整流与有源逆变(四)_电力电子技术
第三章_电力电子技术—整流电路_li(第一次课)
变压器二次侧电流有效值i2与输出电流有效值i相等
I I2 1
(
2U 2 U sin t )2 d( t ) 2 R R
1 I 2
1 sin 2 2
I dVT
VT可能承受的最大正向电压为 VT可能承受的最大反向电压为
2 U2 2 2U 2
3.1单相可控整流电路
相控方式——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
3.1单相可控整流电路
3.1.1 单相半波可控整流电路——阻感负载
阻感负载的特点：
电感对电流变化有抗拒作用，使得流过 电感的电流不能发生突变，因此负载的电流 波形与电压波形不相同。
3.1单相可控整流电路
3.1.1 单相半波可控整流电路——阻感负载
ud O i1 O
t
t
b)
3.1单相可控整流电路
3.1.3 单相全波可控整流电路
单相全波与单相桥式全控比较
单相全波只用2个VT，比单相全控桥少2个，相应地， 门极驱动电路也少2个 单相全波导电回路只含1个VT，比单相桥少1个，因而 管压降也少1个 VT承受最大正向电压 2U2，最大反向电压为 2 2U 2 ， 是单相全控桥的2倍 单相全波中变压器结构较复杂，材料的消耗多
结构简单，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
实际上很少应用此种电路
分析该电路的主要目的在于利用其简单易学
的特点，建立起整流电路的基本概念
3.1单相可控整流电路
3.1.2 单相桥式全控整流电路——电阻负载
电路结构 VT1和VT4组成一对桥臂 VT2和VT3组成另一对桥臂
电力电子复习题(包括答案)
一、填空题绪论1、电力变换的四大类整流、直流斩波、交流电力控制变频变相和逆变。
第二章1、电力电子器件一般都工作在开关状态。
2、电力电子器件一般是由控制电路、驱动电路和以电力电子器件为核心的主电路组。
3、电力电子器件的损耗主要为通态损耗和断态损耗，当器件的开关频率较高时，开关损耗会增大。
4、按电力电子器件能够被控制电路信号所控制的程度，可以将电力电子器件分为半控型器件、全控型器件和不可控型器件。
5、晶闸管有阳极A、阴极K和门极G。
6、电力二极管的特性是正向导通和反向截止。
7、要使晶闸管导通必须在阳极可正向电压，在门极加正向电压。
8、在晶闸管的阳极加反向电压时，不论门极加何种电压，晶闸管都截止。
9、多个晶闸管并联要考虑均流问题，多个晶闸管串联要考虑均压问题。
第二章1、单向半波可控整流电路带电阻负载时α角的移相范围0~π，阻感负载α角的移相范围是0~π/2。
2、单向桥式全控整流电路带纯电阻负载时α角的移相范围是0~π，单个晶闸管承受的最大反压是0~π/2，单个晶闸管承受的最大反压是3、三相半波可控整电路中，三个晶闸管的触发脉冲相序互差120°，单个晶闸管承受最大反压带阻感性负载时α角的移相范围是0~π/2。
4、逆变电路中，当交流侧和电网联结时称有源逆变，若要实现逆变必须要用可控整流电路，当0〈α〈π/2时，电路工作在整流状态，π/2〉α〉π时，电路工作在逆变状态。
5、使变流器工作于有源逆变状态的条件有二：①直流侧要有电动势，其极性须和晶闸管的导通方向一致，其值应大于变流电路直流侧的平均电压；②要求晶闸管的控制角α>π/2，使U d为负值。
第三章1、直流斩波电路是把直流变为直流的电路。
2、斩波电路2种最基本的电路是降压斩波和升压斩波。
3、斩波的三种控制方法是脉冲宽度调制（脉冲调宽型）、频率调制（调频型）和混合型。
4、升降压斩波电路升压的条件是1/2〈α〈1。
第四章1、改变频率的电路叫变频电路。
电力电子技术-第4章逆变电路讲解
4.3.1 单相电流型逆变电路
（1）电路结构
