《电力电子技术》复习提纲

电力电子技术期末复习提纲绪论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ACDC：整流(2) 直流变交流DCAC：逆变(3) 直流变直流DCDC： 一般通过直流斩波电路实现(4) 交流变交流ACAC: 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1章电力电子器件3 电力电子系统基本组成一般由主电路、控制电路、检测电路、驱动电路、保护电路等组成。4电力电子器件的分类(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S晶闸管.(2) 全控型器件：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.5半控型器件一晶闸管(大功率半导体变流器件)阳极A、阴极K、门极G组成晶闸管的导通条件：1。主电路加正向电压2.控制电路加合适的正向电压6。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。7。当晶闸管承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通。当晶闸管承受正向电压时，仅在 门极有触发电流的情况下晶闸管才能导通。8。晶闸管的测量：万用表R*1档GTO(门极可关断晶闸管)(1) GT0与普通晶闸管的相同点：是PNPN四层半导体结构，外部引出阳极、阴极和门极。(2) 当GTO承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能导通。(3) GTO导通后，若门极施加反向驱动电流，则GTO关断，也即可以通过门极电流控制GTO导通和关断。GTR (大功率晶体管)与普通晶体管相似B (基极)c、e电力场效应晶体管MOSFET绝缘栅双极晶体管IGBT(1) GTR和GTO是双极型电流驱动器件，其优点是通流能力强，耐压及耐电流等级高，但不足是开关速度低，所 需驱动功率大，驱动电路复杂。(1) IGBT是三端器件，具有栅极G、集电极C和发射极E。(2) IGBT由MOSFET和GTR组合而成。第2章整流电路(1)整流电路定义：将交流电能变成直流电能供给直流用电设备的变流装置。单相半波可控整流电路(4) 触发角 ： 从晶闸管开始承受正向阳极电压起，到施加触发脉冲为止的电角度，称为触发角或控制角。(7)几个定义 “半波”整流：改变触发时刻，uA和id波形随之改变，直流输出电压町为极性不变但瞬时值变化的脉动直流, d dd其波形只在U 2正半周内出现，因此称半波”整流。 单相半波可控整流电路：如上半波整流，同时电路中采用了可控器件晶闸管，且交流输入为单相，因此为单相 半波可控整流电路.电力电子电路的基本特点及分析方法（1）电力电子器件为非线性特性，因此电力电子电路是非线性电路。（2）电力电子器件通常工作于通态或断态状态，当忽略器件的开通过程和关断过程时，可以将器件理想化，看作 理想开关，即通态时认为开关闭合，其阻抗为零；断态时认为开关断开，其阻抗为无穷大。单相桥式全控整流电路带电阻负载的工作情况（1）单相桥式全控整流电路带电阻负载时的原理图2毎药b 由4个晶闸管（VTVT ）组成单相桥式全控整流电路。14 VT和VT组成一对桥臂，VT和VT组成一对桥臂。1423（2）单相桥式全控整流电路带电阻负载时的波形图VTiVT未触发导通，呈现断态，则.=0、4did = 0、叶扌*、I !；,广、_ 丄U I UU c , UUU c。VI VI42 VI V*22VT和VT承受正向电压，因此可靠导14在a角度时，给VT和VT加触发脉冲，此时a点电压高于b点,1 VT流回b点。4通, U vt = U vt = 0。V打V丄4电流从a点经VT、R、1Ud = U2，2 = id，形状与电压相同. 冗（冗+a）: 电源u 2过零点，VT和VT承受反向电压而关断，u VT = u VT = 1 u 2 (负半周)。214VIVI4 2 2 同时，VT和VT未触发导通，因此ud = 0、id = 0、i2 = 0 .23dd2(冗+a)2冗：在(K+a)角度时，给VT?