电力电子技术-复习

1、电力电子技术-复习 考试内容：第1章到第9章 考试题型 填空题 20分 简答题 30-35分 计算题 45-50分第1章 绪论电力电子技术就是使用电力电子技术就是使用电力电子器件电力电子器件 对对电能电能进行进行变变换换和和控制控制的技术。的技术。 电力电子器件的制造技术是电力电子技术的基电力电子器件的制造技术是电力电子技术的基础。础。 变流技术则是电力电子技术的核心变流技术则是电力电子技术的核心 输入输入 输出输出 交流交流（AC） 直流直流（DC） 直流直流（DC）整流整流 直流斩波直流斩波 交流交流（AC）交流电力控制交流电力控制变频、变相变频、变相逆变逆变 表表1-1 电力变换的种类电

2、力变换的种类第2章 电力电子器件电力电子器件的功率损耗电力电子器件的功率损耗关断损耗关断损耗开通损耗开通损耗开关损耗开关损耗断态损耗断态损耗通态损耗通态损耗第2章 电力电子器件 电力电子器件的分类（电力电子器件的分类（P40-41） 按照能够被控制电路信号所控制的程度按照能够被控制电路信号所控制的程度 半控型器件：半控型器件： 晶闸管晶闸管 全控型器件：全控型器件：GTO、GTR、MOSFET、IGBT 不可控器件：电力二极管不可控器件：电力二极管 按照驱动信号的性质按照驱动信号的性质 电流驱动型：晶闸管、电流驱动型：晶闸管、 GTO、GTR 电压驱动型：电压驱动型： MOSFET、IGBT

3、按照驱动信号的波形按照驱动信号的波形 脉冲触发型：晶闸管、脉冲触发型：晶闸管、GTO 电平控制型：电平控制型： MOSFET、IGBT第2章 电力电子器件 晶闸管正常导通条件 在承受正向电压和门极有触发电流情况下，晶闸管才能开通。 维持晶闸管导通的条件 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 怎样才能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。 第3章 整流电路 单相可控整流电路 三相可控整流电路 变压器漏感对整流电路的影响 整流电路的有源逆变工作状态 相控电路的驱动控制第3章 整流电路 单相可控整流电路

4、 带电阻负载 带阻感负载 带反电动势负载 电压、电流计算3.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路wwwwtTVTR0a)u1u2uVTudidwt1p2 ptttu2uguduVTaq0b)c)d)e)00图图3-1 单相半波可控整流电路及波形单相半波可控整流电路及波形带电阻负载的工作情况带电阻负载的工作情况 变压器变压器T、电压瞬时值、电压瞬时值u1和和u2，有效值有效值U1和和U2。其它物理量表示如图其它物理量表示如图. 电阻负载、电阻负载、电压与电流波形相电压与电流波形相同同。 暂暂认为晶闸管（开关器件）为认为晶闸管（开关器件）为理想器件理想器件。晶闸管导通时其晶闸管导通时其

5、管压降等管压降等于零于零，晶闸管阻断时其，晶闸管阻断时其漏漏电流等于零电流等于零。触发脉冲3.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路u (i )pwtwtwt000i2udidb)c)d)ddaauVT1,4图图3-5 单相全控桥式单相全控桥式带电阻负载时的电路及波形带电阻负载时的电路及波形a)带电阻负载的工作情况带电阻负载的工作情况 电路分析电路分析 4晶闸管组成晶闸管组成1-4, 2-3同开同断。同开同断。 在在u2正半周正半周 在在0-a a ，id=0, ud=0,VT1、VT4串联承受电压串联承受电压u2。 在在a a处给处给VT1和和VT4加触发脉冲，加触发脉冲，该两管通

6、，电流从该两管通，电流从a-负载负载-b端。端。 在在180 , id=0,VT1和和VT4断。断。VT2和和VT3的的a a=0处为处为w wt=p p u2负半周，在负半周，在a a处触发处触发VT2和和VT3导通导通,电流从电流从b-负载负载-到到a端。端。 3.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路uwttwwtwtw20wt1p2 ptug0ud0id0uVT0qab)c)d)e)f)+ + +图图3-2 带阻感负载的单相半带阻感负载的单相半波可控整流电路及其波形波可控整流电路及其波形带阻感负载的工作情况带阻感负载的工作情况 阻感负载的特点是电流不突变。阻感负载的特点是电流

