第1章三相可控整流逆变
新能源电源变换技术 第1章 电力电子电源中的功率器件
内容
电力电子电源中的功率器件 ＤＣ－ＤＣ 变换器原理及应用 软开关技术 三相 ＡＣ－ＤＣ 整流电路及控制算法 逆变电源原理及应用
第一章 电力电子电源中的功率器件 功率电子器件概述 常见的功率开关器件 功率器件的驱动电路
1.1 功率电子器件概述
功率电子器件的发展方向：
电容效应：势垒电容、扩散电容
反向恢复特性：二极管在关断时刻，由于少数载流子存储效应，正向导通电流
IF不能立即消失，在短时间内存在反向（即由阴极到阳极）电流，这个时间称 作反向恢复时间。根据反向恢复时间的大小，可分为：普通二极管(trr较大， 适用于低频场合，如1kHz整流电路)；快速恢复二极管(trr < 5us，适用于高频 整流/斩波和逆变电路)；肖特基二极管(适用于50V以下低压高频型器件).
（3）高频功率器件： 如 MOSFET、快恢复二极管、肖特基二极管、SIT等
按导电载波的粒子
（1）多子器件： 如 MOSFET、肖特基二极管、SIT、JFET 等
（2）少子器件： 如 IGBT、 GTR、 GTO、快恢复二极管等
按是否可控
半控型：晶闸管
功率器件
门极可关断晶闸管(GTO)
全控型
双极性功率晶体管
1.3.2 隔离驱动电路
MOSFET及IGBT的驱动电路绝大部分采用光耦隔离。
开通过程的时间为零
关断过程的时间为零
1.1.2 开关器件的分类
按制作材料：Si功率器件、Ga功率器件、GaAs功率器件、SiC功率器件、GaN 功率器件及Diamond功率器件
按工作频率：
（1）低频功率器件： 如可控硅，普通二极管等；
（2）中频功率器件： 如 GTR、 IGBT、IGT/COMFET；
三相逆变器控制器工作原理
三相逆变器控制器工作原理
三相逆变器控制器的工作原理是通过对输入电源进行处理，将直流电源转换为需要的交流电信号。
首先，三相逆变器控制器采集输入电源的电压和电流信息，并将其送入控制器内部进行处理。
接下来，控制器使用特定的控制策略，如PWM (脉宽调制)控制策略，来生成一组合适的开关信号。
这些开关信号被发送到三相逆变器的开关器件（如功率MOSFET或IGBT）上，用来控制器开关器件的导通和截止。
通过适当地控制开关器件的导通和截止时间，可以实现需要的输出电流和电压波形。
在控制器中，还需要对输出电流和电压进行采样和测量，以实时监控输出信号的质量。
如果输出信号发生异常，控制器会采取相应的控制策略，如调整开关器件的导通和截止时间，以使输出信号恢复正常。
同时，三相逆变器控制器还可以通过调整开关器件的工作频率来控制输出信号的频率。
通过改变开关器件的导通和截止时间间隔，可以改变开关器件的开关频率，进而改变输出信号的频率。
总的来说，三相逆变器控制器通过采集、处理和控制输入电源信号，使其经过特定的控制策略，生成所需的输出电流和电压
波形。
这样，三相逆变器控制器能够将直流电源转换为需要的交流电信号，以满足特定的应用需求。
整流电路(ACDC变换)
1. 带电阻负载的工作情况
变压器T
起变换电压 隔离
交流输入为单相，直流输出电压波 形只在交流输入的正半周内出现， 故称为单相半波可控整流电路。
特点： 电压与电流成正比，两者波形相同
4
两个重要的基本概念
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。
21
单相全波与单相全控桥的区别 1. 单相全波中变压器结构较复杂，绕组及铁芯对铜、铁等材料
的消耗多。 2. 单相全波只用2个晶闸管，比单相全控桥少2个，相应地，门
极驱动电路也少2个；但是晶闸管承受的最大电压
为 2 2U 2 ，是单相全控桥的2倍。
3. 单相全波导电回路只含1个晶闸管，比单相桥少1个，因而管 压降也少1个。
若将器件看作理想开关，则可 将电力电子电路简化为分段线性 电路，分段进行分析计算。
图2-2 带阻感负载单相半波可控整 流电路及波形
6
VT
VT
当VT处于通态时，如下方程成立：
L
L
u2
u2
L
did dt
Rid
2U2 sin t
（2-2）
R
R
初始条件：ωt= ，id=0。求解式
（2-2）并将初始条件代入可得
➢ 从上述（2）、（3）考虑，单相全波电路有利于在低输出电 压的场合应用。
22
2.1 单相可控整流电路
2.1.1 单相半波可控整流电路 2.1.2 单相桥式全控整流电路 2.1.3 单相全波全控整流电路 2.1.4 单相桥式半控整流电路
23
2.1.4 单相桥式半控整流电路
VT
2
VT 1
三相电压型逆变电路
2-8
精品文档
2-9
精品文档
2-10
• 开关动作与输出电压(diànyā)关 系
• 电压基准点
