机车电力电子技术

机车电力电子技术广州铁路职业技术学院谭民杰第一章绪论

第一节概述电子技术包括：信息电子技术、电力电子技术。电力电子技术包括：电力电子器件、电力电子变流技术、控制技术。电力电子技术的任务：实现电力变换。电力变换通常可分四大类：1.AC-DC变换，即将交流电变换为直流电，称为整流。2.DC-AC变换，即将直流电变换为交流电，称为逆变。3.DC-DC变换，即将一种电压的直流变为另一种电压的直流，可用直流斩波器实现。4.AC-AC变换，即把交流电的参数（幅值、频率）加以转换，称为交流变换。第二节电力电子技术的应用

电力电子技术应用于工业生产、交通运输、电力系统、新能源系统、通讯系统、计算机系统、医疗设备、家电等行业：1.工业生产：用于电力拖动中的水泵、风机、压缩机，变频技术的交直流调速，整流电源的电解、电镀。2.交通运输：用于电气化铁路中的直流传动电力机车整流或斩波装置，交流传动电力机车变频调速装置，城市电车的斩波或变频装置等。3.电力系统：用于直流输电的送电端整流，受电端的逆变，晶闸管控制无功补偿等。4.新能源：用于太阳能、风力发电装置与电力系统连接。5.通讯计算机：UPS与开关稳压电源直流源系统。6.医疗设备：激光、超声波、扫描机的高压电源。7.家用电器：变频空调、冰箱、电子节能灯等。第三节电力电子技术的发展趋势

电力电子器件具有高电压、大电流、大功率器件的特点，未来发展主要在以下方面：1.由半控型器件向全控型器件转移。2.向高频快速方向发展。3.大功率电力电子器件采用模块化封装。4.采用数字化控制方式。5.采用新型半导体材料制造新型功率器件。第二章电力电子器件

第一节电力电子器件概述一、电力电子器件的发展概况

自1947年美国贝尔实验室发明晶体管半导体固态电子学诞生。50年代后，以硅二极管为代表的电力半导体器件及相应的变流技术装置迅速发展，1957年美国通用电气研制第一只可控型电力电子器件—晶闸管（SCR）。半导体固态电子学有两个发展方向：一是以晶体管集成电路为核心的对信息处理的微电子技术。二是以晶闸管为核心的对电能变换与控制的电力电子技术。从90年代起，电力电子技术与微电子技术进一步结合使电子器件朝着大容量、智能化方向发展。如国产蓝箭列车的主变流器采用单个容量为4500V/1500A的IPM模块。在GTO、IGBT基础上发展起来的新型大功率电力电子器件，如集成门极换流晶闸管（IGCT）、发射极关断晶闸管（ETO）、电子注入增强型门极晶体管等，容量达到4500V/3000A,有的达到6000V/6000A。二、电力电子器件的分类1.根据不同的开关特性，电力电子器件可分三大类：（1）不可控器件：通常为两端器件，具有整流作用，无控制功能。如：PN结整流管等。（2）半控型器件：通常为三端器件，控制信号只能控制开通，不能控制关断。如：普通晶闸管（SCR)快速晶闸管、双向晶闸管、逆导型晶闸管、光控晶闸管。（3）全控器件：也为三端器件，控制信号可控制开通，也可控制关断。如：可关断晶闸管（GTO）、电力晶体管（GTR）三端场控器件（绝缘栅极晶体管IGBT、静电感应晶体管SIT）等。2.根据体内电子和空穴两种载流子参入导电情况，电力电子器件可分三种类型：（1）单极型：一种载流子参入导电的器件。如：功率MOSFET、静电感应晶体管等。(2)双极型：电子和空穴两种载流子参入导电的器件。如：PN结整流管、普通晶闸管、电力晶体管。（3）混合型：由单极型和双极型两种器件组成的复合型器件，如：绝缘栅双极晶体管（IGBT）和MOS控制晶闸管（MCT）等。3.根据控制信号不同，电力电子器件可分二种类型（1）电流控制型电力电子器件：由PN结组成的电力电子器件电子和空穴都参入导电。为了控制器件的开通与关断，必须给器件体内注入电流或从体内抽出电流。电流控制型器件可分二类：一是晶体管类，如：电力晶体管及模块。二是晶闸管类，如：普通晶闸管、可关断晶闸管。电流控制器件的共同特点：1）器件内有电子和空穴两种载流子导电，2)具有导电调制效应，3）控制极输入阻抗低，控制电流、控制功率大。（2）电压控制型器件（场效应电力电子器件）：器件内主电极（漏极、源极或阳极、阴极）传导的工作电流是通过加在第三极（栅极或门极）上的电压在主电极间产生可控电场来改变其大小和断通状态的。加在第三极为电压信号，故称电压控制型器件。因为主电极间产生的电场控制电流，也称场控器件或场效应器件。电压控制型器件的共同特点：1)输入阻抗高。2）工作频率高。3）工作温度高。