电力电子变换和控制技术(第二版)(陈坚)第6章
电力电子陈坚_第1篇
1.3 电力电子技术的应用
6) 其他 ➢ 不间断电源（UPS）在现代社会中的作用越来越重要，
用量也越来越大，但必须应用电力电子技术
➢ 航天飞行器中的各种电子仪器需要电源，载人航天器中 为了人的生存和工作，也离不开各种电源，这些都必需 采用电力电子技术
➢ 各种新能源、可再生能源及新型发电方式越来越受到重 视。太阳能发电和风力发电受环境的制约，发出的电力 质量较差，常需要储能装置缓冲，需要改善电能质量， 这就需要电力电子技术。
✓ 也称为电力电子学。 ✓ 利用电力电子开关器件组成电力开关电路，利用集成电路和微处理器构成
信号处理和控制系统，对电力开关电路进行实时、适式的控制，经济有效 地实现开关模式的电力变换和电力控制，包括电压（电流）的大小、频率、 相位和波形的变换和控制。 ✓ 是综合了电子技术、控制技术和电力技术的新兴交叉学科。 ✓ 电力电子技术的发展史是以电力电子器件的发展史为纲
9
1.1 电力电子学科的形成（续4） 3.电力电子技术(Power Electronics)
✓ 典型的电力电子系统框图
10
1.2 开关型电力电子变换的基本原理及控制方法 1.电力变换的类型 2.交流机组实现电力变换 3.利用开关器件实现电力变换的基本原理
11
1.电力变换的类型
✓ 电源可分为两类：
1.3 电力电子技术的应用
5) 家用电器
➢ 照明在家用电器中有十分突出的地位。由于电力电子照明 电源体积小、发光效率高、可节省大量能源，通常被称为 “节能灯”，正逐步取代传统的白炽灯和日光灯
➢ 变频空调器是家用电器中应用电力电子技术的典型例子 之一。电视机、音响设备等电子设备的电源部分也都需要 电力电子技术。此外，有些洗衣机、电冰箱、微波炉等电 器也应用了电力电子技术。
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
华中科技大学电力电子学幻灯片——交流-交流变换器
电力电子学——电力电子变换和控制技术（第二版）第6 章交流-交流变换器6交流-交流变换器6.0 引言6.1 晶闸管交流电压控制器的类型6.2 单相交流电压控制器6.3 三相全波交流电压控制器*6.4 变压器抽头电压控制器*6.5 晶闸管相控交流/交流直接变频器*6.6 矩阵式交流/交流变频器6.7 本章小结本章主要讲述交流-交流变流电路把一种形式的交流电变成另一种形式交流电的电路交流电压控制器频率不变，仅改变电压大小交流调压电路相位控制交流调功电路通断控制变频器实现频率变换亦可改变电压大小交交变频直接交直交变频间接⏹采用晶闸管作开关器件时，依靠交流电源瞬时值过零及反向来关断晶闸管。
晶闸管开关器件的开通则可采用移相控制，改变控制角调控变换器输出电压的大小。
⏹单相电压控制器常用于小功率单相电动机、照明和电加热控制，三相交流-交流电压控制器的输出是三相恒频变压交流电源，通常给三相交流异步电动机供电，实现异步电动机的变压调速，或作为异步电动机的启动器使用。
6.0 引言6.1 晶闸管交流电压控制器的类型6.1.1 单相全控6.1.2 带中线星形联结6.1.3 无中线的三相连接6.1.4 三角形联结的控制器si tV v s s ωsin 2=Roi +-ov 1T 4T （a ）单相全控通态时：)()(t v t v S O =断态时：)(=t v O 两个反并联开关器件负载电压、负载功率的大小由控制角a 确定6.1.1 单相全控si V1T 4T 3T 6T 5T 2T （b ）带中线星形联接90=a 时，中线电流约等于相电流三个单相交流电压控制器可组合成带中线的三相交流电压控制器缺点中线电流大6.1.2 带中线星形联结si 'V （c ）无中线的三相联接输入电流中没有3次及3的倍数次谐波电流6.1.3 无中线的三相连接Nv ANv BNv CNi Ai Bi CBACZ LZ LT1T4T6T3Z LT2T5(d) Δ联接的交流电压控制器只适用于允许断开6根出线端子的三角形负载6.1.4 三角形联结的交流电压控制器6.2 单相交流电压控制器6.2.1 电阻负载6.2.2 电阻、电感性负载*6.2.3 PWM交流电压控制器利用傅立叶级数可求出基波及各次谐波。