7、不突变。 电路分析电路分析 VT断态断态,id=0,ud=0,uVT=u2。 a a处处 ud=u2，id从从0开始增加。开始增加。 在在180 处，处，id 0，VT仍导通仍导通。 w wt2时刻，时刻，id降至零，降至零，VT关断关断。 ud波出现负，平均值波出现负，平均值Ud下降。下降。 晶闸管关断条件：晶闸管的电流降到维持电流以下2tw3.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路2OwtOwtOwtudidi2OwtOwtuVT1,4OwtOwtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4u图图3-6 单相桥式全控整流电流带单相桥式全控整流电流带阻感负载时的电路及波形阻感负载时

8、的电路及波形带阻感负载的工作情况带阻感负载的工作情况 电路分析电路分析 在在u2正半周期正半周期 触发角触发角a a处给晶闸管处给晶闸管VT1和和VT4加触加触发脉冲使其开通，发脉冲使其开通，ud=u2。 负载电感很大，负载电感很大，id近似为水平线。近似为水平线。 u2过零时，过零时，VT1VT4流过流过id，不断。，不断。 w wt=p p+a a时，触发时，触发VT2和和VT3导通，导通，VT1VT4断断,电流转移电流转移,称称换相换相,亦称亦称换流换流。 带反电动势负载时的工作情况带反电动势负载时的工作情况 蓄电池、直流电动机等是反电动势负载。蓄电池、直流电动机等是反电动势负载。 电路

9、分析电路分析 |u2|E时，才有导通的可能。时，才有导通的可能。导通后导通后ud=u2， 直至直至|u2|=E，id=0，ud=E时关断。时关断。 称为称为停止导电角停止导电角。3.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路b)idOEudwtIdOwtaq图图3-7 单相桥式全控整流电路接反电动势单相桥式全控整流电路接反电动势电阻负载时的电路及波形电阻负载时的电路及波形REuidd212sinUE(3-16)第3章 整流电路 三相可控整流电路 带电阻负载 带阻感负载 电压、电流计算3.2.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路a =30u2uaubucOwtOwtOwtOwtOw

10、tuGuduabuacwt1iVT1uVT1uaca a=30 电流处于电流处于连续和断续的连续和断续的临界状态临界状态，各相导电，各相导电120 。 图图3-14 三相半波可控整流电路，三相半波可控整流电路，电阻负载，电阻负载，a a=30 时的波形时的波形 a)3.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路原理图原理图 阴极连接在一起的阴极连接在一起的（VT1，VT3，VT5)称为称为共阴共阴极组极组；另；另3个称为个称为共阳极组共阳极组。 共阴极组与共阳极组与共阴极组与共阳极组与a，b，c三相电源相接。三相电源相接。 晶闸管的导通顺序为晶闸管的导通顺序为VT1-VT2-VT3-VT

11、4-VT5-VT6。 图图3-18 三相桥式全控整流电路原理图三相桥式全控整流电路原理图3.3 变压器漏感对整流电路的影响变压器漏感对整流电路的影响变压器漏感变压器漏感 实际上变压器绕组总有实际上变压器绕组总有漏感漏感，该漏感可用一个集中的电感，该漏感可用一个集中的电感LB表示，并将其折算到表示，并将其折算到变压器二次侧变压器二次侧。 由于电感对电流的变化起阻碍作用，电感电流不能突变，由于电感对电流的变化起阻碍作用，电感电流不能突变，因此因此换相换相过程不能瞬间完成，而是会过程不能瞬间完成，而是会持续一段时间持续一段时间。 现以三相半波为例来分析，然后将其结论推广现以三相半波为例来分析，然后将

