电力电子电路
电力电子逆变电路
逆变电路的定义
逆变电路是一种将直流电能转换为交流电能的电力电子装置 。
逆变电路的作用
逆变电路可以将直流电源转化为交流电源，从而满足各种不 同的电力需求。
逆变电路的分类及特点
逆变电路的分类
根据不同的控制方式和技术特点，逆变电路可分为不同的类型，如全控型、半 控型、电流型和电压型等。
逆变电路的特点
逆变电路具有高效率、低噪音、可靠性高、体积小、重量轻等优点。
最优控制策略
最优控制策略是基于最优控制理论设计的控制策略，旨在实现电力电子逆变电路的最优运行 。常用的最优控制策略包括线性二次型调节器（LQR）、模型预测控制（MPC）等。
优点：能够实现全局最优，具有较好的动态性能和稳态性能。
缺点：实现较为复杂，需要较高的计算能力，且可能存在稳定性和鲁棒性问题。
04
CATALOGUE
电力电子逆变电路的拓扑结构及工作模式
逆变电路的拓扑结构
半桥逆变电路
这种结构只需要一个半桥直流 电源，结构简单，成本低，但 输出电压只有电源电压的一半
。
全桥逆变电路
这种结构需要两个半桥直流电源， 输出电压是电源电压的两倍，具有 较高的电压输出能力和较宽的调压 范围。
多桥逆变电路
这种结构是将多个全桥逆变电路组 合在一起，可以提供更高的输出电 压和更大的输出电流。
逆变电路性能的预测与优化
实验与仿真结果分析
逆变电路实验数据的分析与 解释
仿真结果与实验结果的对比 分析
逆变电路性能的评估与改进 建议
电力电子逆变电路在实际应 用中的优缺点总结
06
CATALOGUE
电力电子逆变电路的发展趋势与挑战
技术发展趋势
高频化 随着电力电子技术的不断发展， 电力电子逆变电路的工作频率越 来越高，能够实现更高的功率密 度和更快的响应速度。
电力电子技术整流电路.
cos 2 60 1 0.21 0.45 220
U d 60V
78o
U 2 220 V
180o 78o 102o
U U2
1 sin 2 123.4V 4 2
③
单相半控桥带阻感负载的情况
在u2正半周，u2经VT1和VD4向负载供电。
u2 过零变负时，因电感作用电流不再流经变压器二次绕组， 而是由VT1和VD3续流。
在u2负半周触发角a时刻触发VT2，VT2导通，u2经VT2和VD3向 负载供电。 u2过零变正时，VD4导通，VD3关断。VT2和VD4续流，ud又为 零。
④
失控现象及解决办法
当a 突然增大至180或触发脉冲丢失时，会发生一个晶闸
管持续导通而两个二极管轮流导通的情况，这使ud成为正
弦半波，其平均值保持恒定，称为失控。 为避免这种情况的发生，可在负载侧并联一个续流二极管，感应 电势经续流二极管续流，而不再经过VT1和VD3，这样就可以使VT1 恢复阻断能力，
1 cos( ) 2
O ud
wt wt wt
Id Id
输出平均电流Id为：
Id Ud R
I d
O id i VTO i VD1 i VTO i VD 2 i VDO
3 R 4
Id Id
wt
晶闸管和续流二极管的平均电流分别为：
I VT
wt
Id
Id 2
R
w t1
w t
I. 感性负载加上续流二极管后 其输出平均电压Ud的波形与 阻性负载相同；
w t
Id
w t
电力电子技术整流电路总结
电力电子技术整流电路总结篇一：电力电子技术常见的整流电路特点总结电力电子技术常见的整流电路特点总结篇二：电力电子技术重要公式总结单相半波可控整流带电阻负载的工作情况：au1iRdbcde电阻负载的特点：电压与电流成正比，两者波形相同。
触发延迟角：从晶闸管开始承受正向阳极电压起到施加触发脉冲止的电角度,用a表示,也称触发角或控制角。
导通角：晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度，用θ表示。
