電力電子基礎(chǔ)知識(shí)大作業(yè)

1、電力電子技術(shù)課程大作業(yè)電力電子技術(shù)器件、電路和技術(shù)綜述院（系）名稱(chēng)信息工程學(xué)院專(zhuān)業(yè)名稱(chēng)電子信息工程技術(shù)學(xué)生姓名 XXX學(xué) 號(hào)xxx指導(dǎo)教師 王照平2015年6月12日基于電力電子技術(shù)器件、電路和技術(shù)綜述的1、概述從廣義來(lái)講，電子技術(shù)應(yīng)包含信息電子技術(shù)和電力電子技術(shù)兩大分支，而通常所說(shuō) 的電子技術(shù)一般指信息電子技術(shù)。電力電子技術(shù)也稱(chēng)為電力電子學(xué)，它真正成為一門(mén)獨(dú)立的學(xué)科始于1957年第一只品閘管的問(wèn)世。在1970年國(guó)際電氣和電子工程協(xié)會(huì)（IEEE）電力電子學(xué)會(huì)上對(duì)電力電 子技術(shù)作了以下定義：“電力電子技術(shù)就是有效地使用電力電子器件，應(yīng)用電路和設(shè)計(jì) 理論及分析開(kāi)發(fā)工具，實(shí)現(xiàn)對(duì)電能的高效能變換和控制

2、的一門(mén)技術(shù)。它包括對(duì)電壓、電 流頻率和波形的變換?！焙?jiǎn)言之，電力電子技術(shù)就是利用電力電子器件對(duì)電能形態(tài)進(jìn)行 變換和控制的一門(mén)技術(shù)。電力電子技術(shù)是電力、電子控制三大電氣工程技術(shù)領(lǐng)域之間的交叉學(xué)科，它們之間 的關(guān)系可用倒三角圖形描述，如圖1-1所示。圖1-1描述電力電子學(xué)的倒三角形第一，電力電子技術(shù)是在電子技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它們都可可分為器件、電路和 應(yīng)用三個(gè)部分，且器件的材料和制造工藝基本相同，只有兩者的應(yīng)用目的有所不同，電 子技術(shù)應(yīng)用于信息的處理（如放大等），電力電子技術(shù)應(yīng)用于電力變換和控制，它所變換的功率可大到數(shù)百甚至數(shù)千兆瓦，也可以小到幾瓦或毫瓦數(shù)量級(jí)。第二，電力電子技術(shù)廣泛應(yīng)用于電

3、器工程，如高壓直流輸電、靜止無(wú)功補(bǔ)償、電力機(jī)車(chē)牽引、交直流電力傳動(dòng)、電解、勵(lì)磁、電加熱、高性能交直流電源等電力系統(tǒng)和電器工程中，它對(duì)電器工程的現(xiàn)代化起著重要推動(dòng)作用。第三，電力電子技術(shù)可以看成是弱電控制強(qiáng)電的技術(shù)，是弱點(diǎn)和強(qiáng)電之間的接口。而控制理論是實(shí)現(xiàn)這種接口的一種強(qiáng)有力的紐帶, 是電力電子技術(shù)重要理論依據(jù)。所以，也可以認(rèn)為：電力電子技術(shù)是運(yùn)用控制理論將電子技術(shù)應(yīng)用到電力領(lǐng)域的綜合性技術(shù)。2、電力電子常用器件2.1 、電力電子器件概念可以直接用于處理電能的主電路中，實(shí)現(xiàn)電能的變換或控制的電子器件。2.2 、電力電子器件分類(lèi)按照電力電子器件能夠被控制所實(shí)現(xiàn)控制的程度分為下列三類(lèi)：不可控器件(P