• 以电源(diànyuán)
中点N’为0电 平基准点
精品文档
2-11
精品文档
2-12
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2-14
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2-16
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2-17
精品文档是全控型器件绝缘栅双极晶体管每个核心控制器件都反并联了一个二极管二极管的作用是什么
• 三相电压型逆变(nìbiàn)电路
1 工作原理分析
2 数量关系分析
精品文档
2-1
• 复习(fùxí)提问
1逆变电路根据什么的不同可以分为电压型逆变电路和电流型逆 变电路？ • 直流侧电源性质不同
2 在单相电压型逆变电路中用到的核心控制(kòngzhì)器件是什么管？ • 是全控型器件(qìjiàn)（绝缘栅双极晶体管）
三相电压型桥式逆变电路可以看成由三个 半桥逆变电路组成。
精品文档
2-3
三相电压型桥式逆变电路
电路结构(jiégòu)分析
直流侧由直流电压源并联 一个电容。但为了分析方 便，画作串联的两个(liǎnɡ ɡè)电容，并标出假想中点 N’
精品文档
图2-1 单相半波可控整流电路(diànlù)及波 形
2-4
2-7
• 三相电压型桥式逆变(nìbiàn)电路特 点
• 基本工作方式为180度导电。即每个桥臂的导电角度为180度。
• 同一相上下两个桥臂交替导电，各相开始导电的角度相 差(xiānɡ chà)120度，任一瞬间又三个桥臂同时导通。
电力电子技术课程设计--三相可控整流技术的工程应用
课程设计报告题目三相可控整流技术的工程应用学院名称电气信息学院专业班级 xxxxxxxxxxxxxxx学号 xxxxxxxxxx学生姓名 xxxxx指导教师 xxxxxxx2012年1月12日摘要电力电子技术在电力系统中有着非常广泛的应用。
据估计，发达国家在用户最终使用的电能中，有60%以上的电能至少经过一次以上电力电子变流装置的处理。
电力系统在通向现代化的进程中，电力电子技术是关键技术之一。
可以毫不夸张地说，如果离开电力电子技术，电力系统的现代化就是不可想象的。
整流电路技术在工业生产上应用极广。
如调压调速直流电源、电解及电镀的直流电源等。
整流电路就是把交流电能转换为直流电能的电路。
大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器等组成。
它在直流电动机的调速、发电机的励磁调节、电解、电镀等领域得到广泛应用。
整流电路尤其是三相桥式可控整流电路是电力电子技术中最为重要也是应用得最为广泛的电路，不仅应用于一般工业，也广泛应用于交通运输、电力系统、通信系统、能源系统及其他领域。
因此对三相桥式可控整流电路的相关参数和不同性质负载的工作情况进行对比分析与研究具有很强的现实意义，这不仅是电力电子电路理论学习的重要一环，而且对工程实践的实际应用具有预测和指导作用。
关键词：电力电子三相桥式可控电路整流AbstractPower electronics technology has a very wide range of applications in the power system. It is estimated that in developed countries more than 60% of the electrical energy at least through the end-use of electricity, more than once device processing power electronic converters. Power system in the process leading to the modern power electronics technology is one of the key technologies. It is no exaggeration to say that, if you leave power electronics technology, the modernization of the electric power system is unthinkable.Rectifier circuit technology has very wide application in industrial production. Such as voltage variable speed DC power