电力电子总结(哈工程版)

、绪论什么是电力电子技术三大要素：功率、电流、效率工作状态：电力电子器件总是工作在开关状态控制方式：相控（晶闸管）、斩控（全控型器件）电力变换分为四大类：交流变直流、直流变交流、直流变直流、交流变交流第二章、电力电子器件晶闸管*： SCR电力晶体管： GTR可关断晶闸管： GTO功率场效应晶体管： MOSFET绝缘栅双极型晶体管：IGBT(MOSFET与GTR的复合管)电力电子器件概述（系统组成、分类：控制方式典型器件、单双复合管、压控流控器件）电力二极管（不可控器件）（导通过程、与普通二极管的区别）晶闸管*（半控型器件）（半控原因、通断条件）典型全控型器件其他新型电力电子器件（一般了解）功率集成电路域集成电力电子模块（了解）第三章、整流电路一、分类：组成器件：不可控、半控、全控不可控整流电路完全由不可控二极管组成，电路结构一定之后其直流整流电压和交流电源电压值的比是固定不变的。半控整流电路由可控元件和二极管混合组成，在这种电路中，负载电源极性不能改变，但平均值可以调节。3）在全控整流电路中，所有的整流元件都是可控的（SCR、GTR、GTO等），其输出直流电压的平均值及极性可以通过控制元件的导通状况而得到调节，在这种电路中，功率的传递是双向的，即：既可以由电源向负载传送，也可以由负载反馈给电源，即所谓的有源逆变。电路结构：桥式、零式零式电路指带零点或中性点的电路，又称半波电路。它的特点所有整流元件的阴极(或阳极)都接到一个公共接点﹐向直流负载供电﹐负载的另一根线接到交流电源的零点。桥式电路实际上是由两个半波电路串联而成，故又称全波电路。相数：单相、多相变压器二次电流方向（单向、双向）：单拍电路、双拍电路所有半波整流电路都是单拍电路，所有全波整流电路都是双拍电路。控制方式*：相位控制*、斩波控制通过控制触发脉冲的相位来控制直流输出电压大小的方式称为相位控制方式，简称相控方式。2）斩波器就是利用晶闸管和自关断器件来实现通断控制，将直流电源电压断续加到负载上，通过通、断的时间变化来改变负载电压平均值，亦称直流-直流变换器。它具有效率高、体积小、重量轻、成本低等优点，广泛应用于直流牵引的变速拖动中，如城市电车、地铁、蓄点池车等。斩波器一般分降压斩波器，升压斩波器和复合斩波器三种。单相典型电路：单相半波可控整流电路：(优点：简单缺点：id直流分量大会造成变压器铁芯直流磁化)纯阻性负载、大电感负载波形图、三个角的关系续流二极管的引入：阻感性负载阻抗角过大导致Ud平均值减小，所以在负载两侧反向并联二极管用以保障电流id在L-R-VDr回路中的流通（续流过程）带有续流二极管的电路： 移相范围0~180续流管承受-ud，最大反压Ud晶闸管承受单相桥式全控整流电路*（计算题）纯阻性负载：桥臂的概念1、42、3得到触发脉冲即导通，U2过零时关断晶闸管最大电压：+、-波形图注意Uvt全波整流：交流电源的正负半周期内都有整流输出电流流过负载双脉波整流：变压器二次绕组中正负半周期内的电流方向相反且对称，从而消除了变压器直流 磁化的影响组感性负载由于大电感的平波作用导致id波形连续且近似为水平线换相（换流）概念移相范围0~90晶闸管最大电压正反均为导通角与触发角均为180变压器二次侧电流波形：正负各180的矩形波，相位由触发角决定，有效值等于负载电流I2带反电动势负载负载为蓄电池、直流电动机的电枢（忽略电感）：负载等效为直流电压源只有U2瞬时值的绝对值大于反电动势E时晶闸管才能承受正电压从Ud下降到E时刻到原来Ud降到0的时刻，这段时间所对应的电角度称为停止导电角**：相当于降触发角被推迟为（因为如果<，当触发脉冲到来时，晶闸管承受负电压不可能导通，所以触发脉冲需要有足有的宽度，保证在时刻有晶闸管开始承受正电压时触发脉冲仍然存在）d）平波电抗器（串联大L来平波）：克服电流断续所引起的电动机机械特性变软（如果负载回路中的电感L不够大时，电感中储藏的能量不足以维持电流导通，负载电流将会断续，断续就会导致电枢电流平均值的减少，从而导致直流电动机特性变软）4.