电力电子与现代控制(电力电子线路及其触发控制)第三部分
现代电力电子技术
uL
u2
E
+
-
触发电路产生的触发脉冲须满足下列要求： 足够的功率； 一定的宽度； 与主电路同步； 一定的移相范围。
产生的方式： 单结晶体管触发电路； 集成触发电路。
1
2
第3节 晶闸管触发电路
一、单结晶体管触发电路
等效电路
E
B2
B1
RB2
RB1
管内基极 体电阻
E
（发射极）
B2
（第二基极）
当 L >> R时， ILT在整个周期中可近似 看做直流。
5
晶闸管的中电流
IT =
IT =
平均值:
有效值:
晶闸管的选择
晶闸管电压 > （1.5 ~ 2）U2M
晶闸管电流
> （1.5）×
二、单相桥式半控整流电路
1、
电阻性负载桥式可控整流电路
（1）电路及工作原理
u2 > 0的导通路径：
u2 (A)
三、 特性与参数
1、特性
U
I
URSM
UFSM
URRM
IH
UFRM
IF
IG1=0A
IG2
IG3
IG3
IG2
IG1
>
>
正向
反向
2、主要参数
UFRM：
正向断态重复峰值电压。（晶闸管耐压值。 一般取 UFRM = 80% UFSM 。普通晶闸管 UFRM 为 100V~3000V）
URRM：反向重复峰值电压。（控制极断路时， 可以重复作用在晶闸管上的反向重复电 压。一般取URRM = 80% URSM。普通晶 闸管URRM为100V~3000V）
电力电子技术在新能源领域的应用
总681期第十九期2019年7月河南科技Henan Science and Technology电力电子技术在新能源领域的应用步文智（国家电投集团江苏海上风力发电有限公司，江苏盐城224000）摘要：电力能源作为一种重要的可循环能源，仍然是我国经济发展过程中不可或缺的重要组成部分。
由于我国是能源消耗大国，因此，考虑将电力电子技术应用于新能源领域。
由此，本文首先分析电力电子技术应用于新能源领域的必要性，然后探讨电力电子技术应用于新能源领域的措施，以不断优化我国能源使用结构，促进新能源领域健康发展。
关键词：电力技术；电子技术；新能源领域中图分类号：TM1文献标识码：A文章编号：1003-5168（2019）19-0123-02 Analysis on the Application of Power Electronic Technology in New EnergyBU Wenzhi（National Electric Power Investment Group Jiangsu Offshore Wind Power Co.,Ltd.，Yancheng Jiangsu224000）Abstract:As an important renewable energy,power energy is still an indispensable part of China's economic develop⁃ment process.Since China is still a big energy consuming country,we should consider the application of power elec⁃tronics technology in the field of new energy.Therefore,this paper first analysed the necessity of applying power elec⁃tronics technology to the new energy field,and then discussed the measures of applying power electronics technology to the new energy field,in order to continuously optimize the energy use structure of our country and promote the healthy development of the new energy field.Keywords:power technology；electronic technology；new energy field随着我国科学技术的持续发展和人们对能源的需求不断提高，电力电子技术的应用越来越广泛。
