电力电子技术-总结与复习

1第一部分：电力电子器件第一部分：电力电子器件（第（第11章章----------全书的基础全书的基础))第二部分：各种电力电子电路第二部分：各种电力电子电路（第（第2~52~5章章----------全书的主体全书的主体))第三部分：第三部分：PWMPWM技术和软开关技术技术和软开关技术（第（第66、、77两章）两章）本课程的内容介绍21．电路为主线——在熟悉电力电子器件外特性、额定参数及极限参数的基础上，注重分析研究由各类器件所组成的各种电力电子变流电路；着重掌握主电路的组成和工作原理。不同负载对电路工作特性的影响以及主电路的参数计算与元件选择；熟悉了解典型触发、驱动和缓冲保护电路的组成、工作原理和特点。

本课程主要包括器件、电路、应用这三方面的内容

2．重视分析方法——波形分析是电力电子电路的基本分析方法，只有画出各种状态下的波形，才能加深对电路原理的定性理解，并在此基础上进行分析。

3．注重实践——本课程是一门理论性和实践性均较强的专业技术基础课，要学会从实际应用的角度去分析和掌握各种典型电路。

3绪论１、电力电子技术概述定义、与其它学科的关系、研究体系、电力变换的类型和电力电子系统的基本结构２、电力电子技术的发展史３、电力电子技术的应用

重点：掌握电力电子技术的定义及特征，以及电力电子技术的知识体系与其它学科的关系，电力变换的类型和电力电子系统的基本结构。

4第1章电力电子器件电力电子器件特征

大功率、开关状态、弱电控制、散热

电力电子器件工作原理、基本特征、主要参数；选择、使用时注意的问题5（一）内容本章将对电力电子器件的概念、特点和分类等问题作介绍，重点介绍各种常用电力电子器件——电力二极管、晶闸管、可关断晶闸管、电力晶体管、电力场效应晶体管、绝缘栅双极晶体管的工作原理、基本特性、主要参数以及选择和使用中应注意的一些问题。（二）本章重点重点是晶闸管、电力晶体管、绝缘栅双极晶体管的工作原理、基本特性；电力电子器件的保护、驱动、串并联。（三）本章考点1、晶闸管的导通条件、主要参数。2、晶闸管的驱动。6重点：各种电力电子器件原理、特性上的不同点，各自的主要参数。晶闸管(SCR)导通和关断条件。晶闸管电流计算的问题：IT=(1.5~2)I/1.5771.什么是晶闸管的额定电流？答：晶闸管的额定电流就是它的通态平均电流，国标规定：是晶闸管在环境温度为40°C和规定的冷却状态下，稳定结温不超过额定结温所允许的最大工频正弦半波电流的平均值。2.为什么要限制晶闸管断态电压上升率du/dt?答：正向电压在阻断状态下，反向PN结J2相当的一个电容加在晶闸管两端，电压上升率过大，就会有过大的充电电流，此电流流过J3,起到触发电流的作用，易使晶闸管误触发，所以要限制断态电压上升率du/dt。3.为什么要限制晶闸管导通电流上升率di/dt?答：在晶闸管导通开始时刻，若电流上升过快，会有较大的电流集中在门极附近的小区域内，虽然平均电流没有超过额定值，但在小的区域内局部的过热，也会损坏晶闸管的，所以要限制通态电流上升率di/dt。81.什么是晶闸管的额定电流？答：晶闸管的额定电流就是它的通态平均电流，国标规定：是晶闸管在环境温度为40°C和规定的冷却状态下，稳定结温不超过额定结温所允许的最大工频正弦半波电流的平均值。2.为什么要限制晶闸管断态电压上升率du/dt?答：正向电压在阻断状态下，反向PN结J2相当的一个电容加在晶闸管两端，电压上升率过大，就会有过大的充电电流，此电流流过J3,起到触发电流的作用，易使晶闸管误触发，所以要限制断态电压上升率du/dt。3.为什么要限制晶闸管导通电流上升率di/dt?答：在晶闸管导通开始时刻，若电流上升过快，会有较大的电流集中在门极附近的小区域内，虽然平均电流没有超过额定值，但在小的区域内局部的过热，也会损坏晶闸管的，所以要限制通态电流上升率di/dt。96.缓冲电路的作用是什么？关断缓冲与开通缓冲在电路形式上有何区别，各自的功能是什么？答：缓冲电路的作用是抑制电力电子器件的内因过电压du/dt或者过电流di/dt,减少器件的开关损耗。缓冲电路分为关断缓冲电路和开通缓冲电路。关断缓冲电路是对du/dt抑制的电路，用于抑制器件的关断过电压和换相过电压，抑制du/dt，减小关断损耗。开通缓冲电路是对di/dt抑制的电路，用于抑制器件开通时的电流过冲和di/dt，减小器件的开通损耗。107.型号为KP100-3，维持电流IH=4mA的晶闸管，使用在图题7.所示电路中是否合理，为什么?(暂不考虑电压电流裕量)

