电力电子第七章总结
电力电子技术-全书总结
电力电子技术Βιβλιοθήκη 结第七章要点： 掌握软开关的基本概念（硬开关、软开关、零电压开 关和零电流开关）； 重点掌握零电压开关准谐振电路、谐振直流环、移相 全桥型零电压开关PWM电路和零电压转换PWM电路的工作 原理。 第八章要点： 理解间接交流变流电路的工作原理、应用；理解间接 直流变流电路的类型、电路结构及应用。
电力电子技术总结
第三章要点： 重点掌握各种基本斩波电路的工作原理、输入输出关 系、电路解析方法、工作特点。 第四章要点： 重点掌握交流—交流变流电路的分类及其基本概念； 单相、三相交流调压电路的电路构成、工作原理分析，以 及单相电路在电阻负载和阻感负载时计算方法； 重点掌握交流调功电路和交流电力电子开关的基本概 念；理解晶闸管相位控制交交变频电路的电路构成、工作 原理和输入输出特性。
电力电子技术总结
第一章要点： 掌握各种主要电力电子器件的基本结构、工作原理、 基本特性和主要参数等，理解电力电子器件的驱动和保护 电路的作用。 第二章要点： 重点掌握电力电子电路按分段线性电路进行分析的基本 思想、单相整流电路和三相整流电路的原理分析与计算、各 种负载对整流电路工作情况的影响； 可控整流电路的有源逆变工作状态，重点掌握产生有源 逆变的条件、三相可控整流电路有源逆变工作状态的分析计 算、逆变失败及最小逆变角的限制等。
电力电子技术总结
第五章要点： 掌握换流的概念以及换流方式的分类； 重点掌握单相和三相电压型逆变电路的主要特点、原 理分析和计算；理解单相和三相电流型逆变电路的主要特 点、原理分析。 第六章要点： 重点掌握PWM控制的基本原理；单相桥式PWM逆变电 路中单极性和双极性控制方法分析。 重点掌握异步调制和同步调制的概念，规则采样法的概 念。 理解单相PWM整流电路的工作原理和控制方法分析。
电力电子学课后答案第七章
比较图和所示SCR和GTO两种驱动器工作原理、驱动器的输出波形和脉冲变压器的利用率。
答案—答：两者都是采用脉冲变压器进行隔离的。
对于SCR，当控制系统发出的驱动信号经变压器放大后，再经过二极管整流便可获得触发脉冲电流。
为防止脉冲变压器饱和，在原方增加了由齐纳二极管和二极管组成的续流部分，在驱动信号为零时电流可迅速衰减至零。
对于GTO，由于在脉冲变压器次级含有四个二极管组成的全桥整流，增加了脉冲变压器的利用率。
关断时需要在门极施加大幅值的负脉冲电流，故GTO驱动器与SCR驱动器相比，增加了产生负脉冲电流的部分。
即SCR驱动器输出波形中只有正脉冲，而GTO驱动器输出波形中有正、负脉冲。
图(a)所示BJT驱动器中为什么要用正、负双电源，电容Ｃ起什么作用。
答案答：BJT断态时应施加反向的基—射极间电压，以缩短关断时间和增加三极管的集—射间阻断能力。
因此，用正、负双电源的目的就是为了能在BJT阻断时，给基—射极间施加反偏电压，使BJT 快速关断，并维持短态。
电容C为加速电容，电路输入低电平时，电容C充电，充电电流在BJT开通初期提供基极瞬时大电流（提升电流），可以加快开通过程，稳态导通时，基极电流减小，可以减短关断过程。
说明图、图中P-MOSFET驱动器工作原理。
答案%答：图画出了由脉冲变压器驱动的。
有正信号输入时，变压器副方电压经过向管提供开通电压并给门极/源极结电容充电，这时辅助管受反偏而不导电，阻断了门极结电容经放电。
当有负信号输入、脉冲变压器副方，辅助管导电，、两点导通，抽出管门极结电容的电荷，使其关断。
图给出了带光耦的驱动器，有驱动信号时，A 点位正电位，导通使导通。
无驱动信号时，A 点位负电位，导通，稳压管的电压作为反压加至的栅（G）-源（S ）极关断。
答案有光耦隔离的驱动器优、缺点是什么答：有光耦隔离的驱动器两侧的电磁干扰小，但光耦器件需要承受主电路的高压，有时还需要增加额外的电源和脉冲电流放大器。
电力电子技术课件 第7章
电力电子技术的发展及其在电力系统中的应用，将使 用晶闸管的静止无功补偿装置推上了无功补偿的舞台， 并逐渐占据了静止无功补偿的主导地位。 随着电力电子技术的进一步发展，20世纪80年代以来， 出现了一种更为先进的静止型无功补偿装置，这就是 采用自换相变流电路的静止无功补偿装置——静止同 步补偿器(Static Synchronous Compensator— STATCOM)，也有人称之为新型静止无功发生器 (Advanced Static Var Generator—ASVG)，或者轻型 SVC(SVC-Light)。
与并联电容器配合使用的TCR
当TCR与固定电容器配 合使用时，被称为 TCR+FC型SVC，有时 也简称为TCR，其电 压—电流特性如图所示。 这种类型补偿器的缺陷 是：当补偿器工作在吸 收很小的容性或感性无 功功率的状态时，其电 抗器和电容器实际上都 已吸收了很大的无功功 率，因此都有很大的电 流流过，只是相互对消 而已，这显然降低了 TCR的使用效率。