现代电力电子概述
第一章现代电力电子概述黄钰 2014223030041 一、电力电子技术概述电子电力技术包括电力电子器件、变流电路和控制电路三部分，是以电力为处理对象并集电力、电子、控制三大电气工程技术领域之间的综合性学科。
电力技术是一门涉及发电、输电、配电及电力应用的科学技术。
电子技术是一门涉及电子器件和由各种电子电路所组成的电子设备和系统的科学技术，控制技术是指利用外加的设备或装置使机器设备或生产过程的某个工作状态或参数按照预定的规律运行。
采用半导体电力开关器件构成各种开关电路，按一定的规律，周期性地，实时、适式地控制开关器件的通、断状态，可以实现电子开关型电力变换和控制。
这种电力电子变换和控制，被称为电力电子学（Power Electronics）或电力电子技术。
电力电子技术不是电力技术与电子技术简单的叠加，而是将现代电子技术和控制技术引入传统的电力技术领域实现电力变换和控制，是一门综合了电子技术，控制技术和电力技术的交叉学科。
电力电子器件是电力电子技术的基础，电力电子器件对电能进行控制和转换就是电子电力技术的利用在21世纪已经成为一种高新技术，影响着人们生活的各种领域，因此对对电子电力技术的研究具有时代意义。
传统电力电子技术是以低频技术处理的，现代电力电子的发展向着高频技术处理发展。
其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代，在不断的发展中促进了现代电力电子技术的广泛应用。
电力电子技术在1947年晶体管诞生开始形成，接着1956的晶闸管的出现标志电力电子技术逐渐形成一门学科开始发展，以功率MOS-FET和IGBT为代表的、集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件的出现，表明已经进入现代电子电力技术发展时代。
二、国内外研究现状上世纪八十年代后，大规模和超大规模集成电路技术得到了广泛的应用，为电力电子技术的快速发展打下了良好的基础。
集成电路技术的精细加工技术和高压大电流技术有机结合应用。
以功率MOSFET和IGBT为代表的集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件以及以低频技术处理问题为主的传统电力电子学正在向高频技术处理问题为主的现代电力电子学转变。
电力电子与现代控制(电力电子线路及其触发控制)第二部分
单端反激式（Flyback）DC/DC变换器
从Buck-Boost变换器到单端反激式变换器与的转化关系
单端反激式（Flyback）DC/DC变换器
(b) Flyback DC/DC变 换器工作 波形
(a) 电路拓扑
工作原理分析（磁通连续情况）
工作状态1：VT导通，VD截止，输入电源 对变压器原边等效励磁绕组Lm充电： 工作状态2：VT截止，VD导通，变压器原边 绕组的储能释放到副边绕组：
变压器等效励磁电感上电压为：
VLm Vin
稳态时，一个周期内电感电压平均值为0，得： N N Vinton V0 1 (Ts ton ) Vinton ( 1 V0 )(Ts ton ) 0 N2 N2 则变压比为： M
电压调节器
电流调节器
脉冲宽度调制功率电路 NhomakorabeaAVR
if* + _ if
ACR
PWM
电流控制模式
峰值电流控制模式
峰值电流控制模式其电流的反馈值是开关的电流峰值，电流控 制环的作用是使开关电流峰值跟随给定值。其优点是结构简单， 动态相应快。其缺点在于：由于开关电流往往带有噪声，容易引 起比较器的误动作，易受干扰，造成工作不稳定。
Uinton (Uin Uc1 )(Ts ton ) 0
(Uc1 UO )ton (UO )(Ts ton ) 0
则变压比为： M U o / U in
D 1 D
可见，D>0.5时，输出电压高于输入电压；而D<0.5 时，输出电压低于输入电压，且极性相反。
(b) Buck-Boost DC/DC变换器工作波形图
《现代电力电子技术》课件
交流调制技术
1
原理
用逆变器将直流电压转变为交流电压，再对交流电压进行调制，的信号与高频三角波叠加，得到PWM信号。
3
三角PWM控制
将需要控制的信号与低频三角波叠加，得到PWM信号。
开关电源技术
工作原理
利用功率开关器件的导通和断开， 将高频电源变换成低压稳定直流电 源。
