电力电子复习总结ppt课件

电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系电力电子技术复习电力电子技术复习电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系1.1 电力电子技术概述使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。1.1.1 电力电子技术（Power Electronics)的定义从工程的对象对象和内容内容及手段手段几方面理解电力电子技术p 对象：能量中的电能p 内容：对电能的变换和控制p 手段：利用电力电子器件（半导体器件）问题：为什么要对电能进行变换和控制？问题：为什么要对电能进行变换和控制？1.1 电力电子技术概述使用电力电子器件对电能进行变换和控电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系1.1.2 电力（电能）变换的目的和作用电力系统的主体：固定频率50或60Hz的交流电作为主体。使用电力时固定频率的交流电未必总是最佳选择：p需要改变频率，如变频空调p将交流电变成直流电，如微机电源电能变换举例：电车控制、利用自然能发电1.1.2 电力（电能）变换的目的和作用电力系统的主体：固电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系n例例1.1：电车（地铁等）用设置在车底下的变流装置：电车（地铁等）用设置在车底下的变流装置控制来自架空线的直流电流，对电动机进行调速。控制来自架空线的直流电流，对电动机进行调速。图图1.1 1.1 电车的调速方式电车的调速方式例1.1：电车（地铁等）用设置在车底下的变流装置控制来自架空电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系图图1.3 1.3 风能发电能量流程风能发电能量流程图图1.2 1.2 太阳能发电能量流程太阳能发电能量流程n例例1.2：自然能发电（太阳：自然能发电（太阳能和风能）能和风能）在采用自然能发电时，必须在采用自然能发电时，必须控制变化的发电功率。控制变化的发电功率。图1.3 风能发电能量流程图1.2 太阳能发电能量流程例电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系1.1.3 电能变换的种类逆变直流斩波交流调压控制变频、调功整流直流交流交流直流 输出 输入电力变换四大类型 电力变换四大类电力变换四大类 交流变直流、直流变交流、直流变直流、交流变交流1.1.3 电能变换的种类逆变直流斩波交流调压控制整流直流电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系 变流技术（电力电子器件应用技术）是电力电子技术的核心。包括：用电力电子器件构成电力变换电路和对其进行控制的技术，以及构成电力电子装置和电力电子系统的技术。电力电子器件制造技术是电力电子技术的基础。本课程的重点是变流技术。（1）研究内容包括两大分支：1.1.4.电力电子技术的特点 变流技术（电力电子器件应用技术）电力电子器件制造技术本课电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系电力电子技术是应用在电力变换领域的电子技术。（2）与电子技术的关系电力电子技术是应用在电力变换领域的电子技术。（2）与电子技术电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系2 电力电子器件本章重点：1)电力电子器件的概念、特征和分类2）各种电力电子器件的基本特性：电气符号如何控制开通和关断主要参数2 电力电子器件本章重点：电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系 同处理信息的电子器件相比的一般特征：电力电子器件能处理电功率的能力，一般远大于处理信息的电子器件。电力电子器件一般都工作在开关状态。电力电子器件往往需要由信息电子电路来控制。电力电子器件自身的功率损耗远大于信息电子器件，一般都要安装散热器。半导体功率开关与普通半导体器件有何区别半导体功率开关与普通半导体器件有何区别?电力电子器件，又称功率半导体器件，是电力电子电路（变流技术）的基础2.1 电力电子器件的概念和特征 同处理信息的电子器件相比的一般特征：半导体功率开关与普通电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系通态损耗 Won断态损耗 Woff开关损耗 WSW开通损耗关断损耗 电力电子器件的损耗通态损耗是器件功率损耗的主要成因。器件开关频率较高时，开关损耗可能成为器件功率损耗的主要因素。通态损耗 Won 电力电子器件的损耗通态损耗是器件功率损耗的电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系2.2 电力电子器件的种类按照其控制通断的能力分类按照其控制通断的能力分类:不控型，半控型和全控型。不控型，半控型和全控型。