电力电子技术第三章[可修改版ppt]
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电力电子技术第三章
波形
有续流
20
单相桥式全控整流电路
（二）基本数量关系
１．直流平均电压
Ud 1
2U 2 sin td t
0 .9U 2 co s
２．直流电流平均值、有效值
I2 Id 1 2
id d t
di d dt R d id 2U 2 sin t
IT I 2 U2 Rd 1 2 1 4
(
Ud Rd
) dt
2
sin 2
2
直流电流的平均值为
I d U d / Rd 0 .4 5U 2 (1 co s ) 2 Rd
I2 Id
sin 2 2 ( )
2 (1 cos )
Ud 1 2
2U 2 sin td t (1 co s ) 1 co s 2
2U 2 2
0 .4 5U 2
Ｕｄ=f(α) α= 0 θ=π Ud = 0.45U2
α=π θ= 0 移相范围 180º Ud = 0
3
单相半波可控整流电路
２．直流电流有效值
sin 2 ( ) (1 cos )
2
单相半波
n
2
1
脉动系数=
基波最大值 直流平均值
7
单相半波可控整流电路
５．晶闸管承受的最大正、反向峰值电压均为交流电压的幅值
U TM 2U 2
ＵＴＭ用于晶闸管额定电压计算
8
单相半波可控整流电路
二、电感性负载 (一)工作原理
有续流
20
单相桥式全控整流电路
（二）基本数量关系
１．直流平均电压
Ud 1
2U 2 sin td t
0 .9U 2 co s
２．直流电流平均值、有效值
I2 Id 1 2
id d t
di d dt R d id 2U 2 sin t
IT I 2 U2 Rd 1 2 1 4
(
Ud Rd
) dt
2
sin 2
2
直流电流的平均值为
I d U d / Rd 0 .4 5U 2 (1 co s ) 2 Rd
I2 Id
sin 2 2 ( )
2 (1 cos )
Ud 1 2
2U 2 sin td t (1 co s ) 1 co s 2
2U 2 2
0 .4 5U 2
Ｕｄ=f(α) α= 0 θ=π Ud = 0.45U2
α=π θ= 0 移相范围 180º Ud = 0
3
单相半波可控整流电路
２．直流电流有效值
sin 2 ( ) (1 cos )
2
单相半波
n
2
1
脉动系数=
基波最大值 直流平均值
7
单相半波可控整流电路
５．晶闸管承受的最大正、反向峰值电压均为交流电压的幅值
U TM 2U 2
ＵＴＭ用于晶闸管额定电压计算
8
单相半波可控整流电路
二、电感性负载 (一)工作原理
电力电子技术课件-第3章 整流电路
Rid
2U2 sinwt
(3-2)
b)
图3-3 b) VT处于导通状态
在VT导通时刻，有wt=a，id=0，这是式（3-2）的初 始条件。求解式（3-2）并将初始条件代入可得
id
2U 2
sin(a
R (wta )
)e wL
Z
2U2 sin(wt ) (3-3)
Z
式中，Z
R2
(wL)2，
u
d
变且波形近似为一条水平线。
O i
d
iO
VT 1,4
I
d
wt
☞u2过零变负时，由于电感
I
d
的作用VT1、VT4仍有电流id，并
w t 不关断。
i
O
VT
2,3
I
d
wt
☞wt=p+a时刻，触发VT2和
O i
2
I
d
w t VT3，VT2和VT3导通，VT1和
O
I
u
d
VT 1,4
w t VT4承受反压关断，流过VT1和
二. 阻感负载
3、基本数量关系
√流过晶闸管的电流平均值IdT和有效值IT分别为：
I dT
p a 2p
Id
(3-5)
IT
1
2p
p a
I
2 d
d
(wt
)
p a 2p
Id
(3-6)
√续流二极管的电流平均p 值 aIdDR和有效值IDR分别为
I dDR 2p I d
(3-7)
I DR
1
2p
2p a p
pa R
R
1 sin 2a p a
电力电子技术第3章 三相可控整流电路
19
第二节 时
三相全控桥式整流电路
整流电压为三相半波时的两倍，在大电感负载
20
图 3.9 三相桥式全控整流电路
21
图 3.10 三相全控桥大电感负载 α =0°时的波形
22
图 3.11 三相全控桥大电感负载 α =30°时的电压波形
23
图 3.12 三相全控桥大电感负载 α =60°时的电压波形
3
图 3.2是 α =30°时的波形。设 VT3 已导通， 当经过自然换流点 ωt0 时，因为 VT1的触发脉冲 ug1还没来到，因而不能导通，而 uc 仍大于零，所 以 VT3 不能关断，直到ωt1 所处时刻 ug1触发 VT1 导通，VT3 承受反压关断，负载电流从 c相换到 a 相。
4
图 3.2 三相半波电路电阻负载 α =30°时的波形
32
一、双反星形中点带平衡电抗器的可控整流电路 在低电压大电流直流供电系统中，如果要采用 三相半波可控整流电路，每相要多个晶闸管并联， 这就带来均流、保护等一系列问题。如前所述三相 半波电路还存在直流磁化和变压器利用率不高的问 题。
