第8章组合变流电路
电路分析基础课件第8章耦合电感和变压器电路分析
耦合电感在电路中的应用
信号传输
耦合电感在电路中可以用于传输信号，由于其电磁耦 合的特性，信号可以在不同的电路之间传递。
滤波器
耦合电感可以组成各种滤波器，如高通、低通、带通 等，用于对信号进行筛选和过滤。
振荡器
在振荡电路中，耦合电感与电容配合使用，可以形成 振荡信号。
变压器在电路中的应用
电压转换
01
电路分析基础课件第8章耦合电感 和变压器电路分析
目 录
• 耦合电感电路分析 • 变压器电路分析 • 耦合电感和变压器在电路中的应用 • 习题与思考
01 耦合电感电路分析
耦合电感基本概念
耦合电感定义
由两个或多个线圈通过磁场相互耦合而构成的电路元件。
耦合系数
描述耦合电感线圈之间耦合程度的一个参数，其值在0到1之间 。
习题2
计算变压器初级和次级线圈的电压和电流， 以及变压器的变比。
习题3
分析一个具有变压器和耦合电感的电路，计 算各元件的电压和电流。
习题4
设计一个变压器，满足特定的电压和电流要 求，并计算所需的匝数和线径。
思考题
思考题1
如何理解耦合电感和变压器在 电路中的作用？
思考题2
如何分析具有耦合电感和变压 器的电路？
02
变压器在电力系统、电子设备和 工业自动化等领域有着广泛的应 用，是电力传输和分配的关键设 备之一。
变压器的工作原理
当交流电通过变压器的一次绕组时， 会在铁芯中产生交变磁场，这个磁场 会感应出电动势，从而在二次绕组中 产生电压和电流。
变压器的工作原理基于电磁感应定律 和全电流定律，通过改变绕组匝数实 现电压和电流的变换。
根据耦合系数和线圈的匝数比，可以确定电压和电流的幅值关系。
第8章 组合变流电路.
第8章组合变流电路8.l.什么是组合变流电路?答:组合变流电路是将某儿种基本的变流电路(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。
8.2.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,故电容只能承坦少量的反馈能量,这是它的另一个局限。
8.3.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V o和能耗电阻Ro组成的泵升电压限制电路。
当泵升电压超过一定数值时,使Ⅴo导通,把从负载反馈的能量消耗在Ro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,能耗皂阻Ro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。
8.4.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。
8.5.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。
电力电子技术最新版配套习题答案详解第2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2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 ，U 2＝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。
解：α＝0︒时，在电源电压u 2的正半周期晶闸管导通时，负载电感L 储能，在晶闸管开始导通时刻，负载电流为零。
在电源电压u 2的负半周期，负载电感L 释放能量，晶闸管继续导通。
因此，在电源电压u 2的一个周期里，以下方程均成立：t U ti Lωsin 2d d 2d= 考虑到初始条件：当ωt ＝0时i d ＝0可解方程得：)cos 1(22d t L U i ωω-= ⎰-=πωωωπ202d )(d )cos 1(221t t L U I =LU ω22=22.51(A)u d 与i d 的波形如下图：当α＝60°时，在u 2正半周期60︒~180︒期间晶闸管导通使电感L 储能，电感L 储藏的能量在u 2负半周期180︒~300︒期间释放，因此在u 2一个周期中60︒~300︒期间以下微分方程成立：t U ti Lωsin 2d d 2d= 考虑初始条件：当ωt ＝60︒时i d ＝0可解方程得：)cos 21(22d t L U i ωω-=其平均值为)(d )cos 21(2213532d t t L U I ωωωπππ-=⎰=L U ω222=11.25(A) 此时u d 与i d 的波形如下图：2．图2-9为具有变压器中心抽头的单相全波可控整流电路，问该变压器还有直流磁化问题吗？试说明：①晶闸管承受的最大反向电压为222U ；②当负载是电阻或电感时，其输出电压和电流的波形与单相全控桥时相同。
电力电子技术最新版配套习题答案详解第5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。
电力电子填空题
第1章电力电子器件1.电力电子器件一般工作在__开关__状态。
2.在通常情况下，电力电子器件功率损耗主要为__通态损耗__，而当器件开关频率较高时，功率损耗主要为__开关损耗__。
