第十章-電力電子技術(shù)

電工電子技術(shù)教學(xué)課件第十章電力電子技術(shù)簡介大慶職業(yè)學(xué)院王艷春第十章電力電子技術(shù)簡介電力電子技術(shù)是一門應(yīng)用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)，即使用電力電子器件對電能進(jìn)行變換和控制的技術(shù)。電力電子技術(shù)所變換的“電力”功率可大到數(shù)百M(fèi)W甚至GW，也可以小到數(shù)W甚至1W以下。利用電力電子器件可以實(shí)現(xiàn)整流，逆變，斬波，變頻，變相等四種變換。電力電子技術(shù)的誕生是以1957年第一個(gè)晶閘管為標(biāo)志的。70年代后期以門極可關(guān)斷晶閘管（GTO），電力雙極型晶體管（BJT），電力場效應(yīng)管（Power-MOSFET）為代表的全控型器件全速發(fā)展，使電力電子技術(shù)的面貌煥然一新進(jìn)入了新的發(fā)展階段。80年代后期，以絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）為代表的復(fù)合型器件，集驅(qū)動(dòng)功率小、開關(guān)速度快、通態(tài)壓降小、載流能力大于一身，其性能的優(yōu)越性使之成為現(xiàn)代電力電子技術(shù)的主導(dǎo)器件。另外，為了使電力電子裝置的結(jié)構(gòu)緊湊，體積減小，常常把若干個(gè)電力電子器件及必要的輔助器件做成模塊的形式（功率模塊）。后來又把驅(qū)動(dòng)，控制，保護(hù)電路和功率器件集成在一起，構(gòu)成功率集成電路（PIC）。通常情況下，一個(gè)應(yīng)用電力電子系統(tǒng)由控制電路、驅(qū)動(dòng)電路和以電力電子器件為核心的主電路組成?？刂齐娐钒聪到y(tǒng)的工作要求形成控制信號(hào)，通過驅(qū)動(dòng)電路去控制主電路中電力電子器件的通或斷來完成整個(gè)系統(tǒng)的功能。電力電子技術(shù)概述電力電子技術(shù)的作用與發(fā)展第十章電力電子技術(shù)簡介(1)優(yōu)化電能使用。通過電力電子技術(shù)對電能的處理，使電能的使用達(dá)到合理、高效和節(jié)約，實(shí)現(xiàn)了電能使用最佳化。推廣應(yīng)用電力電子技術(shù)是節(jié)能的一項(xiàng)戰(zhàn)略措施。(2)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和發(fā)展機(jī)電一體化等產(chǎn)業(yè)。據(jù)專家預(yù)測，今后的電能大部分要經(jīng)電力電子技術(shù)處理后再使用，即工業(yè)和民用的各種機(jī)電設(shè)備中，有百分之九十五與電力電子產(chǎn)業(yè)有關(guān)，特別是，電力電子技術(shù)是弱電控制強(qiáng)電的媒體，是機(jī)電設(shè)備與計(jì)算機(jī)之間的重要接口，它為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和新興產(chǎn)業(yè)采用微電子技術(shù)創(chuàng)造了條件，成為發(fā)揮計(jì)算機(jī)作用的保證和基礎(chǔ)。(3)電力電子技術(shù)高頻化和變頻技術(shù)的發(fā)展，將使機(jī)電設(shè)備突破工頻傳統(tǒng)，向高頻化方向發(fā)展。實(shí)現(xiàn)最佳工作效率，將使機(jī)電設(shè)備的體積減小幾倍、幾十倍，響應(yīng)速度達(dá)到高速化，并能適應(yīng)任何基準(zhǔn)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)無噪音且具有全新的功能和用途。(4)電力電子智能化的進(jìn)展，在一定程度上將信息處理與功率處理合一，使微電子技術(shù)與電力電子技術(shù)一體化，能引起電子技術(shù)的重大改革。本章主要介紹幾種電力電子器件、電力電子電路以及常用的電力電子裝置。電力電子技術(shù)概述電力電子技術(shù)在以下幾個(gè)方面有著明顯的優(yōu)勢：