计算问题纯阻性负载 变压器容量计算、有效值及平均值的计算2）阻感性负载 UdIdvt（平均）It（有效）的计算、矩形波相位的确定（）3）反电动势负载 停止导电角的求算、保证电流连续的最小电感L的求算4）晶闸管额定参数* 额定电压2~3倍最大反压额定电流1.5~2倍有效值/1.57（三）单相全波可控整流电路（了解）（又称单相双半波可控整流电路）特点：与单相全控桥从直流输出端或从交流输入端看基本一致，两者区别在于：单相全波变压器为二次绕组带有中心抽头，结构复杂单相全波中只用2个晶闸管，比单相全控少了两个，门极驱动电路也少了两个，驱动方便但是，单相全波中，晶闸管承受的最大电压为是全控的2倍导电回路中只有一个晶闸管，管压降少一半不存在直流磁化的问题所以单相全波有利于低压输出场合使用单相桥式半控整流电路（二极管的作用*）为了实现对每个导电回路进行控制，只需要一个晶闸管（单个回路）来进行控制即可，另一个则用二极管来代替，从而简化电路。当负载为大电感负载时：p52负载端反向并联二极管VDR的作用：单相桥式半控第一种接法（第二种接法续流时的导电回路中有两个管压降，不利于降低损耗）p52图3-11如果没有续流二极管的话 可能会发生失控现象，即当触发角突然增大至180或触发脉冲丢失时，会发生一个晶闸管持续导通二两个二极管轮流导通的情况，着是的Ud称为正弦半波，即半周期ud为正弦另外半周期ud为零，其平均值保持恒定相当于单相半波不可控整流电路的波形有续流二极管VDR时，续流过程由VDR来完成，在续流阶段晶闸管关断，如此避免某一个晶闸管持续导通而导致的失控三相可控整流典型电路（画图题，注意Uvt相、线之间的跳变）特点：交流侧由三相电源供电，负载容量大，直流电压脉动小从而利于滤波三相半波可控整流电路（基本）纯阻负载：变压器：一次侧三角型，二次侧星型（避免三次谐波流入电网）晶闸管：共阴极接法（阳极电位高者优先导通并使另外两相二极管承受反压关断）自然换相点（触发角为0的点，一般距离坐标原点为30）：电流由一个二极管向另一个二极管转移时的交点（各种单相可控整流电路的自然换相点是变压器二次电压U2的过零点）VT1电压波形（由三段组成：一段管压降+两段线电压）（=0）管压降≈0段：VT1导通期间VT2导通段：线电压VT3导通段：另一段线电压v.随着的增大，晶闸管承受的电压正的部分会逐渐增多计算：整流电压平均值的计算（要根据讨论）：结论：(0,30)时，负载电压波形连续；(30,∞)负载电压断续；=30时处于临界状态；=150是输出电压为零，故电阻负载移相范围（0,150）画图：方法参见p54图3-14、3-15铅笔阻感负载：由于电感的存在，阻止电流下降（id基本平直），故当U2过0后VT1继续导通，直到VT2被触发而换流Ud、URMUFM、IVTI2计算变压器二次侧电流含有直流分量(0,30]时整流电压波形与电阻负载时相同；(30，∞)时特点VT1在U2过零时不关断且id近似为一条水平线移相范围：0~9060出现0点三相桥式全控整流电路（应用广）（通断条件：线电压>0；注意=0即为晶闸管替换为二极管）纯电阻负载：（=0、30、60（临界）、90、120Ud为0）导通顺序（触发脉冲要求）：123456（相位依次相差60）VT分布（上~下，左~右）：135（共阴，相位依次相差120）462（共阳），导通时一个共阴一个共阳且不可同一相（同一相上下两个桥臂相位相差180）Ud一周期脉动6次（60*6=360）六脉波整流电路自然换相点既是相电压的交点，同时也是线电压的交点*确保电路正常工作：在整流电路合闸启动过程或电流断续时，需保证同时导通的两个晶闸管均有脉冲（两种方法）脉冲宽度大于60（一般80~100，触发电路结构复杂）用两个窄脉冲代替宽脉冲（两脉冲前沿相差60，脉宽一般20~30，常用）=0时VT1电压波形与三相半波相同，UFMURM也相同改变（如由0变化到30）晶闸管起始导通时刻推迟了30，组成Ud的每一段线电压因此推迟30，Ud平均值降低移相范围（0，120）阻感性负载：由于电感作用导致id不再与Ud波形相同，而是平直的线段（L足够大）(0,60)时波形连续（除了id外波形都与纯阻负载相似）；(60,360)如90时Ud中正负面积基本相等，Ud平均值为0移相范围：（0,90）c) 定量分析：Ud、Id、I2的计算反电动势阻感负载时Id的计算晶闸管电压电流与三相半波一致各种波形：变压器漏感对整流电路的影响：换相并非瞬时完成的由于变压器绕组漏感影响，折算到二次侧后对电流的变化起阻碍作用以三相半波为例分析VT1~VT2过程Ik环流（p61）换相重叠角：换相持续时间计算：ΔUd、Ud、Id、（与关系）结论：出现换相重叠角，整流输出电压平均值Ud降低整流电路的工作状态增多(VT1VT2)(VT1VT2VT3)(VT2VT3)...