第8章电力电子装置(组合变流电路).pptx
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电力电子技术第四版课后题答案第八章
电力电子技术第四版课后题答案第八章第8章组合变流电路1. 什么是组合变流电路？答：组合变流电路是将某几种基本的变流电路（AC/DC、DC/DC、AC/AC、DC/DC）组合起来，以实现一定新功能的变流电路。
2. 试阐明图8-1间接交流变流电路的工作原理，并说明该电路有何局限性。
答：间接交流变流电路是先将交流电整流为直流电，在将直流电逆变为交流电，图8-1所示的是不能再生反馈电力的电压型间接交流变流电路。
该电路中整流部分采用的是不可控整流，它和电容器之间的直流电压和直流电流极性不变，只能由电源向直流电路输送功率，而不能由直流电路向电源反馈电力，这是它的一个局限。
图中逆变电路的能量是可以双向流动的，若负载能量反馈到中间直流电路，导致电容电压升高。
由于该能量无法反馈回交流电源，故电容只能承担少量的反馈能量，这是它的另一个局限。
3. 试分析图8-2间接交流变流电路的工作原理，并说明其局限性。
答：图8-2是带有泵升电压限制电路的电压型间接交流变流电路，它是在图8-1的基础上，在中间直流电容两端并联一个由电力晶体管V0和能耗电阻R0组成的泵升电压限制电路。
当泵升电压超过一定数值时，使V0导通，把从负载反馈的能量消耗在R0上。
其局限性是当负载为交流电动机，并且要求电动机频繁快速加减速时，电路中消耗的能量较多，能耗电阻R0也需要较大功率，反馈的能量都消耗在电阻上，不能得到利用。
4. 试说明图8-3间接交流变流电路是如何实现负载能量回馈的。
答：图8-3为利用可控变流器实现再生反馈的电压型间接交流变流电路，它增加了一套变流电路，使其工作于有源逆变状态。
当负载回馈能量时，中间直流电压上升，使不可控整流电路停止工作，可控变流器工作于有源逆变状态，中间直流电压极性不变，而电流反向，通过可控变流器将电能反馈回电网。
5. 何为双PWM电路？其优点是什么？答：双PWM电路中，整流电路和逆变电路都采用PWM控制，可以使电路的输入输出电流均为正弦波，输入功率因数高，中间直流电路的电压可调。
《电力电子变流技术》课件
智能电网中的变流技术
智能电网中的变流技术主要用于实现分布式电源的接入和能量调度，通过整流器 和逆变器将各种分布式电源的电能调整为标准化的形式，并实现与大电网的协调 运行。
智能电网中的变流技术还可以实现需求侧管理和能效管理等功能，提高能源利用 效率和系统稳定性。
04
电力电子变流技术的挑战与解 决方案
详细描述
控制策略的优化是解决电力电子变流技术挑战的重要手段之一。通过改进控制算法和优化设备参数， 可以提高电力电子变流设备的运行效率和可靠性，降低能源损耗，提高设备的安全性和稳定性。同时 ，控制策略的优化还可以提高设备的动态性能和响应速度，满足各种复杂的应用需求。
05 未来展望
新材料、新器件的应用
能效问题
总结词
电力电子变流技术在转换电能时存在能效问题，导致能源浪费和环境污染。
详细描述
随着电力电子设备的应用越来越广泛，电力电子变流技术在转换电能时产生的能效问题也日益突出。能效问题主 要表现在设备运行过程中产生的损耗和能源浪费，这些损耗不仅增加了设备的运行成本，还对环境造成了污染。
可靠性问题
《电力电子变流技术》 ppt课件
目录
Contents
• 电力电子变流技术概述 • 电力电子变流技术的基本原理 • 电力电子变流技术的应用实例 • 电力电子变流技术的挑战与解决方
案 • 未来展望
01 电力电子变流技术概述
定义与特点
总结词
电力电子变流技术是一种利用电力电子器件进行电能转换的技术，其特点包括高效、灵 活、可调等。
升压型直流变换器
通过开关元件的通断改变 电感或电容的储能，实现 直流电压的升高或降低。
直流变换器的效率
直流变换器的效率取决于 开关元件的特性和电路参 数，是评价直流变换器性 能的重要指标。
第8章 组合变流电路
在给定信号之后设置的给定积分器，将阶跃给定信号转换为按设定 斜升率高逐或渐 降变 低化 ，的 避斜 免坡 产信 生号冲击ugt，。从而使电动机的电压和转速都平缓地
图8-9 采用恒压频比控制的变频调速系统框图