晶閘管(俗稱可控硅)是一種大功率半導(dǎo)體可控器件。具有電流容量大、耐壓高、控制靈敏、體積小、重量輕、使用簡單等優(yōu)點(diǎn)。主要用于整流、逆變、調(diào)壓和開關(guān)等電路中，并廣泛應(yīng)用于直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速、電解和電鍍、弧焊等電路或電源中。下面主要介紹單向晶閘管的工作原理、特性及參數(shù)。晶閘管的基本結(jié)構(gòu)是由三個(gè)PN結(jié)四層半導(dǎo)體構(gòu)成的，從中引出三個(gè)電極分別是陽極（A）、陰極(K)和門極(G)一、晶閘管的結(jié)構(gòu)與符號(hào)

第一節(jié)晶閘管（a）結(jié)構(gòu)與符號(hào)(b)塑封晶閘管(c)螺栓型晶閘管(d)平板型晶閘管KGA第十章電力電子技術(shù)簡介二、晶閘管的工作特性第十章電力電子技術(shù)簡介第一節(jié)晶閘管晶閘管的主要工作特點(diǎn)有以下幾個(gè)方面：（1）要使晶閘管導(dǎo)通必須同時(shí)具備兩個(gè)條件：晶閘管陽極加上正向電壓，即管子陽極端的電位高于陰極端的電位；門極要加上適當(dāng)?shù)恼螂妷夯螂娏?，即門極端的電位高于陰極端的電位。（2）在晶閘管導(dǎo)通之后，即使門極電流消失，晶閘管仍將處于導(dǎo)通狀態(tài)。因此，門極的作用僅是觸發(fā)晶閘管使其導(dǎo)通，導(dǎo)通之后，控制極就失去了控制作用。（3）要想關(guān)斷晶閘管，最根本的方法就是將晶閘管的陽極電流減小到小于維持電流。具體就是減小陽極和陰極間電壓，將陽極電源斷開或在陽極和陰極間加反向電壓。正向?qū)≧VSAU

AUGVSAU

AUGUG·反向截止VSAU

AHL正向阻斷SAUGU

ARVHL正向?qū)ㄈ⒕чl管的主要參數(shù)

（1）額定電壓通常取晶閘管的UDRM和URRM中較小的標(biāo)值作為該器件的額定電壓。選用時(shí)，一般取額定電壓為正常工作時(shí)晶閘管所承受峰值電壓2~3倍。其中斷態(tài)重復(fù)峰值電壓UDRM指在門極斷路而結(jié)溫為額定值時(shí)，允許重復(fù)加在器件上的正向峰值電壓；反向重復(fù)峰值電壓URRM指在門極斷路而結(jié)溫為額定值時(shí)，允許重復(fù)加在器件上的反向峰值電壓。（2）額定電流（通態(tài)平均電流IT(AV）)：在環(huán)境溫度為40

C和規(guī)定的冷卻狀態(tài)下，穩(wěn)定結(jié)溫不超過額定結(jié)溫時(shí)所允許流過的最大工頻正弦半波電流的平均值。（3）通態(tài)（峰值）電壓UT

：晶閘管通以某一規(guī)定倍數(shù)的額定通態(tài)平均電流時(shí)的瞬態(tài)峰值電，一般為1V左右。（5）維持電流IH：使晶閘管維持導(dǎo)通所必需的最小電流。

第十章電力電子技術(shù)簡介第一節(jié)晶閘管

第十章電力電子技術(shù)簡介四、晶閘管的派生系列第一節(jié)晶閘管GT1T2KGAGKAGKA器件類型符號(hào)

