第10章機電傳動

1、第十章第十章 電力電子學電力電子學晶閘管及其基本電路晶閘管及其基本電路 學習要求學習要求: 掌握晶閘管的基本工作原理、特性和主要參數(shù)的含義掌握晶閘管的基本工作原理、特性和主要參數(shù)的含義； 掌握幾種單相和三相基本可控整流電路的工作原理及特點掌握幾種單相和三相基本可控整流電路的工作原理及特點； 熟悉逆變器的基本工作原理、用途和控制熟悉逆變器的基本工作原理、用途和控制； 前前 言言 電力（強）電子學電力（強）電子學電力半導體器件電力半導體器件 微（弱）電子學微（弱）電子學集成電路集成電路 半導體器件半導體器件 電力電子學的任務： 利用電力半導體器件和線路來實現(xiàn)電功率的變換和控制。 電力半導體器件電力

2、半導體器件 弱電弱電強電強電 不可控型開關器件 普通晶閘管 雙向晶閘管 半可控型開關器件 逆導晶閘管 光控晶閘管 電力半導體器件 可關斷晶閘管GTO 電力晶體管GTR 全可控型開關器件 電力場效應晶體管FET 絕緣柵型雙極性晶體管IGBT 晶閘管（晶閘管（Silicon Controlled Rectifier 簡稱簡稱SCR）是在）是在60年代發(fā)展起來的一種年代發(fā)展起來的一種 新型電力半導體器件，晶閘管的出現(xiàn)起到了弱電控制與強電輸出之間的橋梁作用。新型電力半導體器件，晶閘管的出現(xiàn)起到了弱電控制與強電輸出之間的橋梁作用。 優(yōu)點優(yōu)點 ： (1) 用很小的功率用很小的功率(電流約幾十毫安一百多毫安

3、，電壓約電流約幾十毫安一百多毫安，電壓約24V)可以控制較大的功率可以控制較大的功率 (電流自幾十安幾千安，電壓自幾百伏幾千伏電流自幾十安幾千安，電壓自幾百伏幾千伏)，功率放大倍數(shù)可以達到幾十萬倍；，功率放大倍數(shù)可以達到幾十萬倍； (2) 控制靈敏、反應快，晶閘管的導通和截止時間都在微秒級；控制靈敏、反應快，晶閘管的導通和截止時間都在微秒級； (3) 損耗小、效率高，晶閘管本身的壓降很小損耗小、效率高，晶閘管本身的壓降很小(僅僅1V左右左右)，總效率可達，總效率可達97.5%，而一，而一 般機組效率僅為般機組效率僅為85%左右；左右； (4) 體積小、重量輕。體積小、重量輕。 缺點：缺點： (

4、1) 過載能力弱，在過電流、過電壓情況下很容易損杯，要保證其可靠工作，在控制過載能力弱，在過電流、過電壓情況下很容易損杯，要保證其可靠工作，在控制 電路中要采取保護措施，在選用時，其電壓、電流應適當留有余量；電路中要采取保護措施，在選用時，其電壓、電流應適當留有余量； (2) 抗干擾能力差，易受沖擊電壓的影響，當外界干擾較強時，容易產(chǎn)生誤動作；抗干擾能力差，易受沖擊電壓的影響，當外界干擾較強時，容易產(chǎn)生誤動作； (3) 導致電網(wǎng)電壓波形畸變，高次諧波分量增加，干擾周圍的電氣設備；導致電網(wǎng)電壓波形畸變，高次諧波分量增加，干擾周圍的電氣設備； (4) 控制電路比較復雜，對維修人員的技術水平要求高。

5、控制電路比較復雜，對維修人員的技術水平要求高。 在實踐中，應該充分發(fā)揮晶閘管有利的一面，同時采取必要措施消除其不利的一面。在實踐中，應該充分發(fā)揮晶閘管有利的一面，同時采取必要措施消除其不利的一面。 目前，采用晶閘管作為整流放大元件組成的晶閘管控制系統(tǒng)，獲得越來越廣泛的應用。目前，采用晶閘管作為整流放大元件組成的晶閘管控制系統(tǒng)，獲得越來越廣泛的應用。 10.1 晶閘管晶閘管 晶閘管是在半導體二極管、三極管之后發(fā)現(xiàn)的一種新型的大功率半導體器件，它是一晶閘管是在半導體二極管、三極管之后發(fā)現(xiàn)的一種新型的大功率半導體器件，它是一 種可控制的硅整流元件，亦稱可控硅。種可控制的硅整流元件，亦稱可控硅。 一、

