电力电子技术第5章
现代电力电子技术
uL
u2
E
+
-
触发电路产生的触发脉冲须满足下列要求： 足够的功率； 一定的宽度； 与主电路同步； 一定的移相范围。
产生的方式： 单结晶体管触发电路； 集成触发电路。
1
2
第3节 晶闸管触发电路
一、单结晶体管触发电路
等效电路
E
B2
B1
RB2
RB1
管内基极 体电阻
E
（发射极）
B2
（第二基极）
当 L >> R时， ILT在整个周期中可近似 看做直流。
5
晶闸管的中电流
IT =
IT =
平均值:
有效值:
晶闸管的选择
晶闸管电压 > （1.5 ~ 2）U2M
晶闸管电流
> （1.5）×
二、单相桥式半控整流电路
1、
电阻性负载桥式可控整流电路
（1）电路及工作原理
u2 > 0的导通路径：
u2 (A)
三、 特性与参数
1、特性
U
I
URSM
UFSM
URRM
IH
UFRM
IF
IG1=0A
IG2
IG3
IG3
IG2
IG1
>
>
正向
反向
2、主要参数
UFRM：
正向断态重复峰值电压。（晶闸管耐压值。 一般取 UFRM = 80% UFSM 。普通晶闸管 UFRM 为 100V~3000V）
URRM：反向重复峰值电压。（控制极断路时， 可以重复作用在晶闸管上的反向重复电 压。一般取URRM = 80% URSM。普通晶 闸管URRM为100V~3000V）
电力电子技术第五章直流-直流变流电路PPT课件
(5-37) O
i
t
o
当tx<t0ff时，电路为电流断续工作状态， tx<t0ff是电流断续的条件，即
m
1 e 1 e
(5-38)
i
i
1
2
I
20
O
t
tt
t
t
on
1
x
2
t
off
T
c)
图5-3 用于直流电动机回馈能 量的升压斩波电路及其波形
c）电流断续时
16/44
5.1.3 升降压斩波电路和Cuk斩波电路
◆斩波电路有三种控制方式
☞脉冲宽度调制（PWM）：T不变，改变ton。 ☞频率调制：ton不变，改变T。 ☞混合型：ton和T都可调，改变占空比
5/44
5.1.1 降压斩波电路
■对降压斩波电路进行解析
◆基于分时段线性电路这一思想，按V处于通态和处于断态两个过程 来分析，初始条件分电流连续和断续。
◆电流连续时得出
3/44
5.1.1 降压斩波电路
■降压斩波电路（Buck Chopper）
◆电路分析
☞使用一个全控型器件V，若采用晶闸
管，需设置使晶闸管关断的辅助电路。
☞设置了续流二极管VD，在V关断时
给负载中电感电流提供通道。
☞主要用于电子电路的供电电源，也
可拖动直流电动机或带蓄电池负载等。
◆工作原理
☞ t=0时刻驱动V导通，电源E向负载
☞输出电流的平均值Io为
EI1 U o I o
Io
Uo R
1
E R
(5-24) (5-25)
☞电源电流I1为
I1
Uo E
Io
电力电子技术5 逆变电路
晶闸管的导通电流方向一致，其电压只要稍大于变流器直流侧的平均电 压Ud。 （的2极）性内与部整条流件状：态变时流相电反路，必才须能工把作直在流β功小率于逆9变00区为域交，流使功直率流反端送电电压网U。d 这两个条件缺一不可。 （3）串接大电感
电力电子技术
第五章 逆变电路
第五章 逆变电路
5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7
电力器件的换流方式 有源逆变电路 无源逆变电路 电压型逆变电路 电流型逆变电路 负载换流式逆变电路 脉冲宽度调制型逆变电路
第五章 逆变电路
在实际应用中，有些场合需要将交流电转变为大小 可调的直流电——即前面讲过的整流。有时还需要 将直流电转变为交流电——即为逆变。它是整流电 路的逆过程。在一定条件下，一套晶闸管电路既可 用于整流又可用于逆变，这种装置称为变流器。
亦增大，导致
5.2 有源逆变电路
2、重物下放，变流器工作于逆变状 反送电网，这就是有源逆变的工
态
作原理。
在整流状态，电流Id由直流电压Ud产 生，整流电压Ud的波形必须使正面积 大于负面积。当重物下放时，电动
机转速方向相反，产生的电动势E亦
反向，为了防止两电源顺向串接形
成短路，此时Ud方向也要反向，即控 制角大于900，Ud波形出现负面积大 于正面积变成负值，但由于E的作用，