特點(diǎn)快速晶閘管（FST）（1）有快速晶閘管和高頻晶閘管（2）普通晶閘管的關(guān)斷時(shí)間為數(shù)百微秒，快速晶閘管則為數(shù)十微秒。（3）高頻晶閘管的不足在于其電壓和電流定額都不易做高。雙向晶閘管（TRIAC）(1)可認(rèn)為是一對反并聯(lián)聯(lián)接的普通晶閘管的集成。(2)有兩個(gè)主電極T1和T2，一個(gè)門極G。(3)雙向晶閘管門極加正、負(fù)觸發(fā)脈沖都能使管子觸發(fā)導(dǎo)通(4)不用平均值而用有效值來表示其額定電流值。光控晶閘管（LTT）(1)又稱光觸發(fā)晶閘管，是利用一定波長的光照信號(hào)觸發(fā)導(dǎo)通的晶閘管。(2)光觸發(fā)保證了主電路與控制電路之間的絕緣，且可避免電磁干擾的影響。(3)用在高壓大功率的場合。如8kV/3.5kA，裝置最高達(dá)300MVA，容量最大。門極可關(guān)斷晶閘管（GTO）(1)可以通過在門極施加負(fù)的脈沖電流使其關(guān)斷。(2)GTO的電壓、電流容量較大，與普通晶閘管接近，因而在兆瓦級(jí)以上的大功率場合仍有較多的應(yīng)用。制造水平6kV/6kA。

一、單相可控整流電路

第十章電力電子技術(shù)簡介1．二極管的單向?qū)щ娦?/p>

1．單相半波可控整流電路（1）電路組成和工作原理第二節(jié)晶閘管可控整流圖10-2單相半波可控整流電路及工作波形VTTRLu1u2uLiL(a)

整流電路(b)

工作波形圖u2wt0p2puguoaq00wtwt

第十章電力電子技術(shù)簡介1．單相半波可控整流電路（2）電路輸出電壓和輸出電流：

第二節(jié)晶閘管可控整流一、單相可控整流電路在晶閘管承受正向電壓的時(shí)間內(nèi)，改變控制極觸發(fā)脈沖的加入時(shí)間，負(fù)載上得到的電壓波形隨之改變。晶閘管在加正向電壓下不導(dǎo)通的區(qū)域稱控制角α，如圖10-2（b）所示。而導(dǎo)通區(qū)域稱為導(dǎo)通角θ。可以看出導(dǎo)通角愈大，輸出電壓愈高，可控整流電路輸出電壓和輸出電流的平均值分別為

由式(10—1)可知，只要適當(dāng)改變控制角α，也就是控制觸發(fā)信號(hào)的加入時(shí)間，就可靈活地改變電路的輸出電壓UL。單相半波可控整流電路簡單，但輸出脈動(dòng)大，變壓器二次側(cè)電流中含直流分量，造成變壓器鐵芯直流磁化。實(shí)際上很少應(yīng)用此種電路。

第七章常用半導(dǎo)體器件2、單相半控橋式整流電路（1）電路組成和工作原理第二節(jié)晶閘管可控整流一、單相可控整流電路u1V1RLu2V2V3V4uLuLugaq00wtwtu2wt0p2p圖10-3單相半控橋式整流電路(a)整流電路(b)電路輸出波形

第十章電力電子技術(shù)簡介第二節(jié)晶閘管可控整流單相半控橋式整流電路如圖10-3(a)所示，圖中V1和V4組成一對橋臂，在u2正半周承受正向電壓，得到觸發(fā)脈沖即導(dǎo)通，當(dāng)u2過零時(shí)關(guān)斷。V2和V3組成另一對橋臂，在u2負(fù)半周承受正向電壓，得到觸發(fā)脈沖即導(dǎo)通，當(dāng)u2過零時(shí)關(guān)斷。負(fù)載兩端的電壓波形如圖10-3(b)所示。一、單相可控整流電路2、單相半控橋式整流電路（1）電路組成和工作原理（2）負(fù)載上獲得的電壓、電流的平均值二、三相半控橋式整流電路

第十章電力電子技術(shù)簡介（1）電路組成和工作原理三相全控橋式整流電路由一組共陰極接法的三相半波可控整流電路和一組共陽極接法的三相半波可控整流電路串聯(lián)而成，如圖10-4所示。第二節(jié)晶閘管可控整流圖10-4三相橋式整流電路u2UUVRLWu2V

