浙江大學電氣工程學院吳為麟《電力電子技術基礎》CAI課件1概述第一章功率半導體器件第二章可控整流電路

第三章有源逆變電路

第四章主電路計算及保護

第五章功率半導體器件的觸發電路與驅動電路第六章變頻電路第七章斬波器和交流調壓器第八章電力電子在電力系統中的應用2教材3參考書目4緒論

一、內容

1、概念

用電裝置中使用電力電力電子裝置∶

中國∶30%美國∶75%電能∶(交流、直流)→幅值、頻率相互間變換→變流

5緒論

2、器件I、SCR(SemiconductorControlledRectifier)57年出現，目前，(Gate-turn-onThyrister)5000A,4000-6000V；頻率比SCR稍高GTR〔BJT〕(BipolarJunctionTransistor)頻率∶20000HzPowerMOSFET頻率∶500KHz,容量較小6緒論

III、IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor)

頻率∶100KHz，容量比MOSFET大MCT(MOS-ControlThyristor)頻率∶100KHz，容量較大IV、PID(PowerIntegratedDevice)PIC(PowerIntegratedCircuit)SIT(StaticInductionTransistor)靜電感應晶體管SITH(StaticInductionThyrister)靜電感應晶閘管HVIC高壓功率集成電路

7緒論

近期進展∶德國eupec公司3300-6000VIGBT日本東芝IEGT(InjectionEnhancedGateThyrestor)4500VABBIGCT(IntegratedGate-commutatedThyristor)3000-3500A,4500-6000V

美國IPEM(IntegratedPowerElectronicModule)8緒論

9緒論

3．應用〔1〕開關電源〔2〕能量轉換調速〔3〕過程控制自動化、機器人〔4〕運輸電力機車、電車、地鐵〔5〕感應加熱〔6〕高壓直流輸電、風力發電、太陽能發電〔7〕民用空調、電梯、辦公設備、10緒論

4．聯系是一門新興高新技術介于電氣工程的三大領域----電力、電子和控制之間的邊緣學科研究電力的傳送、變換、開關和控制的電子學11緒論

5．相關學科12緒論

１．可控整流２．逆變３．變頻４．交流調壓５．斬波調壓

二、變流的類型13緒論

三、課程說明電力電子技術∶電力電子器件(器件原理、設計、制造)電力電子電路(根本電路構成、原理、設計)電力電子裝置及系統(調速系統、感應加熱、直流輸電等)要求：各類變流裝置的根本原理、控制方法、設計計算、主要技術經濟指標。注意：波形、相位。14第二章可控整流電路負載∶電阻性，電感性，電容性，反電勢分類∶電路形式(橋式、零式)相數(單相、三相、多相)控制方式(相控、斬控)器件(半控式、全控式)工作范圍(單象限、多象限)

15第二章可控整流電路討論:〔1〕主電路形式〔2〕結構特點〔3〕工作原理〔4〕工作特性〔5〕電壓電流波形〔6〕數量關系

16§２-１單相半波可控整流電路一電阻性負載〔一〕工作原理

α和θ的定義θ=π-α

移相與同步的概念17§２-１單相半波可控整流電路〔二〕根本數量關系１．直流平均電壓ＵｄＵｄ＝Ｕｄ=f(α)α=0θ=π

Ud=0.45U2

α=π

θ=0Ud=0移相范圍180o18§２-１單相半波可控整流電路２．直流電流有效值

IT=I2=

直流電流的平均值為Id=Ud/Rd=0.45

19§２-１單相半波可控整流電路３．功率因數

α=0，cosφ=0.70720§２-１單相半波可控整流電路４．紋波因數

直流電壓(電流)諧波總有效值/直流電壓(電流)平均值

n次諧波電壓21§２-１單相半波可控整流電路電壓諧波分量有效值電壓紋波因數電流紋波因數單相半波脈動系數=22§２-１單相半波可控整流電路５．晶閘管承受的最大正、反向峰值電壓均為交流電壓的幅值

ＵＴＭ用于晶閘管額定電壓計算23§２-１單相半波可控整流電路二、電感性負載(一)工作原理

ωt＝0～α阻斷ud=0，uT=u2ωt１～ωt２導通ud=u2，uT=0id：ωt２時id最大，eL上〔+〕下〔-〕，但〔u2+eL〕>0導通ωt２～ωt３導通ud=u2，uT=0id：idmax，eL上〔-〕下〔+〕，維持導通〔u2+eL〕>0ωt３～ωt４u2<0，但eL上〔-〕下〔+〕，仍導通〔u2+eL〕>0ωt４時，u2=eL，eT關斷。24§２-１單相半波可控整流電路結論∶ Ld存在，使θ↑→Ud↓(有負面積) α↑→導通延遲→正半周儲能↓→導通能力差θ↓

↑→Ld↑→儲能↑→導通能力θ↑25§２-１單相半波可控整流電路(二〕

續流二極管的作用如ωLd>>Rd,φ=π/2正負面積近似相等，Ud≈0，加VDF改進26§２-１單相半波可控整流電路三、根本數量關系１．直流平均電壓Ｕｄ２．晶閘管電流θ=π-α

27§２-１單相半波可控整流電路３．續流二極管電流θ=π+α

４．功率因數28§２-１單相半波可控整流電路５．晶閘管及續流二極管承受的最大正、反向峰值電壓均為交流電壓的最大值

29§２-１單相半波可控整流電路特點：簡單，本錢低，調整方便波形差，脈動f，I2/Id大直流分量→直流磁化→飽和→B↓→Sfe↑→變壓器體積↑→Cu、Fe↑作業∶ P．85習題2、5

