电力电子 AC／DC变换.
第2章 AC-DC变换电路
iD 、 vD 分别为整流输出电流与电压。
电源电压为正半周时，二极管 D1 承受正 向电压导通。若忽略 1V 左右的导通压降， vD vS i，如左图第一段所示。对 则 ； D iS 于纯电阻性负载，负载电流与电压波形 一致，只相差一个比例系数。 电源电压为负半周时，二极管 D1 受反压 截止，阻断电路， vD 0 。对于电阻性负 载，负载电流也为零，如左图第二段所 示；对于电感性负载，负载电流可通过 二极管D0续流。
2 6 6
3
3 6
VS 2.34VS
优点： 输出电压最高可达到线电压的幅值 输出电压的脉动频率为 6 f（脉波数 m=6），易于进行滤波 S 交流电源电流 iS 中不含直流分量
三相桥式不控整流电路在中、大功率整流中得到了广泛的应用。 Power Electronics
2.2.6 不控整流电路输出电压的谐波分析
Power Electronics
2.2.3 单相桥式不控整流电路
二极管D1、D2串联构成一个桥臂，D3、D4 串联构成另一个桥臂。
D1、D3构成共阴极，连接负载的一端；D2、 D4构成共阳极，连接负载的另一端。
vS为正半周，D1、D4承受 当 0 t 时， 正 压 导 通 。 整 流 电 压 vD vS ， 负 载 电 流 iD iD1 iD ， D2、D3不导通， ， 4 iS vD2 vD3 vS 其承受反压为 ，如左图第一段所 iD 2 iD3 0 示。
v A 2VS sin t 2 vB 2VS sin(t ) 3 4 v 2 V sin( t ) C S 3
整流电路(ACDC变换)
1. 带电阻负载的工作情况
变压器T
起变换电压 隔离
交流输入为单相，直流输出电压波 形只在交流输入的正半周内出现， 故称为单相半波可控整流电路。
特点： 电压与电流成正比，两者波形相同
4
两个重要的基本概念
触发延迟角
从晶闸管开始承受正向阳极电压起到施加触
发脉冲止的电角度,用a 表示,也称触发角或控制角。
21
单相全波与单相全控桥的区别 1. 单相全波中变压器结构较复杂，绕组及铁芯对铜、铁等材料
的消耗多。 2. 单相全波只用2个晶闸管，比单相全控桥少2个，相应地，门
极驱动电路也少2个；但是晶闸管承受的最大电压
为 2 2U 2 ，是单相全控桥的2倍。
3. 单相全波导电回路只含1个晶闸管，比单相桥少1个，因而管 压降也少1个。
若将器件看作理想开关，则可 将电力电子电路简化为分段线性 电路，分段进行分析计算。
图2-2 带阻感负载单相半波可控整 流电路及波形
6
VT
VT
当VT处于通态时，如下方程成立：
L
L
u2
u2
L
did dt
Rid
2U2 sin t
（2-2）
R
R
初始条件：ωt= ，id=0。求解式
（2-2）并将初始条件代入可得
➢ 从上述（2）、（3）考虑，单相全波电路有利于在低输出电 压的场合应用。
22
2.1 单相可控整流电路
2.1.1 单相半波可控整流电路 2.1.2 单相桥式全控整流电路 2.1.3 单相全波全控整流电路 2.1.4 单相桥式半控整流电路
23
2.1.4 单相桥式半控整流电路
VT
2
VT 1
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AC／DC变换.