L1u2W

L2

L3+-V1-V6

第十章電力電子技術(shù)簡介共陰極組在電源電壓正半周時(shí)導(dǎo)通，流經(jīng)變壓器次級(jí)繞組的電流為正；共陽極組在電壓負(fù)半周時(shí)導(dǎo)通，流經(jīng)變壓器次級(jí)繞組的電流為負(fù)。因此，整流輸出電壓的平均值UL為三相半波整流時(shí)的兩倍，在大電感負(fù)載時(shí)為式中U2為變壓器次級(jí)相電壓有效值。（2）電路的輸出電壓晶閘管弧焊整流器是一種直流弧焊電源。它利用可控的晶閘管做為整流器，而且完全采用電子線路實(shí)現(xiàn)控制功能。電源電壓經(jīng)三相主變壓器降壓，由晶閘管組進(jìn)行整流，利用改變晶閘管觸發(fā)角移相控制輸出電流的大小。從輸出端分流器上取出電流負(fù)反饋信號(hào)，使焊機(jī)獲得下降的外特性。由于電流負(fù)反饋電路及控制電路的時(shí)間常數(shù)都較小，因此焊機(jī)的動(dòng)特性好。由于具有較深的電流負(fù)反饋，焊機(jī)的電流穩(wěn)定性好，當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)±10%時(shí)，補(bǔ)償電路可使焊機(jī)電流保持穩(wěn)定。因此，可以獲得多種所需外特性，且可方便、精確、無級(jí)調(diào)節(jié)焊接電流和電壓。第二節(jié)晶閘管可控整流二、三相半控橋式整流電路

第十章電力電子技術(shù)簡介交流調(diào)壓電路是只改變交流電的電壓、電流或?qū)﹄娐返耐〝噙M(jìn)行控制，而不改變頻率的電力電子電路。交流調(diào)壓電路廣泛應(yīng)用于工業(yè)和民用電氣設(shè)備中，例如燈光控制（如調(diào)光臺(tái)燈和舞臺(tái)燈光控制)，異步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)，異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速，供用電系統(tǒng)對無功功率的連續(xù)調(diào)節(jié)，在高壓小電流或低壓大電流直流電源中。晶閘管串聯(lián)在交流電路中，通過對晶閘管的控制就可控制交流電力。晶閘管替代傳統(tǒng)的機(jī)械開關(guān)對電路進(jìn)行通斷控制。晶閘管交流開關(guān)與機(jī)械開關(guān)相比，具有響應(yīng)速度快、無觸點(diǎn)、壽命長、適用于頻繁的通斷控制等優(yōu)點(diǎn)。另外，晶閘管交流開關(guān)是在交流電源的過零點(diǎn)進(jìn)行通斷切換，在關(guān)斷時(shí)可以抑制負(fù)載電感儲(chǔ)能造成的瞬時(shí)過壓，同時(shí)使負(fù)載的電壓、電流最大限度地接近正弦波，對電源不構(gòu)成諧波。第三節(jié)交流變換電路

第十章電力電子技術(shù)簡介

1．單相交流調(diào)壓器晶閘管交流開關(guān)組成的交流電壓的基本形式如圖10-10（a）所示。電路中晶閘管可以在門極電流的通斷觸發(fā)下，控制負(fù)載電流的通斷。雙向晶閘管在承受正向電壓時(shí)觸發(fā)導(dǎo)通，而在電壓過零或承受反壓時(shí)自然關(guān)斷。一、晶閘管交流調(diào)壓器第三節(jié)交流變換電路wtu0pwt0ug2p+a0ug1wt0wtuLap（c）電阻負(fù)載時(shí)的工作波形RuLuV1V2RULu（b）雙向晶閘管構(gòu)成的調(diào)壓電路（a）兩個(gè)反向并聯(lián)晶閘管組成的調(diào)壓電路