晶闸管的电流变化率变小，有利于晶闸管的安全开通（有时人为串电抗器抑制晶闸管的电流变化率）换相时晶闸管电压出现缺口，产生正的电压变化率，可能使晶闸管误导通，为此必须加吸收电路换相使电网电压出现缺口，成为干扰源书上P63例题整流电路的有源逆变工作状态：逆变的概念定义：把直流电转变为交流电，对应于整流的逆向过程定义为逆变分类：有源逆变：交流侧与电网链接无缘逆变：交流侧与负载链接通过控制发电机电动势大小和极性可以实现电动机四象限的运转逆变产生条件*：（单相全波电路代替发电机给电动机供电）要有直流电动势，极性需要与晶闸管的导通方向一致，其值大于变流器直流侧平均电压要求晶闸管的触发角大于90，使得Ud出现负值（由于半控桥或者有续流二极管的电路Ud不能为负，所以不能实现有源逆变，所以必须是采用全控电路）三相桥整流电路的有源逆变工作状态逆变整流区别：<90整流；>90逆变逆变角=180-（计量方向与相反）大小从=0起始点向左方计量越大，越小，逆变的电压绝对值越大计算：Id、Ud、IVT、Pd（有功功率）、I2逆变失败与最小逆变角的限制又称逆变颠覆，逆变时，一旦换相失败，外接直流电源就会通过晶闸管电路短路，或使变流器的出处平均电压和直流电动势变成顺向串联，形成很大的短路电流原因：触发电路不可靠（脉冲丢失或延时）晶闸管故障交流电源异常逆变角太小最小逆变角的确定：（晶闸管关断时间电角度4~5°、换相重叠角、安全裕量角取10°）、逆变电路换流方式分类器件换流：利用全控型器件（IGBTMOSFETGTOGTR）的自关断能力进行换流电网换流：由电网提供换流电压（不适用与无源逆变）负载换流：由负载提供换流电压（负载为电容性负载，并联谐振）强迫换流：设置附加的换流电路，给欲关断的晶闸管强迫施加反向电压或电流（通常利用附加电容上储存的能量来实现，又称电容换流）直接耦合式强迫换流（电压换流）：由换流电路内电容直接提供换流电压的方式（电容预先充电）电感耦合式强迫换流（电流换流）：通过换流电路内的电容和电感耦合来提供换流电压的方式电压换流：给晶闸管加上反向电压使其关断的换流电流换流：先使晶闸管电流减为零，然后通过反并联二极管使其加上反向电压结论：电网、负载、强迫针对晶闸管而言；器件、强迫跟器件或变流器自身有关故属于自换流；电网、负载不靠变流器内部原因而借助外部（电网电压或负载电压）实现换流故属于外部换流电压型逆变电路逆变电路根据直流侧电源性质的不同分为两种：电压（电压源）型逆变电路：都采用全控器件（器件换流），半控不常用电流（电流源）型逆变电路：有的（负载换流）有的（强迫换流:三相桥式），半控很常用电压型逆变电路主要特点直流侧为电压源或者并联大电容由于直流电压源的钳位作用，交流输出电压波形为矩形波且与负载阻抗角无关（电流根据相位而改变）直流侧电容在交流侧为阻感负载时给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供了通道，逆变桥各臂都并联了反馈二极管单相典型电路半桥逆变电路V1V2栅极信号在一个周期内各有半周正偏、半周反偏且两者互补由于大电感的存在，导致在V1关断后只有当io全部流经VD2续流完毕后V2才能导通（即io反向）V为通态时，负载电流与电压同向，直流侧向负载供能；VD为通态时，负载电流与电压反向，负载电感储存的能量向直流侧反馈。电感反馈的能量暂时储存在直流侧电容器中，电容器起着缓冲这种无功能量的作用反馈二极管：VD1VD2是负载向直流侧反馈能量的通道续流二极管：VD1VD2使负载电流连续注意：当可控器件是不具有门极可关断能力的晶闸管时，必须附加强迫换流电路才能保证正常工作缺点：输出电压幅值Um仅为Ud/2，工作时要控制两个电容器电压的均衡（分压电阻）全桥逆变电路由两个半桥逆变电路组成，1423两对交替导通180VD1V1=VD1VD4+V1V4VD2V2=VD2VD3+V2V3无功能量交换同半桥逆变电路优点：幅值Um=Ud定量分析：基波幅值基波有效值(半桥中Ud换成Ud/2)调节逆变输出电压的方法：调节Ud移相调压：调节输出电压脉冲宽度V3V4信号不是分别于V2V1同相位，而是前移了（参见P103图4-7）输出电压为正负各的脉冲移相导通过程V1V4通，Uo=UdT1时刻，V4止，V1RLVD3续流T2时刻，V1止，RLVD3CVD2谐振当iL=0后，V2V3通，V3LRV2C1输出直流，进入V2V3稳态导通状态改变就可以调节输出电压注意：移相调压不适用与半桥电路，但在纯阻负载时仍可采用，但此时上下峭壁的栅极信号不再各180正反偏互补，而是正偏反偏，此时输出电压uo也是正负脉冲宽度各为带有中心抽头变压器的逆变电路通过变压器耦合（匝数比1:1:1）的方式给负载供电器件承受电压变为2Ud，比全桥高了一倍，且要求有变压器三相电压型逆变电路（三相桥式逆变电路IGBT）由三个单相逆变电路组合而成135462导电方式*：1）180导电：纵向换流（同一时刻3个V导通）每个桥臂的导电角度为180，同一相上下两个桥臂交替导电，各相开始导电的角度依次相差120，可能上2个臂下1个臂、或者上1个臂下2个臂561 