第二节电力二极管一、电力二极管的工作原理电力二极管由一个大面积PN结和两端引线及封装组成。PN结具有单向导电性。正向电压（正向偏置）：二极管阳极（A极）极接电源正极，阴极（K极）接电源负极。反向电压（反向偏置）：二极管阳极（A极）极接电源负极，阴极（K极）接电源正极。正向导通状态：电力二极管PN结处于正向偏置状态，电流从P流向N，PN结为低电阻。反向截止状态：电力二极管PN结处于反向偏置状态，PN结为高电阻。有较小的反向漏电流流过PN结。PN结具有一定的反向耐压能力：如反向电压过大，PN结反向截止状态破坏，反向电流急增，发生反向击穿。二、电力二极管的特性与数1.电力二极管的伏安特性(图2-2）2电力二极管的开关特性（图2-3）:电力二极管在零偏置、正向偏置、反向偏置三种状态转换时呈现的动态特性。（1）关断特性：电力二极管由正向偏置的通态转换为反向偏置的断态过程中电压、电流随时间变化的关系（图2-3a）（2）开通特性：电力二极管由零偏置转换为正向偏置的通态过程的电压、电流随时间变化的关系（图2-3b）3.电力二极管的主要参数（1）额度正向平均电流：IF(AV)：器件长期运行时，允许流过的最大交流电流平均值。（2）正向电压UF：在指定温度下，器件流过某一指定稳定正向电流时，管子两端的电压。（3）反向重复峰值电压URRM：器件能重复施加的反向最高峰值电压（c为击穿电压UB的2/3）。（4）反向漏电流IRR:器件对应于反向峰值电压时，流过的反向电流。（5）最高工作结温TJM:器件的PN结不损坏前提下能承受的最高平均温度(通常：125~1750C).（6）浪涌电流IFSM：器件能承受的最大的一个或连续几个工频周期的过电流。4.电力二极管的主要类型：（1）普通二极管：用于1KHz以下整流电路。（2）快恢复二极管：用于高频整流和逆变电路（3）肖特基二极管：用于200V以下低压电路电力二极管作用：在整流电路中作整流，在感性负载电路中做续流，在变流电路中做电压隔离、箝位、保护。常见电力二极管主要性能参数见教材表2-1第三节晶闸管晶闸管：是晶体闸流管的简称，俗称可控硅（SCR）。是一种开通时间可以控制的半控型电力电子器件。一、晶闸管的结构与工作原理晶闸管结构：由PNPN四层半导体组成，有三个引出线，分别是阳极A、阴极K、和门极G（栅极）。大功率晶闸管有散热器，平板式晶闸管采用风冷或水冷。晶闸管导通工作原理：晶闸管阳极加正向电压时，如果门极也加正向电压，VT2导通，然后VT1导通。最后两个三极管都快速进入饱和状态，使晶闸管阳极A与阴极K之间导通。若撤除门极电压，只要满足阳极正偏条件，晶体管一直导通。晶闸管导通必须同时具备两个条件：（1）晶闸管的阳极和阴极之间加上一定大小的正向电压VKA;（2）在门极和阴极之间加上一定的正向触发电压UGK.晶闸管具有单向导电性。晶闸管的可控单向导电性：当门极没有加正向电压时，即使阳极加上正向电压，晶闸管不导通；在门极电压触发下，晶闸管立即导通。半控型电力电子器件：门极电压只能触发晶闸管开通，不能控制它关断。晶闸管的测试：1）用万用电表Rx1（或Rx100）测量阳极与阴极的正反向电阻很大。2）用黑表笔接阳极，红表笔接阴极，再用黑表笔碰门极，正向电阻大幅下降，黑表笔离开门极后正向电阻不变，即晶闸管正常。二、晶闸管的特性1.晶闸管的伏安特性：晶闸管阳极、阴极间的电压和阳极电流之间的关系。2.门极伏安特性：晶闸管的门极与阴极之间的伏安特性。三、晶闸管的主要参数1晶闸管的电压定额（1）断态重复峰值电压URDM：门极断路结温为额定值时，允许加重复加在晶闸管两端的正向峰值电压。（2）反向重复峰值电压URRM：门极断路结温为额定值时，允许加重复加在晶闸管两端的反向峰值电压。（3）额定电压UTN：晶闸管铭牌标出的电压。（4）通态平均电压UT(AV)：正常状态下，晶闸管通过正弦半波额定电流时，两端电压降在一个周期内的平均值。2.晶闸管的电流定额（1)通态平均电流IT(AV)：温度为400C冷却状态下，允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。（2）维持电流IH:晶闸管导通必须的最小电流。（3）挚住电流IL：晶闸管刚从断态转入通态并移除触发信号后能维持导通所需要的最小电流。3.晶闸管的动态参数（1）开通时间tgt:从门极触发电压前沿的10%到元件电压下降到10%所需要的时间。普通晶闸管约6μs。（2）关断时间tq：晶闸管从正向阳极电流下降为零到恢复正向阻断能力所需要的时间。普通晶闸管约几十μs~几百μs。（3）通态电流临界上升率di/dt：在规定结温和门极开路情况下，不会导致晶闸管直接从断态转换为通态的最大阳极电压上升率。4.晶闸管的型号KP□-□□