①用④阻载② 载来③ 联 确4并抗电个采 电限应C谐联，压桥和用 压制称振谐谐波臂L负 （晶之式振波形、，载 呈闸为逆回在接R每换 容管容变构路负近桥相性开性电成对载正臂方）通小路并基上弦晶式。时失（联波产波闸，的谐但谐呈生。管要d负最振高的i各/求载d终电阻压t串负）负路抗降联载载，，很一电仍故对小个流略此谐，电略显电波因抗超容路呈此器前性称低负L于T，为，负并准
4.2.1 单相电压型逆变电路
1、 半桥逆变电路 •（1）电路图
+
Ud 2
Ud
Ud 2
-
V1 io R L
u o V 2
a)
VD 1
VD 2
*导电方式：
V1，V2信号互补，
各导通180゜。
•半桥逆变电路有两个桥臂， 每个桥臂有一个可控器件和一 个反并联二极管组成。 •在直流侧接有两个相互串联 的足够大的电容，两个电容的 联结点是直流电源的中点。 •负载联结在直流电源中点和 两个桥臂联结点之间。
能否不改变直 流电压，直接进行 调制呢？为此提出 了导电方式二：
移相导电方式。
*导电方式二：移相调压 调节输出电压脉冲的宽度
采用移相方式调节逆变电路的输出电压
• 各IGBT栅极信号为180°正偏， 180°反偏，且V1和V2栅极信号互补， V3和V4栅极信号互补； • V3的基极信号不是比V1落后180°，
而是只落后q ( 0< q <180°)；
• 也就是：V3、V4的栅极信号分别比
V2、V1的前移180°-q 。
工作过程
•t1时刻以前V1，V4通，u0=ud, io 从 0 增加； •t1时刻V4断，V1，VD3续流，u0=0，io 下降； • t2时刻V1也关断，io 还未下降到0，于是VD2，VD3续流，u0=-ud。 •直到io过0变负，V2，V3通，u0=-ud, io从0负增加； •t3时刻V3断，V2，VD4续流，u0=0，io 负减小； • t4时刻V2也关断，io 还未减小到0，于是VD1，VD4续流，u0=ud。
《电力电子技术》习题解答(高职高专第5版) 第2章习题答案
第2章思考题与习题2.1 什么是整流？它与逆变有何区别？答：整流就是把交流电能转换成直流电能，而将直流转换为交流电能称为逆变，它是对应于整流的逆向过程。
2.2 单相半波可控整流电路中，如果：(1)晶闸管门极不加触发脉冲；(2)晶闸管内部短路；(3)晶闸管内部断开；试分析上述三种情况负载两端电压u d和晶闸管两端电压u T的波形。
答：（1）负载两端电压为0，晶闸管上电压波形与U2相同；（2）负载两端电压为U2，晶闸管上的电压为0；（3）负载两端电压为0，晶闸管上的电压为U2。
2.3某单相全控桥式整流电路给电阻性负载和大电感负载供电，在流过负载电流平均值相同的情况下，哪一种负载的晶闸管额定电流应选择大一些?答：带大电感负载的晶闸管额定电流应选择小一些。
由于具有电感，当其电流增大时，在电感上会产生感应电动势，抑制电流增加。
电阻性负载时整流输出电流的峰值大些，在流过负载电流平均值相同的情况下，为防此时管子烧坏，应选择额定电流大一些的管子。
2.4某电阻性负载的单相半控桥式整流电路，若其中一只晶闸管的阳、阴极之间被烧断，试画出整流二极管、晶闸管两端和负载电阻两端的电压波形。
解：设α=0，T2被烧坏，如下图：2.5相控整流电路带电阻性负载时，负载电阻上的U d 与I d 的乘积是否等于负载有功功率，为什么?带大电感负载时，负载电阻R d 上的U d 与I d 的乘积是否等于负载有功功率，为什么?答：相控整流电路带电阻性负载时，负载电阻上的平均功率d d d I U P =不等于负载有功功率UI P =。
因为负载上的电压、电流是非正弦波，除了直流U d 与I d 外还有谐波分量Λ,,21U U 和Λ,,21I I ，负载上有功功率为Λ+++=22212P P P P d >d d d I U P =。