(2)控制方法 开环控制的策略相对较简单，多用于负载补偿。这 种控制方式已经成功地应用在减少电弧炉引起的电 压闪烁方面。 闭环控制的方法较为复杂，实际系统中应用也较多， 下面以改善电压质量调整的功能为例，介绍具体的 闭环控制方法。
电压闭环的控制方法示意图
带电流内环的电压反馈控制方法示意图
为了改善控制性能，可以在此基础上再引入补偿电流 ISVC的反馈，如图所示。通过在电压反馈构成的外闭 环之内再引入电流环的负反馈控制，以提高控制精度。 这样，控制系统中就有两个调节器——电压调节器和 电流调节器。
TSC的基本原理 7.3.1 TSC的基本原理
TSC的基本原理 (a)单相结构简图；(b)分组投切的TSC单相简图；(c)电压—电流特性
电力电子技术第7章-答案
第7章 PWM控制技术复习题第1部分：填空题1.PWM控制的理论基础是面积等效原理，即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。
2.根据“面积等效原理”，SPWM控制用一组等幅不等宽的脉冲（宽度按正弦规律变化）来等效一个正弦波。
3.PWM控制就是对脉冲的__宽度____进行调制的技术；直流斩波电路得到的PWM波是等效_直流___波形，SPWM控制得到的是等效_正弦___波形。
4.PWM波形只在单个极性范围内变化的控制方式称__单极性___控制方式，PWM波形在正负极性间变化的控制方式称__双极性______控制方式，三相桥式PWM型逆变电路采用__双极性______控制方式。
5.SPWM波形的控制方法：改变调制信号u r的幅值可改变基波幅值；改变调制信号u r的频率可改变基波频率；6.得到PWM波形的方法一般有两种，即_调制法__和_计算法_，实际中主要采用_调制法_。
7.根据载波和信号波是否同步及载波比的变化情况，PWM调制方式可分为_同步调制__和_异步调制__。
一般为综合两种方法的优点，在低频输出时采用_异步调制_方法，在高频输出时采用_同步调制_方法。
8.在正弦波和三角波的自然交点时刻控制开关器件的通断，这种生成SPWM波形的方法称_自然采样法___，实际应用中，采用_规则采样法______来代替上述方法，在计算量大大减小的情况下得到的效果接近真值。
9.正弦波调制的三相PWM逆变电路，在调制度α为最大值1时，直流电压利用率为__0.866____，采用_梯形____波作为调制信号，可以有效地提高直流电压利用率，但是会为电路引入__低次谐波_____。
10.PWM逆变电路多重化联结方式有_变压器方式______和_电抗器方式____，二重化后，谐波地最低频率在____2__ωc附近。
11.从电路输出的合成方式来看，多重逆变电路有串联多重和并联多重两种方式。
电压型逆变电路多用__串联___多重方式；电流型逆变电路多采用_并联____多重方式。
电力电子技术第7章 脉宽调(PWM)技术
17-82
7.2.1 计算法和调制法
一般在输出电压半周期内，器件通、断各2k次， 考虑到PWM波四分之一周期对称，k个开关时 刻可控，除用一个自由度控制基波幅值外，可 消去k－1个频率的特定谐波。 k的取值越大，开关时刻的计算越复杂。 除计算法和调制法外，还有跟踪控制方法，在
7.3节介绍。
18
• 第5、6章已涉及到PWM控制：第5章直流斩波 电路采用的就 PWM 技术；第 6 章的 6.1 斩控式 调压电路和6.4矩阵式变频电路都涉及到了。
2
2-82
第七章 PWM控制技术• 引言
• PWM控制的思想源于通信技术，全控型器件的发展使得实
现PWM控制变得十分容易。
• PWM技术的应用十分广泛，它使电力电子装置的性能大大 提高，因此它在电力电子技术的发展史上占有十分重要的
在ur的半个周期内，三角波 载波不再是单极性，而是有 正有负，所得PWM波也有正 有负，其幅值只有±Ud两种 电平。 ur正负半周，对各开关器件 的控制规律相同。
N fc 9 fr
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图7-6 双极性PWM控制方式波形23
24-82
7.2.1 计算法和调制法
u O uo uof uc ur
u ur uc
wt
O
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uo Ud O -Ud
uo Ud
u of
uo
wt
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wt
图7-5 单极性PWM控制方式波形
第七章谐振软开关技术
