电力电子技术 第3章
电力电子技术-第3章 3.6-8大功率可控整流电路(1)-415
ud 1
ua
ub
uc
O
t
ia
1 2
Id
1 6
Id
udO2
uc'
ua'
ub'
uc'
t
O ia'
O
2020/8/17
1 2
Id
1 6
Id
t
双反星形电路，
=0时两组整流
t 电压、电流波形
电力电子技术
➢ 接平衡电抗器的原因：
太原工业学院自动化系
• 两个直流电源并联时，只有当电压平均值和瞬时值均相 等时，才能使负载均流。
2020/8/17
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➢ 双反星形电路中如不接平衡电抗器，即成为六相半 波整流电路/三相双半波整流电路：
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•某 一 时 刻 只 能 有 一 个 晶闸管导电，哪一相电 压高该相上的管子导通； 其余五管均阻断，每管 最 大 导 通 角 为 60o ， 平 均电流为Id /6。
Id
VT32 VT31 VT22 VT21 VT12 VT11 VT34 VT33 VT24 VT23 VT14 VT13
u2 i
u2
u2
Ⅰ
L Ⅱ ud
负 载 Ⅲ
ud
O
i
Id
2Id
+
b)
c)
a)
单相串联3重联结电路及顺序控制时的波形
➢ 从电流i的波形可以看出，虽然波形并未改善，但其
基波分量比电压的滞后少，因而位移因数高，从而提高
3.6 大功率可控整流电路
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
第三章_电力电子技术—整流电路_li(第一次课)
变压器二次侧电流有效值i2与输出电流有效值i相等
I I2 1
(
2U 2 U sin t )2 d( t ) 2 R R
1 I 2
1 sin 2 2
I dVT
VT可能承受的最大正向电压为 VT可能承受的最大反向电压为
2 U2 2 2U 2
3.1单相可控整流电路
相控方式——通过控制触发脉冲的相位来控制直流输出 电压大小的方式
3.1单相可控整流电路
3.1.1 单相半波可控整流电路——阻感负载
阻感负载的特点：
电感对电流变化有抗拒作用，使得流过 电感的电流不能发生突变，因此负载的电流 波形与电压波形不相同。
3.1单相可控整流电路
3.1.1 单相半波可控整流电路——阻感负载
ud O i1 O
t
t
b)
3.1单相可控整流电路
3.1.3 单相全波可控整流电路
单相全波与单相桥式全控比较
单相全波只用2个VT，比单相全控桥少2个，相应地， 门极驱动电路也少2个 单相全波导电回路只含1个VT，比单相桥少1个，因而 管压降也少1个 VT承受最大正向电压 2U2，最大反向电压为 2 2U 2 ， 是单相全控桥的2倍 单相全波中变压器结构较复杂，材料的消耗多
结构简单，但输出脉动大，变压器二次侧电
流中含直流分量，造成变压器铁芯直流磁化
实际上很少应用此种电路
分析该电路的主要目的在于利用其简单易学
的特点，建立起整流电路的基本概念
3.1单相可控整流电路
3.1.2 单相桥式全控整流电路——电阻负载
电路结构 VT1和VT4组成一对桥臂 VT2和VT3组成另一对桥臂
电力电子技术第3章 三相可控整流电路
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》西交大王兆安版第3章_整流电路
u2 α= 300 ua
ub
uc
VT1 b
ωt1
ωt2
ωt3
ωt4
ωt
c
VT2 ud
ud
VT3
ωt1
ωt2
ωt3
ωt4
ωt
id R
iVT1
a)
ωt1
ωt2
ωt3
ωt4
ωt
uVT1
a=30时的波形
ωt1
负载电流处于连续和断续之间的临界状态
ωt2
ωt3
ωt4
ωt
uab
uac
α=600时三相半波可控整流电路
d sin 1 E 2U 2
§3.1.4 单相桥式半控整流电路
iVT1
VT1 VT3
a
iVD4
α
π
2π
ωt
U1
u2
L
iVT1
b
R
iVD2
ωt
VD2 VD4
iVT3
