《电力电子技术》西安交通大学王兆安第五版第4章逆变电路
完整版电力电子技术王兆安第五版课后习题全部答案
电力电子技术2-1与信息电子电路中的二极管相比，电力二极管具有怎样的结构特点才使得其具有耐受高 压和大电流的能力？答：1.电力二极管大都采用垂直导电结构，使得硅片中通过电流的有效面积增大，显著提高 了二极管的通流能力。
2.电力二极管在P 区和N 区之间多了一层低掺杂 N 区，也称漂移区。
低掺杂 N 区由于掺杂 浓度低而接近于无掺杂的纯半导体材料即本征半导体，由于掺杂浓度低，低掺杂 N 区就可以承受很高的电压而不被击穿。
2-2.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：uAK>0 且 uGK>0。
2-3.维持晶闸管导通的条件是什么？怎样才能使晶闸管由导通变为关断？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。
要使晶闸由导通变为关断，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。
2-4图2-27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 试计算各波形的电流平均值I d1、I d2、I d3与电流有效值|1、|2、|3。
i2-5上题中如果不考虑安全裕量，问100A 的晶阐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、|m2、|m3各为多少？解：额定电流I T (AV ) =100A 的晶闸管，允许的电流有效值I=157A ，由上题计算结果知解：a)JI d1= 24Im sin( t) 0.2717 Imb)(— (Imsin t)2d(wt) d 2 41—Im sin td(wt) I d2=Im (72 2 ( 2—0.4767Im 21) 0.5434 Im n —"—:—、2 ★ 、 V 2Im f a —1 12 J 一 J |msin t) d(wt) -~2~贬 20.67411m c)1 -2I d3=2-02Imd(t) 1lmI 3=H d( t)i ImI m2« D i4b0 A■I22，由普通晶阐管的分析可得， 1 2 1是器件临界导通的条 1 2>1两个等效晶体管过饱和而导通；1 2<1不能维持饱和导通而关断。
《电力电子技术》西安交通大学_王兆安_第五版ppt课件
国内国外，通常都把电力电
图1-2 电气工程的双三角形描述
子技术归属于电气工程学科。在我国，电力电子与电力传
动是电气工程的一个二级学科。图1-2用两个三角形对电
气工程进行了描述。其中大三角形描述了电气工程一级学
科和其他学科的关系，小三角形则描述了电气工程一级学
科内各二级学科的关系。
最新课件
7
1.1 什么是电力电子技术
■电力电子器件在实际应用中，一般是由控制电路、驱动 电路和以电力电子器件为核心的主电路组成一个系统。
检测
控
电路
制
保护
电
电路
路
驱动
电路
V1 LR
V2
主电路
电气隔离
图2-1 电力电子器件在实际应用中的系统组成
最新课件
29
2.1.3 电力电子器件的分类
这一时期，也应用直流发电机组来变流。
☞1947年美国著名的贝尔实验室发明了晶体管，引发了
电子技术的一场革命。
最新课件
10
1.2 电力电子技术的发展史
◆晶闸管时代
☞晶闸管由于其优越的电气性能和控制性能，使
之很快就取代了水银整流器和旋转变流机组，并且
其应用范围也迅速扩大。电力电子技术的概念和基
础就是由于晶闸管及晶闸管变流技术的发展而确立
最新课件
12
1.2 电力电子技术的发展史
☞把驱动、控制、保护电路和电力电子器件集成在 一起，构成电力电子集成电路（PIC），这代表了 电力电子技术发展的一个重要方向。电力电子集成 技术包括以PIC为代表的单片集成技术、混合集成 技术以及系统集成技术。
☞随着全控型电力电子器件的不断进步，电力电子 电路的工作频率也不断提高。与此同时，软开关技 术的应用在理论上可以使电力电子器件的开关损耗
《电力电子技术》电子课件(高职高专第5版) 4.4 电流型逆变电路
4.4 电流型逆变电路
4.4.1 电流型单相桥式逆变电路
1、工作原理：
I0=当Id ；T1反、之T4，导I通0=，-IdT。2、T3关断时， T如4图和当T以42、.频4.T1率3（时fb交，）替则所切在示换负的开载电关上流管获波得形T1、。
输出电流波形为矩形波，与 电路负载性质无关，而输出电压 波形由负载性质决定。
③ 直流侧电感起缓冲无功能量的作用，因电流不 能反向，故可控器件不必反并联二极管。
④ 当用于交-直-交变频器且负载为电动机时，若交 -直变换为相控整流，则可很方便地实现再生制动。
导 通 顺 序 T1→T2→T3→T4→T5→T6， 依 次间隔60°，每个桥臂导通120°，每个 时刻上桥臂组和下桥臂组中都各有一个臂 导通。