和VT3加触发脉冲，此时b点电压高于a点VT?和VT3承受正向电压，因此可靠导通，uVT2 = uVT3 = 0 0VT阳极为a点，阴极为b点；VT阳极为a点，阴极为b点；因此uVT = uVT = u2。14VI VI42VT1电流从b点经VT、R、VT流回b点。32u d = _u 2， i 2 = _d 0(3)全波整流在交流电源的正负半周都有整流输出电流流过负载，因此该电路为全波整流。 (4)直流输出电压平均值Ud =J 、：2U 2 sin cotd (rot)=兀a1 + cos a= 0,U22(5)负载直流电流平均值= 2 局 2 1 + COS a = 09R 22(6)晶闸管参数计算承受最大正向电压：旳-)承受最大反向电压:、：2U2触发角的移相范围：a= 0时，UA = 0.9匕；a = 180。时，UA = 0 因此移相范围为180。 d2d晶闸管电流平均值:VT、VT与VT、VT轮流导电，因此晶闸管电流平均值只有输出直流电流平均值的一半,1423dVT=0.45U2 1 + cos aR 2带阻感负载的工作情况(1) 单相桥式全控整流电路带阻感负载时的原理图(2)单相桥式全控整流电路带阻感负载时的波形图7u L厂-Lm L1叫IA21L分析时，假设电路已经工作于稳态下。假设负载电感很大，负载电流不能突变，使负载电流匚连续且波形近似为一水平线。 d在a角度时，给VT和VT加触发脉冲，此时a点电压高于b点，VT和VT承受正向电压，因此可靠导1414通， u VT = u VT = 0。 VIV丄4电流从a点经VT、L、R、VT流回b点，u =.14d 2ld 为一水平线，VT, 4 = id = i2。卩和卩为断态，l vt2,3 = 0虽然二次电压一已经过零点变负，但因大电感的存在使VT和VT持续导通.214u VT = u VT4 = 0，u d = u 2iVT 4 = id = i2， iVT2 3 = 0 o（兀+a）2兀: 在（冗+a）角度时，给VT?和VT加触发脉冲，此时b点电压高于a点，VT和VT承受正向电压，因此可靠323、导 通, u vt = u vt3 = 0。 由于VT和VT的导通,23使VT和VT承受反向电压而关断/= 0 o VT阳极为a点，阴极为b点；VT14VT 414阳极为a 点,阴极为b点；因此uVT = u2VT,42 电流从b点经VT、L、R、VT流回b点，u =-u。32d2i d为一水平线,i iVT2,3% 2冗(2冗+a): 虽然二次电压u已经过零点变正，但因大电感的存在使VT和VT持续导通。223 u u ， u u c ， u i u ， i i iVT2VT3VT1,42 d 2VT2,3d(3) 直流输出电压平均值I1 |兀+a l2乜 2UUd J2U2 sin td (rot) 2 cos a 0.9U2 cos a冗 a冗(4) 触发角的移相范围a- 时，U d - -9U 2 ； a= 900 时，U d - 因此移相范围为 900。晶闸管承受电压：正向：、：2U2 ；反向：、：2U2三相可控整流电路三相半波可控整流电路 电阻负载(1) 三相半波可控整流电路带电阻负载时的原理图 变压器一次侧接成三角形，防止3次谐波流入电网。 变压器二次侧接成星形，以得到零线。 三个晶闸管分别接入a、b、c三相电源，其所有阴极连接在一起，为共阴极接法。(2) 三相半波不可控整流电路带电阻负载时的波形图 将上面原理图中的三个晶闸管换成不可控二极管，分别采用VD、VD和VD表示。123 工作过程分析基础：三个二极管对应的相电压中哪一个的值最大，则该相所对应的二极管导通，并使另两相（完整word版）电力电子技术复习提纲 的二极管承受反压关断，输出整流电压即为该相的相电压. 网弘：a相电压最高，则VD导通，VD和VD反压关断，叭=u .1 2123d a 叫叫：b相电压最高，则VD导通，VD和VD反压关断，叭=%。2 3231d b 叫叫：b相电压最高，则VD导通,VD和VD反压关断，叭=%。3 4231d b 按照上述过程如此循环导通，每个二极管导通120。 