電力電子技術-復習54

電力電子技術-復習考試內容：第1章到第10章(第八章除外)考試題型填空題30分判斷題10分畫圖題20分簡答題20分計算題20分第1章緒論電力電子技術就是使用電力電子器件對電能進行變換和控制的技術。

?電力電子器件的制造技術是電力電子技術的基礎。

?變流技術則是電力電子技術的核心表1-1電力變換的種類第2章電力電子器件?電力電子器件的功率損耗關斷損耗開通損耗開關損耗斷態(tài)損耗通態(tài)損耗電力電子系統(tǒng)：由控制電路、驅動電路、保護電路和以電力電子器件為核心的主電路組成。電力電子器件一般都工作在開關狀態(tài)。第2章電力電子器件1、電力電子器件的分類按照能夠被控制電路信號所控制的程度半控型器件：晶閘管全控型器件：GTO、GTR、MOSFET、IGBT不可控器件：電力二極管按照驅動信號的性質電流驅動型：晶閘管、GTO、GTR電壓驅動型：MOSFET、IGBT按照驅動信號的波形脈沖觸發(fā)型：晶閘管、GTO電平控制型：MOSFET、IGBT2、簡述晶閘管、MOSFET、GTR、IGBT的特點，并繪出各自的電路符號、引腳名稱、及引腳代號。晶閘管：①半控型器件。②脈沖電流觸發(fā)型器件。③功率可大可小，但開關頻率低，驅動復雜。MOSFET：①全控型器件。②電壓驅動型器件③優(yōu)點：驅動功率小，開關頻率高。缺點：導通壓降偏高，工作電流偏小。

(相對于GTR)GTR：①全控型器件。②電流驅動型器件③優(yōu)點：導通壓降低，工作電流大。缺點：驅動功率要求大，開關頻率偏低。(相對MOSFET)IGBT：①全控型器件。②電壓驅動型器件③兼MOSFET和GTR的優(yōu)點。AGKGTO3、晶閘管晶閘管正常導通條件在承受正向電壓和門極有觸發(fā)電流情況下，晶閘管才能開通。維持晶閘管導通的條件晶閘管的電流大于能保持晶閘管導通的最小電流，即維持電流怎樣才能使晶閘管由導通變?yōu)殛P斷可利用外加電壓和外電路的作用使流過晶閘管的電流降到接近于零的某一數(shù)值以下，即降到維持電流以下。

通態(tài)平均電流IT(AV)⊕定義——在環(huán)境溫度為40C和規(guī)定的冷卻條件下，穩(wěn)定結溫不超過額定結溫時所允許流過的最大工頻正弦半波電流的平均值。標稱其額定電流的參數(shù)。晶閘管的主要參數(shù)通常取晶閘管的UDRM和URRM中較小的標值作為該器件的額定電壓。選用時，一般取額定電壓為正常工作時晶閘管所承受峰值電壓2~3倍。1）電壓定額2）電流定額使用注意：

選用時，一般取通態(tài)平均電流為正常工作允許的1.5~2倍

流過晶閘管的電流有效值,其波形、頻率可以任意。第3章整流電路單相可控整流電路三相可控整流電路變壓器漏感對整流電路的影響整流電路的有源逆變工作狀態(tài)相控電路的驅動控制第3章整流電路單相可控整流電路帶電阻負載帶阻感負載帶反電動勢負載電壓、電流計算晶閘管額定電壓、額定電流、變壓器容量計算3.1.1單相半波可控整流電路wwwwtTVTR0a)u1u2uVTudidwt1p2ptttu2uguduVTaq0b)c)d)e)00圖3-1單相半波可控整流電路及波形■帶電阻負載的工作情況

◆變壓器T、電壓瞬時值u1和u2，有效值U1和U2。其它物理量表示如圖.