输出电流波形与负载性质无关。
输出电压波形由负载的性质决定。
输出电流的基波有效值I01和直流电流Id 的关系式为：
图4.4.2 电流型三相桥式逆变 电路原理图
主电路开关管采用自关断器 件时，如果其反向不能承受高电 压，则需在各开关器件支路串入 二极管。
图4.4.1 电流型单相桥式逆变 电路及电流波形
4.4.1 电流型单相桥式逆变电路
2、参数计算：
将图4.4.1（b）所示的电流波形i0展开成傅氏级数,有
io
4Id
(sint
1 sin3t 3
1 sin5t 5
6 I01 Id 0.78Id
(4.4.4)
图4.4.3 电流型三相桥式逆变电路 的输出电流波形
4.4.3 电流型逆变电路的特点
① 直流侧接大电感，相当于电流源，直流电流基 本无脉动，直流回路呈现高阻抗。
(2024年)电力电子技术第5版王兆安课件
该方式通过调制信号（如正弦波）与高频载波（如三角波）进行比较生成PWM脉冲。优 点是生成的PWM脉冲频率高、波形好且易于实现实时控制。缺点是对于非线性负载的适 应性较差。
32
07
电力电子系统的设计与应用
2024/3/26
33
电力电子系统的设计原则与方法
2024/3/26
设计原则
确保系统稳定性、高效性、可靠性和 安全性；满足特定应用需求；优化成 本和性能。
2024/3/26
6
02
电力电子器件
2024/3/26
7
不可控器件
电力二极管（Power Diode）
结构和工作原理
伏安特性
2024/3/26
8
不可控器件
主要参数
晶闸管（Thyristor）
结构和工作原理
2024/3/26
9
不可控器件
伏安特性和主要参数
派生器件
2024/3/26
10
半控型器件
2024/3/26
36
感谢您的观看
THANKS
2024/3/26
37
26
电压型和电流型逆变电路
电压型逆变电路
电压型逆变电路的输出电压波形为矩 形波或正弦波，其特点是输出电压幅 值和频率可调，适用于对输出电压要 求较高的场合。
电流型逆变电路
电流型逆变电路的输出电流波形为矩 形波或正弦波，其特点是输出电流幅 值和频率可调，适用于对输出电流要 求较高的场合。
2024/3/26
工业自动化
应用于电机驱动、电源供 应、过程控制等领域，提 高生产效率和能源利用率 。
35
电力电子系统的发展趋势与挑战
发展趋势
电力电子技术重点王兆安第五版
实用标准文档第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（4）交流变交流 AC-AC ：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。
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：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。
2 电力电子器件一般都工作于开关状态，以减小本身损耗。
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。
如电力二极管。
根据驱动信号的性质分类文案大全实用标准文档（1 ）电流型器件：通过从控制端注入或管基极存在驱动电流 I G，NPN晶体管导抽出电流的方式来实现导通或关断的电通，产生集电极电流 I c2。
力电子器件。
如、、。
（3）集电极电流 I c2构成PNP的基极驱动SCR GTO GTR（2 ）电压型器件：通过在控制端和公共电流， PNP 导通，进一步放大产生 PNP 端之间施加一定电压信号的方式来实现集电极电流 I c1。
电力电子技术第五版(王兆安)课件
VS
漏抗对整流器换相的影响
漏抗的存在使得换相过程变得复杂，可能 导致换相失败或产生过大的换相过电压。
整流电路的谐波和功率因数
谐波
整流电路输出的非正弦波形含有丰富的谐波 成分，对电网和负载造成不良影响。
功率因数
整流电路的功率因数通常较低，因为谐波和 无功功率的存在使得视在功率大于有功功率 。提高功率因数的方法包括采用功率因数校 正电路和采用高功率因数的整流器等。
用效率。
交通运输
电动汽车、高铁、航空器等交 通工具的电力驱动系统大量采
用电力电子技术。
工业自动化
电机驱动、电源供应、自动化 控制等方面广泛应用电力电子
技术，提高生产效率。
信息技术
数据中心、云计算等领域需要 高效、可靠的电源供应，电力 电子技术发挥着重要作用。
课程目标与学习方法
课程目标
掌握电力电子技术的基本原理、分析方法、设计方法和实验 技能，具备从事电力电子技术应用和研究的初步能力。
电压型和电流型逆变电路
电压型逆变电路
电压型逆变电路以电压源作为输入，通过控制开关元 件的通断，得到所需的交流输出电压。其特点是输出 电压波形质量高，但需要较大的滤波电感。
电流型逆变电路
电流型逆变电路以电流源作为输入，通过控制开关元 件的通断，得到所需的交流输出电流。其特点是输出 电流波形质量高，但需要较大的滤波电容。