如果将逆变电路的交流侧接到交流电网上，把直流 电逆变成同频率的交流电反送到电网去，称为有源 逆变。它用于直流电机的可逆调速、绕线型异步电 动机的串级调速、高压直流输电和太阳能发电等方 面。如果逆变器的交流侧不与电网连接，而是直接 接到负载，即将直流电逆变成为某一频率或可变频 率的交流电供给负载，称为无源逆变。它用于交流 电机变频调速、感应加热、不间断电源等方面。
电力电子技术最新版配套习题答案详解第5章
目录第1章电力电子器件 (1)第2章整流电路 (4)第3章直流斩波电路 (20)第4章交流电力控制电路和交交变频电路 (26)第5章逆变电路 (31)第6章PWM控制技术 (35)第7章软开关技术 (40)第8章组合变流电路 (42)第5章逆变电路1．无源逆变电路和有源逆变电路有何不同？答：两种电路的不同主要是：有源逆变电路的交流侧接电网，即交流侧接有电源。
而无源逆变电路的交流侧直接和负载联接。
2．换流方式各有那几种？各有什么特点？答：换流方式有4种：器件换流：利用全控器件的自关断能力进行换流。
全控型器件采用此换流方式。
电网换流：由电网提供换流电压，只要把负的电网电压加在欲换流的器件上即可。
负载换流：由负载提供换流电压，当负载为电容性负载即负载电流超前于负载电压时，可实现负载换流。
强迫换流：设置附加换流电路，给欲关断的晶闸管强迫施加反向电压换流称为强迫换流。
通常是利用附加电容上的能量实现，也称电容换流。
晶闸管电路不能采用器件换流，根据电路形式的不同采用电网换流、负载换流和强迫换流3种方式。
3．什么是电压型逆变电路？什么是电流型逆变电路？二者各有什么特点。
答：按照逆变电路直流测电源性质分类，直流侧是电压源的称为逆变电路称为电压型逆变电路，直流侧是电流源的逆变电路称为电流型逆变电路电压型逆变电路的主要特点是：①直流侧为电压源，或并联有大电容，相当于电压源。
直流侧电压基本无脉动，直流回路呈现低阻抗。
②由于直流电压源的钳位作用，交流侧输出电压波形为矩形波，并且与负载阻抗角无关。
而交流侧输出电流波形和相位因负载阻抗情况的不同而不同。
③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。
电流型逆变电路的主要特点是：①直流侧串联有大电感，相当于电流源。
直流侧电流基本无脉动，直流回路呈现高阻抗。
②电路中开关器件的作用仅是改变直流电流的流通路径，因此交流侧输出电流为矩形波，并且与负载阻抗角无关。
电力电子技术(第二版)第5章答案知识讲解
第五章1.换流方式有哪几种?各有什么特点?答:换流方式有4种:①器件换流。
利用全控型器件的自关断能力进行换流称为器件换流。
②电网换流。
由电网提供换流电压称为电网换流。
这种换流方式应用于由交流电网供电的电路中，它是利用电网电压自动过零并变负的性能来实现换流的。
③负载换流。
由负载提供换流电压称为负载换流。
这种换流方法多用于直流电源供电的负载电路中。
④强迫换流。
设置附加的换流电路，给欲关断的晶闸管强迫施加反向电压或反向电流的换流方式称为强迫换流。
换流回路的作用是利用储能元件中的能量，产生一个短暂的换流脉冲，使原来导通的晶闸管电流下降到零，再使它承受一段时间反压，便可关断。
强迫换流通常利用附加电容上所储存的能量来实现，因此也称电容换流。
2.什么是电压型和电流型逆变器？它们各有什么特点？答：⑴直流侧是电压源的逆变器称为电压型逆变器。
电压型逆变器的特点如下：①直流侧为电压源，或并联有大电容，相当于电压源。
直流侧电压基本无脉动，直流回路呈现低阻抗。
②由于直流电压源的箝位作用，交流侧输出电压波形为矩形波，并且与负载阻抗角无关；而交流侧输出电流波形和相位随负载阻抗情况的不同而不同。
③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。
逆变桥各臂反并联的二极管为交流侧向直流侧反馈无功能量提供了通道。
④直流侧向交流侧传送的功率是脉动的。
因为直流电源电压无脉动，故传送功率的脉动由直流侧电流的脉动来实现。
⑵直流侧电源为电流源的逆变器称为电流型逆变器。
电流型逆变器有如下特点：①直流侧串联有大电感，相当于电流源。
直流侧电流基本无脉动，直流回路呈现高阻抗。
②各开关管仅是改变直流电流流通途径，交流侧输出电流波形为矩形波，与负载阻抗角无关。
