整版)电力电子技术第6章习题答案

第6章交流—交流变换电路课后复习题及答案第1部分：填空题1.改变频率的电路称为变频电路，变频电路有交交变频电路和交直交变频电路两种形式，前者又称为直接变频电路，后者也称为间接变频电路。

2.单相调压电路带电阻负载，其导通控制角α的移相范围为0~180O，随 α 的增大，U o 减小，功率因数λ减小。

3.单相交流调压电路带阻感负载，当控制角α＜ϕ(ϕ=arctan(ωL/R) )时,VT1的导通时间越来越短 ,VT2的导通时间越来越长。

4.根据三相联接形式的不同，三相交流调压电路具有多种形式，TCR属于支路控制三角形联结方式，TCR的控制角 α 的移相范围为90°~ 180°，线电流中所含谐波的次数为k。

6=±k,2,1,15.晶闸管投切电容器选择晶闸管投入时刻的原则是：该时刻交流电源电压和电容器预充电电压相等。

第2部分：简答题1.交流调压电路和交流调功电路有什么区别？二者各运用于什么样的负载？为什么？答：在每半个周波内通过对晶闸管开通相位的控制，可以方便地调节输出电压的有效值，这种电路称为交流调压电路。

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，可以方便地调节输出功率的平均值，这种电路称为交流调功电路。

交流调压电路广泛用于灯光控制及异步电动机的软起动，也用于异步电动机调速。

交流调功电路常用于电炉的温度控制，像电炉温度这样的控制对象，其时间常数往往很大，没有必要对交流电源的每个周期进行频繁的控制，只要以周波数为单位进行控制就足够了。

2.简述交流电力电子开关与交流调功电路的区别。

答：交流调功电路和交流电力电子开关都是控制电路的接通和断开，但交流调功电路是以控制电路的平均输出功率为目的，其控制手段是改变控制周期内电路导通周波数和断开周波数的比。