个人收集整理 仅供参考学习(7-1)1 / 10第七章谐振软开关技术随着电力电子器件的高频化，电力电子装置的小型化和高功率密度化成为可能。
然而 如果不改变开关方式，单纯地提高开关频率会使器件开关损耗增大、效率下降、发热严重、 电磁干扰增大、出现电磁兼容性问题。
80年代迅速发展起来的谐振软开关技术改变了器件 的开关方式，使开关损耗可原理上下降为零、 开关频率提高可不受限制，故是降低器件开关 损耗和提高开关频率的有效办法。
本章首先从PWM 电路开关过程中的损耗分析开始， 建立谐振软开关的概念； 再从软开 关技术发展的历程来区别不同的软开关电路， 最后选择零电压开关准谐振电路、 零电流开关 准谐振电路、零电压开关 PWM 电路、零电压转换PWM 电路和谐振直流环电路进行运行原 理的仔细分析，以求建立功率器件新型开关方式的概念。
文档收集自网络，仅用于个人学习7.1谐振软开关的基本概念7.1.1开关过程器件损耗及硬、软开关方式无论是DC — DC 变换或是DC — AC 变换，电路多按脉宽调制（PWM ）方式工作，器件 处于重复不断的开通、 关断过程。
由于器件上的电压 "、电流-会在开关过程中同时存在，因而会出现开关功率损耗。
以图 7-1（ a ）Buck 变换电路为例，设开关器件 VT 为理想器件， 关断时无漏电流，导通时无管压降，因此稳定通或断时应无损耗。
文档收集自网络，仅用于个人学7-1 （b ）为开关过程中 VT 上的电压、电流及损耗 /的波形，设负载电流L 恒当VT 关断时，负载电流-一改由续流二极管 VD 提供。
若再次触发导通 VT ，电流从VD，直至J' -.1' 才下降为零。
这样就产向VT 转移（换流），故-工期间「上升但- J'-- 生了开通损耗 儿：。
当停止导通 VT 时，"从零开始上升，在 U T = E *图7-1 Buck 变换电路开关过程波形，「才减小为零，这样就产生了关断损耗■八r。
电力电子技术课后习题重点(第五章~第七章)
4-4电压型逆变电路中反馈二极管的作用是什么？为什么电流型逆变电路中没有反馈二极管？在电压型逆变电路中,当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率,直流侧电容起缓冲无功能量的作用。
为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道,逆变桥各臂都并联了反馈二极管。
当输出交流电压和电流的极性相同时,电流经电路中的可控开关器件流通，而当输出电压电流极性相反时,由反馈二极管提供电流通道。
4-8.逆变电路多重化的目的是什么?如何实现?串联多重和并联多重逆变电路备用于什么场合?答:逆变电路多重化的目的之一是使总体上装置的功率等级提高,二是可以改善输出电压的波形。
因为无论是电压型逆变电路输出的矩形电压波,还是电流型逆变电路输出的矩形电流波,都含有较多谐波,对负载有不利影响,采用多重逆变电路,可以把几个矩形波组合起来获得接近正弦波的波形。
逆变电路多重化就是把若干个逆变电路的输出按一定的相位差组合起来,使它们所含的某些主要谐波分量相互抵消,就可以得到较为接近正弦波的波形。
组合方式有串联多重和并联多重两种方式。
串联多重是把几个逆变电路的输出串联起来,并联多重是把几个逆变电路的输出并联起来。
串联多重逆变电路多用于电压型逆变电路的多重化。
并联多重逆变电路多用于电流型逆变电路的多重化。
在电流型逆变电路中,直流电流极性是一定的,无功能量由直流侧电感来缓冲。
当需要从交流侧向直流侧反馈无功能量时,电流并不反向,依然经电路中的可控开关器件流通,因此不需要并联反馈二极管。
5-1简述图5-la 所示的降压斩波电路工作原理。
答：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on t 。
，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off t ，此时电感L 通过二极管VD 向R 和M 供电，Uo=0。
一个周期内的平均电压0on offE t U t ⋅=⋅输出电压小于电源电压,起到降压的作用。
5-2．在图5-1a 所示的降压斩波电路中，已知E=200V ，R=10Ω，L 值微大，E=30V ，T=50μs ，ton=20μs ，计算输出电压平均值U o ，输出电流平均值I o 。
电力电子技术课件第7章
在发电环节，电力电子技术主要用于控制发电机组的励磁和变速恒频技术，提高发电效率；在输电环节，电力电 子技术主要用于高压直流输电和灵活交流输电技术，实现远距离大容量输电和改善电网稳定性；在配电环节，电 力电子技术主要用于无功补偿和谐波抑制技术，提高配电网的供电质量和可靠性。
新能源系统
要点一
总结词
工业自动化系统