自然换向点：在相电压的交点的、叫、叫处，出现二极管换相，即电流由一个二极管向另一个二极管转移， 这些交点为自然换向点。（3）三相半波可控整流电路带电阻负载时的波形图（a= 0。）自然换向点：对于三相半波可控整流电路而言，自然换向点是各相晶闸管能触发导通的最早时刻（即开始承受正向 电压），该时刻为各晶闸管触发角a的起点，即a= 0o。c)q12 : a相电压最高，VT开始承受正压，在网时刻触发导通，u、吓=0，而VT和VT反压关断.1 1VI23Ud = Ua， iVT1 - id - R .1213 : b相电压最高，VT开始承受正压，在：时刻触发导通，u、吓=0，而VT和VT反压关断。2 2VT?31 u d = ub， ivt = 0， VT承受a点-b点间电压，即u=u卜。d bVT1VTab c相电压最高，VT开始承受正压，在亦 时刻触发导通，u = 0，而VT和VT反压关断。33VT312 ud u , ivt = 0， VT承受a点-c点间电压，即uvt = u 。d c VT1VTac（4）三相半波可控整流电路带电阻负载时的波形图（a 300）HatiOat定义：t时刻为自然换向点后30。， rot2和rot3时刻依次间距120。 rot（rot + 90。）: a相电压最高，VT已经承受正压，但在阿时刻（即a 30。）时开始触发导通，uVT 0，而VT和VT反压关11VT23断.ud ua , 1 VT - ld - R . （rot + 90o） rot2 : 虽然已到a相和b相的自然换向点，b相电压高于a相电压，VT已经开始承受正压，但是VT没有门极触发2 2 脉冲，因此VT保持关断.2 这样，原来已经导通的VT仍然承受正向电压（u 0 ）而持续导通，u VT 0, u d u , i VT id -.1aVId a VI d r rot 2 rot3 : b相电压最高，VT已经承受正压，rot2时刻（即a 30。）时开始触发导通VT , u VT 0，这样VT开始承受反压222 VI?1而关断。 u d ub， ivt 0， VT承受a点b点间电压，即uvt u bd bVT1VTab C相电压最高，VT已经承受正压，叫时刻（即= 300 ）时开始触发导通VT, u VT3 = 0，这样VT开始承受333 VT32反压而关断。 ud = u ， iVT = 0， VT承受a点c点间电压，即uVT = u -d cVT1VTa（5）三相半波可控整流电路带电阻负载时的波形图（a = 60。）定义：wt1时刻为自然换向点后60o， wt2和rot3时刻依次间距120o。（+ 90。）:a相电压最高，VT1在叭时刻（即a= 60。）时开始触发导通，即使过了自然换向点但因VT未导通及u 0，2a而使VT持续导通，uVT = 0，1VT而VT和VT反压关断。23ud = ua，iVT1 = id =带。（的 + 90。）2 :a相电压过零变负（u 0），a而使VT承受反压关断，而VT （未触发导通）和VT仍为关断。1 23iVT1 = id = 0， ud = 0。wt2wt3及wt3wt4期间情况分别为VT和VT导通过程，与上述相同。233423（6）三相半波可控整流电路带电阻负载不同触发角工作时的情况总结 当a 30。时，负载电流处于断续状态，直到a = 150。时，整流输出电压为零。 结合上述分析，三相半波可控整流电路带电阻负载时a角的移相范围为150，其中经历了负载电流连续和断 续的工作过程。（7）数值计算 a 30时，整流电压平均值（负载电流断续）:U 21 + a)+ a) = 0.675U 21 +1 兀3 J 2J 2U 2 sin rotd (rot)=2冗疋+a22冗冗636当 a = 150 时，Ud 最小，Ud = 0。 dd 负载电流平均值：厶=。d R 晶闸管承受的最大反向电压：为变压器二次侧线电压的峰值，Urm =、込xNu2 = y6u2 = 2.45U 2 晶闸管承受的最大正向电压：如a相，二次侧a相电压与晶闸管正向电压之和为负载整流输出电压n ，由于n最小为0，因此晶闸管最 dd大正向电压UFM =Y2U2。阻感负载（1）三相半波可控整流电路带阻感负载时的原理图 当阻感负载中的电感值很大时，整流获得的电流id波形基本是平直的，即流过晶闸管的电流接近矩形波。 