直流输出电压平均值：1Ud????2U21?cos?2U2sin?td(?t)?(1?cos?)?0.45U22?2(3-1)VT的a移相范围为180?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。
带阻感负载的工作情况：bcdef阻感负载的特点：电感对电流变化有抗拒作用，使得流过电感的电流不发生突变。
续流二极管数量关系：idVT????id2?（3-5）（3-6）（3-7）iVT?idVdR?????id(?t)?2?id?2d????id2?12?iVdR???2??????id(?t)?id（3-8）2?2dabcdifgV单相半波可控整流电路的特点：1．VT的a移相范围为180?。
2.简单，但输出脉动大，变压器二次侧电流中含直流分量，造成变压器铁芯直流磁化。
3.实际上很少应用此种电路。
4.分析该电路的主要目的建立起整流电路的基本概念。
单相桥式全控整流电路带电阻负载的工作情况:bucdV图3-5单相全控桥式带电阻负载时的电路及波形数量关系：1?22U21?cos?1?cos?Ud??2U(:电力电子技术整流电路总结)2sin?td(?t)??0.9U2???22a角的移相范围为180?。
向负载输出的平均电流值为：（3-9）Ud22U21?cos?U21?cos?id???0.9R?R2R2流过晶闸管的电流平均值只有输出直流平均值的一半，即：(3-11)idVT1U21?cos??id?0.452R2（3-10）流过晶闸管的电流有效值：iVT1?2???1?(2U2U1???sin?t)2d(?t)?2sin2??R?2R2?（3-12）变压器二次测电流有效值i2与输出直流电流i有效值相等：2U2U22?1???。
电力电子技术整流电路
成一个直流电压源，对于整流电路，它们就是反电动势负载。 ◆电路分析
关断☞☞，|晶u此2闸|>后E管u时d导=，E通。才之有后晶，闸u管d=u承2，受id正电ud压R ，E，有直导至通|u的2|可=E能，。id即降至0使得晶闸管 ☞与电阻负载时相比，晶闸管提前了电角度停止导电，称为停止导电角。
☞为保证电流连续所需的电感量L可由下式求出：
Lp2
w I2dUm 2i n 2.87103
U2 Id mi
n
(3-17)
■例：单相桥式全控整流电路，U2=100V，负载中R=2Ω，L值极大，反电势 E=60V，当a=30时，要求：
①作出ud、id和i2的波形； ②求整流输出平均电压Ud、电流Id，变压器二次侧电流有效值I2； ③考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。
☞晶闸管导通角q与a无关，均为180，其电流平均值和
有效值分别为：IdT
1 2
I d和
IT
1 2Id
0.707Id。
☞变压器二次侧电流i2的波形为正负各180的矩形波，其
相位由a角决定，有效值I2=Id。
ud E
Oa q
wt
id Id
O
wt
b)
图3-7 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
■单相半波可控整流电路的特点是简单，但输出脉动大，变压器二次侧电流
中含直流分量，造成变压器铁芯直流磁化。为使变压器铁芯不饱和，需增
大铁芯截面积，增大了设备的容量。
■带电阻负载的工作情况
◆电路分析
☞闸管VT1和VT4组成一对桥臂，VT2 a)
电力电子技术 整流电路
3.1.1 单相半波可控整流电路 3.1.2 单相桥式全控整流电路 3.1.4 单相桥式半控整流电路