第十章電力電子技術(shù)簡介2.三相交流調(diào)壓器用三只雙向晶閘管作開關(guān)元件，分別接至負(fù)載就構(gòu)成了三相調(diào)壓電路。負(fù)載可以是Y連接也可以是△連接。通過控制觸發(fā)脈沖的相位控制角α，便可以控制加在負(fù)載上的電壓的大小。電源u的正半周內(nèi)，晶閘管V1承受正向電壓，當(dāng)ωt＝α?xí)r，觸發(fā)V1使其導(dǎo)通，則負(fù)載上得到缺α角的正弦半波電壓，當(dāng)電源電壓過零時(shí)，V1管電流下降為零而關(guān)斷。在電源電壓u的負(fù)半周，V2晶閘管承受正向電壓，當(dāng)ωt＝π＋α?xí)r，觸發(fā)V2使其導(dǎo)通，則負(fù)載上又得到缺α角的正弦負(fù)半波電壓。持續(xù)這樣的控制，在負(fù)載電阻上便得到每半波缺α角的正弦電壓。改變?chǔ)两堑拇笮?，便改變了輸出電壓有效值的大小?．單相交流調(diào)壓器wtu0pwt0ug2p+a0ug1wt0wtuLap第三節(jié)交流變換電路一、晶閘管交流調(diào)壓器

第十章電力電子技術(shù)簡介晶閘管交交變頻電路能夠把電網(wǎng)頻率的交流電變成可調(diào)頻率的交流電的變流電路，屬于直接變頻電路。廣泛用于大功率交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)，實(shí)際使用的主要是三相輸出交交變頻電路ZPNUL交交變頻電路效率較高、可方便地實(shí)現(xiàn)四象限工作、低頻輸出波形接近正弦波。但交交變頻電路的接線復(fù)雜，受電網(wǎng)頻率和變流電路脈波數(shù)的限制，輸出頻率較低。輸入功率因數(shù)較低。輸入電流諧波含量大，頻譜復(fù)雜。三相交交變頻主要應(yīng)用于500kW或1000kW以上的大功率、低轉(zhuǎn)速的交流調(diào)速電路中。目前已在軋機(jī)主傳動(dòng)裝置、鼓風(fēng)機(jī)、礦石破碎機(jī)、球磨機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)等場合應(yīng)用。既可用于異步電動(dòng)機(jī)，也可用于同步電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)。第三節(jié)交流變換電路二、交交型變頻器

第十章電力電子技術(shù)簡介

2.特點(diǎn)及應(yīng)用

不同半導(dǎo)體材料制造的發(fā)光二極管發(fā)出光的顏色不同，如磷砷化鎵（GaAsP）材料發(fā)紅光或黃光，磷化鎵（GaP）材料發(fā)紅光或綠光，氮化鎵（GaN）材料發(fā)藍(lán)光，碳化硅（SiC）材料發(fā)黃光，砷化鎵（GaAs）材料發(fā)不可見的紅外線。發(fā)光二極管的開啟電壓比普通二極管的大，門坎電壓為0.9～1.1V，正向工作電壓為1.5～2.5V,工作電流為5～15mA。反向擊穿電壓較低，一般小于10V。正向電流越大，發(fā)光越強(qiáng)。使用時(shí)，應(yīng)注意不要超過最大功耗、最大正向電流和反向擊穿電壓等參數(shù)。（a）IGBT的簡化等效電路(b)

電氣圖形符號(hào)

(c)實(shí)物圖10-5絕緣柵雙極型晶體管IGBT一、IGBT的結(jié)構(gòu)和符號(hào)第四節(jié)絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）三、IGBT的特性和參數(shù)特點(diǎn)可以總結(jié)如下：第十章電力電子技術(shù)簡介（1）開關(guān)速度高，開關(guān)損耗小。（2）相同電壓和電流定額時(shí)，安全工作區(qū)比GTR大，且具有耐脈沖電流沖擊能力。（3）通態(tài)壓降比低。（4）輸入阻抗高，輸入特性與MOSFET類似。（4）與MOSFET和GTR相比，耐壓和通流能力還可以進(jìn)一步提高，同時(shí)保持開關(guān)頻率高的特點(diǎn)。