而交流侧输出电压波形和相位因负载阻抗角的不同而异，其波形常接近正弦波。
③当交流侧为阻感负载时，需要提供无功功率，直流侧电感起缓冲无功功率能量的作用。
因反馈无功能量时电流并不反向，故开关管不必反并联二极管。
电力电子第五章 ACDC变换器(整流和有源逆变电路)
5.2 不控整流电路
• 利用电力二极管的单相导电性可以十分简单 地实现交流—直流电力变换。
• 由于二极管整流电路输出的直流电压与交流 输入电压的大小有关，不能通过电路本身控 制其数值，故称为不控整流电路。
5.2.1 单相不控整流电路
u1
u2 O ud
uVDO1 O
VD4
VD2
a)
VD3
R VD4
VD1
-
ud AC + VD2
b)
VD3 R ud
VD4
c)
a)单相桥式整流电路 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
5.2.1 单相不控整流电路
AC +
ud
VD3
VD2
VD2
b)
图5-2 单相全波整流电路
u2
R
c)
d)
u2
共阳极连接 VD4
2 t
5.2.1 单相不控整流电路
VD1
VD1
VD3 VD1
u2 R
AC
+ -
R
-
AC +
R
t
u2
AC + -
ud
VACD1
+
ud
VD2
VD2
u2
VD2
VbD)3
u2
c)
d)
u2
R
VD2
u2 VD4
VD4
带续流二极管的单相 半波整流电路
b)
d)
u2
u2
t1
O
2
t1
t
O
2
第五章--单相并网逆变器
第5章单相并网逆变器后级的DC- AC部分，采用单相全桥逆变电路，将前级 DC- DC输出的400V 直流电转换成220V/50Hz 正弦交流电，完成逆变向电网输送功率。
光伏并网逆变器实现并网运行必须满足要求：输出电压与电网电压同频同相同幅值，输出电流与电网电压同频同相（单位功率因数），而且其输出还应满足电网的电能质量要求，这些都依赖于逆变器的有效并网控制策略。
光伏并网逆变器拓扑结构按逆变器主电路的拓扑结构分类，主要有推挽逆变器、半桥逆变器和全桥逆变器。
5.1.1推挽式逆变电路推挽式逆变电路由两只共负极的功率开关元件和一个原边带有中心抽头的升压变压器组成。
它结构简单，两个功率管可共同驱动，两个开关元件的驱动电路具有公共地，这将简化驱动电路的设计。
U图5-1 推挽式逆变器电路拓扑推挽式电路的主要缺点是很难防止输出变压器的直流饱和，另外和单电压极性切换的全桥逆变电路相比，它对开关器件的耐压值也高出一倍。
因此适合应用于直流母线电压较低的场合。
此外，变压器的利用率较低，驱动感性负载困难。
推挽式逆变器拓扑结构如图5-1 所示。
5.1.2半桥式逆变电路}半桥式逆变电路使用的功率开关器件较少，电路结构较为简单，但主电路的交流输出电压幅值仅为输入电压的一半，所以在同等容量条件下，其功率开关的额定电流要大于全桥逆变电路中功率元件额定电流，数值为全桥电路的2 倍。
由于分压电容的作用，该电路具有较强的抗电压输出不平衡能力，同时由于半桥式逆变电路控制较为简单，且使用元件少、成本低，因此在小功率等级的逆变电源中常被采用。
其主要缺点是直流侧电压利用率低，在同样的开关频率下电网电流的谐波较大。
图5-2 半桥式逆变器电路拓扑5.1.3全桥式逆变电路全桥逆变电路可以认为是由2 个半桥逆变电路组成的，在单相电压型逆变电路中是应用最多的电路，主要用于大容量场合。
在相同的直流输入电压下，全桥逆变电路的最大输出电压是半桥式逆变电路的2 倍。
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-5.1直流斩波
z EM E e ( 1 T1/ E M T TR ) (1 ) T / I 20 e e ) , (1z z R R e 1 R L
上式代入
[t 1,T]
I I 20 I10
E R
1 e
di 1 E EM t / t / L (1 / 0 t t1 i1 EIM10 eRi 1) T E E ME , T(1 Me E M) (1 ) T / E E E M I 10 e e e e dt I R d R R R R 0 T 0 . 5 T I I max R T di 2 ) i 1 ( 0 ) t / I 10 , M ( Ed ( 1 ) T / E L / RE ( t t 1 ) / t 1 E L Ri 2 Ee(1 e0M, (te1 ),) 20 i1 ( t 1 ) M t I T e e e 1 + Ii10 (1 I 20 ) 2 R R dt RR EM T RT T T