2.2 电力电子器件的种类按照其控制通断的能力分类:不控电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系电力电子复习总结ppt课件电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系电流驱动型 通过从控制端注入或者抽出电流来实现导通或者关断的控制。电压驱动型 仅通过在控制端和公共端之间施加一定的电压信号就可实现导通或者关断的控制。按照驱动电路信号的性质，分为两类：从发展历程上看：首先开发了二极管，之后是晶闸管和晶体管系列器件。电流驱动型电压驱动型按照驱动电路信号的性质，分为两类：从发展电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系2.3 电力电子系统的组成 电力电子器件在实际应用中的系统组成电力电子器件在实际应用中的系统组成控制电路检测电路驱动电路RL主电路V1V2保护电路电气隔离控制电路电力电子系统：由控制电路、驱动电路、保护电路 和以电力电子器件为核心的主电路组成。在主电路和控制电路中附加一些电路，以保证电力电子器件和整个系统正常可靠运行2.3 电力电子系统的组成 电力电子器件在实际应用中的系电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系2.4.1 晶闸管正常工作时的特性总结如下：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。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开通。晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用。要使晶闸管关断，只能使晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下。半控型器件2.4 晶闸管(SCR)2.4.1 晶闸管正常工作时的特性总结如下：2.4 晶闸管电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系断态重复峰值电压断态重复峰值电压U UDRMDRM 在在门门极极断断路路而而结结温温为为额额定定值值时时，允允许许重重复复加加在器件上的正向峰值电压。在器件上的正向峰值电压。反向重复峰值电压反向重复峰值电压U URRMRRM 在在门门极极断断路路而而结结温温为为额额定定值值时时，允允许许重重复复加在器件上的反向峰值电压。加在器件上的反向峰值电压。通常取晶闸管的通常取晶闸管的U UDRMDRM和和U URRMRRM中较小的标值作为该器件的中较小的标值作为该器件的额额定电压定电压。选用时，应考虑。选用时，应考虑安全裕量安全裕量，一般取额定电压，一般取额定电压为正常工作时晶闸管所承受峰值电压为正常工作时晶闸管所承受峰值电压2 23 3倍。倍。(1)(1)电压定额电压定额2.4.2 2.4.2 晶闸管的主要参数晶闸管的主要参数断态重复峰值电压UDRM通常取晶闸管的UDRM和URRM中较电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系通态平均电流通态平均电流 I IT(AVT(AV）在指定的管壳温度和散热条件下，其允许流过在指定的管壳温度和散热条件下，其允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。的最大工频正弦半波电流的平均值。IT(AV)是按照电流的发热效应来定义的，使用时应按是按照电流的发热效应来定义的，使用时应按有有效值相等的原则效值相等的原则来选取电流定额，并应留有一定的裕来选取电流定额，并应留有一定的裕量。量。q维持电流维持电流 IH 使晶闸管维持导通所必需的最小电流。使晶闸管维持导通所必需的最小电流。(2)(2)电流定额电流定额通态平均电流 IT(AV）在指定的管壳温度和散热条件电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系 除开通时间除开通时间t tgtgt和关断时间和关断时间t tq q外，还有：外，还有：(3)(3)动态参数动态参数断态断态电压临界上升率电压临界上升率du/dt 指在额定结温和门极开路的情况下，不导致指在额定结温和门极开路的情况下，不导致晶闸管从断态到通态转换的外加电压最大上升率晶闸管从断态到通态转换的外加电压最大上升率电压上升率过大电压上升率过大，使充电电流足够大，就会，使充电电流足够大，就会使晶闸管误导通使晶闸管误导通 。通态通态电流临界上升率电流临界上升率di/dt指在规定条件下，晶闸管能承受而无有害影指在规定条件下，晶闸管能承受而无有害影响的最大通态电流上升率。响的最大通态电流上升率。如果如果电流上升太快电流上升太快，可能造成局部过热而使，可能造成局部过热而使晶闸管损坏。晶闸管损坏。除开通时间tgt和关断时间tq外，还有：(3)动态参数断态电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系3 整流电路 整流(Rectification)：把交流电变换成直流电。