当a 30。时，负载电压u d波形将出现负的部分，并随着触发角的增大，使负的部分增多。 当a = 90。时，负载电压ud波形中正负面积相等，ud平均值为0. 结合上述分析，三相半波可控整流电路带阻感负载时a角的移相范围为90。(4) 数值计算 整流电压平均值(负载电流始终连续)：U d = 1.17U2cos a。d2 晶闸管承受的最大正反向电压:为变压器二次侧线电压的峰值,U FM = U RM八 2 x J3U2V6U 2 = 2.45U 2三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路原理图:VTVT八工（1）由6只晶闸管组成，形成三个桥臂，其中每个桥臂连接一相电源。（2）阴极连接在一起的3只晶闸管（VT、VT、VT）称为共阴极组，处于桥臂上端。135（3）阳极连接在一起的3只晶闸管（VT、VT、VT）称为共阳极组，处于桥臂下端.462晶闸管的导通顺序:VT、VT、VT、VT、VT、VT .123456带电阻负载时的工作情况（a = 00 ）（1）基本说明 自然换向点仍为a、b、c相的交点.将1时刻（自然换向点）后的一个电源周期分成6段，每段电角度为600，分别为丨、II、III、IV、V、VI。（2）波形图分析阶段丨：a相电压最大，b相电压最小，触发导通VT （事实上，VT已经导通）1 6U bU d = U ab，VT = r ， U VT = 0。阶段II：u cb a相电压最大,c相电压最小，触发导通VT，则VT承受反压（0 ）而关断，VT持续导通.1UU d = U ae， VT=貸，U VT = 0。阶段III:b相电压最大,c相电压最小，触发导通VT，3则VT承受反压1（% 0）而关断,VT持续导通.2Ud = Ube， iVT，U VT = U ab 阶段IV :b相电压最大,a相电压最小，触发导通VT,则VT承受反压42(% 0 )而关断,VT持续导通。3U 1 Ui、TrTId baVTu ba-r ，U VT - U ab 阶段V： c相电压最大，a相电压最小，触发导通VT，则VT承受反压（u 0 ）而关断,VT持续导通。5 3be4.UUd = Uea , iVT1 = R， UVT1 = U ae。阶段VI： c相电压最大，b相电压最小，触发导通VT，则VT承受反压（U 0，波形与同时段的u波形相同.VT处于通态的120。期1ad4间，i波形与同时段的u“波形相同，但为负值.ad带电阻负载时的工作情况（a 60。）（1）波形图分析阶段丨：a相电压最大，c相电压最小，通过以往经验知道VT已经导通，此时触发导通VT,不触发VT,则整个阶段I6 1 2中，VT和VT持续导通。1 6VT1U d = U ab， U VT1 = 0。 阶段II：cb0而关断，而a相电压仍比c相大，因b相电压最大，c相电压最小，此时触发导通VT.,则VT承受电压u此VT和VT持续导通.1 2U d = U ac， U VT1 = 0 .阶段III :分析过程同阶段II, VT和VT持续导通。23uu uu i d beVTab阶段IV：分析过程同阶段II,VT和VT持续导通。3 4uu u u i 。d baVT ab阶段V :分析过程同阶段I，VT和VT持续导通.45u d = u ca， u VT = u ac-阶段VI：分析过程同阶段I，VT和VT持续导通.56u d = u cb， u VT = u ac。（2）总结 与a = 30。时相比，晶闸管起始导通时刻继续向后推迟30。, ud平均值继续降低，并出现了为零的点. 当a 60。时整流电路触发脉冲要求 a 60。时，负载电流将出现断续状态，这样为确保电路的正常工作，需保证同时导通的2个晶闸管均有触发 脉冲。 方法一:采用宽脉冲触发，即触发脉冲的宽度大于60o，一般取80。100。 方法二：采用双脉冲触发，即在触发某个晶闸管的同时，给序号紧前的一个晶闸管补发脉冲。即用两个窄脉 冲代替宽脉冲，两个窄脉冲的前沿相差60。，脉宽一般为20。30。2）波形图分析MNNM0VT JMkANMNKL/战阶段丨： 前半段内，u 叽 u，通过以往经验知道VT已经导通，此时触发导通VT，不触发VT，则VT和VT导通。