3.电力电子器件组成的系统，一般由__控制电路__、_驱动电路_、_主电路_三部分组成，由于电路中存在电压和电流的过冲，往往需添加_保护电路__。
4.按内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况，电力电子器件可分为_单极型器件_ 、_双极型器件_ 、_复合型器件_三类。
5.电力二极管的工作特性可概括为_承受正向电压导通，承受反相电压截止_。
6.电力二极管的主要类型有_普通二极管_、_快恢复二极管_、_肖特基二极管_。
7.肖特基二极管的开关损耗_小于_快恢复二极管的开关损耗。
8.晶闸管的基本工作特性可概括为__正向电压门极有触发则导通、反向电压则截止__ 。
9.对同一晶闸管，维持电流IH与擎住电流IL在数值大小上有IL__大于__IH 。
10.晶闸管断态不重复电压UDSM与转折电压Ubo数值大小上应为，UDSM_大于__Ubo。
11.逆导晶闸管是将_二极管_与晶闸管_反并联_〔如何连接〕在同一管芯上的功率集成器件。
12.GTO的__多元集成__结构是为了便于实现门极控制关断而设计的。
13.MOSFET的漏极伏安特性中的三个区域与GTR共发射极接法时的输出特性中的三个区域有对应关系，其中前者的截止区对应后者的_截止区_、前者的饱和区对应后者的__放大区__、前者的非饱和区对应后者的_饱和区__。
14.电力MOSFET的通态电阻具有__正__温度系数。
15.IGBT 的开启电压UGE〔th〕随温度升高而_略有下降__，开关速度__小于__电力MOSFET 。
16.按照驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间的性质，可将电力电子器件分为_电压驱动型_和_电流驱动型_两类。
17.IGBT的通态压降在1/2或1/3额定电流以下区段具有__负___温度系数，在1/2或1/3额定电流以上区段具有__正___温度系数。
《电力电子技术》(第六七八章)习题答案
第6章 PWM 控制技术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。
即通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）。
在采样控制理论中有一条重要的结论：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，就可把其看成是N 个彼此相连的脉冲列所组成的波形。
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正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．设图6-3中半周期的脉冲数是5，脉冲幅值是相应正弦波幅值的两倍，试按面积等效原理计算脉冲宽度。
解：将各脉冲的宽度用i（i =1, 2, 3, 4, 5）表示，根据面积等效原理可得1=m5m 2d sin U t t U ⎰πωω=502cos πωt - =0.09549(rad)=0.3040(ms)2=m525m 2d sin U t t U ωϖππ⎰=5252cos ππωt -=0.2500(rad)=0.7958(ms)3=m5352m 2d sin U t t U ωϖππ⎰=53522cos ππωt -=0.3090(rad)=0.9836(ms)4=m5453m 2d sin U t t U ωϖππ⎰=2=0.2500(rad)=0.7958(ms)5=m54m2d sin U tt Uωϖππ⎰=1=0.0955(rad)=0.3040(ms)3. 单极性和双极性PWM 调制有什么区别？三相桥式PWM 型逆变电路中，输出相电压（输出端相对于直流电源中点的电压）和线电压SPWM 波形各有几种电平？答：三角波载波在信号波正半周期或负半周期里只有单一的极性，所得的PWM 波形在半个周期中也只在单极性范围内变化，称为单极性PWM 控制方式。
电力电子技术-间接直流变流电路
全桥电路原理图
S1
ton
S2 O
t
O
T
t
uS1
2Ui
uSO2
t 2Ui
O
t
iS1
iSO2
t
iDO1
iL
t
iDO2
t iL
O
t
全桥电路的理想化波形
组合变流电路 (2)
z 如果S1、S4与S2、S3的导通时间不 对称，则交流电压uT中将含有直流分 量，会在变压器一次侧产生很大的直 流 分量，造成磁路饱和，因此全桥
加；
S关断后，W1绕组的电流被切 断，变压器中的磁场能量通过
W2绕组和VD向输出端释放。
电流连续模式：当S开通时，W2 绕组中的电流尚未下降到零。 输出电压关系：
U o = N 2 t on
Ui
N 1 t off
(8-2)
反激电路原理图
S ton
toff
O
t
uS
Ui
t
O
iS
t iVOD
t O
反激电路的理想化波形
组合变流电路 (2)
5. 推挽电路
工作过程
通推，挽在电绕路组中N两1和个N开,1关两S端1和分S别2交形替成导相位 相反的交流电压。
S1导通时，二极管VD1处于通态，电感