四、晶闸管的派生器件1.快速晶闸管：开关频率在400Hz以上的晶闸管。2.双向晶闸管：触发后能双向导通的晶闸管。3逆导晶闸管：反向导通的晶闸管。4.光控晶闸管:在光照下，光电二极管漏电流成为门极触发电流，使晶闸管导通。第四节门极可关断晶闸管（GTO）

门极可关断晶闸管：通过门极加负脉冲电流使其关断的全控器件。晶闸管可达到6000V、6000A、100~10000Hz，广泛应用于电力机车逆变器、电网动态无功补偿、大功率直流斩波调速。

第五节电力晶体管（GTR）电力晶闸管：是一种大功率、高反压的双极结型晶体管，具有自关断能力，具有饱和压降低、开关时间短和安全工作区宽等特点。在交流电机调速、不间断电源、中频电源等电力变流装置中应用。一、电力晶体管的结构与工作原理与一般晶体三极管有相似的结构、工作原理。GTR四种工作状态：开通、导通（饱和）、关断、阻断（截止）。导通和截止：表示GTR接通和断开的两种稳定工作状态。导通：当IB＞0，发射结正偏。截止：当IB＜0，发射结反偏。开通和关断：表示GTR由断到通、由通到断的动态工作状态。二、GTR的特性与参数1.GTR的基本特性（1）静态特性（2）开关特性1．电力晶体管GTRGTR是一种高击穿电压、大容量的晶体管。它具有自关断能力,并具有开关时间短、饱和压降低和安全工作区宽等优点。六单元GTR模块图形符号二单元模块的等效电路（2）GTR模块的主要参数1)开路阻断电压UCEO，例如：2DI200D-100

（3）GTR的选择方法1）开路阻断电压UCEO的选择UCEO通常按电源线电压峰值的2倍来选择。2)集电极最大持续电流ICM的选择ICM通常按输出交流线电流峰值的2.25倍来选择。2)集电极最大持续电流ICM，例如：6DI15Z-120第六节电力场效应管一、电力MOSFET的结构与工作原理电力场效应管（电力MOSFET）：利用栅极电压控制器件的截止和导通。1.电力MOSEFT的结构：图2-222.电雕力MO乞SFE鹿T的工佩作原理3.电且力MO口SFE毯T主要匪参数(1)斤正向通伐态电阻荒（2宽）漏极亮最大电酿流榴（颤3）栅割极开启唇电压（4）漏筛极击穿电者压（5秀）栅源击面穿电压吴（乔6）极间饲电容第七节稍绝缘栅羡极型晶体浸管（IG被BT）绝缘栅极宴型晶体管洪（IGB紧T）：是集M旬OSF逃ET（茫电力场杜效应管蚀）和G铸TR（曾电力晶燃体管）岛优点于冰一身的指新型复皱合器件校。一、IG托BT的工南作原理IJBT粪的C极接近电源正极始，E极接居电源负极抓。由栅极煎（G）与广发射极(趟E)电压雪UGE控制导翻通或关恋断。当概UGE＞UGE（恋th）（开启盟电压）双时，V脊DMO解SFE做T内形热成导电震沟道，扒为晶体圾管提供窃基极电嚷流使其南导通。些当UGE=0，神或栅极衬与发射狠极电压丹反向时叶，VD欲MOS品FET可内沟道泊消失，宽晶体管浮无基极粥电流，涨IJB狭T关断带。二、IG诵BT的主迹要特性与倍参数1.IJ怨BT的主沟要特性（1）重IGB茶T转移嫁特性：誓集电极鬼电流与卧IC与钉栅射电吹压UG咸E间的喉关系。机开启电辜压UG爹E（t沈h）为成2-6犬V。栅钟射电压腿UGE婶＜开启慰电压U健GE（钞th）蚁时，I仙JBT滑截止。剖栅射锤电压U耍GE＞店开启电我压UG芬E（t惕h）时吗，IJ鼠BT导胃通。（2）抓IGB疫T输出眉特性：络以栅射疫电压为敢参考变键量，集输电极电枯流IC践与集射衰电压U挑CE间靠的关系笼。2.IG现BT的主瞒要参数（1）集育射极击穿沾电压UCES（2）开随启电压U好GE（t泥h）和最渡大栅极UGEM（3）首通态压狗降UCE（席on）（4）集猜电极最大抖连续电流屡IC峰值售电流ICM绝缘栅捆双极晶旨体管I亮GBTIGBT毙是MOS宅FET和茎GTR相酱结合的产哑物,其主吼体部分与GTR蒸相同，也响有集电极肃和发射极帽,但驱动茶部分却和MO榨SFE姑T相同探,是绝尸缘栅结你构。（1）茄IGB桂T的特盏点谦IGB舰T在外季形上有伶模块型束和芯片吓型两种,帖在通用疏变频器平中使用侍的IG培BT一卷般是模领块型。单管模块窃双佣管模块呢六管堡模块（2）I聪GBT的忽主要参数1）集电推极—发射备极额定电动压UCES。2）栅柳极—发锡射极额风定电压UGES。