33
图 3.15 带平衡电抗器双反星形可控整流电路
34
图 3.16 带平衡电抗器双反星形可控整流 ud 和 uP 波形
26
图 3.14 三相桥式半控整流电路及波形 （a）电路图 （b）α =30° （c）α =120°
27
一、电阻性负载 控制角 α =0时，电路工作情况基本与三相全 控桥 α =0时一样，输出电压 ud波形完全一样。输 出直流平均电压最大为 2.34U2Φ。
28
由图 3.14（ b），通过积分运算可得Ud 的计 算公式
12
当 α >30°时，晶闸管导通角 θV=150°- α。 因为在一个周期内有 3次续流，所以续流管的导通 角 θVD=3（ α -30°）。晶闸管平均电流为
第二节 时
三相全控桥式整流电路
整流电压为三相半波时的两倍，在大电感负载
20
图 3.9 三相桥式全控整流电路
21
图 3.10 三相全控桥大电感负载 α =0°时的波形
22
图 3.11 三相全控桥大电感负载 α =30°时的电压波形
23
图 3.12 三相全控桥大电感负载 α =60°时的电压波形
3
图 3.2是 α =30°时的波形。设 VT3 已导通， 当经过自然换流点 ωt0 时，因为 VT1的触发脉冲 ug1还没来到，因而不能导通，而 uc 仍大于零，所 以 VT3 不能关断，直到ωt1 所处时刻 ug1触发 VT1 导通，VT3 承受反压关断，负载电流从 c相换到 a 相。
4
图 3.2 三相半波电路电阻负载 α =30°时的波形
32
一、双反星形中点带平衡电抗器的可控整流电路 在低电压大电流直流供电系统中，如果要采用 三相半波可控整流电路，每相要多个晶闸管并联， 这就带来均流、保护等一系列问题。如前所述三相 半波电路还存在直流磁化和变压器利用率不高的问 题。
33
图 3.15 带平衡电抗器双反星形可控整流电路
34
图 3.16 带平衡电抗器双反星形可控整流 ud 和 uP 波形
26
图 3.14 三相桥式半控整流电路及波形 （a）电路图 （b）α =30° （c）α =120°
27
一、电阻性负载 控制角 α =0时，电路工作情况基本与三相全 控桥 α =0时一样，输出电压 ud波形完全一样。输 出直流平均电压最大为 2.34U2Φ。
28
由图 3.14（ b），通过积分运算可得Ud 的计 算公式
12
当 α >30°时，晶闸管导通角 θV=150°- α。 因为在一个周期内有 3次续流，所以续流管的导通 角 θVD=3（ α -30°）。晶闸管平均电流为
电力电子技术第3章(313.23)1精品PPT课件
当a = 0°时，整流输出直流电压平均值最大，用Ud0
表示，Ud=Ud0=0.45 U2 ；
当a =π时，Ud = 0 ；
输出直流电压平均值围0 ~ π 。
3.2.1单相可控整流电路 ②输出电流平均值
IdU Rd0.45U R2.1c2osa
+ q
f) 0
2p
wt
wt +
wt
wt
wt
图3.4 电感负载的单相半波 可控整流电路及其波形
3.2.1单相可控整流电路
求得在一般情况下的控制特性，可以建立晶闸管 导通时的电压平衡微分方程，求解在一定φ值情况
下，控制角a与导通角θ的关系。
当R为一定值，L越大，导通角θ越大。其平均 值Ud越接近零，输出的直流电流平均值也越小， 负载上得不到所需的功率。
第三章 AC/DC变换技术
交流电能（AC）转换为直流电能（DC）的过程称为 整流，完成整流过程的电力电子变换电路称为整流电 路。
本章主要内容 重点掌握整流电路的结构形式及其工作原理 重点掌握整流电路的工作波形 重点掌握整流电路的数学关系以及设计方法 熟悉变压器漏抗对整流电路的影响 掌握整流电路的谐波和功率因数分析 了解新型的PWM整流电路。
路转移的过程称为换流，也称换相。 ⑧自然换相点：当电路中可控元件全部由不可控
元件代替时，各元件的导电转换点，成为自然 换相点。
3.2.1单相可控整流电路
（3）基本数量关系 ①输出直流电压平均值
p ω tω t) p a a U d 2 1a p2 U 2 s i nd ( 2 2 U 2 ( 1 c o s) 0 .4 5 U 2 1 c 2 o s
③晶闸管电流平均值 流过晶闸管的电流等于负载电流，即：
表示，Ud=Ud0=0.45 U2 ；
当a =π时，Ud = 0 ；
输出直流电压平均值围0 ~ π 。
3.2.1单相可控整流电路 ②输出电流平均值
IdU Rd0.45U R2.1c2osa
+ q
f) 0
2p
wt
wt +
wt
wt
wt
图3.4 电感负载的单相半波 可控整流电路及其波形
3.2.1单相可控整流电路
求得在一般情况下的控制特性，可以建立晶闸管 导通时的电压平衡微分方程，求解在一定φ值情况
下，控制角a与导通角θ的关系。
当R为一定值，L越大，导通角θ越大。其平均 值Ud越接近零，输出的直流电流平均值也越小， 负载上得不到所需的功率。