1、α至π时间段内，电流流经VT1、L、R、
iVD2
ωt
VD4至变压器；
2、π至π+ VD2；
α时间段内，电流流经VT1、L、R、
iVT3 iVD4
2p
wt
1 晶闸管电流平均值 IdVT 2 Id
晶闸管电流有效值 IT
1 2
Id
0.707
Id
三、反电动势负载
VT1 VT3 id
ud
E
R
U1
u2
ud
d
wt
E
VT2
VT4
id
1、在|u2|>E 时，晶闸管承受正电压，有导通的可能,
wt
第3章 整流电路part1
可得到 I S
PAC PAC VS PF VS cos1
8
《电力电子技术》
第3章 整流电路
3.1 单相可控整流电路
3.1.1单相半波可控整流电路 3.1.2单相桥式全控整流电路
3.1.3单相全波可控整流电路
3.1.4单相桥式半控整流电路
9
《电力电子技术》
第3章 整流电路
3.1.1 单相半波可控整流电路
《电力电子技术》
第3章 整流电路
第3章
整流电路
3.1 单相可控整流电路
3.2三相可控整流电路
3.3 变压器漏感对整流电路的影响
3.4 电容滤波的不可控整流电路
3.5 整流电路的谐波和功率因数
3.6大功率可控整流电路
3.7整流电路的有源逆变工作状态 3.8整流电路相位控制的实现
1
《电力电子技术》
第3章 整流电路
wt
wt
e)
晶闸管的电流有效值IVT
I VT 1 p 2 p a I a I d d (wt ) 2p 2p d
O i VD f) O u VT g) O
R
wt
wt
wt
20
《电力电子技术》
u2
第3章 整流电路
（3）续流二极管的电流平均值 IdVDR与续流二极管的 电流有效值IVDR w w
22
《电力电子技术》
第3章 整流电路
3.1.2 单相桥式全控整流电路
单相桥式全控整流电路(Single Phase
Bridge Contrelled Rectifier)
1) 带电阻负载的工作情况
电路结构
a)
晶闸管VT1和VT4组成一对桥臂，VT2和VT3组成另一对 桥臂。在实际的电路中，一般都采用这种标注方法，即 上面为1、3，下面为2、4。请同学们注意。
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(第二版)第3章答案
第三章交流-交流变换器习题解答3-1. 在交流调压电路中，采用相位控制和通断控制各有什么优缺点？为什么通断控制适用于大惯性负载？答：相位控制：优点：输出电压平滑变化。
缺点：含有较严重的谐波分量通断控制：优点：电路简单，功率因数高。
缺点：输出电压或功率调节不平滑。
由于惯性大的负载没有必要对交流电路的每个周期进行频繁的控制，所以可以采用通断控制。
对时间常数比较小负载的工作产生影响。
3-2. 单相交流调压电路，负载阻抗角为30°，问控制角α的有效移相范围有多大？如为三相交流调压电路，则α的有效移相范围又为多大？答：单相交流调压电路，负载阻抗角为30°，控制角α的有效移相范围是30°-180°；如为三相交流调压电路，α的有效移相范围是30°-150°。
3-3. 一电阻性负载加热炉由单相交流调压电路供电，如α=0°时为输出功率最大值，试求功率为80%，50%时的控制角α。
解：α＝0时的输出电压最大，为此时负载电流最大，为因此最大输出功率为输出功率为最大输出功率的80%时，有：又由化简得αα4.0π-2=sin2由图解法解得α=60°同理，输出功率为最大输出功率的50%时，有：α=90°3-4. 单相交流调压电路，电源电压220V ，电阻负载R=9Ω,当α=30°时，求：（1）输出电压和负载电流；（2）晶闸管额定电压和额定电流；（3）输出电压波形和晶闸管电压波形。
解：(1)负载上交流电压有效值为负载电流为(2)晶闸管承受的正反向电压最大值是22U ，考虑到2-3倍的安全裕量，晶闸管的额定电压应该为()()V U U TN 933~62223~22==晶闸管流过的电流有效值为 A I I T 17414.12420===考虑到1.5~2倍的安全裕量，晶闸管的额定电流为()()()A I I T AV T 67.21~24.1657.12~5.1==3-5. 如图3-35所示为单相晶闸管交流调压电路，其中V U 2202=，.516.5mH L =，.1Ω=R ，求：（1）触发角的移相范围；（2）负载电流的最大有效值；（3）最大输出功率和功率因数。