6、晶閘管的結構和符號一、晶閘管的結構和符號 晶閘管的外形和結構圖分別如圖所示晶閘管的外形和結構圖分別如圖所示 ： 其中：其中：A陽極，陽極，K陰極，陰極，G控制極?？刂茦O。 結構示意圖結構示意圖表示符號表示符號 4層半導體層半導體(P1、N1、P2、N2)，3個個PN結結 二、晶閘管的工作原理二、晶閘管的工作原理 實驗電路實驗電路如圖（如圖（a）所示，主電路加上交流電壓）所示，主電路加上交流電壓u2，控制極電路接入，控制極電路接入Eg，在，在t1 瞬間合瞬間合 上開關上開關S，在，在t4 瞬間拉開開關瞬間拉開開關S，則，則u2、ug和電阻上和電阻上RL的電壓的電壓ud的波形關系如圖（的波形關系如

7、圖（b）所示。）所示。 （1）在）在0t1之間之間: 開開 關關S未合上，未合上，ug=0，盡管，盡管 uAK0，但，但ud=0，即晶閘，即晶閘 管未導通；管未導通； （2）在）在t 1t2之間 之間 : uAK0 ，由于開關，由于開關S合上，合上， 使使ug0，而，而 ， 即即 晶閘管導通；晶閘管導通； （3）在）在 t2t3 之間，之間， uAK0，但，但 ud=0，即晶閘管關斷；，即晶閘管關斷； （4）在）在 t3t4 之間，之間， uAK0，這時，這時ug0 ,而而 ，所以，晶閘管又導通；，所以，晶閘管又導通； 2 uud （5）當）當 t=t4 時，時， ug=0 ，但，但uAK0

8、， ，即晶閘管仍處于導通狀態(tài)；，即晶閘管仍處于導通狀態(tài)； 2 uud 2 uud （6）當）當 t=t5 時，時， uAK=0 ， ug=0 ，而，而ud=0，即晶閘管關斷，晶閘管處于阻斷狀態(tài)。，即晶閘管關斷，晶閘管處于阻斷狀態(tài)。 綜上所述可得出以下結論：綜上所述可得出以下結論： （1）起始時若控制極不加電壓，則不論陽極加正向電壓還是反向電壓，晶閘管均不）起始時若控制極不加電壓，則不論陽極加正向電壓還是反向電壓，晶閘管均不 導通，這說明晶閘管具有正、反向阻斷能力；導通，這說明晶閘管具有正、反向阻斷能力； （2）晶閘管的陽極和控制極同時正向電壓時晶閘管才能導通，這是晶閘管導通必須）晶閘管的陽極和

9、控制極同時正向電壓時晶閘管才能導通，這是晶閘管導通必須 同時具備的兩個條件；正向電壓同時具備的兩個條件；正向電壓+控制電壓控制電壓 （3）在晶閘管導通之后，其控制極就失去控制作用，欲使晶閘管恢復阻斷狀態(tài)，必）在晶閘管導通之后，其控制極就失去控制作用，欲使晶閘管恢復阻斷狀態(tài)，必 須把陽極正向電壓降低到一定值（或斷開，或反向）。須把陽極正向電壓降低到一定值（或斷開，或反向）。 晶閘管的晶閘管的PN結可通過幾十安結可通過幾十安幾千安的電流，因此，它是一種大功率的半導體器件，幾千安的電流，因此，它是一種大功率的半導體器件， 由于晶閘管導通時，相當于兩只三極管飽和導通，由于晶閘管導通時，相當于兩只三極管

10、飽和導通，因此，因此，陽極與陰極間的管壓降為陽極與陰極間的管壓降為1V左左 右，右，而電源電壓幾乎全部分配在負載電阻上。而電源電壓幾乎全部分配在負載電阻上。 三、晶閘管的伏安特性三、晶閘管的伏安特性 晶閘管陽極對陰極的電壓和流過晶閘管的電流之間的關系稱為晶閘管的伏安特性。晶閘管陽極對陰極的電壓和流過晶閘管的電流之間的關系稱為晶閘管的伏安特性。 正向正向( uAK 0 ) 正向阻斷狀態(tài)正向阻斷狀態(tài): 當當ug=0， uAK 0， uAK 0，晶閘管導通，其電流的大小由負載，晶閘管導通，其電流的大小由負載 決定，陽極和陰極間的管壓降很小。決定，陽極和陰極間的管壓降很小。 反向反向( uAK 0 )