30§２-２單相橋式全控整流電路一、電阻性負載

〔一〕工作原理正半周∶負半周∶

變壓器副邊繞組有正反電流，平均值為零，沒有直流磁化現象31§２-２單相橋式全控整流電路〔二〕根本數量關系１．直流平均電壓Ｕｄ

Ｕｄ＝２．直流電流平均值Ｉｄ、有效值Ｉ２

32§２-２單相橋式全控整流電路３．晶閘管電流平均值、有效值

４．功率因數

33§２-２單相橋式全控整流電路５．紋波因數

６．晶閘管承受的最大反向峰值電壓為相電壓峰值

34§２-２單相橋式全控整流電路一、電感性負載

〔一〕工作原理ωLd很大，id連續、平直在ωｔ＝０～π∶ｕ２正半周內，ａ點電位為〔＋〕、ｂ點〔－〕

在ωｔ＝π～２π∶ｕ２負半周，ｂ點為〔＋〕、ａ點為〔－〕35§２-２單相橋式全控整流電路〔二〕根本數量關系１．直流平均電壓

２．直流電流平均值、有效值

回路電壓方程36§２-２單相橋式全控整流電路0+RdId==Ud即

37§２-２單相橋式全控整流電路３．晶閘管電流平均值、有效值

４．功率因數

５．晶閘管承受的最大正、反向電壓均為相電壓峰值

38§２-２單相橋式全控整流電路Ld較小時的情況∶

Ld較小，儲能不夠導通至π+α電流斷續

可加續流二極管

39§２-２單相橋式全控整流電路三、反電勢負載(一)電阻—反電勢負載

1.U2>E導通Ud=U2=E關斷id=02.停止導電角

ａ≥δ時，θ:α~π－δ，θ=π－δ－α<π斷續

α＜δ時，θ:δ~π－δ，θ=π－2δ<π斷續(要正常導通，脈寬應>δ－α)40§２-２單相橋式全控整流電路3.影響(1)機械特性變軟(2)換向困難(3)電流容易上升

〔二〕電感—反電勢負載41§２-２單相橋式全控整流電路當ωｔ＝０時，ｉｄ＝０

42§２-３三相半波可控整流電路多相整流三相半波共陰極共陽極三相橋式全控半控雙反星形六相半波12相電路多相電路43§２-３三相半波可控整流電路二、

電阻性負載共陰極接法

〔一〕工作原理1．α＝０自然換流點導通原那么∶陽極電位高的元件2．α≤３０°以α＝３０°為例，負載電流為零，處于臨界狀態θ＝１２０°，UT1上有正電壓。3．α＞３０°α＝６０°為例，直流電流變得不連續。θ＜１２０°，44§２-３三相半波可控整流電路結論：(1)(2)θ=120o(3)α>30o，電流斷續，θ=150o-α

45§２-３三相半波可控整流電路〔二〕根本數量關系１．直流平均電壓Ｕｄ１〕α≤３０°

２〕α＞３０°Ｕｄ＝０，故電阻性負載下三相半波可控整流電路的移相范圍為１５０°46§２-３三相半波可控整流電路２．直流電流平均值當α≤３０°時

當α＞３０°時

47§２-３三相半波可控整流電路３．晶閘管電流

４．晶閘管承受的最大反向電壓ＵＲＭ為線電壓峰值

48§２-３三相半波可控整流電路二、電感性負載(一)工作原理α≤３０°時，大電感負載壓波形與電阻負載時相同。α＞３０°后，負載電感Ｌｄ中感應電勢ｅＬ的作用，使得交流電壓過零時晶閘管不會關斷。

49§２-３三相半波可控整流電路〔二〕根本數量關系１．直流平均電壓Ｕｄ

２．晶閘管電流

3.晶閘管承受的最大正、反向峰值電壓均為線電壓峰值

50§２-３三相半波可控整流電路〔三〕電感性負載加接續流二極管當α≤３０°時，無影響。當α＞３０°，ｕｄ波形和電阻性負載一樣。 VT∶θ=150o-αVDF∶3(α-30o)

51§２-３三相半波可控整流電路三、共陽極接法導通原那么：電位低優先導通

共陰：門極觸發電路有公共接線共陽：螺栓式作業∶P．86習題16、17、2152§２-４三相橋式全控整流電路一、電感性負載〔一〕工作原理ωＬｄ＞＞Ｒｄ

1．=0°(1)ua最大，ub最小，VT1、VT6通,ud=uab(2)ua最大，uc最小，VT1、VT2通，ud=uac

(3)ub最大，uc最小，VT2、VT3通，ud=ubc

(4)ub最大，ua最小，VT3、VT4通,ud=uba

(5)uc最大，ua最小，VT4、VT5通，ud=uca

(6)uc最大，ub最小，VT5、VT6通，ud=ucbiT為120°寬的矩形波53§２-３三相半波可控整流電路uT1=

2．0°<

以α=30°為例α=60°時ud出現過零點。

3．α>60°ud負面積，Ld作用，eL+u2l>0仍通。α=90°時，ud=0。移相范圍90°。

54§２-４三相橋式全控整流電路〔二〕對觸發脈沖的要求寬脈沖或雙窄脈沖

55§２-４三相橋式全控整流電路〔三〕根本數量關系１．直流平均電壓Ｕｄ

２．晶閘管電流與三相半波時相同，即平均值為

３．變壓器次級繞組電流有效值為其值比三相半波時高2倍，說明繞組的利用率提高了。

56§２-４三相橋式全控整流電路二、電阻性負載〔一〕工作原理α≤６０°＝６０°是電阻負載下電流連續與否的臨界點。＞６０°

57§２-４三相橋式全控整流電路〔二〕根本數量關系1．直流平均電壓Ｕｄ(1)當０°≤α≤６０°時，與電感性負載相同，α=６０°時為臨界點(2)α＞６０°時，當α＝１２０°時，Ｕｄ＝０2．平均電流58§２-４三相橋式全控整流電路3．晶閘管電流IdT=Id/3

α≤６０°時α＞６０°時4．變壓器次級繞組相電流有效值

5．晶閘管承受的最大正、反向峰值電壓為線電壓峰值

59作業∶P.86習題14、22

60§2-5換流重疊現象一、換流壓降a相向b相換流

“1〞點時，“2〞點時，VT1、VT2同時導通時間為換流重疊時間，

μ角內，VT1、VT2都通，相當于短路。假想電流

換流結束61§2-5換流重疊現象ik↑時，LB上產生感應電勢a相：

左〔－〕右〔＋〕b相：左〔＋〕右〔－〕62§2-5換流重疊現象ua、ub的平均值與μ=0的相比，少了陰影局部的面積，稱換流壓降△Ud

三相半波m＝３三相橋式m＝６63§2-5換流重疊現象二、換流重疊角μ計算

64§2-5換流重疊現象α、Id的大小對μ的影響換流重疊現象的影響：母線電抗器作用，諧波

65§2-5換流重疊現象三、考慮換流重疊后的直流平均電壓

U2、LB、Id時，可按Id

U2、LB、Rd時，可按Ud=Ud’-ΔUd和回路電壓方程計算Id、Ud作業∶P．86習題19、20μUdμ66第二章可控整流電路負載∶電阻性，電感性，電容性，反電勢分類∶電路形式(橋式、零式)相數(單相、三相、多相)控制方式(相控、斬控)器件(半控式、全控式)工作范圍(單象限、多象限)