输出电压平均值为： ton E (T ton t x ) EM Uo T 负载电流平均值为：
1 (1 m)e t x ln m
电流断续时的波形
t2
t
tx<toff
e 1 m e 1
ton t x 1 m E T
1
t1
5.1.1 降压斩波的工作原理 输出电压平均值 Ua u 0 dt
T
0
t1 T
E ft 1 E E
《电力电子技术》第5章 交流直流变换器(整流器)
界连续时的相同； （2）特征：
❖ 晶闸管电流的初值、终值都不为 零;
❖ 负载电流不再是“正弦双正半 波”，任何时刻都大于零；
VD
22
VS
cos
0.9V S
cos
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2. 单相桥式相控整流电路——电感性负载
（4）L 很大，ωL>>R，φ ≈90°， <φ，电流连续且忽略脉动
2. 单相桥式相全控整流电路——电感性负载
（4）L 很大，ωL>>R，φ ≈90°， <φ，电流连续且忽略脉动
❖ 电源基波功率因数角φ1 ＝ ； 越大，cosφ1越小。（结论适
于所有相控整流电路）
❖ 电源功率因数 :
PF VS I S1 cos I S1 cos 2 2 cos
VS IS
1.单相半波相控整流电路
2）电阻-电感负载
θ >π-
3）带续流二极管电路
(1 cos )
VD 0.45V2
2
ID
VD R
换相（换流）：电流从
一个元件转移到另一个
元件的过程。
缺点： 输出电压脉动大； 变压器利用率低，
且有直流磁化现象。
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2. 单相桥式相控整流电路——电阻性负载
❖ 对交流/直流变换（整流）电路最基本的性能要求： 直流输出电压可以调控； 输出电压中交流分量（即谐波电压）被控制在允许值范 围以内； 交流侧电流中的谐波电流也要求在允许值以内。
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一、 整流器的类型和性能指标
整流器的分类： 1.按交流电源电流的波形可分为：
电力电子技术试卷及答案-第五章
电力电子技术试题(第五章)一、填空题1、整流是把电变换为电的过程；逆变是把电变换为电的过程。
1、交流、直流；直流、交流。
2、逆变电路分为逆变电路和逆变电路两种。
2、有源、无源。
3、逆变角β与控制角α之间的关系为。
3、α=π－β4、逆变角β的起算点为对应相邻相的交点往度量。
4、负半周、左。
5、当电源电压发生瞬时与直流侧电源联，电路中会出现很大的短路电流流过晶闸管与负载，这称为或。
5、顺极性串、逆变失败、逆变颠覆。
6、为了保证逆变器能正常工作，最小逆变角应为。
6、30°～35°7、由两套晶闸管组成的变流可逆装置中，每组晶闸管都有四种工作状态，分别是状态、状态、状态和状态。
7、待整流、整流、待逆变、逆变。
8、将直流电源的恒定电压，通过电子器件的开关控制，变换为可调的直流电压的装置称为器。
8、斩波。
9、反并联可逆电路常用的工作方式为，以及三种。
在工业上得到广泛应用的是方式。
9、逻辑无环流、有环流、错位无环流、逻辑无环流。
10、采用接触器的可逆电路适用于对要求不高、不大的场合。
10、快速性，容量。
11、某半导体器件的型号为KN 100 / 50 —7，其中KN表示该器件的名称为100表示，50表示，7表示。
11、逆导晶闸管，晶闸管额定电流为100A，二极管额定电流为50A，额定电压100V。
12、晶闸管整流装置的功率因数定义为侧与之比。
12、交流、有功功率、视在功率13、晶闸管装置的容量愈大，则高次谐波，对电网的影响。
13、愈大，愈大。
14、在装置容量大的场合，为了保证电网电压稳定，需要有补偿，最常用的方法是在负载侧。
14、无功功率；并联电容。
15、变频电路从变频过程可分为变频和变频两大类。
15、交流—交流，交流—直流—交流。