而交流电力电子开关并不去控制电路的平均输出功率，通常也没有明确的控制周期，而只是根据需要控制电路的开通和断开。

电力电子技术_基础知识

电力电子技术_基础知识

电力电子技术_基础知识一、内容简述本文将阐述电力电子技术的定义与发展历程，及其在现代能源系统中的地位和作用。

我们将让读者理解电力电子技术是如何通过半导体器件将电能从源头转换到最终用户的过程。

此外还将介绍电力电子技术在可再生能源、工业控制、交通运输等领域的应用及其发展趋势。

本节将介绍电力电子系统中的主要组成部分——电力电子转换器与变换器。

这些设备是电力电子技术中的核心部件，用于实现交流（AC）和直流（DC）之间的转换，电压和电流的控制以及调整。

本部分将介绍不同类型转换器的工作原理和特性，并探讨其在各种应用场景中的应用。

本节将详细介绍在电力电子系统中使用的半导体器件和功率模块。

包括二极管、晶体管（如IGBT）、场效应晶体管（MOSFET）等的基本工作原理及其在电力转换和控制中的应用。

此外还将探讨这些器件的性能参数、特点及其在高性能电力系统中的应用挑战。

本部分将介绍电力电子系统中的控制技术和调制策略，通过适当的控制方法，可以实现电力电子系统的稳定运行和精确控制。

本部分将讨论不同类型的控制方法（如PWM调制、空间矢量调制等）以及它们在电力电子系统中的应用和实现。

电力电子系统的安全和稳定运行至关重要，本部分将介绍在电力电子系统中使用的保护和故障诊断技术。

这些技术可以确保系统在异常情况下安全运行并避免损坏，本部分将探讨不同类型的保护措施（如过流保护、过电压保护等）以及现代故障诊断技术的应用和发展趋势。

1. 介绍电力电子技术的概念及其在现代社会的重要性电力电子技术是一种结合了电力工程与电子工程的理论和技术的跨学科领域。

它主要研究利用半导体器件进行电能转换、控制和优化的技术。

简单来说电力电子技术就是研究如何将电能从一种形式转换为另一种形式，以满足不同设备和系统的需求。

这种技术在现代社会中扮演着至关重要的角色，涉及到我们日常生活中的方方面面。

随着科技的快速发展，电力电子技术的重要性日益凸显。

在现代社会的各个领域，从工业制造、交通运输、通讯设备，到家庭生活、数据中心以及可再生能源系统，几乎无处不在都需要电力电子技术的支持。

电力电子技术(第2版)第6章

电力电子技术(第2版)第6章

6.1.4 零电压开关准谐振变换器
零电压开关准谐振Buck变换器(ZVS-QRC)也有全波模式和半波模式2 种电路。若开关器件只能承受单方向电压，则ZVS-QRC工作于半波 模式，其电路如图6-5(a)所示；若开关器件能承受双向电压，则 ZVS-QRC工作于全波模式，其电路如图6-5(b)所示。在ZVS-QRC中， 谐振电容Cr与开关管并联，谐振电感Lr与二极管VD串联。
(6) 箝位回馈阶段[T5，T6]。 在T5时，电容电压uc已上升到Ud，由于电感 电流iLr大于负载电流，因此将继续给电容 C充电，uc的电压一旦高于Ud ，由于二极 管VD0的箝位作用，谐振回路电感中的电 流除供给负载外，多余的电流通过VD0回 溃给电压源，电感电流逐渐减小，等效电 路如图6-8(g)所示。当电感电流减小到等 于负载电流时，VT0导通，由电压源和电 感电流iLr 同时给负载供电。VT0 是在零电 压和零电流下导通。
通常，在高通断频率时，ZVS比ZCS更可取，原因在于开关的内部 电容。当开关在零电流但在一定电压下闭合时，内部电容上的电 荷耗散在开关中。当通断频率很高时，这种损耗变得很大。但是， 如果开关是在零电压时闭合就不存在这种损耗。 从上述的电路分析可知，开关准谐振变换器可以有效地降低器件 的开关损耗，使得ZCS-QRC的实际工作频率达到1-2MHz，ZVSQRC的实际工作频率达到10MHz，但器件的电压或电流应力都比 较大，这是一个缺点，也是应用中一个重要的限制因素，值得进 一步研究。
1. 谐振直流环的结构
虚框内为桥式并 联谐振网络，它 由主开关管 VT0(VD0)，谐 振开关管VTa、 VTb、VDa、 VDb及谐振电感 Lr组成。
三相逆变器开关器件两端并联的电容可以等效为逆变器两端的电容C。则 在VT0、VTa、VTb通断，形成Lr、C谐振过程中就能使电容C两端直流电压 为零值，从而在主开关器件VT1—VT6需要改变开关状态时，产生零电压 开通和零电压、零电流关断的条件。该拓扑具有以下特点： (1) 逆变器开关器件可以选择在任何时刻通断，谐振可以在任何时刻进行，便 于和逆变器VT1—VT6开关器件的PWM控制同步。 (2) 所有开关器件承受的电压应力不超过Ud。 (3) 谐振电路的开关动作均在零电压条件下进行。 (4) 谐振电感Lr不在主回路能量传递通道上，逆变器不换流时Lr不工作，Lr仅用 作谐振时的储能元件。 (5) 谐振电容和每个主开关器件并联，因此，可以利用器件本身的寄生电容作 谐振电容或者作为谐振电容的一部分。

电力电子技术课件第6章

电力电子技术课件第6章
②当φ < ≤ 时 ❖当= 时，θ =0， uo=0 ❖当从 逐步减少时，θ 逐步 加大，直至接近 。
❖负 载 电 压 有 效 值 Uo 也 从 0 增 大到接近电源电压有效值U1。
❖导通角小于 ，电流断续。
6.1.1 相控单相交流调压电路
➢ 根据 、φ大小关系，θ角和电路运行状态不同
③0< ≤ φ (窄脉冲)时，
6.1.2 相控三相交流调压电路
(1) 触发信号的要求
②脉宽条件
❖ Y联接时三相中至少要有两相导 通才能构成电流通路。
❖ 为保证起始工作电流的流通，或 在控制角较大、电流不连续的情 况下仍能按要求使电流流通
❖ 触发信号应采用大于/3的宽脉 冲(或脉冲列)或采用间隔/3的双 窄脉冲。
6.1.2 相控三相交流调压电路
Z R2 (L)2
6.1.1 相控单相交流调压电路
➢ f , 的曲线族，如图
❖ 以负载阻抗角φ为参变量，
导通角θ与触发角的关系。
❖ 通过曲线可得到导通角θ 。
❖ 例 如 ， 当 φ =30° ，
=60° 时 ， 查 曲 线 ， 可 得 晶 闸 管 的 导 通 角 θ≈146° 。
图6.6 电感电阻性负载单相交流
0 uo (t) cos(nt)d (t)
bn
2
0 uo (t)sin(nt)d (t)
6.1.1 相控单相交流调压电路
(3) 谐波分析
❖ n次谐波电压系数：
an
2U1
n
1 [cos(n 1
1)
1]
1 [cos(n n 1
1)
1]
(n 3,5, 7....)
bn
2U1
1 n 1