67第二章可控整流電路討論:〔1〕主電路形式〔2〕結構特點〔3〕工作原理〔4〕工作特性〔5〕電壓電流波形〔6〕數量關系

68§２-１單相半波可控整流電路一電阻性負載〔一〕工作原理

α和θ的定義θ=π-α

移相與同步的概念69§２-１單相半波可控整流電路〔二〕根本數量關系１．直流平均電壓ＵｄＵｄ＝Ｕｄ=f(α)α=0θ=π

Ud=0.45U2

α=π

θ=0Ud=0移相范圍180o70§２-１單相半波可控整流電路２．直流電流有效值

IT=I2=

直流電流的平均值為Id=Ud/Rd=0.45

71§２-１單相半波可控整流電路３．功率因數

α=0，cosφ=0.70772§２-１單相半波可控整流電路４．紋波因數

直流電壓(電流)諧波總有效值/直流電壓(電流)平均值

n次諧波電壓73§２-１單相半波可控整流電路電壓諧波分量有效值電壓紋波因數電流紋波因數單相半波脈動系數=74§２-１單相半波可控整流電路５．晶閘管承受的最大正、反向峰值電壓均為交流電壓的幅值

ＵＴＭ用于晶閘管額定電壓計算75§２-１單相半波可控整流電路二、電感性負載(一)工作原理

ωt＝0～α阻斷ud=0，uT=u2ωt１～ωt２導通ud=u2，uT=0id：ωt２時id最大，eL上〔+〕下〔-〕，但〔u2+eL〕>0導通ωt２～ωt３導通ud=u2，uT=0id：idmax，eL上〔-〕下〔+〕，維持導通〔u2+eL〕>0ωt３～ωt４u2<0，但eL上〔-〕下〔+〕，仍導通〔u2+eL〕>0ωt４時，u2=eL，eT關斷。76§２-１單相半波可控整流電路結論∶ Ld存在，使θ↑→Ud↓(有負面積) α↑→導通延遲→正半周儲能↓→導通能力差θ↓

↑→Ld↑→儲能↑→導通能力θ↑77§２-１單相半波可控整流電路(二〕

續流二極管的作用如ωLd>>Rd,φ=π/2正負面積近似相等，Ud≈0，加VDF改進78§２-１單相半波可控整流電路三、根本數量關系１．直流平均電壓Ｕｄ２．晶閘管電流θ=π-α

79§２-１單相半波可控整流電路３．續流二極管電流θ=π+α

４．功率因數80§２-１單相半波可控整流電路５．晶閘管及續流二極管承受的最大正、反向峰值電壓均為交流電壓的最大值

81§２-１單相半波可控整流電路特點：簡單，本錢低，調整方便波形差，脈動f，I2/Id大直流分量→直流磁化→飽和→B↓→Sfe↑→變壓器體積↑→Cu、Fe↑作業∶ P．85習題2、5

82§２-２單相橋式全控整流電路一、電阻性負載

〔一〕工作原理正半周∶負半周∶

變壓器副邊繞組有正反電流，平均值為零，沒有直流磁化現象83§２-２單相橋式全控整流電路〔二〕根本數量關系１．直流平均電壓Ｕｄ

Ｕｄ＝２．直流電流平均值Ｉｄ、有效值Ｉ２

84§２-２單相橋式全控整流電路３．晶閘管電流平均值、有效值

４．功率因數

85§２-２單相橋式全控整流電路５．紋波因數

６．晶閘管承受的最大反向峰值電壓為相電壓峰值

86§２-２單相橋式全控整流電路一、電感性負載

〔一〕工作原理ωLd很大，id連續、平直在ωｔ＝０～π∶ｕ２正半周內，ａ點電位為〔＋〕、ｂ點〔－〕

在ωｔ＝π～２π∶ｕ２負半周，ｂ點為〔＋〕、ａ點為〔－〕87§２-２單相橋式全控整流電路〔二〕根本數量關系１．直流平均電壓

２．直流電流平均值、有效值

回路電壓方程88§２-２單相橋式全控整流電路0+RdId==Ud即

89§２-２單相橋式全控整流電路３．晶閘管電流平均值、有效值

４．功率因數

５．晶閘管承受的最大正、反向電壓均為相電壓峰值

90§２-２單相橋式全控整流電路Ld較小時的情況∶

Ld較小，儲能不夠導通至π+α電流斷續

可加續流二極管

91§２-２單相橋式全控整流電路三、反電勢負載(一)電阻—反電勢負載

1.U2>E導通Ud=U2=E關斷id=02.停止導電角

ａ≥δ時，θ:α~π－δ，θ=π－δ－α<π斷續

α＜δ時，θ:δ~π－δ，θ=π－2δ<π斷續(要正常導通，脈寬應>δ－α)92§２-２單相橋式全控整流電路3.影響(1)機械特性變軟(2)換向困難(3)電流容易上升

〔二〕電感—反電勢負載93§２-２單相橋式全控整流電路當ωｔ＝０時，ｉｄ＝０

94§２-３三相半波可控整流電路多相整流三相半波共陰極共陽極三相橋式全控半控雙反星形六相半波12相電路多相電路95§２-３三相半波可控整流電路二、

電阻性負載共陰極接法

〔一〕工作原理1．α＝０自然換流點導通原那么∶陽極電位高的元件2．α≤３０°以α＝３０°為例，負載電流為零，處于臨界狀態θ＝１２０°，UT1上有正電壓。3．α＞３０°α＝６０°為例，直流電流變得不連續。θ＜１２０°，96§２-３三相半波可控整流電路結論：(1)(2)θ=120o(3)α>30o，電流斷續，θ=150o-α