6121232342）120导电：横向换流（对应电流型三相桥式逆变电路）（同一时刻2个V导通）每个臂一周期内导电120，按VT1到VT6的顺序每隔60依次导通，这样，每个时刻上桥臂组的三个臂和下桥臂组的三个臂都各有一个臂导通。换流时，是在上桥臂组或下桥臂组的组内依次换流，为横向换流615243c) 负载线电压 负载相电压整理后有：波形参见p104图4-10d)Id每隔60脉动一次e)定量分析：输出线电压有效值Uuv、基波幅值、基波有效值相电压：Ud系数依次为Uun 0.417Uun1m 0.637Uun1 0.45f) 先断后通（先给应挂断的器件关断信号，待其关断后留有一定的时间余量，然后再给应导通的器件发出开通信号——两者间留一定的死区时间）：为了防止同一相上下两桥臂开关器件同时导通而引起直流侧电源的短路单相半桥、全桥都得采用这种方法电流型逆变电路（为何无需二极管？与电压型对比GTO）主要特点直流侧串联大电感交流侧输出电流为矩形波，且与负载阻抗角无关当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电感起缓冲无功能量的作用输出负载端并联补偿电容器C时由于负载换流方式要求负载电流超前于电压，所以补偿电容应是的负载过补偿而在总体上呈现容性并且工作时略失谐在交流电流的一个周期内，有两个稳定导通阶段和两个换流阶段：T1~T2：VT1VT4稳定导通，负载电流io=Id近似恒值，电容C上电压左正右负T2时刻：VT2VT3被触发且在之前电压为正（负载端电压）的前提下导通，进入换流阶段换流：由于每个晶闸管都串有换流电抗器Lt，故VT1VT4在T2时刻仍导通但电流进入减小过程，同理VT2VT3电流进入增加过程T3：14、23电流相等点，因为io=Ivt1-Ivt2所以在T3时刻io过0T4：14电流减至0,23电流=Id，换流阶段结束（其中t4-t2=tγ伽马）换流时间由于晶闸管在电流减小到0后仍需要一段时间才能恢复正向阻断的能力，因此在T4换流结束后，还要使VT1VT4承受一段反压时间tβ才能保证其可靠关断（tβ=t5-t4,应该大于晶闸管关断时间tq）为了保证可靠换流应在负载电压Uo过0前时刻去触发，此时间成为触发引前时间负载电流io超前于负载电压uo的时间（电角度表示：）f） 定量分析：基波电流有效值：负载电压Uo与直流电压Ud关系：h） 自励方式：工作频率能适应负载的变化而自动调整，逆变电路的触发信号取自负载端，存在起动问 题，为解决这个问题没需要先他励再自励或者附加预先充电的启动电路他励方式：固定工作频率的工作方式，没有起动问题三相电流型逆变电路导电方式为横向换流120（参见导电方式*）优先画电流波形：输出交流电流波形和负载性质无关，正负脉冲各为120的矩形波强迫换流、在各个桥臂之间连有换流电容（等效电容C13=3C/2）换流过程（分为恒流放电与二极管换流两个阶段）（参见p111图4-16）T1时刻：给VT3触发脉冲，由于C13电压作用而导通，VT1被加上反向电压而关断Id由1转换到3，C13通过VD1、U相负载、W相负载、VD2、VT2、直流电源、和VT3放电，因为放电电流恒为Id，故称恒流放电阶段在C13电压Uc13下降到0之前，VT1一直承受反压，只要反压时间大于晶闸管关断时间Tq就能保证可靠关断 T2时刻：Uc13降到0，之后在U相负载电感的作用下，开始对C13反向充电，二极管VD3收到正向偏置而导通，开始流过电流Iv，而VD1流过的充电电流为Iu=Id-Iv，此时两个二极管同时导通，进入二极管换流阶段随着C13充电电压增大，充电电流逐渐减小，Iv逐渐增大，到T3时刻充电电流Iu减到0，Iv=Id，二极管换流结束T3后：进入VT2VT3稳定导通阶段多重逆变电路和多电平逆变电路（部分）？