DCAC逆变器技术及其应用综述

DCAC逆变器技术及其应用综述

源的关键技术- 逆变技术能将蓄电池、太阳能电池和 方法是在变压器副边与输出交流滤波器之间加交流调
燃料电池等其它新能源转化的电能变换成交流电能与 压开关 S3, 调节功率开关 S3 驱动信号占空比, 即可调
电网并网发电。因此, 逆变技术在新能源的开发和利用 节输出矩形波脉宽, 交流开关将方波电压变成脉宽可
图 3 阶梯波合成逆变器电路结构及其N = 6 时原理波形
正弦脉宽调制 SPWM 逆变器电路的特点为: 1) 变压器仍工作在工频, 体积大且笨重, 体积与重 量仅和输出电压频率有关, 与逆变器开关频率无关, 提
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Key w o rd s: inverter; topo logy; low frequency link; h igh frequency link
1 引言
能的。一种调压方法是调节功率开关 S1、S2 驱动信号 占空比, 从而改变输出电压 uAB 即 uCD 的脉宽, 如图 1
DC A C 逆变器是应用功率半导体器件, 将直流电 (b) 所示。但这种调压方法存在明显缺点, 即感性负载
DC DC 变换器和阶梯波合成逆变器级联式电路结构, 如图 3 (a) 所示。 阶梯波的阶高按正弦规律变化, 如果 每个周期阶梯波的阶梯数为 2N , 则需要 N 台单相逆 变器或 N 3 台三相逆变器。 每个单相功率电路相同, 可采用推挽、桥式或三相桥式电路。大功率逆变器阶梯
波合成常用的方法是移相迭加法, 即将 N 个依次相移 ΠN 、不同幅值的方波或矩形波迭加合成, 最大限度地 将某些低次谐波互相抵消, 使合成波的谐波含量最小。 因此, 阶梯波合成逆变器又称为应用“谐波抵消”(H a r2 m on ic cancella tion) 的逆变器。每相输出变压器变比和 绕组的联接方式由“谐波抵消”理论确定, N = 6 时变压 器绕组联接方式及阶梯波合成波形, 如图 3 (b)、(c) 所 示。

电力电子技术

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（U O E）I1toff 。当电路工作于稳态时，一个周期 T中电感 在此期间电感 L 释放的能量为
L积蓄的能量与释放的能量相等，即： EI1ton （U O E）I1toff ，所以 输出电压高于电源电压，故称该电路为升压斩波电路
UO
T E T 1 toff ， toff
和M 供电，uo＝0。一个周期内的平均电压 起到降压的作用。
Байду номын сангаас
UO
ton E ton toff 。输出电压小于电源电压，
升压斩波电路的基本工作原理。 答：假设电路中电感L 值很大，电容C 值也很大。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，基本保持 输出电压为恒值 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 EI1t on 。 当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
SVC TSC晶闸管投切电容器与TCR晶闸管控制电抗器的混合装置（TCR TSC） 静止无功 补偿装置 晶闸管控制电抗器与固定电容器FC或机械投切电容器MSC混合装置（TCR FC、TCR MSC）
PWM 控制技术的重要理论基础是面积等效原理：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯 性的环节上，其效果基本相同。冲量即窄脉冲的面积。 按照驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间信号的性质， 电力电子器件分为电流驱 动型和电压驱动型两类。 电力电子器件的保护有过电压保护和过电流保护， 其中采用快速熔断器是电力电子装置中最 有效、应用最广的一种过电流保护措施。 缓冲电路又称为吸收电路，其作用是抑制电力电子器件的内因过电压、 du / dt 或者过电流 和 di / dt ，减小器件的开关损耗。 电流跟踪型PWM变流电路就是对变流电路采用电流跟踪控制。也就是不用信号波对载波进 行调制，而是把希望输出的电流作为指令信号，把实际电流作为反馈信号，通过二者的瞬时 值比较来决定逆变电路各功率器件的通断，使实际的输出跟踪电流的变化。 采用滞环比较方式的电流跟踪型变流器的特点： ①硬件电路简单； ②属于实时控制方式，电流响应快； ③不用载波，输出电压波形中不含特定频率的谐波分量； ④与计算法和调制法相比，相同开关频率时输出电流中高次谐波含量较多； ⑤采用闭环控制。 降压斩波电路工作原理。 降压斩波器的原理是：在一个控制周期中，让V导通一段时间ton，由电源E 向L、R、 M供电，在此期间，uo＝E。然后使V关断一段时间toff，此时电感L通过二极管VD 向R