a b c61216=u ab，后半段内，ub ua uc，出现a、b相交点，则过交点后VT6和VT1承受反压关断。ud = 0，id = iVT1 = ia = 0 -阶段II: 前半段内，ub u u，此时触发导通 VT ,同时采用宽脉冲或双脉冲方式触发 VT导通。ud = u ,b a c21d aci = i = i = Ud old _ 1 VTi _ 1 a _ r o 后半段内，ub u u，出现a、c相交点，则过交点后VT和VT承受反压关断。ud _0 , ld _lVT _l _0 ob c a12dd VT1 a 阶段III: 前半段内，VT和VT持续导通。u d _ u b , ld _纽,i _ i _ o o2 3d bc d R VT1 a 后半段内， ud _0， ld _lVT _la _0odd VT1 a 阶段IV： 前半段内，VT和VT持续导通。u d _ u b , id _-i _纽,iVT _ 0 .3 4d ba d a RVT1 后半段内， ud _0， id _iVT _ia _0odd VT1 a 阶段V： 前半段内，VT和VT持续导通。u d _ u , i d _-i _纽,ivT _ 0 o4 5d c dRVT1 后半段内， ud _0， id _iVT _i _ 0.dd VT1 阶段VI： 前半段内，VT和VT持续导通。u d _ ub , id _纽,iVT _ i _ 0 o5 6d cb d RVT1 后半段内， ud _0， id _iVT _i _0odd VT1（3）总结 当a 60。时，负载电流将出现断续状态. 当a _ 120。时，整流输出电压u d波形全为零，因此带电阻负载时的三相桥式全控整流电路a角的移相范围是120oo3.2o2o7 三相桥式全控整流电路的定量分析（1）带电阻负载时的平均值 特点：a 60o时，整流输出电压连续；60。a 120。时，整流输出电压断续。 整流电压平均值计算公式：以u d所处的线电压波形为背景,周期为-o d3a 60。： U _d -12 sin td(rot) _ 2.34U cos a+a360。a 120。： U_ “6U2 sinrotd(rot) _ 2.34U21 +d 冗-+a_ 3+ a) 输出电流平均值计算公式：1 d二毎。整流电路的有源逆变工作状态逆变的概念什么是逆变？为什么要逆变？（1）逆变定义：生产实践中，存在着与整流过程相反的要求，即要求把直流电转变成交流电，这种对应于整流的 逆向过程，定义为逆变。（3）逆变电路定义：把直流电逆变成交流电的电路。（4）有源逆变电路：将交流侧和电网连结时的逆变电路，实质是整流电路形式（5）无源逆变电路：将交流侧不与电网连结，而直接接到负载的电路，即把直流电逆变为某一频率或可调频率的交 流电供给负载的电路。（6）有源逆变电路的工作状态：只要满足一定条件，可控整流电路即可以工作于整流状态，也可以工作于逆变 状态。逆变产生的条件（1）单相全波电路（相当发电机）一电动机系统（2）单相全波电路（整流状态）-电动机（电动状态）系统 电动机处于电动运行状态，全波电路处于整流工作状态（0 a 0，而且U A ，才2dd M能输出电枢电流厶=U d E M。d R 能量流向：交流电网输出电功率，电动机输入电功率。（3）单相全波电路（有源逆变状态）一电动机（发电回馈制动）系统 电动机处于发电回馈制动运行状态，由于晶闸管单向导电性，电路内Id的方向依然不变。 这样，要保证电动机有电动运行变成发电回馈制动运行，必须改变的极性，同时直流输出电压也改变极Md性(UA ，I d =已M - U d，才能把电能从直流侧送到交流侧，实现逆变。 能量流向：电动机输出电功率，交流电网吸收电功率。 全波电路有源逆变工作状态下，为什么晶闸管触发角处于-a UJ，这是电动机处于发电回馈制动状态时得到的， 这样能够保证系统得到很大的续流，即使晶闸管的阳极电位大部分处于交流电压为负的半周期，但是仍能承受正 向电压而导通。(4) 有源逆变产生的条件 变流电路外侧要有直流电动势，其极性必须和晶闸管的导通方向一致，其值应大于变流电路直流侧的平均电 压。 