5.1M5* AC/DC3t 换电路整流电路的性能指标 单相相控整流电.路撻浇电珞轨述整流T 将交流电fACJ 转换为直流电 fDCJ 的变换。
整流电路T 实现整流的电路。
整流黑f 农整流裳覺）T 亀力半导体开关 电路及其辅助元器件构成的卖现整流的纟统。
53 5.4 5.5 5.65.7 5・8三相相控整流电路变压器漏感对相控整流电路的彩响 整流电.路的咬分析相控整流电路的有源逆变工作状态 相控整流电路的骷闸管触•发亀路 P\X/M 整流亀路 5.2主要内家：单相/三相相竝整渝电珞相盘整浇电珞P WM整流电珞整流电珞机述按娃制方式不同，AC/DC变换分为相控整流和P\X/M整流两种形式J O相控整流电路结构简单、控制方便.性能稳定, 利用它可以方便地得到丸.中.小各种彖量的直流亀能，是目前获得直流电能的主要方法，得刊了广泛的应用。
PWM挞流牧术是一种新型AC/DC变换技术，它采用全控型功率麥件和现代控制技术，使输入电流汝形接近正弦血功率因数接近7, 性能优良，具有广泛的应用询景。
整流器的主要性能指标有:1、输出直流电压2.输出亀流3、输出亀压纹欧糸数4、稳压精度5、输入电流总畸雯率6、输入坊率因数5.1撻沆电珞性能指标输出电压的有败值：U输出电压的直流平均值：U D 输出电压的交流纹汝有效值：U Hu…=Ju「_ul电庄纹改糸救：人普U D输入电流总畸变率：是除基次亀流以外的所有€申54：电流有枚值与基疫电流有败值之比式中:电流有数值基疫电流有效值n次错*5<电流有效值5.1整浇亀珞的性能描标输入功率因数：交流电源输入有PF = —功功率平均值P与视农功率S之比SS = UJ,P = U，人cos®W—PF = jyg竺4°s®S 匕人人Pk_ cos©J1+777Q2只要粗流存蛊谱疵，有PF<1人几I I厶上+刃:卜E皿皿V "2V rt-2单相半浹可控整流就路 变压發作用：T 隔£亀阿与负栽 T 匹酉己电庄 "＞提高功率因救5.2 单相相控整流电路5.2.1单相半汝可娃整流^^^路/ .电Ha 性负我VT*电珞结构 土工作凍理-＞控制方式 T 主要汝形 ■^数量关糸 单相半玫可控整流电路分析要点：T 晶闸管开/关条件 T 相住控制方法 T 分段线性分析5.2.1单相半汝可挫整流电珞1、削阻性负戟工作原理k 112的正半周，VT 承 受正电压，给VT^・ 发脉冲，VT 导通， U2如到负载上.?U2的负半周列来肘・ 负我亀阻承受负电 压，赶流应反向，但 .VT 只能通过正向电 流.枚U2变负M,VT *裁J 止1 • <^阻性负我VT”改吏晶闸•管絶发脉 冲到来的肘刻，Ud 的欢形也跟着变化 片输出配压妁旻极性 不变但幅值变化的 脉动直流电压X 亿屛C 形只征血源电 压正半周出现，因 此称为单相丰汝可 控整流电路。
电子电子技术第4章 DC-AC变换电路
控制方式：开关器件T1和T2在一个输出电压基波周期 T0内互补地施加触发驱动信号，且两管驱动信号时间 都相等
当T1导通T2关断时 ，当T2导通T1关断时 ，所以电压波形为占空 比为50％的方波。改变T1和T2的驱动信号的频率，即可以改变 输出电压的频率，输出电压的基波频率
输出电压：
开T20 关t 管T0 时T2、，T开3，关当管负T载2、电T3被流触由发a流，向当b负时载，电电流流由经过b流D2向、aD时 3续，流电流流经
瞬时负载电流 ：
iL
n 1,3,5...