应该不考吧目的：减少矩形波（电压、电流）中较多谐波的影响方法：采用多重逆变电路把几个矩形波组合起来，使之成为接近正弦波的波形、直流-直流变流电路将直流电直接（直接直流变流电路）或者间接（间接直流斩波电路）地变为另一个固定电压或可调电压的直流电直流-直流变流电路（也称为直流斩波电路DC/DCChopper）：一般指将直流电变为另一直流电，此时输入与输出之间不隔离间接直流变流电路（也称为带隔离的直流直流电路、直-交-直电路）：在直流变流电路中增加了交流环节，在交流环节上通常采用变压器实现输入输出之间的隔离第五章、直流-直流变流电路电路种类：6种基本斩波电路：降压斩波、升压斩波、升降压斩波、Cuk斩波、（Sepic斩波、Zeta斩波） 复合斩波电路：不同结构基本斩波电路组合多相多重斩波电路：相同结构基本斩波电路组合基本斩波电路斩波电路的三种控制方式（根据对出电压平均值进行调制的方式不同）脉冲宽度调制（PWM*）：T不变，调节导通时间ton频率调制（调频型）：保持ton不变改变T混合型：ton、T都变化降压斩波电路（BuckChopper）组成：全控型器件V（晶闸管则需要有辅助关断电路）（IGBT）、L、续流二极管、负载原理：通过控制V开通与关断来实现占空比可调的方波，从而在负载端实现电压电流的调节负载电压平均值负载电流平均值d) α：（导通）占空比e) 定量计算：V通态 V断态 电流断续条件：泰勒级数近似（L无穷大）：升压斩波电路（BoostChopper）（E*I=Uo*Io）组成：全控器件V、L、C、续流二极管、负载原理：（一个周期T中电感L积蓄的能量与释放的能量相等）V处于通态时，E向L充电，充电电流恒为I1，同时C上的电压相负载R供电，因为C很大，基本保持输出电压Uo为恒定值（E*I1*ton）V处于断态时，EL同时向C充电并向负载R提供能量((Uo-E)*I1*toff)c) d) 输出电压高于电源电压的原因：L储能之后有使电压泵升的作用C可以将输出电压保持住e) 典型应用直流电动机传动单相功率因数校正电路其他交直流电源f） 定量计算：电流断续条件：泰勒级数近似（L无穷大）：升降压斩波电路（E*I1=Uo*I2）组成：全控型器件V、C、L续流二极管、负载原理：V通时，E经V向L供电使其储能，此时电流为I1，同时，C维持输出电压恒定并向负载R供电V断时，L的能量向负载释放，电流为I2，负载电压极性为上负下正，与电源电压极性相反，该电路也称作反极性斩波电路数量关系：稳态时，T内L两段电压UL对时间积分为零（E*ton=Uo*toff）结论：当0<<0.5时为降压，0.5<<1时为升压，故称为boost-buck变换器Cuk斩波电路组成：全控器件V、L*2、C、续流二极管、负载原理：V通时，E-L1-V回路和R-L2-C-V回路有电流V断时，E-L1-C-VD回路和R-L2-VD回路有电流输出电压的极性与电源电压极性相反电路相当于开关S在A、B两点之间切换（P127）数量关系：稳态时，T内C的电流对时间积分为零（I2*ton=I1*toff）结论：（与升降压斩波电路相比）输入电源电流和输出负载电流都是连续的，且脉动很小，有利于对输入输出进行滤波复合斩波电路和多相多重斩波电路电流可逆斩波电路复合斩波电路——降压斩波电路+升压斩波电路=电流可逆斩波电路斩波电路用于拖动直流电动机时，常要使电动机既可电动运行，又可再生制动（将能量回馈电源）降压斩波电路能使电机工作在第1象限升压斩波电路能使电机工作在第2象限此电路电动机的电枢电流可正可负，但电压只能是一种极性，故只能在1、2象限工作结构：V1和VD1构成降压斩波电路，电动机电动运行，工作于第一象限V2和VD2构成升压斩波电路，电动机再生制动，工作于第二象限注意：必须防止V1和V2同时导通而导致的电源短路工作过程（三种工作方式）电动运行：降压再生制动：升压在一个周期内交替为降压、升压斩波电路工作（当降压或者升压斩波电路的电流断续而为零时，使另一个斩波电路工作，让电流反向流过，从而使得电动机电枢回路中总有电流流过）桥式可逆斩波电路复合斩波电路——电流可逆斩波电路*2=桥式可逆斩波电路V4保持导通时，V1、VD1和V2、VD2等效为电流可逆斩波电路，提供正电压，电动机工作于1、2象限V2保持导通时，V3、VD3和V4、VD4等效为另一组电流可逆斩波电路，提供负电压，可使电动机工作于3、4象限多相多重斩波电路定义：在电源和负载之间接入多个结构相同的基本斩波电路而构成相数：一个控制周期中电源侧的电流脉冲数重数：负载电流脉波数典例：三相三重降压斩波电路电路结构：相当于降压斩波电路*3（并联）总输出电流：3个斩波电路单元输出电流平均值3倍，脉动频率也为3倍，且脉动很小（所需平波电抗器总重量大幅减轻）总输出电流最大脉动率（电流脉动幅值/电流平均值）与相数的平方