总结词
电力电子技术在工业自动化系统中广泛应用，为工业 生产提供高效、稳定、可靠的动力和控制。
详细描述
在电机驱动中，电力电子技术用于控制电机的启动、 停止、正反转和调速等操作，实现自动化生产线的精 准控制；在能源管理中，电力电子技术用于实现能耗 监测、能源调度和节能控制等功能，提高工业生产的 能源利用效率和降低能耗成本；在自动化生产线中， 电力电子技术用于实现生产设备的联动控制和数据采 集等功能，提高生产效率和产品质量。
电流等优点，适用于中小功率的开关电源、电机控制等场合。
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电力晶体管（GTR）
一种电流控制型大功率器件，具有较低的饱和压降和较高的工作电流，
但开关速度较慢。
不可控型器件
电力二极管
一种单向导电的半导体器件，具 有正向导通、反向截止的特性， 常用于整流和续流。
快恢复二极管
一种高速恢复的整流二极管，适 用于高频整流和续流电路。
AC/DC转换电路是指将交流电转换为直流电的电路，是电力电子技术中常见的 一种转换电路。
详Hale Waihona Puke 描述AC/DC转换电路通常采用整流器实现，利用二极管的单向导电性将交流电转换 为直流电。整流器可以分为半波整流器和全波整流器，根据不同的需求选择不 同的整流方式。
DC/AC转换电路
总结词
DC/AC转换电路是指将直流电转换为交流电的电路，也称为 逆变电路。
电力电子半导体器件(IGBT)
c. 栅分布锁定：是因为绝缘栅旳电容效应，造成在开关过程中个别先开通或 后关断旳IGBT之中旳电流密度过大而形成局部锁定。
——采用多种工艺措施，能够提升锁定电流，克服因为锁定产生旳失效。
4．开关时间与漏极电流、门极电阻、结温等参数旳关系：
5．开关损耗与温度和漏极电流关系
（三）擎住效应
IGBT旳锁定现象又称擎住效应。IGBT复合器件内有一种 寄生晶闸管存在，它由PNP利NPN两个晶体管构成。在NPN晶 体管旳基极与发射极之间并有一种体区电阻Rbr，在该电阻上， P型体区旳横向空穴流会产生一定压降。对J3结来说相当于加 一种正偏置电压。在要求旳漏极电流范围内，这个正偏压不大， NPN晶体管不起作用。当漏极电流人到—定程度时，这个正偏 量电压足以使NPN晶体管导通，进而使寄生晶闸管开通、门极 失去控制作用、这就是所谓旳擎住效应。IGBT发生擎住效应后。 漏极电流增大造成过高旳功耗，最终造成器件损坏。
在使用中为了防止IGBT发生擎住现象:
1．设计电路时应确保IGBT中旳电流不超出IDM值； 2．用加大门极电阻RG旳方法延长IGBT旳关断时间，减小重加
dVDS/d t。 3．器件制造厂家也在IGBT旳工艺与构造上想方设法尽量提
高IDM值，尽量防止产生擎住效应。
（四）安全工作区 1．FBSOA：IGBT开通时正向偏置安全工作区。
4．开关特征：
与功率MOSFET相比，IGBT 通态压降要小得多，1000V旳 IGBT约有2~5Ｖ旳通态压降。这 是因为IGBT中N－漂移区存在电 导调制效应旳缘故。
电力电子变流技术课后答案第7章
电力电子变流技术课后答案第7章第七章直流斩波电路习题与思考题解7-1.DC/DC变换电路的主要形式和工作特点是什么？解：.DC/DC变换器有两种主要的形式，一种是逆变整流型，另一种是斩波电路控制型。
逆变整流型是将直流电压逆变成一个固定的高频交流电压，将这个交流电压经变压器变为要求的交流电压，再整流成所需要的直流电压。
逆变电路一般采用恒压恒频控制，它适用于小功率的电源变换和变压比较大的变换中。
斩波电路控制型可选用多种脉冲调制方式做为控制输入，适用于不需要隔离的场合和升压、降压比不大的场合。
7-2.试述斩波电路的主要功能。
解：直流斩波电路是一种直流/直流（DC/DC）变换电路，其主要功能是通过控制直流电源的通和断，来实现对负载上的平均电压和功率进行控制，即所谓调压调功功能。
7-3.斩波电路常用的三种控制方式是什么？解：斩波电路常用的三种控制方式是：（1）时间比控制方式；（2）瞬时值控制方式；（3）时间比和瞬时值结合的控制方式。
7-4.试述斩波电路时间比控制方式中的三种控制模式。
解：斩波电路时间比控制方式中的三种控制模式为：（1）定频调宽控制模式定频就是指开关元件的开、关频率固定不变，也就是开、关周期T 固定不变，调宽是指通过改变斩波电路的开关元件导通的时间T on来改变导通比K t值，从而改变输出电压的平均值。
（2）定宽调频控制模式定宽就是斩波电路的开关元件的导通时间T on固定不变，调频是指用改变开关元件的开关周期T来改变导通比K t。
（3）调频调宽混合控制模式这种方式是前两种控制方式的综合，是指在控制驱动的过程中，即改变开关周期T，又改变斩波电路导通时间T on的控制方式。