4VD n Zn
sin
(nt
n )
– 其中n次谐波阻抗 Zn R2 (nL)2
且直流侧需要两个电容器串联，工作时还要控制两个电容 器电压的平衡 半桥电路常用于几kw以下的小功率逆变电源
2.电压型单相全桥式逆变电路
电路特点：全桥电路可看作由两个半桥电路组成，有四个桥臂， 包括四个可控开关器件及反并联二极管，在直流母线上通常还 并联有滤波电容。
控制方式：T1和T4同时开通和关断，T2和T3同时开通和关断（存
b) 电流型逆变器：在直流测串联有大电感，可以抑制输出直流电
流纹波，使得直流测可以近似看作一个理想电流源。
按交流输出类型分类：
a) 当变换装置交流侧接在电网上，把直流电逆变成同频率的 交流电回馈到电网上去，称为有源逆变。
b) 当变换装置交流侧和负载连接时，将由变换装置直接给电 机等负载提供频率可变的交流电，这种工作模式被称为无 源逆变。
b) 负载换流：由负载提供换流电压称为负载换流，通常采用 的是负载谐振换流。
c) 强迫换流：通过附加的换流装置，给欲关断的器件强迫施 加反向电压或反向电流的换流方式称为强迫换流。
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5章 逆变电路
5.1 换流方式5.2 电压型逆变电路5.3 电流型逆变电路5.4 多重逆变电路和多电平逆变电路本章小结逆变把直流电变成交流电源逆变交流侧接有电源逆变电路无源逆变交流侧直接和负载连接一般指无源逆变电路逆变电路应用广泛，在各种直流电源电池向交流负载供电时，就需要逆变电路。
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其电路的核心部分都是逆变电路。
换流变流电路在工作过程中不断发生电流从一个支路向另一个支路的转移。
第5章逆变电路(DC/AC变换）5.1 换流方式5.2 电压型逆变电路5.3 电流型逆变电路5.4 多重逆变电路和多电平逆变电路本章小结5.1 换流方式5.1.1 逆变电路的基本工作原理5.1.2 换流方式分类5.1.1 逆变电路的基本工作原理负载a)S 1S 2S 3S 4i o u o U d b)tu oi ot 1t 2图5-1 逆变电路及其波形举例S 1~S 4是桥式电路的4个臂，由电力电子器件及辅助电路组成。
◆当开关S 1、S 4闭合，S 2、S 3断开时，负载电压u o 为正；◆当S 1、S 4断开，S 2、S 3闭合时，u o 为负。
◆直流电变成了交流电，改变两组开关的切换频率，即可改变输出交流电的频率。
当负载为电阻时，i o 和u o 的波形相同，相位也相同◆当负载为阻感时，i o 相位滞后于u o ，波形也不同◆设t 1时刻前S 1、S 4导通，u o 和i o 均为正◆t 1时刻断开S 1、S 4，合上S 2、S 3，u o 极性立刻变负，但i o 不能立刻改变而维持原方向◆i o 从直流电源负极流出，经S 2、负载和S 3流回正极，负载电感中储存的能量向直流电源反馈，i o 逐渐减小，到t 2时刻降为零，之后i o 才反向并逐渐增大。
5.1 换流方式5.1.1 逆变电路的基本工作原理5.1.2 换流方式分类5.1.2 换流方式分类换流全控型器件可通过门极得控制使其关断，半控型器件晶闸管，必须利用外部条件或采取其它措施才能使其关断。
AC-DC变换器(整流和有源逆变电路)
1π
20
2U2sintd(t)0.4U 52
电源变压器副边电压有效值为U2
5.2.1 单相不控整流电路
VD1
表5-2 单相半波不控整流电路阻感负载时各区间
u2
ud
L eL
各区间工作情况
R b)
感性负载ω时t ，直流 0～π 电压将出现负值，
π～ωt1 ωt1～2π
u2 O
t1
2
降低了直二流极平管均导电 t 压 通情况
AC
+ -
R
AC + -
ud
VD2
VD1
-
AC +
R
-
AC +
ud
VD2
b)
c)
d)
图5-2 单相全波整流负载电压波形 a)单相全波整流电路负载电压波形 b)单相全波整流电路 c)交流输入正
半周整流电路工作图 d)交流输入负半周整流电路工作图
5.2.1 单相不控整流电路
表5-4 单相全波整流电路各区间工作情况
ωt 二极管导通情况
负载电压ud 负载电流id 整流二极管电流iVD1 续流二极管电流iVD2 整流二极管端电压 uVD1 续流二极管端电压 uVD2
0～π VD1导通、 VD2截止 u2 水平直线 矩形波