11、 反向截止狀態(tài)反向截止狀態(tài): 當當 uAK URSM ，元件中有很小的反向電流（反向，元件中有很小的反向電流（反向 漏電流）流過，處于截止狀態(tài)。漏電流）流過，處于截止狀態(tài)。 反向擊穿反向擊穿：當：當 uAK =URSM ，晶閘管突然由反向截止狀態(tài)轉化為導通，晶閘管突然由反向截止狀態(tài)轉化為導通 狀狀 態(tài)。態(tài)。 URSM稱為稱為反向不重復峰值電壓反向不重復峰值電壓，或用，或用UBR表示稱表示稱反向擊穿電壓反向擊穿電壓。 四、晶閘管的主要參數(shù)四、晶閘管的主要參數(shù) 為了正確選用晶閘管元件，必須要了解它的主要參數(shù)，一般在產(chǎn)品目錄上給出了參數(shù)為了正確選用晶閘管元件，必須要了解它的主要參數(shù)，一般在產(chǎn)品目錄上

12、給出了參數(shù) 的平均值或極限值，產(chǎn)品合格證上標有元件的實測數(shù)據(jù)。的平均值或極限值，產(chǎn)品合格證上標有元件的實測數(shù)據(jù)。 1. 斷態(tài)重復峰值電壓斷態(tài)重復峰值電壓UDRM 晶閘管正向阻斷狀態(tài)下，可以重復加在晶閘管陽極和陰極兩端的正向峰值電壓晶閘管正向阻斷狀態(tài)下，可以重復加在晶閘管陽極和陰極兩端的正向峰值電壓 。 UDRM=UDSM -100 在選擇晶閘管時還要考慮留有足夠的余量，一般：在選擇晶閘管時還要考慮留有足夠的余量，一般： 晶閘管的晶閘管的UDRM 應等于所承受的正應等于所承受的正 向電壓的（向電壓的（23）倍。）倍。 2. 反向重復峰值電壓反向重復峰值電壓URRM 晶閘管反向截止狀態(tài)下，可以重復

13、加在晶閘管陽極和陰極兩端的反向峰值電壓晶閘管反向截止狀態(tài)下，可以重復加在晶閘管陽極和陰極兩端的反向峰值電壓 。 URRM=URSM -100 3. 額定通態(tài)平均電流（額定電流）額定通態(tài)平均電流（額定電流）IT 在環(huán)境溫度不大于在環(huán)境溫度不大于40度的標準散熱及全導通的條件下，晶閘管元件可以連續(xù)通過的工度的標準散熱及全導通的條件下，晶閘管元件可以連續(xù)通過的工 頻正弦半波電流（在一個周期內）平均值，稱為額定通態(tài)頻正弦半波電流（在一個周期內）平均值，稱為額定通態(tài)平均電流，平均電流，簡稱為額定電流。簡稱為額定電流。 4. 維持電流維持電流 IH 在規(guī)定的環(huán)境溫度和控制極斷路時，維持元件繼續(xù)導通的最小電

14、流稱在規(guī)定的環(huán)境溫度和控制極斷路時，維持元件繼續(xù)導通的最小電流稱維持電流維持電流。一。一 般為幾般為幾mA一百多一百多mA 五 、型號和含義 六、如何判別管子的好壞 利用萬用表的歐姆擋來識別管腳和判別 管子好壞的辦 法。 常規(guī)快速 晶閘管 高頻 晶閘管 包括所有為快速應用而設計的晶閘管 與普通晶閘管相比 快速 晶閘管關斷時間為數(shù)十微秒 高頻 晶閘管關斷時間為10s左右 電壓和電流定額不易做高 應用于400Hz和10kHz以上的斬波或逆變電路中 1.快速晶閘管快速晶閘管 10.1.2 其他電力半導體器件其他電力半導體器件 2.雙向晶閘管雙向晶閘管 是一對反并聯(lián)結的普通晶閘管的集成。 有兩個主電極