2020/1/7
西南交通大学峨眉校区电气工程系
11
8.1.2 交直交变频器
给定积分器输出的极性代表电机转向，幅值代表输出电
开始，随时间线性的增长，直到S关断。
为防止变压器的激磁电感饱和，必须设
法使激磁电流在S关断后到下一次再开
通的时间内降回零，这一过程称为变压
器的磁心复位。
变压器的磁心复位时间为:
trst
N1 N3
ton
(8-1)
输出滤波电
感电流连续
的情况下
(8-2)
输出电压
2020/1/7
输出电感电 流不连续时
Uo
2020/1/7
西南交通大学峨眉校区电气工程系
9
8.1.2 交直交变频器
1. 恒压频比控制
异步电动机的转速由主要电源频率和极对数决定，为 避免电动机因频率变化导致磁饱和而造成励磁电流增 大,引起功率因数和效率的降低，需对变频器的电压 和频率的比率进行控制，使该比率保持恒定，即恒压 频比控制，以维持气隙磁通为额定值。
利用可控变流器实现再生反馈的 电压型间接交流变流电路。
当负载回馈能量时，可控变流 器工作于有源逆变状态，将电能 反馈回电网。
图8－3 利用可控变流器实现再生 反馈的电压型间接交流变流电路
2020/1/7
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8.1.1 间接交流变流电路原理
整流和逆变均为PWM控制的 电压型间接交流变流电路。
图8-9 采用恒压频比控制的变频调速系统框图
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8.1.2 交直交变频器
给定积分器输出的极性代表电机转向，幅值代表输出电
开始，随时间线性的增长，直到S关断。
为防止变压器的激磁电感饱和，必须设
法使激磁电流在S关断后到下一次再开
通的时间内降回零，这一过程称为变压
器的磁心复位。
变压器的磁心复位时间为:
trst
N1 N3
ton
(8-1)
输出滤波电
感电流连续
的情况下
(8-2)
输出电压
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输出电感电 流不连续时
Uo
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8.1.2 交直交变频器
1. 恒压频比控制
异步电动机的转速由主要电源频率和极对数决定，为 避免电动机因频率变化导致磁饱和而造成励磁电流增 大,引起功率因数和效率的降低，需对变频器的电压 和频率的比率进行控制，使该比率保持恒定，即恒压 频比控制，以维持气隙磁通为额定值。
利用可控变流器实现再生反馈的 电压型间接交流变流电路。
当负载回馈能量时，可控变流 器工作于有源逆变状态，将电能 反馈回电网。
图8－3 利用可控变流器实现再生 反馈的电压型间接交流变流电路
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8.1.1 间接交流变流电路原理
整流和逆变均为PWM控制的 电压型间接交流变流电路。
电力电子技术-间接直流变流电路
峰值电压均为Ui。
全桥电路原理图
S1
ton
S2 O
t
O
T
t
uS1
2Ui
uSO2
t 2Ui
O
t
iS1
iSO2
t
iDO1
iL
t
iDO2
t iL
O
t
全桥电路的理想化波形
组合变流电路 (2)
z 如果S1、S4与S2、S3的导通时间不 对称，则交流电压uT中将含有直流分 量，会在变压器一次侧产生很大的直 流 分量，造成磁路饱和，因此全桥
加；
S关断后，W1绕组的电流被切 断，变压器中的磁场能量通过
W2绕组和VD向输出端释放。
电流连续模式：当S开通时，W2 绕组中的电流尚未下降到零。 输出电压关系：
U o = N 2 t on
Ui
N 1 t off
(8-2)
反激电路原理图
S ton
toff
O
t
uS
Ui
t
O
iS
t iVOD
t O
反激电路的理想化波形
组合变流电路 (2)
5. 推挽电路
工作过程
通推，挽在电绕路组中N两1和个N开,1关两S端1和分S别2交形替成导相位 相反的交流电压。
S1导通时，二极管VD1处于通态，电感
L的电流逐渐上升。