0 0
π～2π VD1截止、 VD2导通 0
0 矩形波 u2
-|u2|
0
5.2.1 单相不控整流电路
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
AC-DC-AC变换
iL
iD
iD3 D5
D1 P *
1 2VD 1
C1 T1
L1
N
=
21
N2
B
o A ip N*1
IL C+
2VD
C2
T2
D2 Q
*
N2
=
2
N2
PV0 R
0
VAB iD3
0
iD
VAB
4
(d) iL 波形
(e) iD3 波形
t t
(a)
D4 iD4
0
12TS
TS (f)iD4 波形
t
图9.6(a) (d) (e) (f)
电力电子学
——电力电子变换和控制技术（第二版）
第9 章
多级开关电路组合型交流、 直流电源
9 多级开关电路组合型交流、直流电源
引言 9.1 AC/DC-DC/AC变压、变频电源VVVF 9.2 AC/DC-DC/AC恒压、恒频不间断电源UPS 9.3 晶闸管相控整流-有源逆变的直流输电系统 9.4 具有中间交流环节的直流电源 *9.5 移相全桥零电压开关DC/AC-AC/DC变换器 9.6 交流电源、直流负载时电力电子变换系统方案比较 小结
蓄电池经 逆变器向 负载供电
供电质量不如在线双变换式UPS
9.2.3 在线互动式UPS
图9.图 4双9.4变双流变器流器串串、、并并联联补补偿偿式式UPUSPS
通常co交sφ流=1电；源负v载S不非是线额性定，值有，谐且波有电谐流波，电要压求，不但停希电望，is有仅额有定基正波弦分电量压且VR。 令并联变流器II输出iLh+iLQ及部分iLP，输出额定正弦电压VR; 令串联变流器I输出vsh及基波补偿电压(VS1-VR)（容量15~20%）; 使电源仅输出基波有功电流cosφ=1 、负载仅含基波电压且vL=vR。
最全整流电路AC-DC变换器电力电子技术
VD 2
VD 2
a)
b)
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
电
力
电
子
技
术
5.2.1 单相不控整流电路
表5-5 单相桥式整流电路各区间工作情况
ωt
VD1
u2
0～π
π～2π VD2和VD3导通、 VD3 VD1和VD4截止 |u2|
VD 1 单 相 交 流 a)
O ud O uVD1 O e) 2 2 2
ωt
ud R
0～π VD1导通 u2
π～2π VD1截止 0 0 u2
2π～3π VD1导通 u2 u2/R 0
u1
u2
二极管导 通情况
t
u2
负载电压 ud 二极管端 电压uVD1 负载电压 平均值Ud
t
力
电
子
技
术
5.2.1 单相不控整流电路
2
t
2 2
t
t
半波整流负载电压仅为交流电源的 正半周电压，造成交流电源利用率 偏低，输出脉动大，因此使用范围 较窄。 若能经过变换将交流电源的负半周 电压也得到利用，即获得图5-2a中 的负载电压波形，则负载电压平均 值Ud可提高1倍，电源利用率大大 提高。
Ud
2U 2 sin td(t ) 0.9U 2
电
力
电
子
技
术
5.2.1 单相不控整流电路
在单相输入的AC-DC整流电路中，单相桥式整流 电路应用极为广泛。 半波整流电路交流电源电流是单方向的，电源变 压器存在直流磁化现象，是半波整流电路的应用 不广泛的主要原因之一。 而桥式和全波电路电源电流双向流动，使交流电 源得到充分利用，也不存在电源变压器直流磁化 现象。
电力电子技术在高速列车供电系统中的应用
电力电子技术在高速列车供电系统中的应用随着科技的发展和社会对高速列车的需求增加，高速列车供电系统的可靠性、效率和稳定性变得越发重要。
在这个背景下，电力电子技术应运而生，成为高速列车供电系统的关键技术之一。
本文将探讨电力电子技术在高速列车供电系统中的应用，并分析其在提高系统效率和稳定性方面的作用。
1. 交流-直流变换器（AC/DC Converter）在高速列车供电系统中，交流-直流变换器（AC/DC Converter）是必不可少的设备。
它将来自电网的交流电转换为高速列车所需的直流电。
传统的整流器在效率和可靠性方面存在诸多问题，而采用电力电子器件构成的交流-直流变换器则具有更高的效率和更低的功率损耗。
电力电子器件的快速开关特性和可调节的电压转换功能使得交流-直流变换器能够快速响应电网电压的波动，并能够在列车启动和制动时灵活地调整输出电压。