整流电路(Rectifier)：实现整流的电路。整流电路是出现最早的电力电子变流电路。最常用的变流电路。本章内容：由晶闸管构成的相控整流器（主要应用在大功率场合，如电池充电、直流电机（主要应用在大功率场合，如电池充电、直流电机驱动）驱动）3 整流电路 整流(Rectification)：把交流电变电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系1)1)晶闸管变流器的晶闸管变流器的相位控制原理相位控制原理2 2）单相晶闸管桥式变流器）单相晶闸管桥式变流器触发角的定义，导通角的定义，移相控制范围的触发角的定义，导通角的定义，移相控制范围的概念；不同负载情况下的整流输出波形；整流输出概念；不同负载情况下的整流输出波形；整流输出电压平均值的计算，整流输出电流平均值的计算。电压平均值的计算，整流输出电流平均值的计算。本章复习重点3 3）三相晶闸管桥式变流器）三相晶闸管桥式变流器自然换流点的定义，器件导通的规律，对触发脉冲自然换流点的定义，器件导通的规律，对触发脉冲的特殊要求。的特殊要求。1)晶闸管变流器的相位控制原理本章复习重点3）三相晶闸管桥电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系4 4）晶闸管变流器的）晶闸管变流器的逆变逆变工作状态：逆变的概念，变工作状态：逆变的概念，变 流器工作于有源逆变模式的条件，逆变角的概念。整流流器工作于有源逆变模式的条件，逆变角的概念。整流与逆变工作模式的区别。最小逆变角的限制条件，逆变与逆变工作模式的区别。最小逆变角的限制条件，逆变失败的原因和后果。失败的原因和后果。4）晶闸管变流器的逆变工作状态：逆变的概念，变 流器工电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系3.1 晶闸管变流电路及其控制原理3.1.1 基本晶闸管整流电路 相位控制方式（相控）：通过控制器件相位控制方式（相控）：通过控制器件导通的时刻导通的时刻（相位）（相位）来改变输出功率（电压、电流）的控制方式。来改变输出功率（电压、电流）的控制方式。触发角触发角:从从晶闸管开始承受正向阳极电压晶闸管开始承受正向阳极电压到到施加施加触发脉冲时刻的电角度触发脉冲时刻的电角度导通角导通角:晶闸管在一个电周期内导通的电角度。晶闸管在一个电周期内导通的电角度。移相（控制）范围移相（控制）范围：触发角：触发角的变化范围的变化范围3.1 晶闸管变流电路及其控制原理3.1.1 基本晶闸管电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系阻感负载阻感负载电阻负载电阻负载反电势负载反电势负载电压与电流成正比，两者波形相同。电压与电流成正比，两者波形相同。u2过零时晶闸管过零时晶闸管关断关断由于电感的储能作用，由于电感的储能作用，u2E时，晶闸管承受正电压，才有导通的可能。时，晶闸管承受正电压，才有导通的可能。阻感负载加续流二极管阻感负载加续流二极管电感性负载加续流二极管后，输出电压波形与电阻性电感性负载加续流二极管后，输出电压波形与电阻性负载波形相同。负载波形相同。阻感负载电阻负载反电势负载电压与电流成正比，两者波形相同。u电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系3.2 三相晶闸管变流电路自然换流点自然换流点：控制角：控制角的计算起点不再选择在相电压的计算起点不再选择在相电压 由负变正的过零点，而选择在各相电压的交点处由负变正的过零点，而选择在各相电压的交点处三相可控整流电路的运行特性、波形不仅与负载有关，三相可控整流电路的运行特性、波形不仅与负载有关，而且与控制角而且与控制角有很大关系，应按不同有很大关系，应按不同进行分析。进行分析。3.2 三相晶闸管变流电路自然换流点：控制角的计算起点不电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系导通角导通角 共阴极组和共阳极组各共阴极组和共阳极组各1 1器件同时通形成供电回器件同时通形成供电回路，每个器件导通角为路，每个器件导通角为120120 三相桥式可控整流电路的特点电压脉动次数电压脉动次数 u ud d一周期脉动一周期脉动6 6次，每次脉动的波形都一样，故该次，每次脉动的波形都一样，故该电路为电路为6 6脉波脉波整流电路。整流电路。触发脉冲的特点触发脉冲的特点按按VTVT1 1-VT-VT2 2-VT-VT3 3-VT-VT4 4-VT-VT5 5-VT-VT6 6的顺序，相位依次差的顺序，相位依次差6060 共阴极组共阴极组VTVT1 1、VTVT3 3、VTVT5 5的脉冲依次差的脉冲依次差120120，共阳极，共阳极组组VTVT4 4、VTVT6 6、VTVT2 2也依次差也依次差120120。同一相的上下两个桥臂，即同一相的上下两个桥臂，即VTVT1 1与与VTVT4 4，VTVT3 3与与VTVT6 6，VTVT5 5与与VTVT2 2，脉冲相差，脉冲相差180180。