《电力电子陈坚》课件
同事的尊敬。他平易近人，乐于助人，对学生关怀备至，是一位难得的
良师益友。
对电力电子领域的展望
技术发展
随着科技的进步，电力电子技术在未来将继续发挥重要作用。新型电力电子器件和系统的 研发将为该领域带来更多创新应用，如电动汽车、可再生能源和智能电网等领域。
跨界融合
未来电力电子技术将与其他领域进行更紧密的结合，如信息处理、控制理论等。这种跨界 融合将为电力电子技术的发展带来更多可能性，推动相关产业的进步。
人才培养
随着电力电子领域的发展，对高素质人才的需求将进一步增加。未来需要加强电力电子领 域的教育和培训工作，培养更多具备创新能力和实践经验的专业人才。
THANKS
感谢观看
安全性和可靠性
电力电子设备和系统的安全性和可靠性是关键问 题，需要加强研究和测试，确保设备和系统的稳 定性和可靠性。
成本和价格
电力电子设备和系统的成本和价格较高，需要加 强成本控制和技术创新，降低成本和价格，促进 普及和应用。
电力电子的未来发展方向
高效能
进一步提高电力电子设 备和系统的能效和性能 ，满足更高的能源转换 和利用要求。
有盛誉。他不仅在学术期刊上发表了大量高质量论文，还为电力电子技
术的发展做出了杰出贡献。
02
教学风格
陈坚教授的教学风格严谨而不失生动，他能够将复杂的理论知识以易于
理解的方式传授给学生。许多学生表示，通过陈坚教授的授课，他们对
电力电子技术有了更深入的理解。
03
人格魅力
陈坚教授不仅在学术和教学方面表现出色，他的人格魅力也深受学生和
晶体管
01
晶体管是电力电子技术中最基本的元件之一，具有控制电流大
小和方向的作用。
电力电子技术(第二版)第6章答案
第六章谐振开关电路与电力公害抑制1.开关器件有几种功率损耗?答: 开通损耗、关断损耗、通态损耗、断态损耗；还有驱动损耗。
2.谐振开关工作的特点是什么?答: 谐振开关电路在开关过程引入谐振过程，使器件在开通前电压先下降到0，或在关断前电流先降到0，这样就可以消除开关过程中的电压电流重叠，使器件的开关损耗降到很小，因而也可以提高电力电子器件的开关频率，提高装置的效率，减小装置的体积。
3.试分析谐振开关电路的优缺点。
答: 谐振开关技术可以使器件的开关损耗降到很小，因而也可以提高电力电子器件的开关频率，提高装置的效率，减小装置的体积。
但也带来一些负面影响：谐振电压峰值很高，要求器件耐压必须提高；谐振电流有效值很大，电路中存在大量的无功功率的交换，造成电路道通损耗加大；谐振周期随输入电压，负载变化而改变，因此电路只能采用脉冲频率调制方式来控制。
4.何谓软开关模式和硬开关模式?答:采用准谐振技术的零电压开关电路和零电流开关电路，这种技术被称为软开关技术。
谐振开关技术是以谐振辅助换流方式来解决开关损耗问题的，提高了器件的开关频率，减小了装置的体积，提高了效率。
谐振开关模式也称为软开关模式。
非谐振开关模式也称为硬开关模式。
5.简述零电流开关谐振电路的工作原理。
答: 零电流开关谐振电路中，谐振电容r C 与二极管VD 并联，而谐振电感r L 与开关管串联。
在0T 时刻以前，开关管VT 处于关断状态，输出滤波电感f L 与二极管VD 构成续流通道，流过负载电流0I 。
谐振电感r L 中的电感为0，谐振电容r C 电压也为0。
零电流开关谐振电路工作原理见书中214页6. 简述零电压开关谐振电路的工作原理。
答：零电压开关谐振电路工作原理见书中215页。
7.软开关PWM 的含义是什么？答：在逆变器和直流输入电源之间加入谐振电路，当谐振电路工作时，逆变器的端电压在零和直流输入电源电压之间振荡，从而实现逆变器上开关管的零电压关断。
电力电子技术课程教学大纲
《电力电子技术》课程教学大纲课程类别：专业基础课程性质：必修英文名称：Power Electronic Technology总学时：64讲授学时：48 实验学时：16学分：3.5先修课程：电路原理、模拟电子技术、数字电子技术适用专业：自动化开课单位：信息工程学院自动化教研室一、课程简介《电力电子技术》是电气工程及其自动化专业、自动化专业本科生的一门专业基础课，是一门理论与应用相结合，实践性很强的课程。