第三章 AC/DC变换技术
交流电能（AC）转换为直流电能（DC）的过程称为 整流，完成整流过程的电力电子变换电路称为整流电 路。
本章主要内容 重点掌握整流电路的结构形式及其工作原理 重点掌握整流电路的工作波形 重点掌握整流电路的数学关系以及设计方法 熟悉变压器漏抗对整流电路的影响 掌握整流电路的谐波和功率因数分析 了解新型的PWM整流电路。
路转移的过程称为换流，也称换相。 ⑧自然换相点：当电路中可控元件全部由不可控
元件代替时，各元件的导电转换点，成为自然 换相点。
3.2.1单相可控整流电路
（3）基本数量关系 ①输出直流电压平均值
p ω tω t) p a a U d 2 1a p2 U 2 s i nd ( 2 2 U 2 ( 1 c o s) 0 .4 5 U 2 1 c 2 o s
③晶闸管电流平均值 流过晶闸管的电流等于负载电流，即：
电力电子技术ppt课件
3.1.1 单相半波可控整流电路
返回
课本中的标识符号定义
平均值符号
Ud：直流输出电压平均值； Id：直流输出电流平均值； IdVT:流过晶闸管电流平均值； IdVDR:流过二极管电流平均值;
可编辑课件PPT
2-8
3.1.1 单相半波可控整流电路
返回
1）带电阻负载的工作情况 T
电路模型
a)
u
1
u
2
可编辑课件PPT
2-5
3.1.1 单相半波可控整流电路
返回
课本中的标识符号定义
瞬时值符号
u1 ：一次电压瞬时值；
u2：二次电压瞬时值；
ud ：直流输出电压瞬时值； id：直流输出电流瞬时值；
uVT：晶闸管承受的电压瞬时值；
iVT ：晶闸管流过的电流瞬时值；
iVD ：二极管流过的电流瞬时值；
i2：变压器二次侧电流瞬时值；
可编辑课件PPT
2-6
3.1.1 单相半波可控整流电路
返回
课本中的标识符号定义
有效值符号
U1：一次电压有效值；U2：二次电压有效值； U：负载输出电压有效值；I：负载输出电流有效值；
IVT:流过晶闸管电流有效值；I2:变压器二次侧电流有 效值;
IVDR:流过二极管电流有效值；
可编辑课件PPT
2-7
ud
+ d)
0a id
e)
0
q
uVT
f) 0
2p
wt
wt +
wt
wt
wt
图3-2 带阻感负载的 单相半波电路及其波形
2-13
3.1.1 单相半波可控整流电路
返回
2) 带阻感负载的工作情况
电气工程概论第三章-电力电子PPT课件
2021
电气工程概论
3.1 功率半导体器件
1. 静态特性
（1）阳极伏安特性。晶闸管的阳极伏安特性表示晶闸管阳极与
阴极之间的电压Uak与阳极电流ia 之间的关系曲线，如图3-9 所示。
2021
电气工程概论
3.1 功率半导体器件
阳极伏安特性可以划分为两个区域，第I象限为正向特性区，第 III象限为反向特性区。
2021
电气工程概论
3.1 功率半导体器件
图3-2示出了各种功率半导体器件的工作范围
2021
电气工程概论
3.1 功率半导体器件
二、大功率二极管
大功率二极管属不可控器件，在不可控整流、电感性负载回路 的续流等场合均得到广泛使用。
（一）大功率二极管的结构 大功率二极管的内部结构是一个具有P型、N型半导体、一个PN 结和阳极A、阴极K的两层两端半导体器件，其符号表示如图33(a)所示。 从外部构成看，也分成管芯和散热器两部分。一般情况下， 200A以下的管芯采用螺旋式(图3-3(b) )，200A以上则采用平板 式(图3-3(c) )。
2021
电气工程概论
第三章电力电子技术
第一节 功率半导体器件
2021
电气工程概论
3.1 功率半导体器件
功率半导体器件是电力电子系统的心脏，是电力电子电路的 基础。
功率集成电路是最近10年功率半导体器件发展的一个重要趋 势，是将功率半导体开关器件与其驱动、缓冲、检测、控制和 保护等硬件集成一体，构成一个功率集成电路PIC。
2021
电气工程概论 （二）晶闸管的基本特性
3.1 功率半导体器件
通过理论分析和实验验证表明： 1) 只有当晶闸管同时承受正向阳极电压和正向门极电压时晶 闸管才能导通，两者不可缺一。 2) 晶闸管一旦导通后门极将失去控制作用，门极电压对管子 随后的导通或关断均不起作用，故使晶闸管导通的门极电压不 必是一个持续的直流电压，但必须是一个具有一定宽度和幅度 的正向脉冲电压，其脉冲宽度与晶闸管开通特性及负载性质有 关。这个脉冲常称之为触发脉冲。 3) 要使已导通的晶闸管关断，必须使阳极电流降低到某一数 值之下(晶闸管维持电流，约几十毫安)。通常通过降低阳极电 压至接近于零或施加反向阳极电压来实现。
电力电子技术第三章 全控型器件的驱动
第一节 全控型电力电子器件的驱动
2.专用集成驱动电路芯片 1)驱动电路与IGBT栅射极接线长度应小于1m，并使用双绕线，以提 高抗干扰能力。
图3-9 电力MOSFET的一种驱动电路
第一节 全控型电力电子器件的驱动
3z10.tif
第一节 全控型电力电子器件的驱动
2)如果发现IGBT集电极上产生较大的电压脉冲，应增加栅极串接电 阻RG的阻值。 3)图3-10中外接两个电容为47μF，是用来吸收电源接线阻抗变化引 起的电源电压波动。