■整流电路（Rectifier）是电力电子电路中出现最早 的一种，它的作用是将交流电能变为直流电能供给直 流用电设备。
■整流电路的分类 ◆按组成的器件可分为不可控、半控、全控三种。 ◆按电路结构可分为桥式电路和零式电路。 ◆按交流输入相数分为单相电路和多相电路。 ◆按变压器二次侧电流的方向是单向或双向，分为单 拍电路和双拍电路。
1
cos
2
(3-1)
直流输出电压平均值为：
Ud
1
2
2U2 sintd(t)
2U 2
2
(1
cos )
0.45U 2
1
cos
2
(3-1)
只要改变控制角α，即可改变整流输出电压的平均值，达到 可控整流的目的。
整流输出电压的平均值从最大值变化到零时所对应的α的变 化范围，称为移相范围。图3-1所示电路的移相范围为π 。
0 t1
2
t
ug
① 在电源的正半周，晶闸管VT
0
t 承受正向电压。在被触发导通
ud
前，晶闸管处于正向阻断状态，
0
t 电源电压全部加在晶闸管上，
uVT
负载上的电压为零，流过负载
的电流也为零。负载的工作情况
VT
T
u1
u2
uVT ud
id R
a)
u2
0 t1
2
t
ug
0
t
ud
0
t
这种通过控制触发脉冲的相位来控制直流输出电压大小的方 式称为相控方式。
整流输出电压有效值为:
电力电子-整流电路
第3章 整流电路1.对于带阻感负载的单相半波可控整流电路的续流二极管D ，以下表达中正确的选项是：A.使变压器负边电压平均值减小；B.使负载中电流有效值增大；C.解决了变压器直流磁化问题；D.使电路功率因数增大。
1.对于带阻感负载的单相全波可控整流电路的续流二极管D ，以下表达中正确的选项是：A.使变压器负边电压平均值减小；B.使负载中电流有效值增加；C.本电路不存在变压器直流磁化问题；D.使电路功率因数增大。
2.对于单相半波可控整流电路带电阻性负载时，以下表达中正确的选项是：A.触发角增大，输出电压降低；B.负载电流不连续；C.触发延迟角与导通角之和等于π；D.晶闸管承受的最大反向电压为22U ；E.触发角移相范围是︒︒180~03.单相桥式全控整流电路带电感性负载时，以下表达中正确的选项是：A.在负载串有大电感的情况下，晶闸管导通角θ与触发角α无关，总是︒180；B.晶闸管可能承受的最大正反向电压均为22U ；C.负载串有大电感的情况下晶闸管移相范围为︒︒90~0；D.输出电压αcos 9.02U u d =。
E.变压器二次侧电流2i 为正负对称的︒180方波，其相对于2u 的相移由α决定，与负载电抗角ϕ无关。
α增大，2i 滞后2u 越多，功率因数越低。
4.对于单相半控桥式整流电路，以下表达中正确的选项是：图1全波阻感负载有续流二极管图2单相桥式半控整流电路A.电路中假设无续流二极管R VD 可能发生的失控现象。
当α突然增大到︒180时，或触发脉冲丧失，会发生一个晶闸管持续导通而两个二极管轮流导通的情况；B.接入续流二极管时，续流过程由R VD 完成，晶闸管因失去电流而关断；没有接入续流二极管时，1VT 与2VD 携手续流，直到3VT 触发导通后被反压强制关断；C.d u 波形没有负面积；D.控制角α移相范围为：︒180~0E.导通角αθ=P95〔1、2〕1.单相半波可控整流电路对纯电感负载供电，mH L 20=，V U 1002=，求当︒=0α和︒60时的负载电流d I ，并画出d u 与d i 波形。
电力电子器件与电路基础知识
电力电子器件与电路基础知识电力电子器件与电路是电力系统中不可缺少的重要组成部分。
它们在电能的转换、调节和控制过程中发挥着重要作用。
本文将探讨电力电子器件与电路的基础知识，包括其基本原理、分类、应用以及未来的发展趋势。
一、电力电子器件的基本原理电力电子器件是将电能转换为不同形式的能量的设备。