3）额定损集电极电跌流IC。三、IJ污BT与I锦PM功率夜模智能功率结模块（I合PM）：卧称为智能厦集成电路岔，是以I聚JBT为败基本功率渠开关元件明，构成一顺相或三相脸逆变器的尸专用功能仰模块。电铸力集成电京路的一种礼。在电力危电子变换症电路中，腹电力电子锡器件必须办有：驱动兴电路、控具制电路、乌保护电路译。3．智能使电力模块筑器件IP怀MIPM语的主要宣特点如害下:（1）脉内含设怪定了最填佳的I罩GBT湿驱动条遥件的驱狭动电路朵。（2）贫内含完菊善的保晶护功能壶及相应碍的报警励输出信拳号。（3）中内含制和动电路筹。（4）散咏热效果良桌好。第八节海新槐型电力丸电子器析件简介一、M孤OS控忧制晶闸势管（M侮CT）恭：一种始单极型卷场效应幼管和双秋极型晶看闸管组准合而成殖的复合弄器件。鸟图2-瞎28）二、集成筋门极换流棚晶闸管（般IGCT尖）：将门翁极驱动电溪路与门极缎换流晶闸伤管GCT侧集成于一货个整体形祖成的器件靠。（图2貌-29）三、静构电感应软晶体管稳（ST至T）：浑功率结半型场效厌应晶体歪管，为键电压型顽控制器敢件。（图2-狡30）四、静电违感应晶闸乘管（ST土TH）：轿场控晶闸济管。（图患2-32敢）第三章住相括控整流笛电路整流电路量：将交流依电变换成泡直流电电乔路。可控整毫流电路碑：将交概流电变傅换成大啊小可调潮的直流钢电的电条路。整流电因路按电谷源分：妥单相整丸流电路鹿、三相护整流电仅路、多扔相整流葡电路。整流电路课按电路结寸构组成分稳：不可控京整流电路坏、半控整屿流电路、毁全控整流抄电路。整流电饱路按整央流输出漆波形分烈：半波乳整流电印路、全祝波整流仰电路。第一节先单柏相可控整冻流电路一、单相刺半波可控勾整流电路1.电阻丑性负载控制角α螺（触发角岗或移相角钟）：从晶杆闸管开始脊承受正向肠电压起到丢触发脉冲斯出现之间瞧的电角度患。导通角θ要：晶闸管蚂在一周期蕉内导通的吹电角度。移相控宗制（相术位控制煤）：通苦过改变及控制角缠来调节喘输出电爬压的方弱式。半波整红流电路送移相范租围：页0o~18主0o半波整积流输出粥电流：还Id=ud/R企半波整强流输出雕电压：阵Ud揉=0.龄45U加2(1洗+co市sα）结/2整流电讨压调节杠方法：时改变控差制角α新，就可收以改变疏输出电伯压Ud。α愈小，请Ud愈大。α=0时拳，晶闸管唤全导通，敬α=π察时，晶闸包管整流输颗出电压为陕零。电流有效匪值：铅I睡=U/R2.电女感性负逆载电感性负庙载：当清负载的感在抗与电阻渴的数值相童比不可忽兼略时的电响路。如：壁直流电动葬机的励磁碑，滑差电真动机电磁逐离合器的默励磁线圈速，平波电拒抗器。电感的脾作用：界电感牛即是储巷能元件淡，又是桃电流滤难波元件棵。它能永使负载思电流波柜形平滑仇.电感性负踪蝶载对脉冲撑的要求：晋触发脉厨冲要有一遵定宽度，朋保证晶闸携管阳极电字流上升到维持导通设最小电流诉后，即使退脉冲消失杏，晶闸管辟仍然维持李导通。负载电流薯id:慨导通期间扶从晶闸管定流过，续丑流期间从瘦续流二极斑管流过。为了将夹整流出遥来的电销压波形尚平滑，坟采用电库感元件弄滤波。为了解停决大电副感负载缠时整流邻输出电汉压平均魄值下降残问题，以在整流辽电路负励载两端预并联一悄个硅整创流二极敲管（称俯续流二膀极管）二、单相歉全控桥式毫整流电路单相全之控桥式陕整流电娱路组成吗：由晶蔽闸管V匙T1剑、VT宏3组竖成一对停桥臂，肚晶闸管漏VT2践、V较T4粒组成一晨另对桥吓臂。全波整流歼：负载在锁两个半波址中都有电相流通过。1.电顿阻性负匀载整流电路鉴移相范围闸：呈0o~180o整流输出独电流：妄Id=ud/R碰=0.并9U2(1+c臭osα）芝/2整流输脉出电压活：Ud=0.4会5U2(1+c喉osα）怕/2每个晶弯闸管的沙平均电肢流等于睬负载平死均电流病的一半珍：IdT=1/迈2(Id)2、大带电感负瓣载（1）屈不接续筝流二极谨管工作原迈理：当u2正半周亩---迈TV1鸣、TV抹3触发阵导通-框--撑u2过零-兵---磁TV诱1、T煮V3继丧续导通当ωt=典π+α时吗----吵TV2烈、TV4瓶触发导通咽---客TV1、烤TV3承夜受反向电饥压关断换相：负骨载电流从心TV1、寒TV3上盟转移到T烟V2、T暴V4上的皱过程。输出电细压平均昂值：档Ud=0.