12、其结论推广 假设负载中电感很大，假设负载中电感很大，负载电流为水平线负载电流为水平线。 3.3 变压器漏感对整流电路的影响变压器漏感对整流电路的影响udidwtOwtOgiciaibiciaIduaubuca分析从分析从VT1换相至换相至VT2过程过程 w wt1时触发时触发VT2，漏感致，漏感致ia、ib不能突变，不能突变，VT1VT2通，相当通，相当于于短路短路，产生，产生环流环流ik。 ik=ib是逐渐增大的，而是逐渐增大的，而 ia=Id-ik是逐渐减小的。是逐渐减小的。 当当ik增大到等于增大到等于Id时，时，ia=0，VT1关断，换流结束。关断，换流结束。 g g表示表示换相重叠角

13、换相重叠角。 w wt1时刻时刻 图图3-26 考虑变压器漏感时的三考虑变压器漏感时的三相半波可控整流电路及波形相半波可控整流电路及波形 3.7 整流电路的有源逆变工作状态整流电路的有源逆变工作状态使变流器工作于有源逆变状态的条件使变流器工作于有源逆变状态的条件 直流侧要有电动势，其极性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； 要求晶闸管的控制角/2，使Ud为负值。逆变失败逆变失败 逆变运行时，一旦发生换流失败，外接的直流电源就会通过晶闸管电路形成短路，或者使变流器的输出平均电压和直流电动势变为顺向串联，由于逆变电路内阻很小，形成很大的短路电流。 逆变失败的原因逆变失败的

14、原因 触发电路工作不可靠，如脉冲丢失、脉冲延时等。 晶闸管发生故障，该断时不断，或该通时不通。 交流电源缺相或突然消失。 换相的裕量角不足，引起换相失败。 防止逆变失败的方法防止逆变失败的方法 采用精确可靠的触发电路，使用性能良好的晶闸管，保证交流电源的质量，留出充足的换向裕量角等3.7 整流电路的有源逆变工作状态整流电路的有源逆变工作状态例：三相全控桥变流器，反电动势阻感负载，例：三相全控桥变流器，反电动势阻感负载，R=1，L=，U2=220V，LB=1mH，当，当EM=-400V， =60 时求时求Ud, Id与与g g的值，此时送回电网的有功功率是多少？的值，此时送回电网的有功功率是多少

15、？解：由题意可列出如下解：由题意可列出如下3个等式：个等式：三式联立求解，得三式联立求解，得2.342201cos(180-60)650110-3(-400)/(1+650110-3)-290.3（V）由下式可计算换流重叠角：由下式可计算换流重叠角： ，代入数据，得：，代入数据，得：cos(180-60)cos（180-60+ g g ）=0.1279送回电网的有功功率为送回电网的有功功率为ddUUUpcos34. 22REUIMdd/dBdBdIfLImX62/Up)(7 .109AId)6/(6)(34. 2U2BBdfLREfLRCOSUp)6/(2)sin2/()cos(cos22UI

16、LmUIXdBdBpgaa6279. 0120cos0g00090. 812090.128gKWRIIEPddM85.3117 .1097 .109400223.8 相控电路的驱动控制相控电路的驱动控制电网电压同步环节锯齿波形成脉冲形成双窄脉冲放大控制信号同步信号为锯齿波的触发电路结构 换流 电流从一个支路向另一个支路转移的过程 换流方式 器件换流 电网换流 负载换流 强迫换流 电压型逆变电路第第4章章 逆变电路逆变电路4.2 单相电压型逆变电路单相电压型逆变电路b)a)ttOOONoUm- -Umiot1t2t3t4t5t6V1V2V1V2VD1VD2VD1VD2图图4-6 单相半桥电压型逆

17、单相半桥电压型逆变电路及其工作波形变电路及其工作波形 半桥逆变电路半桥逆变电路 在两个电容的在两个电容的联结点联结点便成为直便成为直流电源的流电源的中点中点。 工作原理工作原理 设设V1和和V2的栅极信号互补。的栅极信号互补。 uo为为矩形波矩形波，Um=Ud/2。 电路带电路带阻感负载阻感负载，io如图所示如图所示的电流波形。的电流波形。 4.2.1 单相电压型逆变电路单相电压型逆变电路a)b)图图4-7 单相全桥逆变电单相全桥逆变电路的移相调压方式路的移相调压方式 移相调压方式移相调压方式 上下桥互补上下桥互补,且且V3的基极信号比的基极信号比V1落后落后q q（0q q180）。）。 工