图3-6 抗饱和电路
第一节 全控型电力电子器件的驱动
图中VD1、VD2为抗饱和二极管，VD3为反向基极电流提供回路。在 轻载情况下，GTR饱和深度加剧使UCE减小，A点电位高于集电极电 位，二极管VD2导通，使流过二极管VD1的基极电流IB减小，从而减 小了GTR的饱和深度。抗饱和基极驱动电路使GTR在不同的集电极 电流情况下，集电结处于零偏或轻微正向偏置的准饱和状态，以缩 短存储时间。在不同负载情况下以及在应用离散性较大的GTR时， 存储时间趋向一致。应当注意的是，VD2为钳位二极管，它必须是 快速恢复二极管，该二极管的耐压也必须和GTR的耐压相当。因电 路工作于准饱和状态，其正向压降增加，也增大了导通损耗。
图3-2 门极控制电路 结构示意图
第一节 全控型电力电子器件的驱动
(1)开通控制 开通控制要求门极电流脉冲的前沿陡、幅度高、宽 度大及后沿缓。
图3-3 推荐的GTO门极控制 信号波形
第一节 全控型电力电子器件的驱动
(2)关断控制 GTO的关断控制是靠门极驱动电路从门极抽出P2基区 的存储电荷，门极负电压越大，关断的越快。 (3)GTO的门极驱动电路 GTO的门极控制电路包括开通电路、关断 电路和反偏电路。 间接驱动是驱动电路通过脉冲变压器与GTO门极相连，其优点是： GTO主电路与门极控制电路之间由脉冲变压器或光耦合器件实现电 气隔离，控制系统较为安全；脉冲变压器有变换阻抗的作用，可使 驱动电路的脉冲功率放大器件电流大幅度减小。缺点是：输出变压 器的漏感使输出电流脉冲前沿陡度受到限制，输出变压器的寄生电 感和电容易产生寄生振荡，影响GTO的正确开通和关断。此外，隔 离器件本身的响应速度将影响驱动信号的快速
电力电子技术(3)PPT课件
0.707Id
O
晶闸管承受的最大正反向电压均为 2 U 2 。
t
Id Id
b)
Id Id
t Id
t t t t
t
2021
为了扩大移相范围，且去掉输出电压的负值，提高的Ud 值，也可以在负载两端并联续流二极管，如图3-11所示。接 了续流二极管后， 的移相范围可以扩大到0-180°。下面通 过一个例题来说明全控桥电路接了续流二极管后的数量关系 。
分析可以看到以下几点。
(1) 任一时刻，均有两个二极管同时导通，其中电位最高相的
共阴极组的二极管和电位最低相的共阳极组的二极管导通，每个
二极管导通120。
(2) 6个二极管的导通顺序为VDl-VD2-VD3-VD4-VD5-VD6。共阴 极组换流顺序为VDl-VD3-VD5-VDl，自然换流点为图3-5中的d、e 、f等点；共阳极组换流顺序为VD2、VD4、VD6，自然换流点为 图3-5中的g、h、i等点。
2021
u2
O
t
ud
O id
i VT
O
1,4
i VT
O
2,3
O i2
O u VT 1,4
O
Id Id
Id Id
t Id
t
t t t
t
b)
图3-10 单相桥式相控整流电路 带电感性负载原理图及工作波形
数量关系
直流输出电压平均值
a a U d 1 a a2 U 2 sitd n (t) 22 U 2 co 0 s .9 U 2 cos
2021
2) 主要数量关系
直流输出电压平均值
a 1
1 c o s
U d 2a2 U 2 s intd (t) 0 .4 5 U 2 2
《电力电子技术》PPT 第3章
2
2
2
U
(sin
t
1 3
sin
3t
1 5
sin
5t
22
2
U
1
sin(2m 1)t
m12m 1
（3-11）
基波有效值
U1
2
2U
（3-12）
全高次波有效值
UH
U2 ds
U
2 1
U
2 0
U
2 n
n2
（3-13）
则图3-2(b)的波形为矩形波时，其直流成份和有效值可计算出 =0，U 0 =UU（ds 据本章习题1的数据），则总的有效值为
（3-1）
图3-1 正弦电压波形
交流电压的有效值（RMS）、平均值，波形系数和波 高系数定如下：
有效值=
最大值
2
2U U 2
平均值=
2最大值
2
2U π
0.9U
波形系数=
有效值 平均值
U 0.9U
1.11
波高系数=
最大值 有效值
2U 1.41 U
（3-2） （3-3） （3-4） （3-5）
（3-8）
在（3-8）式中， 2，f f 1设T ，t 则
a0
V0
1 T
0Tu (t )dt
1
2
02
u( )d
an
2 T
0Tu(t) cos ntdt
1
02
u( ) cos nd
bn
2 T
0Tu (t )
sin
ntdt
1
02
u(
)
sin
nd
Un
a2 n
电力电子技术-Chap3
a) 电路图
iGE
0
io
I1
0 b) 波形
图3-2 升压斩波电路及工组波形
3.1.2
数量关系
升压斩波电路
设V通态的时间为ton，此阶段L上积蓄的能量为 EI1ton 设V断态的时间为toff，则此期间电感L释放能量为 U o E I1toff 稳态时，一个周期T中L积蓄能量与释放能量相等： EI1ton (Uo E) I1toff （3-20）