导通角 共阴极组和共阳极组各1器件同时通形成供电回路电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系在如下情况的触发问题在如下情况的触发问题电路启动时电路启动时电流不连续时电流不连续时 对触发脉冲的特殊要求触发时，必须保证同时导通的触发时，必须保证同时导通的2 2个晶闸管均有触发脉冲个晶闸管均有触发脉冲解决办法解决办法宽脉冲触发宽脉冲触发双窄脉冲触发（常用）双窄脉冲触发（常用）在如下情况的触发问题 对触发脉冲的特殊要求触发时，必须保证同电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系宽脉冲触发：宽脉冲触发：触发脉冲宽度大于触发脉冲宽度大于6060 双窄脉冲触发：双窄脉冲触发：给上次触发的晶闸管给上次触发的晶闸管1个补脉冲。个补脉冲。宽脉冲触发：触发脉冲宽度大于60双窄脉冲触发：给上次触电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系3.3 整流电路的有源逆变工作状态晶闸管变流器的两种工作状态晶闸管变流器的两种工作状态:整流整流把交流电变成直流电。把交流电变成直流电。特点：特点：u ud d0,0,电能流动方向电能流动方向：交流：交流直流直流逆变逆变把直流电变成交流电，整流的逆过程。把直流电变成交流电，整流的逆过程。特点：特点：u ud d0,p p/2，使，使V Vd d为为负值负值。3)3)电路直流回路中必须要有足够大的电感，以保证有电路直流回路中必须要有足够大的电感，以保证有 源逆变连续进行源逆变连续进行2.逆变的条件 产生逆变的条件：电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系半控桥或有续流二极管的电路，因其整流电压半控桥或有续流二极管的电路，因其整流电压u ud d不不能出现负值，也不允许直流侧出现负极性的电动势，能出现负值，也不允许直流侧出现负极性的电动势，故不能实现有源逆变。故不能实现有源逆变。欲实现有源逆变，只能采用全控电路。欲实现有源逆变，只能采用全控电路。对于可控整流电路，满足一定条件就可工作于有源逆变，对于可控整流电路，满足一定条件就可工作于有源逆变，其电路形式未变，只是电路工作条件转变。其电路形式未变，只是电路工作条件转变。半控桥或有续流二极管的电路，因其整流电压ud不能出现负值，也电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系直流侧平均电压直流侧平均电压逆变角逆变角：把把 p p/2时的控制角用时的控制角用p-p-=b b 表示表示，b b 称为称为逆变角逆变角。（逆变角（逆变角b b和控制角和控制角 的计量方向相反，其大小自的计量方向相反，其大小自b=0的起始点向左方计量）的起始点向左方计量）0 p p/2 时，变流器工作在时，变流器工作在整流整流状态状态。p p/2 p p 时，变流器工作在时，变流器工作在逆变逆变状态状态。逆变和整流的区别逆变和整流的区别直流侧平均电压 0 p/2 时，变流器工作在整流状电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系逆变失败（逆变颠覆）逆变失败（逆变颠覆）逆逆变变时时，一一旦旦换换相相失失败败，外外接接直直流流电电源源就就会会通通过晶闸管电路短路过晶闸管电路短路;或或使使变变流流器器的的输输出出平平均均电电压压和和直直流流电电动动势势变变成成顺向串联，形成很大顺向串联，形成很大短路电流短路电流。限制最小逆变角是防止逆变失败的关键措施之一。限制最小逆变角是防止逆变失败的关键措施之一。3.逆变失败为保证可靠换流，对为保证可靠换流，对最小逆变角最小逆变角应有限制应有限制b bmin=d d+g g+q q b bmin一般取3035。逆变失败（逆变颠覆）限制最小逆变角是防止逆变失败的关键措施之电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系4 逆变电路 逆变电路作用：固定直流幅值和频率都可控的正弦交流 逆变电路的交流侧接负载，为无源逆变。4 逆变电路 逆变电路作用：固定直流幅值和频率都电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系 逆变电路的种类：根据输出端交流的相数分类根据输出端交流的相数分类 单相单相逆变电路：逆变器的输出为单相交流电逆变电路：逆变器的输出为单相交流电 三相三相逆变电路：逆变器的输出为三相交流电逆变电路：逆变器的输出为三相交流电 根据输入端直流电源特性分类根据输入端直流电源特性分类 电压源电压源型逆变电路：逆变器的输入为直流电压源型逆变电路：逆变器的输入为直流电压源 电流源电流源型逆变电路：逆变器的输入为直流电流源型逆变电路：逆变器的输入为直流电流源 逆变电路的种类：电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系1)1)逆变的逆变的基本概念基本概念：有源逆变与无源逆变的区别；电压：有源逆变与无源逆变的区别；电压源型与电流源型逆变器的区别。源型与电流源型逆变器的区别。