图题1.7，所以不合理。KP100的电流额定值为100Ａ，裕量达５倍，太大了。答：（a）因为(b)因为118.在图中，若要使用单次脉冲触发晶闸管T导通，门极触发信号（触发电压为脉冲）的宽度最小应为多少微秒（设晶闸管的擎住电流IL=15mA）？

解：由题意可得晶闸管导通时的回路方程：可解得

所以脉冲宽度必须大于150µs。图题8.

要维持晶闸管导通，必须在擎住电流IL以上，即12填空题

1、普通晶闸管内部有

PN结，外部有三个电极，分别是

极、

极、和

极。

三个、阳极A、阴极K、门极G。2、晶闸管的工作状态有正向

状态，正向

状态和反向

状态。

阻断、导通、阻断。3、触发电路送出的触发脉冲信号必须与晶闸管阳极电压

，保证在管子阳极电压每个正半周内以相同

的

被触发，才能得到稳定的直流电压。

同步、时刻。4、在晶闸管两端并联的RC回路是用来防止

损坏晶闸管的。

关断过电压。135、GTO的全称是

，图形符号为

；GTR的全称是

，图形符号为

；P-MOSFET的全称是

，图形符号为

；IGBT的全称是

，图形符号为

。门极可关断晶闸管、大功率晶体管、功率场效应管、绝缘双极晶体管。

6、晶闸管串联使用须采取

措施。

均压7、多个晶闸管相并联时必须考虑

的问题，解决的方法是

。

均流、串专用均流电抗器

8、绝缘栅双极型晶体管是以

作为栅极，以

作为发射极与集电极复合而成。电力场效应晶体管栅极为栅极；以电力晶体管集电极和发射极

14第2章整流电路(AC/DC变换）（一）内容常用几种可控整流电路，分析和研究其工作原理、基本数量关系，以及负载对整流电路的影响。变压器漏抗对整流电路的影响。整流电路的谐波和功率因数的分析。大功率整流电路的特点。有源逆变产生的条件。（二）本章重点1、可控整流电路原理分析2、基本数量关系。3、负载对整流电路的影响。4、有源逆变的概念。15（三）本章难点波形分析。（四）本章考点1、原理分析。2、数量关系。3、波形分析。

（五）学习指导

由晶闸管构成的几种可控整流电路，分析和研究其工作原理、输出的波形、基本数量关系，以及负载对整流电路的影响。变压器漏抗对整流电路的影响。整流电路的谐波和功率因数的分析。大功率整流电路的特点。相位控制电路的驱动控制。162.1单相可控整流电路2.2三相可控整流电路2.3变压器漏感对整流电路的影响2.4电容滤波的不可控整流电路2.5整流电路的谐波和功率因数2.6大功率可控整流电路2.7整流电路的有源逆变工作状态2.8晶闸管滞留电动机系统2.9相控电路的驱动控制

17重点：

掌握整流电路带阻感负载电路分析、关键波形绘制及主要参数的计算，以及有源逆变实现的条件。

难点

波形分析、移相范围分析。

18波形分析法，是指根据电源电压和控制角以及负载性质，作出负载电压、负载电流、整流元件的电压和电流等波形图，再由波形图推导出该电路基本电量的计算公式和数量关系。具体来说，分析方法和步骤如下：

1）绘出主电路原理图，包括标明交流电压、各整流元件序号和负载性质。

2）画出各相电压或线电压波形图，并确定整流元件的自然换相点。

3）根据控制角在相应位置上绘出触发脉冲，并标明相应序号。

4）根据可控整流电路的工作原理，绘出负载电压、负载电流、晶闸管电流以及晶闸管两端电压的波形，

5）根据波形图推导出基本电量的计算公式。19变压器漏抗对整流电路的影响：

通常整流电路输入端都接有整流变压器，由于整流变压器存在漏抗，在换相时，对整流电压波形将产生影响，不仅产生换相压降，而且使相电压和线电压波形出现缺口，造成电网电压发生畸变。20VT的a