电力电子技术第3章直流斩波电路ppt课件
值，记为Uo。设V通的时间为ton，此阶段L上积
蓄的能量为
EI 1ton
电力电子技术
L
i1 E
iG
VD io
V
C
uo R
iG
a)
O
t
io
I1
O
t
b)
➢V断时，E和L共同向C充电并向负载R供电。设V断的时间为
toff，则此期间电感L释放能量为
Uo - E I1toff
电力电子技术
➢稳态时，一个周期T中L积蓄能量与释放能
UB
toff T
UC
➢A点的电压平均值为
UA
-
ton T
UC
➢L2的电压平均值为零，按图3-5b中输出电压Uo的极性，有
Uo
ton T
UC
电力电子技术
➢输出电压Uo与电源电压E的关系：
Uo
ton toff
E
ton T - ton
E
1-
E
这一输入输出关系与升降压斩波电路时的情况相同。
优点（与升降压斩波电路相比）：输入电源电流 和输出负载电流都是连续的，且脉动很小，有利 于对输入、输出进行滤波。
T
0 uL d t 0
当V处于通态期间，uL = E；而当V处于断态期间，uL = - uo。于是：
E ton Uo toff
所以输出电压为：
Uo
ton toff
E
ton T - ton
E
1-
E
改变导通比，输出电压既可以比电源电压高，也可以比电源电压低。 当0< <1/2时为降压，当1/2< <1时为升压，因此将该电路称作升降
反过来，V进入断态时的电流初值就是V在通态阶段结束时的电
(完整版)电力电子技术第3章-习题答案()
3章 交流-直流变换电路 课后复习题 第1部分：填空题1.电阻负载的特点是 电压与电流波形、相位相同；只消耗电能，不储存、释放电能 ，在单相半波可控整流电阻性负载电路中，晶闸管控制角α的最大移相范围是 0︒ ≤a ≤ 180︒ 。
2.阻感负载的特点是 电感对电流变化有抗拒作用，使得流过电感的电流不发生突变 ，在单相半波可控整流带阻感负载并联续流二极管的电路中，晶闸管控制角α的最大移相范围是 0︒ ≤a ≤ 180︒ 2 ，2 （设U 2为相电压有效值）。
3.单相桥式全控整流电路中，带纯电阻负载时，α角移相范围为 0︒ ≤a ≤ 180︒ ，单个晶闸管所承受的最大正向电压和反向电压分别为2 和 22U ；带阻感负载时，α角移相范围为 0︒ ≤a ≤ 90︒ ，单个晶闸管所承受的最大正向电压和反向电压分别为22U 2 ；带反电动势负载时，欲使电阻上的电流不出现断续现象，可在主电路中直流输出侧串联一个 平波电抗器(大电感) 。
4.单相全控桥反电动势负载电路中，当控制角α大于不导电角δ时，晶闸管的导通角θ = 180︒-2δ ; 当控制角α小于不导电角 δ 时，晶闸管的导通角 θ = 0︒ 。
5.从输入输出上看，单相桥式全控整流电路的波形与 单相全波可控整流电路 的波形基本相同，只是后者适用于 较低 输出电压的场合。
6.电容滤波单相不可控整流带电阻负载电路中，空载时，输出电压为 22U ，随负载加重U d 逐渐趋近于0.9 U 2，通常设计时，应取RC≥ 1.5~2.5T ，此时输出电压为U d ≈ 1.2 U 2(U 2为相电压有效值)。
7.电阻性负载三相半波可控整流电路中，晶闸管所承受的最大正向电压U Fm 2 ，晶闸管控制角α的最大移相范围是 0︒≤a ≤90︒ ，使负载电流连续的条件为 a ≤30︒ (U 2为相电压有效值)。
8.三相半波可控整流电路中的三个晶闸管的触发脉冲相位按相序依次互差 120︒ ，当它带阻感负载时，α的移相范围为 0︒≤a ≤90︒ 。
电力电子技术(第二版)第3章答案
第三章 交流-交流变换器习题解答3-1. 在交流调压电路中，采用相位控制和通断控制各有什么优缺点？为什么通断控制适用于大惯性负载？ 答：相位控制：优点：输出电压平滑变化。
缺点：含有较严重的谐波分量 通断控制：优点：电路简单，功率因数高。
缺点：输出电压或功率调节不平滑。
由于惯性大的负载没有必要对交流电路的每个周期进行频繁的控制，所以可以采用通断控制。
