现代电力电子技术第8章(Zero and Soft Switch 4h)
现代电力电子技术导论
现代电力电子技术导论绪论电力电子技术在现代社会中扮演着至关重要的角色。
随着电子技术的迅速发展，电力电子技术的应用范围不断扩大，涉及到能源转换、能源管理、电动车辆、可再生能源等领域。
本文将介绍现代电力电子技术的基本原理、应用和未来发展方向。
第一章：电力电子器件1.1 电力电子器件概述1.1.1 电力电子器件的定义和分类1.1.2 电力电子器件的特点和性能指标1.2 二极管和整流器1.2.1 二极管的基本原理和特性1.2.2 整流器的基本原理和分类1.3 可控硅器件1.3.1 可控硅的基本原理和特性1.3.2 可控硅的应用和发展趋势1.4 晶闸管和弱级别器件1.4.1 晶闸管的基本原理和特性1.4.2 弱级别器件的基本原理和应用第二章：电力电子转换器2.1 电力电子转换器的概述2.1.1 电力电子转换器的基本结构和工作原理 2.1.2 电力电子转换器的应用领域2.2 直流-直流变换器2.2.1 升压转换器的原理和应用2.2.2 降压转换器的原理和应用2.3 直流-交流变换器2.3.1 单相桥式可控整流器的原理和应用2.3.2 三相桥式可控整流器的原理和应用2.4 交流-交流变换器2.4.1 交流-交流变换器的基本原理和分类2.4.2 交流-交流变换器的应用和发展趋势第三章：现代电力电子应用3.1 电力电子在电能质量控制中的应用3.1.1 电能质量的定义和评价指标3.1.2 电力电子器件在电能质量控制中的应用 3.2 电力电子在电动车辆中的应用3.2.1 电动车辆的概述和分类3.2.2 电力电子技术在电动车辆中的应用3.3 电力电子在可再生能源中的应用3.3.1 可再生能源的定义和分类3.3.2 电力电子技术在可再生能源中的应用案例第四章：现代电力电子技术的发展趋势4.1 多电平和多能源的电力电子系统4.1.1 多电平变换技术的原理和应用4.1.2 多能源系统的概念和特点4.2 高频和高效率的电力电子转换技术4.2.1 高频电力电子转换技术的优势和挑战4.2.2 高效率电力电子转换技术的研究方向4.3 智能和可靠的电力电子系统4.3.1 智能电力电子系统的特点和应用4.3.2 可靠性设计在电力电子系统中的重要性结语现代电力电子技术在电力转换和能源管理方面具有重要的意义。
电力电子技术第四版课后题答案第八章
电力电子技术第四版课后题答案第八章第8章组合变流电路1. 什么是组合变流电路？答：组合变流电路是将某几种基本的变流电路（AC/DC、DC/DC、AC/AC、DC/DC）组合起来，以实现一定新功能的变流电路。
2. 试阐明图8-1间接交流变流电路的工作原理，并说明该电路有何局限性。
答：间接交流变流电路是先将交流电整流为直流电，在将直流电逆变为交流电，图8-1所示的是不能再生反馈电力的电压型间接交流变流电路。
该电路中整流部分采用的是不可控整流，它和电容器之间的直流电压和直流电流极性不变，只能由电源向直流电路输送功率，而不能由直流电路向电源反馈电力，这是它的一个局限。
图中逆变电路的能量是可以双向流动的，若负载能量反馈到中间直流电路，导致电容电压升高。
由于该能量无法反馈回交流电源，故电容只能承担少量的反馈能量，这是它的另一个局限。
3. 试分析图8-2间接交流变流电路的工作原理，并说明其局限性。
答：图8-2是带有泵升电压限制电路的电压型间接交流变流电路，它是在图8-1的基础上，在中间直流电容两端并联一个由电力晶体管V0和能耗电阻R0组成的泵升电压限制电路。
当泵升电压超过一定数值时，使V0导通，把从负载反馈的能量消耗在R0上。
其局限性是当负载为交流电动机，并且要求电动机频繁快速加减速时，电路中消耗的能量较多，能耗电阻R0也需要较大功率，反馈的能量都消耗在电阻上，不能得到利用。
4. 试说明图8-3间接交流变流电路是如何实现负载能量回馈的。
答：图8-3为利用可控变流器实现再生反馈的电压型间接交流变流电路，它增加了一套变流电路，使其工作于有源逆变状态。
当负载回馈能量时，中间直流电压上升，使不可控整流电路停止工作，可控变流器工作于有源逆变状态，中间直流电压极性不变，而电流反向，通过可控变流器将电能反馈回电网。
5. 何为双PWM电路？其优点是什么？答：双PWM电路中，整流电路和逆变电路都采用PWM控制，可以使电路的输入输出电流均为正弦波，输入功率因数高，中间直流电路的电压可调。
现代电力电子技术参考答案