移相范围为180°。1.带电阻负载的工作情况一.单相半波可控整流电路基本数量关系2.带阻感负载的工作情况近似认为id为一条水平线，恒为Id并联续流二极管时21二.单相桥式全控整流电路基本数量关系1.带电阻负载的工作情况a

角的移相范围为1802.带阻感负载的工作情况晶闸管移相范围为90续流二极管的作用22基本数量关系三.三相半波可控整流电路1.电阻负载（1）a

≤30时，负载电流连续，有：

（2）a>30时，负载电流断续，晶闸管导通角减小，此时有：移相范围是0º～150º。232.阻感负载特点：阻感负载，L值很大，id波形基本平直。a

≤30时整流电压波形与电阻负载时相同a

>30时阻感负载时的移相范围为90基本数量关系四.三相半波可控整流电路24五.三相桥式全控整流电路基本数量关系1.带电阻负载时的工作情况移相范围为120°

2．阻感负载时的工作情况移相范围为9025当整流输出电压连续时（即带阻感负载时，或带电阻负载a

≤60时）的平均值为：

带电阻负载且a

>60时，整流电压平均值为：输出电流平均值为：Id=Ud/R

（2-26）（2-27）基本数量关系五.三相桥式全控整流电路26六.变压器漏感对整流电路的影响基本数量关系功率因数位移因数（基波功率因数）——cosj1

七.谐波和无功功率分析不同电路电压和电流的谐波分布情况三相单相2728三相桥是应用最为广泛的整流电路29303132333435363738394041424344451.某电阻性负载的单相半控桥式整流电路，若其中一只晶闸管的阳、阴极之间被烧断，试画出整流二极管、晶闸管两端和负载电阻两端的电压波形。解：设α=300，T2被烧坏，如下图：

462.在三相半波整流电路中,如果a相的触发脉冲消失,试绘出在电阻性负载和电感性

负载下整流电压Ud的波形。解:假设,当负载为电阻时,Ud的波形如下:472.在三相半波整流电路中,如果a相的触发脉冲消失,试绘出在电阻性负载和电感性

负载下整流电压Ud的波形。解:假设,当负载为电阻时,Ud的波形如下:483.在三相桥式全控整流电路中,电阻负载,如果有一个晶闸管不能导通,此时的整流电压Ud波形如何?如果有一个晶闸管被击穿而短路,其他晶闸管受什么影响?答:假设VTl不能导通,α=0，整流电压波形如下:

假设VT1被击穿而短路,则当晶闸管VT3或VT5导通时,将发生电源相间短路,使得VT3、VT5也可能分别被击穿。494.单相半波可控整流电路对电感负载供电,Z=20mH,U2=100V,求当时和时的负载电流Id,并画出Ud与Id波形。解:

时,在电源电压U2的正半周期晶闸管导通时,负载电感L储能,在晶闸管开始导通时刻,负载电流为零。在电源电压U2的负半周期,负载电感L释放能量,晶闸管继续导通。因此,在电源电压U2的一个周期里,以下方程均成立:考虑到初始条件：当时id=0可解方程：50Ud与Id的波形如下图：51当a=时,在U2的正半周期期间,晶闸管导通使电感L储能,电感L储藏的能量在U2负半周期期间释放,因此在U2的一个周期中期间，以下微分方程成立：考虑到初始条件：当时id=0可解方程：其平均值为52Ud与Id的波形如下图：535、图为具有中点二极管的单相半控桥式整流电路，求：①绘出α=45°时Ud的波形。②导出Ud=f(a)的关系式。③求出Ud的最大值Umax和最小值Umin.54答：①设在α的期间，VT1、VT2未触发导通，电路正半周时，下面一组变压器二次电压U2工作，VD3、VD2导通。上面一组变压器电压U2工作，VD3、VD1导通。当在某时刻触发VT1、VT2使之导通时，电路恢复为单桥相式半控整流电路，Ud的波形如图所示。