97§２-３三相半波可控整流電路〔二〕根本數量關系１．直流平均電壓Ｕｄ１〕α≤３０°

２〕α＞３０°Ｕｄ＝０，故電阻性負載下三相半波可控整流電路的移相范圍為１５０°98§２-３三相半波可控整流電路２．直流電流平均值當α≤３０°時

當α＞３０°時

99§２-３三相半波可控整流電路３．晶閘管電流

４．晶閘管承受的最大反向電壓ＵＲＭ為線電壓峰值

100§２-３三相半波可控整流電路二、電感性負載(一)工作原理α≤３０°時，大電感負載壓波形與電阻負載時相同。α＞３０°后，負載電感Ｌｄ中感應電勢ｅＬ的作用，使得交流電壓過零時晶閘管不會關斷。

101§２-３三相半波可控整流電路〔二〕根本數量關系１．直流平均電壓Ｕｄ

２．晶閘管電流

3.晶閘管承受的最大正、反向峰值電壓均為線電壓峰值

102§２-３三相半波可控整流電路〔三〕電感性負載加接續流二極管當α≤３０°時，無影響。當α＞３０°，ｕｄ波形和電阻性負載一樣。 VT∶θ=150o-αVDF∶3(α-30o)

103§２-３三相半波可控整流電路三、共陽極接法導通原那么：電位低優先導通

共陰：門極觸發電路有公共接線共陽：螺栓式作業∶P．86習題16、17、21104§２-４三相橋式全控整流電路一、電感性負載〔一〕工作原理ωＬｄ＞＞Ｒｄ

1．=0°(1)ua最大，ub最小，VT1、VT6通,ud=uab(2)ua最大，uc最小，VT1、VT2通，ud=uac

(3)ub最大，uc最小，VT2、VT3通，ud=ubc

(4)ub最大，ua最小，VT3、VT4通,ud=uba

(5)uc最大，ua最小，VT4、VT5通，ud=uca

(6)uc最大，ub最小，VT5、VT6通，ud=ucbiT為120°寬的矩形波105§２-３三相半波可控整流電路uT1=

2．0°<

以α=30°為例α=60°時ud出現過零點。

3．α>60°ud負面積，Ld作用，eL+u2l>0仍通。α=90°時，ud=0。移相范圍90°。

106§２-４三相橋式全控整流電路〔二〕對觸發脈沖的要求寬脈沖或雙窄脈沖

107§２-４三相橋式全控整流電路〔三〕根本數量關系１．直流平均電壓Ｕｄ

２．晶閘管電流與三相半波時相同，即平均值為

３．變壓器次級繞組電流有效值為其值比三相半波時高2倍，說明繞組的利用率提高了。

108§２-４三相橋式全控整流電路二、電阻性負載〔一〕工作原理α≤６０°＝６０°是電阻負載下電流連續與否的臨界點。＞６０°

109§２-４三相橋式全控整流電路〔二〕根本數量關系1．直流平均電壓Ｕｄ(1)當０°≤α≤６０°時，與電感性負載相同，α=６０°時為臨界點(2)α＞６０°時，當α＝１２０°時，Ｕｄ＝０2．平均電流110§２-４三相橋式全控整流電路3．晶閘管電流IdT=Id/3

α≤６０°時α＞６０°時4．變壓器次級繞組相電流有效值

5．晶閘管承受的最大正、反向峰值電壓為線電壓峰值

111作業∶P.86習題14、22

112§2-5換流重疊現象一、換流壓降a相向b相換流

“1〞點時，“2〞點時，VT1、VT2同時導通時間為換流重疊時間，

μ角內，VT1、VT2都通，相當于短路。假想電流

換流結束113§2-5換流重疊現象ik↑時，LB上產生感應電勢a相：

左〔－〕右〔＋〕b相：左〔＋〕右〔－〕114§2-5換流重疊現象ua、ub的平均值與μ=0的相比，少了陰影局部的面積，稱換流壓降△Ud

三相半波m＝３三相橋式m＝６115§2-5換流重疊現象二、換流重疊角μ計算

116§2-5換流重疊現象α、Id的大小對μ的影響換流重疊現象的影響：母線電抗器作用，諧波

117§2-5換流重疊現象三、考慮換流重疊后的直流平均電壓

U2、LB、Id時，可按Id

U2、LB、Rd時，可按Ud=Ud’-ΔUd和回路電壓方程計算Id、Ud作業∶P．86習題19、20μUdμ118第三章有源逆變電路

逆變的概念交流到直流：整流直流到交流：逆變有源逆變與無源逆變的區別119§3-1有源逆變的工作原理及實現的條件

一、有源逆變的工作原理二、逆變產生的條件1、要有一個直流電源。具體地說，在變流電路直流側具有一個能提供逆變能量的直流電源，其極性應與晶閘管的導電電流方向一致。2、要有一個變流裝置。輸出的支流平均電壓Ud的極性必須為負，以保證與直流電源電勢Ed構成同極性相連，在滿足Ed>Ud時實現逆變。120§3-2三相半波逆變電路一、工作原理分析∶導通過程uT1波形121§3-2三相半波逆變電路二、根本數量關系Ud＝－1.17U2cos

β的定義∶β=π-α逆變∶β逆變超前角0<β<90o，90o<α<180o整流∶α整流滯后角0<α<90o，90o<β<180o在實際運行中為防止逆變顛覆，必須β＞０

122§3-2三相半波逆變電路三、對觸發電路的要求123§3-3三相橋式逆變電路一、工作原理 分析方法與三相整流橋相同

元件成對導通，θ=120o，隔60o換流,VT1-VT2–VT3-VT4-VT5-VT6

“1〞點∶觸發VT6、VT1，uab=0,此后uab<0；由于(E+uab)>0，仍通，ud=uab“2〞點∶觸發VT2，uac>uab，但uac<0，而(E+uac)>0,VT6換流VT2，VT1、VT2通，ud=uac“3〞點∶VT1向VT3換流124§3-3三相橋式逆變電路反壓時間∶