2 2）四种换流方式的）四种换流方式的特点特点 本章重点1)逆变的基本概念：有源逆变与无源逆变的区别；电压源型与电电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系4.1 逆变电路的基本工作原理逆逆变变电电路路最最基基本本的的工工作原理作原理 改变两组开关切换频率，可改变输出交流电频率。改变输入直流电平Ud d的大小，就可改变交流电的幅值4.1 逆变电路的基本工作原理逆变电路最基本的工作原理 电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系4.2 换流方式分类1)器件换流利用全控型器件的自关断能力进行换流。在采用IGBT、电力MOSFET、GTO、GTR等全控型器件的电路中的换流方式是器件换流。2)电网换流电网提供换流电压的换流方式。将负的电网电压施加在欲关断的晶闸管上即可使其关断。不需要器件具有门极可关断能力，也不需要为换流附加任何元件。但不适用于没有交流电网的无源逆变电路。3)负载换流4)强迫换流4.2 换流方式分类1)器件换流电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系 换流方式总结：器件换流只适用于全控型器件。其余三种方式针对晶闸管。器件换流强迫换流因器件或变流器自身原因引起换流自换流电网换流负载换流借助于外部手段（电网电压或负载电压）换流外部换流 换流方式总结：器件换流因器件或变流器自身原因引起换流自换电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系 电压型全桥逆变电路 (1)直流侧为电压源或并联大电容，相当于电压源，直流侧电压基本无脉无脉动动。(2)输出电压为矩形波，输出电流因负载阻抗不同而不同。(3)阻感负载时需提供无功功率，直流侧电容起缓冲无功能量作用。为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂并联反馈二极管。4.3 电压型逆变电路 电压型全桥逆变电路 (1)直流侧为电压源或并联大电容，电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系电流型三相桥式逆变电路4.4 电流型逆变电路(1)直流侧串大电感，电流基本无脉动，相当于电流源。(2)交流输出电流为矩形波，与负载阻抗角无关。输出电压波形和相位因负载不同而不同。(3)当交流侧为阻感负载时需提供无功功率，直流侧电感起缓冲无功能量的作用，因反馈无功能量时直流电流并不反向，因此不必给开关器件反并联二极管。电流型三相桥式逆变电路4.4 电流型逆变电路 (1电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系PWMPWM控制方法的基本原理控制方法的基本原理产生产生PWMPWM波形的三种方法波形的三种方法调制法的原理调制法的原理本章重点7 PWM控制技术规则采样法的原理和计算方法。规则采样法的原理和计算方法。特定谐波消去法的原理和特点。特定谐波消去法的原理和特点。滞环比较法的原理和特点。滞环比较法的原理和特点。本章重点7 PWM控制技术电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系5 直流斩波电路直流斩波电路（DC Chopper）将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电。也称为直流-直流变换器（DC/DC Converter）。一般指直接将直流电变为另一直流电，不包括直流交流直流。电路种类包括6种基本斩波电路：降压斩波电路降压斩波电路、升压斩升压斩 波电路波电路、升降压斩波电路、Cuk斩波电路、Sepic斩波电路和Zeta斩波电路，其中前两种是 最基本的电路。5 直流斩波电路直流斩波电路（DC Chopper）电路电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系1)1)斩波电路的三种斩波电路的三种控制方式控制方式2 2）降压斩波电路、升压斩波电路）降压斩波电路、升压斩波电路电路结构电路结构电路工作过程分析，变压比公式的推导，电路参电路工作过程分析，变压比公式的推导，电路参数的计算。数的计算。本章复习重点1)斩波电路的三种控制方式本章复习重点电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系5.1 斩波电路的控制原理通过对器件通过对器件导通占空比导通占空比的控制来调节输出电压的平均值的控制来调节输出电压的平均值斩波电路的三种控制方式斩波电路的三种控制方式（改变占空比的方式）（改变占空比的方式）脉冲宽度调制脉冲宽度调制PWMPWM（Pulse Width ModulationPulse Width Modulation）周期不变，通过周期不变，通过导通时间的改变导通时间的改变，控制输出电压。，控制输出电压。脉冲频率调制脉冲频率调制PFMPFM（Pulse Frequency ModulationPulse Frequency Modulation）导通时间不变，导通时间不变，改变导通的周期改变导通的周期来改变输出电压。来改变输出电压。