15、MT1和MT2，一個門極G。 門極使器件在主電極的正反兩方向均可觸發(fā)導通。 不用平均值而用有效值來表示其額定電流值。 I U 0 I =0 G A K G 3.逆導晶閘管逆導晶閘管 是將晶閘管反并聯(lián)一個二極管制作在 同一管芯上的功率集成器件。 不具有承受反向電壓的能力，一旦承 受反向電壓即開通。 與普通晶閘管相比 正向壓降小 關斷時間短 高溫特性好 額定電流 晶閘管電流 反并聯(lián)的二極管的電流 圖 1-11 雙向晶閘管 a) 電氣圖形符號 b) 伏安特性 a)b) LTT 是一種利用一定波長的光照信號觸發(fā)導通的晶閘管， 當陽極有正向電壓時，中間的J2被反向偏置，當光照在 J2時，漏電流增大，在晶

16、閘管內正反饋作用下，晶閘管 由斷態(tài)轉為通態(tài)。 4.光控晶閘管光控晶閘管 1. G1. G極可控制元件導通與關斷極可控制元件導通與關斷 （不同極性正負脈沖或電平）（不同極性正負脈沖或電平） 2.2.觸發(fā)電流觸發(fā)電流(20mA)(20mA)比普通晶閘比普通晶閘 管大管大(30uA(30uA） 3.3.動態(tài)特性好（關斷動態(tài)特性好（關斷1us1us）而晶）而晶 閘管需（閘管需（5-30us5-30us） 4.4.應用直流調壓和開關電路應用直流調壓和開關電路。 5.門極可關斷晶閘管門極可關斷晶閘管GTO 全控型開關器件 6.電力晶體管電力晶體管 耐高電壓、大電流的晶體管 與普通的晶體管基本原理是一樣的。

17、 主要特性是耐壓高、電流大、開關特性好。 通常采用至少由兩個晶體管按達林頓接法組成的 單元結構。 采用集成電路工藝將許多這種單元并聯(lián)而成 。 單個的GTR的值比處理信息用的晶體管還小，采用達林頓接 法可以使電流增益增大至幾百到幾千，很小的外加驅動電流（基 級電流）即可控制幾千倍的集電極電流 10.2 單相可控整流電路單相可控整流電路 整流將交流電變?yōu)橹绷麟姷倪^程；整流將交流電變?yōu)橹绷麟姷倪^程； 整流電路將交流電變?yōu)橹绷麟姷碾娐?；整流電路將交流電變?yōu)橹绷麟姷碾娐罚徽?整流 單相單相 三相三相 全控 半控 全控 半控 10.2.1 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路 u2輸入電壓輸入電壓

18、； ud輸出電壓輸出電壓 ； 控制角控制角 ；晶閘管元件承晶閘管元件承 受正向電壓起始點到觸發(fā)受正向電壓起始點到觸發(fā) 脈沖的作用點之間的電角脈沖的作用點之間的電角 度。度。 導通角導通角 ；是晶閘管在一是晶閘管在一 周期時間內導通的電角度。周期時間內導通的電角度。 對單相半波可控整流電路：對單相半波可控整流電路： 的的范范圍圍 0 0 一、帶電阻性負載的可控整流電路一、帶電阻性負載的可控整流電路 2 1 450 2 cos R U . R U I d d 2 1 4502 2 1 22 cos U.)t(tdsinUUd tsinUu 22 2 輸入電壓輸入電壓：負載電壓負載電壓： 負載電流負

19、載電流： 晶閘管承受的最大正反向電壓晶閘管承受的最大正反向電壓： 2 2U 三、續(xù)流二極管的作用三、續(xù)流二極管的作用 T8-9.SWF 為了提高大電感負載時的單相半為了提高大電感負載時的單相半 波可控整流電路整流輸出平均電壓，波可控整流電路整流輸出平均電壓， 可采取負載兩端并聯(lián)一只二極管措施，可采取負載兩端并聯(lián)一只二極管措施， 如圖所示。如圖所示。 ddVS II 2 ddv II 2 2 晶閘管電流平均值：晶閘管電流平均值： 續(xù)流二極管的電流平均值：續(xù)流二極管的電流平均值： 10.2.2 單相半控橋式整流電路單相半控橋式整流電路 晶閘管組成的半控橋式整流電路，如圖所示。晶閘管組成的半控橋式整