要求晶闸管的控制触发角-，使U d为负值。2 d第3章直流斩波电路(1)直流-直流变流电路(DC-DC)定义：将一种直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电的装置。(2) 常见的直流一直流变流电路为直流斩波电路。(3) 基本直流斩波电路为：降压斩波电路和升压斩波电路。降压斩波电路电路原理图(1) 包含全控型器件V，由IGBT组成。(2) 包含续流二极管VD,作用是保证IGBT关断时给负载中电感电流提供通道。(3) 负载：直流电动机，两端呈现反电动势E。m(4) 分析前提:假设负载中电感值很大，即保证电流连续.工作原理分析(1) 给出IGBT的栅射极电压波形，即-波形，周期为T。GEG(2) 0 -1 ( t )期间：IGBT导通，电源E向负载供电，负载电压u = E，由于电感存在，因此负载电流不能突变, 1 ono所以按指数曲线上升。(3) t -T( t幷)期间：控制IGBT关断，负载电流经过续流二极管VD续流，负载电压基本为0,负载电流呈现指1off数曲线下降。(4) 当负载电感值较大时，负载电流连续而且脉动小.公式(1)负载电压平均值：U = E = aE，其中a为占空比.T(2) 电感L极大时，负载电流平均值：I =匕m。R计算题：例51总结(1)通过改变降压斩波电路的占空比大小，就可以改变输出负载电压的平均值升压斩波电路电路原理图(1) 包含全控型器件V,由IGBT组成.(2) 包含极大值的电感L和电容C。(3) 负载为电阻R。工作原理分析II(1) 当IGBT导通阶段： 电源E向电感L充电，充电电流为恒定电流/； 电容C上的电压向负载R供电，因C值很大，因此输出电压为恒值u。o 通态时间为t ，此阶段电感L上积蓄能量为E厶t .on1 on(2) 当IGBT关断阶段： 电源E和电感L共同向电容C充电，并向负载R提供能量。 此期间，电感L释放的能量为(Uo -E)11toff .公式(1) 当电路处于稳态时，一个周期T中电感L积蓄的能量与释放的能量相等。t + tT(2)输出电压平均值：EI1ton = (Uo -E)11toff，因此Uo = E =E。 ntofftoff(3) 输出电流平均值：I =。R计算题：例5-3升压斩波电路能够保证输出电压高于电源电压的原因(1)电感L放电时，其储存的能量具有使电压泵升的作用。(2) 电感L充电时，电容C可将输出电压保持住.第5章逆变电路(1) 逆变定义：将直流电能变成交流电能。(2) 有源逆变：逆变电路的交流输出侧接在电网上。(3) 无源逆变：逆变电路的交流输出侧直接和负载相连。电压型逆变电路型逆变电路.(1) 逆变电路分类：根据直流侧电源性质可以分为电压(源)型逆变电路和电流(2) 电压(源)型逆变电路VSI：直流侧为电压源.(3) 电流(源)型逆变电路CSI：直流侧为电流源。(4) 电压型逆变电路举例：5 直流侧为电压源，或并联有大电容。直流侧电压基本无脉动，直流回路呈现低阻抗。 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。 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. 图中逆变桥各臂都并联反馈二极管，为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道单相电压型逆变电路半桥逆变电路(1)电路原理图2Svd2 由两个桥臂组成，其中每个桥臂均包含一个可控器件和一个反并联二极管。 直流输入侧接有两个相互串联的足够大的电容，两个电容的连接点为直流电源的中点. 负载连接在直流电源中点和两个桥臂连接点之间。(2)栅极驱动信号 开关器件V和V的栅极信号在一个周期内半周正偏，半周反偏,且二者互补。1 2 0：V栅极高电平,V栅极低电平.2 1 2 ：乙:V栅极高电平，V栅极低电平。2421 乙: V栅极高电平，V栅极低电平。4612(3) 电压与电流波形图0：V栅极高电平，V栅极低电平，因此V为通态,V为断态，则负载电压u = U =匕/2。21212o m d 匚时刻：V开始关断，但感性负载中的电流i不能立即改变方向，于是VD导通续流(称为续流二极管)，则21o2负载电压u =-U =-U d /2。