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW ERA
电力电子技术第五版(王兆
安)课件
• 电力电子技术概述 • 电力电子器件 • 整录
CONTENTS
01
电力电子技术概述
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
电力电子技术王兆安刘进军第五版机械工业出版社第四五章
（第一道题目标明题目，以便校对版本，后面都不标题目，自动1341）4-l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。
4-2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追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。
4-3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持点是：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。
而交流侧输出电压波形和相位则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，直流测电惑起缓冲无功能量的作用。
因为反馈无功能量时直流电流并不反向，因此不必像电压型逆变电路那样要给开关器件反并联二极管。
电力电子技术_王兆安_第五版习题答案
u2 O ud
t
O id O i2 O
Id
t
t
Id
t
②输出平均电压 Ud、电流 Id，变压器二次电流有效值 I2 分别为 Ud＝0.9 U2 cosα＝0.9×100×cos30°＝77.97（V） Id＝Ud/R＝77.97/2＝38.99（A） I2＝Id＝38.99（A） ③晶闸管承受的最大反向电压为： 2 U2＝100 2 ＝141.4（V） 考虑安全裕量，晶闸管的额定电压为： UN＝（2~3）×141.4＝283~424（V） 具体数值可按晶闸管产品系列参数选取。 流过晶闸管的电流有效值为： IVT＝Id∕ 2 ＝27.57（A） 晶闸管的额定电流为： IN＝（1.5~2）×27.57∕1.57＝26~35（A） 具体数值可按晶闸管产品系列参数选取。 5．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=30时，要求： ① 作出 ud、id 和 i2 的波形； ② 求整流输出平均电压 Ud、电流 Id，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。 解：①ud、id 和 i2 的波形如下图：
第四章逆变电路 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。 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 流波形为矩形波，并且与负载阻抗角无关。而交流侧输出电压波形和相位则因 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， 直流侧电感起缓冲无功能量的 作用。因为反馈无功能量时直流电流并不反向，因此不必像电压型逆变电路那 样要给开关器件反并联二极管。 5. 三相桥式电压型逆变电路，180°导电方式，Ud=100V。试求输出相电压的基 波幅值 UUN1m 和有效值 UUN1、输出线电压的基波幅值 UUV1m 和有效值 UUV1、输出 线电压中 5 次谐波的有效值 UUV5。 解：输出相电压的基波幅值为
电力电子技术第五王兆安课件全
电力电子技术的应
04
用
电力系统中的电力电子技术应用
直流输电系统
利用电力电子技术将交流电转换为直流电，提高输电效率。
交流输电系统
通过电力电子技术对交流电进行调制，以改善电力系统的稳定性。
配电系统
电力电子技术在配电系统中应用广泛，如固态开关、动态无功补偿 等。
功率场效应晶体管
也是一种全控型器件，具有高输入阻抗、低驱动功率、高开关频率等优点，适 用于电机控制、直-交变换器等领域。
电力电子电路拓扑
03
结构
单相整流电路
01
02
03
电路组成
单相整流电路主要由变压 器、整流器、滤波器等组 成。
工作原理
将交流电通过整流器转换 为直流电，再经过滤波器 滤除纹波，得到平稳的直 流电。
电路特点
结构简单，适用于小功率 场合。
三相整流电路
电路组成
三相整流电路主要由三相 电源、变压器、整流器、 滤波器等组成。
工作原理
将三相交流电通过整流器 转换为直流电，再经过滤 波器滤除纹波，得到平稳 的直流电。
电路特点
输出电流大，适用于大功 率场合。
逆变电路
电路组成
逆变电路主要由开关管、变压器 、整流器等组成。
特点
03
04
05