因此，电力电子技术在交流-直流变换器中的应用显著提高了供电系统的效率和稳定性。
2. 逆变器（Inverter）除了交流-直流变换器，逆变器（Inverter）也是高速列车供电系统中重要的电力电子设备之一。
逆变器将直流电转换为交流电，为高速列车的电动驱动系统提供所需的交流电能。
传统的电力逆变器在频率和电压调节方面存在限制，而采用电力电子器件构成的逆变器具有快速调节的特性，能够在不同运行条件下灵活控制输出频率和电压。
此外，电力电子技术还可以实现逆变器的能量回馈功能，在高速列车制动时将制动能量转换为电能并反馈回电网。
因此，电力电子技术在逆变器中的应用不仅提高了供电系统的效率和稳定性，还有助于能源的节约和回收利用。
3. 高效能电机驱动系统在高速列车供电系统中，高效能电机驱动系统是实现列车高速行驶的关键。
电力电子技术在电机驱动系统中的应用能够提高动力转换效率和控制精度。
通过采用电力电子器件驱动电机，可以提供高效能的动力输出，减少能量的损耗。
此外，电力电子技术还能够实现对电机的精确控制，使得高速列车在起动、制动和转弯等运行过程中更加稳定和安全。
(整理)电力电子教材重点知识点总结
《电力电子技术》复习题第1章绪论1 电力电子技术定义：是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术，是应用于电力领域的电子技术，主要用于电力变换。
2 电力变换的种类（1）交流变直流AC-DC：整流（2）直流变交流DC-AC：逆变（3）直流变直流DC-DC：一般通过直流斩波电路实现，也叫斩波电路（4）交流变交流AC-AC：可以是电压或电力的变换，一般称作交流电力控制3 电力电子技术分类：分为电力电子器件制造技术和变流技术。
4、相控方式;对晶闸管的电路的控制方式主要是相控方式5、斩空方式：与晶闸管电路的相位控制方式对应，采用全空性器件的电路的主要控制方式为脉冲宽度调制方式。
相对于相控方式可称之为斩空方式。
第2章电力电子器件1 电力电子器件与主电路的关系（1）主电路：电力电子系统中指能够直接承担电能变换或控制任务的电路。
（2）电力电子器件：指应用于主电路中，能够实现电能变换或控制的电子器件。
广义可分为电真空器件和半导体器件。
2 电力电子器件一般特征：1、处理的电功率小至毫瓦级大至兆瓦级。
2、都工作于开关状态，以减小本身损耗。
3、由电力电子电路来控制。
4、安有散热器3 电力电子系统基本组成与工作原理（1）一般由主电路、控制电路、检测电路、驱动电路、保护电路等组成。
（2）检测主电路中的信号并送入控制电路，根据这些信号并按照系统工作要求形成电力电子器件的工作信号。
（3）控制信号通过驱动电路去控制主电路中电力电子器件的导通或关断。
（4）同时，在主电路和控制电路中附加一些保护电路，以保证系统正常可靠运行。
4 电力电子器件的分类根据控制信号所控制的程度分类（1）半控型器件：通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断的电力电子器件。
如SCR晶闸管。
（2）全控型器件：通过控制信号既可以控制其导通，又可以控制其关断的电力电子器件。
如GTO、GTR、MOSFET和IGBT。
（3）不可控器件：不能用控制信号来控制其通断的电力电子器件。
电力电子AC——DC
电
力
电
子
技
术
5.2.3 整流滤波电路
1．电容滤波电路
VD1 单相 交流 VD2 VD4 a)
图5-5 电容滤波的单相桥式不可 控整流电路及工作波形
VD3 ud C R
将电容作为储能元件，利用了 电容两端电压不能突变的特点。 目前大量普及的微机、电视机 等家电产品中所采用的开关电 源中，通常都是在单相桥式不 控整流桥后面并联一个较大阀 值的滤波电容，如图5-5a所示。
2U 2 sin td(t ) 0.9U 2
电
力
电
子
技
术
5.2.1 单相不控整流电路
在单相输入的AC-DC整流电路中，单相桥式整流 电路应用极为广泛。 半波整流电路交流电源电流是单方向的，电源变 压器存在直流磁化现象，是半波整流电路的应用 不广泛的主要原因之一。
而桥式和全波电路电源电流双向流动，使交流电 源得到充分利用，也不存在电源变压器直流磁化 现象。
电
力
电
子
技
术
5.2.3 整流滤波电路