◆電阻負載、電壓與電流波形相同。

◆暫認為晶閘管（開關器件）為理想器件。晶閘管導通時其管壓降等于零，晶閘管阻斷時其漏電流等于零。觸發(fā)脈沖3.1.1單相半波可控整流電路uwttwwtwtw20wt1p2ptug0ud0id0uVT0qab)c)d)e)f)++圖3-2帶阻感負載的單相半波可控整流電路及其波形■帶阻感負載的工作情況

◆阻感負載的特點是電流不突變。

◆電路分析?VT斷態(tài),id=0,ud=0,uVT=u2。

?處

ud=u2，id從0開始增加。?在180處，id﹥0，VT仍導通。

?t2時刻，id降至零，VT關斷。

?ud波出現(xiàn)負，平均值Ud下降。

晶閘管關斷條件：晶閘管的電流降到維持電流以下143.1.1單相半波可控整流電路續(xù)流二極管u2udiduVTiVTIdIdwt1wtwtwtwtwtwtOOOOOOp-ap+ab)c)d)e)f)g)iVDRa)圖3-4

單相半波帶阻感負載有續(xù)流二極管的電路及波形當u2過零變負時，VDR導通，ud為零，VT承受反壓關斷。L儲存的能量保證了電流id在L-R-VDR回路中流通，此過程通常稱為續(xù)流。

數(shù)量關系(id近似恒為Id）（3-5）（3-6）（3-7）（3-8）3.1.2單相橋式全控整流電路u(i)pwtwtwt000i2udidb)c)d)ddaauVT1,4圖3-5單相全控橋式帶電阻負載時的電路及波形a)■帶電阻負載的工作情況

◆電路分析

?4晶閘管組成1-4,2-3同開同斷。

?在u2正半周

√在0---

，id=0,ud=0,VT1、VT4串聯(lián)承受電壓u2。

√在處給VT1和VT4加觸發(fā)脈沖，該兩管通，電流從a-負載-b端。

?在180,id=0,VT1和VT4斷。VT2和VT3的=0處為t=

?u2負半周，在處觸發(fā)VT2和VT3導通,電流從b-負載-到a端。

3.1.2單相橋式全控整流電路2OwtOwtOwtudidi2OwtOwtuVT1,4OwtOwtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4u圖3-6單相橋式全控整流電流帶阻感負載時的電路及波形■帶阻感負載的工作情況

◆電路分析?在u2正半周期√觸發(fā)角處給晶閘管VT1和VT4加觸發(fā)脈沖使其開通，ud=u2?！特撦d電感很大，id近似為水平線。

?u2過零時，VT1VT4流過id，不斷。

?t=+時，觸發(fā)VT2和VT3導通，VT1VT4斷,電流轉移,稱換相,亦稱換流。

3.1.2單相橋式全控整流電路

數(shù)量關系（3-15）晶閘管移相范圍為90。晶閘管導通角θ與a無關，均為180。電流的平均值和有效值：變壓器二次側電流i2的波形為正負各180的矩形波，其相位由a角決定，有效值I2=Id。S=U2I2晶閘管承受的最大正反向電壓均為。2OwtOwtOwtudidi2b)OwtOwtuVT1,4OwtOwtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4■帶反電動勢負載時的工作情況

◆蓄電池、直流電動機等是反電動勢負載。

◆電路分析?|u2|>E時，才有導通的可能。導通后ud=u2，

?直至|u2|=E，id=0，ud=E時關斷。

?稱為停止導電角。3.1.2單相橋式全控整流電路b)idOEudwtIdOwtaqd圖3-7單相橋式全控整流電路接反電動勢—電阻負載時的電路及波形(3-16)3.2.1三相半波可控整流電路a=30°u2uaubucOwtOwtOwtOwtOwtuGuduabuacwt1iVT1uVT1uac?=30