现代电力电子技术
电力电子技术涉及电能的控制、变换和传输等方面，已经成为现代电力工业、 交通运输、通讯、计算机等各个领域中的关键技术。
概述
定义
电力电子技术是控制和变换电 力的一种新兴技术领域。
应用领域
广泛应用于交通运输、轨道交 通、新能源、家电、通讯和计 算机等领域。
发展历程
20世纪50年代发展并日渐成熟， 80年代达到高峰，90年代后进 入了新的发展阶段。
结语
1
电力电子技术的未来
电力电子技术将继续发挥更大的作用，推动新能源发展。
2
相关学科和领域介绍
电机与电器、电力系统、电力电子等学科和领域紧密相连。
3
总结
电力电子技术在现代社会中扮演着重要的角色，将会继续深入发展和应用。
滤波器设计与优化
电源滤波器、信号滤波器、噪声滤波器等滤波器都 可以用来消除共模噪声。
变频技术
基本原理
将恒定电压变为可调电压、可以调 制频率的交流电源。
电机驱动
变频器是电机驱动的核心装置，根 据不同的负载条件可以调整输出频 率和电压。
实际应用案例
应用于风能、太阳能、水能、地热 能等大规模新能源并驱动各种电动 机械设备。
电路设计
4
电路包括逆变电路、滤波电路和输出负载等 部分。
共模噪声抑制技术
电力电子与现代控制_电力电子器件_第二部分
K
晶闸管的简化结构和符号
N J3 G
阴极 Cathode
P J2
N J1
P
阳极 Anode
A
晶闸管的工作状态
晶闸管有三种基本工作状态，反向截止， 正向截止和正向导通。 反向截止 当阳极阴极之间施加负电压时，晶闸管工 作在反向状态，如同两个二极管串联后施加反 向电压一样，晶闸管的J1和J3两个PN结反偏使 晶闸管工作在截止状态。即使门极和阴极之间 施加正向触发电压，晶闸管仍然处于截止状态。 正向截止 在门极没有触发的情况下，施加正向阳极 电压，晶闸管仍将处于截止状态，此时J2 PN 结反偏，正向截止状态即晶闸管的关断状态。 正向导通 在施加正向阳极电压时，处于关断状态的 晶闸管可以由以下四种方式转化为导通状态： 1、门极触发 2、 dv/dt触发 3、正向过电压 4、对J3结光照
E iE 空穴 VBE 电子
p
n
C iC
iB B iB VCB
发射结
集电结
考虑发射结和集电结双向注入 效应后的三极管发射极电流为：
n++
E iE 空穴 iE 电子
p
n
iC C iC
I E I S (eVBE /VT eVBC /VT )
同时, 下降。
iB B
VBE
iB
VCB
三极管工作原理
发射结 集电结
n
E iE iE
++
p
-+ -+
n
iC C iC
I E I S (e
VBE / VT
1)
电子 空穴
基极电流IB和集电极电流IC之 和等于发射极电流：
iB - + B 空间电 荷区
电力电子与电气控制PPT课件
实训报告要求：
1：画出实训电气原理图
2：根据实训电气原理图，分析控制电路 的工作原理。
3：书面回答问题
第1页/共71页
操作要求
（1）根据给定的设备和仪器仪表，在规定时间内完成接线、调 试、运行,达到规定的要求。 （2）能用仪表测量调整和选择元件。 （3）板面导线经线槽敷设，线槽外导线须平直各节点必须紧 密，接电源、及按钮等的导线必须通过接线柱引出。
第17页/共71页
实训三、书面回答
1)时间继电器KT的整定时间是根据什么来调整的？
电路中时间继电器KT的作用用于控制电动机的能耗制动时间，因此KT的整定时间是根据电动机所需 制动时间来调整的
2)制动直流电流的大小，对电动机是否有影响？该如何调节？
制动直流电流要合适，制动直流电流过大将使电动机定子绕组过热，影响电动机的使用寿命，严重时 可能损坏电动机定子绕组，制动直流电流过小，将影响电动机的制动效果。本电路中制动直流电流的 大小是调节串联电阻R阻值大小来实现。一般将制动直流电流的大小调节为（3.5~4）倍的空载电流
（4）装接完毕后，经教师允许后方可通电试车。遵照单手操作 原则，如有故障自行排除
（5）按照完成的工作是否达到了全部或部分要求，由教师进行评 分。
第2页/共71页
接线规范