现代电力电子技术参考答案（仅供参考）一、解：1、因为该电路为带阻感负载，且所以30=αVU U d 82445302203423422.cos .cos .=⨯⨯== α2、AA R U I d d 582441082445..===所以流过晶闸管的电流的有效值为：A I I d VT742531.≈=3、整理变压器副边相电流的有效值为：A I I d L 43632.==4、晶闸管承受的最大电压为：VU U M 89538220662.≈⨯==5、负载的有用功率P 为：kwR I Pd 87619105824422..=⨯==6、整流电路的功率因数为：82702.cos ==απλ7、负载电压的波形8、绘制晶闸管电压u VT1的波形9、绘制晶闸管电流i VT1的波形10、绘制变压器副边a 相电流i a 的波形ER+-+-VDu DEi Li D i u L+-oI C+-Ci o U u CTG解：设该电路是降压斩波电路1、由题意可得输入电压%1027±=V E 输出电压：VU 150=当V E 32410127.%)(=-⨯=时，占空比620324150..≈==E U D 当VE72910127.%)(=+⨯=时，占空比50729150..≈==E U D 所以占空比D 的变化范围为0.5-0.622、要保证电感电流不断续，应使最小负载电流大于临界负载电流因V U W P 151000==,max且保持不变，所以A U p I 6761510000.max max ≈==因VU W P mxin15100==,所以A U p I o 67015100.min min≈==而临界负载电流)(sD Lf U I oB-=120，其中D 的最小值，即0.5，sf =20KHZ所以mH D I f U L o s 28067010202501151230..).()(min =⨯⨯⨯-⨯=-∙=所以只要电感L 大于mH 280.，即可保证整个工作范围内电感电流连续。
电力电子应用技术书8.1 韶山四型(SS4)电力机车供电系统
第8章电力电子应用技术实例8.1 SS4型电力机车牵引整流器供电系统8.1.1 SS4型电力机车牵引整流器韶山4型电力机车是我国第三代电力机车的“领头”产品，于1989年获国家科技进步一等奖。
随着我国电力电子技术和功率器件的发展和应用，我国交-直流传动电力机车的调压调速技术实现了换代的跳跃发展，经历了第一代韶1、韶2型电力机车的低压侧或高压侧调压开关调幅式的有级调压调速技术，到第二代韶3型电力机车采用调压开关分级和级间晶闸管相控平滑调压相结合的调压调速技术，到第三代韶4~韶8型电力机车的多段桥晶闸管相控无级平滑调压调速的发展历程。
第三代电力机车以韶4型（SS4）为起点，使晶闸管相控调压调速的交直传动电力机车形成了电力机车家族。
1.SS4型电力机车主电路的特点韶4型和韶4改进型电力机车的电气线路主要有主牵引电路、辅助供电电路、有触点控制电路、控制电源电路和电子控制电路五大部分，整个控制系统十分庞大和复杂，本节介绍SS4型电力机车的牵引整流器供电系统。
（1）牵引电动机供电方式1-受电弓；3-主变压器；4-主断路器；5-主放电器；6-高压互感器；1M~4M牵引电动机；79R~80R负载电阻；1L~4L主极绕组；31~34-过压吸收电路；91KC~94KC线路接触器；161~164-接地电刷；11JZ~14JZ-主整流器；127DJ~128DJ主接地继电器；111GK~114GK牵引电机隔离开关。
17PK~20PK主平波电抗器重载货运八轴SS4型电力机车的牵引供电电路如图8- 1 所示，使用直流串励牵引电动机，采用传统的交-直流供电方式；牵引电机采用“转向架独立供电方式”，一台转向架的两台牵引电机并联，由一台相控式主整流器供电,全车四个两轴转向架，具有四台独立的相控主整流器。
网侧电流从接触网流入升起的受电弓，经25kV车顶母线分为两路，一路进本节车，经主断路器4、主变压器高压绕组AX进入车体，经车体与转向架间软线和轴箱电刷到车轮和钢轨；另一路，25kV经高压连接器到另一节车的车顶母线。
电力电子技术 第8章 软开关技术
电 力 电 子 技 术（“十二五普通高等教育本科国家级规划教材”）
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8.1软开关的基本概念
电 力 电 子 技 术（“十二五普通高等教育本科国家级规划教材”）