3.1.2
升压斩波电路
电容C可将输出电压保持住。
电压升高的原因：电感L储能使电压泵升的作用；
如果忽略电路中的损耗，则由电源提供的能量仅由负载R 消耗，即 ： EI1 U o I o 。 （3-24）
与降压斩波电路一样，升压斩波电路可看作直流变压器。
输出电流的平均值Io为：
Io
电源电流的平均值Io为：
a) uo E uo E
O i
t i1 I 10 I 20 toff T b) i2 I 10 t
O io i1 O ton T I 20 i2 t1 t x toff c) t2
t
O
t on
t
图3-3 用于直流电动机回馈能量的升压斩波电路及其波形 a） 电路图 b） 电流连续时 c） 电流断续时
t on I1 I o I o T
输出功率等于输入功率，可将降压斩波器看作直流降压变压器。
3.1.1
I10=0，且t=tx时，i2=0
降压斩波电路
式（3-6） 式（3-7）
负载电流断续的情况：
1 (1 m)e t x ln （3-16） m
tx<toff 电流断续的条件：
第 3章
iGE
0
io
I1
0 b) 波形
图3-2 升压斩波电路及工组波形
3.1.2
数量关系
升压斩波电路
设V通态的时间为ton，此阶段L上积蓄的能量为 EI1ton 设V断态的时间为toff，则此期间电感L释放能量为 U o E I1toff 稳态时，一个周期T中L积蓄能量与释放能量相等： EI1ton (Uo E) I1toff （3-20）
3.1.2
升压斩波电路
电容C可将输出电压保持住。
电压升高的原因：电感L储能使电压泵升的作用；
如果忽略电路中的损耗，则由电源提供的能量仅由负载R 消耗，即 ： EI1 U o I o 。 （3-24）
与降压斩波电路一样，升压斩波电路可看作直流变压器。
输出电流的平均值Io为：
Io
电源电流的平均值Io为：
a) uo E uo E
O i
t i1 I 10 I 20 toff T b) i2 I 10 t
O io i1 O ton T I 20 i2 t1 t x toff c) t2
t
O
t on
t
图3-3 用于直流电动机回馈能量的升压斩波电路及其波形 a） 电路图 b） 电流连续时 c） 电流断续时
t on I1 I o I o T
输出功率等于输入功率，可将降压斩波器看作直流降压变压器。
3.1.1
I10=0，且t=tx时，i2=0
降压斩波电路
式（3-6） 式（3-7）
负载电流断续的情况：
1 (1 m)e t x ln （3-16） m
tx<toff 电流断续的条件：
第 3章
《电力电子技术》第3章 直流-直流变换电路
★理想开关。所有电力电子元器件都具有理想特性：无损 耗、无惯性。即通态电阻为零、管压降为零，断态电阻为 无穷大、漏电流为零，且开通和关断时间瞬间完成，开关 损耗零。
★理想电源。直流电源是内阻为零的恒压源。
注意：实际情况，不存在理想元器件！
3-3
3.1 直流-直流变换电路的工作原理
最基本的直流-直流变换电路
第3章 直流-直流变换电路
3.1 直流-直流变换电路的工作原理 3.2 基本斩波电路 3.3 间接直流-直流变换电路 3.4 直流-直流变换电路的应用
3-1
第3章 直流-直流变换电路·引言
直流-直流变换电路：将一种直流电变换为另一电压固定
或电压可变的直流电。
按电能变换方式分类
★ 直接直流变换电路：将一种直流电直接变换为另一固定电 压或可调电压的直流电，也称为直流斩波电路(DC Chopper) ，输入输出之间无隔离。 ★ 间接直流变换电路：直流输入和输出之间加入交流环节， 通常采用变压器实现隔离。
I1Hale Waihona Puke I2E EmR
Io
上式说明电感L无穷大时，负载电流的最大值、最小值 相等，都等于负载电流的平均值，即当电感值极大时 ，负载电流几乎为幅值为 Io 的一条水平线。
3-12
3.2.1 降压斩波电路
假设负载中电感值较小，则有可能出现电流断续的情况。
因为电流断续时有 I1 0 ，当 t ton ts 时，i2 0 ，则
周期T来实现 。
根据对输出电压调制方式不同，斩波电路控制方式有三种：
➢ 脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation, PWM）方式：保持
开关周期T不变，控制开关导通时间ton 。 ➢ 频率调制方式：保持开关导通时间 ton 不变，改变开关周期
★理想电源。直流电源是内阻为零的恒压源。
注意：实际情况，不存在理想元器件！
3-3
3.1 直流-直流变换电路的工作原理
最基本的直流-直流变换电路
第3章 直流-直流变换电路
3.1 直流-直流变换电路的工作原理 3.2 基本斩波电路 3.3 间接直流-直流变换电路 3.4 直流-直流变换电路的应用
3-1
第3章 直流-直流变换电路·引言
直流-直流变换电路：将一种直流电变换为另一电压固定