55

其中，Ud1

是VD3导通时的平均电压，Ud2是半控桥的平均电压。

③当α=0°时

当α=时②566.使变流器工作于有源逆变状态的条件是什么?答:条件有二:①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;②要求晶闸管的控制角使Ud为负值。7.单福桥式全控整流电路、三相桥式全控整流电路中,当负载分别为电阻负载或电感负载时,要求的晶闸管移相范围分别是多少?答:单相桥式全控整流电路,当负载为电阻负载时,要求的晶闸管移相范围是0~1800，当负载为电感负载时,要求的晶闸管移相范围是０~900。三相桥式全控整流电路,当负载为电阻负载时,要求的晶闸管移相范围是0~1200，当负载为电感负载时,要求的晶闸管移相范围是0~900。578、什么叫整流？什么叫逆变？什么叫有源逆变？什么叫无源逆变？答：把交流电变为直流电的过程叫整流；把直流电变为交流电的过程叫逆变；将直流电变为和电网同频率的交流电并反送到交流电网去的过程称为有源逆变；将直流电变为交流电直接供给负载使用的过程叫无源逆变。9、晶闸管整流装置的功率因数是怎样定义的？它与哪些因素有关？改善功率因数通常有哪些方法？答：晶闸管整流装置的功率因数定义为交流侧有功功率与视在功率之比。晶闸管整流装置的功率因数与电路的畸变系数与位移因数的乘积大小成正比。改善功率因数通常有以下几种方法：①小控制角（逆变角）运行；②采用两组变流器的串联供电；③增加整流相数；④设置补偿电容。5810、什么是逆变失败？逆变失败后有什么后果？形成的原因是什么？答:逆变失败指的是：逆变过程中因某种原因使换流失败，该关断的器件末关断，该导通的器件末导通。从而使逆变桥进入整流状态，造成两电源顺向联接，形成短路。逆变失败后果是严重的，会在逆变桥与逆变电源之间产生强大的环流，损坏开关器件。产生逆变失败的原因：一是逆变角太小；二是出现触发脉冲丢失；三是主电路器件损坏；四是电源缺相等。11.带平衡电抗器的双反星形可控整流电路与三相桥式全控整流电路相比有何主要异同?答:带平衡电抗器的双反星形可控整流电路与三相桥式全控整流电路相比有以下异同点:①三相桥式电路是两组三相半波电路串联,而双反星形电路是两组三相半波电路并联,且后者需要用平衡电抗器;②当变压器二次电压有效值U2相等时,双反星形电路的整流电压平均值Ud是三相桥式电路的1/2而整流电流平均值Id是三相桥式电路的2倍。③在两种电路中,晶闸营的导通及触发脉冲的分配关系是一样的,整流电压Ud和整流电流Id的波形形状一样。5912.某电阻负载要求0~24V直流电压，最大负载电流Id=30A，如果用200V交流电压直接供电与用变压器降到60V供电，都采用单相半波可控整流电路，是否都能满足要求？试比较两种供电方案的晶闸管的导通角、额定电流、电压值，电源与变压器二次侧的功率因数。解1）采用200V交流电压直接供电，当α=0o时

采用60V供电，当α=0o时所以只要适当调节α角，均能满足输出电压Ud在0~24V的要求。下面分析两种方案的利弊：（2）采用200V交流电压直接供电，，输出电压、电流的波形如图。则606162636413、如图所示，晶闸管的电流延迟角为60°，试画出晶闸管两端承受的电压波形，整流管和续流二极管每周期各导电多少度？并计算各器件定额，已知电源电压是220V，负载是电感性负载，其中电阻是5Ω。答：当α=60º时晶闸管导通角

θT=2（π-α）=整流二极管的导通角续流二极管的导通角65

66若不考虑裕量，可以选KP20-4晶闸管。晶闸管两端电压波形如图中斜线部分所示，由图可知晶闸管不承受反向电压。6714、三相半波电路如图所示，将变压器二次绕组分为两段，接成曲折接法。每段绕组电压100V，试求：（1）变压器铁芯有没有直流磁化？为什么？（2）晶闸管上承受的最大电压为多少？答:(1)采用曲折接法后，相量图如图所示．因为Ｕ和Ｕ’，V和V’，W和W’分别绕在同一铁心柱上，在一个周期内，流过两绕组的电流方向相反、大小相等，直流磁动势互相抵消，所以不存在直流磁化。（２）因每段绕组电压为100V，以U相为例，总的交流电压为＋U和-W相电压叠加，两者相位差为60o，所以合成电压为68第3章直流斩波电路（一）内容基本斩波电路、复合斩波电路和多相多重斩波电路的特点、工作原理、波形分析、数值分析及应用。（二）本章重点