S2导通时，二极管VD2处于通态，电感
L电流也逐渐上升。
当两个开关都关断时，VD1和VD2都处 于通态，各分担一半的电流。S1和S2
3）双端电路的整流电路可以有多种形式，本章介绍了常用的全桥 和全波两种，它们具有各自的特点和不同的应用场合。
结束
Uo = N2 2ton Ui N1 T
全桥电路原理图
S1
ton
S2 O
t
O
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t 2Ui
O
t
iS1
iSO2
t
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t
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t iL
O
t
全桥电路的理想化波形
组合变流电路 (2)
z 如果S1、S4与S2、S3的导通时间不 对称，则交流电压uT中将含有直流分 量，会在变压器一次侧产生很大的直 流 分量，造成磁路饱和，因此全桥
加；
S关断后，W1绕组的电流被切 断，变压器中的磁场能量通过
W2绕组和VD向输出端释放。
电流连续模式：当S开通时，W2 绕组中的电流尚未下降到零。 输出电压关系：
U o = N 2 t on
Ui
N 1 t off
(8-2)
反激电路原理图
S ton
toff
O
t
uS
Ui
t
O
iS
t iVOD
t O
反激电路的理想化波形
组合变流电路 (2)
5. 推挽电路
工作过程
通推，挽在电绕路组中N两1和个N开,1关两S端1和分S别2交形替成导相位 相反的交流电压。
S1导通时，二极管VD1处于通态，电感
L的电流逐渐上升。
S2导通时，二极管VD2处于通态，电感
L电流也逐渐上升。
当两个开关都关断时，VD1和VD2都处 于通态，各分担一半的电流。S1和S2
3）双端电路的整流电路可以有多种形式，本章介绍了常用的全桥 和全波两种，它们具有各自的特点和不同的应用场合。
结束
Uo = N2 2ton Ui N1 T
电力电子技术第八章.
2018年10月9日星期二
14
金陵科技学院机电工程学院电气系
杭阿芳主讲
8.1.2 交直交变频器
金陵科技学院机电Biblioteka 程学院电气系杭阿芳主讲第8章 组合变流电路
组合变流电路 AC/DC DC/DC AC/AC DC/AC
几种基本的变流 电路组合起来
先将交流整流为直流，再逆变为
间接交流变流电路 交流，是先整流后逆变的组合 先将直流逆变为交流，再整流为 间接直流变流电路 直流电，是先逆变后整流的组合
2018年10月9日星期二
8.1 间接交流变流电路
8.2 间接直流变流电路
2018年10月9日星期二
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金陵科技学院机电工程学院电气系
杭阿芳主讲
8.1 间接交流变流电路原理
8.1.1 间接交流变流电路原理
8.1.2 交直交变频器
8.1.3 恒压恒频（CVCF）电源
2018年10月9日星期二
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金陵科技学院机电工程学院电气系
杭阿芳主讲
AC （电源）
AC （负载）
图8-3 利用可控变流器实现再生反馈的电压型 间接交流变流电路
2018年10月9日星期二
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金陵科技学院机电工程学院电气系
杭阿芳主讲
2．电流型间接交流变流电路 ●整流电路为不可控的二极 管整流，输出电压和电流 的极性均不可变，电路不
AC 电源 AC 负载
能将负载侧的能量反馈到
整流和逆变均为PWM控制的电压型间接交流变流电路 ●当负载为电动机时，电动
机可工作在电动运行状态，
AC （电源） AC （负载）
也可工作在再生制动状态 ● 改变输出交流电压的相序
可使电动机正转或反转，
电力电子变流技术PPT课件
I2
1 3
I m 55.7A
Kf2
I2 Id2
1.67
思考1：如果晶闸管的额定电流是100A,考虑晶闸管的安全裕量,请问在以 上的情况下, 允许流过的平均电流是多少?