√電流處于連續(xù)和斷續(xù)的臨界狀態(tài)，各相導電120。

圖3-14三相半波可控整流電路，電阻負載，=30時的波形a)3.2.2三相橋式全控整流電路■原理圖

◆陰極連接在一起的（VT1，VT3，VT5)稱為共陰極組；另3個稱為共陽極組。

◆共陰極組與共陽極組與a，b，c三相電源相接。

◆晶閘管的導通順序為VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6。

圖3-18三相橋式全控整流電路原理圖21圖3-18三相橋式全控整流電路帶電阻負載

a=0時的波形wwwwu2ud1ud2u2LuduabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuabuacubcubaucaucbuabuacⅠⅡⅢⅣⅤⅥuaucubwt1OtOtOtOta=0°iVT1uVT122圖3-21三相橋式全控整流電路帶電阻負載a=90時的波形ud1ud2uduaubucuaubwtOwtOwtOwtOwtOiaiduabuacubcubaucaucbuabuacubcubaiVT123圖3-23三相橋式全控整流電路帶阻感負載a=30時的波形ud1a=30°ud2uduabuacubcubaucaucbuabuacⅠⅡⅢⅣⅤⅥwtOwtOwtOwtOidiawt1uaubuc24圖3-24三相橋式全控整流電路帶阻感負載a=90時的波形a=90°ud1ud2uacubcubaucaucbuabuacuabⅠⅡⅢⅣⅤⅥuduacuabuacwtOwtOwtOubucuawt1uVT13.3變壓器漏感對整流電路的影響■變壓器漏感

◆實際上變壓器繞組總有漏感，該漏感可用一個集中的電感LB表示，并將其折算到變壓器二次側。

◆由于電感對電流的變化起阻礙作用，電感電流不能突變，因此換相過程不能瞬間完成，而是會持續(xù)一段時間。變壓器漏感對整流電路影響的一些結論:出現(xiàn)換相重疊角g

，整流輸出電壓平均值Ud降低。整流電路的工作狀態(tài)增多。晶閘管的di/dt減小，有利于晶閘管的安全開通。有時人為串入進線電抗器以抑制晶閘管的di/dt。換相時晶閘管電壓出現(xiàn)缺口，產生正的du/dt，可能使晶閘管誤導通，為此必須加吸收電路。換相使電網電壓出現(xiàn)缺口，成為干擾源。3.3變壓器漏感對整流電路的影響udidwtOwtOgiciaibiciaIduaubuca◆分析從VT1換相至VT2過程

?t1時觸發(fā)VT2，漏感致ia、ib不能突變，VT1VT2通，相當于短路，產生環(huán)流ik。?ik=ib是逐漸增大的，而ia=Id-ik是逐漸減小的。

?當ik增大到等于Id時，ia=0，VT1關斷，換流結束。

?表示換相重疊角。

t1時刻

圖3-26考慮變壓器漏感時的三相半波可控整流電路及波形

◆假設負載中電感很大，負載電流為水平線。

273.3變壓器漏感對整流電路的影響

變壓器漏抗對各種整流電路的影響②電路形式單相全波單相全控橋三相半波三相全控橋m脈波整流電路①表2-2

各種整流電路換相壓降和換相重疊角的計算注：①單相全控橋電路中，環(huán)流ik是從-Id變?yōu)镮d。本表所列通用公式不適用；

②三相橋等效為相電壓等于的6脈波整流電路，故其m=6，相電壓按代入。3.7整流電路的有源逆變工作狀態(tài)使變流器工作于有源逆變狀態(tài)的條件直流側要有電動勢，其極性須和晶閘管的導通方向一致，其值應大于變流電路直流側的平均電壓；要求晶閘管的控制角α>π/2，使Ud為負值。逆變失敗逆變運行時，一旦發(fā)生換流失敗，外接的直流電源就會通過晶閘管電路形成短路，或者使變流器的輸出平均電壓和直流電動勢變?yōu)轫樝虼?lián)，由于逆變電路內阻很小，形成很大的短路電流。逆變失敗的原因

觸發(fā)電路工作不可靠，如脈沖丟失、脈沖延時等。晶閘管發(fā)生故障，該斷時不斷，或該通時不通。交流電源缺相或突然消失。換相的裕量角不足，引起換相失敗。防止逆變失敗的方法采用精確可靠的觸發(fā)電路，使用性能良好的晶閘管，保證交流電源的質量，留出充足的換向裕量角β等3.7整流電路的有源逆變工作狀態(tài)3.7.2三相橋整流電路的有源逆變工作狀態(tài)逆變和整流的區(qū)別：控制角不同