20、流電路，如圖所示。 (a) 單相橋式整流電路 (b)電阻性負載時的電壓電流波形 1. 電阻性負載電阻性負載 2 1 90 2 1 2 2 cos U. )t(tdsinUUd 2 1 90 2 cos R U . R U I d d 負載電壓負載電壓： 負載電流負載電流： 晶閘管承受的最大正反向電壓晶閘管承受的最大正反向電壓： 2 2U 2. 電感性負載電感性負載 如圖所示半控橋式整流電路在電感性負如圖所示半控橋式整流電路在電感性負 載時采用加接續(xù)流二極管的措施。載時采用加接續(xù)流二極管的措施。 有了續(xù)流二極管，當電源電壓降到有了續(xù)流二極管，當電源電壓降到 零時，負載電流流經(jīng)續(xù)流二極管，晶閘零時

21、，負載電流流經(jīng)續(xù)流二極管，晶閘 管因電流為零而關斷管因電流為零而關斷. 流過每只晶閘管平均電流：流過每只晶閘管平均電流：d I 2 流過續(xù)流二極管的平均電流：流過續(xù)流二極管的平均電流： d I 2. 電感性負載電感性負載 如圖所示半控橋式整流如圖所示半控橋式整流 電路在電感性負載時，可以電路在電感性負載時，可以 不加續(xù)流二極管不加續(xù)流二極管。T8- 這是因為在電源電壓過零時，這是因為在電源電壓過零時， 電感中的電流通過電感中的電流通過V1和和V2形成形成 續(xù)流，確保續(xù)流，確保VS1或或VS2可靠關斷，可靠關斷， 這樣也就不會出現(xiàn)失控現(xiàn)象。這樣也就不會出現(xiàn)失控現(xiàn)象。 流過每只晶閘管平均電流：流過

22、每只晶閘管平均電流： d I 2 流過二極管的平均電流流過二極管的平均電流 ：ddv II 2 2 為了節(jié)省晶閘管元件，還可采用如圖所示的接線，它由四只整流二極管組成為了節(jié)省晶閘管元件，還可采用如圖所示的接線，它由四只整流二極管組成 單相橋式電路，將交流電整流成脈動的直流電，然后用一只晶閘管進行控制，改單相橋式電路，將交流電整流成脈動的直流電，然后用一只晶閘管進行控制，改 變晶閘管的控制角，即可改變其輸出電壓。變晶閘管的控制角，即可改變其輸出電壓。 a. 負載兩端的電壓平均值比電阻性負載時高負載兩端的電壓平均值比電阻性負載時高 b. 負載電流平均值比電阻性負載時低負載電流平均值比電阻性負載時低

23、 R EU I d d 3.反電勢負載反電勢負載 當整流電路輸出接有電勢負載時當整流電路輸出接有電勢負載時,只有當只有當電源電源的瞬時值大于反電勢電源電源的瞬時值大于反電勢，同，同 時又有觸發(fā)脈沖時，晶閘管才能導通，整流電路才有電流輸出，在時又有觸發(fā)脈沖時，晶閘管才能導通，整流電路才有電流輸出，在晶閘管關斷的晶閘管關斷的 時間內，負載上保留原有的反電勢。時間內，負載上保留原有的反電勢。 因為導通角小，導電時間短，回路電阻小，所以，電流的因為導通角小，導電時間短，回路電阻小，所以，電流的幅值與平均值幅值與平均值之比之比 值相當大，晶閘管元件工作條件差，晶閘管必須降低電流定額使用。值相當大，晶閘管

24、元件工作條件差，晶閘管必須降低電流定額使用。 另外，對于直流電動機來說整流子換向電流大，易產(chǎn)生火花，對于電源則因另外，對于直流電動機來說整流子換向電流大，易產(chǎn)生火花，對于電源則因 電流有效值大，要求的容量也大，因此，對于大容量電動機或蓄電池負載，常常電流有效值大，要求的容量也大，因此，對于大容量電動機或蓄電池負載，常常 串聯(lián)電抗器，用以平滑電流的脈動，如圖所示。串聯(lián)電抗器，用以平滑電流的脈動，如圖所示。 例例10.1 欲裝一臺白熾燈泡調光電路，需要可調的直流電源，調節(jié)范圍：電壓欲裝一臺白熾燈泡調光電路，需要可調的直流電源，調節(jié)范圍：電壓 U0=0V180V,電流電流I0=010A?，F(xiàn)采用單相半