4、ower Diode) ：不能用控制信號(hào)來(lái)控制其通斷, 因此也就不需要驅(qū)動(dòng)電路。半控型器件(Thyristor )：通過(guò)控制信號(hào)可以控制其導(dǎo)通而不能控制其關(guān)斷全控型器件(IGBT,MOSFET)通過(guò)控制信號(hào)既可控制其導(dǎo)通又可控制其關(guān)斷，又稱(chēng)自關(guān)斷器件。按照驅(qū)動(dòng)電路加在電力電子器件控制端和公共端之間的信號(hào)的性質(zhì)，我們又可以將電力電子器件分為電流驅(qū)動(dòng)型和電壓驅(qū)動(dòng)型兩類(lèi)：電流驅(qū)動(dòng)型：通過(guò)從控制端注入或者抽出電流來(lái)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通或者關(guān)斷的控制。電壓驅(qū)動(dòng)型：僅通過(guò)在控制端和公共端之間施加一定的電壓信號(hào)就可實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通或者關(guān)斷的控制。2.3 、不可控器件電力二極管2.3.1 電力二極管的工作原理基本結(jié)構(gòu)和工作原理與

5、信息電子電路中的二極管是一樣的。由一個(gè)面積較大的PN結(jié)和兩端引線(xiàn)以及封裝外殼組成。從外形上看，主要有螺栓型和平板型兩種封裝。如圖2-1所小aj圖2-1電力二極管的外形、結(jié)構(gòu)和電氣符號(hào)（a）外形 （b）結(jié)構(gòu) （c）電氣圖形符號(hào)二極管的基本原理就在于PN吉的單向?qū)щ娦赃@一主要特征狀態(tài)參數(shù)正向?qū)ǚ聪蚪刂狗聪驌舸╇娏髡虼髱缀鯙榱惴聪虼箅妷壕S持1V反向大反向大阻態(tài)低阻態(tài)高阻態(tài)PN吉的反向擊穿（兩種形式）：雪崩擊穿、齊納擊穿。均可能導(dǎo)致熱擊穿（永久性擊穿）2.3.2 電力二極管與信息電子電路中的普通二極管的區(qū)別由于電力二極管正向?qū)〞r(shí)要流過(guò)很大的電流，其電流密度較大，因而額外載流 子的注入水平較高，而

6、且其引線(xiàn)和焊接電阻的壓降等都有明顯的影響；再加上其承受的電流變化率di/dt較大，因而其引線(xiàn)和器件自身的電感效應(yīng)也會(huì)有較大的影響。此外, 為了提高器件的反向耐壓，其摻雜濃度低也造成正向壓降較大。2.4 半控型器件-晶閘管品閘管這個(gè)名稱(chēng)往往專(zhuān)指普通晶閘管（SCR，但隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展。品 閘管還應(yīng)包括許多類(lèi)型的派生器件。包括快速晶閘管（ FSTT、雙向晶閘管（TRIAC、 逆導(dǎo)晶閘管（RCT和光控晶閘管（LTD等。這里所說(shuō)的品閘管都是指普通品閘管。2.4.1 晶閘管的結(jié)構(gòu)及工作原理按照外形封裝形式可分為：小電流塑封式 （圖a）、小電流螺拴式（圖b）、大電流 螺拴式額定電流在200A以上（圖c

7、）、大電流平板式額定電流在200Az上（圖d）、圖形符號(hào) （圖e）晶閘管的外形及圖形符號(hào)圖2-2由于通過(guò)門(mén)極我們可以控制晶閘管的開(kāi)通；而通過(guò)門(mén)極我們不能控制晶閘管的關(guān)斷，因此，品閘管才被我們稱(chēng)為半控型器件。制圖2-3晶閘管的管芯結(jié)構(gòu)和等效電路按照等效電路和晶體管的工作原理，我們可列出如下方程：IC1=%1IA + ICO1(21)IC2=%2IK + ICO2(2-2)IK =IA + IG(2 3)IA =IC1+IC2 (24)a 1 = IC1/IA、a 2=IC2/IK分別是晶體管V1和V2的共基極接法的電流放大倍數(shù)，ICO1 和ICO2W分別是V1和V2的共基極漏電流。推出：(1-5