高效性：电力电子技术 能够实现对电能的精确 控制和优化，从而提高 电力系统的效率。
灵活性：电力电子设备 体积小、重量轻，方便 携带，适用于各种场合 。
可靠性：电力电子设备 采用固态器件，具有长 寿命、低维护等优点。
电力电子技术在电力系统中的应用
不间断电源（UPS）
电力电子技术王兆安第五版课后习题全部答案
电力电子技术2-1与信息电子电路中的二极管相比，电力二极管具有怎样的结构特点才使得其具有耐受高压和大电流的能力？答：1.电力二极管大都采用垂直导电结构，使得硅片中通过电流的有效面积增大，显著提高了二极管的通流能力。
2.电力二极管在P 区和N 区之间多了一层低掺杂N 区，也称漂移区。
低掺杂N 区由于掺杂浓度低而接近于无掺杂的纯半导体材料即本征半导体，由于掺杂浓度低，低掺杂N 区就可以承受很高的电压而不被击穿。
2-2. 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：uAK>0且uGK>0。
2-3. 维持晶闸管导通的条件是什么？怎样才能使晶闸管由导通变为关断？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。
要使晶闸由导通变为关断， 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。
2-4 图2-27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。
解：a) I d1=Im 2717.0)122(2Im )(sin Im 214≈+=⎰πωπππtI 1=Im 4767.021432Im )()sin (Im 2142≈+=⎰πϖπππwt d tb) I d2=Im 5434.0)122(2Im )(sin Im 14=+=⎰wt d t ππϖπI 2=Im6741.021432Im 2)()sin (Im 142≈+=⎰πϖπππwt d tc) I d3=⎰=20Im 41)(Im 21πωπt dI 3=Im 21)(Im 21202=⎰t d ωππ2-5上题中如果不考虑安全裕量,问100A 的晶阐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，允许的电流有效值I=157A,由上题计算结果知a) I m135.3294767.0≈≈IA, I d1≈0.2717I m1≈89.48A b) I m2,90.2326741.0A I≈≈I d2A I m 56.1265434.02≈≈c) I m3=2I=314 I d3=5.78413=m I2-6 GTO 和普通晶闸管同为PNPN 结构,为什么GTO 能够自关断,而普通晶闸管不能?答：GTO 和普通晶阐管同为PNPN 结构，由P1N1P2和N1P2N2构成两个晶体管V1、V2，分别具有共基极电流增益1α和2α，由普通晶阐管的分析可得，121=+αα是器件临界导通的条件。
电力电子技术第五版(王兆安)课件_全
21/21
学习目标
初级目标：掌握常用电力 电子器件工作原理、基本 电路及控制方法。 中级目标：能利用上述知 识进行简单电力电子装置 设计与开发。 高级目标：综合利用所学 知识，设计满足生产实际 需要的电力电子装置。
学习方法
在掌握电力电子器件和基 本电路结构的基础上，利 用分段线性分析方法，熟 悉电路中主要器件工作波 形。 充分利用教学实验，验证 电路工作原理和相关器件 工作波形。 发挥现代电力电子仿真软 件的作用，加强对本课程 的感性认识。
22/21
第2章 电力电子器件
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 电力电子器件概述 不可控器件——电力二极管 半控型器件——晶闸管 典型全控型器件 其他新型电力电子器件 功率集成电路与集成电力电子模块 本章小结
引言
■模拟和数字电子电路的基础
——晶体管和集成电路等电子器件 电力电子电路的基础 ——电力电子器件
10/21
1.2 电力电子技术的发展史
◆全控型器件和电力电子集成电路（PIC） ☞70年代后期，以门极可关断晶闸管（GTO）、电力双极型晶体管 （BJT）和电力场效应晶体管（Power-MOSFET）为代表的全控型器 件迅速发展。 全控型器件的特点是，通过对门极（基极、栅极）的控制既可使其 开通又可使其关断。 ☞采用全控型器件的电路的主要控制方式为脉冲宽度调制（PWM） 方式。相对于相位控制方式，可称之为斩波控制方式，简称斩控方式。 ☞在80年代后期，以绝缘栅极双极型晶体管（IGBT）为代表的复 合型器件异军突起。它是MOSFET和BJT的复合，综合了两者的优 点。 与此相对，MOS控制晶闸管（MCT）和集成门极换流晶闸管 （IGCT）复合了MOSFET和GTO。
电力电子技术(王兆安第5版)课后习题答案