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8.1软开关的基本概念
和移相控制软开关PWM全桥变换器。 电 力 电 子 技 术（“十二五普通高等教育本科国家级规划教材”）
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学习指导
➢本章主要讨论软开关的基本概念与分类，准谐振软开关变换器和 PWM软开关变换器的电路构成和基本的工作原理。建议重点学习以 下主要内容： （1）软开关的基本概念与分类、软开关电路的分类； （2）零电压开关准谐振变换器的工作原理和换流过程； （3）零电压开关PWM变换器的工作原理和换流过程； （4）零电压转换PWM变换器的工作原理和换流过程； （5）移相控制软开关PWM全桥变换器的工作原理和换流过程。
电力电子技术
电 力 电 子 技 术（“十二五普通高等教育本科国家级规划教材”）
第8章 软开关技术
1 学习指导 2 软开关的基本概念 3 软开关电路的分类 4 典型的软开关电路
5 本章小结
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学习指导
பைடு நூலகம்
➢ 电力电子技术当前正在朝着小型化、高频化的方向发展。开关损 耗和电磁干扰阻碍了进一步的高频应用。
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8.1软开关的基本概念
➢常规的DC/DC PWM功率变换技术进一步提高开关频率会面临许多问题。 ➢随着开关频率的提高，一方面开关管的开关损耗会成正比的上升，使电 路的效率大大的降低，从而使变换器处理功率的能力大幅下降；另一方面， 由于杂散电感、杂散电容的存在，开关器件会出现电压、电流过冲，系统 会对外产生严重的电磁干扰（EMI）。 ➢所谓软开关是指开关管通断过程中不存在电压电流交叠区，通常是指
-软开关技术(soft technique)
（7-5） （7-6）
Poff f s
toff 0
t on t ri t fv
Ploss
toff trv t fi
1 VD I 0 f s (ton toff ) 2
线路电感 Lσ≠ 0 时开通、关断过程
VT
图7.11
安全工作区
Lσ=0时，开通轨迹ABC，关断轨迹 CBA Lσ≠ 0时，开通轨迹AQEC，关断轨 迹CBHPA Lσ改善了开通轨迹，恶化了关断轨 迹
开关状态2：t1<t<t2
T1断态，Vcr＝VT1＝VD。iL经D2、T2 续流，Io经D0续流。Toff=t2-t1可控， 用以调控输出电压。
8.3.1 零电压开通脉冲宽度调制（ZVS PW 变换器工作原理（续4）
开关状态3：t2<t<t3
t=t2时，关断T2， Lr 、 Cr谐振半 个周期到t3， t=t3时 Vcr＝VT1＝VD， iL达到负最大值。
t
VD
D
rT IO iD
T
iT
rT
iD
(a) 电路
t
t 0 t1 vT (v CE ) t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t t10 9
iT
电压限制线
R E
I CM
N C
VD
vT
电流限制线 10us功率限制线
vT
t
td PT t ri
IO
B
t fv
t on PT vT iT
ts
t rv t fi
第8章
谐振开关型变换器 --软开关技术（soft-switch）
1
现代电力电子的发展------高频化
第8章-电力电子技术
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第 8章
8.2.2 平滑滤波器 全波整流虽然减小了半波整流输出电压的脉动， 但脉动仍较大，为了获得脉动更小更平滑的直流电源， 在整流之后，接入平滑滤波器。 1. 电容滤波器 单相半波整流电 容滤波和单相全波整 流电容滤波的工作原 理相似，只是后者输 出电压更平滑。
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第 8章
2. 电感滤波器
滤波原理
利用电感元件中的电流发生变化时，电感中产 生自感电动势阻碍电流的变化,所以在输出电压降为 零时，电流仍维持原来的方向，在负载上起到续流 的作用，使输出电压趋于平滑。 缺点：由于电感元件易产生电磁干扰，制作复 杂, 体积大而笨重，一般只用于大电流负载场合。