弦9U2cosα输出电追流：面id≈Id=Ud/Rd晶闸管始电流平押均值：辉IdT=1/毁2(Id)晶闸管虾可能承船受最大盆电压：牢UTM=±√2侵U2晶闸管移的相范围：判0o~90o（2）舅接续流插二极管输出电压擦平均值：惕0内.9U铃2(1+游cosα狗）/2输出电流驰：框Id=Ud/Rd晶闸管能可能承诉受最大纲电压：目UTM=±√衣2U2晶闸管电绵流平均值去：评IdT=（π-唱α）/协2π境(Id)整流电路废移相范围顺：追0o~180o三、单耽相半控弦桥式整反流电路正半周通让路：a、振VT1、爹Rd、V捕D1、b颂负半镜周通路：井b、VT鞋2、Rd泛、VD2遮、a第二节讽三相晕可控整流堤电路三相可善控整流掘电路使馆用范围竖：经整流容疾量大于粥4KW宜，直饭流电压攀脉动较岔小。三相可瓣控整流发电路分柳：三相棚半波整扒流、三屈相全控秒桥式整答流、三色相半控嚷桥式整肥流等。一、三相于半波可控根整流电路1.电阻筝性负载电路结彼构特点垃：变压怪器一次饱绕组接断成三角牧形，二着次绕组乳接成星危形，晶队闸管阳黎极分别蛋与U、事V、W愁三相相府连，阴哪极连在臣一起，引组成共选阴极接芦法电路浪。每管导定通：按肃VT1斜、VT石3、V粥T5顺供序12蜜0o电度角。输出波新形：三各相交流凑电压正妨半波的浸包络线往。脉动频勿率：3以x50辉HZ=150导HZ自然换小相点：秒相电压驰的交点翻处ωt1、ωt3、ωt5、为各滋管触发厚导通最区早时刻移（此前颠晶闸管与承受反时向电压召，不能链触发导耗通），甜把它作阵为计算汽控制角却α的起畜点，即以该处α珠=0o整流输出班电流：休Id=Ud/R宏晶闸管祸电流平均切值：IdT=1/安3Id整流输出社电压：（血1）0o≤α阀≤30o时挥Ud=1.1求7U2cos组α（2）季30o≤α惩≤1辅50o时震Ud=0.6秀5U2〔1+锁cos泽(π/权6+α垄)〕二、三酷相全控杨桥式整浑流第三节辩有源逆袭变电路一、有院源逆变时概念逆变：盒利于晶编闸管电锦路把直良流电变挖成交流偿电。（检是整流榴的逆过嫌程）如层：卷扬倦机下降观、电力值机车下听行时，难直流电却动机作坊为发电若机制动酬运行，姿位能转诱变成电速能反送轨到交流念电网去吐。变流电路死：既可工圈作在整流俭状态又可屿工作在逆轮变状态的仇整流电路锻。有源逆讽变：把拒变流器申的交流服侧接到猫交流电咸源上，仿把直流教电逆变避为同频租率的交枝流电反铲送到电证网去。无源逆变援：把变流传电路的交漆流侧不接泰到电网而珍直接接到户负载上，拉如交流变趋频器。实现有壤源逆变肌的条件貌：（1）底变流装猛置的直给流侧必勇须外接味有电压拨极性与巷与晶闸秋管导通垮方向一糟致的电登源E（2）汉变流装攻置必须茎工作在绢α＞忠9暖0o，Ud＜0.（3）纺为保证怎变流装谣置回路赢电流连誓续，逆舞变电路端中一定陶要串大贺电感。逆变失败折的原因：（1）触落发电路不炎可靠,时（2）愈晶闸管故嫁障,（3）交漏流电源缺白相,断电铁（竹4）换相牛裕量角不壮足,换相讯失败。单相有昌源逆变信工作原流理：当Q置津I时，新αI＜90o，电路钉工作在弟整流状馋态。交打流电源决提供晶必闸管提摆供功率由给电动白机。当Q置I舍I时，αII＞手90o，晶闸鹅管VT1’—V龄T4’在电文动机反案向电动抵势和U2作用下导持通产生电领流i2。电动料机输出塌能量，昌运行在乳发电制川动状态课，晶闸股管吸收陷能量送逗回电网提。单相全控局桥式电路间工作在逆奴变时输出往电压控制制原理与整贡流时相同盲只是控制锯角α＞百90o。令β问=π-柿α，电振压表示贱为：Ud=0.9漂U2cos陷α=-凉0.9喝U2cosβ逆变角β捐触发脉冲脏位置从1遮80o左移α＜90o，工作税在整流汇状态。α＞擦9沿0o，工作在苏逆变状态传。α=β殿=9竭0o，输出Ud、Id为零。图（a）尺：电动机财正转由1罚组变流器既供电，电原动机反转子由2组变求流器供电祖。图（b）测：可使电渔动机在四渡个象限内绒运行第一象限严：电动机梅正转，作录电动运行把，1组桥沸工作在整凝流状态第二象食限：电略动机正联转，作失发电运养行，2食组桥工烤作在逆糠变状态第三象限施：电动机歉反转，作且电动运行绪，2组桥痕工作在整局流状态第四象晨限：电宅动机反援转，作更发电运犹行，1拔组桥工洽作在逆园变状态第四节死整失流电路塑的功率谁因素一、功率呜因素定义候：有功功客率P与视亮在功率之捏比。Co罢sφ=P膝/S二、影响病功率因素离的原因：夸控制角α克、感抗、座整流变压换器磁化电谈流电流谐烦波含量三、改众善功率臣因素方装法：1.减小傍控制角α迟2.杂减小谐波日成分对3.忽采用两组殿变流器串寨联供电溪4.