它包括电力电子器件、电力电子变流技术以及以微电子技术和计算机为代表的控制技术三大组成部分。
本课程的目的和任务是使学生熟悉各种电力电子器件的特性和使用方法；掌握各种电力电子电路的结构、工作原理、控制方法、设计计算方法及实验技能；熟悉各种电力电子装置的应用范围及技术经济指标，培养学生的分析问题和解决问题的能力，为《运动控制》等后续课程以及从事与电气工程有关的技术工作和科学研究打下一定的基础。
二、教学内容及基本要求0 绪论（2学时）教学内容：0.1电力电子技术的定义0.2电力电子技术的发展历史(自学)0.3电力电子技术的内涵及其相关工业0.4电力电子技术所研究的基本问题0.5电力电子技术的主要内容0.6本课程的学习方法及考核方法教学要求：1.理解电力电子技术的定义，电力电子技术所研究的基本问题。
2.了解电力电子学科的发展历史、电力电子技术的内涵及其相关工业、电力电子技术的主要内容以本课程的学习方法及考核方法。
授课方式：讲授+自学第一章：电力电子器件（10 学时）教学内容：1.1电力电子器件概述1.2不可控器件——电力二极管1.3半控型器件——晶闸管1.4典型全控型器件1.5其他新型电力电子器件1.6电力电子器件的驱动1.7电力电子器件的保护1.8电力电子器件的串联和并联使用教学要求：1.掌握各种电力电子器件的基本特性、应用场合和使用方法。
2.理解各种全控型器件、半控型器件的工作原理和主要参数选择依据.3.了解典型触发、驱动和缓冲电路的组成、工作原理和特点。
电力电子 陈坚
GTO要求有正值门极脉冲电流+Ig触发其开通，负值脉冲电流-Ig使其关断 MOS管M1、M2接收从控制系统输入的高频互补式方波电压后，向GTO
输出+ Ig触发其开通，并使C充电。 要关断已处于通态的GTO（M1、M2已无输入信号）时，需触发开通SCR，
C放电形成-Ig ，关断GTO
7.1.3 BJT的驱动器
K V CE
O
v T
(vCE
)
（c) iT、vT 轨迹
无串联电感时：
开通过程：ABC(高压下 电流上升AB，负载电流 v 下电压下降BC）
T
关断过程：CBA (负载电 流下电压上升对应CB， 高压下电流下降对应BA）
有串联电感时：
开通过程AQEC，比ABC 好
关断过程CBHPA，比 CBA差
7.3.1 线路电感Lσ=0时开关器件开通关断过程
7.1.4 P-MOSFET、IGBT的驱动器(续2)
P有正信号输入时，放大 器输出A点正电位使T1导 通，P-MOSFET开通，并 保持通态
P无信号输入时，A点为负 P 电位，T2导通，稳压管DZ 两端电压抽出C电荷，并 在P-MOSFET管上栅-源 极加负压，使其关断并保 持断态
(+)
(+)
开关管串联使用时要均压—并RC 取R11=R12远小于rT1、rT2—稳压均压 取R13=R14，C13=C14—动态均压
I
T1 T2 L1 L2
7.3 开关器件的开通、关断过程及安全工作区
7.3.1 线路电感Lσ=0时开关器件的开通关断过程 7.3.2 线路电感Lσ≠0时开通、关断过程 7.3.3 安全工作区
快速光耦响应时间可小于1.5μs 高压电力系统、直流输电等用的
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。
《电力电子装置与系统》课程介绍与教学大纲
《电力电子装置与系统》课程简介课程编号：06054936课程名称：电力电子装置与系统/ power electronics equipment and system学分：2学..时：32适用专业：电气工程及其自动化本科专业建议修读学期：7开课单位：电气与信息工程学院电气工程系先修课程：模拟电子数字电子自动控制原理电力电子技术考核方式与成绩评定标准：课程考核采用百分制。
课程考核成绩采用平时成绩+期终考试成绩相结合的方式，平时成绩占课程考核成绩的30%,平时成绩考核采用考勤、作业、课堂提问、实验和报告相结合的方式；期终成绩考核采用闭卷考试方式，期终考试成绩占课程考核成绩的70%。