18、作过程工作过程 t1时刻前时刻前V1和和V4导通，导通， uo=Ud。 t1时刻时刻V4截止，截止，uo=0。 t2时刻时刻V1截止，截止，uo=-Ud。 到负载电流过零，到负载电流过零，uo仍为仍为-Ud。 t3时刻时刻V3截止，而截止，而V4不能立刻导不能立刻导通，通，VD4导通续流，导通续流，uo再次为零再次为零。 改变改变q q 就可调节输出电压就可调节输出电压。第第5章章 直流直流变流电路直流直流变流电路 基本斩波电路 复合斩波电路 带隔离的直流直流变流电路5.1.1 降压斩波电路降压斩波电路图图5-1 降压斩波电路的原理图及波形降压斩波电路的原理图及波形a）电路图）电路图 b）电流

19、连续时）电流连续时c）电流断续时的波形）电流断续时的波形降压斩波电路（降压斩波电路（Buck Chopper） EETtEtttUonoffononoa5.1.2 升压斩波电路升压斩波电路0iGE0ioI1a)b)图图5-2 升压斩波电路及其工作波形升压斩波电路及其工作波形a）电路图）电路图 b）波形）波形 升压斩波电路升压斩波电路 工作原理工作原理 假设假设L和和C值很大。值很大。 V通态通态，L蓄能蓄能，C 较大较大Uo 基本恒基本恒定。定。V断态断态，向，向C充电，并向负载供能。充电，并向负载供能。 基本的数量关系基本的数量关系 稳态时，稳态时，L积蓄与释放的能量相等积蓄与释放的能量相等

20、offoontIEUtEI11化简得化简得 EtTEtttUoffoffoffono上式中的上式中的 1/offtT(5-20)(5-21)5.1.3 升降压斩波电路升降压斩波电路a)图图5-4 升降压斩波电路及其波形升降压斩波电路及其波形a）电路图）电路图 b）波形）波形 升降压斩波电路升降压斩波电路 工作原理工作原理 V导通导通时，时，L贮能。贮能。C维持维持输出。输出。 V关断关断时，时，L向负载放向负载放能能，电流电流i2，负载电压上负下正。，负载电压上负下正。 EEtTtEttUononoffonoaa15.2 复合斩波电路和多相多重斩波电路复合斩波电路和多相多重斩波电路电流可逆斩波

21、电路电流可逆斩波电路桥式可逆斩波电路桥式可逆斩波电路5.2.1 电流可逆斩波电路电流可逆斩波电路ttb)uoioiV1iD1iV2iD2a)图图5-7 电流可逆斩波电路及其波形电流可逆斩波电路及其波形a） 电路图电路图 b） 波形波形 电路结构电路结构 V1和和VD1构成构成降压斩波电路降压斩波电路，第，第1象限、电动。象限、电动。 V2和和VD2构成构成升压斩波电路升压斩波电路，第，第2象限、再生制动。象限、再生制动。 防止防止V1和和V2同时导通同时导通。5.2.2 桥式可逆斩波电路桥式可逆斩波电路图图5-8 桥式可逆斩波电路桥式可逆斩波电路 桥式可逆斩波电路桥式可逆斩波电路 将两个电流可

22、逆斩波电路组合起来，电动机可以将两个电流可逆斩波电路组合起来，电动机可以4象限象限运行。运行。 工作过程工作过程 V4导通时，等效为电流可逆斩波电路，提供导通时，等效为电流可逆斩波电路，提供正电压正电压，可使电，可使电动机工作于动机工作于第第1、2象限象限。 V2导通时，导通时，V3、VD3和和V4、VD4等效为又一组电流可逆斩波等效为又一组电流可逆斩波电路，提供电路，提供负电压负电压，工作于，工作于第第3、4象限象限。5.3 带隔离的直流直流变流电路带隔离的直流直流变流电路正激电路正激电路反激电路反激电路 半桥电路半桥电路全桥电路全桥电路推挽电路推挽电路全波整流和全桥整流全波整流和全桥整流