supply, electrolysis and electroplating DC power. The rectifying circuit is the AC power is converted to DC power circuit. Most of the rectifier circuit by the transformer, rectifier circuit, and filters. It has been widely used in the field of DC motor speed control, generator excitation regulator, electrolysis, electroplating.Rectifier circuit, especially the three-phase bridge controlled rectifier circuit is the most important and the most widely used application circuit in the power electronics technology is not only used in general industrial, is also widely used in the transportation, electric power systems, communication systems, energy systems and other fields. Comparative analysis and study of the three-phase bridge controlled rectifier circuit parameters and the different nature of the work load has great practical significance, this is not only an important part of the learning power electronic circuit theory and engineering practice The practical application of predictive and guiding role.Key words：Power electronic Three-phase bridge controlled circuit Rectifier目录摘要 (2)一.设计任务书 (5)二.设计说明 (6)2.1设计目的 (6)2.2作用 (6)2.3技术指标 (6)三.设计方案的选择 (7)3.1三相桥式可控整流电路原理 (7)3.2三相桥式可控整流电路原理图 (7)3.3三相桥式可控整流电路工作波形 (8)3.4总设计框图 (10)四.触发电路的设计 (11)五.保护电路的设计 (12)5.1过电压保护 (12)5.2过电流保护 (13)六.参数的计算 (14)七.器件选择清单 (15)八.三相桥式可控整流电路的工程应用 (16)九.心得体会 (16)参考文献 (17)一．设计任务书院系：xxxxxxxxx年级：xxxxxx专业班级：xxxxxxxxxx二．设计说明2.1设计目的合理运用所学知识，进行电力电子电路和系统设计的能力，理解和掌握常用的电力电子电路及系统的主电路、控制电路和保护电路的设计方法，掌握元器件的选择计算方法。
三相全控桥的整流及逆变
9、三相全控桥式整流电路在什么条件下处于整流状态和逆变状态？整流和逆变状态有何作用？
答：三相全控桥式整流电路的控制角α在0°~90°时，电路工作在整流状态，将交流转为直流；α在90°~180°时，电路工作在逆变状态，将直流转为交流。
整流状态主要用于对发电机的励磁；逆变状态主要用于对发电机的灭磁。
11、何谓三相全控桥式整流电路的逆变状态？实现逆变的条件是什么？
答：三相全控桥式整流电路的逆变状态：将直流转变为交流，也就是当三相全控整流桥的控制角α> 90°时，将负载电感L中储存的能量反馈给交流电源，使负载电感L中的磁场能量很快释放掉。
逆变的条件：负载必须是电感性负载，且原来储存能量，即三相全控桥原来工作在整流工作状态；控制角α应在90°~180°之间，三相全控桥的输出电压平均值为负值；逆变时，交流侧电源不能消失。
电力电子技术三相桥式全控整流及有源逆变电路实验报告
一、实验背景整流是指将交流电变换为直流电的变换，而将交流电变换为直流电的电路称为整流电路。
整流电路是四种变换电路中最基本的变换电路，应用非常广泛。
对于整流电路，当其带不同负载情况下，电路的工作情况不同。