教材与主要参考书目：《电力电子装置及系统》，杨荫福主编，清华大学出版社，2006《电力电子学一电力电子变换和控制技术》，陈坚主编，高等教育出版社，2002《电力电子技术》（第5版），王兆安主编，机械工业出版社，2009《开关电源设计》，王志强等译，电子工业出版社，2010内容概述：中文：本课程是电气工程及其自动化专业的专业选修课。
本课程主要内容包括功率器件、高频开关电源、逆变电源、谐振电源及无功补偿系统等常用电力电子装置方面的内容。
叙述了各种电力电子装置的工作原理，并结合实例给出了各种常用电力电子装置的设计思想及相应的控制原理框图。
通过本课程的学习，要求学生掌握各类常用电力电子装置及系统的结构及工作原理，掌握电力电子装置的设计方法，并能够运用所学知识进行常用电力电子装置的初步设计，同时，培养学生运用综合知识的能力和解决工程实际问题的能力。
英文：This course is a professional elective course in electrical engineering and automation. The main contents of this course include power devices, high-frequency switching power supply, inverter power supply, resonant power supply and reactive power compensation system and other commonly used power electronic devices. In addition,it describes the working principle of various power electronic devices, and gives the design ideas of various commonly used power electronic devices and the corresponding control block diagram. Through the study of this course, students are required to master the structure and working principle of various types of commonly used power electronic devices and systems, master the design method of power electronic devices, and be able to use the knowledge to carry on the preliminary design of commonly used power electronic devices, The ability to use comprehensive knowledge and the ability to solve practical problems.《电力电子装置与系统》教学大纲课程编号：06054936课程名称：电力电子装置与系统/ power electronics equipment and system学分：2学..时：32建议修读学期：7一、课程性质、目的与任务本课程是电气工程及其自动化专业的专业选修课，主要内容包括功率器件、高频开关电源、逆变电源等常用的电力电子装置与系统，介绍了常用电力电子装置的工作原理及其共性问题，并结合实例给出了电力电子装置的设计思想及相应的控制策略。
《电力电子与能源变换》课程教学大纲(本科)
《电力电子与能源变换》课程教学大纲课程编号：081050211课程名称：电力电子与能源变换英文名称：Power Electronics and power converter课程类型：专业课课程要求：选修学时/学分：4龄（讲课学时：44实验学时：4上机学时：0）适用专业：自动化一、课程性质与任务电力电子与能源变换是自动化（电力电子）专业一门重要的专业方向选修课，限选。