0<<p

/2

時，電路工作在整流狀態(tài)。

p

/2<

<

p時，電路工作在有源逆變狀態(tài)?？裳赜谜鞯霓k法來處理逆變時有關波形與參數(shù)計算等各項問題。把a>p/2時的控制角用p-

=b表示，b稱為逆變角。逆變角b和控制角a的計量方向相反，其大小自b=0的起始點向左方計量。312)確定最小逆變角bmin的依據(jù)逆變時允許采用的最小逆變角b應等于bmin=d+g+q′

（3-109）d——晶閘管的關斷時間tq折合的電角度g——

換相重疊角q′——安全裕量角tq大的可達200~300ms，折算到電角度約4~5。隨直流平均電流和換相電抗的增加而增大。主要針對脈沖不對稱程度（一般可達5）。值約取為10。這樣，bmin一般取30~35。3.8相控電路的驅動控制電網電壓同步環(huán)節(jié)鋸齒波形成脈沖形成雙窄脈沖放大控制信號同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路結構三個基本環(huán)節(jié)：脈沖的形成與放大、鋸齒波的形成和脈沖移相、同步環(huán)節(jié)。此外，還有強觸發(fā)和雙窄脈沖形成環(huán)節(jié)。換流電流從一個支路向另一個支路轉移的過程換流方式器件換流——適用于全控型器件。強迫換流電網換流負載換流第4章逆變電路針對晶閘管?！獙儆谧該Q流?！獙儆谕獠繐Q流。當電流不是從一個支路向另一個支路轉移，而是在支路內部終止流通而變?yōu)榱?，則稱為熄滅4-34電壓型逆變電路(1)直流側為電壓源或并聯(lián)大電容，直流側電壓基本無脈動。

(2)輸出電壓為矩形波，輸出電流因負載阻抗不同而不同。

(3)阻感負載時需提供無功功率。為了給交流側向直流側反饋的無功能量提供通道，逆變橋各臂并聯(lián)反饋二極管。4.2.1單相電壓型逆變電路（1）半橋逆變電路*導電方式：V1，V2信號互補，各導通180（1）t1—t2

電源電壓經V1對負載供電，電流指數(shù)規(guī)律上升。負載電壓為1/2ud.（2）t2—t3

電感經VD2續(xù)流，電流指數(shù)規(guī)律下降。負載電壓為-1/2ud.（3）t3—t4

電源經V2對負載供電，電流指數(shù)規(guī)律反向上升。負載電壓為-1/2ud.（4）t4—t5電感經VD1續(xù)流，電流指數(shù)規(guī)律反向下降，負載電壓為1/2ud.4.2.1單相電壓型逆變電路a)b)圖4-7單相全橋逆變電路的移相調壓方式

◆移相調壓方式

?上下橋互補,且V3的基極信號比V1落后（0＜＜180°）。

?工作過程

√t1時刻前V1和V4導通，

uo=Ud。

√t1時刻V4截止，uo=0。

√t2時刻V1截止，uo=-Ud。√到負載電流過零，uo仍為-Ud。

√t3時刻V3截止，而V4不能立刻導通，VD4導通續(xù)流，uo再次為零。?改變就可調節(jié)輸出電壓。4.2.2三相電壓型逆變電路三個單相逆變電路可組合成一個三相逆變電路應用最廣的是三相橋式逆變電路圖4-9三相電壓型橋式逆變電路基本工作方式——180°導電方式每橋臂導電180°，同一相上下兩臂交替導電，各相開始導電的角度差120°。任一瞬間有三個橋臂同時導通。每次換流都是在同一相上下兩臂之間進行，也稱為縱向換流。5-384.2.2三相電壓型逆變電路波形分析負載各相到電源中點N'的電壓：U相，1通，uUN'=Ud/2，4通，uUN'=-Ud/2。負載線電壓負載相電壓圖4-10電壓型三相橋式逆變電路的工作波形tOtOtOtOtOtOtOtOa)b)c)d)e)f)g)h)uUN'uUNuUViUiduVN'uWN'uNN'UdUd2Ud3Ud62Ud34.2.2三相電壓型逆變電路負載中點和電源中點間電壓