在ωtq期間，元件受反壓，可使元件關斷。β↓→ωtq↓

β=0,ωtq=0，無關斷時間故應限定最小逆變角βmin

0VT1通 uT1=uabVT3通

uacVT5通125§3-3三相橋式逆變電路二、根本數量關系１．直流平均電壓Ud２．直流電流

３．晶閘管電流

126§3-3三相橋式逆變電路４．變壓器次級電流５．交流側送至直流側有功功率

６．逆變電路功率因數

<0逆變127§3-3三相橋式逆變電路作業∶P.101習題6、7、11128§3-4逆變顛覆及其防止整流∶無大問題 逆變∶可能出現順串、大環流一、

原因1、觸發電路工作不正常(1)脈沖喪失無ug2，VT-1-無法向VT2換流u2>0時，ud>0與E順串

(2)脈沖延時ug2延遲，ug2出現時，ua>ub，無法換流129§3-4逆變顛覆及其防止2、觸發脈沖正常，晶閘管故障ωt0時，VT3受正壓(E+uc)>0，數值較高如超過斷態重復峰值電壓，那么VT3誤導通。3、交流電源故障

缺相、突然消失，但反電勢E仍存在，導通元件仍能繼續導通，Id=E/Rd很大130§3-4逆變顛覆及其防止4、β較小，μ較大當逆變角較小時，由于換流重疊角的影響，造成晶閘管因承受反壓時間不夠而關不斷，導致逆變顛覆。逆變的換流重迭現象與整流時一樣，整流∶Ud=Ud’-Ud逆變∶Ud=Ud’+Ud如β<μ，VT1→VT2換流

過P點后，換流仍未結束，此后ua>ub，無法換流，VT1繼續導通，VT2反壓無法通。ud=ua，順串短路131§3-4逆變顛覆及其防止二、最小逆變角確實定 βmin=δ+μ+θ’ δ:tq對應的角度，tq=200-300μs，δ=4o-5o μ∶換流重迭角，μ=15o-20o θ’∶平安裕量角，防止脈沖不對稱引起相位差(可達5o)，取θ’=10o故βmin=δ+μ+θ’=30o-35o逆變時應保證β≥βmin

132§3-5功率因數一、根本概念

功率因數=平均功率/視在功率133§3-5功率因數二、整流電路的功率因數

1.電流畸變因數2.位移因數134§3-5功率因數三、提高功率因數途徑

1.減少觸發控制角2.減少諧波成分，提高電流畸變因數3.采用提高功率因數的整流電路〔PFC電路〕135§3-5功率因數PFC電路1.填空式PFC整流電路2.有源PFC電路136第四章主電路計算及保護

主電路形式選用整流變壓器設計計算整流元件選擇主電路元件保護電抗器設計

137主要可控整流電路的技術指標138整流變壓器參數計算整流變壓器的作用∶1、起隔離作用，將變流裝置產生的有害諧波與電網隔離2、選取適宜的U2，可提高功率因數：U1、Ud、Id計算：U2、I1、I2、S1、S2、S〔計算容量〕定好主電路形式設計整流變壓器使U2與Ud相配139整流變壓器參數計算一、次級相電壓

Ud:直流平均電壓?Udmax:換流壓降nUT:管壓降UDamx:電機端電壓Upmax:電阻上壓降140整流變壓器參數計算1.直流平均電壓UdA=Ud0/U2為α=0時直流平均電壓與次級相電壓之比B=Ud/Ud0為α=αmin,α=0時直流平均電壓之比ε=0.9為電網電壓波動系數

141整流變壓器參數計算2、最大過載電流時的換流壓降?Udmax

Uk%:變壓器短路比142整流變壓器參數計算3、整流元件正向壓降nUT

n—串聯元件數

UT—元件正向壓降，可查表1—7

143整流變壓器參數計算4、電動機最大端電壓UDamx

其中∶144整流變壓器參數計算5、最大過載電流時其它電阻上壓降Upmax

145整流變壓器參數計算簡化公式∶146整流變壓器參數計算二、變壓器原副邊電流I1、I2

147整流變壓器參數計算三、容量

S1/S2、S1/Pd、S2/Pd、S/Pd表示變壓器的利用程度，越接近于1，越好

148整流元件的選擇一、UR、IT(AV)的計算二、晶閘管的串聯

元件電壓等級不滿足實際要求正反向阻斷特性不同時，通過相同電流，各元件受壓大不相同

149整流元件的選擇均壓措施∶

(1)、選擇特性較一致的元器件 (2)、并電阻，Rj<<阻斷電阻

150整流元件的選擇瞬態均壓:考慮結電容，觸發特性，導通、關斷時間，加RC阻容(R防止di/dt過大)0.8~0.9：考慮電壓分配不均，降壓(10~20)%使用

151整流元件的選擇三、晶閘管的并聯均流問題152整流元件的選擇1、電阻均流適用小容量元件并聯，不能動態均流153整流元件的選擇2、電感均流動態均流作用特點：損耗小，適合大容量元件并聯，有動態均流作用；體積大，繞制困難

154晶閘管的保護

進行過壓、過流保護的必要性

一、

過電壓保護過電壓類型：操作過電壓：拉合閘、器件關斷引起浪涌電壓：雷擊等引起，由電網進入裝置155晶閘管的保護156晶閘管的保護157晶閘管的保護158晶閘管的保護159晶閘管的保護〔1〕、用避雷器防止雷達過電壓損壞元件〔2〕、三相變壓器星形中點通過電容接地，或次級繞組并聯電容，以防止原邊合閘而將高壓耦合至副邊，也可在原副邊間加屏蔽層〔無電容〕。

三相時的情況∶160晶閘管的保護分布電容C12、C20

如10kV/0.4kV，C12=C20那么并接C2，那么分布電容數值較小，故

得到限制。

161晶閘管的保護〔3〕、RC抑制空載原邊拉閘時的過電壓i0最大時拉閘，LM儲存能量為：

LM儲存能量全由C吸收：

〔4〕、浪涌電壓用非線性電阻進行保護162晶閘管的保護

1、阻容保護

作用：

單相三相〔Y，△均可〕整流式R、C的計算：

〔1〕、單相見P.115163晶閘管的保護〔2〕、三相單相三相，次級Y連接次級△連接阻容Y△Y△CRCR1/3C3R3C1/3RCR〔3〕、整流式阻容計算式：P.116表4—6164晶閘管的保護2、非線性電阻保護主要介紹壓敏電阻：