混合型调制：混合型调制：t tonon和和T Ts s都可调都可调，以改变占空比。，以改变占空比。PWM（脉冲宽度调制）是直流直流变换器中最常用的控制方法。5.1 斩波电路的控制原理通过对器件导通占空比的控制来调节电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系5.2 降压斩波电路平均输出电压平均输出电压可将降压斩波器看作直流降压变压器。电路结构电路结构5.2 降压斩波电路平均输出电压可将降压斩波器看作直流降压电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系电路结构电路结构升压变换器特点：升压变换器特点：输出电压高于输入电压输出电压高于输入电压5.3 升压斩波电路升压斩波电路能使输出电压高于电源电压的原因：升压斩波电路能使输出电压高于电源电压的原因：一是一是L储能之后具有使电压泵升的作用储能之后具有使电压泵升的作用 二是电容二是电容C可将输出电压保持住可将输出电压保持住升压斩波电路可看作升压斩波电路可看作直流升压变压器。电路结构升压变换器特点：输出电压高于输入电压5.3 升压斩电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系把一种形式的交流变成另一种形式交流的电路把一种形式的交流变成另一种形式交流的电路变频变频电路电路即即改变频率改变频率又改变电压又改变电压的电路的电路 交交变频交交变频（直接变频）（直接变频）交直交变频交直交变频（间接变频）（间接变频）交流电力交流电力控制电路控制电路只改变电压只改变电压,电流或控制电流或控制电路的通断电路的通断,而而不改变频不改变频率率的电路。的电路。交流调压电路交流调压电路（相位控制或斩波控制）（相位控制或斩波控制）交流调功电路交流调功电路（通断控制）（通断控制）n 交流-交流(AC-AC)变流电路的分类6 交流电力控制交交变频电路把一种形式的交流变成另一种形式交流的电路变频即改变频率又改变电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系n电阻负载时工作原理分析 在在u u1 1的正半周和负半周，分的正半周和负半周，分别对别对VTVT1 1和和VTVT2 2的开通角的开通角进进行控制就可以调节输出电压行控制就可以调节输出电压正负半周正负半周起始时刻均为电起始时刻均为电压过零时刻，稳态时，正负压过零时刻，稳态时，正负半周的半周的 相等。相等。改变改变 可调节输出电压可调节输出电压。基本原理：两个晶闸管反并联基本原理：两个晶闸管反并联（双向晶闸管双向晶闸管）串联在交流电）串联在交流电路中，通过对晶闸管的相位控路中，通过对晶闸管的相位控制就可制就可控制输出的交流电力控制输出的交流电力。（幅值或功率）（幅值或功率）ORu1uoioVT1VT2u1uoiouVTwtOwtOwtOwt6.1相控式单相交流调压电路电阻负载时工作原理分析 基本原理：两个晶闸管反并联（双向晶电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系斩控式交流调压电路斩控式交流调压电路用用V V1 1进行进行斩波控制斩波控制用用V V3 3给负载电给负载电流提供续流通流提供续流通道道在交流电源在交流电源u u1 1的正半周的正半周开关器件开关器件为为全控型全控型控制方式控制方式为为斩波斩波6.2斩控式单相交流调压电路在交流电源在交流电源u u1 1的负半周的负半周用用V V2 2进行进行斩波控制斩波控制用用V V4 4给负载给负载电流提供续电流提供续流通道流通道斩控式交流调压电路用V1进行斩波控制用V3给负载电流提供续流电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系n斩控式单相交流调压器的特性斩控式单相交流调压器的特性（电阻负载时）（电阻负载时）电阻负载斩控式交流调压电路波形电阻负载斩控式交流调压电路波形调节调节占空比占空比可改变可改变输出电压有效值输出电压有效值斩控式单相交流调压器的特性电阻负载斩控式交流调压电路波形调节电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系6.3 交交变频器把电网频率的交流电把电网频率的交流电直接直接变成可调频率的交流电变成可调频率的交流电的变流电路，属于的变流电路，属于直接变频电路直接变频电路。广泛用于广泛用于大功率交流电动机调速传动系统大功率交流电动机调速传动系统，实际，实际使用的主要是三相输出交交变频电路。使用的主要是三相输出交交变频电路。6.3 交交变频器把电网频率的交流电直接变成可调频率的交流电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系n单相交交变频器的工作原理改变两组变流器的改变两组变流器的切换频率切换频率，可改变交流输出电压频率，可改变交流输出电压频率 改变变流器的改变变流器的控制角控制角，就可以改变交流输出电压的幅值，就可以改变交流输出电压的幅值两组变流器按一定的频率交替工作两组变流器按一定的频率交替工作，负载就得到该频，负载就得到该频率的交流电。率的交流电。