(4-6)負載三相對稱時有uUN+uVN+uWN=0，于是

(4-7)負載已知時，可由uUN波形求出iU波形。一相上下兩橋臂間的換流過程和半橋電路相似。橋臂1、3、5的電流相加可得直流側電流id的波形，id每60°脈動一次，直流電壓基本無脈動，因此逆變器從交流側向直流側傳送的功率是脈動的，電壓型逆變電路的一個特點。防止同一相上下兩橋臂的開關器件同時導通而引起直流側電源短路，應采取“先斷后通”數(shù)量分析見教材。5-40電流型逆變電路主要特點

(1)

直流側串大電感，電流基本無脈動，相當于電流源。4.3電流型逆變電路直流電源為電流源的逆變電路稱為電流型逆變電路。圖4-11電流型三相橋式逆變電路(2)

交流輸出電流為矩形波，與負載阻抗角無關。輸出電壓波形和相位因負載不同而不同。

(3)直流側電感起緩沖無功能量的作用，不必給開關器件反并聯(lián)二極管。電流型逆變電路中，采用半控型器件的電路仍應用較多。換流方式有負載換流、強迫換流。5-41電壓型逆變電路——輸出電壓是矩形波，電流型逆變電路——輸出電流是矩形波，含有較多諧波。直流斬波電路①將直流電變?yōu)榱硪还潭妷夯蚩烧{電壓的變換電路,也稱為直流-直流變換器②一般指直接將直流電變?yōu)榱硪恢绷麟?，不包括直流—交流—直流斬波方式：①周期T不變，改變導通時間Ton——調寬②導通時間Ton不變，改變周期T——調頻③T,Ton都改變——混合調制

斬波器分類：※降壓斬波器，升壓斬波器，復合斬波器第5章直流直流變流電路5.1.1降壓斬波電路圖5-1降壓斬波電路的原理圖及波形a）電路圖b）電流連續(xù)時c）電流斷續(xù)時的波形■降壓斬波電路（BuckChopper）ton——V通的時間toff——V斷的時間

a--導通占空比t=0時刻驅動V導通，電源E向負載供電，負載電壓uo=E，負載電流io按指數(shù)曲線上升。t=t1時控制V關斷，二極管VD續(xù)流，負載電壓uo近似為零，負載電流呈指數(shù)曲線下降。通常串接較大電感L使負載電流連續(xù)且脈動小。工作原理5.1.2升壓斬波電路0iGE0ioI1a)b)圖5-2升壓斬波電路及其工作波形a）電路圖b）波形