8、)在低發(fā)射極電流下是很小的,而當(dāng)發(fā)射極電流建立起來(lái)之后,迅速增大。阻斷狀態(tài)：IG=0,1+ 2很小流過(guò)晶閘管的漏電流稍大于兩個(gè)晶體管漏電流1+ 2趨近于1的話(huà),之和。飽和導(dǎo)通：注入觸發(fā)電流使晶體管的發(fā)射極電流增大以致晶閘管導(dǎo)通的必要條件必須在晶閘管的陽(yáng)極、流過(guò)晶閘管的電流IA,將趨近于無(wú)窮大，實(shí)現(xiàn)飽和導(dǎo)通。IA實(shí)際由外電路決定。2 I G I CO1 I CO 2I A.陰極加上正向1欠。12)必須在門(mén)極和陰極之間加上正向門(mén)極電壓，也稱(chēng)為觸發(fā)電壓。流過(guò)晶閘管的陽(yáng)極電壓IA必須大于晶閘管的維持電流IH。2.5 晶閘管的應(yīng)用已被廣泛應(yīng)用于可控整流、逆變、交流調(diào)壓、直流變換等領(lǐng)域。2.6 全控型電力

9、電子器件品閘管通過(guò)控制信號(hào)可以控制其導(dǎo)通，而無(wú)法控制其關(guān)斷，因此，我們稱(chēng)其為半控 型器件。通過(guò)控制信號(hào)既可以控制其導(dǎo)通，又可以控制其關(guān)斷的電力電子器件被稱(chēng)為全 控型器件。是當(dāng)前電力電子器件中發(fā)展最快的一類(lèi)器件，這類(lèi)器件品種很多，目前常見(jiàn) 的有門(mén)極可關(guān)斷晶閘管(GTO、電力晶體管(GTR、電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管(PowerMOSFET 結(jié)緣柵雙極型晶體管(IGBT)等。根據(jù)器件內(nèi)部載流子參與導(dǎo)電的種類(lèi)不同，全控型器件又可分為單極型、雙極型 和復(fù)合型三類(lèi)。器件內(nèi)部只有一種載流子參與導(dǎo)電的稱(chēng)為單極型，如電力場(chǎng)控晶體管 （Power MOSFET、靜電感應(yīng)晶體管（SIT）等；器件內(nèi)部有電子和空穴兩種載流子導(dǎo)

10、 電的稱(chēng)為雙極型器件，如GTR GTO SITH等；由雙極型器件與單極型器件復(fù)合而成的新 型器件稱(chēng)為復(fù)合型器件，如IGBT等。2.6.1 門(mén)極可關(guān)斷晶閘管（GTO門(mén)極可關(guān)斷晶閘管GT1普通晶閘管的一種派生器件，與品閘管一樣都是PNPN四層三端結(jié)構(gòu)。其電壓、電流容量較大，與普通品閘管相近，因而在大功率場(chǎng)合仍有較 多的應(yīng)用。GTO主要用于直流變換和逆變等需要器件強(qiáng)迫關(guān)斷的地方。和普通品閘管的管芯結(jié)構(gòu)基本一樣，外部仍然是引出陽(yáng)極、陰極和門(mén)極（控制極）。 不同的是，GTO1一種多元的功率集成器件，雖然外部同樣引出三個(gè)電極，但內(nèi)部則包 含了數(shù)拾個(gè)甚至數(shù)百個(gè)共陽(yáng)極的小 GTOI元，這些小GTOL元的陰極和

11、門(mén)極則在器件內(nèi)部 并聯(lián)在一起。如圖2-3是GTOJ內(nèi)部結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號(hào)圖2-3 GTO的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號(hào)a.各單元的陰極、門(mén)極間隔排列 b.并聯(lián)單元結(jié)構(gòu)斷面示意圖c.電氣圖形符號(hào)2.6.2 GTO工作原理GTOJ工作原理仍然可以用圖2 4所示的互補(bǔ)雙晶體管模型來(lái)分析Aa）b）圖2-4晶閘管的管芯結(jié)構(gòu)和等效電路P1N1P2和N1P2N的成的兩個(gè)互補(bǔ)晶體管VI、V2分別具有共基極電流增益（共基極 放大倍數(shù)）a 1和口2。由普通晶閘管的分析可以看出，a 1+ a 2=1是器件臨界導(dǎo)通的 條件。當(dāng)a 1+ a 2>1時(shí)，兩個(gè)互補(bǔ)晶體管VI、V2a入過(guò)飽和而使器件導(dǎo)通；當(dāng)a 1 + a 2

