电力电子电路
电力电子技术第4章 逆变电路
t
14
4.2.1 单相电压型逆变电路
◆工作原理 ☞设开关器件V1和V2的栅极信 号在一个周期内各有半周正偏，半 周反偏，且二者互补。 ☞输出电压uo为矩形波，其幅 值为Um=Ud/2。 ☞电路带阻感负载，t2时刻给 V1关断信号，给V2开通信号，则 V1关断，但感性负载中的电流io不 能立即改变方向，于是VD2导通续 流，当t3时刻io降零时，VD2截止， V2开通，io开始反向。
1 uNN' (uUN' uVN' uWN' ) 3 1 (uUN uVN uWN ) 3 1 = (uUN' uVN' uWN' ) 3
O
WN'
t
O
UV
t U
d
d) u e) u f)
O
U
NN'
t
d
O
2 U 3
d
6
t
U 3
d
UN
O iU
t
g) i h)
O
t
d
O
27
t
O
wt
7
4.1.2 换流方式分类
◆负载换流 ☞由负载提供换流电压的换流方式。
☞负载电流的相位超前于负载电压的场合，都可实现负 载换流，如电容性负载和同步电动机。
uo io O i O i iVT iVT
1
uo ωt
io
4
iVT
2
iVT
3
ωt ωt
4
O uVT
a) O
u VT
t1
1
uVT b)
ωt
8
a) Um O - Um io O
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
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。
电力电子电路及系统-硕士
特点：
• • • • • 功率范围大 应用范围广 涉及到的学科多 理论与实践密切相联 发展迅速（几乎每一项与电气工 程相关的技术进步都会推进电力 电子技术的发展）。
构成基本元素与系统构成
• 构成基本元素：二极管，IGBT等， 电容，电感，电阻，控制电器，导 线。 • 系统构成：主电路及其吸收电路， 控制电路，抗电磁干扰电路。
干扰问题（主要干扰源）
• • • • • • 直流电机换向 接触器与继电器开合 雷电浪涌 静电 白炽灯 大功率用电装置启动
机车辅助电源
• 直交型辅助电源 • 交直交型辅助电源
焊接电源
图2 第三种单端逆变电路
图5焊接时输出电流波形
使用Tek公司A622电流探头，比 例为10mv/A
洁净能源或可再生能源利用：
• • • • 风能发电 太阳能发电 潮汐发电 生物能发电
通讯电源
特殊电源：
• • • • • • 电子模拟负载 交流牵引电机的实验系统 电力测功机 水电解电源 蓄电池充放电机 补偿式交流稳压电源
电子模拟功率负载
交流牵引电机的实验系统
• • • • • 能四象限运行 零转速时保持恒转矩 计算机集中控制及良好的人机接口 各种参变量的实时采集测量 试验分析
系统结构
上位机
DSP
DSP
DSP
DSP
调 压 器
D
F
升压 电路
能馈 逆变
电 网
系统A
系统B
系统C
系统D
主电路结构
调 电 网 压 器 D F 升 压 电 路 能 馈 逆 变
• 第六章
谐振变换器与软开关技术（4学时） 谐振逆变器 零电压开关 零电流开关 零电压（零电流）多象限逆变器 谐振链逆变器 • 第七章 电力电子技术在ＦＡＣＴＳ技术中的应 用（4学时） 功率因数补偿 谐波补偿 动态电压补偿器 潮流控制器
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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(4)触发脉冲要有足够的宽度 .
(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.
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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：
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符号:
电力电子电路
二.参数计算
1.输出电压和电流
输出直流电压平均值
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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
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电力电子电路
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.
电力电子电路
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
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
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.
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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
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UDRM=UBO-100V
电力电子电路
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2020/11/27
电力电子电路
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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
电力电子电路
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
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电力电子电路
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 .
a
电路符号
g k
晶闸管外形
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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:
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
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.
电阻性负载的单相半控桥式整流电路图
波形图
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电力电子电路
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.
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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
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
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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(1)额定正向平均电流IF (2) 掣住电流ILA (3)维持电流IH (4)浪涌电流IFSM
电力电子电路
3.控制极定额: (1)控制极触发电压UG,触发电流IG
(2)瞬时正向和反向最大电压和电流,平均功 率及瞬时最大功率
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.
二.参数计算
4.其它定额 三.晶闸管的型号
KP
通态平均电压UF组别 额定电压UD等级 额定通态平均电流IF系列 普通型晶闸管(S-双速型,K-快速型) 晶闸管特性
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电力电子电路
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
第三代:功率集成电路
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电力电子电路
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
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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.
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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
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UDRM=UBO-100V
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(3)反向击穿电压UBR (4)反向重复峰值电压URRM
(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 .
(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.
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11.4.1单结晶体管
输出直流平均电压
负载平均电流
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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
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电力电子电路
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.
二.参数计算
1.输出电压和电流
输出直流电压平均值
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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
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电力电子电路
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.
了解: 晶闸管和单结晶体管的主要参数
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电力电子电路
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
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.
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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.