对时间常数比较小负载的工作产生影响。
3-2. 单相交流调压电路，负载阻抗角为30°，问控制角α的有效移相范围有多大？如为三相交流调压电路，则α的有效移相范围又为多大？ 答：单相交流调压电路，负载阻抗角为30°，控制角α的有效移相范围是30°-180°；如为三相交流调压电路，α的有效移相范围是30°-150°。
3-3. 一电阻性负载加热炉由单相交流调压电路供电，如α=0°时为输出功率最大值，试求功率为80%，50%时的控制角α。
解：α＝0时的输出电压最大，为()222max sin 21U t d t U U o ==⎰πωωπ此时负载电流最大，为R U R U I o o 2max max ==因此最大输出功率为R U I U P o o o 22maxmax max ==输出功率为最大输出功率的80%时，有：R U P P o 22max8.08.0⨯==又由παππα-+=22sin 2U U o)22sin (12παππα-+==R R U P o o化简得παα4.02sin 2=- 由图解法解得 α=60°同理，输出功率为最大输出功率的50%时，有： α=90°3-4. 单相交流调压电路，电源电压220V ，电阻负载R=9Ω,当α=30°时，求： （1）输出电压和负载电流；（2）晶闸管额定电压和额定电流； （3）输出电压波形和晶闸管电压波形。
(完整版)电力电子技术第3章-习题答案()
3 章交流-直流变换电路课后复习题第1部分：填空题1. 电阻负载的特点是电压与电流波形、相位相同；只消耗电能，不储存、释放电能,在单相半波可控整流电阻性负载电路中，晶闸管控制角a的最大移相范围是_0wa w 180 。
2. 阻感负载的特点是电感对电流变化有抗拒作用，使得流过电感的电流不发生突变_________ , 在单相半波可控整流带阻感负载并联续流二极管的电路中，晶闸管控制角a的最大移相范围是0 w a w 180 ，其承受的最大正反向电压均为—.2U2—, 续流二极管承受的最大反向电压为 _ 2U2_ （设U2为相电压有效值）。
3. 单相桥式全控整流电路中，带纯电阻负载时，a角移相范围为0 w a w180 ，单个晶闸管所承受的最大正向电压和反向电压分别为_.2U2_和_、..2匕_；带阻感负载时，a角移相范围为0 w a w 90 ，单个晶闸管所承受的最大正向电压和反向电压分别为2U2和_• 2U2_ ；带反电动势负载时，欲使电阻上的电流不出现断续现象，可在主电路中直流输出侧串联一个平波电抗器（大电感）_。
4. 单相全控桥反电动势负载电路中，当控制角a大于不导电角时，晶闸管的导通角二180-2 ;当控制角小于不导电角时，晶闸管的导通角=0 。
5. 从输入输出上看，单相桥式全控整流电路的波形与单相全波可控整流电路的波形基本相同，只是后者适用于较低输出电压的场合。
6. 电容滤波单相不可控整流带电阻负载电路中，空载时，输出电压为_-2U2 —，随负载加重U d逐渐趋近于0.9 U2,通常设计时，应取RO 1.5〜2.5T，此时输出电压为U d~ 1.2 U2（U2为相电压有效值）。
7. 电阻性负载三相半波可控整流电路中，晶闸管所承受的最大正向电压U Fm等于_、6U2_，晶闸管控制角a的最大移相范围是0 w a w 90 ，使负载电流连续的条件为a w 30 （U2为相电压有效值）。
8. 三相半波可控整流电路中的三个晶闸管的触发脉冲相位按相序依次互差—120—，当它带阻感负载时，的移相范围为0 w a w 90 。
电力电子技术第3章 直流-交流变换电路习题和答案K
一、选择题3-1、当交流侧接在电网上，即交流侧接有电源时，称为（A ）逆变；当交流侧直接和负载连接时，称为（B ）逆变。
A、有源B、无源C、电压型D、电流型3-2、逆变电路最基本的工作原理是把直流电变成交流电，改变两组开关的切换（D ），即可改变输出交流电的频率。
A、周期B、电流C、电压D、频率3-3、不属于换流方式的是（C ）。
A、器件换流B、电网换流C、单相换流D、负载换流3-4、要实现负载换流，负载电流的相位必须（ B ）于负载电压。
A、滞后B、超前C、相同D、三个都不对3-5、可实现有源逆变的电路为（A ）。