瞎增加整流葬相数第四章渣直培流斩波献电路直流斩波倾电路（D婚C/DC吵变换电路碎）：将一表个恒定的阅直流电压忽变换成另厚一个固定崭的或可调芹的直流电烦压。即通扯过接通、殿关断将直奇流电“斩却”成一系哪列脉冲电赴压，改变执脉冲电压榨接通、关虚断时间比阁便可调整锈输出电压尸平均值。直流斩波读电路应用偏：直流电芦机调速、花城市地铁智车辆、工渠矿电力机色车、城市租无轨电车系、蓄电池亿电动车。第一节扯直流赖斩波电路毁原理及控辜制方式一、直流贺斩波电路穗工作原理腊：当高速畜开关S合它上，电压脱电压Ud加到负载蛾R上，并沈持续时间普ton；当开关衰断开时，荒负载电压翁为零并持究续时间toff。斩波电路邀工作周期杯：茶T诱=ton+toff占空比砖：α庙=t扫on/欲T斩波电路只输出电压末平均值：胃Uo=α普Ud二、直鬼流斩波知电路的抢控制方拘式（1）定漏频调宽控何制（脉冲双宽度控制仁----颜PWM）孕：T不变乳，改变斩命波器导通怒时间ton。（2）定嘉宽调频控援制（脉冲摇调频控制裂----言PFM）超：ton不变，改领变斩波周隶期T。（3）调狮频调宽混府合控制：尊改变斩晴波器频率犬f,改变辽斩波器导录通时间ton。第二节析基词本斩波疏电路一、降冻压斩波惩电路原栏理：V饰T--右为全控拌型斩波粒开关I咽GBT缓，DV绑---黎续流二尖极管为始关断通旗过续流侦回路，澡Ld---峡平波电胳抗器，侨LF、CF---担滤波回援路吸收夜谐波。工作原理热：斩波器圆VT开通竭时，电源贸对电感充睛电，自感灭电动势左悼正右负，梨电容C向葱负载放电学，二极管疮受电容反伶偏关断。办当斩波器爸VT关断鸽时，电感抵中自感电银动势改变分极性，为勇左负右正每，与电源酒正向叠加中，向电容没充电，同假时向负载推供电。斩逗波器导通走时储存在胶电感中能纳量释放到俯负载和电琴容上。此泊时二极管拜正向导通懂。二、升匙压斩波饿电路工作原险理：斩宜波器处梨于开通营状态时角，电源新对电感未充电电宪流iL扩等于电妈流id织，电容战C维持蹦输出电俊压基本哨恒定并充向负载功供电，据二极管粒反偏关围断；当霉斩波器晴关断时戴，电感荡中储存斯的能量细向负载镇释放，佣同时电疏容充电深，电感完放电电浸流等于牙iD，煤因电感盏电流方赢向不能垫突变，暴此时电慌感两端歇极性为五上正下谎负，二任极管导啄通。三、升嚼降压斩滴波电路壳：由降予压式与椅升压式喇两种斩邮波基本昏电路混倾合组成导。第三节有复合斩波塌电路一、第一魂象限斩波舞器上节介绍饿降压斩波裂器、升压盈斩波器、骗升降压斩谈波器输出案电压电流更平均值为史正，位于接直角坐标郑系第一象虏限。称第扔一象限斩盟波器。二、第粉二象限泳斩波电开路第二象垮限斩波润器为升妈压斩波小器，电篮动机作瓜为发电呼机运行挂，工作奸在第二浑象限1.电填流可逆斩岸波器：将裤降压斩波数电路和升佳压斩波电弹路组合在等一起。2.混任合桥式腔二象限构斩波电障路：为侨一、四尝象限斩梁波器。混合桥式蛮二象限斩董波电路四屑种工作模殖式：（1）卖VT1桃、VT祖2同时曾导通，哀能量从胡电源到临负载，限电机吸臭收功率累。（2）蕉VT1薄、VD展2同时价导通，逆负载电点路短路迫，uo=0。（3）V钢D1、V册D2同时声导通，功丑率从电机喇流向电源素，能量反咱馈到电网晶。（4）V挨T2、V仁D1同时牢导通，负揭载电路短陆路，uo=0。三、四象闹限斩波电猜路VT4缝始终导心通，V裹T3始没终关断复，VT沸1、V惰D1、斤VT2筹、VD禽2构成遭uo＞0，捡io为正负的叠第一，二岔象限斩波桶器。VT2决始终导朽通，V点T1始浪终关断原，VT擦3、V恩D3、插VT4患、VD帜4构成蔑uo＜0，妄io为正负覆的第三蹄，四象剂限斩波铺器。第五章境交流启调压电股路和交低流变频帮电路交流变睬换电路狮：将一始种形式邀的交流贸电变换悠成另一绞种形式服的交流锅电的电模路。此嫌电路击可块改变交铸流电的仔电压、载电流、柴频率、洗相数。交流电力谨控制电路恭：只改变奋输出交流首电压、电晓流而不改阔变频率的冰电路。如昌：交流调窃压电路、墙交流电力学电子开关秒电路。直接变肢频：交质—交变胸频岂间接查变频：深交--扇-直-长--交忽变频第一节悦单相交汽流调压削电路第二节童相控交交运变频电路察概述交交变频毛电路：把仿一种频率地的交流电秆变换成另小一种频率寄的交流电磁。用于大瓣功率低速耍交流电动菌机调速系尺统，发电伤机励磁电拴源。一、交交烤变频电路拼原理电路由P阶组和N组仆反并联逆贵变器组成者。ωt=0乔~π时，胁P组工作胁，N组关忙闭，输出俯电压uo为正。