目的和任务：使学生理解开关型电力电了变换基本原理及控制方法；理解开关型电力电子变换器的基本特性；掌握常用电力电子器件的特性和使用方法；熟悉电力电子变换器中的辅助元器件和系统；掌握谐振开关型变换器原理、分析设计方法及应用；了解典型多级复合型电力电子变换器的结构、工作原理、控制方法；了解多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用：了解电力电子开关型电力补偿、控制器。
着重学生在电力电子应用技术方面应具备的基本设计方法和基本技能的训练，使学生具有进一步研究学习电力电了技术的能力，为今后从事电力电子装置的研制和开发打下良好的专业基础。
二、课程与其他课程的联系本课程是在学习过电路基础、模拟电子技术、数字电子技术、电力电子技术等有关学科基础课程后设置的专业课。
在具有良好的学科基础上，着重培养学生在电力电子应用技术方面应具备的基本设计方法和基本技能。
并行开设的相关课程有变频器原理与应用，为后续相关课程电力电子建模与仿真和生产实习等教学环节打好基础。
三、课程教学目标1. 使学生理解开关型电力电子变换基本原理及控制方法；理解开关型电力电子变换器的基本特性；掌握常用电力电子器件的特性和使用方法：熟悉电力电子变换器中的辅助元器件和系统；能够识别完成电力电子变换器设计任务面临的电力电子器件等各种制约条件，并得出可接受的指标。
（支撑毕业能力要求 3.3）掌握谐振开关型变换器原理、分析设计方法及应用；能够对于谐振开关型变换器模型进行正确的推理，并能够给出解。
（支撑毕业能力要求13）2. 学习了解典型多级复合型电力电子变换器的结构、工作原理、控制方法；了解多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用；了解电力电子开关型电力补偿、控制器。
陈坚电力电子学课后习题答案(完全去水印版)
答：基本工作原理：见课本 p36-37；应回答出承受正向压、门极加驱动电流时的管子内部的正反
馈过程，使
不断增大，最后使
， 很大，晶闸管变成通态；撤去门极
电流后由于
，仍可使
有多种办法可以使晶闸管从断态转变成通态。
很大，保持通态。
常用的办法是门极触发导通和光注入导通。另外正向过电压、高温、高的 导通，但这是非正常导通情况。
1.6 开关型电力电子变换器有哪两类应用领域？ 答案
答：按功能可分为两大应用领域：
（1）开关型电力电子变换电源或简称开关电源。由半导体开关电路将输入电源变换为另一种电源 给负载供电。这一类应用现在已经十分广泛。
（2）开关型电力电子补偿控制器。它又分为两种类型：电压、电流（有功功率、无功功率）补偿 控制器和阻抗补偿控制器。它们或向电网输出所要求的补偿电压或电流，或改变并联接入、串联接 入交流电网的等效阻抗，从而改善电力系统的运行特性和运行经济性。这类应用将导致电力系统的 革命并推动电力电子技术的继续发展。
压接法下（简称反偏）外加电压所产生的外电场 与原内电场 方向相同。因此外电场使原内电 场更增强。多数载流子（P 区的空穴和 N 区的电子）的扩散运动更难于进行。这时只有受光、热激 发而产生的少数载流子（P 区的少数载流子电子和 N 区的少数载流子空穴）在电场力的作用下产生
漂移运动。因此反偏时二极管电流极小。在一定的温度下，二极管反向电流 在一定的反向电压范
答：由于 PN 结间存在结电容 C，二极管从导通状态（C 很大存储电荷多）转到截止阻断状态时，PN 结电容存储的电荷 并不能立即消失，二极管电压仍为 ≈1～2V，二极管仍然具有导电性，在
反向电压作用下，反向电流从零增加到最大值，反向电流使存储电荷逐渐消失，二极管两端电压 降为零。这时二极管才恢复反向阻断电压的能力而处于截止状态，然后在反向电压作用下，仅流过
电力电子变换和控制技术PPT课件
的电力电子变换电源
第1章 电力电子变换和控制技术导论 第27页/共33页
27
电机传动
第28页/共33页
开关型电力电子补偿控制器
电压、电流（有功功率、无功功率） 补偿控制器
阻抗补偿控制器
第1章 电力电子变换和控制技术导论 第29页/共33页
16
1. AC/DC基本整流电路
工作方式：相控、斩波 分析方法：傅立叶分解 、积分 考虑问题：开关时刻、 滤波
第1章 电力电子变换和控制技术导论 第17页/共33页
17
2. DC/AC基本逆变电路