23、5.3.1 正激电路正激电路输出电压输出电压TtNNUUon12io输出电感电流不连续时，在负载为零的输出电感电流不连续时，在负载为零的极限情况下极限情况下 i12oUNNU (5-52)输出滤波电感电流连续时输出滤波电感电流连续时iLtOOmtLuLiS开通：S断开：Lu1012tttUUNNuOiL21tttUuOLTtttuL020TttLdtu000012moonoitUtUUNNmtttNNUUonon12iooffmtt 0mt5.3.2 反激电路反激电路SuSiSiVDtontoffttttUiOOOO图图 5-14 反激电路原理图反激电路原理图图图 5-15 反激电路的理想化波

24、形反激电路的理想化波形反激电路反激电路 工作过程工作过程 S开通开通后，后，VD处于断态，处于断态，W1绕组的电流线绕组的电流线性增长，电感储能增加。性增长，电感储能增加。 S关断后关断后，W1绕组的电流被切断，变压器绕组的电流被切断，变压器中的磁场能量通过中的磁场能量通过W2绕组和绕组和VD向输出端释放，向输出端释放，电压为电压为 。 uUNNUSio12mtS开通：S断开：oniNttUu01mononoNttttUNNu211TtttumonN 01TttNdtu0010mon12iottNNUU5.3.3 半桥电路半桥电路输出电压输出电压(5-54)LuS1或S2开通：oiLUUNNu

25、212S1和S2关断：）（）（000LLLoLiuiUuTLdtu00022212omoionUtUUNNt)(212mononiotttNNUU5.3.3 半桥电路半桥电路输出电压输出电压输出电感电流不连续，输出电压输出电感电流不连续，输出电压Uo将高于式（将高于式（5-54）的计算值，并随负载减小而升高，在负载为零的极限的计算值，并随负载减小而升高，在负载为零的极限情况下情况下2i12oUNNU(5-54)滤波电感滤波电感L的电流连续时的电流连续时Luoffmtt T)(212off12onononiotNNtttNNUU0mt5.3.6 全波整流和全桥整流全波整流和全桥整流图图5-22

26、a)全波整流电路原理图全波整流电路原理图 双端电路双端电路中常用的整流电路形式为中常用的整流电路形式为全波整流电路全波整流电路和和全桥整流电路全桥整流电路。全波整流电路的特点全波整流电路的特点 优点：电感优点：电感L的电流回路中只有的电流回路中只有一个二极管压降一个二极管压降，损耗小，而且整，损耗小，而且整流电路中只需要流电路中只需要2个二极管个二极管，元件数较少。，元件数较少。 缺点：二极管断态时承受的反压较高，对器件耐压要求较高，而且缺点：二极管断态时承受的反压较高，对器件耐压要求较高，而且变压器二次侧绕组有中心抽头，结构较复杂。变压器二次侧绕组有中心抽头，结构较复杂。 适用场合：输出电压

27、较低的情况下（适用场合：输出电压较低的情况下（100V）。）。5.3.6 全波整流和全桥整流全波整流和全桥整流全桥电路的特点全桥电路的特点 优点：二极管在断态承受的电压仅为交流电压幅值，变压器的绕组简单。优点：二极管在断态承受的电压仅为交流电压幅值，变压器的绕组简单。 缺点：电感缺点：电感L的电流回路中存在的电流回路中存在两个二极管压降两个二极管压降，损耗较大，而且电路中，损耗较大，而且电路中需要需要4个二极管个二极管，元件数较多。，元件数较多。 适用场合：高压输出的情况下。适用场合：高压输出的情况下。同步整流电路同步整流电路 当电路的输出电压非常低时，可以采用同步整流电路，利用当电路的输出电

28、压非常低时，可以采用同步整流电路，利用低电压低电压MOSFET具有非常小的导通电阻的特性降低整流电路的导通损耗，进一步提具有非常小的导通电阻的特性降低整流电路的导通损耗，进一步提高效率。高效率。 这种电路的缺点是需要对这种电路的缺点是需要对V1和和V2的通与断进行控制，增加了控制电路的复的通与断进行控制，增加了控制电路的复杂性。杂性。 图图5-22 b)全桥整流电路原理图全桥整流电路原理图 图图5-23 同步整流电路原理图同步整流电路原理图第第6章章 交流交流变流电路交流交流变流电路 交流调压电路 交流调功电路6.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路Ou1uoiouVTwtOwtOwtOw