12、<1 時(shí)，不能維持飽和導(dǎo)通而關(guān)斷2.7 電力晶體管（GTR電力晶體管（Giant Transistor ）簡(jiǎn)稱(chēng)GTR又稱(chēng)為巨型晶體管。是一種雙極型大 功率高耐壓晶體管。因此，也稱(chēng)為 BJT,在電力電子技術(shù)的范圍內(nèi)，GTlRfBJT&兩個(gè)名 稱(chēng)是等效的。它具有自關(guān)斷能力、控制方便、開(kāi)關(guān)時(shí)間短、高頻特性好、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。目前GTR勺容量已達(dá)400A/1200V、1000A/400V,工作頻率可達(dá)5kHz,因此被廣泛應(yīng)用于不 停電電源、中頻電源和交/直流電機(jī)調(diào)速等電力變流裝置中。2.7.1 GTR的結(jié)構(gòu)和工作原理NPNE層擴(kuò)散臺(tái)面型結(jié)構(gòu)是單管GTR勺典型結(jié)構(gòu)。如圖（a）所示：圖中摻雜

13、濃度高 的N+區(qū)稱(chēng)為GTR勺發(fā)射區(qū)，E為發(fā)射極?；鶇^(qū)是一個(gè)厚度在幾微米至幾十微米之間的 叫 半導(dǎo)體層薄層，B為基極。集電區(qū)是NH半導(dǎo)體，C為集電極。圖（c）是GTR勺電氣符號(hào)。 為了提高GTR勺耐壓能力，在集電區(qū)中設(shè)置了輕摻雜的 N 區(qū)。在兩種不同類(lèi)型的半導(dǎo)體交界處N+ -P構(gòu)成發(fā)射結(jié)J1, P-N構(gòu)成集電結(jié)J2,如圖（b）所示圖2-5 GTR的結(jié)構(gòu)及電氣符號(hào)在電力電子技術(shù)中，GTRE要工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，我們希望它在電路中的表現(xiàn)接 近于理想開(kāi)關(guān)-即導(dǎo)通時(shí)的管壓降趨近于零，截止時(shí)的電流趨近于零，而且兩種狀 態(tài)間的轉(zhuǎn)換過(guò)程要足夠快。如圖2-6 GTR的開(kāi)關(guān)電路及輸出特性Ee LX r+ L Ifci

14、 &圖2-6 GTR的開(kāi)關(guān)電路及輸出特性2.8 絕緣柵雙極型晶體管（IGBD絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor )簡(jiǎn)稱(chēng)為IGBT,因?yàn)樗牡刃ЫY(jié)構(gòu)具有晶體管模式，所以稱(chēng)為絕緣柵雙極型晶體管。IGB" 1982年開(kāi)始研制，1986年投入生產(chǎn)，是當(dāng)前發(fā)展最快而且最有前途的一種混合型器件。目前IGBT勺產(chǎn)品已經(jīng)系列化，其最大電流容量達(dá)1800A最高電壓等級(jí)達(dá)4500V,工作頻率達(dá)50KHz IGB襟合了 MOSFETGTR勺優(yōu)點(diǎn)，其導(dǎo)通電阻是同一耐壓規(guī)格 MOSFET1/10 ,開(kāi)關(guān)時(shí)間 是同容量GTR1/10o在電機(jī)拖動(dòng)控制、中