工作方式：方波、PWM波 分析方法：傅立叶分解 、积分 考虑问题：开关时刻、 滤波
第1章 电力电子变换和控制技术导论 第18页/共33页
• 提高产品质量和劳动生产率 提高供电可靠性、高速高精度电气传动
• 提高电力系统自身的运行质量和稳定性 发电机励磁、柔性输电、谐波治理、无功补偿
第1章 电力电子变换和控制技术导论 第10页/共33页
10
1.2 电力电子变换和控制的技术经济意义
经过变换处理后再供用户使用的电能，占全国发电总量 的百分比的高低，已成为衡量一个国家技术进步的主要 标志之一；
电源可分为两类： 直流电（D.C），频率f=0 交流电（A.C），频率f0
电力变换按电压/电流的 大小、波形及频率变换划 分为四类基本变换及相应 的四种电力变换电路或电 力变换器。
这四类基本变换可以组合 成许多复合型电力变换器
第1章 电力电子变换和控制技术导论 第13页/共33页
13
传统电力技术如何将交流电变为直流电？
第1章 电力电子变换和控制技术导论 第24页/共33页
[工学]浙江大学电力电子技术课件第6章
![[工学]浙江大学电力电子技术课件第6章](https://img.taocdn.com/s3/m/28ba15036ad97f192279168884868762caaebb9d.png)
第6章交流-交流变换技术z交流-交流变换电路把一种形式的交流电变成为另一种形式交流电的电路，在进行交流-交流变换时，可以改变电压或电流的幅值、频率和相数等,如航空电源、交流电机调速等应用场合。
¾间接交流-交流变换电路：¾直接交流-交流变换电路：¾交流调压电路：只改变输出交流电压、电流的幅值，而不改变频率的变换电路,如灯光调节亮度。
6.1间接交流-交流变换电路由两级变换电路构成，第一级AC/DC 变换电路将工频50Hz的交流电变换成脉动的直流电，再由第二级DC/AC变换电路将直流变换为所需幅值和频率的交流输出。
¾电流型交流－交流变换电路通常逆变电路的直流输入侧串联一个大电感量的直流电抗器，逆变电路的直流侧输入近视为电流源。
¾电压型交流－交流变换电路通常逆变电路的直流输入端并接一个大电容量的直流电容器，逆变电路的直流侧输入近视为电压源。
最小触发引前角：30≈γ（1）换相重叠角随电路结构和工作电流变化，取可达200～300触发引前角（换流电压过零的提前角）180δ=电流型交流-交流变换器可应用于直流输电系统电压型交流－交流变换电路电压型交流-交流变换电路工作在变压、变频方式时，广泛应用于交流电动机的变频调速装置；工作在恒频、恒压方式时，则广泛应用于逆变电源、UPS电源。
直流侧电容滤波的二极管整流电路，虽存在交流侧谐波和电磁兼容问题，但由于成本低而广泛应用在小功率电机调速中。
¾ 整流器采用三相PWM整流电路时，输入电流近似正弦波，且功率因数接近1，具有较高的电磁兼容性能。
¾ 具有单相功率因数校正功能的交流-交流变换电路，一般适合于小功率的应用场合。
VA 单相Boost APFC电路控制原理框图a u bu cu d cU ()vs H +−refu +−+−a ib i ci d i qi ()i H s 400Hz三相PWM高功率因数整流器零静差矢量控制功率主电路拓扑控制原理图输入端电压电流仿真波形图输入端电压电流实验波形图6.2直接交流-交流变换电路不通过中间直流环节，直接实现交流-交流变换功能的电路称为直接交流－交流变换电路。
电力电子学电力电子变换和控制技术(第二版)
I C1 a1I A iCB01
R
I C2 a2 I C iCB02
IA
I A IC1 IC2 a1I A a2IC I0
Vs
IA IgIC
I
A
I0 a2Ig 1 (a1 a2
)
可控开通 通态时 a1 a2 1 关断？ 强迫其电流 IA (IC ) 下降到维持
电流以下
静态伏安特性 及 dv/dt 防护
2.2.3 电力三极管使用参数和特性
反
C B
偏
E
BVCEX
BVCES
R
BVCER
开 路
BVCEO
BVcEx >BVcEs >BVcER >BVcEo
图2.9 不同基极状态时，集－射极击穿电压
1. 集电极额定电压
2. 集电极额定电流（最大允许电流）
3. 饱和压降
4. 基极电流的最大允许值