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第 8章
(2) 电容滤波电路的特点 ① 输出电压的脉动程度与平均值UO及放电时间常数 RLC有关。 RLC 越大 电容器放电越慢 输出电压的平均值UO 越大，波形越平滑。 为了得到比较平直的输出电压
T 一般取τ RL C (3 ~ 5) (T——电源电压的周期) 2
平均电流ID 与最高反向电压UDRM 是选择整流二 极管的主要依据。
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2. 单相桥式整流电路
方向不变
第 8章
(1) 工作原理 u 正半周 (即上正下负)，二极管 D1、D3 导通，D2、 D4 截止 。电流i1流过的路径如上图实线所示； u 负半周 (即上负下正)，二极管 D2、D4 导通， D1、 D3 截止 。电流i1流过的路径如上图虚线所示。
电力电子技术 第6-8章 习题集答案
第6-8章一、简答题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，即退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N个彼此相连的脉冲列所组的波形。
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。
2、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。
电力电子技术最新版配套习题答案详解第5-8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。
第八篇软开关电路
– t0~t1时段：，S1导通，VD尚处 于通态，电感Lr两端电压为Uo， 电流iLr线性增长， VD中的电流 以同样的速率下降。t1时刻， iLr=IL，VD中电流下降到零，关 断。
图8-19 升压型零电压转 换PWM电路的原理图
S
O
t
S1
O
uS
– t4~t5时段：S3开通后，Lr的电
S1
流继续减小。iLr下降到零后反
O S2
t
向增大，t5时刻iLr=IL/kT，变压
O S4
t
器二次侧VD1的电流下降到零
O S3
t
而关断，电流IL全部转移到
O u AB
t
VD2中。
O
t
– t0~t5是开关周期的一半，另一
u Lr O
t
半工作过程完全对称。
iLr
– 准谐振电路－准谐振电路中电压或电流的波形为正弦 半波，因此称之为准谐振。是最早出现的软开关电路。
特点：
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，电路中存在大量无功功率的 交换，电路导通损耗加大； 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（Pulse Frequency Modulation—PFM）方式来控制。
uCr
Uin
O
t
iLr
IL
O
t
t0 t1 t2 t3 t4 t0
图 8-14 谐振直流环电路的理想化波形
8.3.3 移相全桥型零电压开关PWM电路
移相全桥电路是目前应用最广泛的软开关电路之一，它 的特点是电路简单。同硬开关全桥电路相比，仅增加 了一个谐振电感，就使四个开关均为零电压开通。
电力电子技术第2至第8章作业答案
第2至第8章作业第2章电力电子器件1. 使晶闸管导通的条件是什么？答：使晶闸管导通的条件是：晶闸管承受正向阳极电压，并在门极施加触发电流（脉冲）。
或：U AK >0且U GK >0。
2. 维持晶闸管导通的条件是什么？答：维持晶闸管导通的条件是使晶闸管的电流大于能保持晶闸管导通的最小电流，即维持电流。
3. 怎样才能使晶闸管由导通变为关断？答：要使晶闸管由导通变为关断，可利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下，即降到维持电流以下，便可使导通的晶闸管关断。
4. 图1中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形，各波形的电流最大值均为I m ，试计算各波形的电流平均值I d1、I d2、I d3与电流有效值I 1、I 2、I 3。
0022244254a)b)c)图1-430图1 晶闸管导电波形7. 晶闸管的触发脉冲需要满足哪些条件？答：（1）触发信号应有足够的功率。