通常用于需要大幅度改变输出电压数值的场合.7-5.试述降压型斩波电路的工作原理，如果电路中U d =100V ，K t =0.5，求输出电压值？解：降压型斩波电路的输出平均直流电压低于电源输入的直流电压，电路原理结构及工作波形参阅教材P117中的图7-8。
电力电子学陈坚第七章
7.4 缓冲器
7.5 电感（电抗器）、方波变压器和脉冲变压器
7.6 滤波器
7.7 散热系统
7.8 控制系统和辅助电源
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7.1 触发、驱动器
触发控制器从控制系统接收控制信号，经过处理后输出 触发驱动电压(电流)，开通或关断元器件，不同的开关 器件，不同的应用情况，要求不同的触发驱动器，已有 各类开关元器件的触发驱动器可供选用。
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过电流保护
+
交流断路器
交流电源
快速熔断器
IGBT
过电流 继电器
电流检测
动作电流 整定值
SCR
电
子
驱
保
动
护
电
电
路
路
负 载
-
IGBT 电力电子变换 器及控制系统
图7.8 过流保护措施及保护配置
可同时采用多种过流(过载、短路)保护，各尽所能协调配合，
实现可靠地选择性保护。
➢ 电子保护：动作阈值高，延时小，封锁脉冲，停机
➢ 晶闸管SCR的触发驱动器 ➢ GTO的触发驱动器 ➢ BJT的驱动器 ➢ P-MOSFET、IGBT的驱动器
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➢ 晶闸管SCR的触发驱动器 ➢ GTO的触发驱动器 ➢ BJT的驱动器 ➢ P-MOSFET、IGBT的驱动器
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有隔离变压器的SCR触发驱动器
(+)
F
X 1ms功率限制线
➢ 快速熔断器：既可作短路保护又可作过载保护
➢ SCR被触发导通，烧断熔断器，切断电路
➢ 开关管设死区延时开通，防止直通
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7.2 过电流保护和过电压保护
电力电子应用技术书第7章(小结—思考题及习题—参考文献)
小结1．目前可选择的电力电子器件有电力二极管、晶闸管、门极可关断晶闸管（GTO）、电力场效应晶体管（MOSFET）、绝缘栅极晶体管（IGBT）和智能功率模块（IPM）。
不同种类开关器件的选用主要取决于变流器应用场合的电压电流等级、变流器实现的功能、变流器的拓扑结构、器件的静动态参数、器件的开关频率、以及对器件集成度的要求等。
同一类器件的选用主要关心器件的电压电流定额、开通与关断的动态响应时间、通态损耗与开关损耗、集成化程度、以及驱动和吸收电路的复杂性等。
不同的电力电子器件由于其内部形成的物理机理不同，分为电压驱动型和电流驱动型，对应的驱动电路也有所不同。
能提供足够的驱动电压和电流，使功率器件可靠快速地开通和关断，与功率器件主电路有足够高的隔离绝缘电压，当器件超应力工作时（包括过流和过热）能够对器件进行实时保护等，是设计和应用驱动电路时主要考虑的方面。
2．电力电子器件与变流器的保护电路是保证变流器装置可靠运行不可缺少的环节。
按照在电路中能够造成器件过应力工作的因素，可分为过电压保护、过电流保护、缓冲电路保护和过热保护，只有在这些方面对变流器进行实时、合理地保护，才能保证电力电子器件运行在安全工作区，变流器能够正常可靠地运行。
3．受电力电子器件物理结构和制造工艺等方面的制约，器件的电压、电流定额等级受到一定的限制，运用电力电子器件和变流器的串并联技术可以扩大电力电子变流器装置的容量。
器件在串并联时，动态均压和均流是关键。
由具有一定相位差的多台变流装置串并联，可以构成多电平变流器，既扩大了变流器装置的容量，又改善了输出电压的波形质量。
4．电力电子器件热应力的合理控制是电力电子变流器设计的关键之一。
电力电子变流器热设计的核心是：利用高效、可靠的散热系统将电力电子开关器件的结温控制在极限值以下。
目前常见的电力电子散热冷却方式有：自然风冷、强迫风冷、水冷、油冷、热管散热等。
变流器机箱或机柜的结构设计要有利于器件的良好散热。
电力电子技术第七章PWM控制技术
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7.2.1 计算法和调制法
■计算法 ◆根据逆变电路的正弦波输出频率、幅值和半个周期内
的脉冲数,将PWM波形中各脉冲的宽度和间隔准确计算出 来,按照计算结果控制逆变电路中各开关器件的通断,就可 以得到所需要的PWM波形,这种方法称之为计算法.