A、三相半波可控整流电路，B、三相桥式半控整流电路，C、单相全控桥接续流二极管电路，D、单相半控桥整流电路。
3-6、在一般可逆电路中，最小逆变角βmin选在下面那一种范围合理（A ）。
A、30º-35º，B、10º-15º，C、0º-10º，D、0º。
3-7、在有源逆变电路中，逆变角β的移相范围应选（B ）为最好。
A、β=90º~180º，B、β=35º~90º，C、β=0º~90º3-8、电压型三相桥式逆变电路的基本工作方式是( C )导电方式。
A、90°B、120°C、180°D、270°3-9、PWM控制是对脉冲的（ C ）进行调制的技术。
A、长度B、高度C、宽度D、面积3-10、在调制法中，通常采用等腰三角波或锯齿波作为载波，其中（A ）应用最多。
A、等腰三角波B、锯齿波二、判断题3-1、有源逆变指的是把直流电能转变成交流电能送给负载。
（╳）3-2、变频调速装置是属于无源逆变的范畴。
（√）3-3、有源逆变装置是把逆变后的交流能量送回电网。
（√）3-4、无源逆变电路是把直流电能逆变成交流电能，送给电网，（╳）3-5、变频器总是把直流电能变换成50Hz交流电能。
武汉大学研究生课程《电力电子技术》：第3章 谐振式逆变装置-第二部分
解方程式（3.32）并代入初始条件可
得：
iL
VD L
t
Ir
（3.33）
当电感电流下降到零时，这个时间段结束。到此整个 谐振开关过程结束。只要合理进行控制，可以在使三相 逆变器的6个开关管在其PWM控制策略要求的任何时 刻实现实现此开关过程，实现零电压、零电流通断转换。 电感电流iL从Ir下降到0所需时间△t5为：
当交流电源的角频率ω等于谐振角频率ω0时， RLC串联电路的阻抗最小：Z0＝R，导纳最大Y0 ＝1/R，RLC电路的电流最大，电阻R上的功率 最大，电流为正弦波且与电源电压同相。
由式3.4串联谐振时电路的品质因数Q为：
Q 0 L 0 LI0 VL VL
R
RI 0 VR V
(3.7)
i1(t) 2I1 sin t
i3 (t) 2I3 sin 3t
式中，基波电流有效值：I1
22
ID
三次谐波电流有效值：
I3
1.2 2 3
ID
1 3 I1
(3.24) (3.25) (3.26)
(3.27)
因此，A，B两端的三次谐波电压小于基波
电压的5％，VAB(t)可以近似为一个正弦波，
在这个时间段中，改变逆变器开关管 的驱动信号，可使逆变器开关管在零电 压下换相，这个时间段的长度取决于逆 变桥中开关管的状态转换时间。由于这 段时间的起始点可以控制，因此逆变器 开关管的零损耗开通、关断可以在T1～ T6PWM波所需的任何时刻进行，易于 和T1～T6的控制要求同步，使逆变器开 关管在PWM控制所要求的任何时刻。 准确地在零电压条件下关断、开通，无 开关损耗。
3.3.2 电流型并联谐振逆变器工作原理
电力电子技术-第三章--单相整流讲解
3.1.1 单相半波可控整流电路
（Single Phase Half Wave Controlled Rectifier）
1. 电阻负载的工作情况
在工业生产中，某些负载基本上是电阻性的， 如电阻加热炉、电解和电镀等。
电阻性负载的特点是电压与电流成正比，波形 相同并且同相位，电流可以突变。 • 1. 工作原理 • 首先假设以下几点： • (1) 开关元件是理想的，即开关元件(晶闸管)导通 时，通态压降为零，关断时电阻为无穷大； • 一般认为晶闸管的开通与关断过程瞬时完成。 • (2) 变压器是理想的，即变压器漏抗为零，绕组的 电阻为零、励磁电流为零。
id 的连续波形每周期分为两 段：u2过零前一段流经SCR， 时宽为π-α；之后一段流经 VDR ，时宽为π+α。由两器 件电流拼合而成。
若近似认为id为一条水平线，恒为Id，则有
SCR 平均值： I a I
dVT
2 d
（2-5）
SCR 有效值：
IVT
1
2
a
I
d2d
(t
在ωt=0到α期间，晶闸管uAK大于零， 但门极没有触发信号，处于正向关断状
态，输出电压、电流都等于零。