（2）触发脉冲应有一定的宽度，脉冲前沿尽可能陡，使元件在触发导通后，阳极电流能迅速上升超过掣住电流而维持导通。
第3章整流电路1. 单相半波可控整流电路对电感负载供电，L＝20mH，U2＝100V，求当α＝0°和60°时的负载电流I d，并画出u d与i d波形。
2．单相桥式全控整流电路，U2＝100V，负载中R＝2Ω，L值极大，当α＝30°时，要求：①作出u d、i d、和i2的波形；②求整流输出平均电压U d、电流I d，变压器二次电流有效值I2；③考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。
3．单相桥式全控整流电路，U2=100V，负载中R=2Ω，L值极大，反电势E=60V，当a=30°时，要求：①作出u d、i d和i2的波形；②求整流输出平均电压U d、电流I d，变压器二次侧电流有效值I2；③考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。
4．单相桥式半控整流电路，电阻性负载，画出整流二极管在一周内承受的电压波形。
电力电子技术 第2至第8章作业 答案
第2至第8章作业第2章电力电子器件1、使晶闸管导通得条件就是什么？答:使晶闸管导通得条件就是:晶闸管承受正向阳极电压,并在门极施加触发电流(脉冲)。
或:U AK>0且U GK>0。
2、维持晶闸管导通得条件就是什么？答:维持晶闸管导通得条件就是使晶闸管得电流大于能保持晶闸管导通得最小电流,即维持电流。
3、怎样才能使晶闸管由导通变为关断？答:要使晶闸管由导通变为关断,可利用外加电压与外电路得作用使流过晶闸管得电流降到接近于零得某一数值以下,即降到维持电流以下,便可使导通得晶闸管关断。
4、图1中阴影部分为晶闸管处于通态区间得电流波形,各波形得电流最大值均为I m,试计算各波形得电流平均值I d1、I d2、I d3与电流有效值I1、I2、I3。
πππ4π4π25π4a)b)c)图1-43图1 晶闸管导电波形7、晶闸管得触发脉冲需要满足哪些条件？答:(1)触发信号应有足够得功率。
(2)触发脉冲应有一定得宽度,脉冲前沿尽可能陡,使元件在触发导通后,阳极电流能迅速上升超过掣住电流而维持导通。
第3章整流电路1、单相半波可控整流电路对电感负载供电,L＝20mH,U2＝100V,求当α＝0°与60°时得负载电流I d,并画出u d与i d波形。
2.单相桥式全控整流电路,U2＝100V,负载中R＝2Ω,L值极大,当α＝30°时,要求:①作出u d、i d、与i2得波形;②求整流输出平均电压U d、电流I d,变压器二次电流有效值I2;③考虑安全裕量,确定晶闸管得额定电压与额定电流。
3.单相桥式全控整流电路,U2=100V,负载中R=2Ω,L值极大,反电势E=60V,当a=30°时,要求:①作出u d、i d与i2得波形;②求整流输出平均电压U d、电流I d,变压器二次侧电流有效值I2;③考虑安全裕量,确定晶闸管得额定电压与额定电流。
4.单相桥式半控整流电路,电阻性负载,画出整流二极管在一周内承受得电压波形。
电力电子技术课后习题-第八章
第8章组合变流电路填空题：1.间接交流变流电路主要可分为两类，一类是输出电压和频率均可变的________电路，主要用作________；另一类是输出交流电压大小和频率均不变的________电路，主要用作________。
2.间接交流变流电路由________、________和________构成，目前中小容量的逆变器基本采用________控制。
3.对于笼型异步电机的定子频率控制方式，有________控制、________控制、________控制、________控制等。
4.异步电动机的数学模型是________、________、________的多变量系统；矢量控制方式基于异步电动机的按转子磁链定向的动态模型，将定子电流分解为________和与此垂直的________，分别独立地对两个电流分量进行控制。
5.广义的说，UPS 包括输出为________和输出为________两种情况，目前通常是指输出为________的情况。
6.间接直流变流电路分为________和________电路两大类，在前种电路中，变压器中流过的是________；在后者中，变压器中的电流为________。
7.单端电路有________和________两种电路，双端电路有________、________和________三种电路。