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？怎样才能使晶闸管由导通变为关断？ 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。
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。
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。
002π2π2ππππ4π4π25π4a)b)c)图1-430图1-43 晶闸管导电波形解：a) I d1=π21⎰ππωω4)(sin t td I m =π2mI (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 =πmI (122+)≈0.5434 I m I 2 =⎰ππωωπ42)()sin (1t d t I m =22mI π2143+≈0.6741I m c) I d3=π21⎰20)(πωt d I m =41I m I 3 =⎰202)(21πωπt d I m =21I m4. 上题中如果不考虑安全裕量,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，允许的电流有效值I =157A ，由上题计算结果知a) I m1≈4767.0I≈329.35， I d1≈0.2717 I m1≈89.48 b) I m2≈6741.0I≈232.90,I d2≈0.5434 I m2≈126.56 c) I m3=2 I = 314,I d3=41 I m3=78.55. GTO 和普通晶闸管同为PNPN 结构，为什么GTO 能够自关断，而普通晶闸管不能？答：GTO 和普通晶闸管同为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，由普通晶闸管的分析可得，1α+2α=1是器件临界导通的条件。
电力电子技术_王兆安第五版_第4章
➢ 输出线电压波形和负载性质有关，若有电感，因 电感的作用，每次换相时会产生电压冲击。
（2）串联二极管式晶闸管逆变电路
（串联二极管式晶 闸管逆变电路）
①主要用于中大功率交 流电动机调速系统。 ②电流型三相桥式逆 变电路，输出波形与 全控型器件时一样。
（1）电路结构
①用④阻载② 载来③ 联 确4并电抗个采电限C应谐联压，桥和用压制称振谐波谐臂L负（晶之式振形波、，载呈闸为逆回接在R每换容管容变构路近负桥相性开性电成对正载臂方）通小路并基弦上晶式。时失（联波波产闸，的谐但谐呈。生管要d负最振高的i各/求载d终电阻压t串负）负路抗降联载载，，很一电仍故对小个流略此谐，电略显电波因抗超容路呈此器前性称低负L于T，为，负并准
③各桥臂的晶闸管和 二极管串联使用。
④ 120°导电工作方式
⑤强迫换流方式，电 容C1~C6为换流电容。
重点分析：换流过程（因电容C，强迫换流）
➢电容器充电规律：对共阳极 晶闸管，它与导通晶闸管相 连一端极性为正，另一端为 负，不与导通晶闸管相连的 电容器电压为零
➢等效换流电容概念：分析从 VT1向VT3换流时，C13就是 C3与C5串联后再与C1并联的 等效电容.
※两个重要参数：
触发引前时间 :
t=t+ tb io超前于uo的 时间 :
t = t / 2 + tb
即为功率因数角。
4.3.2 三相电流型逆变电路（桥式）
（1）采用全控型器件GTO
基本工作方式是1200导电方式：每个臂一周期内 导电1200，每时刻上下桥臂组各有一个臂导通， 为横向换流。
三相电流型逆变输出特性（全控型器件）：
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
4.1 换流方式 4.2 电压型逆变电路 4.3 电流型逆变电路 4.4 多重逆变电路和多电平逆变电路
本章小结
引言
■逆变的概念 ◆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，本章主要讲述无源逆变。
■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。
■逆变电路的主要应用 ◆各种直流电源，如蓄电池、干电池、太阳能电池等。 ◆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。
2/47
4.1 换流方式
4.1.1 逆变电路的基本工作原理 4.1.2 换流方式分类
3/47
4.1.1 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
◆工作原理 ☞设开关器件V1和V2的栅极信号在一
个周期内各有半周正偏，半周反偏，且二 者互补。
☞输出电压uo为矩形波，其幅值为 Um=Ud/2。
☞电路带阻感负载，t2时刻给V1关断信 号，给V2开通信号，则V1关断，但感性负 载中的电流io不能立即改变方向，于是VD2 导通续流，当t3时刻io降零时，VD2截止， V2开通，io开始反向，由此得出如图所示 的电流波形。