壓敏電阻的伏安特性：

正常工作：漏電流小，損耗小

過壓時：IY達數千安培，擊穿時動態電阻很小，允許浪涌電流大，抑制過壓能力強，時間短接法與阻容同

主要參數∶(1)額定電壓：U1mA(2)殘壓比：UY/U1mA〔小：靈敏；大：不靈〕UY：放電電流到達IY時的電壓165晶閘管的保護(3)通流容量在規定波形下〔10μS〔前沿〕，波長20μS〕允許通過的浪涌 峰值電流計算：

〔壓敏電阻承受的工作電壓峰值〕ε：電壓升高系數

允許過壓系數UY不超過元件允許電壓最大值

166晶閘管的保護〔二〕、直流側保護熔斷快熔，負載能量釋放，方法與交流側相同。〔三〕、主電路元件保護關斷過電壓t1-t2∶關斷時，殘存大量載流子t2-t3∶反壓作用，形成反向電流

載流子很快消失，dia/dt很大，那么LBdia/dt也很大，與電源電壓順串反向加在元件上。元件兩端并阻容167晶閘管的保護二、過電流保護原因：過載，直流側短路，觸發，控制電路故障，環流，逆變失敗保護∶〔1〕、交流進線電抗器，限制短路電流 〔2〕、電流檢測，用過流信號控制觸發電路或接觸器 〔3〕、直流快速開關 〔4〕、快熔a〕交流側電流有效值>元件電流b〕能保護元件c〕僅對負短路等起作用168晶閘管的保護 選用原那么：〔1〕、額定電壓大于線路正常工作電壓〔2〕、熔件額定電流〔有效值〕<被保護元件對應電流有效值>實際電流IT〔3〕、熔斷器插入式RTK，大容量；螺旋式RLS，小容量三、電壓及電流上升率限制〔一〕、du/dt的限制

uAK增加，結電容中i增加,i=C

du/dt，產生誤導通需加阻容限制

169晶閘管的保護

1、交流側du/dt的限制由整流變壓器(或LT進線電抗)與阻容形成濾波環節，使過壓衰減。2、

元件換流時du/dt的限制換流重迭，元件電壓出現換相缺口

ωt1時，VT1，du/dt過大，誤導通ωt1時，VT4，du/dt過大，誤導通VT1，VT4同時導通，出現換流失敗串空芯電抗LS，利用R、C、LS串聯諧振特性，使元件電壓波形缺口變平，使du/dt下降。170晶閘管的保護 〔二〕、di/dt的限制電流密度過大而燒毀產生原因：1、換流電流增長過快2、直流側阻容中電容過大，電容充、放電電流3、元件并聯的阻容在元件導通時的放電電流4、并聯元件先通者di/dt較大限制方法：1、加進線電抗器2、橋臂串電感(可限制1、2、3引起的di/dt)3、采用整流式阻容保護作業∶P.128，習題4、14

171第五章

功率半導體器件的觸發驅動電路172§5-1對晶閘管觸發電路的根本要求

1

形式脈沖2

功率和脈寬UGT，IGT,3

強觸發4同步及移相范圍5

隔離輸出脈沖方式及抗干擾能力

脈沖變壓器173§5-2單結晶體管移相觸發電路一、

結構與特性1.結構

基區電阻Rbb=Rb1+Rb2Rb1隨Ie而變化174§5-2單結晶體管移相觸發電路2.