负载相电压的PWM波由±2/3Ud、±1/3Ud和0 共5种电平组成.
◆为了防止上下两个臂直通而造成短路,在上 图7-8 三相桥式PWM逆变电路波形 下两臂通断切换时要留一小段上下臂都施加
关断信号的死区时间.
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7.2.1 计算法和调制法
图7-9 特定谐波消去法的输出PWM波形
■特定谐波消去法 ◆是计算法中一种较有代表性的方法. ◆如果在输出电压半个周期内开关器件开通和关断各k次,考虑到
◆在fr低的频段采用较高的载波比,以 使fc不致过低而对负载产生不利影响.
◆为了防止fc在切换点附近的来回跳 动,在各频率切换点采用了滞后切换的方 法.
◆有的装置在低频输出时采用异步调
制方式,而在高频输出时切换到同步调制 方式,这样可以把两者的优点结合起来, 和分段同步方式的效果接近.
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7.2.3 规则采样法
高频段略有差异. ◆实例 ☞将图7-1a、b、c、d所示的脉冲作为输入,加在图7-2a所示的R-L
电路上,设其电流it为电路的输出,图7-2b给出了不同窄脉冲时it的响应波 形.
图7-1 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲
图7-2 冲量相同的各种窄脉冲的响应波形
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7.1 PWM控制的基本原理
■用PWM波代替正弦半波
电力电子技术第7章 触发电路
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图 7.12 同步移相环节
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图 7.13 αmin、βmin的限制
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图 7.14 C6 充放电路径
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三、电路评价 本触发电路的缺点是理论上移相范围可达 180°， 但由于正弦波顶都平坦，实际上只有150°左右；由 于同步信号直接取自电网，若不经滤波或滤波效果 不好，可能会出现误触发；若同步电压不叠加其他 波形，则当电网电压下降时，可能会出现交点丢失 的失控现象。
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二、阻容移相触发电路 图 7.4（a）是另一种简单的相控触发直流调 压电路。其触发电路是一个具有中心抽头的变压器 T和电位器 RW、电容 C 组成的 R、C 桥式电路， 所以又称为阻容移相桥触发电路。
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图 7.4 阻容移相桥触发电路
10
定
α 角与 RW、C 参数的关系可由图 7.4（b）确
移相桥参数可由以下经验公式求得：
5
一、幅值控制触发电路 图 7.3（a）电路是一种简单的相控触发直流 调压电路。其主电路为单相半波可控整流电路。触 发是通过来自电源，经 RW 和 VD 进入晶闸管门极 的电流实现的。
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图 7.3 简易相控直流调压电路
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如果忽略负载电阻及 VD、门极———阴极间 的电阻，则 ig≈u2/RW；当 ig= IGT时晶闸管导通，因 此可以近似认为： 令 α =π／2，可方便地标出 RW max的值为
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图 7.5 单结管的结构、符号及电路
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图 7.6 单结管的特性
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二、单结晶体管自激振荡电路 负阻特性是单结晶体管的重要特性，利用这种 特性并经过电阻、电容的简单组合就可以构成自激 振荡电路。
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图 7.7 单结管自振荡电路
电力电子技术 第七章：脉冲整流
谐波含量低，减少对电网污染；