☞图4-2a是基本的负载换流逆变电路，整 个负载工作在接近并联谐振状态而略呈容性， 直流侧串大电感，工作过程可认为id基本没 有脉动。
√负载对基波的阻抗大而对谐波的阻抗小， 所以uo接近正弦波。
√注意触发VT2、VT3的时刻t1必须在uo过 零前并留有足够的裕量，才能使换流顺利完 成。
6/47
4.1.2 换流方式分类
◆器件换流和强迫换流属于自换流，电网换流和负载换流属于外部换流。
◆当电流不是从一个支路向另一个支路转移，而是在支路内部终止流通而
变为零，则称为熄灭。
8/47
4.2 电压型逆变电路
4.2.1 单相电压型逆变电路 4.2.2 三相电压型逆变电路
9/47
4.2 电压型逆变电路·引言
■根据直流侧电源性质的不同，可以分为两类 ◆电压型逆变电路：直流侧是电压源。 ◆电流型逆变电路：直流侧是电流源。
☞利用全控型器件的自关断能力进行换流。 ☞在采用IGBT 、电力MOSFET 、GTO 、GTR等全控 型器件的电路中的换流方式是器件换流。 ◆电网换流（Line Commutation） ☞电网提供换流电压的换流方式。 ☞将负的电网电压施加在欲关断的晶闸管上即可使其关 断。不需要器件具有门极可关断能力，但不适用于没有 交流电网的无源逆变电路。
5/47
4.1.2 换流方式分类
◆负载换流（Load Commutation）
☞由负载提供换流电压的换流方式。
uo
uo a)
io
O
ωt
io
i
iVT1 iVT4
O i
iVT2 iVT3
ωt
O uVT
O
t1
u VT1
u
VT4
ωt
ωt
b) 图4-2 负载换流电路及其工作波形
☞负载电流的相位超前于负载电压的场合， 都可实现负载换流，如电容性负载和同步电 动机。
4.2.1 单相电压型逆变电路
a)
o
Um
O
t
-Um
io
O
t3 t1 t 2
t4
t5 t6
t
ON
V1 V 2
V1 V2
VD1 VD 2 VD 1 VD2 b)
图4-6 单相半桥电压型逆
变电路及其工作波形
■半桥逆变电路 ◆在直流侧接有两个相互串联的足够大
的电容，两个电容的联结点便成为直流电 源的中点，负载联接在直流电源中点和两 个桥臂联结点之间。
◆强迫换流（Forced Commutation） ☞设置附加的换流电路，给欲关断的晶闸管强
迫施加反压或反电流的换流方式称为强迫换流。 ☞通常利用附加电容上所储存的能量来实现，
因此也称为电容换流。 ☞分类 √直接耦合式强迫换流：由换流电路内电容
直接提供换流电压。 √电感耦合式强迫换流：通过换流电路内的
第二个半周期内关断，注意两图中电容所充的电压极性不同。 √在这两种情况下，晶闸管都是在正向电流减至零且二极管开始流过电流时
关断，二极管上的管压降就是加在晶闸管上的反向电压。 √也叫电流换流。
■换流方式总结
图4-4 电感耦合式强迫换流原理图
◆器件换流只适用于全控型器件，其余三种方式主要是针对晶闸管而言的。
◆ 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。
u o
S1 io 负载 S3
Ud
S2
uo S4
io
t1 t2
t
a)
b)
图4-1 逆变电路及其波形举例
◆当开关S1、S4闭合，S2、S3断开时，负载电压uo为正；当开关S1、S4断开， S2、S3闭合时，uo为负，这样就把直流电变成了交流电。
电容和电感的耦合来提供换流电压或换流电流。 ☞直接耦态时，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。
图4-3 直接耦合式 强迫换流原理图
7/47
4.1.2 换流方式分类
☞电感耦合式强迫换流 √图4-4a中晶闸管在LC振荡第一个半周期内关断，图4-4b中晶闸管在LC振荡
■电压型逆变电路的特点 ◆直流侧为电压源或并联大电容，直流侧电压基本无脉动。 ◆由于直流电压源的钳位作用，输出电压为矩形波，输出电流因负
载阻抗不同而不同。 ◆阻感负载时需提供无功功率，为了给交流侧向直流侧反馈的无功
能量提供通道，逆变桥各臂并联反馈二极管。
图4-5 电压型逆变电路举例（全桥逆变电路）
10/47
11/47
4.2.1 单相电压型逆变电路
☞V1或V2通时，io和uo同方向， 直流侧向负载提供能量；VD1或 VD2通时，io和uo反向，电感中贮 能向直流侧反馈。VD1、VD2称为 反馈二极管,它又起着使负载电流 连续的作用，又称续流二极管。
◆改变两组开关的切换频率，即可改变输出交流电的频率。 ◆电阻负载时，负载电流io和uo的波形相同，相位也相同。 ◆阻感负载时，io相位滞后于uo，波形也不同。
4/47
4.1.2 换流方式分类
■换流 ◆电流从一个支路向另一个支路转移的过程，也称为换相。 ◆研究换流方式主要是研究如何使器件关断。
■换流方式分为以下几种 ◆器件换流（Device Commutation）