16、脉宽调制变频电路的基本原理是：控制逆变器开关元件的和时间比，即调节来控制逆变电压的大小和频率。
16、导通，关断，脉冲宽度。
二、判断题对的用√表示、错的用×表示（每小题1分、共10分）1、把交流电变成直流电的过程称为逆变。
电力电子技术第5章 直流-直流变换电路
5.2 单管非隔离直流斩波器
5.2.1、降压式直流斩波电路
1、电路结构
电路中的VT采用IGBT；VD起续流作用，在VT关断时为 电感L储能提供续流通路；L为能量传递电感，C为滤波电 容，R为负载；Us为输入直流电压，U0为输出直流电压。
is
VT
- + UL
iL
L
iD
Us
VD
i0 + u0
CR
toff≥1，故负载上的输出电压U0高于电路输入电压Us，
该变换电路称为升压式斩波电路。
5.2.3 升降压式直流斩波电路
1、电路的结构
该电路的结构是储能电感L与负载R并联，续流二 极管VD反向串接在储能电感与负载之间。
iT VT
iD
iL +
uL
Us
L
-
VD
-
-
uC
u0
C
R
+ +
图5-9 升-降(压a)式斩波电路及工作波形
2、工作原理
2）在VT关断时，储能电感L两端电势极性变成左 负右正，VD转为正偏，电感L与电源Us叠加共同向 电容C充电，向负载R供能。如果VT的关断时间为
toff，则此时间内电感电压为 (U o U S ) 。
图5-8 Boost变换器电流连续工作模式波形图
3、基本数量关系
根据电感电压的伏秒平衡特性
图5-5 电流连续工作模式波形图
3、基本数量关系
根据电感电压的伏秒平衡特性 T
ton
T
uLdt uLdt uLdt 0
0
0
ton
设输出电压平均值为U0，则在稳态时，上式可以表达为：
电力电子技术第5章 直流斩波电路
V处于断态时 UL = -U0
（b）一种实用正激电路 要求断态时要保证去磁电流降为零，使变压器磁芯可靠复 44 位。
5.3.1正激电路
一种实用正激电路分析：
（b）一种实用正激电路
45
5.3.1正激电路
一种实用正激电路分析：
T2时刻磁芯复位
（b）一种实用正激电路 要求断态时要保证去磁电流降为零，使变压器磁芯可靠复 46 位。
（3-40）
V处于断态 uL = - uo
5.1.3升降压斩波电路和Cuk斩波电路
所以输出电压为：
ton ton （5-41） Uo E E E toff T ton 1
结论 当0< <1/2时为降压，当1/2< <1时为升压， 故称作升降压斩波电路。也有称之为buckboost 变换器。
（a）降压斩波电路
(b)正激电路
35
5.3.1正激电路
正激电路分析：
V处于通态时 UL = （N2/N1）Us-U0
（a）当T导通时，正激电路
36
5.3.1正激电路
正激电路分析：
V处于断态时 UL = -U0
（b）当T断开时，正激电路
37
5.3.1正激电路
正激电路分析：
（a）当T导通时，正激电路
39
5.3.1正激电路
此正激电路缺点：变压器原边通过单相脉动电流，变 压器铁芯极易饱和。
（a）正激电路
40
5.3.1正激电路
此正激电路缺点：变压器原边通过单相脉动电流，变 压器铁芯极易饱和。 解决措施：在隔离变压器中增加一个去磁绕组，将变 压器中存储的激磁能量反激到电源中。 去磁绕组
（a）正激电路
第5章 AC-DC变换原理及控制
b ib Im
t
ia a
cic
PWM变流器交流侧三相电流瞬时值有 ia+ib+ic=0的关系，可设通用 电流矢量I在(a,b,c)三相轴上的投影等于刚好等于ia 、ib 、ic，所以有ia 、 ib 、ic与电流矢量I的模Im的关系如下
ia Im cos ib Im cos( 1200 ) ic Im cos( 1200 )
第5章 AC/DC变换原理与控制
第5章 AC/DC变换原理与控制
• AC/DC变换器（整流器）在电力电子技术的发展历程中是应用较早的 一种电能变换设备。在整流部分已由传统的二极管整流、相控整流发展 到目前应用较为广泛的PWM整流
• PWM变流器利用全控型功率开关器件，采用脉宽调制变流控制方法可 以实现网侧电流正弦化且功率因数可以控制(如单位功率因数控制)； PWM变流器可以实现能量的双向传输，当它从电网获取电能时，它工 作于整流状态，而当它向电网输送电能时，其工作于有源逆变状态。