IT
IIdd
1.57 IT (
IT
2 K 1
IT Kf1f 2
AV ) 115577 A 11.57741.6970 .2 A94
2. 功率二极管的主要参数
(1) 反向重复峰值电压URRM 取反向不重复峰值电压URSM的80％称为反向重复峰 值电压URRM，也被定义为二极管的额定电压URR。显 然，URRM小于二极管的反向击穿电压URO。
(2) 额定电流IFR
二极管的额定电流IFR被定义为其额定发热所允许的正弦半波电流 平均值。其正向导通流过额定电流时的电压降UFR一般为1～2V。 当二极管在规定的环境温度为+40℃和散热条件下工作时，通过正 弦半波电流平均值IFR时，其管芯PN结温升不超过允许值。若正弦 电流的最大值为Im，则额定电流为
在室温且阳极电压为6V直流电压时，使晶闸管从阻断到完全开通 所必需的最小门极直流电流。
(8) 门极触发电压UGT
对应于门极触发电流时的门极触发电压。触发电路给门极的电压 和电流应适当地大于所规定的UGT和IGT上限，但不应超过其峰值 IGFM 和 UGFM。
(9) 断态电压临界上升率du/ dt
1.1.1 功率二极管的结构和工作原理
1. 功率二极管的结构
A
K A
a)
A
PN
K
I
J
K
b)
c)
2. 功率二极管的工作原理
由于PN结具有单向导电性，所以二极管是一 个正方向单向导电、反方向阻断的电力电子器 件。
电力电子变流技术电子教案
➢ 开关S开通后，变压器绕组N1两端的电压为上正下负，
与 处于其通耦态合，的VND2绕2为组断两态端，的电电感压L的也电是流上逐正渐下增负长。；因此VD1 ➢ S关断后，电感L通过VD2续流，VD1关断。S关断后变压
器的励磁电流经N3绕组和VD3流回电源，所以S关断后承
➢ 变压受器的的电磁压为心复。位uS： (开1 关NN13 S)U开i 通后，变压器的激磁电流 由零开始，随着时间的增加而线性的增长，直到S关断。 为防止变压器的激磁电感饱和，必须设法使激磁电流 在S关断后到下一次再开通的一段时间内降回零，这一 过程称为变压器的磁心复位。
蓄
2021/8/10
电
16
池
8.1.3 恒压恒频（CVCF）电源
➢ 市电异常乃至停电时，蓄电池的直流电经逆变器变换 为恒频恒压交流电继续向负载供电，供电时间取决于 蓄电池容量的大小。
➢ 为了保证长时间不间断供电，可采用柴油发电机（简 称油机）作为后备电源。
➢ 增加旁路电源系统，可使负载供电可靠性进一步提高。
➢ 笼型异步电动机的定子频率控制方式，有：(1) 恒压频比（U/f）控制； (2) 转差频率控制；(3) 矢量控制；(4) 直接转矩控制等。
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8.1.2 交直交变频器
1．恒压频比控制 ➢ 为避免电动机因频率变化导致磁饱和而造成励磁电流
增大，引起功率因数和效率的降低，需对变频器的电 压和频率的比率进行控制，使该比率保持恒定，即恒 压频比控制，以维持气隙磁通为额定值。 ➢ 恒压频比控制是比较简单，被广泛采用的控制方式。 该方式被用于转速开环的交流调速系统，适用于生产 机械对调速系统的静、动态性能要求不高的场合。
PWM生成
电机动正、反 转
与 处于其通耦态合，的VND2绕2为组断两态端，的电电感压L的也电是流上逐正渐下增负长。；因此VD1 ➢ S关断后，电感L通过VD2续流，VD1关断。S关断后变压
器的励磁电流经N3绕组和VD3流回电源，所以S关断后承
➢ 变压受器的的电磁压为心复。位uS： (开1 关NN13 S)U开i 通后，变压器的激磁电流 由零开始，随着时间的增加而线性的增长，直到S关断。 为防止变压器的激磁电感饱和，必须设法使激磁电流 在S关断后到下一次再开通的一段时间内降回零，这一 过程称为变压器的磁心复位。
蓄
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电
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池
8.1.3 恒压恒频（CVCF）电源
➢ 市电异常乃至停电时，蓄电池的直流电经逆变器变换 为恒频恒压交流电继续向负载供电，供电时间取决于 蓄电池容量的大小。