實驗電路(1)e極開路η分壓比，0.3~0.9(2)e，b1間加Ee

調節Ee，Re，可以改變Ue大小

175§5-2單結晶體管移相觸發電路∶VD反偏、截止

∶VD正偏、但<UD，仍截止

∶VD正偏、導通

實際上

較大，PN結正偏↑

176§5-2單結晶體管移相觸發電路峰點P:IP管子導通最小電流谷點V:UV維持導通最小發射極電壓

選η，Iv較大，Uv較小的單結晶體管，使輸出脈沖幅值大，調節電壓范圍大。

177§5-2單結晶體管移相觸發電路二、振蕩電路

利用負阻特性及RC充放電電路

178§5-2單結晶體管移相觸發電路179§5-2單結晶體管移相觸發電路三、

同步振蕩電路

180§5-2單結晶體管移相觸發電路四、參數選擇1．Re確實定保證在截止區和負阻區來回變化工作負載線：E=IeRe+Ue①

不能導通：欲I>Ip，應

③

導通，但無法回截止區，欲I<Iv,應

振蕩條件，

181§5-2單結晶體管移相觸發電路

2

R1R1↑→UR1↑,壓降可能誤通晶閘管3

R2UD負溫度系數，Rbb正溫度系數UP=UD+ηUbb=UD+(Rb1/Rb2)Ubb溫度t↑→UP↓

加R2(零溫度系數)t↑→Rbb↑→UR2↓→Rbb↑(補償UD↓

)182§5-2單結晶體管移相觸發電路

4

C的選擇放電∶

C過小→脈寬窄，不能觸通元件

C過大→與Re選擇矛盾，

,f一定時，C↑→Re↓C取0.1-1μF習題∶P．163習題2、6183§5-3鋸齒波同步移相觸發電路組成∶

同步檢測鋸齒波形成移相控制脈沖形成和放大

雙脈沖形成強觸發184§5-3鋸齒波同步移相觸發電路

一、

同步形成和鋸齒波形成環節同步檢測

鋸齒波形成

185§5-3鋸齒波同步移相觸發電路1、同步檢測uTB由“+〞變為“-〞VT2截止，C2充電，據齒波形成(寬度為VT2的截止時間)負半周下降段∶VD1通，C1充電，上(+)下(-)，O接地，R負反響，Q也為負電位，VT2反偏截止，C1不能經VD-1放電。負半周下降段∶+15V經R1給C1充電，uQ為C1反向充電波形，上升速度比R點同步電壓慢，故VD1截止，Q點電位1.4V時，VT2通，uQ鉗制在1.4VuTB相位與主電路相位一致，故可實現同步。鋸齒波寬度=VT2截止時間(由R1C1決定)186§5-3鋸齒波同步移相觸發電路2、鋸齒波形成VWY、RP1、R3、VT1(組成恒流源電路)、VT2、VT3、C2等組成。VT2截止時∶恒流IC1對C2充電，uC線性增長uC=ub3為鋸齒波上升段，調RP1→IC1變化→鋸齒波斜率變化VT3的ue3與ub3差一PN結電壓VT2飽和導通∶R4較小，C2通過R4、VT2很快放電，形成鋸齒波下降段187§5-3鋸齒波同步移相觸發電路二、移相控制環節利用疊加原理，考慮三個電壓作用∶uT鋸齒波電壓uK控制電壓UP初始調整電壓(負電壓)188§5-3鋸齒波同步移相觸發電路189§5-3鋸齒波同步移相觸發電路UP的作用∶UK=0時，改變UP的大小，VT4開始導通的時刻也隨之改變。UK的作用∶ U-P調好后固定不動，改變UK

即可改變輸出脈沖相位。190§5-3鋸齒波同步移相觸發電路由VT4、VT5、R6、R7、R8、C3等組成脈沖形成環節，由VT8、VT7等組成放大環節。三、脈沖形成和放大環節

191§5-3鋸齒波同步移相觸發電路ub4<0V時，VT4截止∶+15V通過R11向VT5提供足夠大的基極電流，VT5飽和導通(VT6也飽和導通)故uC5為-15V，VT7、VT8截止，無輸出，C3經R9、VT5、VT6充電至30V，左(+)右(-)ub4=0.7V時，VT4導通∶“A〞點電位為1V，uC3不突變，ub5由-15V降至-30V，VT5截止，uC5由-15V升至2.1V(VD6、VT7、VT8壓降)，VT7、VT8導通，輸出脈沖VT4導通時，C3經+15V、R11、VD4、VT4反向充電，使∶Ub5(-30V→大于-15V)→VT5重新導通→uC5(2.1V→-15V)→VT7、VT8導通VT4導通時刻為脈沖發出時刻 VT5持續截止時間為脈沖寬度(與C3反向充電時間常數R11、C3有關)192§5-3鋸齒波同步移相觸發電路

四、強觸發環節VT8導通前，+50V電源通過R15向C6充電至+50V。VT8導通，C6經MB、R16、C5(并)迅速放電，R小，放電很快，當uB<+15V時，VD15導通，將B點電位鉗制在+15V左右。193§5-3鋸齒波同步移相觸發電路VT5、VT6組成“或〞門電路，無論那個截止都會使VT7、VT8導通。VT4通，送下降沿信號VT5截止VT7、VT8導通輸出第1個脈沖。60o后，由2號送出本身第1個脈沖，同時給1號補上第2個脈沖。五、雙窄脈沖形成電路

194§5-3鋸齒波同步移相觸發電路

195§5-4觸發脈沖與主電路的同步

一、同步的概念

陽極電壓和同步電壓的協調，取決于：(1)主電路形勢 (2)觸發電路類型 (3)負載特性二、同步的實現

同步變壓器的不同連接方式，配以阻容濾波產生相位Y/Y，Δ/Y共12種副邊不接Δ，觸發電路有公共接線端，易引起環流。196§5-4觸發脈沖與主電路的同步〔1〕正弦波NPN〔上升沿〕Ud=0，α=90o，uTa上升段過零點為α=90o(ωt=120o)

〔2〕鋸齒波PNP(下降沿)鋸齒波寬=240oUd=0，α=90o，ωt=120o

〔3〕KC04鋸齒波寬180o取中點為α=90o(ωt=120o)實現同步步驟1、根據不同的觸發電路與移相范圍的要求，確定同步信號Ut與對應

197§5-4觸發脈沖與主電路的同步

2、畫同步變壓器矢量圖：主變接法和鐘點數矢量圖，同變矢量圖3、根據同步變壓器線電壓確定其連接組，列對應關系兩種情況：(1)變量，觸發電路類型，求同變，對應關系(2)主變，同變，觸發電路，求對應關系198§5-4觸發脈沖與主電路的同步

例1∶P.152，例2主變Δ/Y-5，鋸齒波NPN，大電感整流、逆變工作狀態，阻容濾波后得uTa’滯后uTa30o。求連接組及對應關系。解∶uTa’滯后uTa30o,要求uTa’滯后ua180o，那么uTa滯后ua150o由矢量圖可得同部連接組∶Y/Y-10和Y/Y-4對應關系∶

元件VT1VT2VT3VT4VT5VT6陽壓ua-uc

ub-ua

uc-ub同壓uTa-uTc

uTb-uTa

uTc-uTb199§5-4觸發脈沖與主電路的同步

例2∶三相全控橋，加濾波滯后60o，觸發電路為正弦波NPN，主變Δ/Y-5，同變Δ/Y-3、Δ/Y-9，求同步電壓與陽極電壓的對應關系。解∶正弦波NPN，uTa’滯后uTa120o濾波后，uTa滯后ua120o-60o=60o畫矢量圖，取一滯后ua60o的電壓矢量，uTb符合要求。

元件VT1VT2VT3VT4VT5VT6陽壓ua-ucub-uauc-ub同壓uTb-uTauTc-uTbuTa-uTc

200§5-4觸發脈沖與主電路的同步

作業∶

P．164習題∶9、10、11

201§5-5干擾及抑制措施

一、干擾的產生 1.電導性耦合 2.電容性耦合 3.電感性耦合 4.輻射耦合202§5-4觸發脈沖與主電路的同步

二、干擾的分類 1.共模干擾〔縱態〕 2.差模干擾〔橫態〕 3.輻射噪聲203第六章變頻電路204204§6—1、根本概念一、分類 交——直——交和交——交二、工作原理1.交——直——交變頻器〔無源逆變器)VT1、VT4和VT2、VT3輪流切換導通，uR為交變電壓