1、紧固接线用力要适中，防止用力过大将螺栓螺母滑 扣，发现已滑扣的螺栓螺母及时更换，严禁将就作业。 2、用螺丝刀紧固或松动螺丝时，必须用力使螺丝刀顶 紧螺丝，然后再进行紧固或松动，防止螺丝刀与螺丝打 滑，造成螺丝损伤不易拆装。 3、同一接线端子允许最多接两根相同类型及规格的导 线。 4、所有连接导线中间不应有接头 。 5、先接继电器线圈的公共接线一侧，后接其它控制线 按从上到下，从左到右进行。 6、各条支路接线要求先串后并。 7、触点是上下结构，则上进下出；触点是左右结构， 则左进右出。
电力电子与现代控制_电力电子器件_第三部分
P1 N1 P2 N2
K
iG
iK
ts 存储 时间 tf 下降 时间
i tail
ttail 拖尾 时间
电感 L
阴极
GTO关断过程
1、晶闸管工作模式， 门极电流变负，满足关 断条件，此时GTO 中 两个等效三极管开始退 出饱和导通过程，清除 N1和P2区的存储过剩 载流子，所需时间为存 储时间。
2、GTO工作模式， α1+α2 < 1，此时GTO阳极 电压上升，阳极电流下降， 需要采用关断缓冲限制阳 极电压的上升速度，所需 时间为下降时间。
双向晶闸管
逆导晶闸管
光控晶闸管
门极可关断晶闸管
1. 可关断晶闸管的结构 ������ 可关断晶闸管GTO(Gate Turn-Off Thyristor)， GTO的内部包含着数百个共阳极的小
GTO元，可用门极信号控制其关断。目前，GTO的容量水平达6kA/6kV，开关频率<1kHz。
GTO结构，等效电路及符号 2. 可关断晶闸管的工作原理 (1) 开通过程 ������ GTO也可等效成两个晶体管P1N1P2和N1P2N2互连，开通过程与晶闸相同。
栅极
G P
N2
G
绝缘栅
++++++
D
N N2
D
S
源极
N1
D S
N1
J1
J2 空 间 电 荷漏极 区
P
D
G S
G S
符号
J1
导电原理
J2 空 间 电 荷 区
基本结构
MOSFET基本结构，导通原理和符号 MOSFET导通原理： 利用栅极和源极之间的正电压，吸引自由电子堆积在P区上表面层，并使该层反型为N型；之后 N1-N-N2之间电子可以流动导电。 功率MOSFET导通时只有一种极性载流子（多子）参与导电。
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双向buck电路
双向buck电路拓 扑由单向可控开关 T+、T-和二极管 D+、D-构成;可输 出双向电流和单向 电压。
电压型单相逆变电路
+
T+
C
Vd
A
T-
_
N
D+
iL
iO
L
+
D-
C
VO
_
双向buck电路
iO
2 整流
1 逆变
3
4
VO
逆变 整流
运行区间
+
T+
C
Vd
A
_
N
iL
L
+
D-
C
VO
_
当iL>0时，等效为 单向buck电路
vr vc， T2、 T3通， vab VD
电压型单相逆变电路的单极性SPWM调制
Vd
vc
T1
a
T2
D1 T3
负载
ia
D2 T4
vr
D3
b
D4
vr
T1
T2 T3 T4
ua
ub
uab
正弦波Vr+ 三角波Vc
-1
+Vcc
+ A
-Vcc
+Vcc
+ B
-Vcc
T1
-1
T2
T3
-1
T4
T1与T2互补补通、 T3与T4互补补通、 vr- vr为调制波 vc为上下对称的三角载波 vr vc， T1导通，va VD vr vc， T2导通，va 0
-
-1
Vg2 ,Vg3 (T2 ,T3 )
-
(b)驱动信号生成电路
载波Vr：控制PWM周期的控制信号（三角波）； 调制波Vc：控制输出电压基波的控制信号；
2 载波比N：载波与调制波频率之比； t 调制比M：调制波与载波幅值之比。
T1与T2互补补通、 T3与T4互补补通、
vr为调制波 2 vc为对称的三角载波 t vr vc， T1、 T4通， vab VD
T 1 T4
D2
D3
2
T 2 T3
RL负载 t
(e)阻感负载电流波形 iD
(b)等效电路
2、方波控制
0
t
T1-T4各导通180度； T1、T4同步；T2、T3同步。
(f)阻感负载输入电流波形
电压型单相逆变电路（方波控制）谐波特性
负载电压谐波特性
1
vab t
4VD sin(nt) n1,3,5, n
电压型单相逆变电路
理想单相逆变器的输出交流电压和电流波形
iO
2 整流
1 逆变
3
4
VO
逆变 整流
理想单相逆变器及其输出电压和电流波形
四象限运行区间
理想单相逆变器应允许输出电压和电流相位角0-360°可实现无源逆变功能。