➢ 为了保证长时间不间断供电，可采用柴油发电机（简 称油机）作为后备电源。
➢ 增加旁路电源系统，可使负载供电可靠性进一步提高。
➢ 笼型异步电动机的定子频率控制方式，有：(1) 恒压频比（U/f）控制； (2) 转差频率控制；(3) 矢量控制；(4) 直接转矩控制等。
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8.1.2 交直交变频器
1．恒压频比控制 ➢ 为避免电动机因频率变化导致磁饱和而造成励磁电流
增大，引起功率因数和效率的降低，需对变频器的电 压和频率的比率进行控制，使该比率保持恒定，即恒 压频比控制，以维持气隙磁通为额定值。 ➢ 恒压频比控制是比较简单，被广泛采用的控制方式。 该方式被用于转速开环的交流调速系统，适用于生产 机械对调速系统的静、动态性能要求不高的场合。
PWM生成
电机动正、反 转
电力电子变流技术PPT课件
电子技术
形成正反馈过程
iB2 iG
iC2 2iGiB1
iC1 β1iC2
12iGiB2
在极短时间内使两个 三极管均饱和导通，此 过程称触发导通。
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晶闸管工作原理
A
ββ 12
iG
T1
iG
G
iB2
E
G
R
β 2iG
T2 EA_+
K EA > 0、EG > 0
电子技术
uo = 0, uT = u ，故称可控整流。
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(2) 工作原理 u
电子技术
O
ug
t1
2
t
O
t
u > 0时: 0~t1, ug 0, 晶闸管不导通。
uo0, uTu。
t1 : 加触发信号，晶闸管承受正向电压导通
uou, uT0。
u < 0 时: 可控硅承受反向电压不导通
I IF
+_
维持电流
UBR URRM
IH
反向转折电压
o U _+
反向特性
IG2 > IG1 > IG0 = 0 IG2 IG1 IG0
UFRM UBO U
正向转折电压
正向特性
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晶闸管主要参数
电子技术
UFRM: 正向重复峰值电压（晶闸管耐压值） 晶闸管控制极开路且正向阻断情况下,允
u1 v2 w3 ud R id
电流处于连续与断续的临界点，１、２、３
晶闸管导通角仍为120°
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8.1.1.2 交直交变频器
8.1.1.2 交直交变频器
8.1.1.2 交直交变频器
8.1.1.2 交直交变频器
8.1.1.2 交直交变频器
8.1.1.2 交直交变频器
8.1.1.2 交直交变频器
8.1.1 间接交流变流电路
• 8.1.1.1 间接交流变流电路原理 • 8.1.1.2 交直交变频器 • 8.1.1.3 恒压恒频（CVCF）电源
8.1.1.1 间接交流变流电路原理
8.1.1.1 间接交流变流电路原理
8.1.1.1 间接交流变流电路原理
8.1.1.1 间接交流变流电路原理
8.1.1.1 间接交流变流电路原理
8.1.1 间接交流变流电路
• 8.1.1.1 间接交流变流电路原理 • 8.1.1.2 交直交变频器 • 8.1.1.3 恒压恒频（CVCF）电源
• 8.1.2.1 正激电路 • 8.1.2.2 反邀电路 • 8.1.2.3 半桥电路 • 8.1.2.4 全桥电路 • 8.1.2.5 推挽电路 • 8.1.2.6 全波整流和全桥整流 • 8.1.2.7 开关电源
8.1.2.2 反邀电路
8.1.2.2 反邀电路
8.1.2 间接直流变流电路
• 8.1.2.1 正激电路 • 8.1.2.2 反邀电路 • 8.1.2.3 半桥电路 • 8.1.2.4 全桥电路 • 8.1.2.5 推挽电路 • 8.1.2.6 全波整流和全桥整流 • 8.1.2.7 开关电源
8.1.2.6 全波整流和全桥整流
8.1.2.6 全波整流和全桥整流
8.1.2.6 全波整流和全桥整流
8.1.1.3 恒压恒频（CVCF）电源
8.1.1.3 恒压恒频（CVCF）电源
8.1.1.3 恒压恒频（CVCF）电源