29、t图图6-1 电阻负载单相交电阻负载单相交流调压电路及其波形流调压电路及其波形电阻负载电阻负载 工作过程工作过程 对对VT1和和VT2的的a a进行控制，调节输出进行控制，调节输出电压。电压。 基本的数量关系基本的数量关系papapwwppa2sin21dsin21121oUttUURUIoo)22sin1 (21sin221121papawwppaRUtdRtUIT功率因数功率因数 papap2sin211oo1ooUUIUIUSP(6-1)(6-2)(6-3)(6-4)6.2.1 交流调功电路交流调功电路图图6-11 交流调功电路典型波形交流调功电路典型波形(M=3、N=2) 交流调功电路

30、交流调功电路 工作原理工作原理 电路形式相同，电路形式相同，控制方式不同控制方式不同。 通过改变通过改变接通周波数接通周波数与与断开周波数断开周波数的比值来调节负载所消耗的比值来调节负载所消耗的平均功率的平均功率。 VT1PWM控制的基本原理控制的基本原理PWM控制方法控制方法计算法和调制法计算法和调制法异步调制和同步调制异步调制和同步调制规则采样法规则采样法PWM跟踪控制技术跟踪控制技术第第7章章 PWM控制技术控制技术7.2.1 7.2.1 计算法和调制法计算法和调制法图图7-4 单相桥式单相桥式PWM逆变电路逆变电路 单相桥式单相桥式PWM逆变电路（调制法）逆变电路（调制法） 电路工作过

31、程电路工作过程 V1和和V2，V3和和V4通断互补通断互补。 在在uo的正半周，的正半周， V1通通。 io为正，为正，V1和和V4导通时，导通时，uo=Ud。 io为正，为正， V4断，断，V1通和通和VD3续流，续流，uo=0。 在在io为负，为负，io从从VD1和和VD4流过，流过，uo=Ud。 io为负为负,V4断，断，V3通后，通后，io从从V3和和VD1续流，续流，uo=0。 uo总可以得到总可以得到Ud 和零两种电平。和零两种电平。urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud7.2.2 7.2.2 异步调制和同步调制异步调制和同步调制载波频率载波频率fc与调制信号频率与调制信号

32、频率fr之比之比N= fc/fr称为载波比，根据载波称为载波比，根据载波和信号波是否同步及载波比的变化情况，和信号波是否同步及载波比的变化情况，PWM调制方式可分为调制方式可分为异步调制异步调制和和同步调制同步调制两种。两种。 异步调制异步调制 载波信号和调制信号不保持同步的调制方式称为异步调制。载波信号和调制信号不保持同步的调制方式称为异步调制。 通常载波频率通常载波频率fc固定不变固定不变，信号波频率，信号波频率fr变化变化时，载波比时，载波比N是是变化的变化的。 7.2.2 7.2.2 异步调制和同步调制异步调制和同步调制ucurUurVurWuuUNuVNOttttOOOuWN2Ud2

33、Ud图图7-10 同步调制三相同步调制三相PWM波形波形 同步调制同步调制 载波比载波比N等于常数，载波和信等于常数，载波和信号波保持同步的方式称为同步调号波保持同步的方式称为同步调制。制。 N不变不变，一个周期脉冲数、脉，一个周期脉冲数、脉冲相位固定。冲相位固定。 三相电路中，常用一个三角波三相电路中，常用一个三角波载波，取载波，取N为为3的整数倍且为奇数的整数倍且为奇数。 输出频率很低时，谐波难滤，输出频率很低时，谐波难滤，输出频率很高时，输出频率很高时，fc 高，器件难以高，器件难以承受。承受。 7.2.2 7.2.2 异步调制和同步调制异步调制和同步调制图图7-11 分段同步调制方式举