根据电压和电流波形和能量流动关系，可将单相逆变器的运行分为4个运行区间，对 应四个象限。
vd vr- vc， T3导通，vb VD vd vr- vc， T4导通，vb 0
单相逆变电路的仿真（双极性和单极性SPWM调制）
Vd=300V，调制比M=0.8，载波比N=750/50=15 负载R=10欧姆，电感为20毫亨。
双极性SPWM
T1
Vd
a
T2
D1 T3
负载
ia
T0 4
3T0 4
0
T0 2
T0 L负载
t
D+ T+ D- T-
iO
(d)电感负载电流波形
0
D+ T+ D-
2
T-
RL负载 t
(e)阻感负载电流波形
电压型单相桥式逆变电路（H桥）工作原理
Vab
Vd
驱动 T1 T4
驱动 T1 T4
（方波控制）
0
驱动 T2 T3
t
iD
ia
(b)负载电压 -Vd
T1
VD
a
T2
D1 T3 ia Z
D2 T4
(a)电路
D3
b
D4
0
T1 T4
T 2 T3
R负载
t
ia
(c)电阻负载电流波形
T0 4
3T0 4
0
T0 2
T0 L负载
t
D 1 D4 T1 T4 D 2 D3 T 2 T3
控制方法：
ia
(d)电感负载电流波形
1、T1与T2；T3与T4信号反相（互补）。
0
D1 D4
0
1
3
5
7
9
11 13 15 17 19
谐波次数
负载电流频谱
电压型单相逆变电路的双极性SPWM控制
T1 VD
T2
Vcm Vrm
0
vab
VD 0
VD
D1 T3
D3
a
负载
ia
b
D2 T4
D4
N fc 9 fr
M Vrm
vc
Vcm
vr
3
2
2
2
v 调制波 r
v 载波 c
+
+
Vg
Vg1 ,Vg4 (T1 ,T4 )
3
4
VO
逆变 整流
运行区间
电压型单相逆变电路
电压型单相半桥式逆变电路
电压型单相半桥式逆变电路
拓扑与改进的双向buck电路相同（省略滤波器）
电压型单相逆变电路 电压型单相半桥式逆变电路的基本工作状态
1、T+导通，T-关断时，Vo>0:
区间1：Vo>0;io>0 区间4：Vo>0;io<0 2、当T-导通时，T+关断时，Vo<0:
4、当T-和T+都导通时，直流母线被短路。
禁止状态
电压型单相半桥式逆变电路工作原理 （方波控制）
控制方法 1、T+、T-信号反相(互补)；
2、T+、T-各导通180度；
方波控制
VO
Vd/2 驱动 T+
驱动 T+
0
驱动 T-
t
iO
(b)负载电压 -Vd/2
0
T+
T-
R负载
t
iO
(c)电阻负载电流波形
等效为单刀双掷开关
区间2：Vo<0;io>0 区间3：Vo<0;io<0
电压型单相逆变电路
电压型单相半桥式逆变电路的基本工作状态
3、当T-和T+都关断时，Vo的方向取决于Io的方向；
控制系统无法直接控制 电压，除切换状态时， 一般尽量避免工作在此 状态。
当io>0时，Vo<0
当io<0时，Vo>0
幅值
0.5
总有效值Vab
2 T0
T0 0
2VD2dt
VD
0 1
3
5
7
9
11 13 15 17 19
谐波次数
基波有效值V1
4VD 2
22 VD
0.9VD
负载电压频谱
1
负载电流谐波特性
幅值
电感负载
阻感负载 电阻负载
电感和阻感负载电流谐波幅值相 0.5
对电压谐波衰减，谐波次数越大，
衰减越大。
原因：当电感量和电感端电压恒定 时，频率越大，感抗越大,电流越小。
+
C
Vd
A
T-
_
N
D+ iL
L
+
C
VO
_
当iL<0时，等效为 单向boost电路
电压型单相逆变电路
改进的双向buck电路
将双向buck电路 拓扑输出负端从N 点变到O点，可以 实现双向电流和电 压输出。
+
T+
C
Vd
O
A
T-
_
N
D+ 滤波器
iO
L
+
D-
C
VO
_
改进的双向buck电路
iO
2 整流
1 逆变
直流/交流逆变器
➢逆变器的类型 ➢电压型单相逆变电路工作原理
1、双极性SPWM控制 2、单极性SPWM控制 ➢电压型三相逆变电路工作原理 SPWM控制 ➢电流型逆变器电路的工作原理 ➢电压型多电平逆变电路
逆变器的类型
1、依据直流电源的特性不同可分为：电压型逆变器VSI 和电流型逆变器CSI
2、按输出电压不同可分为：CVCF、VVVF、脉冲型 3、按逆变器输出电平不同分为：两电平和多电平 4、按输出电源相数分为：单相、三相和多相。