重点是理解降压斩波电路和升压斩波电路的工作原理、输入输出关系、电路解析方法、工作特点。（三）本章难点复合斩波电路(升降压斩波电路和Cuk斩波电路)。（四）本章考点基本斩波电路的特点、工作原理、波形分析、数值分析及应用。（五）学习指导理解降压斩波和升压斩波这两种基本电路的工作原理、输入输出关系、电路解析方法、工作特点，在此基础上了解其它斩波电路。69基本数量关系电流连续负载电压平均值：（3-1）一.降压斩波电路直流变压器:电流断续70（3-21）输出电压为：（3-41）三.升降压斩波电路和Cuk斩波电路二.

升压斩波电路电流断续优缺点71723.2复合斩波电路和多相多重斩波电路3.1.1降压斩波电路3.1.2升压斩波电路3.1.3升降压斩波电路和Cuk斩波电路3.1.4Sepic斩波电路和Zeta斩波电路3.1基本斩波电路3.2.1电流可逆斩波电路3.2.2桥式可逆斩波电路3.2.3多相多重斩波电路731．根据对输出电压平均值进行控制的方法不同，直流斩波电路可有哪三种控制方式？并简述其控制原理。

答:第一种调制方式为：保持开关周期不变，改变开关导通时间ton称为脉宽调制。简称“PWM”调制。第二种调制方式为：保持开关导通时间ton不变，改变开关周期，称为频率调制。简称为“PFM”调制。第三种调制方式为：同时改变周期T与导通时间ton。使占空比改变，称为混合调制。74２、如图所示降压斩波电路,

画出输出电流连续和不连续时，、的波形。ttOOa)

电流连续Eioi1i2I10I20t1uoOOtttTEEiotxi1i2I20t1t2uoEMb)

电流断续75３．试说明直流斩波器主要有哪几种电路结构？试分析它们各有什么特点？答：直流斩波电路主要有降压斩波电路（Ｂuck），升压斩波电路（Ｂoost），升降压斩波电路（Ｂuck－Ｂoost）和库克（Ｃook）斩波电路。降压斩波电路是：一种输出电压的平均值低于输入直流电压的变换电路。它主要用于直流稳压电源和直流直流电机的调速。升压斩波电路是：输出电压的平均值高于输入电压的变换电路，它可用于直流稳压电源和直流电机的再生制动。升降压变换电路是输出电压平均值可以大于或小于输入直流电压，输出电压与输入电压极性相反。主要用于要求输出与输入电压反向，其值可大于或小于输入电压的直流稳压电源。库克电路也属升降压型直流变换电路，但输入端电流纹波小，输出直流电压平稳，降低了对滤波器的要求。76４．根据下图简述升压斩波电路的基本工作原理。（图中设：电感L、与电容C足够大）基本不变，设V处于通态的时间为ton，在ton时间内，电感L上积蓄的能量为EI1ton；当V处于断态时，E与L同时向电容充电，并向负载R提供能量。设V处于断态的时间为toff，在toff时间内L释放的能量为（U0-E）I1toff，在一周期内L积蓄的能量与释放的能量相等。可求得：

分析不难看出该斩波电路是升压斩波电路。答:当V处于通态时，电源E向电感L充电，设充电电流为I1，L值很大，I1基本恒定，同时电容C向负载供电，C很大，使电容器电压U0775.升压斩波电路,输入电压为27V±10%，输出电压为45V，输出功率750W，效率为95%，若等效电阻为0.05Ω。（1）求最大占空比，（2）如要求输出60V是否可能？为什么？解：输入电流的平均值为：设Ii为理想的常值。则当Ui取最小值时，为最大占空比78（2）如要求输出60V，此时占空比为：理论上说明此电路可以输出60V电压。7980818283（一）内容交流调压电路的工作原理、波形分析、数值分析及谐波分析。交流调功电路及交流电力电子开关的工作原理。交交变频电路的工作原理、波形分析、数值分析及谐波分析。（二）本章重点重点是交流调压电路的工作原理、波形分析、数值分析及谐波分析。（三）本章难点交交变频电路的工作原理、波形分析、数值分析及谐波分析。（四）本章考点交流调压电路的工作原理、波形分析、数值分析及谐波分析。（五）学习指导以交流调压电路的工作原理、波形分析、数值分析及谐波分析为基础。理解交流调功电路及交流电力电子开关的工作原理，交交变频电路的工作原理、波形分析、数值分析及谐波分析。第四章：交流电力控制电路和交交变频电路84一.单相交流调压电路基本数量关系1)电阻负载2)阻感负载a的移相范围应为≤a≤π85二.其他交流电力控制电路交流调功电路:

控制方式不同交流电力电子开关:

代替电路中的机械开关，起接通和断开电路的作用如。交交变频电路:

单相交交变频器如何实现及存在问题864.1交流调压电路4.1.1单相交流调压电路4.1.2三相交流调压电路4.2其他交流电力控制电路4.2.1交流调功电路4.2.2交流电力电子开关4.3交交变频电路4.3.1单相交交变频电路4.3.2三相交交变频电路4.4矩阵式变频电路8788891．在单相交流调压电路中，当控制角小于负载功率因数角时为什么输出电压不可控？答：当时电源接通，如果先触发T1，则T1的导通角θ>180°如果采用窄脉冲触发，当下的电流下降为零，T2的门极脉冲已经消失而无法导通，然后T1重复第一周期的工作，这样导致先触发一只晶闸管导通，而另一只管子不能导通，因此出现失控。90２晶闸管相控整流电路和晶闸管交流调压电路在控制上有何区别？答：相控整流电路和交流调压电路都是通过控制晶闸管在每一个电源周期内的导通角的大小（相位控制）来调节输出电压的大小。但二者电路结构不同，在控制上也有区别。相控整流电路的输出电压在正负半周同极性加到负载上，输出直流电压。交流调压电路，在负载和交流电源间用两个反并联的晶闸管T1、T2

或采用双向晶闸管T相联。当电源处于正半周时，触发T1

导通，电源的正半周施加到负载上；当电源处于负半周时，触发T2

导通，电源负半周便加到负载上。电源过零时交替触发T1、T2

，则电源电压全部加到负载。输出交流电压。91３．交流调压和交流调功电路有何区别？答：交流调功能电路和交流调压电路的电路形式完全相同，但控制方式不同。交流调压电路都是通过控制晶闸管在每一个电源周期内的导通角的大小（相位控制）来调节输出电压的大小。晶闸管交流调功能电路采用整周波的通、断控制方法，例如以n个电源周波为一个大周期，改变导通周波数与阻断周波数的比值来改变变换器在整个大周期内输出的平均功率，实现交流调功。92４．交-交变频电路的输出频率有何限制？答：交－交变频电路的输出电压是由若干段电网电压拼接而成的。当输出频率升高时，输出电压一个周期内电网电压的段数就减少，所含的谐波分量就要增加。这种输出电压波形的畸变是限制输出频率提高的主要因素之一。一般认为，交流电路采用6脉波的三相桥式电路时，最高输出频率不高于电网频率的1/3～1/2。电网频率为50HZ，交－交变频电路的输出上限频率约为20Hz。935、如图为有抽头切换式交流调压线路。当延迟角为α时将变压器二次侧抽头由2切换到1时；（1）说明电路工作原理和输出波形；（2）求负载RL的有效值UL。答：变压器二次侧电压u1>u2>0，在u2过零时使VT3导通，然后以延迟角为α触发VT1，则VT3被加上反电压，因而VT3关断。这样，VT1触发后uL=u1,电阻负载ωt=π，则iL=0，VT1关断。此时触发VT4，负半周也作相同的变化。波形如下图所示。设94

电压控制范围为U2——U1。这种电路如果增多抽头可进行电压的精密调节，在改善电源功率因数和降低高次谐波方面都是有用的。956、如图所示单相交流调压电路，如果采用具有强迫换流机能的晶闸管，也会改善电源功率因数及减小高次谐波。例如采用可关断晶闸管GTO，若门极在ωt=α时，加导通信号，在ωt=π-α时，加关断信号；试绘制输出波形。96第5章

逆变电路（一）内容逆变电路的基本工作原理，换流方式。电压型、电流型、多重、多电平逆变电路的工作原理、波形、数值和换流方式。（二）本章重点重点是逆变电路的基本工作原理，换流方式。（三）本章难点换流方式。（四）本章考点逆变电路的基本工作原理，换流方式。（五）学习指导在掌握逆变电路的基本工作原理，换流方式的基础上，理解电压型、电流型、多重、多电平逆变电路的工作原理、波形、数值和换流方式。97按直流侧电源性质分类电压型电流型换流方式外部换流自换流电网换流负载换流器件换流强迫换流区别与特点区别与特点98