或电压可变的直流电。
按电能变换方式分类
★ 直接直流变换电路：将一种直流电直接变换为另一固定电 压或可调电压的直流电，也称为直流斩波电路(DC Chopper) ，输入输出之间无隔离。 ★ 间接直流变换电路：直流输入和输出之间加入交流环节， 通常采用变压器实现隔离。
I1Hale Waihona Puke I2E EmR
Io
上式说明电感L无穷大时，负载电流的最大值、最小值 相等，都等于负载电流的平均值，即当电感值极大时 ，负载电流几乎为幅值为 Io 的一条水平线。
3-12
3.2.1 降压斩波电路
假设负载中电感值较小，则有可能出现电流断续的情况。
因为电流断续时有 I1 0 ，当 t ton ts 时，i2 0 ，则
周期T来实现 。
根据对输出电压调制方式不同，斩波电路控制方式有三种：
➢ 脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation, PWM）方式：保持
开关周期T不变，控制开关导通时间ton 。 ➢ 频率调制方式：保持开关导通时间 ton 不变，改变开关周期
电力电子技术课件 第三章 直流调压电路
③逆变系统：
17
3.1.4 绝缘栅双极型晶体管（IGBT）
绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor）简称IGBT， 既具有输入阻抗高、速度快，热稳定性好和驱动电路简单的特点，又具有 通态电压低、耐压高和承受电流大等优点，因此发展迅速，备受青睐。由 于它的等效结构具有晶体管模式，所以称为绝缘栅双极型晶体管。IGBT 于1982年开始研制，1986年投产，是发展最快，使用最广泛的一种混合型 器件。
14
GTR桥臂互锁保护法
若一个桥臂上的两个GTR控制信号重叠或开关器件本身延时过长，则会 造成桥臂短路。为了避免桥臂短路，可采用互锁保护法，即一个GTR关断后， 另一个才导通。采用桥臂的互锁保护，不但能提高可靠性，而且可以改进系 统的动态性能，提高系统的工作频率。
15
3.GTR的应用
①直流传动：
20
③专用集成驱动电路
EXB系列IGBT专用集成驱动模块是日本富士公司出品的，它们性 能好、可靠性高、体积小，得到广泛应用。EXB850、EXB851是标准型， EXB840、EXB841是高速型，它们的内部框图如图所示。
21
集成驱动器的应用电路，它能 驱动150A/600V、75A/1200V、 400A/600V和300A/1200V的IGBT模 块。EXB850和EXB851的驱动延迟 ≤4μs，因此适用于频率高达10kHz的 开关操作。EXB840和EXB841的驱 动信号延迟≤1μs，适用于高达40kHz 的开关操作。使用中IGBT的栅极都 接有栅极电阻RG，表3.4和3.5分别列 出了EXB850和EXB840驱动电路中 IGBT的栅极串联电阻RG的推荐值和 电流损耗。
26
电力电子技术课件图文最新版_第3章第8节
图3-58 变压器二次绕组的曲折接法及其矢量图
3.8 整流电路相位控制的实现
８.三相半波整流电路，可以将整流变压器的二次绕组分为 两段成为曲折接法，每段的电动势相同，其分段布置及其 矢量如图3-5８所示，此时线圈的绕组增加了一些，铜的用 料约增加10%，问变压器铁心是否被直流磁化，为什么？ 9.三相半波整流电路的共阴极接法与共阳极接法，a、b两相 的自然换相点是同一点吗？如果不是，它们在相位上差多 少度？
3.8 整流电路相位控制的实现
① 变压器漏抗对整流电路的影响，重点建立换相压降、重 叠角等概念，并掌握相关的计算，熟悉漏抗对整流电路工 作情况的影响。 ② 整流电路的谐波和功率因数分析，重点掌握谐波的概念、 各种整流电路产生谐波情况的定性分析、功率因数分析的 特点、各种整流电路的功率因数分析。 4)相控整流电路和二极管整流电路的谐波和无功功率分析， 主要掌握对其交流输入侧的分析，及直流侧电压的谐波分 析。
3.8 整流电路相位控制的实现
5)大功率可控整流电路的接线形式及特点，熟悉双反星形可 控整流电路的工作情况，建立整流电路多重化的概念。 6)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。 7)用于晶闸管可控整流电路等相控电路的相位控制，即触发 电路。 1.单相半波可控整流电路对电感负载供电，L=20mH，U2=1 00V，求当α＝０°和６０°时的负载电流Id，并画出ud与id波 形。
3.8 整流电路相位控制的实现
１８.单相桥式全控整流电路，其整流输出电压中含有哪些 次数的谐波？其中幅值最大的是哪一次？变压器二次电流 中含有哪些次数的谐波？其中主要的是哪几次？ １９.三相桥式全控整流电路，其整流输出电压中含有哪些 次数的谐波？其中幅值最大的是哪一次？变压器二次电流 中含有哪些次数的谐波？其中主要的是哪几次？ ２０.试计算第3题中i2的3、5、7次谐波分量的有效值I23、I25、 I27。 ２１.试计算第13题中i2的5、7次谐波分量的有效值I25、I27。