8.1.1.3 恒压恒频（CVCF）电源
8.1 组合变流电路
• 引言 • 8.1.1 间接交流变流电路 • 8.1.2 间接直流变流电路
Hale Waihona Puke 8.1.2 间接直流变流电路
8.1.2 间接直流变流电路
本章概述
• 1） 常用的电力电子装置通常是由前述章节所 学的不同电路组成，本章重点讲述有关这些电 力电子装置基本组合变流电路。
• 2）另外还要介绍电力电子装置几个典型的应 用
第8章 电力电子装置
• 概述 • 8.1 组合变流电路 • 8.2 开关电源 • 8.3 有源功率因数校正 • 8.4 不间断电源（UPS） • 8.5 静止无功补偿装置 • 8.6 变频调速装置 • 本章小结
3、CVCF变流电路主要用于UPS，掌握其基本构 成方式，特点及主电路结构。
4、掌握间接直流变换电路中的能量转换过程为直 流——交流——直流，交流环节含有变压器。
第8章 电力电子装置
• 概述 • 8.1 组合变流电路 • 8.2 开关电源 • 8.3 有源功率因数校正 • 8.4 不间断电源（UPS） • 8.5 静止无功补偿装置 • 8.6 变频调速装置 • 本章小结
• 8.1.2.1 正激电路 • 8.1.2.2 反邀电路 • 8.1.2.3 半桥电路 • 8.1.2.4 全桥电路 • 8.1.2.5 推挽电路 • 8.1.2.6 全波整流和全桥整流 • 8.1.2.7 开关电源
8.1.2.4 全桥电路
8.1.2.4 全桥电路
8.1.2 间接直流变流电路
• 8.1.2.1 正激电路 • 8.1.2.2 反邀电路 • 8.1.2.3 半桥电路 • 8.1.2.4 全桥电路 • 8.1.2.5 推挽电路 • 8.1.2.6 全波整流和全桥整流 • 8.1.2.7 开关电源
8.1.2.5 推挽电路
8.1.2.5 推挽电路
8.1.2.5 推挽电路
8.1.2 间接直流变流电路
电气工程系 电气工程教研室
教案编写： 肖强晖 廖无限 授课教师： 肖强晖
现代电力电子技术
Modern Power Electronics
第8章 电力电子装置
重点和难点
1、间接交流变流电路可分为电压型和电流型，掌 握它们的各种构成方式及特点
2、交直交变频器与交流电机构成变频调速系统， 重点理解恒压频比控制方法，并了解转差频率 控制、矢量控制、直接转矩控制等其他控制方 法：
8.1.2 间接直流变流电路
• 8.1.2.1 正激电路 • 8.1.2.2 反邀电路 • 8.1.2.3 半桥电路 • 8.1.2.4 全桥电路 • 8.1.2.5 推挽电路 • 8.1.2.6 全波整流和全桥整流 • 8.1.2.7 开关电源
8.1.2.7 开关电源
❖有关开关电源的详细内容，请参见下一节
• 8.1.2.1 正激电路 • 8.1.2.2 反邀电路 • 8.1.2.3 半桥电路 • 8.1.2.4 全桥电路 • 8.1.2.5 推挽电路 • 8.1.2.6 全波整流和全桥整流 • 8.1.2.7 开关电源
8.1.2.3 半桥电路
8.1.2.3 半桥电路
8.1.2 间接直流变流电路
• 8.1.2.1 正激电路 • 8.1.2.2 反邀电路 • 8.1.2.3 半桥电路 • 8.1.2.4 全桥电路 • 8.1.2.5 推挽电路 • 8.1.2.6 全波整流和全桥整流 • 8.1.2.7 开关电源
8.1.2.1 正激电路
8.1.2.1 正激电路
8.1.2 间接直流变流电路
第8章 电力电子装置
• 概述 • 8.1 组合变流电路 • 8.2 开关电源 • 8.3 有源功率因数校正 • 8.4 不间断电源（UPS） • 8.5 静止无功补偿装置 • 8.6 变频调速装置 • 本章小结
8.2 开关电源
• 概述 • 8.2.1 开关电源的工作原理 • 8.2.2 开关电源的应用
8.1 组合变流电路
• 引言 • 8.1.1 间接交流变流电路 • 8.1.2 间接直流变流电路
引言
8.1 组合变流电路
• 引言 • 8.1.1 间接交流变流电路 • 8.1.2 间接直流变流电路
8.1.1 间接交流变流电路
8.1.1 间接交流变流电路
• 8.1.1.1 间接交流变流电路原理 • 8.1.1.2 交直交变频器 • 8.1.1.3 恒压恒频（CVCF）电源