5.2 PWM型AC/DC变换器主电路设计
5.2.1 功率器件选型 5.2.2 交流侧电感设计 5.2.3 直流侧电容的设计
5.2.1 功率器件选型
由于开关器件耐压的选取与直流侧电压有关，本节仅就PWM变流器 交直流侧电压关系进行分析，为开关器件耐压及电感的选取等提供理论 依据。忽略PWM变流器交流侧电阻R，且只讨论基波正弦量，稳态条件 下PWM变流器交流侧a相等效电路和相量关系图如图所示。
L did dt
ed
Rid
Sdudc
Liq
L diq dt
eq
Riq
Squdc
Lid
C dudc dt
3 2
(Sd
id
第5章1直流变流电路-DC Chopper
式中:ton 为V处于通态的时间，toff 为V处于断态的时间，T 为开关 周期，α 为导通占空比，简称占空比或导通比。 负载电流平均值为:
Io = U o − Em R
(5-2)
电流断续时，负载电压uo平均值被抬高，不希望出现电流断续的情况。 ◆斩波电路有三种控制方式 脉冲宽度调制（PWM）：T不变，改变ton。 频率调制：ton不变，改变T。 混合型：ton和T都可调，改变占空比
i1 IL i2 IL ton toff t
o o
t
图5-4 升降压斩波电路及其波形
稳态时，一个周期T内电感L两端电压uL对时间的积分为零，即
∫
T
0
uL d t = 0
(5-39)
当V处于通态期间，uL=E；而当V处于断态期间，uL=-uo。 于是：
E ⋅ t on = U o ⋅ t off
(5-40)
I 1 t on = I 2 t off
(5-42)
由上式可得
I2 =
t off t on
I1 =
1−α
α
I1
(5-43)
如果V、VD为没有损耗的理想开关时，则输出功率和输入功率相 等，即
EI 1 = U o I 2
电力电子技术 直 流 变 换 电 路
自动化 谭健敏
图5-1 降压斩波电路的原理图及波形 a）电路图 c）电流断续时
5.1.1 降压斩波电路 电力电子技术 直 流 变 换 电 路
自动化 谭健敏
◆基本的数量关系 电流连续时 负载电压的平均值为:
Uo = t on t E = on E = αE t on + t off T
电力电子技术 直 流 变 换 电 路
(完整版)电力电子技术第5章-复习题-答案
第5/10章 直流-直流变换电路 习题与答案第1部分：填空题1.直流斩波电路完成的是直流到 另一种直流 的变换。
2.直流斩波电路中最基本的两种电路是 降压（Buck ） 电路和 升压（Boost ） 电路。
3.斩波电路有三种控制方式： 脉宽调制（PWM ）、脉频调制（PFM ） 和 PWM/PFM 混合调制 ，其中最常用的控制方式是：脉宽调制（PWM ） 。
4.脉冲宽度调制的方法是： 开关周期 不变， 开关导通 时间变化，即通过导通占空比的改变来改变变压比，控制输出电压。
5.脉冲频率调制的方法是: 开关导通 时间不变， 开关周期 变化，导通比也能发生变化，达到改变输出电压的目的。
该方法的缺点是： 开关频率 的变化范围有限。
输出电压、输出电流中的 谐波频率 不固定，不利于滤波器的设计 。
6.降压斩波电路中通常串接较大电感，其目的是使负载电流 平滑 。
7.升压斩波电路使电压升高的原因：电感L 在开关管导通期间将电能转换为磁能储存起来，以实现电压泵升 ，电容C 在开关管导通期间给负载供能以使输出电压连续平滑 。
8.升压斩波电路的典型应用有 直流电动机传动 和 功率因素校正（APFC ） 等。
9.升降压斩波电路和Cuk 斩波电路呈现升压状态的条件是开关器件的导通占空比为 大于0.5小于1 ；呈现降压状态的条件是开关器件的导通占空比为 大于0小于0.5 。
10.设Buck 型DC-DC 变换器工作于CCM 模式，设输入电压U i =10V ，占空比D =0.6，则输出电压U O ＝ 6V 。
11.设Boost 型DC-DC 变换器工作于CCM 模式，设输入电压U i =12V ，占空比D =0.8，则输出电压U O ＝ 60V 。
13.开关型DC-DC 变换电路的三个基本元件是 开关管 、 电感 和 电容 。
14. 斩波电路用于拖动直流电动机时，降压斩波电路能使电动机工作于第 1 象限，升压斩波电路能使电动机工作于第 2 象限，电流可逆 斩波电路能使电动机工作于第1和第2象限。