25、控橋式整流電路，試求最大輸入交流?，F(xiàn)采用單相半控橋式整流電路，試求最大輸入交流 電壓和電流有效值，并選擇整流元件。電壓和電流有效值，并選擇整流元件。 解解: 設在晶閘管導通角設在晶閘管導通角為為(控制角為控制角為0 )時輸出電壓值為最大（時輸出電壓值為最大（180V），）， 則對則對 應的應的輸入交流電壓有效值輸入交流電壓有效值為最大。為最大。 V . U U200 90 180 90 0 實際上還要考慮實際上還要考慮電網(wǎng)電壓波動電網(wǎng)電壓波動、管壓降管壓降以及以及導通角導通角常常到不了常常到不了1800 ，交流電壓，交流電壓 要比上述計算而得到的值適當加大要比上述計算而得到的值適當加大10%左

26、右，即大約為左右，即大約為220V。因此，在本例中。因此，在本例中 可以不用整流變壓器，直接接到可以不用整流變壓器，直接接到220V的交流電源上。的交流電源上。 2 1 90 2 1 2 2 cos U. )t(tdsinUUd 交流電流有效值交流電流有效值 ： A. A V V R U I L 212 10 180 220 晶閘管所承受的最大正向電壓、最大反向電壓和二極管所承受的最大反向電壓晶閘管所承受的最大正向電壓、最大反向電壓和二極管所承受的最大反向電壓 相等，即：相等，即： VV.UUU RMFM 3102204112 流過晶閘管和二極管的平均電流流過晶閘管和二極管的平均電流 ： A

27、A III VVS 5 2 10 2 1 0 10.3 三相可控整流電路三相可控整流電路 10.3.1 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路 三相半波可控整流電路圖如圖所示。三相半波可控整流電路圖如圖所示。 自然換相點：自然換相點：0 時時：當當01 . 觸發(fā)相序：觸發(fā)相序：AB C 觸發(fā)脈沖的相位：觸發(fā)脈沖的相位：1200 PPd U.)t(tdsinUU 2 65 6 2 1712 3 2 1 設輸入電壓為：設輸入電壓為： tsinUu PA 2 2 cosU. )t(tdsinUU P )( )( Pd 2 65 6 2 171 2 3 2 1 時：時：當當 6 02 . 時時當當

28、6 5 6 3 . 3 301 171 2 3 2 1 0 2 6 2 cos U. )t(tdsinUU P )( Pd 可能承受的最大反向電壓為可能承受的最大反向電壓為： P U22 PP UU 22 632 當晶閘管沒有觸發(fā)信號時，晶閘管承受的最大正向電壓為當晶閘管沒有觸發(fā)信號時，晶閘管承受的最大正向電壓為: 5 4. 6 當時0 d U 由于電感大，電流脈動小， 可以近為一條直線 三相半波整流電路帶感性負載的情況， 10.3.4三相橋式全控整流電路 共陽極組全控整流電路共陽極組全控整流電路 共陰極組全控整流電路共陰極組全控整流電路 共陽極和共陰極串聯(lián)的可控整流電路 三相橋式全控整流電路

29、（次級組共有一個繞組） 10.4 逆變器逆變器 利用晶閘管電路把直流電變成交流電，這種對應于整流利用晶閘管電路把直流電變成交流電，這種對應于整流 的的逆向過程逆向過程，稱之為逆變，把直流電變成交流電的裝置，叫做，稱之為逆變，把直流電變成交流電的裝置，叫做 逆變器逆變器。 變流器交流側接到負載，把直變流器交流側接到負載，把直 流電逆變?yōu)槟骋活l率或可變頻流電逆變?yōu)槟骋活l率或可變頻 率的交流電供給負載率的交流電供給負載 逆變逆變 無源逆變無源逆變 變流器變流器的交流側接到交流電源的交流側接到交流電源 上，把直流電逆變?yōu)橥l率的上，把直流電逆變?yōu)橥l率的 交流電反饋到電網(wǎng)去交流電反饋到電網(wǎng)去 10.4