在ωt=α时，门极有触发信号，晶闸管 被触发导通，负载电压ud= u2。 在ωt1时刻，触发VT使其开通，u2加 于负载两端，id从0开始增加。这时，交 流电源一方面供给电阻R消耗的能量， 另一方面供给电感L吸收的磁场能量。
)
a 2
I
（2-6）
d
VDR 平均值： VDR 有效值：
a IdVDR 2 Id
（2-7）
IVDR
1
2
2 a
《电力电子技术》第3章 直流-直流变换电路
★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
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降压(Buck)斩波电路
升压(Boost)斩波电路 升压(Boost)斩波电路 升降压(Buck— 升降压(Buck—Boost) 斩波电路 Cuk斩波电路 Cuk斩波电路 Sepic斩波电路 Sepic斩波电路 Zeta斩波电路 Zeta斩波电路
-9-
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3.2.1 降压斩波(Buck)电路 降压斩波(Buck) (Buck)电路
+ us −
iL
L
Uo
C
Ui
R
L 1− D ≥ RT 2
-13-
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3.2 非隔离型DC-DC变换电路 非隔离型DC DC变换电路 DC-
3.2.1 3.2.2 3.2.3 3.2.4 3.2.5 3.2.6
降压斩波(Buck)电路 降压斩波(Buck)电路 升压斩波(Boost)电路 升降压斩波(Buck—Boost)电路 升降压斩波(Buck—Boost)电路 Cuk斩波电路 Cuk斩波电路 Sepic斩波电路 Sepic斩波电路 Zeta斩波电路 Zeta斩波电路
-17-
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3.2.2 升压斩波(Boost)电路 升压斩波(Boost) (Boost)电路
• 电感电流断续
– 临界条件： 临界条件：
iL
L
Ui
us
−
+
Uo
C
R
L D (1 − D ) 2 ≥ RT 2
• 输出空载时，Uo→∞，故升 输出空载时， ， 压电路不应空载， 压电路不应空载，否则会产 生很高的电压而造成电路中 元器件的损坏。 元器件的损坏。
+ us −
Ui
L
iL
Uo
C
R
uS iL iS
Ui − Uo
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3.2.3 升降压斩波(Buck-Boost)电路 升降压斩波(Buck Boost)电路 (Buck• 负载电压平均值为
D Uo = − Ui 1− D
• 负号表示升降压电路的输出电压极性与输入电压极性相反 ，输出电压范围为：0~∞ 。 输出电压范围为： • 常用于电池供电设备中产生负电源的电路，还用于各种开 常用于电池供电设备中产生负电源的电路， 关稳压器中。 关稳压器中。
-11-
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3.2.1 降压斩波(Buck)电路 降压斩波(Buck) (Buck)电路
• 负载电压平均值为
ton ton Uo = Ui = U i = DU i ton + toff T
– 式中， ton为S处于通态的时间； toff为S处于断态的时间；T为开关 式中， 处于通态的时间； 处于断态的时间； 为开关 处于通态的时间 处于断态的时间 周期； 为导通占空比 为导通占空比。 周期； D为导通占空比。
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3.1 DC-DC变换电路概述 DC-DC变换电路概述
•
控制方式
调频调宽
此种方式是前两种方式的综合，开关导通时间t 此种方式是前两种方式的综合，开关导通时间 on与开关工作频 率f均可变，控制比较复杂。通常用于需大幅度改变输出电压数 均可变， 均可变 控制比较复杂。 值的场合。 值的场合。
3.