它通过控制电压和电流的转换，实现电能的调节和控制。
常见的电力电子器件包括二极管、可控硅、晶闸管、IGBT、MOSFET等。
1. 二极管二极管是一种用于电流只能单向通过的器件。
它由正向导通电阻和反向截止电阻组成。
在正向电压作用下，二极管变为导通状态，电流可以通过。
而在反向电压作用下，二极管变为截止状态，电流无法通过。
2. 可控硅可控硅是一种半导体器件，具有双向导通性。
它可以通过控制门极电压来控制电流的导通和截止。
一旦可控硅导通，就会维持导通状态，直到电流低于维持电流或者为关断触发条件。
3. 晶闸管晶闸管是一种可控硅器件，具有双向导通性。
它在可控硅的基础上加入了门极保持电路，能够在一定条件下，通过去除触发信号来实现关断。
晶闸管具有速度快、可靠性高的特点。
4. IGBTIGBT是继双极晶体管（BJT）和场效应晶体管（MOSFET）之后，出现的一种半导体功率开关器件。
它结合了MOSFET的低功耗特性和BJT的低导通压降，具有高速度、高可靠性、低开关损耗等优点。
5. MOSFETMOSFET是一种金属氧化物半导体场效应管，具有高输入电阻、低功耗、开关速度快等特点。
由于其工作原理和制造工艺的改进，使得MOSFET在电力电子领域得到广泛应用。
二、电力电子电路的分类及应用根据电力电子器件的不同特点和工作情况，电力电子电路可以分为直流电路、交流电路和混合电路等。
1. 直流电路直流电路主要用于直流电的转换和调节。
在直流电路中，双向控制器件如IGBT、MOSFET等被广泛应用。
直流电路常见的应用有直流变换器、电源逆变器、PWM调制器等。
第二章电力电子变换电路拓扑
综合可得桥式电路（图2.11）。当K1 为晶体管，K3，K5短路，K4开路，K2为二 极管，即得到如图2.12的CuK电路。
I K1
K2 K4
I K5
K3
基本拓扑单元三
I
I
+ V
等效为电流源
Cuk电路
Cuk电路实际上是一个升降压混合电路，称为直流变压器， 其输出电压极性与输入电压极性相反。在负载电流连续条件下， 通过波形分析和公式推导可得：
第 2 章 电力电子变换电路拓扑 研究及其综合、分析
概述 对偶原理及其应用 开关电路中的电源与负载 电力电子电路基本拓扑 电路拓扑综合应用举例 六种基本电路单元的分析 最小拓扑单元及PWM开关
2.1 概述
目前已经发现并得到广泛应用的电路不下几十 种，其中最基本的电路有直直变换器，交交变 换器，整流器和逆变器。在斩波器和逆变器 中，除PWM类型之外，最近发展较快的是谐 振型电路，而矩阵式变换器相对于传统的交交 变换器来说又是一场革命性的发展。 所谓电路拓扑研究和综合分析是指：根据电源、 负载的特性和工作周期的状况，选择最佳电路 拓扑结构,包括：决定半导体开关的数目和位置 以及是否需要加储能元件（电感和电感），分 析和确定各开关元件的动静态特性。
L1 C1 L2
Uin -
+
S
D
C2
U o +
考虑 C1 ,C2 足够大，故在一个开关周期中，其上电压可看作近 似不变；又在稳态情况下，电感 L，L2 上电压平均值为零，因 1 此可得：
U c 2 = U o , U c1 = U in＋U o
Δ I i1 = U in KT s L1
在 Ton 期间：
2.3 开关电路中的电源与负载
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二.参数计算 输出直流平均电压
负载平均电流
流过晶闸管Ｔ和整流二极管Ｄ的电流平均值 流过晶闸管Ｔ和整流二极管Ｄ的电流有效值 流过续流二极管D3的电流平均值和有效值
11.4 触发电路
触发电路:向晶闸管控制极提供触发信号的电路.