■升壓斬波電路

◆工作原理

?假設L和C值很大。

?V通態(tài)，L蓄能，C較大Uo基本恒定。V斷態(tài)，向C充電，并向負載供能。

◆基本的數(shù)量關系

?穩(wěn)態(tài)時，L積蓄與釋放的能量相等化簡得

上式中的

(5-20)(5-21)5.1.3升降壓斬波電路a)圖5-4升降壓斬波電路及其波形a）電路圖b）波形

■升降壓斬波電路

◆工作原理

?V導通時，L貯能。C維持輸出。

?V關斷時，L向負載放能，電流i2，負載電壓上負下正。

5.2.1電流可逆斬波電路a)圖5-7電流可逆斬波電路及其波形a）電路圖b）波形

◆電路結構

?V1和VD1構成降壓斬波電路，第1象限、電動。

?V2和VD2構成升壓斬波電路，第2象限、再生制動。

?防止V1和V2同時導通。5.2復合斬波電路和多相多重斬波電路5.2.2橋式可逆斬波電路圖5-8橋式可逆斬波電路

■橋式可逆斬波電路

◆將兩個電流可逆斬波電路組合起來，電動機可以4象限運行。

◆工作過程

?V4導通時，等效為電流可逆斬波電路，提供正電壓，可使電動機工作于第1、2象限。

?V2導通時，V3、VD3和V4、VD4等效為又一組電流可逆斬波電路，提供負電壓，工作于第3、4象限。交流-交流變流電路

一種形式的交流變成另一種形式交流的電路，可改變相關的電壓、電流、頻率和相數(shù)等交流電力控制電路變頻電路只改變電壓、電流或控制電路的通斷，不改變頻率改變頻率，大多不改變相數(shù)，也有改變相數(shù)的交流調壓電路——相位控制（或斬控式）交流調功電路及交流無觸點開關——通斷控制交交變頻電路交直交變頻電路1.晶閘管交交變頻電路2.矩陣式變頻電路先把交流整流成直流，再把直流逆變成另一種頻率或可變頻率的交流,間接變頻電路第6章交流交流變流電路6.1交流調壓電路交流電力控制電路的結構

兩個晶閘管反并聯(lián)后串聯(lián)在交流電路中，控制晶閘管就可控制交流電力交流電力控制電路的類型交流調壓電路:交流調功電路:交流電力電子開關:每半個周波控制晶閘管開通相位，調節(jié)輸出電壓有效值以交流電周期為單位控制晶閘管通斷，改變通斷周期數(shù)的比，調節(jié)輸出功率的平均值并不著意調節(jié)輸出平均功率，而只是根據(jù)需要接通或斷開電路。6.1.1單相交流調壓電路Ou1uoiouVTwtOwtOwtOwt圖6-1電阻負載單相交流調壓電路及其波形■電阻負載

◆工作過程

?對VT1和VT2的進行控制，調節(jié)輸出電壓。

◆基本的數(shù)量關系?功率因數(shù)(6-1)(6-2)(6-3)(6-4)圖4-7斬控式交流調壓電路4．斬控式交流調壓電路一般采用全控型器件作為開關器件原理分析基本原理和直流斬波電路有類似之處u1正半周u1負半周設斬波器件（V1或V2）導通時間為ton，開關周期為T，則導通比a=ton/T，改變a可調節(jié)輸出電壓斬波控制斬波控制續(xù)流通道續(xù)流通道6.1.1單相交流調壓電路6.1.2三相交流調壓電路根據(jù)三相聯(lián)結形式的不同，三相交流調壓電路具有多種形式a)星形聯(lián)結b)線路控制三角形聯(lián)結c)支路控制三角形聯(lián)結d)中點控制三角形聯(lián)結三相四線基本原理：相當于三個單相交流調壓電路的組合，三相互相錯開120°工作?；ê?倍次以外的諧波在三相之間流動，不流過零線問題：三相中3倍次諧波同相位，全部流過零線。零線有很大3倍次諧波電流。a=90°時，零線電流甚至和各相電流的有效值接近三相三線三相四線1．星形聯(lián)結電路6.1.2三相交流調壓電路

三相三線，電阻負載時的情況任一相導通須和另一相構成回路電流通路中至少有兩個晶閘管，應采用雙脈沖或寬脈沖觸發(fā)觸發(fā)脈沖順序和三相橋式全控整流電路一樣，為VT1~VT6,依次相差60°

相電壓過零點定為a的起點，a角移相范圍是0°~150°6.1.2三相交流調壓電路6.2.1交流調功電路圖6-11交流調功電路典型波形(M=3、N=2)

■交流調功電路

◆工作原理

?電路形式相同，控制方式不同。

?通過改變接通周波數(shù)與斷開周波數(shù)的比值來調節(jié)負載所消耗的平均功率。VT16.3交交變頻電路本節(jié)講述：晶閘管交交變頻電路，也稱周波變流器(Cycloconvertor)交交變頻電路——把電網頻率的交流電變成可調頻率的交流電，屬于直接變頻電路廣泛用于大功率交流電動機調速傳動系統(tǒng)，實用的主要是三相輸出交交變頻電路直接變頻器★按波形的不同又可分為兩類:交－交變頻AC50Hz~ACCVCFVVVF正弦波直接變頻器改變正反組切換頻率,可以改變輸出交流電的頻率.改變a的大小,即可改變輸出交流電的幅值.這種方式控制,諧波分量少.適用于低速大容量的場合.6.3.1單相交交變頻器(1)