L的电流逐渐上升。
S2导通时，二极管VD2处于通态，电感
L电流也逐渐上升。
当两个开关都关断时，VD1和VD2都处 于通态，各分担一半的电流。S1和S2
3）双端电路的整流电路可以有多种形式，本章介绍了常用的全桥 和全波两种，它们具有各自的特点和不同的应用场合。
结束
Uo = N2 2ton Ui N1 T
电力电子习题(木答案)
《电力电子技术》教学内容及要求绪论掌握电力电子技术的基本概念、学科地位、基本内容和发展历史了解电力电子技术的应用范围了解电力电子技术的发展前景了解本课程的内容、任务与要求第1章电力电子器件掌握各种二极管重点掌握半控型器件：晶闸管重点掌握典型全控型器件：GTO、电力MOSFET、IGBT、BJT了解IGCT、MCT、SIT、STIH等其他电力电子器件掌握电力电子器件的驱动电路了解功率集成电路和智能功率模块掌握电力电子器件的保护掌握电力电子器件的串并联第2章整流电路掌握单相可控整流电路重点掌握三相可控整流电路掌握变压器漏抗对整流电路的影响掌握电容滤波的二极管整流电路掌握整流电路的谐波和功率因数了解大功率整流电路掌握整流电路的有源逆变工作状态了解晶闸管直流电动机系统掌握相位控制电路第3章直流斩波电路重点掌握降压斩波电路重点掌握升压斩波电路掌握升降压斩波电路掌握复合斩波电路了解多相多重斩波电路第4章交流—交流电力变换电路重点掌握单相相控式交流调压电路掌握三相相控式交流调压电路掌握交流调功电路了解交流电子开关掌握单相输出交—交变频电路了解三相输出交—交变频电路了解矩阵式变频电路第5章逆变电路掌握换流方式重点掌握电压型逆变电路掌握电流型逆变电路掌握多重逆变电路和多电平逆变电路第6章脉宽调制（PWM）技术重点掌握PWM控制的基本原理掌握PWM逆变电路的控制方式掌握PWM波形的生成方法了解PWM逆变电路的谐波分析了解跟踪型PWM控制技术了解PWM整流电路及其控制方法第7章软开关技术了解软开关的基本概念掌握软开关技术的分类掌握各种软开关电路的原理及应用第8章组合变流电路掌握间接交流变流电路交—直—交变频电路（VVVF）恒压恒频变流电路（CVCF）掌握间接直流变流电路（间接DC/DC变换器）开关电源结束语了解电力电子技术的发展趋势第一章电力电子器件填空题：1.电力电子器件一般工作在________状态。
2.在通常情况下，电力电子器件功率损耗主要为________，而当器件开关频率较高时，功率损耗主要为________。
电力电子技术-第6-8章习题解析
2.单相交流调压电路带电阻负载和带阻感负载时所产生的谐波有何异同？ 答：两种负载时所产生的谐波次数均为3、5、7…次，都随着次数增加，谐 波含量减少。但阻感负载时谐波含量要比电阻负载时小一些，而且控制角相同 时，随着阻抗角的增加，谐波含量减少。 3.斩控式交流调压电路带电阻负载时输入输出有何特性？ 答：斩控式交流调压电路带电阻负载时的输入为正弦波的交流电压，输出 基波分量和输入电压同相位，位移因数为1。且输出负载电流及电压不含低次 谐波，只含与开关周期T有关的高次谐波。
U1 220
组合变流电路 (3)
3.一单相交流调压器，电源为工频220V，阻感串联作为负载，其中 R=0.5Ω，L=2mH。试求：
①控制角α的移相范围； ②负载电流的最大有效值； ③最大输出功率及此时电源侧的功率因数；
解：（1） （2）
ϕ
=
arctan
⎛ ⎜⎝
ωL R
⎞ ⎟⎠
=
arctan
2π
× 50× 2×10−3 0.5
输出星形联结方式中电动机中性点不和变频器中性点接在一起。电动机 只引出三根线即可。因为三组单相交交变频电路的输出联接在一起，其电 源进线就必须隔离，因此三组单相交交变频器分别用三个变压器供电。
组合变流电路 (3)
6.在三相交交变频电路中，采用梯形波输出控制的好处是什么？为什么？ 答:改善功率因数，提高输出电压。 梯形波的主要谐波成分是三次谐波，在线电压中，三次谐波相互抵消
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。
电力电子技术答案机械工业出版社第四版
电力电子技术答案机械工业出版社第四版第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章交流电力操纵电路和交交变频电路 (26)第5章逆变电路 (31)第6章 PWM操纵技术 (35)第7章软开关技术 (40)第8章组合变流电路 (42)第1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：晶闸管承担正向阳极电压，并在门极施加触发电流〔脉冲〕。
或：u AK >0且u GK >0。
2. 坚持晶闸管导通的条件是什么？如何样才能使晶闸管由导通变为关断？ 答：坚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，即坚持电流。
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，即降到坚持电流以下，便可使导通的晶闸管关断。