5.1换流方式

5.1.1逆变电路的基本工作原理

5.1.2换流方式分类

5.2电压型逆变电路

5.2.1单相电压型逆变电路

5.2.2三相电压型逆变电路

5.3电流型逆变电路

5.3.1单相电流型逆变电路

5.3.2三相电流型逆变电路

5.4多重逆变电路和多电平逆变电路

5.4.1多重逆变电路

5.4.2多电平逆变电路

99100tOtOtOtOtOtOtOtOa)b)c)d)e)f)g)h)uUN'uUNuUViUiduVN'uWN'uNN'UdUd2Ud3Ud62Ud3101tOtOtOtOIdiViWuUVU102

１．换流方式各有那几种？各有什么特点？答：换流方式有4种：器件换流：利用全控器件的自关断能力进行换流。全控型器件采用此换流方式。电网换流：由电网提供换流电压，只要把负的电网电压加在欲换流的器件上即可。负载换流：由负载提供换流电压，当负载为电容性负载即负载电流超前于负载电压时，可实现负载换流。强迫换流：设置附加换流电路，给欲关断的晶闸管强迫施加反向电压换流称为强迫换流。通常是利用附加电容上的能量实现，也称电容换流。晶闸管电路不能采用器件换流，根据电路形式的不同采用电网换流、负载换流和强迫换流3种方式。1032.电压型逆变电路中反馈二极管的作用是什么?为什么电流型逆变电路中没有反馈二极管?答:在电压型逆变电路中,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。为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道,逆变桥各臂都并联了反馈二极管。当输出交流电压和电流的极性相同时,电流经电路中的可控开关器件流通，而当输出电压电流极性相反时,由反馈二极管提供电流通道。在电流型逆变电路中,直流电流极性是一定的,无功能量由直流侧电感来缓冲。当需要从交流侧向直流侧反馈无功能量时,电流并不反向,依然经电路中的可控开关器件流通,因此不需要并联反馈二极管。1043.全控型器件组成的电压型三相桥式逆变电路能否构成120０导电型？为什么？答：全控型器件组成的电压型三相桥式逆变电路能构成120°导电型。由于三相桥式逆变电路每个桥臂导通60°间隔，各相导通依次相差，同一相上下两臂的导通有120°，且不存在上下直通的问题，所以其能构成120°导电型。但当直流电压一定时，其输出交流线电压有效值比180°导电型低得多，直流电源电压利用率低。105答：假设在t时刻触发VT2、VT3使其导通,负载电压u0。就通过VT2、VT3施加在VTl、VT4上,使其承受反向电压关断,电流从VTl、VT4向VT2、VT3转移触发VT2、VT3时刻/必须在u0过零前并留有足够的裕量,才能使换流顺利完成。为了保证电路可靠换流，必须在输出电压u0过零前tƒ时刻触发T2、T3，称tƒ为触发引前时间。为了安全起见，必须使式中k为大于1的安全系数，一般取为2~3。4.并联谐振型逆变电路利用负载电压进行换流，为了保证换流成功应满足什么条件？1065.什么是电压换流，电流换流，纵向换流，横向换流答：电压换流：给晶闸管加反向电压使其关断的换流。电流换流：现使晶闸管的电流为0，而后导通反并联二极管使其加上反向电压的换流。纵向换流：换流发生在同一相上下两桥臂间进行的换流。横向换流：换流使在上桥臂组或下桥臂组内进行换流。107６在三相交交变频电路中，采用梯形波输出控制的好处是什么？为什么？答：在三相交交变频电路中采用梯形波控制的好处是可以改善输入功率因数。因为梯形波的主要谐波成分是三次谐波，在线电压中，三次谐波相互抵消，结果线电压仍为正弦波。在这种控制方式中，因为桥式电路能够较长时间工作在高输出电压区域（对应梯形波的平顶区），a角较小，因此输入功率因数可提高15%左右。1085.5三相桥式电压型逆变电路采用180°导电方式，当其直流侧电压Ud=100V时。、求输出相电压基波幅值和有效值、求输出线电压基波幅值和有效值、输出线电压中五欢谐波的有效值。解：①输出相电压基波幅值输出相电压基波有效值②输出线电压基波幅值109输出线电压基波有效值③输出线电压中5次谐波输出线电压中5次谐波有效值110第六章PWM控制技术（一）内容