8.反激电路中的变压器起________的作用，反激电路不应工作于________状态。
9.双端电路种常见的整流电路形式为________电路和________电路。
一般在输出电压较低的情况下采用________；在高压输出的情况下，采用________；当电路输出电压非常低时，可采用________电路。
10.从输入输出关系来看，开关电源是一种________装置，由于开关电源采用了工作频率较高的________，使其变压器和滤波器都大大减小。
简答题：11.什么是组合变流电路？12.试阐明如题图8-12所示间接交流变流电路的工作原理，并说明该电路有何局限性。
现代电力电子技术基础
第一章 电力电子技术综述
引言 §1.1 简单的变换器 §1.2理想开关和实际开关 §1.3变换器分类 §1.4 变换器组成 §1.5变换器中电感电容连接 §1.6 变换器的希望特性和考核指标 §1.7 变换器保护
3
引言
电力电子技术（Power Electronics Technology）是研究电能变换原理及 功率变换装置的综合性学科，包括电压、电流、频率和波形变换，涉 及电子学、自动控制原理和计算机技术等学科。
理想电压源输出电压不会随输出电流增 大而下降，也就是说输出电压对负载变化 应该具有100%的调节性能，从电路角度看， 即电源等效内阻为零。
7
从效率方面看
这个电路当输出电流为零时，电路损耗
，这
些能量通过电阻转化为热。当输出电流为5mA时，此时输
出电压
输出功率
。
电压跟随器电路
显然其输出电压较分压器稳定的多，电路中除了电阻损耗 外，另附加了晶体管损耗：
所谓软开关技术，是指电力电子器件导 通或关断时损耗为零的技术，与此相应若 导通或关断时损耗不为零则为硬开关。
23
现代电力电子装置的发展趋势
小型化、轻量化、对效率和电磁兼容性也有 更高的要求。
电力电子装置高频化
滤波器、变压器体积和重量减小，电力电子 装置小型化、轻量化。 开关损耗增加，电磁干扰增大。
u
u
i
i
0
t
P
0
t
a）软开关的开通过程uuii0t
P
0
t
b）软开关的关断过程
软开关的开关过程
26
零电压开通
开关开通前其两端电压为零——开通时不会产生损耗和噪声。
电力电子技术课件--第8章-软开关技术----培训资料
8.1 软开关的基本概念 8.2 软开关电路的分类 8.3 典型的软开关电路 8.4 软开关技术新进展
本章小结
引言
■现代电力电子装置的发展趋势是小型化、轻量化，同时 对装置的效率和电磁兼容性也提出了更高的要求。
■电力电子电路的高频化 ◆可以减小滤波器、变压器的体积和重量，电力电子装 置小型化、轻量化。 ◆开关损耗增加，电路效率严重下降，电磁干扰增大。
■零电压开通 ◆开关开通前其两端电压为零，则开通时不会产生损耗 和噪声。
■零电流关断 ◆开关关断前其电流为零，则关断时不会产生损耗和噪 声。
■零电压关断 ◆与开关并联的电容能延缓开关关断后电压上升的速率， 从而降低关断损耗。
■零电流开通 ◆与开关串联的电感能延缓开关开通后电流上升的速率， 降低了开通损耗。
关断后，VD尚未导通，电路可以等效为图
iLr
O
uVD
O
图8-9
t 0 t1 t2 t 3 t4 t5 t6
t0
零电压开关准谐振电路的理想化波形
t t
8-10；Lr+L向Cr充电，L等效为电流源，uCr
线性上升，同时VD两端电压uVD逐渐下降，
直到t1时刻，uVD=0，VD导通，这一时段uCr
的上升率为
■在很多情况下，不再指出开通或关断，仅称零电压开关 和零电流开关。
8.2 软开关电路的分类
■软开关电路的分类 ◆根据电路中主要的开关元件是零电压开通还是 零电流关断，可以将软开关电路分成零电压电路 和零电流电路两大类，个别电路中，有些开关是 零电压开通的，另一些开关是零电流关断的。
◆根据软开关技术发展的历程可以将软开关电路 分成准谐振电路、零开关PWM电路和零转换 PWM电路。
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5
输入交流电压为方波时的串联谐振仿真波形1
Cr1 Lr1
1
Vd
2
100u
1
2m
2
V1 = 0 V2 = 10 TD = 10n TR = 1n TF = 1n PW = 1.41m PER = 2.82m
10.0V
R0 2
0
10V
5.0V
5V
0V V(Cr1:1) 4.0A