205§6—1、根本概念2.交——交變頻器

正、反組輪流導通，得交變電壓uR，幅值：改變α角；頻率：正反組切換率。

206§6—1、根本概念3、變頻器的換流方式換流概念；直流供電時，如使已通元件關斷〔1〕、電網換流 利用電網電壓換流，只適合交——交變頻器〔2〕、負載諧振式換流利用負載回路中形成的振蕩特性，使電流自動過零，只要負載電流超前于電壓時間大于tq，即能實現換流，分串，并聯。VT2、VT3通后，經VT2、VT3反向加在VT1、VT4上

207§6—1、根本概念VT1導通，C充電左〔—〕右〔+〕，為換流做準備；VT2導通，C上電壓反向加至VT1，換流，C反向充電。〔4〕、采用自關斷器件〔3〕、強迫換流 附加換流環節，任何時刻都能換流208§6—2、負載諧振式逆變器

1.并聯諧振式逆變器 2.串聯諧振式逆變器209§6—3、強迫換流式逆變器

屬180o導電型，次序∶VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6-VT1.任一瞬間都有三個晶閘管導通，三相電流同時流通。串聯電感式電壓型逆變器

210§6—3、強迫換流式逆變器導通情況∶

211§6—3、強迫換流式逆變器(1)

VT1穩定導通0-t1 IT1=iAA點與P點同電位UC1=0UC4=Ud，極性上(十)下(一) X、Y、A點的電位均為Ud

(2)換流階段t1=t2

在tl時刻觸通VT4，C4經過VT4和L4放電，UC4上的電壓不能突變，L4兩端出現上(十)下(一)的電壓Ud

工作原理∶212§6—3、強迫換流式逆變器L1兩端也要感應上(十)下(一)的電壓Ud即X點相對N點的電位由Ud升至2Ud,VT1受反壓UdiT1:IA降至0，VT1關斷；iT4:0升至IA 在C4放電、C1充電過程中，應滿足uC1+uC2=Ud，當uc4=ucl=1/2Ud時，L4和L1上的電壓也均1/2Ud，故X點電位為Ud，那么VTl反壓=0。從t到此刻的時間即為VTl承受反壓時間tυ結束時，uC4=0，X點、Y點和A點電位也都為零，ucl=Ud213§6—3、強迫換流式逆變器

(3)環流階段t2-t3t=t2時，iT4=Im,隨后小iT4下降，在L4兩端產生上(一)下(十)的感應電勢,使VD4受正向電壓而導通。在此期間VD4上通過兩個電流∶(a)沿VD4、L4、VT4形成的環流，使L4中的能量消耗在放電回路電阻上；(b)沿VD4、A相負載、電源回路的電流，將負載電感中的能量反饋到直流電源，iD4=IA+iT4

214§6—3、強迫換流式逆變器(4)反響階段t3-t4t=t3時，環流衰減至零，VT4關斷，而感性負載電流iA仍經VD4流通，將負載電感的能量反響至電源，當負載電流入下降至零，整個換流過程即告結束。(5)負載電流反向階段t=t4，IA=0由于觸發脈沖寬度大于90o電角度,VT4再次觸發導,IA反向215§6—3、強迫換流式逆變器輸出電壓波形∶ 0-60o:uA0=uB0=Ud

216§6—3、強迫換流式逆變器

60o-120o:

uB0=

=-2/3

Ud

uA0=uC0==-1/3Ud

217§6—3、強迫換流式逆變器

uAB=uA0-uB0uBC=uB0-uC0uCA=uC0–uA0

218§6—4、逆變器的多重化技術

改善方波逆變的輸出波形：中小容量： 大容量：多重化技術 思路：用階梯波逼近正弦波一、直接輸出多重化逆變器 兩個根本型電流型逆變器并聯，相位相差30o219§6—4、逆變器的多重化技術特點：直接并聯，結構簡單，適用于低壓電流各逆變器功率因數不同，功率不同，提供轉矩不同，各整流橋須獨立控制，整流變壓器次級繞組應相互隔離。220§6—4、逆變器的多重化技術特點：各逆變器輸出功率因數，輸出功率相同，各整流橋使用同一控制器。 加變壓器可適合高壓電機二、變壓器輸出多重化逆變器221§6—4、逆變器的多重化技術三、諧波分析，比較222§6—5、PWM逆變器

223§6—5、PWM逆變器一、根本原理1、單脈沖調制將VT1—VT2和VT4—VT3切換時間錯開，λ變化=>脈寬也變化，λ=180o，uAB為

224§6—5、PWM逆變器

uC——三角載波信號電壓uT——控制參考信號電壓u——調制脈沖信號，脈寬取決于uT>uC區間大小2、多脈沖調制

225§6—5、PWM逆變器二、正弦波脈寬調制方法1、

原理：選擇正弦波電壓作為參考控制信號電壓在半周內區間大小不一，故調制波寬度也不同，符合正弦變化規律。226§6—5、PWM逆變器2、脈寬調制方法(1)單極性調制半周期脈沖數為N，Um為等幅脈沖波幅值，設與正弦波幅值相等

αi——半周內第i個分段的起始點

脈寬227§6—5、PWM逆變器(2)雙極性調制

αk——半周內第k個脈沖的中點距正弦波過零點的角度228§6—5、PWM逆變器(3)同步調制和異步調制(a)同步調制三角波頻率fC與正弦波頻率fT〔相當于逆變器輸出頻率〕同步：fC/fT=Const.特點：正負半周對稱，無偶次諧波低頻時：高次諧波↑，脈沖轉矩、附加損耗、噪聲↑ 高頻時：三角波頻率↑，元件開關次數↑，開關損耗↑229§6—5、PWM逆變器(b)異步調制

fC/fT=變數通常使三角波頻率恒定特點：正負半周不對稱，出現偶次諧波； 輸出電壓半周內脈沖次數與輸出頻率成反比

(c)分級調制

取同步，異步調制之長處

230§6—6、交——交變頻電路

一、

工作原理正組整流，反組封鎖，u上(+)下(-)反組整流，正組封鎖，u上(-)下(+)可得交變電壓f1為切換頻率經晶閘管整流后得到，故不能高于電網頻率，最高頻率為電網頻率的1/3—1/2

一次變換，η↑，可采用電網換流

231§6—6、交——交變頻電路三相交——交變頻器半波