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– uo负半周：
单相桥逆变桥阻感负载
V2保持导通，V1断开， V3和V4交替通断；
uo可得-Ud和0两种电平
-13电力工程系
5.2.1 计算法和调制法
• 双极性PWM控制方式
– 在ur的一个周期内，输出
的PWM波只有±Ud两种 电平
O u ur uc
t
– ur正负半周，对各开关器
件的控制规律相同
-29-
电力工程系
5.2.4 异步调制和同步调制
• 分段同步调制
– 把逆变电路的输出频率范围划分成若干个频段，每个频段 内保持N恒定，不同频段的N不同。 – 在fr高的频段采用较低的N，使载波频率不致过高，限制功
率开关器件允许的范围。
– 在fr低的频段采用较高的N，使载波频率不致过低而对负载 产生不利影响。
当信号频率增高时，N减小，一周期内的脉冲数减少，使得输 出PWM波和正弦波差异变大。
-27-
电力工程系
5.2.4 异步调制和同步调制
• 同步调制
– 在变频（fr变化）时，载波比N不变，载波与信号波保持同 步。 – 信号波一周期内输出脉冲数是固定，脉冲相位也是固定的。
– 三相电路中公用一个三角波载波，且取N为3的整数倍，使
uo Ud
uof
uo
O -Ud
t
-14-
电力工程系
5.2.1 计算法和调制法
• 双极性PWM控制方式
– 当ur >uc时，驱动V1、V4
V1 Ud + V2 ur uc
VD1 R uo VD2
V3 L V4
VD3
如io>0，则V1和V4通 如io<0，VD1和VD4通
信号波 载波
VD4
不管哪种情况uo=Ud
-16-
电力工程系
5.2.1 计算法和调制法
u rA u rB uc ur C
• 双极性PWM控制方式
– uAN’、uBN’和uCN’的PWM 波形只有±Ud/2两种电平 – 线电压波形uAB的波形可
u O uA N'
Ud 2 Ud - 2 Ud 2 Ud 2 Ud 2
t
O
t
u BN ' O
t
变量作用于惯性系统时，只 要它们的冲量即变量对时间 的积分相等，其作用效果基 本相同。 – 图a-d四种激励分别加在具 有惯性的阻感负载时，其输 出响应基本相同。
O
c)
O f (t)
a)
t
O f (t)
b)
t
d (t)
t
O
d)
t
图a、b、c、d分别为方波、三角波、正 弦半波窄脉冲、单位冲击函数δ（t） ， 面积都等于1。 -4电力工程系
-25-
电力工程系
5.2.4 异步调制和同步调制
载波和信号波是否同步 即载波比的变化情况
异步调制
PWM调制方式分为
同步调制
-26-
电力工程系
5.2.4 异步调制和同步调制
• 异步调制
– 载波信号和调制信号不同步的调制方式，通常保持fc固定不
变，当fr变化时，载波比N是变化的 – 缺点：
在信号波的半周期内，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。
-30-
电力工程系
5.2.4 异步调制和同步调制
• 为防止载波频率在切换点附
2.4
201 147 99 69
近跳动，采用滞后切换的方
fc /kHz
2.0 1.6 1.2 0.8 0.4 0
45
33
法。 • 在不同的频率段内，载波频 率的变化范围基本一致，fc 大约在1.4~2.0kHz之间。
21
10 20 30 40 50 60 70 80 fr /Hz
Ud 2 Ud 2
+
V1 C A
VD 1 V3 B VD 4
VD 3 V5 VD 6 C
VD 5 N
N' + C V4 V6
V2
VD 2
调制 电路
– 当urA>uc时，V4关断，V1或
VD1导通，则uAN’=Ud/2 – 当urA<uc时， V1关断，V4 或VD4导通，则uUN’=-Ud/2
三相桥逆变电路
5.2.1 计算法和调制法
• 单极性PWM控制方式
– V1和V2通断互补，V3和 V4通断也互补，纵向换流。 – uo正半周：
V1 Ud + V2 ur uc
VD1 R uo VD2
V3 L V4
VD3
V1保持导通，V2关断，
V3和V4交替通断
信号波 载波
VD4
调制 电路