PWM控制的基本原理，PWM逆变电路及控制方法，PWM跟踪控制技术，PWM整流电路及其控制方法。（二）本章重点重点是PWM控制的基本原理，PWM逆变电路及控制方法。（三）本章难点

PWM逆变电路及控制方法。（四）本章考点

PWM控制的基本原理，PWM逆变电路及控制方法（五）学习指导掌握PWM控制的基本原理，PWM逆变电路及控制方法，理解PWM跟踪控制技术，PWM整流电路及其控制方法。111112图6-6双极性PWM控制方式波形urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud113正弦波作为调制信号梯形波作为调制信号有效提高直流电压利用率直流电压利用率低当梯形波幅值和三角波幅值相等时，梯形波所含的基波分量幅值已超过三角波幅值幅值不能超过三角波幅值114PWM整流电路的工作原理图6-29PWM整流电路的运行方式向量图a)整流运行b)逆变运行c)无功补偿运行d)超前角为j

dj·Us·UL·UR·UAB·Isd·Us·UR·UAB·Is·ULd·Us·UR·UAB·Is·ULd·Us·UR·UAB·Is·UL1151.试说明PWM控制的工作原理。答：将一个任意波电压分成N等份，并把该任意波曲线每一等份所包围的面积都用一个与其面积相等的等幅矩形脉冲来代替，且矩形脉冲的中点与相应任意波等份的中点重合，得到一系列脉冲列。这就是PWM波形。但在实际应用中，人们采用任意波与等到腰三角形相交的方法来确定各矩形脉冲的宽度。

PWM控制就是利用PWM脉冲对逆变电路开关器件的通断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲，用这些脉冲来代替所需要的波形。1162.PWM逆变电路的控制方法主要有哪几种？简述异步调制与同步调制各有哪些优缺点？答：

PWM逆变电路的常用控制方法有两种，一是计算法；二是调制法。其中调制法又可分为两种，一是异步调制法；二是同步调制法。通常异步调制法是保持载波频率不变，信号频率根据需要而改变时，载波比是变化的。优点是：信号频率较低时载波比较大，一周期内脉冲数较多，输出较接近正弦波。缺点是：正负半周脉冲数不相等，对称性差。因此，希望采用较高的载波频率，以克服在信号频率较高时仍能保持较大的载波比。

同步调制时，保持载波比为常数，并在变频时使载波和信号波保持同步变化。优点是：信号波一周内输出的脉冲数是固定的，脉冲相位也是固定的，对称性好。缺点是：当逆变频率较低时，载波频率也很低，造成调制谐波不易滤除；逆变频率较高时，调制载波频率也过高，使开关器件的开关频率过高而难以承受。1173.单极性和双极性PWM调制有什么区别？三相桥式PWM型逆变电路中，输出相电压（输出端相对于直流电源中点的电压）和线电压SPWM波形各有几种电平？答：三角波载波在信号波正半周期或负半周期里只有单一的极性，所得的PWM波形在半个周期中也只在单极性范围内变化，称为单极性PWM控制方式。三角波载波始终是有正有负为双极性的，所得的PWM波形在半个周期中有正、有负，则称之为双极性PWM控制方式。三相桥式PWM型逆变电路中，输出相电压有两种电平：0.5Ud和-0.5Ud。输出线电压有三种电平Ud、0、-Ud。1184.如何提高PWM逆变电路的直流电压利用率?答：采用梯形波控制方式,即用梯形波作为调制信号,可以有效地提高直流电压的利用率。对于三相PWM逆变电路,还可以采用线电压控制方式,即在相电压调制信号中叠加3的倍数次谐波及直流分量等,同样可以有效地提高直流电压利用率。1195.什么是PWM整流电路?它和相控整流电路的工作原理和性能有何不同?答:PWM整流电路就是采用PWM控制的整流电路,通过对PWM整流电路的适当控制,可以使其输入电流十分接近正弦波且和输入电压同相位,功率因数接近l。相控整流电路是对晶闸管的开通起始角进行控制,属于相控方式。其交流输入电流中含有较大的谐波分量,且交流输入电流相位滞后于电压,总的功率因数低。PWM整流电路采用SPWM控制技术,为斩控方式。其基本工作方式为整流,此时输入电流可以和电压同相位,功率因数近似为l。PWM整流电路可以实现能量正反两个方向的流动,既可以运行在整流