34、例分段同步调制方式举例 分段同步调制分段同步调制 把把fr范围划分成若干个频段，每范围划分成若干个频段，每个频段内都保持载波比个频段内都保持载波比N为恒定，不为恒定，不同频段的载波比不同。同频段的载波比不同。 在在fr高高的频段采用的频段采用较低载波比较低载波比。 在在fr低的频段采用低的频段采用较高载波比较高载波比。 为了防止为了防止fc在切换点附近的来回在切换点附近的来回跳动，采用了跳动，采用了滞后切换滞后切换的方法。的方法。 实线表示实线表示输出频率输出频率增高时的增高时的切换频率切换频率虚线表示虚线表示输出频率输出频率降低时的降低时的切换频率切换频率 7.2.3 7.2.3 规则采样法

35、规则采样法ucuOturTcADBOtuotAtDtB 22图图7-12 规则采样法规则采样法 和和 的确定的确定 设调制信号设调制信号taurrwsin 式中，式中，a称为调制度，称为调制度，0a1；w wr为为正弦信号波角频率，从图可得正弦信号波角频率，从图可得2/22/sin1cDTtarw)sin1 (2DtaTrcw脉冲两边的间隙宽度脉冲两边的间隙宽度 为为 )sin1 (421DcctaTTrw(7-6)(7-7)7.3 PWM跟踪控制技术跟踪控制技术滞环比较方式滞环比较方式三角波比较方式三角波比较方式定时比较方式定时比较方式7.3.1 滞环比较方式滞环比较方式图图7-24 滞环比

36、较方式电流跟踪控制举例滞环比较方式电流跟踪控制举例 tOiii*+ Ii*- Ii*图图7-25 滞环比较方式的指令电流和输滞环比较方式的指令电流和输出电流出电流 跟踪控制方法：电流或电压波形为指跟踪控制方法：电流或电压波形为指令信号，把实际值作为反馈信号。令信号，把实际值作为反馈信号。 通过通过两者瞬时值比较两者瞬时值比较来决定器件的来决定器件的通断，使实际输出跟踪指令信号变化。通断，使实际输出跟踪指令信号变化。滞环比较方式滞环比较方式 电流跟踪控制电流跟踪控制应用最多。应用最多。 把把指令电流指令电流i*和和实际输出电流实际输出电流i的的偏差偏差i*-i作为比较器的输入，输出来控作为比较器

37、的输入，输出来控制功率器件制功率器件V1和和V2的通断。的通断。 电抗器电抗器7.3.2 三角波比较方式三角波比较方式图图7-29 三角波比较方式电流跟踪型逆变电路三角波比较方式电流跟踪型逆变电路 三角波比较方式三角波比较方式 把指令电流把指令电流i*U、i*V和和i*W和实和实际电流际电流iU、iV、iW比较，偏差比较，偏差放大放大、比较，产生比较，产生PWM波形。波形。 放大器放大器A通常具有通常具有比例积分特性比例积分特性或比例特性或比例特性。 特点特点 开关频率固定。开关频率固定。 常用常用三相三角波三相三角波载波。载波。 输出电流所含的谐波少。输出电流所含的谐波少。7.3.2 三角波

38、比较方式三角波比较方式定时比较方式定时比较方式 不用滞环比较器，不用滞环比较器，固定的时钟固定的时钟定时比较定时比较。 定时采样，控制开关器件的通断，使被控制量跟踪指令信号。定时采样，控制开关器件的通断，使被控制量跟踪指令信号。 以单相半桥逆变电路为例，在采样时刻以单相半桥逆变电路为例，在采样时刻 如如i i*，V1关断，关断，V2导通，使导通，使i减小。减小。 每个控制作用都使电流误差减小。每个控制作用都使电流误差减小。 最高开关频率为时钟频率的最高开关频率为时钟频率的1/21/2。 没有一定的环宽，控制的精度低一些。没有一定的环宽，控制的精度低一些。第第9 9章章 电力电子器件应用的共性问

39、题电力电子器件应用的共性问题 电力电子器件的驱动电力电子器件的驱动电力电子器件的保护电力电子器件的保护 电力电子器件的串联使用和并联使用电力电子器件的串联使用和并联使用9.1.1 电力电子器件驱动电路概述电力电子器件驱动电路概述驱动电路驱动电路 是电力电子主电路与控制电路之间的是电力电子主电路与控制电路之间的接口接口。 良好的驱动电路使电力电子器件工作在较理想的良好的驱动电路使电力电子器件工作在较理想的开关状开关状态态，缩短开关时间，减小开关损耗。，缩短开关时间，减小开关损耗。 对装置的运行效率、可靠性和安全性都有重要的意义。对装置的运行效率、可靠性和安全性都有重要的意义。 一些保护措施也往往