微分方程的解为：
i Lr ( t ) I i ( I Lr 0 I i ) cos r ( t t 0)
sin r ( t t 0)
vCr (t ) V Cr 0 cos r (t t 0) Z r ( I i I Lr 0) sin r (t t 0)
4
串并联谐振DC-DC变换器原理及等效电路
原理结构
等效电路
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5
串并联谐振DC-DC变换器波形
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§8.1.3 零转换PWM变换器 软开关变换电路存在如下问题：
与硬开关PWM变换电路相比，电压电流应力增加，导通 损耗增加，部分抵消了软开关的优点；
3
并联谐振电路的特点
并联谐振电路的特点：
并联谐振又称为电流谐振
电压一定时，谐振时电流最小 总阻抗最大 电路成电阻性负载时，支路电流可能会大于总电流 LC并联谐振电路主要作为选频电路或选频放大器 LC并联谐振电路还可以构成移相电路，用来对信号相 位进行超前或滞后移动。
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V in V Cr 0 sin r ( t t 0 ) Zr vCr (t ) V in (V in V Cr 0) cos r (t t 0) Z r ( I Lr 0 I 0) sin r (t t 0) i Lr ( t ) I 0 ( I Lr 0 I 0 ) cos r ( t t 0 )
5
10.0V 5.0V
输入交流电压为方波时的串联谐振仿真波形2
10V 5V
0V 2.0A
0V V(Vd:+) 2.0A
V(Vd:+)
0A SEL>> -2.0A 10.00ms -I(R0)
1.0A SEL>> 0A 0Hz -I(R0)
12.00ms
14.00ms Time
15.58ms
5KHz
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§8.1.1 串联谐振电路 1 串联谐振电路基本结构
Lr V in
i Lr
串联谐振原理
假设初始值：
Cr
V Cr
V
I (t ) I V (t ) V
Lr 0
Lr 0
Cr
0
Cr 0
Cr
电路微分方程：
t0
i Lr t
L
t
r
d i Lr
t0
C
dt d vCr dt
vCr V in i Lr
SEL>> 0A 0Hz -I(R0)
5KHz Frequency
10KHz
15KHz
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§8.1.2 并联谐振电路 1
Iin Lr
基本并联谐振电路
电路微分方程：
iLr Cr V Cr
d i Lr v Cr Lr dt d v Cr Ii i Lr C r dt
V Cr 0 Zr
开关变换电路中输入谐振槽路多为交流方波电压 当 in r ，且 Q 值足够大时，则：
1 4U d Y ( j ) sin t ( ) sin r t id r U d 1m r R
当 in r ，谐振回路呈容性，电感电流超前电源电压
id id1 I d1m sin ( t )
上面两式表明 i Lr 和 vCr 只与 I i和 Z r有关，最大值为：
V Cr max Z r I i
I Lr max 2 I i
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2
谐振回路并联负载电阻
iLr Lr
ii zp
zp
Cr
90 0
R
00
90 0
in r
讨论（区别于串联谐振）： 当in r 时， zp 0 ，谐振回路呈阻性； Z p 当 in r 时， zp 0 ，谐振回路呈容性； 电感电流超前电源电压
谐振电容和电感由于电应力的增加造成体积增大，部分 抵消变压器和滤波元件体积重量的减小（频率增加）；
谐振元件串联在主功率回路，不仅给开关器件增加额外 电压应力，而且很大的环流能量增加了损耗，软开关条
件依赖于输入输出变化，限制了输入输出的变化范围。
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零转换电路的提出 提出如下解决问题方法