此外，可控整流电路不仅可以工作在整流状态，即将交流电能变换为直流电能，还可以工作在逆变状态，即将直流电能变换为交流电能，称为有源逆变。
在工业中，应用最为广泛的是三相桥式全控整流电路（Three Phase Full Bridge Converter），它是由两个三相半波可控整流电路发展而来。
该次试验即是针对三相桥式全控整流电路而展开的一些较为简单的学习与研究。
二、实验原理三相桥式全控整流及有源逆变该次实验连接电路图如下图所示整流有源逆变控制信号初始化约定：，，整流，，逆变，，临界注意事项：在接主电路过程中，晶闸管接入双刀双闸开关时一定要注意正负极必须正确匹配。
电容器用于吸收感性电流引起的干扰，使得示波器显示的波形更加标准、清晰。
双刀双掷开关在切换时主回路必须断电，否则很可能因切换时拉出电弧而损坏设备。
（一）整流电路1、整流的概念把交流电变换为直流电的变换称为整流（Rectifier），又叫AC-DC变换（AC-DC Converter）。
整流电路是一种把交流电源电压转换成所需的直流电压的电路。
AC-DC变换的功率流向是双向的，功率流向由交流电源流向负载的变换称之为“整流”，功率流向由负载流向交流电源的变换称之为“有源逆变”。
采用晶闸管作为整流电路的主控器件，通过对晶闸管触发相位的控制从而达到控制输出直流电压的目的，这样的电路称之为相控整流电路。
2、整流电路的分类（1）按电路结构分类①半波整流电路：半波整流电路中每根电源进线流过单方向电流，又称为零式整流电路或单拍整流电路。
②全波整流电路：全波整流电路中每根电源进线流过双方向电流，又称为桥式整流电路或双拍整流电路。
（2）按电源相数分类①单相整流电路：又分为单脉波整流电路和双脉波整流电路。
实验三、三相桥式全控整流及有源逆变电路实验
实验三、三相桥式全控整流及有源逆变电路实验一、实验目的（1）加深理解三相桥式全控整流及有源逆变电路的工作原理。
（3）了解KC系列集成触发器的调整方法和各点的波形。
二、实验线路的构成及原理（1）DDS02主电路挂箱配置原理DDS02挂箱包括脉冲和熔断丝指示、晶闸管（I组桥、Ⅱ组桥）电路、电抗器等内容。
脉冲有无指示为方便实验中判断对应晶闸管上门阴极上是否正常，若正常，则指示灯亮，否则则不亮；同样熔断丝指示也是同理。
主要分I组桥和Ⅱ组桥分别指示。
晶闸管电路装有12只晶闸管、6只整流二极管。
12只晶闸管分两组晶闸管变流桥，其中VTl~VT6为正组桥(I组桥)，由KP5-8晶闸管元件构成，一般不可逆、可逆系统的正桥、交-直-交变频器的整流部分均使用正组元件；由VT1ˊ~VT6ˊ组成反组桥(Ⅱ组桥)，元件为KP5-12晶闸管，可逆系统的反桥、交-直-交变频器的逆变部分使用反组元件；同时还配置了6只整流二极管VDl~VD6，可构成不可控整流桥作为直流电源，元件的型号为KZ5-10。
所有这些功率半导体元件均配置有阻容吸收、熔丝保护，电源侧、直流环节、电机侧均配置有压敏电阻或阻容吸收等过电压保护装置。
电抗器为平波电抗器L，共有4档电感值，分别为50mH、100mH、200mH、700mH，1200 mH可根据实验需要选择电感值。
续流二极管为桥式整流实验时电路续流用，型号为KZ5-10；另外挂箱还配有一组阻容吸收电路。
（2）DDS03控制电路挂箱配置原理DDS03挂箱包括三相触发电路及功放电路、FBC+FA（电流反馈与过流保护）、G（给定器）等内容。
面板上部为同步变压器，其连线已在内部接好，连接组为△/Y-1.可在“同步电源观察孔”观察同步电源的相位。
三相触发电路（GT）及功放电路（AP）包括有GTF正组（I组）触发脉冲装置和GTR 反组（Ⅱ组）触发脉冲装置，分别通过开关连至VF正组晶闸管和VR反组晶闸管的门极、阴极。
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I VT(AV)
I VT 0.368 I d 1.57
id波形有一定的脉动，但为简化分析及定量计算，可将id近似为一 条水平线。 三相半波的主要缺点在于其变压器二次电流中含有直流分量，为 此其应用较少。
3.2.2三相全控桥整流电路
二、三相桥式全控整流电路
T n ia
VT1 VT3 VT5 d1 a b id 负 c载 ud
6
积分区间应为π/6+α～ 5π/6+α
α =900时,正负半波相等,Ud=0 α的移相范围: 00~ 900 ②输出电流： Id=Ud/R=I
3.2.1三相半波可控整流电路
③晶闸管的电流： 平均值：
I dVT 1 2
5 6
有效值：
6
I d dt
VT4 VT6 VT2 d2