3.8 整流电路相位控制的实现
８.三相半波整流电路，可以将整流变压器的二次绕组分为 两段成为曲折接法，每段的电动势相同，其分段布置及其 矢量如图3-5８所示，此时线圈的绕组增加了一些，铜的用 料约增加10%，问变压器铁心是否被直流磁化，为什么？ 9.三相半波整流电路的共阴极接法与共阳极接法，a、b两相 的自然换相点是同一点吗？如果不是，它们在相位上差多 少度？
3.8 整流电路相位控制的实现
① 变压器漏抗对整流电路的影响，重点建立换相压降、重 叠角等概念，并掌握相关的计算，熟悉漏抗对整流电路工 作情况的影响。 ② 整流电路的谐波和功率因数分析，重点掌握谐波的概念、 各种整流电路产生谐波情况的定性分析、功率因数分析的 特点、各种整流电路的功率因数分析。 4)相控整流电路和二极管整流电路的谐波和无功功率分析， 主要掌握对其交流输入侧的分析，及直流侧电压的谐波分 析。
3.8 整流电路相位控制的实现
5)大功率可控整流电路的接线形式及特点，熟悉双反星形可 控整流电路的工作情况，建立整流电路多重化的概念。 6)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。 7)用于晶闸管可控整流电路等相控电路的相位控制，即触发 电路。 1.单相半波可控整流电路对电感负载供电，L=20mH，U2=1 00V，求当α＝０°和６０°时的负载电流Id，并画出ud与id波 形。
3.8 整流电路相位控制的实现
１８.单相桥式全控整流电路，其整流输出电压中含有哪些 次数的谐波？其中幅值最大的是哪一次？变压器二次电流 中含有哪些次数的谐波？其中主要的是哪几次？ １９.三相桥式全控整流电路，其整流输出电压中含有哪些 次数的谐波？其中幅值最大的是哪一次？变压器二次电流 中含有哪些次数的谐波？其中主要的是哪几次？ ２０.试计算第3题中i2的3、5、7次谐波分量的有效值I23、I25、 I27。 ２１.试计算第13题中i2的5、7次谐波分量的有效值I25、I27。
电力电子技术课件图文最新版_第3章第5节
3.5 整流电路的谐波和功率因数
5)谐波会对邻近的通信系统产生干扰，轻者产生噪声，降低 通信质量，重者导致信息丢失，使通信系统无法正常工作。 3.5.1 谐波和无功功率分析基础 1.谐波 2.功率因数 3.5.2 带阻感负载时可控整流电路交流侧谐波和功率因数 分析 1.单相桥式全控整流电路 2.三相桥式全控整流电路
3.5 整流电路的谐波和功率因数
1)除在ω很小时位移因数是超前的以外，通常位移因数是滞 后的，并且随负载加重(ωRC减小)，滞后的角度增大而位移 因数减小；随着ω增大，滞后的角度也增大因而位移因数也 减小。 2)基波因数随着ωＲC的增大而减小，随ω的增大而增大，设 置电感Ｌ在一定程度上确实起到了抑制电流冲击引起的畸 变的作用。 2.三相桥式不可控整流电路 1)谐波次数为6k±1次，k=1，2，3，…。 2)谐波次数越高，谐波幅值越小。
3.5 整流电路的谐波和功率因数
1)无功功率会导致电流增大和视在功率增加，导致设备容量 增加。 2)无功功率增加，会使总电流增加，从而使设备和线路的损 耗增加。 3)无功功率使线路压降增大，冲击性无功负载还会使电压剧 烈波动。 1)谐波使电网中的元件产生附加的谐波损耗，降低发电、输 电及用电设备的效率，大量的三次谐波流过中性线会使线 路过热甚至发生火灾。
3.5 整流电路的谐波和功率因数
3)谐波与基波的关系是不固定的，负载越轻(ωRC越大)，则 谐波越大，基波越小；滤波电感越大(ω越大)，则谐波越小， 而基波越大。 1)位移因数通常是滞后的，但与单相时相比，位移因数更接 近1。 2)随负载加重(ωRC减小)，总的功率因数提高；同时，随滤 波电感加大，总功率因数也提高。 3.5.4 整流输出电压和电流的谐波分析
图3-36 三相全控桥电流连续时，
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③ VT1有门极信号可以触发导通，因此变压器一次侧两个绕组 的同名端电压极性为负，负载侧两端电压为上负下正，而同
时由于VT1导通、VT2截止，有： uVT1 0 uVT 22Ui
.1 概述
（2）半桥逆变电路
3.1 概述
（1）VT1 和VT2在一个周期内交替导通，各自导通半个周期。 输出电压uo为矩形波，其幅值为Um=Ud/2。
3.2 单相方波逆变电路
3.2 单相方波逆变电路
3、相关参数计算
（1）按傅立叶级数展开分析，输出电压：
uAB
n
4nU dsint,
n1,3,5,其中2f ,
f 为开关频
（2）基波电压幅值： UAB1 m 1.2U 7d
（3）基波电压有效值：UAB10.9Ud
（4）基波电压增益：
AV
UAB10.9 Ud
（2）0～1时段，ug1、3>0， VT1、VT3开通，对于电感负载，电流 滞后，此时VD1、VD3续流，电流方向：A－VD1－Cd－VD3－ B，由于二极管续流存在，VT1、VT3实际不能导通；ug2、4= 0， VT2、VT4关断。