30、 逆變器逆變器 利用晶閘管電路把直流電變成交流電，這種對應于整流的利用晶閘管電路把直流電變成交流電，這種對應于整流的逆向過程逆向過程，稱之，稱之 為逆變，把直流電變成交流電的裝置，叫做為逆變，把直流電變成交流電的裝置，叫做逆變器逆變器。 變流器交流側接到負載，把直流電逆變?yōu)槟骋活l變流器交流側接到負載，把直流電逆變?yōu)槟骋活l 率或可變頻率的交流電供給負載率或可變頻率的交流電供給負載 逆變逆變 無源逆變無源逆變 變流器變流器的交流側接到交流電源上，把直流電逆變?yōu)榈慕涣鱾冉拥浇涣麟娫瓷希阎绷麟娔孀優(yōu)?同頻率的交流電反饋到電網(wǎng)去同頻率的交流電反饋到電網(wǎng)去 一、無源逆變電路的工作原理一、無源逆變電路的工

31、作原理 無源逆變器的工作原理，可以用如圖所示的開關電路來說明。無源逆變器的工作原理，可以用如圖所示的開關電路來說明。 1. 無源逆變器的簡單工作原理無源逆變器的簡單工作原理 絕大多數(shù)逆變器都采用全控型的電力半導體器件，中 功率逆變器多采IGBT，大功率多采用GTO，小功率則 采用PMOSFET；輸出頻率比較低的用GTO， 輸出 頻率較高的用GTR、PMODFET、IGBT。 電感性負載 2.單相晶閘管橋式逆變器單相晶閘管橋式逆變器 1. 控制逆變器的輸入直流電壓控制逆變器的輸入直流電壓 2. 在逆變器內部的電壓控制在逆變器內部的電壓控制 （1）脈寬控制）脈寬控制 不改變逆變器輸入直流電壓的大小

32、，而是通過改變逆變器中晶閘管（或晶體不改變逆變器輸入直流電壓的大小，而是通過改變逆變器中晶閘管（或晶體 管）的導通時間以控制輸出脈沖的寬度來改變逆變器輸出電壓，此方法稱脈寬控管）的導通時間以控制輸出脈沖的寬度來改變逆變器輸出電壓，此方法稱脈寬控 制。制。 二、單相無源逆變器的電壓控制二、單相無源逆變器的電壓控制 交交-直直-交變頻器中常用。交變頻器中常用。 若使延遲角從若使延遲角從0變到變到1800，將可以使逆變器的輸出電壓從最大值變到零。，將可以使逆變器的輸出電壓從最大值變到零。 （2）脈沖寬度調制（）脈沖寬度調制（PWM） 如果使如果使VS1與與VS4，VS2與與VS3通過高頻調制控制，能

33、在半個周期內重復導通過高頻調制控制，能在半個周期內重復導 通和關斷通和關斷N次，則其輸出電壓波形為一系列被調制的矩形脈沖（稱載波），如圖次，則其輸出電壓波形為一系列被調制的矩形脈沖（稱載波），如圖 所示（這時所示（這時N=5）。）。 逆變器輸出電壓的幅值是通過改變脈逆變器輸出電壓的幅值是通過改變脈 沖沖總的導通時間與總的關斷時間的比率總的導通時間與總的關斷時間的比率來來 控制的，這有兩種基本的方法：控制的，這有兩種基本的方法： 第一種方法是維持恒定的脈沖寬度而改第一種方法是維持恒定的脈沖寬度而改 變每一半周期內的脈沖數(shù)；變每一半周期內的脈沖數(shù)； 第二種方法是改變脈寬，而維持每一半第二種方法是改變脈寬，而維持每一半 周期內的脈沖數(shù)不變。周期內的脈沖數(shù)不變。 三、無源逆變器的換相（換流三、無源逆變器的換相（換流） 兩組晶閘管交替地兩組晶閘管交替地導通和關斷的過程導通和關斷的過程，就是電流轉換的過程，簡稱，就是電流轉換的過程，簡稱換流換流。 但由于電流是直流電，沒有像交流電那樣電壓有過零變負的時候，所以，但由于電流是直流電，沒有像交流電那樣電壓有過零變負的時候，所以， 如不采取措施，則晶閘管一旦觸發(fā)導通后就關斷不了。如不采取措施，則晶閘管一旦觸發(fā)導通后就關斷不了。 負載是由電感負載是由電感L和補償電容和補償電容C組成的