对触发电路的基本要求: (1)触发脉冲发出时刻,必须与主回路电源电压的相位 具有一定对应的控制角关系. (2)触发脉冲信号能提供足够大的电压和电流 ,应符合晶 闸管对触发信号的要求. (3)触发脉冲的上升前沿要陡,以保证触发时间的准确性. (4)触发脉冲要有足够的宽度 .
谢谢大家！
第11章 电力电子电路
内容导航
11.0 教学基本要求 11.1 概述 11.2 晶闸管的结构和工作原理 11.3 单相可控整流电路 11.4 触发电路 11.5 应用举例
习题解答
教学基本要求
熟悉:
晶闸管的工作原理和外特性;导通和 阻断条件;电阻性负载的单相半控桥式 整流电路工作原理;单结晶体管的工 作原理和外特性,单结晶体管组成触发 电路及同步触发电路的工作原理
(5)在触发脉冲发送之前,触发电路的输出电压应小于
0.15~0.2V.
11.4.1单结晶体管
一.结构
单结晶体管又称双基极晶体管.
内部结构：
等效电路:
管脚排列：
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
符号:
二.单结晶体管的伏安特性 单结晶体管的基本电路：
单结晶体管的等效电路：
单结晶体管的伏安特性是 指发射结特性
即 IE=ƒ(UE) UBB=常数
人生不是自发的自我发展，而是一长 串机缘 。事件 和决定 ，这些 机缘、 事件和 决定在 它们实 现的当 时是取 决于我 们的意 志的。 2020年 12月1 3日星 期日3 时15分2 0秒Su nday, December 13, 2020
感情上的亲密，发展友谊；钱财上的 亲密， 破坏友 谊。20 .12.13 2020 年12月 13日星 期日3 时15分 20秒2 0.12.1 3
3.当晶闸管导通后,将开关断开晶闸管仍将继续维持导通.
4.当阳极电流IA<IH或UAK ≤0V,晶闸管转为关断状态,称为 正相阻断状态.
5.在晶闸管的阳极和阴极间加反向电压,两PN结均反偏,处于 反向阻断状态.
晶闸管的导通条件: 在阳极和阴极之间加正向电压,在控制极加正向电压触发.
晶闸管是一种导通时间可以控制的,具有单向导电性能的 可控整流器件.
a
电路符号
g k
晶闸管外形
11.2.2晶闸管的工作原理
晶闸管的工作原理图
等效电路图
等效结构
晶闸管的工作原理:
1.晶闸管使用时,要求阳极和阴极之间加正相电压,在控制 极和阴极间加正相控制电压.
2.在触发信号Ugk的作用下,产生T2的基极电流IB2,即为触 为触发信号电流IG,经T2放大后形成IC2=β2·IB2,而IB1=IC2, 使T1的IC1=β1·β2·IB2,此电流又注入T2基极进一步放大,形成正 反馈,使晶闸管迅速导通,这一过程称为晶闸管触发导通.
了解: 晶闸管和单结晶体管的主要参数
11.1 概述
电力电子电路的功能
用微弱信号对电力电子器件进行通断控制,来实现 高电压,大电流的直流或交流电能之间进行各种形 式转换的电路. 电力电子器件又称电力或功率半导体器件,发展历程 第一代:以晶体管为主体的半控型器件
第二代:全控型器件
第三代:功率集成电路
电力电子器件的四种功能类型：
1. 交流电转换成直流电(AC￫DC) 2.交流电转换成交流电(AC￫AC)
3. 直流电转换成直流电(DC ￫DC) 4. 直流电转换成交流电(DC￫AC)
电力电子器件可取代接触器,实现通、断的 无触点控制
11.2晶闸管的结构和工作原理
晶闸管也称可控硅,它是一种大功率半导体器件 晶闸管的优点: 1.体积小 重量轻 2.耐压高 3.容量大 4.响应速度快
二.参数计算
1.输出电压和电流
输出直流电压平均值
11.3.2 电感性负载的单相半控桥式整流电路
电路图
波形图
一.工作原理
1.当u2为正半周时，在ωt=α时加触发脉冲，T1、D2导通， 负载上有io流过，在电感中储存磁场能量i2oL/2.当ωt=π时 T1和D2截止.