15、頻電源、各種開(kāi)關(guān)電源以及其他高速低耗的 中、小功率領(lǐng)域，IGB伏有取代GTR口MOSFET趨勢(shì)2.8.1 IGBT的工作原理在實(shí)際應(yīng)用電路中IGBT勺集電極強(qiáng)電源正極,發(fā)射極E接電源負(fù)極，它的導(dǎo)通和 關(guān)斷由柵極電壓來(lái)控制。如圖2-7所示是IGBT勺結(jié)構(gòu)、等效電路及電氣符號(hào)圖2-7 IGBT的結(jié)構(gòu)、等效電路及電氣符號(hào)1.1 力電子的變換電路變換電路可分為：整流電路、逆變電路、交流變換電路、直流斬波電路。1.2 整流電路整流電路：出現(xiàn)最早的電力電子電路的一種，也是應(yīng)用最基本最廣泛的電能變換 電路，將交流電變?yōu)橹绷麟?。按組成的器件可分為不可控、半控、全控三種。按電路結(jié)構(gòu)可分為橋式電路和零式電路。按交

16、流輸入相數(shù)分為單相電路和多相電路。按變壓器二次側(cè)電流的方向是單向或雙向。1.3 單相可控整流電路1.3.1 單相半波可控整流電路3.2.11 帶電阻負(fù)載的工作情況電阻負(fù)載的特點(diǎn)：電壓與電流成正比，兩者波形相同如圖3-1(a)所示為單向半波帶電阻性負(fù)載可才S整流電路，它由整流變壓器TR晶閘管V用口負(fù)載電阻Rdfl成。圖中u1、u2分別為變壓器一二側(cè)電壓瞬時(shí)值，ud.id分別是 負(fù)載電壓和負(fù)載電流瞬時(shí)值，ut、it分別為晶閘管兩端電壓和通過(guò)晶閘管的電流瞬時(shí)值； i2為變壓器二次繞組電流瞬時(shí)值。VTc)PO10圖3-1單相半波可控整流電路及波形觸發(fā)延遲角：從品閘管開(kāi)始承受正向陽(yáng)極電壓起到施加觸發(fā)脈沖

17、止的電角度用a表示，也稱(chēng)觸發(fā)角或控制角。a ud導(dǎo)通角：晶閘管在一個(gè)電源周期中處于通態(tài)的電角度，用8表示 。移相范圍：使整流電壓平均值ud從最大值變到0時(shí)對(duì)應(yīng)的a角的變化范圍。直流輸出電壓平均值為VT勺a移相范圍為180通過(guò)控制觸發(fā)脈沖的相位來(lái)控制直流輸出電壓大小的方式稱(chēng)為相位控制方式，簡(jiǎn)稱(chēng)相控方式。3.2.12 帶阻感負(fù)載的工作情況阻感負(fù)載的特點(diǎn)：電感對(duì)電流變化有抗拒作用，使得流過(guò)電感的電流不能發(fā)生突 變。電力電子電路的一種基本分析方法：通過(guò)器件的理想化，將電路簡(jiǎn)化為分段線(xiàn)性電 路，分段進(jìn)行分析計(jì)算。對(duì)單相半波電路的分析可基于上述方法進(jìn)行： 當(dāng)vTh于斷態(tài)時(shí), 相當(dāng)于電路在vTt斷開(kāi)，id=

18、0。當(dāng)VTfe于通態(tài)時(shí)，相當(dāng)于VT®路。u 2上d)b)0nc)0.卬2sin td( t)e)22ug2Ucos ) 0.45U2u VTf)Zf2圖3-2帶阻感負(fù)載的單相半波電路及其波形3.3 單相橋式全控整流電路3.3.1 帶電阻負(fù)載的工作情況如圖3-3, VT儕口VT4&成一對(duì)橋臂，在u2正半周承受電壓u2,得到觸發(fā)脈沖即導(dǎo) 通，當(dāng)u2過(guò)零時(shí)關(guān)斷；VT2和VT3a成另一對(duì)橋臂，在u2負(fù)半周承受電壓-u2,得到觸發(fā)脈沖即導(dǎo)通,當(dāng)u2過(guò)零時(shí)關(guān)斷。a)iu d 上 idb)c)d)圖3-3Ud(id)0t0w tu2過(guò)零變負(fù)班品網(wǎng)營(yíng)VT卅VT毋M、天斷。根I duVT1,4