成反比N相1重斩波电路：负载为N个独立负载，电源端公用1相M重斩波电路：电源为M个独立电源，向一个负载供电各个斩波电路单元可以互为备用、交流-交流变流电路交流调压电路分类：交流电力控制电路（只改变电压、电流或对电路的通断进行控制，而不改变频率的电路）交流调压电路（相位控制）使晶闸管在电源电压的每一周期中，在选定的时刻内将负载与电源接通，改变选定的时刻刻达到调压的目的（常用）交流调功电路（通断控制）把晶闸管作为开关将负载与交流电源接通几个周期，然后再断开一定的周期，改变通断时间比值达到调压目的变频电路（改变频率的电路）交-交变频（直接）交-直-交变频（间接）原理：两个晶闸管反并联后串联在交流电路中，通过对晶闸管的控制就可以控制交流电力（或者双向晶闸管代替）应用：调光灯控制、异步电动机软启动、异步电动机调速、供用电系统对无功功率的连续调节、在高压小电流或者低压大电流单相交流调压电路阻性负载移相范围[0,]=0时，相当于晶闸管一直导通，输出电压为最大值；随着增大，Uo逐渐降低，直到=，Uo=0=0功率因数=1，随着增大，输入电流滞后于电压且发生畸变，也逐渐降低阻感负载负载阻抗角 ϕ=arctan(ωL/R)若晶闸管短接，稳态时负载电流为正弦波，相位滞后于u1的角度为ϕ当用晶闸管控制时，只能进行滞后控制，使得负载更为滞后=0时仍定为u1过零时刻移相范围[ϕ,]定量计算：Uo、Ivt、Io、IvtnIo不存在断流区的情况分析*=0时=，当继续减小时，在[0,]触发VT1，则VT1的导通时间将超过到+时刻触发VT2时，负载电流io尚未过零，故VT1仍导通，VT2只有在io过零后（VT2触发脉冲有足够的宽度而尚未消失）才会导通原因：在<时，负载L被过充电，其放电时间也将被延长，使得VT1结束导电时刻大于原有值并使得VT2延迟开通（导通角固然小于）衰减分析：Wt范围被拓展[,∞]，io不存在断流区Io有两个分量组成：正弦稳态分量、指数衰减分量衰减过程中，VT1导通时间逐渐缩短，VT2导通时间逐渐延长，当指数分量衰减至零后，VT1、VT2导通时间都趋近，与=相同谐波分析*阻感负载时（电阻负载由于波形正负半波对称故不含直流分量与偶次谐波）负载电流含有多次谐波：357阻感负载时的谐波电流含量少，且相同时，随着的增大，谐波含量减少基波和各次谐波有效值：负载电流基波和各次谐波有效值：斩控式交流调压电路电源电流的基波分量和电源电压同相位，即位移因数为1。电源电流不含低次谐波，只含和开关周期T有关的高次谐波。功率因数接近1。三相交流调压电路星型连结电路（三相三线、三相四线）三相四线：基本原理：相当于三个单相交流调压电路的组合，三相互相错开120°工作。基波和3倍次以外的谐波在三相之间流动，不流过零线。问题：三相中3倍次谐波同相位，全部流过零线。零线有很大3倍次谐波电流。α=90°时，零线电流甚至和各相电流的有效值接近。三相三线（主要分析纯阻负载）*（画图题）（上~下143652）任一相导通须和另一相构成回路。电流通路中至少有两个晶闸管，应采用双脉冲或宽脉冲触发。触发脉冲顺序和三相桥式全控整流电路一样，为VT1~VT6,依次相差60°。相电压过零点定为α的起点，α角移相范围是0°~150°。三种导通情况：三相各有一个导通：负载相电压=电源相电压两相各有一个导通：负载相电压=电源线电压*0.5三相均不导通： 负载电压=0α的0~150分段：0~60三个晶闸管导通与两个晶闸管导通的交替状态，每个晶闸管导通角为180-α（α=0特殊，一直三个晶闸管导通）60~90任意时刻都是两个晶闸管导通，每个晶闸管导通角12090~150两个晶闸管与无晶闸管导通的交替状态，每个导通角为300-2α，导通角被分为不连续的两部分，半周内形成两个断续的波头各占150-α导通过程α=0: 165162132；432435465~165α=30： 65 165 16 162~~~α=60： 65 61 12 23 34α=90： e）α=120 8. 谐波情况：a） 电流谐波次数为6k±1(k=1，2，3，…)，和三相桥式全控整流电路交流侧电流所含谐波的次数完全相同b） 谐波次数越低，含量越大。c） 和单相交流调压电路相比，没有3倍次谐波，因三相对称时，它们不能流过三相三线电路。支路控制三角连结电路其他交流电力控制电路交流调功电路a.与交流调压异同：相同点：电路形式完全相同不同点：控制方式不同交流调压电路在每个电源周期都对输出电压波形进行控制。