《电力电子技术》讲义第06章

《电力电子技术》讲义第06章

课题二 DC/DC 变换电路开关电源的核心技术就是DC/DC 变换电路。

DC/DC 变换电路就是将直流电压变换成固定的或可调的直流电压。

DC/DC 变换电路广泛应用于开关电源、无轨电车、地铁列车、蓄电池供电的机车车辆的无级变速以及20世纪80年代兴起的电动汽车的调速及控制。

常见的DC/DC 变换电路有非隔离型电路隔离型电路和软开关电路。

一、非隔离型电路非隔离型电路即各种直流斩波电路，根据电路形式的不同可以分为降压型电路、升压型电路、升降压电路、库克式斩波电路和全桥式斩波电路。

其中降压式和升压式斩波电路是基本形式，升降压式和库克式是它们的组合，而全桥式则属于降压式类型。

下面重点介绍斩波电路的工作原理、升压及降压斩波电路。

1. 直流斩波器的工作原理最基本的直流斩波电路如图3-18（a ）所示，负载为纯电阻R 。

当开关S 闭合时，负载电压u o =E ，并持续时间T ON ；当开关S 断开时，负载上电压u o =0V ，并持续时间T OFF 。

则T=T ON +T OFF 为斩波电路的工作周期，斩波器的输出电压波形如图3-18（b ）所示。

若定义斩波器的占空比T T k ON /=，则由波形图上可得输出电压得平均值为：kE U T T E T T T U d ON OFF ON ON o ==+=只要调节k ，即可调节负载的平均电压。