19、O0i2 4w t .1=麻w w t單相全控橋式帶電阻負(fù)器JtM電路及波形3.3.2帶阻感負(fù)載的工作情況假設(shè)電路已工作于穩(wěn)態(tài)，如圖 流id連續(xù)且波形近似為一水平線(xiàn)。+a時(shí)刻，晶閘管VT儕口VT似斷,vT2wT 3Wf 導(dǎo)通 iv40pL312T 40Ib)I d dj- w t w tw t圖3-4單相全控橋帶阻感負(fù)載時(shí)的電路及波形3.4 逆變電路逆變與整流相對(duì)應(yīng)，直流電變成交流電。交流側(cè)接電網(wǎng)，為有源逆變。交流 側(cè)接負(fù)載，為無(wú)源逆變。3.4.1 有緣逆變逆變電路采用三相橋式結(jié)構(gòu)。由于采用負(fù)載換流方式，故橋中開(kāi)關(guān)元件可采用 普通品閘管。其出端 A、B、C經(jīng)限流電感La、Lb和Lc與公共電網(wǎng)聯(lián)

20、結(jié)。此處三相電 網(wǎng)作為逆變電路負(fù)載接受其饋入電能，橋中各品閘管T1T6均工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)，采用相控方式（見(jiàn)電力電子電路）。各晶閘管的導(dǎo)通時(shí)刻由加到各門(mén)極脈沖的相位決定。逆 變橋可視為按一定時(shí)序依次輪番通斷的 6只開(kāi)關(guān)。但在任何穩(wěn)定導(dǎo)通狀態(tài)中，橋中只有 兩支元件處于導(dǎo)通狀態(tài)（其余為阻斷狀態(tài)）。例如在某一時(shí)刻有T1和T2導(dǎo)通，則有 id=iA=-iC，即直流電流id此時(shí)作為電網(wǎng)相電流iA和ic流向公共電網(wǎng)；而在另一時(shí)刻 有T4和T5導(dǎo)通，則id=ic=-iA ,由前述id為平滑連續(xù)直流電流。由于橋中各開(kāi)關(guān)的輪 番通斷，iA和ic均為交變方波。同理可知iB也為交變方波。由此可見(jiàn)，若門(mén)極脈沖的 基本重復(fù)

21、頻率保持與公共電網(wǎng)同步，則各相電流的重復(fù)頻率也必然與電網(wǎng)同步，這樣電 網(wǎng)就得到由直流端提供的、由逆變電路轉(zhuǎn)換的交流功率。當(dāng)變換裝置交流側(cè)接在電網(wǎng)上，把直流電逆變成同頻率的交流電回饋到電網(wǎng)上去， 稱(chēng)為有源逆變。當(dāng)變換裝置交流側(cè)和負(fù)載連接時(shí)，將由變換裝置直接給電機(jī)等負(fù)載提供 頻率可變的交流電，這種工作模式稱(chēng)為無(wú)源逆變。有源逆變本質(zhì)上是觸發(fā)角大于90度的整流，有源逆變的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與整流一模一樣， 只是當(dāng)觸發(fā)角大于90度時(shí)整流電路的功率方向發(fā)生了變化，相當(dāng)于實(shí)現(xiàn)了逆變功能。 所以有源逆變的交流側(cè)一定需要電源3.4.2 無(wú)源逆變無(wú)源逆變主要應(yīng)用：各種直流電源，如蓄電池、干電池、太陽(yáng)能電池等。交流電機(jī)調(diào)速用

22、變頻器、不間斷電源、感應(yīng)加熱電源等電力電子裝置的核心部分都 是逆變電路。在整流和有源逆變電路中，工作狀態(tài)的晶閘管處于交流電壓作用下，其關(guān)斷是靠 所承受的電壓自動(dòng)地降到零或靠別的晶閘管導(dǎo)通而引入電網(wǎng)的負(fù)電壓來(lái)完成的。而在無(wú)源逆變電路中，晶閘管處于直流電壓作用下，若不采取措施是無(wú)法關(guān)斷的。所以說(shuō)，整 流與有源逆變電路的主要矛盾是觸發(fā)導(dǎo)通，而無(wú)源逆變電路的主要矛盾則是實(shí)現(xiàn)關(guān)斷。3.5 交流變換電路交流變換電路是對(duì)交流電路的幅值、頻率、相數(shù)等參數(shù)進(jìn)行變換的電路。變頻電路用于改變交流電能的頻率，一般還可同時(shí)改變電壓。變頻電路分為直 接變頻電路和間接變頻電路。前者不經(jīng)過(guò)任何中間環(huán)節(jié)，直接將一種頻率的交流電