uo可得到Ud和0两种电平
-1-
电力工程系
5.1 概述
整流 滤波 逆变 M
• 变频器发展
– 1964年德国人A.Schonung和H.stemmler首先提出把这项通 讯技术应用到交流传动中。
– 70年代，主电路采用GTO和GTR、控制策略采用V/F控制。
– 80年代之后，主电路采用IGBT，控制策略采用矢量控制 和直接转矩控制。
-31-
电力工程系
5.2 逆变电路的SPWM控制方法
5.2.1 计算法和调制法
5.2.2 SPWM的基波电压
5.2.3 脉宽调制的制约条件 5.2.4 异步调制和同步调制 5.2.5 SPWM控制的实现方法 5.2.6 PWM逆变电路的谐波分析 5.2.7 PWM逆变电路的多重化
-32-
电1 计算法和调制法
• 计算法
– 根据正弦波频率、幅值和半周期脉冲数，准确计算PWM波
各脉冲宽度和间隔，据此控制逆变电路开关器件的通断， 就可得到所需PWM波形。
•
调制法
– 把希望输出的波形（正弦波）按比例缩小作为调制信号，
把接受调制的信号作为载波，通过载波的调制得到所期望
的PWM波形。
-21-
电力工程系
5.2 逆变电路的SPWM控制方法
5.2.1 计算法和调制法
5.2.2 SPWM的基波电压
5.2.3 脉宽调制的制约条件 5.2.4 异步调制和同步调制 5.2.5 SPWM控制的实现方法 5.2.6 PWM逆变电路的谐波分析 5.2.7 PWM逆变电路的多重化
-22-
电力工程系
-10-
5.2.1 计算法和调制法
• 调制法：单极性调制和双
ur
u
极性调制。
• 单极性PWM控制方式
– 调制信号ur为正弦波 – 载波uc为三角波 – 在ur和uc的交点时刻控制 IGBT的通断
-Ud uo Ud O
uc
t
uo
O
t
-11-
电力工程系
5.2.1 计算法和调制法
u uc ur
• 单极性PWM控制规律
5.1 概述
i (t)
• u(t)为电压窄脉冲，输出i(t)
u ( t)
的上升阶段随脉冲形状不同
略有不同，但其下降段则几 乎完全相同；
i(t)
• 脉冲越窄，各i(t)波形的差异
也越小； • 输出波形的傅里叶变换分析： 低频段非常接近，仅在高频
0 t
段略有差异。
冲量相同的各种窄脉冲的响应波形
电力工程系
-9-
电力工程系
5.2.1 计算法和调制法
• 调制波
– 把希望输出的波形作为调制信号在SPWM中采用正弦波 作为调制波。
• 载波
– 把接受调制的信号作为载波，通过对载波的调制得到所
期望的PWM波形 – 载波：三角波或锯齿波 – 原因：等腰三角波上任一点的水平宽度和高度成线性关 系，且左右对称。
电力工程系
5.2.5 SPWM控制的实现方法
模拟实现方法
数字实现方法
等效面积算法
自然采样法
规则采样法 SPWM专用集成电路芯片
-33-
电力工程系
5.2.5 SPWM控制的实现方法
模拟实现方法： 采用模拟电路实现
5.3 逆变电路的其他PWM控制方法 5.4 多电平逆变器的PWM控制
-7-
电力工程系
5.2 逆变电路的SPWM控制方法
5.2.1 计算法和调制法
5.2.2 SPWM的基波电压
5.2.3 脉宽调制的制约条件
5.2.4 异步调制和同步调制
5.2.5 SPWM控制的实现方法 5.2.6 PWM逆变电路的谐波分析 5.2.7 PWM逆变电路的多重化
– 90年代，变频器在工业领域应用已非常普及。
电力工程系
-2-
第5章 PWM控制技术
5.1 概述
5.2 逆变电路的SPWM控制方法
5.3 逆变电路的其他PWM控制方法
5.4 多电平逆变器的PWM控制
-3-
电力工程系
5.1 概述
f (t) f (t)
• 冲量（面积）等效原理
– 大小、波形不相同的窄脉冲
调制 电路
– 当ur<uc时，驱动V2、V3
单相桥逆变电路
如io<0，V2和V3通 如io>0，VD2和VD3通 不管哪种情况uo=-Ud
-15电力工程系
5.2.1 计算法和调制法
• 双极性PWM控制方式
– 三相的PWM控制公用三角
波载波uc，三相的调制信号 依次相差120°。
u rU u rV u rW uc
第5章 PWM控制技术
• PWM（Pulse Width Modulation）控制
– 对脉冲的宽度进行调制的技术，通过对一系列脉冲的宽度