交流调功电路是将负载与交流电源接通几个周期,在断开几个周期,通过通断周波数的比值来调节负载所消耗的平均功率。b.电阻负载时的工作情况：控制周期为M倍电源周期，晶闸管在前N个周期导通，后M-N个周期关断负载电压和负载电流（即电源电流）的重复周期为M倍电源周期c.谐波情况：以电源周期为基准，电流中不含整数倍频率的谐波，但含有非整数倍频率的谐波在电源频率附近非整数倍谐波的含量较大2.交流电力电子开关交交变频电路单相交交变频器也称周波变流器把电网频率的交流电变成可调频率的交流电的变流电路，属于直接变频电路广泛用于大功率交流电动机调速传动系统，实际使用的主要是三相输出交交变频电路电路构成及基本工作原理*电路构成：由P组和N组反并联的晶闸管变流电路构成，和直流电动机可逆调速用的四象限变 流电路完全相同。变流器P和N都是相控整流电路。工作原理：P组工作时，负载电流io为正；N组工作时，io为负；两组变流器按一定的频率交替工作，负载就得到该频率的交流电。改变两组变流器的切换ωt频率，就可改变输出频率wo。改变变流电路的控制角a，就可以改变交流输出电压的幅值为使uo波形接近正弦波，可按正弦规律对a角进行调制：在半个周期内让P组α角按正弦规律从90°减到0°或某个值，再增加到90°，每个控制间隔内的平均输出电压就按正弦规律从零增至最高，再减到零。另外半个周期可对N组进行同样的控制。uo由若干段电源电压拼接而成，在uo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。设负载阻抗角为ϕ，则输出电流滞后输出电压ϕ角。两组变流电路采取无环流工作方式，即一组变流电路工作时，封锁另一组变流电路的触发脉冲。t1~t3期间：io正半周，正组工作，反组被封锁。结论：哪一组工作由io方向决定，与uo极性无关。结论：哪一组工作由io方向决定，与uo极性无关。工作在整流还是逆变，则根据uo方向与io方向是否相同确定。t2~t3：uo反向，io仍为正，正组逆变，输出功率为负。t3~t5期间：io负半周，反组工作，正组被封锁。t3~t4：uo和io均为负，反组整流，输出功率为正。t4~t5：uo反向，io仍为负，反组逆变，输出功率为负。当uo和io的相位差小于90°时，一周期内电网向负载提供能量的平均值为正，电动机工作在电动状态。当二者相位差大于90°时，一周期内电网向负载提供能量的平均值为负，电网吸收能量，电动机为发电状态。余弦交点发确定α：（输出电压比）三相交交变频器接线方式：公共交流母线进线方式输出星型连接方式不同输出相的两组桥中的四个晶闸管同时导通才能构成回路谐波次数为5fi幅值最大输入功率因数由三组单相交交变频电路有功功率叠加后除以总输入电流、电压有效值乘积交交变频电路总结：交交变频电路的优点：效率较高（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交交变频电路的缺点：接线复杂，采用三相桥式电路的三相交交变频器至少要用36只晶闸管。受电网频率和变流电路脉波数的限制，输出频率较低。输入功率因数较低。输入电流谐波含量大，频谱复杂。、PWM控制技术重要理论（面积等效原理、两种方式）：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上的基本效果相同PWM：将正弦半波用相同数量矩形脉冲代替，使举行脉冲的中点和相应的正弦波部分的中点重合，且使举行脉冲和相应的正弦波部分面积（冲量）相等（SPWM）分类：等幅、不等幅波调制法：把希望输出的波形作为调制信号，把接受调制的信号作为载波，通过信号波的调制得到所期望的PWM波形（通常采用等腰三角波或矩形波作为载波）等腰三角形载波：波形上任一点的水平宽度和高度成线性关系且左右对称，当它与任何一个平缓变化的调制信号波相交时，如果在交点时刻对电路中开关器件的通断进行控制，就可以得到宽度正比于信号波幅值的脉冲（符合PWM要求）单极性（在ur半个周期内，三角波只在正极性或负极性一种极性范围内变化，PWM波形也只在单个极性范围变化）、双极性（Ur半周期内，三角波有正有负，PWM也有正有负，所得PWM波形幅值只有正负Ud两种电平）PWM调制方式当ur>uc时，给V1和V4导通信号，给V2和V3关断信号。如io>0，V1和V4通，如io<0，VD1和VD4通，uo=Ud。当ur<uc时，给V2和V3导通信号，给V1和V4关断信号。如io<0，V2和V3通，如io>0，VD2和VD3通，uo=-Ud。