輸出上限頻率

輸出頻率增高時，輸出電壓一周期所含電網電壓段數(shù)減少，波形畸變嚴重。電壓波形畸變及其導致的電流波形畸變和轉矩脈動是限制輸出頻率提高的主要因素。就輸出波形畸變和輸出上限頻率的關系而言，很難確定一個明確的界限。當采用6脈波三相橋式電路時，輸出上限頻率不高于電網頻率的1/3~1/2。電網頻率為50Hz時，交交變頻電路的輸出上限頻率約為20Hz。PWM控制的基本原理PWM控制方法計算法和調制法異步調制和同步調制規(guī)則采樣法第7章PWM控制技術7-617.1PWM控制的基本思想1）重要理論基礎——面積等效原理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，其效果基本相同。沖量窄脈沖的面積效果基本相同環(huán)節(jié)的輸出響應波形基本相同圖7-1形狀不同而沖量相同的各種窄脈沖d)單位脈沖函數(shù)f(t)d(t)tOa)矩形脈沖b)三角形脈沖c)正弦半波脈沖tOtOtOf(t)f(t)f(t)7-627.1PWM控制的基本思想若要改變等效輸出正弦波幅值，按同一比例改變各脈沖寬度即可。Ouωt>SPWM波Ouωt>如何用一系列等幅不等寬的脈沖來代替一個正弦半波Ouωt>7.1PWM控制的基本思想OwtUd-Ud對于正弦波的負半周，采取同樣的方法，得到PWM波形，因此正弦波一個完整周期的等效PWM波為單極性調制：OwtUd-Ud根據(jù)面積等效原理，正弦波還可等效為下圖中的雙極性調制PWM波，而且這種方式在實際應用中更為廣泛。7-647.2PWM逆變電路及其控制方法目前中小功率的逆變電路幾乎都采用PWM技術。逆變電路是PWM控制技術最為重要的應用場合。PWM逆變電路也可分為電壓型和電流型兩種，目前實用的PWM逆變電路幾乎都是電壓型電路。7.2.1計算法和調制法圖7-4單相橋式PWM逆變電路

■單相橋式PWM逆變電路（單極性調制法）

◆電路工作過程

?V1和V2，V3和V4通斷互補。

?在uo的正半周，

V1通。

√io為正，V1和V4導通時，uo=Ud?！蘨o為正，

V4斷，V1通和VD3續(xù)流，uo=0。

√在io為負，io從VD1和VD4流過，uo=Ud?！蘨o為負,V4斷，V3通后，io從V3和VD1續(xù)流，uo=0。

√uo總可以得到Ud和零兩種電平。urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud7.2.2異步調制和同步調制■載波頻率fc與調制信號頻率fr之比N=fc/fr稱為載波比，根據(jù)載波和信號波是否同步及載波比的變化情況，PWM調制方式可分為異步調制和同步調制兩種。

■異步調制

◆載波信號和調制信號不保持同步的調制方式稱為異步調制。

◆通常載波頻率fc固定不變，信號波頻率fr變化時，載波比N是變化的。7.2.2異步調制和同步調制ucurUurVurWuuUN'uVN'OttttOOOuWN'2Ud-2Ud圖7-10同步調制三相PWM波形

■同步調制

◆載波比N等于常數(shù)，載波和信號波保持同步的方式稱為同步調制。

◆N不變，一個周期脈沖數(shù)、脈沖相位固定?！羧嚯娐分?，常用一個三角波載波，取N為3的整數(shù)倍且為奇數(shù)。

◆輸出頻率很低時，諧波難濾，輸出頻率很高時，fc高，器件難以承受。

7-687.2.1

計算法和調制法3）雙極性PWM控制方式（單相橋逆變）在ur的半個周期內，三角波載波有正有負，所得PWM波也有正有負，其幅值只有±Ud兩種電平。同樣在調制信號ur和載波信號uc的交點時刻控制器件的通斷。ur正負半周，對各開關器件的控制規(guī)律相同。當ur