3. 图1-43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 ，试运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。
π4π4π25π4a)b)c)图1-43图1-43 晶闸管导电波形解：a) I d1=π21⎰ππωω4)(sin t td I m=π2m I (122+)≈0.2717 I m I 1=⎰ππωωπ42)()sin (21t d t I m =2m I π2143+≈0.4767 I m b) I d2 =π1⎰ππωω4)(sin t td I m =πm I (122+)≈0.5434 I m I 2 =⎰ππωωπ42)()sin (1t d t I m =22m I π2143+≈0.6741I m c) I d3=π21⎰20)(πωt d I m=41I m I 3 =⎰22)(21πωπt d I m =21I m4. 上题中假如不考虑安全裕量,问100A 的晶闸管能送出的平均电流I d1、I d2、I d3各为多少？这时，相应的电流最大值I m1、I m2、I m3各为多少?解：额定电流I T(AV) =100A 的晶闸管，承诺的电流有效值I =157A ，由上题运算结果知a) I m1≈4767.0I≈329.35， I d1≈0.2717 I m1≈89.48b) I m2≈6741.0I≈232.90, I d2≈0.5434 I m2≈126.56c) I m3=2 I = 314, I d3=41I m3=78.55. GTO 和一般晶闸管同为PNPN 结构，什么缘故GTO 能够自关断，而一般晶闸管不能？ 答：GTO 和一般晶闸管同为PNPN 结构，由P 1N 1P 2和N 1P 2N 2构成两个晶体管V 1、V 2,分别具有共基极电流增益1α和2α，由一般晶闸管的分析可得，1α+2α=1是器件临界导通的条件。
哈工大学电力电子习题集6.7.8
U0 =
20 1 Ui = × 220 = 127V 20 + 40 3
U 0 2 127 2 P0 = = = 3226W R 5
（3）
λ = cos ϕ1 = 1
哈尔滨工业大学远程教育
文件:
电力电子技术47.9
电力章 习题（2）
第1部分：填空题 1.把电网频率的交流电直接变换成可调频率的交流电的变流电路称为交 交变频电路 。 2.单相交交变频电路带阻感负载时，哪组变流电路工作是由输出电流方 向决定的，交流电路工作在整流还是逆变状态是根据输出电压与电流的方 向是否相同决定的。 3.当采用6脉波三相桥式电路且电网频率为50Hz时，单相交交变频电路 的输出上限频率约为20Hz 。 4.三相交交变频电路主要有两种接线方式，即公共交流母线进线方式和 输出星形联接方式 ，其中主要用于中等容量的交流调速系统是公共交流母 线进线方式 。 5.矩阵式变频电路是近年来出现的一种新颖的变频电路。它采用的开关 器件是全控型器件；控制方式是斩控方式 。
哈尔滨工业大学远程教育
文件:
电力电子技术47.10
电力电子技术
组合变流电路 (3)
第6章 习题（2）
第2部分：简答题 1.画出单相交交变频电路的基本原理图并分析其基本工作原理。（略） 2.交交变频电路的主要特点和不足是什么？其主要用途是什么？ 答: 交交变频电路的优点是：只用一次变流，效率较高；可方便地实 观四象限工作：低频输出波形接近正弦波。 缺点是：接线复杂，受电网频率和变流电路脉波数的限制输出频率较 低；输入功率因数较低；输入电流谐彼含量大，频谱复杂。 交交变频电路主要用于500kw或 1000kw以上的大功率、低转速的交流 调速电路中。 3.单相交交变频电路和直流电动机传动用的反并联可控整流电路有什么不 同？ 答：电路结构相同，但工作方式不同： 单相交交变频电路是交流输出，为此两组桥在交流输出的每个周期内都要 切换，且控制角要不断变化，使输出电压按照正弦规律变化。 反并联可控整流电路是直流输出，稳态时控制角不变，只有在电机运行状 态变化时，两组桥才进行切换。
《电工电子技术5-9章》课后习题和补充练习
第5章 半导体器件习题选解 P148-1505.2.1 如题5.2.1图所示电路中，试求下列几种情况下输出端Y 的电位V Y 及各元件中通过的电流：（1）V A =V B =0V ；（2）V A =+3V ，V B =0V ；（3）V A = V B = +3V ；二极管的正向压降可忽略不计。
解：（1）当V A =V B =0时，因二极管正向偏置，而使D A 、D B 处于导通状态，电流相等，电阻R 上的电流为：mA I I I DB DA R 07.39.312==+=，输出端V Y =0V 。
（2）当V A =3V,V B =0时，因二极管D B 正向偏置，而使其处于导通状态，即D B 导通，同时使D A 反向偏置，而使D A 截止，则流过D A 的电流为0；流过D B 和电阻R 上的电流相等，即：mA I I DB R 07.39.312===。
（3）当V A =V B =+3V 时，因二极管正向偏置，而使D A 、D B 处于导通状态，电流相等，电阻R 上的电流为：mA I I I DB DA R 3.29.3312=-=+=，输出端V Y = +3V 。