2.当u2为负半周时，在ωt=π~ (π ＋α)期间,无触发信号,Ｔ１、 Ｔ2和Ｄ1、D2均截止,电感上产生的自感应电势极性下正上 负.负载继续有电流io流过且iD=io. 当ωt= π ＋α时，在触发 信号作用下，使Ｔ2和Ｄ1导通，io方向不变.当ωt=2π时,Ｔ2 和Ｄ1截止，io继续流通.
5.控制灵活 6.寿命长及使用维护方便等 晶闸管的缺点: 1.晶闸管产生的大量谐波会对电网产生不良影响,造成干扰 2.过载能力和抗干扰能力差 3. 控制电路复杂等
11.2.1 晶闸管的结构
内部构造: 由四层半导体组成,中间形成三个PN结J1 J2和J3,外部引出 三个电极:阴极k,阳极a,控制极g .
加强自身建设，增强个人的休养。20 20年1 2月13 日上午 3时15 分20.1 2.132 0.12.1 3
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11.3单相可控整流电路
可控整流电路:利用晶闸管导通时间可控的特点,把交流电变
成大小可调的直流电的电路.
11.3.1电阻性负载的单相半控桥式整流电路
电阻性负载的单相半控桥式整流电路图
波形图
一.工作原理
(1)当u2为正半周时,a点为正电压,b点为负电压,当ωt=α时 ,T1在uG1作用下导通,T2阻断D1截止.当ωt=л,在u2过零时刻T1阻 断. (2)当u2为正半周时,b点为正电压,a点为负电压. 当ωt= л +α时,T2导通,T1阻断,D2截止.当ωt=2л时,u2过零使T2 阻断.
11.2.3晶闸管的伏安特性和主要参数
一.伏安特性
二.主要参数 1.电压定额: (1)正向转折电压UBO
(2)断态重复峰值电压UDRM
UDRM=UBO-100V
(3)反向击穿电压UBR (4)反向重复峰值电压URRM
URRM=UBR-100V (5)额定电压UD (6)正向平均电压UF
2.电流定额:
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得道多助失道寡助，掌控人心方位上 。03:1 5:200 3:15: 2003: 15Sun day, December 13, 2020
安全在于心细，事故出在麻痹。20.1 2.132 0.12.1 303:1 5:200 3:15: 20Dec embe r 13, 2020
相信相信得力量。20.12.132020年 12月13 日星期 日3时 15分2 0秒20. 12.13
谢谢大家！
每一次的加油，每一次的努力都是为 了下一 次更好 的自己 。20.1 2.132 0.12.1 3Sund ay, December 13, 2020
天生我材必有用，千金散尽还复来。 03:15: 2003: 15:20 03:15 12/13 /2020 3:15:20 AM
安全在于心细，事故出在麻痹。20.1 2.132 0.12.1 303:1 5:200 3:15: 20Dec embe r 13, 2020
踏实肯干，努力奋斗。2020年12月1 3日上 午3时1 5分20. 12.13 20.12 .13
追求至善凭技术开拓市场，凭管理增 创效益 ，凭服 务树立 形象。 2020年 12月1 3日星 期日上 午3时1 5分20 秒03:1 5:202 0.12. 13
特性曲线图
三.主要参数 单结晶体管主要参数: 分压比η 基极电阻Rbb 峰点电流IP 谷点电流IV 谷点电压UV 饱和电压UES 最大反压UB2E
反向电流IEO 调变电流IB2 耗散功率PB2M
11.4.2单结晶体管的触发电路
一.单结晶体管振荡电路
电路图
工作特性
波形图
二.振荡条件 三.振荡周期 由于T1<<T2,故振荡周期T～T2,振荡频率