5. 开通和关断时间
状态 导通、阻断
过程
✓ 理解开关过程对今后选用电力电子 器件，理解电力电子电路的运行是
很有帮助的，因此应对二极管的开 关特性有较清晰的了解。
开通、关断
12
电力电子学——电力电子变换和控制技术（第二版）
半导体电力二极管的开关特性（续） 二极管开通及反向恢复过程
13
电力电子学——电力电子变换和控制技术（第二版）
IC IB (1 )ICB0
IC IB
20
2.2.2 三极管的静态特性
电力电子学——电力电子变换和控制技术（第二版J2 Ic
P J1
Rc
IB
VBB IB
N1
VCE=0 VCE=1V
E
VCC
电力电子学 陈坚课后习题答案
答案 5.1 什么是半波整流、全波整流、半控整流、全控整流、相控整流、高频PWM整流?答：半波整流：整流器只在交流电源的半个周波输出整流电压，交流电源仅半个周期中有电流。
全波整流：整流器在交流电源的正、负半波都有直流电压输出，交流电源在正负半周期均有电流。
全控整流：指整流主电路中开关器件均为可控器件。
半控整流：指整流主电路中开关器件不全是可控器件，而有不控器件二极管。
相控整流：全控整流电路中的开关管为半控器件晶闸管，控制触发脉冲出现的时刻（即改变晶闸管的移相控制角的大小），从而控制负载的整流电压。
高频PWM整流：整流主电路中开关器件均为全控器件，采用高频PWM控制，即在一个电源周期内高频改变开关管的导通状况。
答案5.2 什么是电压纹波系数、脉动系数、基波电流数值因数、基波电流位移因数（基波功率因数）和整流输入功率因数？答：电压纹波系数RF：输出电压中全部交流谐波分量有效值V H与输出电压直流平均值V d 之比值，。
电压脉动系数S n：整流输出电压中最低次谐波幅值V nm与直流平均值V d之比Sn=Vnm/Vd基波电流数值因数：电流畸变因数也称基波电流数值因数，是基波电流有效值与总电流有效值之比，即基波电流位移因数DPF （基波功率因数）：输入电压与输入电流基波分量之间的相位角（位移角）的余弦，即整流输入功率因数PF ：答案5.3 三相桥式不控整流任何瞬间均有两个二极管导电，整流电压的瞬时值与三相交流相电压、线电压瞬时值有什么关系？答：共阴连接的三个二极管中，三相交流相电压瞬时值最正的那一相自然导通，把最正的相电压接到负载的一端；共阳连接的三个二极管中，三相交流相电压瞬时值最负的那一相自然导通，把最负的相电压接到负载的另一端。
因此，任何时刻负载得到的整流电压瞬时值是线电压的最大瞬时值。
答案 5.4 单相桥全控整流和单相桥半控整流特性有哪些区别？答：与单相全控桥相比，（1）在主电路上，半控整流少了两个晶闸管。
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6.2.2 电阻、电感性负载（续1)
（1）a=f 时，
vO vS 2VS sin t
iS iO 2VS sin( t f) Z
iT1
T1 ig1 vO
is ig4 T4
iT 4
L
io
vs 2Vs sin t
Z ( L) 2 R 2
f arctan L / R
6.1 晶闸管交流电压控制器的类型
6.1.1 单相全控
6.1.2 带中线星形联结 6.1.3 无中线的三相连接
6.1.4 三角形联结的控制器
6.1.1 单相全控
负载电压、负载 功率的大小由 控制角a确定
is
T1
io
vo
T 4
v s 2Vs sin t
R
（a） 单相全控
两个 反并联 开关器件
v0 R
B
a
vo
C
t
io
a
io
0
a
a
2
利用傅立叶级数可求出基波及各次谐波。
io
t
6.2.1 电阻负载（续）
表6.1 不同触发角
a 时基波
V1m 和3~15次谐波电压(电流)的相对值
6.2.1 基波及谐波分布图
图6.3 电阻负载、不同触发角α时基波及谐波幅值分布图
vs
(a) 电路
is
R
a f a f
2
v ,i ,i
O S
O
均为正弦波
0
iT1
（2）a<f 时，同a=f
a
f
f
a
t
2 a
iT4
is
vs
A
(c)电流连续电感性负载波形 vo
f
a
f
f
2 a
6.2.2 电阻、电感性负载 （续2）