ωt=馅0~2扣π时，均N组工犁作，P斥组关闭拘，输出煮电压uo为负。如果维胆持P组晶和N组荣触发不攻变，负测载Z上像电压uo为一个纱交流方甩波。改岭变P组澡和N组和切换频棕率，可警以改变展输出电吹压uo频率。改拜变P组和躁N组的控龙制角，可逮以改变输状出电压uo幅值。环流：微如果两汤组同时武导通，厌交流电某源短路港，两组桌间产生暗很大电低流。二、有环守流运行方道式为了使布正负两究组变流朋器切换吩，使负多载电流芬连续采炉用有环敏流运行颗方式。房诚两组变筒流器同急时加触险发脉冲柱，由当停时负载旦电流方单向决定赚哪一组孙导通，老并在切蚂换时，也两组输谈出电压和相等。魔平均值场相等，层瞬时值箭不等。为了将赴环流限雾制在允储许范围音内，在扣两组间泊串联环静流电抗勤器。三、无奸环流运寨行方式两组变流理器不同时货工作，不辜产生两组策间环流，指正负两组拖间切换通坚过零电流摇检测实现桥。切换过绕程：正工组工作助，负组僚封锁，锐检测环堵节检测量到正向何负载电净流减小现到零时狡，首先虚封锁正闹组脉冲玩，经过疼一定时暂间延时潜，保证符正组可帮靠关断甲后，再认开放负维组脉冲泥，实现盖两组切衬换。第三节孕单相相蛙控交交变服频电路一、工栗作原理由两组技三相变悲流器反较并联构董成交交变频坊电路。第六章晓无源取逆变电滥路无源逆糖变：把释直流电帖能变换命为交流蛇电能后慕，直接板向非电捞源负载体供电的坡电路。例如：交腥流电机变吗频调速。第一节臂无德源逆变辩电路工锁作原理一、无源茧逆变电路晒的基本原耳理该电路两愈种工作状耻态：（1）开款关S1、塑S4闭合馅，S2、燥S3断开占，负载R上滔电压左正富右负，输并出电压uo=Ud；（2）开主关S2、清S3闭合故，S1、炼S4断开霸，负载R拘上电压僚左负右捧正，输格出电压尘uo=-Ud；S1-织--S栏4为高斑速开关唉，是电日力电子破构成的瞧电子开关，图可由S四CR晶抛闸管构霸成，也书可由G差TO、GTR、尺IGBT强全控器件存构成二、无拔源逆变姑电路的赚换相方听式换流（初换相）锤：当S德1、S辉4和S论2、S摇3两组地开关接竟替开闭刚时，加炭在负载谣上的电辰压方向苏接替变扛化，同洪时电流曲也从一寸对桥臂敌转移到鱼另一对施桥臂的歉过程。电力电勾子器件兵导通，周关断特扶点：1）换日流（换肃相）时仁支路通倡态转为观断态，怎断态转尝为通态卫。2）电揭力电子挖器件导纯通，必顶须给门经极适当仇驱动信进号。3）全控宫型器件关瓣断，必须蒙给门极加预适当反向坟信号。4）半控身型器件关嘴断，晶闸馅管电流过即零后加一趋定反向电甚压。主要换翻相方式康：1.慈器件换魂相缝2提.电网付换相营3士.负载陆换相启4渐.强迫民换相三、无源悉逆变的分念类：1.按竞相数分罢：单相堪；三相团。2.按驼直流侧乡丰电源性井质分：顾电压型倡；电流畜型。3.按电色路结构分淡：半桥式自逆变；全床桥式逆变扎；推挽逆竞变；其他巡寿逆变。4.按换柏流方式分塞：器件换乳流；负载穗换流；强猪迫换流；5.按负吸载特点分孟：非谐振民逆变；谐姓振逆变。四、无源斑逆变用途泽：1.变频隆调速绍2露.标准5才0Hz电贼源3.不破间断电突源（U滋PS）竞4.中妖频装置第二节扇电压型预逆变电始路逆变电路偶分：电压尼型逆变电朽路、电流圾型逆变电影路。电压型逆披变电路：饥直流侧电订源是电压拒源的逆变层电路。在白直流侧并痰联大电容层。工作时倘直流侧电矮压无脉动自电压输出死为矩形波扑。电流型刊逆变电梯路：直玻流侧电箩源是电启流源的软逆变电植路。一、电压名型单相桥坊式逆变器1.半红桥逆变笛电路由一对世桥臂和一个带有娱电压中点的直流电形源构成。C1和兄C2相陪等，具有分屡压作用察。VT1、侨VT2分认别导通组成触两个回路跳。2.单相交全桥逆变观电路：由究两对桥臂坊组合而成泥。VT1肺、VT4坊构成一对挨，VT2轨、VT3缘瑞构成另一陪对两对导电婚臂叫替导斥通180o二、电压昂型三相桥内式逆变器苍：由三个嫂半桥组成喝，开关管扔采用全控救器件GT鼻O、GT展RIGB员T等。承VD1蛙~VD旷6为续餐流二极傲管。在一个犁周期内普，6个建管触发鹊导通的圆次序为事：VT凯1~V姿T6。弦依次相钥隔60o电度角。导通组合胳顺序：V打T1-V董T2-V部T3、V央T2-V毒T3-V斜T4、V昼T3-V取T4-V僚T5、V誉T4-V茧T5-V拉T6、VT5卧-VT传6-V奖T1、洗VT6销-VT倘1-V析T2，刺每组组艳合工作冬60o电度角。第三节补电锈流型逆变模电路电流型逆剑变电路:揉直流电源贝为电流源化的逆变电屋路。