电路如图：应用最为广泛 共阴极组——阴极连接在一起的3个晶闸管（VT1，VT3，VT5） 共阳极组——阳极连接在一起的3个晶闸管（VT4，VT6，VT2） 编号：1、3、5，4、6、2
3.2.2三相全控桥整流电路
1. 带电Leabharlann 负载时的工作情况URM 2 3U2 6U2 2.45U2
I dVT
1 Id 3
3.2.1三相半波可控整流电路
T u2
三相半波可控整流 电路及波形
ud O ia O ib O ic O id O uVT O
1
a b V T2 c
V T1
L ud eL id R
ua
ub
uc
t t
iV T
O
t
3.2.1三相半波可控整流电路
(3)输出电压电流: α ≤300时，负载电流连续，有
1 Ud 2 3
5 6
2U 2 sin td (t )
6
3 6 U 2 cos 1.17U 2 cos 2
当α =0时，Ud最大，为 Ud Ud0 1.17U 2 ② α >30 0时，负载电流断续，晶闸管导通角减小，此时有：
第三章 第二节 三相可控整流电路
3.2.1三相半波可控整流电路 3.2.2三相全控桥整流电路
3.2.1三相半波可控整流电路
T a b ud u 2 = 0 u a b) O t1 uG O ud O iV T e) f) O uVT
1
一、三相半波可控整流电路 1. 电阻负载 (1)电路
3.2.1三相半波可控整流电路
二极管换相时刻为自然换相点，是各相晶闸管能触发导通的最早 时刻，将其作为计算各晶闸管触发角α的起点，即α =00。 ②晶闸管电压: 晶闸管的电压波形，由3段组成： 第1段，VT1导通期间，为一管压降，可近似为UT1=0 第2段，在VT1关断后，VT2导通期间，UT1=Ua-Ub=Uab，为一 段线电压 第3段，在VT3导通期间，UT1=Ua-Uc=Uac为另一段线电压 增大α值,将脉冲后移,整流电路的工作情况相应地发生变化。 ③变压器二次绕组的电流: 变压器二次侧a相绕组和晶闸管VT1的电流波形相同，变压器二次 绕组电流有直流分量。
V T3
t
t t t t
uac uab
uac
t
3.2.1三相半波可控整流电路
u2 过零时， VT1 不关断，直到 VT2 的脉冲到来，才换流，由 VT2 导 通向负载供电，同时向VT1施加反压使其关断——u2波形中出现负 的部分,波形仍然连续。 阻感负载时的移相范围为900。 (2)输出电压电流: 5 6 3 ①输出电压 Ud 2U 2 sin td (t ) 1.17U 2 cos 2
1 2π 3
π
π 6 α
Ud
2U 2 sin ω td (ω t )
3 2 π U 2 1 cos( α ) 2π 6
π 0.675 1 cos( α ) 6
因此：电阻负载时, α的变化范围:00~1500
3.2.1三相半波可控整流电路
③负载电流平均值为
Id
Ud R
晶闸管中的电流: ④晶闸管承受的最大反向电压：由波形图不难看出晶闸管承受的 最大反向电压为变压器二次线电压峰值，即 2. 阻感负载 特点：阻感负载，当L值很大时，id波形基本平直 (1)工作原理: ① α ≤300时：整流电压波形与电阻负载时相同。 ② α > 300时（如α =600时的波形如图所示）
V T1 V T2 V T3 id
a)
c
ub
uc
R
t2
t3
t
c)
t
d)
1
t
t t
u ab u ac
O
3.2.1三相半波可控整流电路
变压器二次侧接成星形得到零线，而一次侧接成三角形避免 3次 谐波流入电网。 三个晶闸管分别接入a、b、c三相电源，其阴极连接在一起—— 共阴极接法。 (2)工作原理: ① α =0 时的工作原理分析(波形图α =00 ） 假设将电路中的晶闸管换作二极管. 一周期中， 在ωt1~ωt2期间，VD1导通，Ud=Ua 在ωt2~ωt3期间，VD2导通，Ud=Ub 在ωt3~ωt4期间，VD3导通，Ud=Uc
3.2.1三相半波可控整流电路
负载电流处于连续 和断续之间的临界状态
u 2 = 3 0u ° a ub uc
负载电流断续， 晶闸管导通角小于1200
° u 2 =6 0u a ub uc
O uG O ud O iV T
t
O uG O ud O
1
t
t t1 t
t t
1
O uVT u 1 ac O u ab u ac
I d 5 1 ( ) Id 2 6 6 3
I VT
1 2
5 6
6
2 Id dt
Id 3
I2
④晶闸管最大正反向电压峰值均为变压器二次线电压峰值:
UFM URM 2.45U2
3.2.1三相半波可控整流电路
⑤晶闸管的额定电流为：
u 2 = 0°u a u d1
ub
uc
⑴ α =00时的情况(如图⒈所示) 分析：与将电路中的晶闸管换作 O 二极管的情况相同。 u d2