题5.2.1图5.2.3 题5.2.3图所示，E=5V ，,sin 10tV u i ω= 二极管的正向压降可忽略不计，试分别画出输出电压0u 的波形。
解：利用二极管的单向导电性，分析各个电路，所以它们的输出电压波形分别为：(a)、(b)对应的波形为（a ）；(c)、(d)对应的波形为（b ）。
题5.2.3图5.3.1 现有两个稳压管D Z1、D Z2，稳定电压分别为4.5V 和9.5V ，正向电压均为0.5V ，试求如题5.3.1图所示各电路中的输出电压U 0。
解：（a ）图：VU U U Z Z 145.95.4210=+=+=（b ）图：V U 00= ，因为外加电压小于两个稳压管的稳压值。
（c ）图：V U 15.05.00=+=， 两个稳压管的均正向导通。
电力电子技术教案
教师教案( 2012—2013 学年第2学期 )课程名称：电力电子技术授课学时：48授课班级：1任课教师：李洪教师职称：讲师教师所在学院：自动化工程学院电子科技大学课时分布绪论授课时数：2一、教学内容及要求课程说明，参考资料，学习要求。
电力电子技术的基本概念、学科地位、基本内容和发展历史、电力电子技术的应用范围和发展前景、本课程的任务与要求二、教学重点与难点电力电子与信息电子的区别；电力电子技术与其它学科的关系三、作业区别：电力电子与信息电子，查阅电力电子技术的发展。
四、本章参考资料[1]王兆安、黄俊，电力电子技术（第四版），机械工业出版社，2000—九五国家级重点教材[2] 王云亮.电力电子技术.电子工业出版社.2004—新编电气与电子信息类本科规划教材[3]赵良炳编著，现代电力电子技术基础，清华大学出版社，1995[4] 图书馆资料CNKI库/index.php ZG电力自动化---电力从业人员学习交流的网上家园/index.php中国电力研学论坛五、教学后记让同学们理解这门的课的重要性，实用性，是强电和弱电的桥梁。
第1章电力电子器件授课时数：6 另外有2学时实验课一、教学内容及要求主要内容：各种二极管、半控型器件-晶闸管的结构、工作原理、伏安特性、主要静态、动态参数，器件的选取原则，典型全控型器件：GTO、电力MOSFET、IGBT，功率集成电路和智能功率模块，电力电子器件的串并联、电力电子器件的保护，电力电子器件的驱动电路。
基本要求：掌握半控型器件-晶闸管的结构、工作原理、伏安特性、主要静态、动态参数，熟练掌握器件的选取原则，掌握典型全控型器件，了解电力电子器件的串并联，了解电力电子器件的保护。
二、教学重点与难点重点：晶闸管的结构、工作原理、伏安特性、主要静态、动态参数，器件的选取原则，典型全控型器件。
难点：晶闸管的结构、工作原理、伏安特性、主要静态、动态参数。
三、作业课后作业四、本章参考资料[1]王兆安、黄俊，电力电子技术（第四版），机械工业出版社，2000—九五国家级重点教材五、教学后记第2章整流电路授课时数：14 另外有2学时实验课一、教学内容及要求主要内容：单相可控整流电路的工作原理、波形分析及计算，续流二极管的作用及有关波形分析。
逆变电路的基本工作原理
第5章逆变电路主要内容：换流方式，电压流型逆变电路。
基本要求：掌握换流方式，掌握电压型逆变电路，理解电流型逆变电路，了解多重逆变蓄电池、干电池、太阳能电池等直流电源向交流负载供电时，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1（1）逆变电路的基本工作原理单相桥式逆变电路为例：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。
S、S闭合，S、S断开、1S为图5-1 逆变电路及其波形举例电阻负载时，负载电流i o和u o的波形相同，相位也相同。
阻感负载时，i滞后于u，波tt2、Si o从电源负极流出，经S2、负载和S3流回正极，负载电感能量向电源反馈，i o逐渐减小，t2时刻降为零，之后i o才反向并增大就可使其开通。
关断：全控型器件可通过门极关断。
半控型器件晶闸管，必须利为全面集中，因此在本章讲述1、器件换流利用全控型器件的自关断能力进行换流（Device。
能力，也不需要为换流附加元件。
3、负载换流由负载提供换流电压称为负载换流（Load Commutation）。
图5-2 负载换流电路及其工作波形基本的负载换流逆变电路：采用晶闸管，负载：电阻电感串联后再和电容并联，工作在接近并联谐振状态而略呈容改变，负载电流基本呈矩形波。
负载工作在对基波电流接近并联谐振的状态，对基波阻抗很大，对谐波阻抗很小，u o波形接近正弦。
t、2t、1 VT4换到VT3、VT2。
t1必须在u o过零前并留有足够裕量，才能使换流顺利完成。
也称为电容换流。
直接耦合式强迫换流——由换流电路内电容提供换流电压。
VT通态时，先给电容C过换流电路内电容和电感耦合提供换流电压或换流电流。
两种电感耦合式强迫换流：图5-4a中晶闸管在LC振荡第一个半周期内关断。
其关断的换流也叫电压换流（图5-3）。
先使晶闸管电流减为零，然后通过反并联二极管使其加反压的换流叫电流换流（图5-4）。
电网换流和负载换流——属于外部换流。
电子技术第8章常用组合逻辑器件及其应用
2、列真值表
I
Y3 Y2 Y1 Y0