(a) 电路 （b ）波形图3-18 基本斩波电路及其波形 2. 降压斩波电路(1) 电路的结构降压斩波电路是一种输出电压的平均值低于输入直流电压的电路。

它主要用于直流稳压电源和直流电机的调速。

降压斩波电路的原理图及工作波形如图3-19所示。

图中，U 为固定电压的直流电源，V 为晶体管开关（可以是大功率晶体管，也可以是功率场效应晶体管）。

L 、R 、电动机为负载，为在V 关断时给负载中的电感电流提供通道，还设置了续流二极管VD 。

(1) 电路的工作原理t =0时刻，驱动V 导通，电源U 向负载供电，忽略V 的导通压降，负载电压U o =U ，负载电流按指数规律上升。

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6.2.2 三相电压型逆变电路 低压变频器主电路
电压型全桥式逆变电路
电压型全桥式逆变电路的控制方式：
电压输出波形为180°导通型的方波; 电压输出波形为120°导通型的方波;
脉冲宽度调制 .
1、180°导通型方波输出三相逆变器 希望输出的三相相电压波形
从波形看，每个周期输出六种状态： UW高V低；U高VW低；UV高W低； UW低V高；U低VW高； UV低W高。 每个桥臂的导通角度为180°，同一相上 下两个桥臂交替导电，三相负载同时施加电 压，各相导电的角度依次相差120°。 设六个开关为K1~K6，其中K为VT和VD的 并联。六个开关的导通顺序为K1、K2、K3、 K4、K5、K6. 在同一时刻，有三个开关导 通，或者上桥臂一个下桥臂两，或者上桥臂两 开关下桥臂一个。
按逆变器输出交流电的频率分类: 工频逆变（50HZ~60HZ） 中频逆变（几百赫兹至十几千赫兹） 高频逆变（十几千赫兹至十几兆赫兹）
6.1.2 逆变电路的控制方式
1、对器件进行180°或120°导通控制，使 逆变器输出波形为方波或阶梯波，这种 方式对器件的工作频率要求较低。 ——要求开关器件动作慢。
等效电路及其波形图
0 ~ t 2区间： VT1正偏（上桥臂通），VT2反偏（下桥
臂关断），负载电压uo = uAN = Ud/2。 0～t1区间： io与uo方向相反， 电流通路为：
N→R→L→VD1→C1(+),L放能。 t1~t2区间： io流向变为从右向左，VT1通，
VD1断。电流流通路径为： C1(+)→VT1→L→R→N，L储能。
负载线电压为输出相电压之差
每个输出周期分六个开关组合状态
① U相高的前60°、 V相低的中间60 °和W 相高的后60 °， K1、K5、K6导通 当电流为负时（感性负载电流滞后电压），
实际导通器件可能为二极管。等效电路如下：
直流电压Ud 通过K1、K5 、K6加到负载的 三端。负载U相和W相并联后再与V相串联接 到Ud两端。
2、采用斩波控制，这种方式可以减少输出波 形的谐波 ，使输出波形更接近理想波形。 ——要求开关器件动作快。
6.2 电压型逆变电路
6.2.1 单相电压型逆变电路
1、单相半桥式逆变电路 某弧焊逆变电源主电路
单相全波可控整流电路和单相半桥式逆变电路 单相全波可控
整流电路
单相半桥式 逆变电路
单相半桥式逆变电路及其波形图
VT1、VT4和VT3、VT2的驱动信号互补， 但VT1与VT4、 VT2与 VT3的驱动信号错开δ 角。
0~t1区间： K1、K4通， K2、K3断， io﹤0
t1~ t2区间： K1、K4通， K2、K3断， io﹥0
t2~ t3区间： K1、K2通， K3、K4断， io﹥0
t3~ t4区间： K2、K3通， K1、K4断， io﹥0
t2~t4区间： VT1反偏（上桥臂断），VT2正偏（下桥
臂通），负载电压uo =uAN =－Ud/2。 t2~t3区间： io＞0，负载电感放能，故VD2
导通，VT2关断， io减小，电流流通路径为：
C2(-)→VD2→L→R→N t3~t4区间：L储能释放完毕，VD2关断， VT2开始导通，电感反向充电，io反向增加。 电流流通路径为：
固定脉冲控制方式的交流输出电压仍为正负电
压各为180°的方波，输出电压有效值的调节只能
靠改变直流侧电压Ud完成，由于直流侧并联有大电 容，影响了调节的快速性。
等效电路及其波形图
❖ 移相控制方式 对成对导通的两组开关器件（对角开关
器件为一组）的驱动信号不再按相差控制， 而是移动一定角度，使输出电压波形的宽度 发生变化，从而实现调节输出电压的目的。
③U相高的后60°、 V相高的前60 °和W相 低的中间60 °， K1、K2、K3导通
相对于N点， U相和V相上的 电压为1/3 Ud ， W相上的电压 为-2/3 Ud 。
④ U相低的前60°、 V相高的中间60 °和W 相低的后60 °， K2、K3 、K4导通
相对于N点， V相上的电压为 2/3 Ud ，U相和 W相上的电压 为-1/3 Ud 。
现代电力电子技术
第六章 DC/AC变换
6.1 逆变电路的分类和控制方式
6.1.1 逆变电路的分类 按直流电源的性质分类: 电压型逆变电路 电流型逆变电路 按逆变电路输出交流电的相数分类: 单相逆变电路 三相逆变电路 多相逆变电路 按负载以及能量传递情况分类: 无源逆变器 有源逆变器
按逆变器输出电平的数目分类: 两电平逆变电路 三电平逆变电路 多电平逆变电路
t4~ t5区间： K2、K3通， K1、K4断， io﹤0
t5~ t6区间： K3、K4通， K1、K2断， io﹤0
3、推挽式单相逆变电路 电路结构与单相全波可控整流电路相同。
脉 冲 移 相 控 制 时 的 工 作 波 形
开关由IGBT和 二极管反并联组 成，副边绕组接 负载。交替驱动 VT1和VT2，则在 变压器副边得到 波形与全桥电路 完全相同的输出 电压uo和电流io。
C2(+) →R →L → VT2 → 控制方式 VT1、VT4驱动信号同相，VT2、VT3驱动信号
同相，而VT1、VT4和VT2、VT3的驱动信号互补， 逆变器输出的交流电压和电流波形与半桥式逆变器 基本相同，区别是全桥式逆变器导通器件为对角桥 臂开关器件成对导通，因而负载输出电压幅值为直 流电压值，是半桥电路的2倍。
U相和W相并联后的阻抗为每相阻抗的一 半。该阻抗与V相阻抗串联后共同承担电压Ud。 因此， 相对于负载公共点N点，U相和W相上 的电压为1/3 Ud ， V相上的电压为-2/3 Ud 。
② U相高的中间60°、 V相低的后60 °和W 相低的前60 °， K1、K2、K6导通
相对于N点， U相上的电压 为2/3 Ud ， V相 和W相上的电压 为-1/3 Ud 。
⑤ U相低的中间60°、 V相高的后60 °和W 相高的前60 °， K3 、K4 、K5导通
相对于N点， V相和W相上的 电压为1/3 Ud ， U相上的电压 为-2/3 Ud 。

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