2.特點(diǎn)及應(yīng)用在應(yīng)用電路中，IGBT的C接電源正極，E接電源負(fù)極。它的導(dǎo)通和關(guān)斷由柵極電壓來控制。柵極施以正向電壓時(shí)，IGBT導(dǎo)通；在柵極上施以負(fù)電壓時(shí)，IGBT關(guān)斷。值得注意的是，IGBT的反向電壓承受能力很差，其反向阻斷電壓UBM只有幾十伏，因此限制了它在需要承受高反壓場合的應(yīng)用。選擇和使用IGBT時(shí)主要考慮最大集射極間電壓UCES、

最大集電極電流、最大集電極功耗PCM等參數(shù)。一、IGBT的結(jié)構(gòu)和符號(hào)第四節(jié)絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）

第十章電力電子技術(shù)簡介

1.功率模塊

20世紀(jì)80年代中后期開始，模塊化趨勢，將多個(gè)器件封裝在一個(gè)模塊中，稱為功率模塊。功率模塊可縮小裝置體積，降低成本，提高可靠性。對工作頻率高的電路，可大大減小線路電感，從而簡化對保護(hù)和緩沖電路的要求。如圖10-6為IGBT晶閘管功率模塊。四、功率模塊和功率成電路第四節(jié)絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）（a）IGBT功率模塊(b)功率集成電路圖10-6功率模塊和功率成電路

第十章電力電子技術(shù)簡介

2.功率成電路（PIC）將器件與邏輯、控制、保護(hù)、傳感、檢測、自斷等信息電子電路制作在同一芯片上，稱為功率成電路（PIC）。類似功率集成電路的還有許多名稱，但實(shí)際上各有側(cè)重。高壓集成電路（HVIC）一般指橫向高壓器件與邏輯或模擬控制電路的單片集成。智能功率集成電路（SPIC）一般指縱向功率器件與邏輯或模擬控制電路的單片集成。智能功率模塊（IPM）則專指IGBT及其輔助器件與其保護(hù)和驅(qū)動(dòng)電路的單片集成，也稱智能IGBT（IntelligentIGBT）。如智能功率模塊（IPM）主要應(yīng)用于變頻器、伺服驅(qū)動(dòng)、變頻電源和變頻家電。功率集成電路的主要技術(shù)難點(diǎn)：高低壓電路之間的絕緣問題以及溫升和散熱的處理。以前功率集成電路的開發(fā)和研究主要在中小功率應(yīng)用場合。智能功率模塊在一定程度上回避了上述兩個(gè)難點(diǎn),最近幾年獲得了迅速發(fā)展。功率集成電路實(shí)現(xiàn)了電能和信息的集成，成為機(jī)電一體化的理想接口。四、功率模塊和功率成電路第四節(jié)絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）

第十章電力電子技術(shù)簡介直流變換電路能將某一直流電壓變換成另一固定電壓或大小可調(diào)的直流電壓。它是利用電力電子開關(guān)器件周期性地開通與關(guān)斷來改變輸出電壓的大小，也稱直流斬波電路。直流變換電路在生產(chǎn)中用以構(gòu)成直流脈沖調(diào)速電源和開關(guān)式穩(wěn)壓電源，適用于機(jī)床伺服系統(tǒng)和公共交通車輛傳動(dòng)。開關(guān)式穩(wěn)壓電源就是直流變換電路的一個(gè)應(yīng)用實(shí)例，它與傳統(tǒng)的線性直流穩(wěn)壓電源相比，效率高而體積小，成為新一代直流穩(wěn)壓電源。

第十章電力電子技術(shù)簡介第五節(jié)逆變電路一、逆變電路的作用和分類在工程應(yīng)用中，除了將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)榇笮】烧{(diào)的直流電外，還需將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姟＿@種對應(yīng)于整流的逆向過程，定義為逆變。例如，電力機(jī)車下坡行駛時(shí)，直流電動(dòng)機(jī)工作在發(fā)電狀態(tài)制動(dòng)運(yùn)行，機(jī)車的勢能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，并反送到電網(wǎng)中。完成逆變功能的電路稱為逆變電路。對于可控整流電路而言，只要滿足一定條件，既可以工作于整流狀態(tài)，又可以工作于逆變狀態(tài)，這類電路稱為變流電路或變流器。