0(I0)
0000
1(I1)
0001
2(I2)
0010
3(I3)
0011
4(I4)
0100
5(I5)
0101
6(I6)
0110
7(I7)
0111
8(I8)
1000
9(I9)
1001
3、逻辑表达式
Y3 I8 I9 I 8 I 9 Y2 I4 I5 I6 I7 I 4 I 5 I 6 I 7 Y1 I2 I3 I6 I7 I 2 I 3 I 6 I 7 Y0 I1 I3 I5 I7 I9 I 1 I 3 I 5 I 7 I 9
16 1615 1514 1413 1312 1211 1110 109 9
6 67 79 9 15 1514 14
74L7S41L4S8148
74L7S41L4S8148
1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 5 54 43 32 21 113 1132 1121 110 10
8.1.1 二进制编码器
用n位二进制代码可以表示N=2n个信号。用n位二进 制代码对2n个信号进行编码的电路，叫做二进制编 码器。
可分为3位二进制编码器、4位二进制编码器。
例：设计一个编码器，满足以下要求： (1) 将 I0、I1、…I7 8个信号编成二进制代码。 (2) 编码器每次只能对一个信号进行编码，不
应用：数字仪表中的各种显示译码器，计算机中的 地址译码器、指令译码器，通信设备中由译码器构 成的分配器，以及各种代码变换译码器等。 常见的译码器有二进制译码器、二---十进制译码器 和数字显示译码器。
8.2.1 二进制译码器
电力电子变流技术
逆变器
1 S
负载
2
油机
蓄
电
池
图8-11 用柴油发电机 作为后备电源的UPS
旁路电源
市电
1 S1 2 油机
整流器
逆变器
蓄 电 池
3
负载
4 S2
转换开关
CVCF电源
图8-12 具有旁路电源系统的UPS
8.1.3 恒压恒频（CVCF）电源
➢ UPS主电路结构
➢ 小容量的UPS，整流部分使用二极管整流器和直流斩 波器（PFC），可获得较高的交流输入功率因数，逆 变器部分使用IGBT并采用PWM控制，可获得良好的 控制性能。
AC
V0
AC 图8-2 带有泵升电压限制
电源
负载 电路的电压型间接交流变
R0
流电路
8.1.1 间接交流变流电路原理
➢ 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
▪ 当负载回馈能量时，可控变流器工作于有源逆变状态，
将电能反馈回电网。
AC 电源
AC 负载
图8-3 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
Uo
N2 N1
Ui
8.2.2 反激电路
S
ton
toff
N1 Ui + W1
N2 VD +
W2
Uo
O uS Ui
O iS
t t
t
S
i
O
VD
图 8-19 反激电路原理图
t O
图 8-20 反激电路的理想化波形
➢ 反激电路中的变压器起着储能元件的作用，可以看作
是一对相互耦合的电感。
➢ 工作过程：
➢ S增开加通；后，VD处于断态，N1绕组的电流线性增长，电感储能
0电力电子技术-目录
第6章 PWM控制技术
6.2 PWM逆变电路及其控制方法
6.3 PWM跟踪控制技术
6.4 PWM整流电路及其控制方法
第7章 第8章
第7章 软开关技术
电 力 电 子 技 术
7.1 软开关的基本概念
7.2 软开关电路的分类
7.3 典型的软开关电路
第8章 组合变流电路
8.1 间接交流变流电路
4.1 交流调压电路
4.4 矩阵式变频电路
第5章 第6章
第5章 逆变电路
电 力 电 子 技 术
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 6.1 PWM控制的基本原理
电 力 电 子 技 术
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
第2章 整流电路
2.1 单相可控整流电路 2.2 三相可控整流电路 2.3 变压器漏感对整流电路的影响 2.4 电容滤波的不可控整流电路
第8章 组合变流电路
绪论
电 力 电 子 技 术
1. 什么是电力电子技术 2. 电力电子技术的发展史 3. 电力电子技术的应用 4. 电力电子技术的主要内容
第1章 电力电子器件
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
电力电子技术
教材：《电力电子技术》（第4版）
西安交通大学 王兆安 黄 俊
主讲：物理与机电工程学院自动化系
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第8章组合变流电路主要内容：间接交流变流电路，交—直—交变频电路（VVVF），恒压恒频变流电路（CVCF），间接直流变流电路（间接DC/DC变换器），开关电源。
组合变流电路：是将AC/DC、DC/DC、AC/AC和DC/AC四大类基本变流电路中的某几种基本的变流电路组合起来，以实现一定的新功能。
间接交流变流电路：先将交流整流为直流，再逆变为交流，是先整流后逆变的组合。