电流型惑逆变电棉路特征呼：直流坝中间环爹节用电烧感作为纱储能元姜件，因琴为大电验感中电琴流脉动背小，近加似位直滩流电源粱。一、电流金型逆变器史的特点（1）棵直流侧买串联有驼大电感蓄，直流肚侧电流翼基本无五脉动。（2）电流路中的开动关元件仅省改变直流与电流通路冒径，交流血侧输出的阀电流为矩雾形波。（3）央直流侧绪电感起烤缓冲无间功能量右的作用牵，因电讯流不能爬反向，烈不必反绞并二极口管。（4）负托载为电动湖机时，也鞭实现再生巴制动。二、电怜流型单选相桥式薯逆变器1.电路铃结构电抗器颜LT：变限制晶绍闸管电螺流上升率d昨i/dt柔.VT1死、VT沫4和V坝T2、床VT3交轮流导通。RL为倡中频炉盼等效电桐路（1~2肥.5KH学z）C为补岛偿电容2.工屋作原理三、电流杏型三相桥读式逆变器Ld电感很大贞，使电流负Id近似恒核流，为锤电流源础。VT1~冷VT6为久IGBT阅器件，其旦驱动信号喊uc彼此俩相差60o，各器件霸在每个周西期各导通弹120o任何时虚刻有两桥只IG于BT导安通。溉0~6里0o时，V背T1、庄VT6迫导通60~1推20o，VT仙1、V大T2导减通120纠~18禽0o，VT2栗、VT3运导通180沃~24锁0o，VT3漆、VT4首导通240色~30泪0o，VT爽4、V苹T5导课通300~损360o，VT摊5、V创T6导挑通第四节刘脉愈宽调制（贝PWM）冈控制电路一、PW雄M控制的松基本原理倦及控制方锦法脉宽调虹制目的叠：使输棍出电压烛波形趋王于正弦肯波。通塌过调整因脉冲宽但度调节滴输出电湿压，通过调整磨脉冲周期族调整输出械频率。即吊通过控制报控制半导富体功率开猾关导通及物关断时间拒比。即冲量咸相等而闻形状不免同的窄调脉冲加撇在具有恶惯性的骡环节上款，其效潜果基本双相同。贯冲量即歇指窄脉注冲的面耗积。用一系钉列等幅更而不等徐宽的脉醉冲代替旨正弦半摘波。在给出了镇正弦波频暗率、幅值密和半个周否期内的脉瓜冲数后，糖PWM波瓶形各脉冲爽的宽度和竭间隔就可遍以准确计抢算出来。征按照计算活结果控制沉电路中各音开关器件枪的通断，冷就可以得乔到所需要苦的PWM企波形。采用电像力晶体朗管作为沙开关器绪件（也阳可采用准IGB屋T）的病电压型奏单相桥姿式逆变仔电路：（1）正颤半周，V卡1一直导安通，V4单交替导通胶。V1、柔V4同时略导通，uo=Ud。V娇1导通绞、V4旷关断时丝式，VD咸3续流基，uo=0。（2）负稼半周，V饺2一直导厕通，V3溜交替导通箩。V2、症V3同时耍导通，uo=-Ud。V2铺导通，V鼓3关断时支，VD险4续流，宏uo=0。单极性砖PWM骆控制方恳式：信毒号波u炼r的半际个周期议内，三抖角载波小uc只穷在一个搅方向变感化。双肌极性P衬WM控翅制方式眯：信号度波ur税的半个糟周期内敏，三角巾载波u谎c只在分两个方鬼向变化燃。三相桥野式PW弯M逆变伞电路二、SP漏WM控制剪电路1.模拟柏电路产生乌PWM方驳式2.集壤成电路冠构成三纹相SP圾WM控它制电路FEF4作752集垦成电路：虾产生SP悉WM信号衡开关频率蹲低，适应里于GTR叮器件。SLE4组520集牵成电路：想产生SP肚WM信号比开关频率全达20K谷z，适应您于IGB将T、GT弱R、丧G纷TO变频嘴器。新型单彻片微处鲁理器简准介:痛8x只Cl9称6MC柄是一个撕16位装微处理默器，其鸣内部有早一个三激相互补感SPW暖M波形冒发生器武，可直慨接输出请6路S凯PWM蹦信号，效驱动电印流达2豪0mA葛。第七章舰电力电猪子器件驱堂动与保护第一节列晶闸管撇门极触发充电路晶闸管膜触发电吹路作用使：为门镇极通过限触发电足压和触盯发电流听。一、触发盯电路的要并求晶闸管泼触发电睡压可以敬是交流损电正半偷周的一贪部分，缺也可以研是直流圾。通常箭采用脉啦冲电压邻，触发厕电路应饿满足以俊下要求绕：（1）触露发脉冲有岩足够的幅棚度实际触发醉电流为3蹄~5倍额扰定触发电耳流。（2）营触发脉午冲应有奖一定宽黄度触发脉碰冲宽度苏6u霞s以上丈最好2摇0~5裙0us雅。（3）触苹发脉冲前临沿要陡（4）伯触发脉拒冲要有霞足够功唤率（5）蛙触发脉凑冲与主样回路电扣源电压冠必须同步（6）触丸发脉冲具每有需要的惜移相范围二、单结忧晶体管触棵发电路b1—第毙一基极呜e警---发评射极b1—泰第二基苍极2.单结叔晶体管自热激振荡电五路电路加E腾c后，一扎路经R2续、R1加伴在单结晶标体管b2篇、b1极猴，另一路五通过电位亦器对电容乘充电。充堆到e-b惨1导通电盘压，电容寨C通过r坟b1、R想1回路放扬电。放