K 电容滤波电路最为普及。 注意：在电容滤波电路 中，当电路接入电网时 VD1 VD 3 瞬间，电容的充电过程 R1 会导致电流浪涌，因此 单相 + C R 交流 在实际应用时要考虑整 VD2 VD 4 流桥的抗浪涌能力。 也可采用图5-8所示的抗 图5-8 单相桥式不可控整流电路的抗浪涌电路 浪涌电路，也称作软起 电路。
电
力
电
子
技
术
5.2.3 整流滤波电路
VD1 单相 交流 VD2 VD4 a) 电路
i2,ud i2 0 ud
VD3 u d C R
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
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3 2
(Sd
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电力电子变换器设计与控制
电力电子变换器设计与控制电力电子变换器（Power Electronic Converter）是一种能够将电源的电能通过特定的方式进行转换和调节的电子设备。
它在电力系统中起到了至关重要的作用，被广泛应用于交流传输、直流输电、激光器、电力供应等领域。
本文将主要探讨电力电子变换器的设计与控制。
一、电力电子变换器的基本原理电力电子变换器的基本原理是将输入电源的电能经过转换器的功率变换过程后，输出到负载端。
常见的电力电子变换器有直流-直流变换器（DC-DC Converter）、直流-交流变换器（DC-AC Converter）和交流-直流变换器（AC-DC Converter）等。
1. 直流-直流变换器直流-直流变换器用于将直流电源的电压或电流转换为不同的电压或电流输出。
其主要结构包括升压型变换器（Boost Converter）、降压型变换器（Buck Converter）和升降压型变换器（Buck-Boost Converter）等。
2. 直流-交流变换器直流-交流变换器是将直流电源的电能转换为交流电能输出的设备。
其中，最常见的是逆变器（Inverter），它能够将直流电源的电压或电流转变为交流电源输出。
3. 交流-直流变换器交流-直流变换器是将交流电源的电能转换为直流电能输出的设备。
其中，最常见的是整流器（Rectifier），它用于将交流电源转换为直流电源进行供电。
二、电力电子变换器的设计方法电力电子变换器的设计是根据实际需求来选择合适的拓扑结构、元器件和参数，以实现稳定可靠的电能转换和调节。
设计时需要考虑电压、电流、功率、效率、控制方式等多个因素。
1. 拓扑结构选择拓扑结构选择是电力电子变换器设计的关键。
常见的拓扑结构有单相、三相、全桥、半桥等，不同的拓扑结构适用于不同的应用场景。
2. 元器件选型元器件的选型直接影响着电力电子变换器的性能和可靠性。
在选型时需要考虑元器件的额定电流、电压、功率损耗等参数，以及其可获得性和成本。
电力电子DC——AC
ui
DC-AC 1
a)
T1
u1 Lf
T2 DC-AC 2
u2 uo Cf RL
TN DC-AC 3 b)
uN
实现这种交流阶梯波变换的原理电 路如图 4-4b 所示 —— 分相叠加的组 合逆变器结构，通过多组采用方波 变换的逆变器进行移相叠加组合
电
力
电
子
技
术
4.1.1 逆变器的基本原理
3. 斩控调制方式 ①脉冲宽度调制（PWM）：
电
力
电
子
技
术
逆变器实例
整流器 市电 蓄 电 池
旁路电源
逆变器 负载
市电 S 油机 1 2
整流器
逆变器 负载 蓄 电 池
市电 S1 油机 1 2
整流器
逆变器
负载 3 4 S2 转换开关 CVCF电源
蓄 电 池
电
力
电
子
技
术
4.1.1 逆变器的基本原理
如何完成直流－交流这一变 换呢？ 考虑采用开关切换的方式将 直流量变换成交流量。 完成直流电压变换的逆变器 称为电压型逆变器。 完成直流电流变换的逆变器 则称为电流型逆变器。 图 4-1a 所示电压型逆变器直 流侧采用足够容量的电容滤 波，因此直流侧电压基本不 变
VD3
VT2
VT4
VD4
a)逆变器原理电路
变换方式呢？ 图4-2a中，当功率管 VT1 （VD1 ）和VT4（ VD4 ）导通而 VT2 （ VD2 ）和 VT3 （ VD3 ） 关断时，输出电压为正的方波电压；当功 率 管 VT2 （ VD2 ） 和 VT3 （ VD3 ） 导 通 而 VT1 （VD1 ）和VT4 （ VD4）关断时，输出 电压为负的方波电压。