iT4
is
vs
（3）a=>f 时，
通态时： 断态时：
vO (t ) vS (t )
vO (t ) 0
6.1.2 带中线星形联结
is
三个单相交 流电压控制 器可组合成 带中线的三 相交流电压 控制器
T1 T4
T3 T6
V
T5
T2
（b） 带中线星形联接
缺点 中线电流大
a 90 时，中线电流约等于相电流
6.1.3 无中线的三相连接
输出电压有效值 VO 、晶闸管电流有效值 I T 、负载电流有效值 I O 为：
VO 1
a
a
( 2VS sin t ) 2 d ( t ) VS
1 [sin 2a sin 2(a )]
2VS 2 1 a IT ) [sin( t f ) sin(a f )e a ( 2 Z
is
V'
输入电流中没有3 次及3的倍数次谐 波电流
（c） 无中线的三相联接
6.1.4 三角形联结的交流电压控制器
A
L
v
AN
i
A
T
B
Z
1
N
i
v
BN
B
T
Z
L
4
T
T
6
2
T
Z
C
L
5
只适用 于允许 断开6根 出线端 子的三 角形负 载
i
v
CN
C
T
3
(d) Δ联接的交流电压控制器
6.2 单相交流电压控制器
电力电子学
——电力电子变换和控制技术（第二版）
第6章 交流-交流变换器
6 交流-交流变换器
6.0 引言
6.1 晶闸管交流电压控制器的类型
6.2 单相交流电பைடு நூலகம்控制器
6.3 三相全波交流电压控制器
*6.4 变压器抽头电压控制器
*6.5 晶闸管相控交流/交流直接变频器
*6.6 矩阵式交流/交流变频器
6.7 本章小结
6.2.1 电阻负载
6.2.2
电阻、电感性负载
*6.2.3 PWM交流电压控制器
6.2.1 电阻负载
iT1
T1 i g1
is
io
T4
iT 4
1 1 a V0 ( 2VS sin t )2 d ( t ) VS sin 2a a 2
ig4
vO R
t a tgf 2
] d ( t )
VS
sin cos(2a f ) cos f 2Z
I O 2 IT
VS Z
sin cos(2a f ) cosf
6.2.2 电阻、电感性负载（续3）
180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
1
f tg
L
90 φ= =75 φ 0 =6 φ 5 =4 φ 0 =3 φ 5 =1
φ
(e) 导通角 与控制角 a 的关系曲线（以负载阻抗角 f 为参变量）
φ =0
R a f , 180 a f时，
,
由f，a可求出，
tg(a f ) e
vs 2Vs sin t
I 0 I S V0 / R
v s 2Vs sin t
A
2
D
I T I S / 2 V0 / 2R
PF P V0 I 0 V0 1 a sin 2a S VS I S VS 2
vo
0
a
a
6.0 引言
本章主要讲述 交流-交流变流电路
把一种形式的交流电变成另一种形式交流电的电路 交流调压电路 相位控制 交流电压 频率不变，仅 控制器 改变电压大小 交流调功电路 通断控制 变频器
交交变频 实现频率变换 亦可改变电压大小 交直交变频 直接 间接
采用晶闸管作开关器件时，依靠交流电源瞬时值过零及反向来关断晶 闸管。晶闸管开关器件的开通则可采用移相控制，改变控制角调控变换 器输出电压的大小。 单相电压控制器常用于小功率单相电动机、照明和电加热控制，三相 交流-交流电压控制器的输出是三相恒频变压交流电源，通常给三相交流 异步电动机供电，实现异步电动机的变压调速，或作为异步电动机的启 动器使用。
sin
tgf
cos
a
6.2.2 电阻、电感性负载 （续4）
f tg 1 L
R a f , 180 a f时， 由f，a可求出， 再求i T1 (t ), Vo , I Tav , TT 及I o
v0 vS 2VS sin t RiT1 L
iT 1 2VS [sin( t f ) sin(a f )e Z
(c)电流连续电感性负载波形
A
diT1 dt
]
0
vo
iT1
f
αφ
a
iT 4
2
a
f
1 ( t a ) tgf
B
t
(d)电流不连续波形