应用：交直交变频电路（Variable Voltage Variable Frequency—VVVF），主要用作变频器。
恒压恒频变流电路（Constant Voltage Constant Frequency—CVCF），主要用作不间断电源（Uninterruptable Power Supply——UPS）。
间接直流变流电路：先将直流逆变为交流，再整流为直流电，是先逆变后整流的组合。
应用：各种开关电源（Switching Mode Power Supply——SMPS）1 间接交流变流电路（1）间接交流变流电路原理a 电压型间接交流变流电路电压型间接交流变流电路在负载能量反馈到中间直流电路时，将导致电容电压升高，称为泵升电压，如果能量无法反馈回交流电源，泵升电压会危及整个电路的安全。
图8-1 不能再生反馈的电压型间接交流变流电路为使电路具备再生反馈电力的能力，可采用：带有泵升电压限制电路的电压型间接交流变流电路，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。
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，当负载回馈能量时，可控变流器工作于有源逆变状态，将电能反馈回电网。
整流和逆变均为PWM控制的电压型间接交流变流电路，整流和逆变电路的构成完全相同，均采用PWM控制，能量可双向流动。
输入输出电流均为正弦波，输入功率因数高，且可实现电动机四象限运行。
图8-2 带有泵升电压限制电路的电压型间接交流变流电路图8-3 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图8-4 整流和逆变均为PWM控制的电压型间接交流变流电路b 电流型间接交流变流电路整流电路为不可控的二极管整流时，电路不能将负载侧的能量反馈到电源侧。
为使电路具备再生反馈电力的能力，可采用：整流电路采用晶闸管可控整流电路，负载回馈能量时，可控变流器工作于有源逆变状态，使中间直流电压反极性。
图8-5 不能再生反馈电力的电流型间接交流变流电路图8-6 采用可控整流的电流型间接交流变流电路整流和逆变均为PWM控制的电流型间接交流变流电路，通过对整流电路的PWM控制使输入电流为正弦波，并使输入功率因数为1。
图8-7 电流型交—直—交PWM变频电路图8-8 整流和逆变均为PWM控制的电流型间接交流变流电路（2）交直交变频器晶闸管直流电动机传动系统存在一些固有的缺点：(1) 受使用环境条件制约；(2) 需要定期维护；(3) 最高速度和容量受限制等。
交流调速传动系统除了克服直流调速传动系统的缺点外还具有：(1) 交流电动机结构简单，可靠性高；(2) 节能；(3) 高精度，快速响应等优点。
采用变频调速方式时，无论电机转速高低，转差功率的消耗基本不变，系统效率是各种交流调速方式中最高的，具有显著的节能效果，是交流调速传动应用最多的一种方式。
笼型异步电动机的定子频率控制方式，有：(1) 恒压频比（U/f）控制；(2) 转差频率控制；(3) 矢量控制；(4) 直接转矩控制等。
a 恒压频比控制为避免电动机因频率变化导致磁饱和而造成励磁电流增大，引起功率因数和效率的降低，需对变频器的电压和频率的比率进行控制，使该比率保持恒定，即恒压频比控制，以维持气隙磁通为额定值。
恒压频比控制是比较简单，被广泛采用的控制方式。
该方式被用于转速开环的交流调速系统，适用于生产机械对调速系统的静、动态性能要求不高的场合。
工作原理：转速给定既作为调节加减速的频率f指令值，同时乘以适当比例作为定子电压V1的指令值。
该比例决定了V/f比值，由于频率和电压由同一给定值控制，因此可以保证压频比为恒定。
图8-9 采用恒压频比控制的变频调速系统框图在给定信号之后设置的给定积分器，将阶跃给定信号转换为按设定斜率逐渐变化的斜坡信号ugt，从而使电动机的电压和转速都平缓地升高或降低，避免产生冲击。
给定积分器输出的极性代表电机转向，幅值代表输出电压、频率。
绝对值变换器输出ugt 的绝对值uabs，电压频率控制环节根据uabs及ugt的极性得出电压及频率的指令信号，经PWM生成环节形成控制逆变器的PWM信号，再经驱动电路控制变频器中IGBT的通断，使变频器输出所需频率、相序和大小的交流电压，从而控制交流电机的转速和转向。
b．转差频率控制在稳态情况下，当稳态气隙磁通恒定时，异步电机电磁转矩近似与转差角频率成正比。
因此，控制ws就相当于控制转矩。
采用转速闭环的转差频率控制，使定子频率w 1 = wr + ws，则w 1随实际转速wr增加或减小，得到平滑而稳定的调速，保证了较高的调速范围。
转差频率控制方式可达到较好的静态性能，但这种方法是基于稳态模型的，得不到理想的动态性能。
(3) 恒压恒频（CVCF）电源CVCF电源主要用作不间断电源（UPS）。
UPS广泛应用于各种对交流供电可靠性和供电质量要求高的场合。
图8-10 UPS基本结构原理图UPS基本工作原理是:市电正常时，由市电供电，市电经整流器整流为直流，再逆变为50Hz恒频恒压的交流电向负载供电。
同时，整流器输出给蓄电池充电，保证蓄电池的电量充足。