23、轉(zhuǎn)變 為另一種頻率的交流電，通常還可同時(shí)控制輸出電壓。這類(lèi)電路的優(yōu)點(diǎn)是電能變換效率 高；缺點(diǎn)是控制復(fù)雜，電路較龐大。間接變頻電路需經(jīng)兩次以上變換才能將一種頻率的 交流電變?yōu)榱硪环N頻率。按變換途徑可分為交流 -直流-交流變頻電路（即先經(jīng)整流再逆 變）和交流-直流-高頻-交流變頻電路（整流后先經(jīng)逆變?yōu)楦哳l，再經(jīng)直接降頻）兩類(lèi)。3.6 直流斬波電路。將直流電變?yōu)榱硪还潭妷夯蚩烧{(diào)電壓的直流電；也稱(chēng)為直接直流-直流變換器（DC/DC Converter 。一般指直接將直流電變?yōu)榱硪恢绷麟?，不包括直流一一交?直流直流斬波種類(lèi)：6種基本斬波電路：降壓斬波電路、升壓斬波電路、升降壓斬波電 路、Cuk斬波電

24、路、Sepic斬波電路和Zeta斬波電路，其中前兩種是最基本的電路復(fù)合斬波電路一一不同基本斬波電路組合多相多重?cái)夭娐芬灰幌嗤Y(jié)構(gòu)基本斬波電路組合4、電力電子技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)4.1 軟開(kāi)關(guān)技術(shù)現(xiàn)代電力電子裝置的發(fā)展趨勢(shì)是小型化、 輕量化，同時(shí)對(duì)裝置的效率和電磁兼 容性也提出了更高的要求。電力電子電路的高頻化：可以減小濾波器、變壓器的體積和重量，電力電子裝置 小型化、輕量化。開(kāi)關(guān)損耗增加，電路效率嚴(yán)重下降，電磁干擾增大。軟開(kāi)關(guān)技術(shù)降低開(kāi)關(guān)損耗和開(kāi)關(guān)噪聲。使開(kāi)關(guān)頻率可以大幅度提高。軟開(kāi)關(guān)技術(shù)通過(guò)在電路中引入諧振改善了開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)條件，大大降低了硬開(kāi)關(guān)電 路存在的開(kāi)關(guān)損耗和開(kāi)關(guān)噪聲問(wèn)題。軟開(kāi)關(guān)技術(shù)總的來(lái)說(shuō)

25、可以分為零電壓和零電流兩類(lèi)；按照其出現(xiàn)的先后，可以將其分為準(zhǔn)諧振、零開(kāi)關(guān)PWM和零轉(zhuǎn)換PWM三大類(lèi)；每一類(lèi)都包含基本拓?fù)浜捅姸嗟?派生拓?fù)?。零電壓開(kāi)關(guān)準(zhǔn)諧振電路、零電壓開(kāi)關(guān) PWM電路和零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路分別是 三類(lèi)軟開(kāi)關(guān)電路的代表；諧振直流環(huán)電路是軟開(kāi)關(guān)技術(shù)在逆變電路中的典型應(yīng)用。4.2 PWM控制技術(shù)PWM： Pulse Width Modulation ）控制就是對(duì)脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制的技術(shù)，即通過(guò) 對(duì)一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，來(lái)等效地獲得所需要波形（含形狀和幅值）0直流斬波電路實(shí)際上采用的就是 PW眼術(shù),斬控式交流調(diào)壓電路。PWME制技術(shù)在逆變電路中的應(yīng)用最為廣泛，對(duì)逆變電路的影響也最