三相桥逆变电路双极性pwm控制方式三相的PWM控制公用载波Uc三相的调制信号依次相差120异步调制、同步调制：载波频率fc、调制信号频率fr之比:N=fc/fr称为载波比异步调制：FC不变，N变化在信号波的半个周期内，PWM波的脉冲个数不固定，相位不固定，正负半周期的脉冲不对称，半周期内前后1/4周期的脉冲也不对称同步调制：N不变，FC变化信号波一个周期内的输出脉冲数固定，脉冲相位固定；三相中公用一个三角波载波，且载波比为3的整数倍（波形严格对称）分段同步调制：把逆变电路的输出频率范围划分成若干频段，每个频段内都保持载波比N恒定，不同频段载波比不同（fr低频高载波比，从而使载波频率不至于过低而对负载产生不利影响，高频段用较低的N）规则采样法自然采样法：在正弦波和三角波的自然交点时刻控制功率开关器件的通断规则采样法：取三角波两个正峰值之间为一个采样周期Tc，谐波分析单相分析PWM波中不含低次谐波，只含wc及其附近的谐波以及2wc、3wc等及其附近的谐波。三相分析

三相和单相比较，共同点是都不含低次谐波，一个较显著的区别是载波角频率wc整数倍的谐波没有了，谐波中幅值较高的是wc±2wr和2wc±wr。

SPWM波中谐波主要是角频率为wc、2wc及其附近的谐波，很容易滤除。

*当调制信号波不是正弦波时，谐波由两部分组成：一部分是对信号波本身进行谐波分析所得的结果，另一部分是由于信号波对载波的调制而产生的谐波。后者的谐波分布情况和SPWM波的谐波分析一致。PWM跟踪控制技术定义：跟踪型PWM逆变电路不是用载波对信号波进行调制，而是把希望输出的电流或电压波形作为指令信号，把实际的电流或电压波形作为反馈信号，通过两者的瞬时值比较来决定逆变电路各开关器件的通断，使实际输出跟踪指令信号。常用的控制方式:滞环比较器方式和三角波比较方式滞环比较方式：把指令电流i*和实际输出电流i的偏差i*-i作为滞环比较器的输入。V1（或VD1）通时，i增大；V2（或VD2）通时，i减小。通过环宽为2DI的滞环比较器的控制，i就在i*+DI和i*-DI的范围内，呈锯齿状地跟踪指令电流i*。参数影响：环宽过宽时，开关频率低，跟踪误差大；环宽过窄时，跟踪误差小，但开关频率过高，开关损耗增大。L大时，i的变化率小，跟踪慢；L小时，i的变化率大，开关频率过高。特点：1、硬件电路简单；2、实时控制，电流响应快；3、不用载波，输出电压波形中不含特定频率的谐波；4、计算法及调制法相比，相同开关频率时输出电流中高次谐波含量多；5、闭环控制，是各种跟踪型PWM变流电路的共同特点三角波比较方式：通过闭环（比较器）实现控制（拥有比例积分特性）、软开关技术*电力电子电路中的损耗：通态损耗（通常为管压降，常数）+开关损耗（高频影响大）软开关技术目的：降低开关损耗和开关噪声从而使开关频率可以大幅度提高。硬开关与软开关硬开关开关过程中电压、电流均不为零，出现了重叠，有显著的开关损耗电压和电流变化的速度很快，波形出现了明显的过冲，从而产生了开关噪声开关损耗与开关频率之间呈线性关系，因此当硬电路的工作频率不太高时，开关损耗占总损耗的比例并不大，但随着开关频率的提高，开关损耗就越来越显著软开关软开关电路中增加了谐振电感Lr和谐振电容Cr，与滤波电感L、电容C相比，Lr和Cr的值小得多，同时开关S增加了反并联二极管VDS，而硬开关电路中不需要这个二极管。降压型零电压开关准谐振电路中，在开关过程前后引入谐振，使开关开通前电压先降到零，关断前电流先降到零，消除了开关过程中电压、电流的重叠，从而大大减小甚至消除开关损耗，同时，谐振过程限制了开关过程中电压和电流的变化率，这使得开关噪声也显著减小。零电压开关与零电流开关

零电压开通开关开通前其两端电压为零，则开通时不会产生损耗和噪声。

零电流关断开关关断前其电流为零，则关断时不会产生损耗和噪声。

零电压关断与开关并联的电容能延缓开关关断后电压上升的速率，从而降低关断损耗。

零电流开通与开关串联的电感能延缓开关开通后电流上升的速率，降低了开通损耗。

在很多情况下，不再指出开通或关断，仅称零电压开关和零电流开关。软开关电路的分类零电压电路（开关元件零电压开通）零电流电路（开关元件零电流关断）准谐振电路（电压电流波形为正弦半波）、零开关PWM电路和零转换PWM电路。准谐振电路：谐振电压峰值很高、谐振电流有效值很大（大量无功功率交换）、只能脉冲频率调制零开关PWM电路：引入辅助开关控制谐振开始时刻仅发生于开关过程前后（可采用固定频率的PWM控制方式）零转换PWM电路：也采用辅助开关控制谐振开始时刻，但谐振