由由P P组和组和N N组反并联组反并联的相控晶闸管变流电的相控晶闸管变流电路构成。路构成。P P组工作时，组工作时，负载电流负载电流io为正；为正；N N组工作时，组工作时，io为负。为负。单相交交变频器的工作原理改变两组变流器的切换频率，可改变交流电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系为使为使uo波形接近正弦波，可按正弦规律波形接近正弦波，可按正弦规律对对角进行调制角进行调制在半个周期内让在半个周期内让P P组组角按正弦规律角按正弦规律从从9090减到减到00或某个值，再增加到或某个值，再增加到9090。每个控制间隔内的平均输出电压就按正弦规律变化每个控制间隔内的平均输出电压就按正弦规律变化。另外半个周期可对另外半个周期可对N N组进行同样的控制。组进行同样的控制。uo由由若干段电源电压拼接而成若干段电源电压拼接而成，在，在uo的一个周期内，的一个周期内，包含的电源电压段数越多，其波形就越接近正弦波。包含的电源电压段数越多，其波形就越接近正弦波。为使uo波形接近正弦波，可按正弦规律对角进行调制在半个周期电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系输出输出上限频率上限频率 输出频率增高时，输出电压一周期所含电网电压输出频率增高时，输出电压一周期所含电网电压段数减少，波形畸变严重。段数减少，波形畸变严重。电压波形畸变电压波形畸变及其导致的及其导致的电流波形畸变电流波形畸变和转矩脉和转矩脉动是限制输出频率提高的主要因素。动是限制输出频率提高的主要因素。就输出波形畸变和输出上限频率的关系而言，很就输出波形畸变和输出上限频率的关系而言，很难确定一个明确的界限。难确定一个明确的界限。当采用当采用6 6脉波三相桥式电路时，输出上限频率不高脉波三相桥式电路时，输出上限频率不高于于电网频率的电网频率的1/31/31/21/2。电网频率为。电网频率为50Hz50Hz时，交时，交交变频电路的输出上限频率约为交变频电路的输出上限频率约为20Hz20Hz。n单相交交变频器的输入输出特性输入功率因数输入功率因数：输入电流相位滞后于输入电压，需要：输入电流相位滞后于输入电压，需要电网提供无功功率。电网提供无功功率。输出上限频率 单相交交变频器的输入输出特性输入功率因数：输电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系n交交变频和交直交变频的比较交交变频电路的交交变频电路的优点优点：效率较高效率较高（一次变流），可方便地实现四象限工作，（一次变流），可方便地实现四象限工作，低频输出波形接近正弦波。低频输出波形接近正弦波。交交变频电路的交交变频电路的缺点缺点：接线复杂接线复杂，采用三相桥式电路的三相交交变频器至，采用三相桥式电路的三相交交变频器至少要用少要用3636只晶闸管。只晶闸管。受电网频率和变流器输出脉波数的限制，受电网频率和变流器输出脉波数的限制，输出频率输出频率较低较低。输入功率因数较低，输入功率因数较低，输入电流谐波含量大。输入电流谐波含量大。交交变频和交直交变频的比较电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系7 PWM控制技术PWM 控制控制就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。7.1 PWM控制的基本原理重要理论基础面积等效原理面积等效原理冲量冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同效果基本相同。冲量冲量窄脉冲的面积效果基本相同效果基本相同环节的输出响应波形基本相同7 PWM控制技术PWM 控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系7.2 PWM逆变电路及其控制方法产生产生PWMPWM逆变电路开关控制信号的方法逆变电路开关控制信号的方法计算法计算法：根据正弦波频率、幅值和半周期脉冲数，：根据正弦波频率、幅值和半周期脉冲数，准确计算准确计算PWMPWM波各脉冲宽度和间隔波各脉冲宽度和间隔，据此控制逆变器，据此控制逆变器开关器件的通断，以得到所需开关器件的通断，以得到所需PWMPWM波形的调制方法。波形的调制方法。如：规则采样法，特定谐波消去法如：规则采样法，特定谐波消去法跟踪控制法跟踪控制法：将实际电流（电压）与参考电流（电：将实际电流（电压）与参考电流（电压）相比较，通过闭环控制强制电流（电压）按给定压）相比较，通过闭环控制强制电流（电压）按给定值变化。值变化。如：滞环比较法，三角波比较法如：滞环比较法，三角波比较法调制法调制法：在调制信号和载波信号的交点时刻控制器在调制信号和载波信号的交点时刻控制器件的通断，件的通断，利用直流输入电源，在负载上调制出期望利用直流输入电源，在负载上调制出期望的信号。的信号。7.2 PWM逆变电路及其控制方法产生PWM逆变电路开关控制电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系ucuOturTcADBOtuotAtDtBdd d 2d2d规则采样法原理规则采样法原理n规则采样法自然采样法自然采样法：按照：按照SPWMSPWM控制的控制的基本原理产生的基本原理产生的PWMPWM波的方法，波的方法，其求解复杂，难以在实时控制其求解复杂，难以在实时控制中在线计算，工程应用不多。