直到13时刻i降为零时，VD截止，V开始导通，负载电压仍为u =-U =-U d /2， omd3o22omdi反向。o 其他时刻同理。(4) 有功功率与无功功率 当V或V为通态时，负载电流与电压同方向，直流侧向负载提供能量。1 2 当VD或VD为通态时，负载电流与电压反向，则负载电感中储存的能量向直流侧反馈即负载电感将其吸收1 2的无功能量反馈回直流侧，反馈回的能量暂时储存在直流侧电容中，直流侧电容器起着缓冲这种无功能量的作用.(5) 应用说明 上述电路中开关器件若为晶闸管，则需要使用强迫换流电路。 半桥逆变电路优点是结构简单，使用器件少，但缺点是输出交流电压幅值仅为U d/2，且直流侧需要两个电容器串联。 半桥逆变电路常使用在几千瓦以下的小功率逆变电源中。第6章PWM控制技术PWM控制定义：即脉冲宽度控制技术，它是对脉冲的宽度进行调制的技术，即通过对一系列脉冲的宽度进行调制, 来等效的获得所需要的波形，其中包含波形的形状和幅值。PWM控制的基本原理面积等效原理(1)冲量的定义：指窄脉冲的面积。(2)脉冲面积等效原理：当冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同，即惯性环节 的输出响应波形基本相同。PWM脉冲等效为正弦半波尸(1)正弦半波分成N等份，得到N个彼此相连的脉冲序列，该序列脉冲为等宽度而不等幅值，即脉冲宽度均为兀/N, 但脉冲幅值不等，按正弦规律变化。(2)将上述脉冲序列采用脉冲面积等效原理进行等效：采用N个等幅值而不等宽度的矩形脉冲代替，保证矩形 脉冲的中点与相应正弦半波脉冲的中点重合，且使矩形脉冲和相应正弦半波脉冲的面积(冲量)相等，这样能够保证矩形脉冲与正弦半波脉冲的作用相同。(3) PWM波形：上述一系列等幅值而不等宽度的矩形脉冲就是PWM波形.(4) SPWM波形：当PWM波形的脉冲宽度按正弦规律变化，与正弦波等效时，称为SPWM波形。PWM逆变电路及其控制方法PWM调制法针对逆变电路：调制信号：希望逆变电路输出的波形载波：接受调制信号调制的信号，常见载波为等腰三角波或锯齿波PWM波形：载波通过上述调制信号波调制后所得到的波形.单相桥式逆变电路与PWM控制技术0叫调制信号波为ur，载波为uc。三角形载波只在正极性或负极性一种极性范围内变化(1)单极性 PWM控制技术 特点：在调制信号波半个周期内,调制信号波u为正弦波;r载波U在U的正半周为正极性的三角波，在u的负半周为负极性的三角波。 c rr在u和u的交点时刻控制IGBT的通断.r c在件的正半周，V1保持通态，V2保持断态；当u r u c时使V4导通，V3关断，u。= ； 当件 u时使V3c0dr c关断,V4导通，u0 = 0 ； 这样得到的u0波形为SPWM波形/ rII（2）双极性PWM控制技术特点:在调制信号波半个周期内，三角形载波可以在正极性或负极性两种极性范围内变化 调制信号波u为正弦波；r 载波u在u的正半周或负半周均有正、负两种极性的三角波。c r 在u和u的交点时刻控制IGBT的通断.r c 在u的正、负半周，控制规律相同：当u u时给V1和V4导通信号（此时，V1和V4不一定出于通态，考虑rr c有功和无功问题，也可能处于续流二极管导通），V2和V3关断，% = U ；当u V u时给V2和V3导通信号（也可0 dr c能处于续流二极管导通），V1和V4关断，n =-n ；0d 这样得到的u0波形为SPWM波形异步调制和同步调制（1）载波比：载波频率fc与调制信号频率fr之比，N = fc/fr。异步调制（1）定义：载波信号和调制信号不保持同步的调制方式，即N值不断变化，称为异步调制。（2）控制方式:保持载波频率fc固定不变，这样当调制信号频率fr变化时，载波比N是变化的同步调制（1）定义：在逆变器输出变频工作时，使载波与调制信号波保持同步的调制方式，即改变调制信号波频率的同时 成正比的改变载波频率，保持载波比N等于常数，称为同步调制.分段同步调制（1）定义：把逆变电路的输出频率范围划分成若干个频段，每个频段内保持载波比 N 为恒定（同步调制），不同 频段内的载波比不同（异步调制）