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2
串联谐振并联电流源电路
串联谐振并联电流源电路基本原理
Lr i Lr V Cr
V in
Cr
I0
列微分方程：
L
r
d i Lr
C
dt d vCr dt
vCr V in I 0 i Lr
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r
串联谐振并联电流源电路电流分析 解微分方程得：
当 in r ，谐振回路呈感性，电感电流滞后电源电压
id id1 I d1m sin ( t )
容性负载，电流超前电压，因为电容电压不能突变；
感性负载，电压超前电流，因为电感电流不能突变。
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串联谐振电路的特点
串联谐振电路的特点： 串联谐振又称为电压谐振
采用PWM恒频控制；
辅助谐振电路只在开关管开关时工作，大大降低损耗；
辅助谐振电路与主功率回路并联，不会增加主开关管电
压、电流应力。
提出如下转换器：
零电压转换（Zero-voltage-transition, ZVT） 零电流转换（Zero-current-transition, ZCT）
r
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1
串联谐振电路基本结构
解上面两个微分方程得：
i Lr ( t ) I Lr 0 cos r ( t t 0)
V in V Cr 0 Zr
sin r ( t t 0)
vCr (t ) V in (V in V Cr 0) cos r (t t 0) Z r I Lr 0 sin r (t t 0)
第8章 零转换器与软开关技术
§8.1 零转换器
串联谐振电路
并联谐振电路
零转换器
§8.2 软开关技术
软开关技术的发展 软开关技术的提出 软开关技术的应用
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§8.1 零转换器
§8.1.1 串联谐振电路 基本串联谐振电路
串联谐振电容并联电流源
串联谐振回路串联负载电阻 §8.1.2 并联谐振电路 基本并联谐振电路 谐振电路并联负载电阻 §8.1.3 零转换器
r
(t t 0)]
最大值：
V
2V in
与谐振电感、电容无关 ；
I
Lr max
V in
Z
r
与电感电容有关。
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串联谐振的仿真波形
Lr 1 V8 10Vdc 10mH
I V
2
Cr 1u
0
25V 0V
V(Lr:2) 400mA 0A SEL>> -400mA 412.40ms I(Lr) 412.80ms 413.20ms Time 413.60ms 414.00ms
电源电压一定时，谐振时电流最大
总阻抗最小 电路成电阻性时，电感或电容电压可能高于电源电压 LC串联谐振电路主要用来构成吸收电路，用来将某一频 率信号从众多频率中去掉
注： Q 为通频带宽度（又称品质因素，谐振时，电容或电感上端电压与输 入电压比值），Q越大，通频带越窄，选频特性越好！
U L UC 1 L Q = = U U R C
t0之前，开关 Q1 Qa均处于关断状态，升压二极管D1导通。
当t=t0，Qa零电流开通，iLr从零线性增加，D1中电流线性
下降。t1时刻iLr=Ii，D1自然关断。
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1.1 工作过程分析3
Lf
M
D
Cr
Lr Da Qa
1
v Cr
V
in
Q1
D Q1
C
f
V
0
R0
（b）[t1~t2] 谐振阶段
Lr
vin Cr R
zs
90 0
zs
00
900
in r
输入正弦交流电 ：
v
in
V sin(
in
t
)
v
解： iLr (t ) I Lr sin(in t i)
其中： in 为输入电源的角频率
回路的阻抗： z s R j ( in Lr
C
in
1
)
r
2.0A
Cr 1 Vin 2 100u 20Vac 0Vdc 1
Lr 2 2m R 10
1.0A
0A I(Cr) 100d
0
0d
SEL>> -100d 1.0mHz 1.0Hz P(V(Cr:1)/I(Cr))