中在线计算，工程应用不多。规则采样法规则采样法：工程实用方法，：工程实用方法，效果接近自然采样法，效果接近自然采样法，计算计算量小量小得多。得多。三角波两个正峰值之间为一三角波两个正峰值之间为一个采样周期个采样周期Tc 。自然采样法。自然采样法中，中，脉冲中点脉冲中点不和不和三角波负三角波负峰点峰点重合。规则采样法使两重合。规则采样法使两者者重合重合，使计算大为减化。，使计算大为减化。脉冲宽度脉冲宽度和用自然采样法和用自然采样法得到的脉冲宽度非常接近。得到的脉冲宽度非常接近。ucuOturTcADBOtuotAtDtBdd d 2电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系n分段同步调制 分段同步调制分段同步调制是是异步调制和同步调制的综合应用。异步调制和同步调制的综合应用。把整个控制信号把整个控制信号f1的频率变化范围的频率变化范围划分成若干个频段划分成若干个频段，每个频段内保持每个频段内保持N恒定恒定，不同频段的，不同频段的N不同。不同。在在f1高高的的频频段段采采用用较较低低的的N，使使三三角角波波频频率率不不致致过过高高；在在f1低的频段采用较高的低的频段采用较高的N，使三角波频率不致过低。，使三角波频率不致过低。分段同步调制把整个控制信号f1的频率变化范围划分成若干个频段电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系7.3 PWM整流电路把逆变电路中的把逆变电路中的SPWMSPWM控制技术用于整流电路，就形成控制技术用于整流电路，就形成了了PWMPWM整流电路整流电路。控制控制PWMPWM整流电路，使其输入电流非常接近正弦波，且整流电路，使其输入电流非常接近正弦波，且和输入电压同相位，功率因数近似为和输入电压同相位，功率因数近似为1 1，也称，也称单位功率单位功率因数变流器因数变流器，或高功率因数整流器。，或高功率因数整流器。7.3 PWM整流电路电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系现代电力电子装置的发展趋势现代电力电子装置的发展趋势小型化小型化、轻量化、对效率和电磁兼容性也有更高、轻量化、对效率和电磁兼容性也有更高的要求。的要求。电力电子装置电力电子装置高频化高频化滤滤波波器器、变变压压器器体体积积和和重重量量减减小小，电电力力电电子子装装置置小型化、轻量化。小型化、轻量化。开关损耗增加开关损耗增加，电磁干扰增大。，电磁干扰增大。软开关技术软开关技术降低开关损耗和开关噪声降低开关损耗和开关噪声。进一步提高开关频率。进一步提高开关频率。8 软开关技术现代电力电子装置的发展趋势8 软开关技术电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系软开关：软开关：在在原原电电路路中中增增加加了了小小电电感感、电电容容等等谐谐振振元元件件，在在开开关过程前后关过程前后引入谐振，消除电压、电流的重叠引入谐振，消除电压、电流的重叠。降低开关损耗和开关噪声。降低开关损耗和开关噪声。uiP0uitt0uiP0uitt0a a）软开关的开通过程）软开关的开通过程b b）软开关的关断过程）软开关的关断过程软开关：在原电路中增加了小电感、电容等谐振元件，在开关过程前电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系零电压开通：开关零电压开通：开关开通开通前开关两端前开关两端电压电压为零。为零。零电流关断：开关零电流关断：开关关断关断前开关前开关电流电流为零。为零。零电压关断：与开关零电压关断：与开关并联并联的的电容电容能延缓开关关断能延缓开关关断后电压上升的速率，从而降低关断损耗。后电压上升的速率，从而降低关断损耗。零电流开通：与开关零电流开通：与开关串联串联的的电感电感能延缓开关开通能延缓开关开通后电流上升的速率，降低了开通损耗。后电流上升的速率，降低了开通损耗。软开关的分类软开关的分类零电压开通：开关开通前开关两端电压为零。软开关的分类电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系触发电路的作用：触发电路的作用：产生符合要求的门极产生符合要求的门极触发脉冲触发脉冲，保证晶闸管在需，保证晶闸管在需要的时刻由阻断转为导通。要的时刻由阻断转为导通。触发电路应满足下列要求触发电路应满足下列要求脉冲的脉冲的宽度宽度应保证晶闸管可靠导通。应保证晶闸管可靠导通。触发脉冲应有足够的触发脉冲应有足够的幅度幅度，使器件快速开通。，使器件快速开通。不不超超过过门门极极电电压压、电电流流和和功功率率定定额额，且且在在可可靠靠触触发发区域之内。区域之内。有有良良好好的的抗抗干干扰扰性性能能、温温度度稳稳定定性性及及与与主主电电路路的的电电气隔离气隔离。9 电力电子器件的驱动、保护、串并联触发电路的作用：产生符合要求的门极触发脉冲，保证晶