3.2 单相方波逆变电路
（3）1~ 时段，ug1、3>0， 电流过零，VT1、VT3正常开通，电流方 向：VT1－A－B－VT3，形成负载电流正半波；ug2、4=0，VT2、 VT4关断。
（2）此电路所带负载为感性负载，所以电流输出波形滞后电压 一定角度。 如图所示，在t2时刻前，VT1导通、VT2关断，t2时刻VT2开
通、VT1关断，但是由于所带负载是感性负载，所以电流不能立 刻反向，先通过VD2续流一直到电流达到零为止，此时VD2截止、 VT2正式开通，电流反向。其余工作过程类似。
Iom1Iom2
3.2 单相方波逆变电路
b、电流幅值计算 iU Rd(Iom1U Rd)et
在时刻有： Iom U Rd(Iom U Rd)e2 T
Iom
1
e
T
2
T
1 e 2
Ud R
（4） ~ 2时段，ug1、3= 0，VT1、VT3关断，ug2、4>0，VT2、VT4开 通，对于电感负载，电流滞后，此时VD2、VD4续流，电流方向： B－VD2－Cd－VD4－A, 由于二极管续流存在，VT2、VT4实际不 能导通。
（5）2~ 2时段， ug2、4>0，电流过零，VT2、VT4正常开通，电流方 向：VT2－B－A－VT4，形成负载电流负半波；ug1、3= 0，VT1、 VT3关断。
3、电路特性理想：逆变电路忽略分布、寄生参数的影响，连接 线为理想零阻抗；实际电路采用材料和电路布局的改善来逼 近这种状态。
4、负载特性理想：负载为理想线性元件，电阻无寄生电感和电 容，电抗器无损耗和饱和，电容器无等效串并联电阻和电感。 实际线性负载在一定范围内可以视为理想。
3.2 单相方波逆变电路
i U Rd(Iom1U Rd)et
～2期间：
i U R d(Iom2U R d)et
L R
由于输入电压的平均值为零（直流分量为零），输出电流的 直流分量亦为零。则：
I 2 1 0 U R d ( I o m U R d ) 1 e t d t 2 1 0 U R d ( I o m U R d ) 2 e t d t 0
3.1 概述
（3）全桥逆变电路
3.2 单相方波逆变电路
一、基本电路结构
3.2 单相方波逆变电路
二、理想条件假定
1、器件特性理想：功率器件无损耗、无延时，开关状态切换瞬 间完成；随着技术进步，实际器件与理想状况差别越来越小。
2、电源特性理想：逆变能量来源为理想直流电压源；实际电路 是低内阻大容量直流母线电容来逼近的。
T/2时间，即开通和关断时间分别为T/2。
3.2 单相方波逆变电路
2、电路工作波形分析
（1）各桥臂由MOSFET与反并二极管组成，当MOSFET一旦开通， 桥臂可以正反向流动电流，此时桥臂可以视为短路；在0～ 期间，VT1、VT3开通，uABUd ；～2期间，VT2、VT4开 通，uABUd；一个周期内电压平均值为零（直流分量为零）， 因此负载上电流波形的直流分量也为零，稳态时电流瞬时值必 然有正有负，各半周期的电流起始值与电流终值必然方向相反。
三、电路分析的目的
1、理解逆变的工作原理 2、了解器件工作中的状态（电压、电流波形） 3、分析相关电流、电压的数值关系
四、电路工作分析
1、波形控制规律 （1）VT1、VT3和VT2、VT4分为两个工作组，工作状态（开通和关
断）互补。 （2）假定输出交流电周期为T，则VT1、VT3和VT2、VT4分别工作
电力电子技术第三章
3.1 概述
一、逆变概念
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；
本章讲述无源逆变。
二、逆变器的分类
（1）按功率器件分： 半控器件逆变电路、全控器件逆变电路
（2）按输出波形分： 方波输出逆变器、正弦波输出逆变器、其他输出波形逆变器
常用结构分为：推挽、半桥、全桥三种 （1）推挽逆变电路
3.1 概述
① VT2导通，变压器一次侧两个 绕组的同名端电压极性为正，
负载侧两端电压为上正下负，而同时由于VT2导通、VT1截止，
有：
uVT2 0 uVT 12Ui
② VT2和VT1均没有触发信号，都不导通，变压器二次绕组没有
感应电压，负载两端电压为0，且VT2和 VT1两端电压都为Ui。
3.2 单相方波逆变电路
（5）谐波失真度：
THD UA 1B1m 2UA 2 Bn m
Cn2
2
其中： C n
1 n
为基波幅值的标么值
（6）输入电流分析
a、电流波形正负幅值相等
0～期间：
Ud
iRLdi dt
R～L电路电流的三要素法公式：
i(t) i( )i(0 ) i( ) e t
3.2 单相方波逆变电路
3.1 概述
（3）按输入直流电源形式分： 电压源逆变器、电流源逆变器
三、逆变器的工业应用
变频变压电源VVVF，即变频器。通常用于交流电动机调速； 恒频恒压电源CVCF，典型代表是UPS，以及其它的各种电源； 感应加热用交流电源，要求频率可以在一定范围内变化。
3.1 概述
四、常用逆变电路结构