逆變電路分為有源逆變和無源逆變。電路的交流側(cè)與電網(wǎng)直接相連，直流電逆變成與電網(wǎng)同頻率的交流電反送回電網(wǎng)，這種逆變稱為有源逆變。有源逆變常用于直流可逆調(diào)速系統(tǒng)、交流繞線式轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)的串級(jí)調(diào)速以及高壓直流輸電等領(lǐng)域。無源逆變是將直流電逆變?yōu)槟骋活l率或可調(diào)頻率的交流電直接供給負(fù)載。無源逆變主要用于變頻電路、不間斷電源UPS、開關(guān)電源和逆變電焊機(jī)等方面。變頻電路分為交交變頻和交直交變頻兩種。交直交變頻由交直變換（整流）和直交變換兩部分組成，后一部分就是逆變。

第十章電力電子技術(shù)簡介第五節(jié)逆變電路二、逆變電路的基本工作原理負(fù)載S1S3S2S44iuLUi（a）電路示意圖（b）電路輸出波形圖10-7逆變電路及其波形舉例uLt1t2tiouL0在圖10-7（a）所示的電路中，S1～S4是橋式電路的4個(gè)臂，由電力電子器件及輔助電路組成。S1、S4閉合，S2、S3斷開時(shí)，負(fù)載電壓uL為正；S1、S4斷開，S2、S3閉合時(shí)，uL為負(fù)。通過這樣的變換，就把輸入的直流電變成了交流電。改變兩組開關(guān)切換頻率，可改變輸出交流電頻率。電阻負(fù)載時(shí)，負(fù)載電流iL和uL的波形相同，相位也相同,如圖10-7（b）所示。阻感負(fù)載時(shí)，iL

uL滯后于uL，波形也不同。

第十章電力電子技術(shù)簡介

1．焊逆變器的組成及其作用三、弧焊逆變器第五節(jié)逆變電路弧焊逆變器是電子控制的弧焊電源中的一種新類型。因此它的組成、基本原理與通常的電子控制弧焊電源相比在本質(zhì)上是基本相同的，一般都采用閉環(huán)反饋系統(tǒng)控制它的電氣性能，即控制它的外特性和動(dòng)特性給定電路工頻交流變壓器濾波器輸出濾波電弧負(fù)栽逆變器輸入整流輸輸入整流傳感器比較放大驅(qū)動(dòng)電路TRC電子控制電路直流直流高壓中頻低壓中頻直流圖10-9逆變式弧焊電源電路結(jié)構(gòu)圖

第十章電力電子技術(shù)簡介主要組成及其作用如下：（1）主電路：由供電系統(tǒng)、電子功率系統(tǒng)和焊接電弧等組成。供電系統(tǒng)把工頻交流電經(jīng)整流器變換為直流電供給電子功率開關(guān)系統(tǒng)（逆變器）。此外還通過變壓、整流、濾波及穩(wěn)壓系統(tǒng)對電子控制系統(tǒng)提供所需的各種直流電壓。電子開關(guān)系統(tǒng)是弧焊逆變器的逆變器主電路，起著變換電參數(shù)（電壓、電流及波形）的作用。并以低電壓大電流向焊接電弧提供所需的電氣性能和工藝參數(shù)。這里必須指出，一個(gè)電子功率系統(tǒng)，其本身并不能焊接，必須與電子控制系統(tǒng)結(jié)合起來才能焊接。也就是說，只有兩者的結(jié)合才能對焊接電弧提供所需要的電氣性能和焊接參數(shù)。(2)電子控制系統(tǒng)對電子功率開關(guān)系統(tǒng)提供足夠大的、按電弧所需變化規(guī)律的開關(guān)脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)逆變主電路的工作。(3)反饋給定系統(tǒng)由檢測電路、給定電路、比較放大電路等組成。檢測電路主要作用是提取電弧電壓和電流的反饋信號(hào)；給定電路用于提供給定信號(hào)，決定對電弧提供焊接工藝參數(shù)的電流大?。慌c電子控制系統(tǒng)一起，實(shí)現(xiàn)對弧焊逆變器的閉環(huán)控制，并使它獲得所需外特性和動(dòng)特性。三、弧焊逆變器第五節(jié)逆變電路