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第3章 直流斩波电路与交流电力控制电路
3.1 DC-DC变换电路概述 DC-DC变换电路概述
非隔离型DC DC变换电路 DC3.2 非隔离型DC-DC变换电路 隔离型DC DC变换电路 DC3.3 隔离型DC-DC变换电路 3.4 交流电力控制器
-2-
• 由于 由于0≤D<1，升压斩波电路输出电压的范围： Ui~∞ 。 ，升压斩波电路输出电压的范围： • 注意，D→1时，Uo→∞，故应避免 过于接近 ，以免造 过于接近1， 注意， 时 ，故应避免D过于接近 成电路损坏。 成电路损坏。 • 电感的电压泵升作用和电容的稳压作用使得输出电压可以 高于输入电压。 高于输入电压。
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3.2.2 升压斩波(Boost)电路 升压斩波(Boost) (Boost)电路
• 忽略损耗， 忽略损耗，
Pi = Po
U i Ii = U o Io
Io Ui = = 1− D Ii U o
• 在连续电流方式下，升压斩波电路等效于升压直流变 在连续电流方式下， 压器，可通过控制开关的占空比来连续控制。 压器，可通过控制开关的占空比来连续控制。
Ui
iS
t1 t2 t3
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•
控制方式
1. 定频调宽
•
定频指保持开关周期、工作频率不变， 恒定， 定频指保持开关周期 、 工作频率不变 ， 即 T=ton+toff恒定 ， 调宽 指改变开关导通时间t 来改变占空比D， 指改变开关导通时间 on 来改变占空比 ， 从而改变输出直流电 压平均值。称为脉宽调制（PWM） 压平均值。称为脉宽调制（PWM）。
0 ton T t
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iL
L
Ui
S ton
us
−
+
Uo
C
R
toff t
uS iL iS
Uo
t
t
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3.2.2 升压斩波(Boost)电路 升压斩波(Boost) (Boost)电路
• 负载电压平均值为
T T 1 Uo = Ui = Ui = Ui toff 1− D T − ton
2. 定宽调频
•
定宽指保持开关导通时间t 不变， 调频指调节开关工作周期T 定宽指保持开关导通时间 on 不变 ， 调频指调节开关工作周期 来改变占空比D，从而改变输出直流电压平均值。 来改变占空比 ， 从而改变输出直流电压平均值 。 称为频率调 制型（ 制型（PFM）。 ）
-5-
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第3章 直流斩波电路与交流电力控制电路
• 直流斩波电路： 直流斩波电路：
– DC-DC变换电路，将电压恒定的直流电能变为幅值可调或另一幅值 DC-DC变换电路 变换电路， 的直流电能。 的直流电能。 – 应用：直流电动机调速、直流电焊机等。 应用：直流电动机调速、直流电焊机等。
• 交流电力变换电路： 交流电力变换电路：
•
基本原理： 基本原理：
(1) (2)
稳态条件下电感两端电压在一个开关周期内的平均值为零。 稳态条件下电感两端电压在一个开关周期内的平均值为零。 稳态条件下电容电流在一个开关周期内的平均值为零。 稳态条件下电容电流在一个开关周期内的平均值为零。
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3.1 DC-DC变换电路概述 DC-DC变换电路概述
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3.1 DC-DC变换电路概述 DC-DC变换电路概述
DC-DC变换电路 变换电路
非隔离型
隔离型
降压
升压
升降压
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3.1 DC-DC变换电路概述 DC-DC变换电路概述
•
理想条件： 理想条件：
–
DC-DC变换电路由理想元件构成 ，输入电源内阻为零 ，输 变换电路由理想元件构成 出端接有足够大的滤波电容。 出端接有足够大的滤波电容。
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3.2 非隔离型DC-DC变换电路 非隔离型DC DC变换电路 DC-
非隔离型
降压
升压
升降压
Cuk
Sepic
Zeta
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3.2 非隔离型DC-DC变换电路 非隔离型DC DC变换电路 DC-
3.2.1 3.2.2 3.2.3 3.2.4 3.2.5 3.2.6
• 输出电压范围：0~Ui。 输出电压范围： • 忽略损耗
Pi = Po
U i Ii = U o Io
Io Ui 1 = = Ii U o D
• 在连续电流方式下，可看作一降压直流变压器。 在连续电流方式下，可看作一降压直流变压器。 -1212:31:03
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3.2.1 降压斩波(Buck)电路 降压斩波(Buck) (Buck)电路
– AC-AC变换电路，将某种参数的交流电能变为另一种参数的交流电 AC-AC变换电路 变换电路， 能，包括电压或电流、频率、相位、相数等的变换。 包括电压或电流、频率、相位、相数等的变换。 – 交流电力控制电路则主要指AC-AC变换电路中的交流调压、调功、 交流电力控制电路则主要指AC AC变换电路中的交流调压 调功、 AC- 变换电路中的交流调压、 交流电力开关等电力控制电路。 交流电力开关等电力控制电路。
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3.2.3 升降压斩波(Buck-Boost)电路 升降压斩波(Buck-Boost)电路 压斩波(Buck
• 平均直流输出电压即可高 于也可低于直流输入电压 的变换电路称为升降压 DC-DC变换电路 。 变换电路
– 0<t<ton区间，S导通，VD截 区间， 导通， 截 导通 止，电感储能，UL=Ui； 电感储能， – ton<t<T区间， S截止，VD 区间， 截止 截止， 区间 导通续流， 导通续流，电感能量传递给 负载， 负载，UL=-Uo。 -