>uc時，給V1和V4導通信號，給V2和V3關斷信號。如io>0，V1和V4通，如io<0，VD1和VD4通，

uo=Ud

。當ur<uc時，給V2和V3導通信號，給V1和V4關斷信號。如io<0，V2和V3通，如io>0，VD2和VD3通，uo=-Ud

。圖7-6雙極性PWM控制方式波形urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud在ur和uc的交點時刻控制IGBT的通斷。7-697.2.1

計算法和調制法圖7-5雙極性PWM控制方式波形urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud圖7-5單極性PWM控制方式波形urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud

對照上述兩圖可以看出，單相橋式電路既可采取單極性調制，也可采用雙極性調制，由于對開關器件通斷控制的規(guī)律不同，它們的輸出波形也有較大的差別。第9章電力電子器件應用的共性問題

電力電子器件的驅動電力電子器件的保護電力電子器件的串聯(lián)使用和并聯(lián)使用9.1.1電力電子器件驅動電路概述■驅動電路

◆是電力電子主電路與控制電路之間的接口?！袅己玫尿寗与娐肥闺娏﹄娮悠骷ぷ髟谳^理想的開關狀態(tài)，縮短開關時間，減小開關損耗。

◆對裝置的運行效率、可靠性和安全性都有重要的意義?！粢恍┍Ｗo措施也往往設在驅動電路中，或通過驅動電路實現(xiàn)?！鲵寗与娐返幕救蝿?/p>

◆按控制目標的要求給器件施加開通或關斷的信號。

◆對半控型器件只需提供開通控制信號；對全控型器件則既要提供開通控制信號，又要提供關斷控制信號。9.1.1電力電子器件驅動電路概述■驅動電路還要提供控制電路與主電路之間的電氣隔離環(huán)節(jié)，一般采用光隔離或磁隔離。

◆光隔離一般采用光耦合器

?光耦合器由發(fā)光二極管和光敏晶體管組成，封裝在一個外殼內。

?有普通、高速和高傳輸比三種類型。

◆磁隔離的元件通常是脈沖變壓器

?當脈沖較寬時，為避免鐵心飽和，常采用高頻調制和解調的方法。

ERERERa)b)c)UinUoutR1ICIDR1R1圖9-1光耦合器的類型及接法a)普通型b)高速型c)高傳輸比型

9.2.1過電壓的產生及過電壓保護■過電壓分為外因過電壓和內因過電壓兩類?！鐾庖蜻^電壓主要來自雷擊和系統(tǒng)中的操作過程等外部原因，包括

◆操作過電壓：由分閘、合閘等開關操作引起的過電壓?！衾讚暨^電壓：由雷擊引起的過電壓。■內因過電壓主要來自電力電子裝置內部器件的開關過程，包括

◆換相過電壓：晶閘管或與全控型器件反并聯(lián)的二極管在換相結束后，反向電流急劇減小，會由線路電感在器件兩端感應出過電壓。

◆關斷過電壓：全控型器件在較高頻率下工作，當器件關斷時，因正向電流的迅速降低而由線路電感在器件兩端感應出的過電壓。

749.2.1過電壓的產生及過電壓保護過電壓保護措施圖9-10過電壓抑制措施及配置位置F避雷器D變壓器靜電屏蔽層C靜電感應過電壓抑制電容RC1閥側浪涌過電壓抑制用RC電路RC2閥側浪涌過電壓抑制用反向阻斷式RC電路RV壓敏電阻過電壓抑制器RC3閥器件換相過電壓抑制用RC電路RC4直流側RC抑制電路RCD閥器件關斷過電壓抑制用RCD電