体积小、重量轻、动态响应快。
二、基本原理
控制目标：使交流侧电 流与电压同相位
u N (t ) 2U N sin t
i N (t ) 2I N sin t
Pd (t ) ud (t ) id (t ) PN (t ) u N (t ) iN (t ) U N I N (1 cos 2t )
+
IN uN
LN us
T2
A
T4
2
L2 Cd C2 ud
B
4
D D 变流器工作模式及能流关系（网压 uN (t) 为正半波时）
图7.6 单相电压型PWM整流器的主电路图
T1
T3 D1 D3
+
IN uN
LN us
u C 变流器工作模式及能流关系（网压 uN (t) 为正半波时） B C T T
d d
CN
Ld Id
T1
T3
负 载
T2
T4
图7.15 电流型单相PWM整流器
与电压型类似，根据各功率器件的工作状态及能量流 向，变流器的工作模式也可分成3类12种模式： （1）电源断接（us=0）：电源与CN交换能量（4种） （2）整流：变流器从交流电源或CN吸收能量（4种） （3）逆变：变流器向交流电源或CN泄放能量（4种）
1、直接电流控制——电流跟踪控制
双闭环控制系统 根据外环的比较结果确定参考电流幅值和极性
根据内环的比较结果确定功率开关的通/断状态 特点： 控制系统简单； u 电流响应快； + u 开关频率不固定， 滤波困难。
* d
iaibic
-
PI
id
电力电子u7
+
负载
图5-3
四.无源逆变电路的分类
1.从相数角度 单相逆变及三相逆变电路 2.从直流电源的性质角度 电压源型和电流源型逆变电路 3.从输出波形的特征角度 矩形波和脉宽调制波逆变电路 4.从电路结构的角度 桥式及零式逆变电路 5.从导通角大小的角度 120度及180度导通型逆变电路
– 电压型逆变器
+
V1 VD 1 Ud C V2 R io L uo VD 2 V4 VD 4 V3 VD 3
O uG2 O uG3 O uG4 O uo io O io t1 t 2 b) 图5-7 t3 uo
t t t t
-
t
a)
图7-4 单相全桥逆变电路的移相调压方式
可采用移相方式调节逆变电路的输出电压，称为移相调压 各栅极信号为180°正偏，180°反偏，且V1和V2互补，V3 和V4互补关系不变 但V3的栅极信号只比V1落后 ( 0< <180°) uo成为正负各为 的脉冲，改变 即可调节输出电压有效值
二.无源逆变电路的基本工作原理 单相桥式逆变电路为例 – 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。 – 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，uo为负。把直流电变 成了交流电。
uo
S1 S3
t
io
负载
Ud
uo
S2 S4
io
图5-6
2.工作原理 V1 和V2 栅极信号在一周期内各半周开通、半周关断，形成互 补。 uo为矩形波，幅值为Um=Ud/2o 电流波形随负载而异，如感性负载时见(图7-2b)； V1或V2通时，io和uo同方向，直流侧向负载提供能量； VD1或VD2通时，io和uo反向，电感中贮能向直流侧反馈； VD1、VD2称为反馈二极管,还使io连续，又称续流二极管。 特点 优点：简单，使用器件少 缺点：交流电压幅值Ud/2，直流侧需两电容器串联，要控制 两者电压均衡 用于几kW以下的小功率逆变电源 单相全桥、三相桥式都可看成若干个半桥逆变电路的组合
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PWM控制技术
一、PWM控制的基本原理
1、PWM控制就是对脉冲宽度进行调制的技术
2、PWM控制技术在逆变电路中应用最为广泛，对逆变电路的影响也最为深刻
3、采样控制理论的一个重要结论：冲量（窄脉冲的面积）相等而形状不同的窄脉冲加在具有
惯性的环节（比如R-L电路）上时，其效果基本相同。
效果基本相同指的是，环节的输出响应波形基本相同。
面积等效原理（冲量等效原理）是PWM控制技术的重要理论基础
4、脉冲的宽度按照正弦规律变化并且和正弦波等效的PWM波形也称为SPWM波形
要改变等效输出正弦波的幅度值时，只要按照同一比例系数改变上述各脉冲的宽度即可
5、PWM波可以分为等幅PWM波和不等幅PWM波两种
、
二、PWM逆变电路及其控制方法
1、PWM波调制方法分为：计算法、调制法（主要方式）
计算法太繁琐，故主要采用调制法
2、以下主要介绍调制法
调制法：把希望输出的波形作为调制信号，把接受调制的信号作为载波，通过信号波的调制来得到所期望的PWM波。
通常采用等腰三角波或锯齿波作为载波，三角波最常用！
3、单相桥式逆变电路单极性PWM和双极性PWM控制方式波形比较
4、U UN’U VN’U WN’的PWM波只有+U d/2两种电平