第十章電力電子技術(shù)簡介2．焊逆變器的基本工作原理在供電系統(tǒng)中，單相或三相交流電網(wǎng)電壓，經(jīng)輸入整流器整流和濾波器濾波后獲得逆變器所需的平滑的直流電壓。該直流電壓在電子功率開關(guān)系統(tǒng)中經(jīng)逆變器的大功率開關(guān)器件（晶閘管、晶體管、場效應(yīng)管或IGBT）組成的交替開關(guān)作用，變成幾千至幾萬赫的中高頻電流，再經(jīng)過中高頻變壓器降至適合于焊接的幾十伏低電壓，并借助于電子控制系統(tǒng)的控制電路和給定反饋電路及焊接回路的阻抗，獲得焊接工藝所需的外特性和動(dòng)特性。如果需要采用直流電進(jìn)行焊接，還需經(jīng)輸出整流器整流和濾波，把中高頻交流電變成直流輸出?；『改孀兤髦麟娐返幕竟ぷ髟砜梢詺w納為：工頻交流——直流——逆變?yōu)橹懈哳l交流——降壓——二次整流——直流輸出。3．逆變式弧焊電源的特點(diǎn)

逆變電源被稱為“明天的電源”，其在焊接設(shè)備中的應(yīng)用為焊接設(shè)備的發(fā)展帶來了革命性的變化。弧焊逆變器具有高效節(jié)能、體積小、重量輕、良好的動(dòng)特性和弧焊工藝性能；微機(jī)或單旋鈕控制調(diào)節(jié)焊接工藝參數(shù)；設(shè)備費(fèi)用較低等優(yōu)點(diǎn)。但逆變電源但對制造技術(shù)要求較高。第五節(jié)逆變電路三、弧焊逆變器四、異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速技術(shù)

第十章電力電子技術(shù)簡介對交流電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速的裝置叫變頻器，其功能是將電網(wǎng)電壓提供的恒壓恒頻CVCF交流電變換為變壓變頻VVVF交流電，通過變頻伴隨變壓，對交流電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速。變頻器可分為交—交變頻器與交—直—交變頻器兩大類型，其結(jié)構(gòu)對比如圖10-10所示。(a)(b)交-交變頻器3～整流器逆變器濾波器M3～M圖10-10兩種變頻器的結(jié)構(gòu)形式第五節(jié)逆變電路

第十章電力電子技術(shù)簡介

目前，通用型變頻器絕大多數(shù)是交—直—交型變頻器，通常尤以電壓型變頻器為通用，其主回路圖，如圖10-10（b）所示，它是變頻器的核心電路，由整流回路，直流濾波電路及逆變電路組成，還包括有限流電路、制動(dòng)電路、控制電路等組成部分。圖10-11為某變頻器常見外形圖，圖10-12為目前常見的通用變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，它由主電路、給定電路、微機(jī)（單片機(jī)）控制系統(tǒng)、隔離驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路、顯示電路等部分組成。四、異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速技術(shù)（1）主電路由整流、濾波和絕緣柵晶體管IGBT構(gòu)成的逆變電路組成。完成交-直-交變換。（2）給定電路用于選擇變頻器的運(yùn)行頻率，一般由鍵盤設(shè)定，也可以用電位器設(shè)定。（3）微機(jī)控制系統(tǒng)主要根據(jù)用戶所要求的運(yùn)行頻率，在內(nèi)部進(jìn)行補(bǔ)償運(yùn)算，算出與頻率