40、设在驱动电路中，或通过驱动电路一些保护措施也往往设在驱动电路中，或通过驱动电路实现。实现。驱动电路的基本任务驱动电路的基本任务 按控制目标的要求给器件施加按控制目标的要求给器件施加开通开通或或关断关断的信号。的信号。 对半控型器件只需提供开通控制信号；对全控型器件则对半控型器件只需提供开通控制信号；对全控型器件则既要提供开通控制信号，又要提供关断控制信号。既要提供开通控制信号，又要提供关断控制信号。9.1.1 电力电子器件驱动电路概述电力电子器件驱动电路概述驱动电路还要提供控制电路与主电路之间的电气隔离环节，一般采驱动电路还要提供控制电路与主电路之间的电气隔离环节，一般采用用光隔离光隔离或或磁

41、隔离磁隔离。 光隔离一般采用光耦合器光隔离一般采用光耦合器 光耦合器由发光二极管和光敏晶体管组成，封装在一个外壳内。光耦合器由发光二极管和光敏晶体管组成，封装在一个外壳内。 有有普通普通、高速高速和和高传输比高传输比三种类型。三种类型。 磁隔离的元件通常是脉冲变压器磁隔离的元件通常是脉冲变压器 当脉冲较宽时，为避免铁心饱和，常采用当脉冲较宽时，为避免铁心饱和，常采用高频调制和解调高频调制和解调的方的方法。法。 ERERERa)b)c)UinUoutR1ICIDR1R1图图9-1 光耦合器的类型及接法光耦合器的类型及接法a) 普通型普通型 b) 高速型高速型 c) 高传输比型高传输比型 9.1.

42、2 晶闸管的触发电路晶闸管的触发电路IIMt1t2t3t4图图9-2理想的晶闸管触发脉冲电流波形理想的晶闸管触发脉冲电流波形t1t2脉冲前沿上升时间（脉冲前沿上升时间（1 s）t1t3强脉冲宽度强脉冲宽度IM强脉冲幅值（强脉冲幅值（3IGT5IGT）t1t4脉冲宽度脉冲宽度I脉冲平顶幅值（脉冲平顶幅值（1.5IGT2IGT） 晶闸管的触发电路晶闸管的触发电路 作用：产生符合要求的作用：产生符合要求的门极触发脉冲门极触发脉冲，保证晶闸，保证晶闸管在需要的时刻由阻断转管在需要的时刻由阻断转为导通。为导通。 晶闸管触发电路往往还晶闸管触发电路往往还包括对其触发时刻进行控包括对其触发时刻进行控制的制的

43、相位控制电路相位控制电路。9.1.3 典型全控型器件的驱动电路典型全控型器件的驱动电路tOibGTR 开通的基极驱动电流应使开通的基极驱动电流应使其处于其处于准饱和导通状态准饱和导通状态，使之，使之不进入放大区和深饱和区。不进入放大区和深饱和区。 关断时，施加一定的负基关断时，施加一定的负基极电流有利于减小关断时间和极电流有利于减小关断时间和关断损耗。关断损耗。图图9-6 理想的理想的GTR基极驱动电流波形基极驱动电流波形V D1AVV S0V+10V+15VV1V D2V D3V D4V3V2V4V5V6R1R2R3R4R5C1C2图图9-7 GTR的一种驱动电路的一种驱动电路 9.1.3 典型全控型器件的驱动电路典型全控型器件的驱动电路tOibGTR的一种驱动电路的一种驱动电路 包括包括电气隔离电气隔离和和晶体管放大电晶体管放大电路路两部分。两部分。 VD2和和VD3构成构成贝克箝位电路贝克箝位电路，是一种抗饱和电路，可使是一种抗饱和电路，可使GTR导通导通时处于临界饱和状态；时处于临界饱和状态； C2为加速开通过程的电容，开为加速开通过程的电容，开通时通时R5被被C2短路，这样可以实现驱短路，这样可