输出线电压的PWM波有+U d和0三种电平组成
输出相电压PWM波形由+(2/3U d)，+(1/3U d)和0共五种电平组成5、异步调制和同步调制
载波比和电压调制系数
根据载波和信号波是否同步以及载波比的变化情况，PWM调制方式又可以分为异步调制和同步调制
同步调制时：
1、基本同步调制方式中，信号波频率变化时载波比N不变，信号波一个周期内输出的脉冲
数是固定的，相位也是固定的
2、三相PWM逆变电路中，通常共用一个三角波载波，取载波比N为3的整数倍，使得三
相输出波形严格对称且N应取奇数
3、逆变电路输出频率（信号波频率f r）很低时，同步调制时的载波频率f c也很低, f c
过低时导致由调制带来的谐波不易滤除
4、逆变电路输出频率（信号波频率f r）过高时，同步调制时的载波频率f c也很高, f c
过高时开关器件难以承受
为解决以上问题，采用分段同步调制的方式：
注：同步调制方式比异步调制方式复杂一些，有的装置在低频输出时采用异步调制方式，而高频输出时切换到同步调制方式，这样可以把两种调制方式的优点结合起来，和分段同步调制方式的效果接近。
附课后部分习题答案：
7-1试说明PWM控制的基本原理。
答：PWM控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术。
即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）。
在采样控制理论中有一条重要的结论：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，冲量即窄脉冲的面积。
效果基本相同是指环节的输出响应波形基本相同。
上述原理称为面积等效原理
以正弦PWM控制为例。
把正弦半波分成N等份，就可把其看成是N个彼此相连的脉冲列所组成的波形。
这些脉冲宽度相等，都等于π/N，但幅值不等且脉冲顶部不是水平直线而是曲线，各脉冲幅值按正弦规律变化。
如果把上述脉冲列利用相同数量的等幅而不等宽的矩形脉冲代替，使矩形脉冲的中点和相应正弦波部分的中点重合，且使矩形脉冲和相应的正弦波部分面积（冲量）相等，就得到PWM波形。
各PWM脉冲的幅值相等而宽度是按正弦规律变化的。
根据面积等效原理，PWM波形和正弦半波是等效的。
对于正弦波的负半周，也可以用同样的方法得到PWM波形。
可见，所得到的PWM波形和期望得到的正弦波等效。
7-3单极性和双极性PWM调制有什么区别？三相桥式PWM型逆变电路中，输出相电压（输出端相对于直流电源中点的电压）和线电压SPWM波形各有几种电平？
答：三角波载波在信号波正半周期或负半周期里只有单一的极性，所得的PWM波形在半个周期中也只在单极性范围内变化，称为单极性PWM控制方式。
三角波载波始终是有正有负为双极性的，所得的PWM波形在半个周期中有正、有负，则称之为双极性PWM控制方式。
三相桥式PWM型逆变电路中，输出相电压有两种电平：0.5U d和-0.5 U d。
输出线电压有三种电平U d、0、- U d。
7-5什么是异步调制？什么是同步调制？两者各有何特点？分段同步调制有什么优点？
答：载波信号和调制信号不保持同步的调制方式称为异步调制。
在异步调制方式中，通常保持载波频率f c 固定不变，因而当信号波频率f r变化时，载波比N是变化的。
异步调制的主要特点是：在信号波的半个周期内，PWM波的脉冲个数不固定，相位也不固定，正负半周期的脉冲不对称，半周期内前后1/4周期的脉冲也不对称。
这样，当信号波频率较低时，载波比N较大，一周期内的脉冲数较多，正负半周期脉冲不对称和半周期内前后1/4周期脉冲不对称产生的不利影响都较小，PWM波形接近正弦波。
而当信号波频率增高时，载波比N减小，一周期内的脉冲数减少，PWM脉冲不对称的影响就变大，有时信号波的微小变化还会产生PWM脉冲的跳动。
这就使得输出PWM波和正弦波的差异变大。
对于三相PWM型逆变电路来说，三相输出的对称性也变差。
载波比N等于常数，并在变频时使载波和信号波保持同步的方式称为同步调制。
同步调制的主要特点是：在同步调制方式中，信号波频率变化时载波比N不变，信号波一个周期内输出的脉冲数是固定的，脉冲相位也是固定的。
当逆变电路输出频率很低时，同步调制时的载波频率f c也很低。
f c过低时由调制带来的谐波不易滤除。
当负载为电动机时也会带来较大的转矩脉动和噪声。
当逆变电路输出频率很高时，同步调制时的载波频率f c会过高，使开关器件难以承受。
此外，同步调制方式比异步调制方式复杂一些。
分段同步调制是把逆变电路的输出频率划分为若干段，每个频段的载波比一定，不同频段采用不同的载波比。
其优点主要是，在高频段采用较低的载波比，使载波频率不致过高，可限制在功率器件允许的范围内。
而在低频段采用较高的载波比，以使载波频率不致过低而对负载产生不利影响。