26、為深刻，現(xiàn)在 大量應(yīng)用的逆變電路中，絕大部分都是 PW郵逆變電路。4.2.1 PWM控制技術(shù)基本原理面積等效原理是PW檻制技術(shù)的重要理論基礎(chǔ)。原理內(nèi)容：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同。沖量即指窄脈沖的面積。效果基本相同，是指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同。如果把各輸出波形用傅里葉變換分析，則其低頻段非常接近，僅在高 頻段略有差異。實(shí)例將圖4-1a、b、c、d所示的脈沖作為輸入，加在圖4-2a所示的R-L電路上，設(shè)其電流i(t)為電路的輸出，圖4-2b給出了不同窄脈沖時(shí)i(t) 的響應(yīng)波形。圖4-1 形狀不同而沖量相同的各種窄圖4-2 沖量相同的各種窄脈沖的響應(yīng)波形

27、5電力電子技術(shù)的應(yīng)用電力電子技術(shù)是新興的一種電子技術(shù)，被廣泛的應(yīng)用到 電力電子領(lǐng)域，而且隨著變 頻技術(shù)的研究和發(fā)展，電力電子的發(fā)展有了更有力的保障，目前，電子電力技術(shù)的作用 主要在發(fā)電，輸電，配電等各個(gè)環(huán)節(jié)。發(fā)電功能是電力電子技術(shù)的最普遍且最重要應(yīng)用在電力電子應(yīng)用作用中最貼切人們?nèi)粘Ｉ畹木蛻?yīng)該屬于發(fā)電功能了。電力系統(tǒng)的發(fā)電環(huán)節(jié)涉及發(fā)電機(jī)組的多種設(shè)備， 電力電子技術(shù)的應(yīng)用以改善這些設(shè)備的運(yùn)行特性為 主要目的，為發(fā)電的實(shí)現(xiàn)起到了不可替代的作用。作用之一：實(shí)現(xiàn)低壓變頻技術(shù)的節(jié)能低壓變頻器技術(shù)已非常成熟，國(guó)內(nèi)外有眾多的生產(chǎn)廠(chǎng)家，并有完整的系列產(chǎn)品。風(fēng) 機(jī)水泵耗電量約占火電設(shè)備總耗電量的 65%,發(fā)電

28、廠(chǎng)的廠(chǎng)用電率平均為8%,且運(yùn)行效 率低。使用低壓或高壓變頻器，實(shí)施風(fēng)機(jī)水泵的變頻調(diào)速，可以達(dá)到節(jié)能的目的。作用之二：太陽(yáng)能發(fā)電的獨(dú)立系統(tǒng)開(kāi)發(fā)利用無(wú)窮盡的潔凈新能源 太陽(yáng)能，是調(diào)整未來(lái)能源結(jié)構(gòu)的一項(xiàng)重要戰(zhàn)略 措施。大功率太陽(yáng)能發(fā)電，無(wú)論是獨(dú)立系統(tǒng) 還是并網(wǎng)系統(tǒng)， 通常需要將太陽(yáng)能電池陣 列發(fā)出的直流電轉(zhuǎn)換為交流電，所以具有最大功率跟蹤功能的逆變器成為系統(tǒng)的核心。日本實(shí)施的陽(yáng)光計(jì)劃以34kW的戶(hù)用并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)為主，我國(guó)實(shí)施的送電到鄉(xiāng)工程則 以1015kW的獨(dú)立系統(tǒng) 居多，而大型系統(tǒng)有在美國(guó)加州的西門(mén)子太陽(yáng)能發(fā)電廠(chǎng)等。作用之三：挖掘變頻電源的發(fā)電潛能水力發(fā)電的有效功率取決于水頭壓力和流量，當(dāng)水頭的變化幅度較大時(shí)（ 尤其是抽水蓄能機(jī)組） ，機(jī)組的最佳轉(zhuǎn)速亦隨之發(fā)生變化。風(fēng)力發(fā)電的有效功率與風(fēng)速的三次方成正比，風(fēng)車(chē)捕捉最大風(fēng)能的轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速而變化。為了獲得最大有效功率，可使機(jī)組