此时负载可得到的高质量的交流电压，具有稳压、稳频性能，也称为稳压稳频电源。
市电异常乃至停电时，蓄电池的直流电经逆变器变换为恒频恒压交流电继续向负载供电，供电时间取决于蓄电池容量的大小。
为了保证长时间不间断供电，可采用柴油发电机（简称油机）作为后备电源。
增加旁路电源系统，可使负载供电可靠性进一步提高。
图8-11 用柴油发电机作为后备电源的UPS图8-12 具有旁路电源系统的UPSUPS主电路结构:小容量的UPS:整流部分使用二极管整流器和直流斩波器（PFC），可获得较高的输入功率因数，逆变器部分使用IGBT并PWM控制，可获得良好的控制性能。
大容量UPS主电路:采用PWM控制的逆变器开关频率较低，通过多重化联结降低输出电压中的谐波分量。
图8-13 小容量UPS主电路图8-14 大功率UPS主电路2 间接直流变流电路间接直流变流电路：先将直流逆变为交流，再整流为直流电，也称为直—交—直电路。
图 8-15 间接直流变流电路的结构采用这种结构的变换原因：输出端与输入端需要隔离；某些应用中需要相互隔离的多路输出；输出电压与输入电压的比例远小于1或远大于1；交流环节采用较高的工作频率，可以减小变压器和滤波电感、滤波电容的体积和重量；工作频率高于20kHz这一人耳的听觉极限，可避免变压器和电感产生噪音。
间接直流变流电路分为单端(Single End)和双端(Double End)电路两大类：单端电路：变压器中流过的是直流脉动电流，如正激电路和反激电路。
双端电路：变压器中的电流为正负对称的交流电流。
如半桥、全桥和推挽电路。
（1）正激电路电路的工作过程：开关S开通后，变压器绕组N1两端的电压为上正下负，与其耦合的N2绕组两端的电压也是上正下负。
因此VD1处于通态，VD2为断态，电感L的电流逐渐增长；S关断后，电感L通过VD2续流，VD1关断。
S关断后变压器的激磁电流经N3绕组和VD3流回电源，所以S关断后承受的电压为。
变压器的磁心复位：开关S开通后，变压器的激磁电流由零开始，随着时间的增加而线性的增长，直到S关断。
为防止变压器的激磁电感饱和，必须设法使激磁电流在S关断后到下一次再开通的一段时间内降回零，这一过程称为变压器的磁心复位。
图 8-16 正激电路的原理图图 8-17 正激电路的理想化波形变压器的磁心复位时间为：(8-1) 输出电压：输出滤波电感电流连续的情况下：(8-2) 输出电感电流不连续时，输出电压U将高于式（8-2）的计算值，并随负载减小而升高，o在负载为零的极限情况下，。
图 8-18 磁心复位过程（2）反激电路图 8-19 反激电路原理图图 8-20 反激电路的理想化波形反激电路中的变压器起着储能元件的作用，可以看作是一对相互耦合的电感。
工作过程：S开通后，VD处于断态，N1绕组的电流线性增长，电感储能增加；S关断后，N1绕组的电流被切断，变压器中的磁场能量通过N2绕组和VD向输出端释放。
反激电路的工作模式：电流连续模式：当S开通时，N2绕组中的电流尚未下降到零。
输出电压关系：(8-3) 电流断续模式：S开通前，N2绕组中的电流已经下降到零。
输出电压高于式（8-3）的计算值，并随负载减小而升高，在负载为零的极限情况下，，因此反激电路不应工作于负载开路状态。
（3）半桥电路图 8-21 半桥电路原理图图 8-22 半桥电路的理想化波形工作过程：/2的交流电压。
改变开关的占空比，S1与S2交替导通，使变压器一次侧形成幅值为Ui。
就可以改变二次侧整流电压ud的平均值，也就改变了输出电压UoS1导通时，二极管VD1处于通态，S2导通时，二极管VD2处于通态，当两个开关都关断时，变压器绕组N1中的电流为零，VD1和VD2都处于通态，各分担一半的电流。
S1或S2导通时电感L的电流逐渐上升，两个开关都关断时，电感L的电流逐渐下降。
S1和S2断态时承受的峰值电压均为U。
i由于电容的隔直作用，半桥电路对由于两个开关导通时间不对称而造成的变压器一次侧电压的直流分量有自动平衡作用，因此不容易发生变压器的偏磁和直流磁饱和。
输出电压：当滤波电感L的电流连续时：(8-4) 如果输出电感电流不连续，输出电压Uo将高于式（8-4）的计算值，并随负载减小而升高，在负载为零的极限情况下，。
（4）全桥电路图 8-23 全桥电路原理图图 8-24 全桥电路的理想化波形工作过程：全桥逆变电路中，互为对角的两个开关同时导通，同一侧半桥上下两开关交替导通，使变压器一次侧形成幅值为Ui的交流电压，改变占空比就可以改变输出电压。
当S1与S4开通后，二极管VD1和VD4处于通态，电感L的电流逐渐上升；S2与S3开通后，二极管VD2和VD3处于通态，电感L的电流也上升。
当4个开关都关断时，4个二极管都处于通态，各分担一半的电感电流，电感L的电。
流逐渐下降。
S1和S2断态时承受的峰值电压均为Ui中将含有直流分量，会在变如果S1、S4与S2、S3的导通时间不对称，则交流电压uT压器一次侧产生很大的直流电流，造成磁路饱和，因此全桥电路应注意避免电压直流分量的产生，也可以在一次侧回路串联一个电容，以阻断直流电流。
输出电压：滤波电感电流连续时：(8-5) 输出电感电流断续时，输出电压Uo将高于式（8-5）的计算值，并随负载减小而升高，在负载为零的极限情况下，。