相控整流电路带大电感负载时，虽然U d 存在谐波，但电流是恒定的直流，故负载电阻R d 上的U d 与I d 的乘积等于负载有功功率。
电力电子技术第4章 晶闸管有源逆变电路
第三节
三相桥式逆变电路
三相桥式逆变电路必须采用三相全控桥。其主 电路的结构与三相全控桥式整流电路完全相同，它 相当于共阴极三相半波与共阳极三相半波逆变电路 的串联，其逆变工作原理的分析方法与三相半波逆 变电路基本相同。因其变压器不存在直流磁势，利 用率高；而且输出电压脉动较小，主回路所需电抗 器的电感量较三相半波小，故应用较广泛。
24
二、晶闸管出现故障 如果晶闸管参数选择不当，例如额定电压选择 裕量不足；或者晶闸管质量本身的问题，使晶闸管 在应该阻断的时候丧失了阻断能力，而应该导通的 时候却无法导通。读者不难从有关波形图上进行分 析，从而将会发现，由于晶闸管出现故障，也将导 致电路的逆变失败．
25
三、交流电源出现异常 从逆变电路电流公式 可看出当电路在有源逆变状态下，如果交流电 源突然断电，或者电源电压过低，上述公式中的 Ud 都将为零或减小，从而使电流 Id 增大以至发生 电路逆变失败
21
输出电流的有效值为 晶闸管流过电流平均值为 晶闸管流过电流有效值为
22
第四节
逆变失败原因分析及逆变角的限制
电路在逆变状态运行时，如果出现晶闸管换流 失败，则变流器输出电压与直流电压将顺向串联并 相互加强，由于回路电阻很小，必将产生很大的短 路电流，以致可能将晶闸管和变压器烧毁，上述事 故称之为逆变失败，或叫做逆变颠覆。 造成逆变失败的原因很多，大致可归纳为下列 几个方面：
18
一、逆变工作原理及波形分析 三相桥式逆变电路结构如图 4.6（a）所示。 如果变流器输出电压 Ud 与直流电机电势 ED的极 性如图所标示（均为上负下正），当电势 ED 略大 于平均电压 Ud，则回路中产生电流 Id 为
19
图 4.6 三相桥式有源逆变电路
电力电子第五章 ACDC变换器(整流和有源逆变电路)
5.2 不控整流电路
• 利用电力二极管的单相导电性可以十分简单 地实现交流—直流电力变换。
• 由于二极管整流电路输出的直流电压与交流 输入电压的大小有关，不能通过电路本身控 制其数值，故称为不控整流电路。
5.2.1 单相不控整流电路
u1
u2 O ud
uVDO1 O
VD4
VD2
a)
VD3
R VD4
VD1
-
ud AC + VD2
b)
VD3 R ud
VD4
c)
a)单相桥式整流电路 b)交流输入正半周单相桥式整流电路工作图 c)交流输入负半周单相桥式整流电路工作图
5.2.1 单相不控整流电路
AC +
ud
VD3
VD2
VD2
b)
图5-2 单相全波整流电路
u2
R
c)
d)
u2
共阳极连接 VD4
2 t
5.2.1 单相不控整流电路
VD1
VD1
VD3 VD1
u2 R
AC
+ -
R
-
AC +
R
t
u2
AC + -
ud
VACD1
+
ud
VD2
VD2
u2
VD2
VbD)3
u2
c)
d)
u2
R
VD2
u2 VD4
VD4
带续流二极管的单相 半波整流电路
b)
d)
u2
u2
t1
O
2
t1
t
O
2
电力电子技术复习题四到九章知识点
第四章课后题：1、无源逆变和有源逆变电路有什么不同？答：与整流相对应，把直流电变成交流电称为逆变。
当交流侧接在电网上，即交流侧接有电源时，称为有缘逆变。
当交流侧直接和负载连接时，称为无源逆变。
2、换流方式有哪几种？各有什么特点？答：器件换流:利用全控型器件的自关断能力进行换流称为器件换流。
电网换流:由电网提供换流电压称为电网换流。
负载换流:由负载提供换流电压称为负载换流。
凡是负载电流的相位超前于负载电压的场合,都可以实现负载换流.当负载为电容性负载时,就可实现负载换流。
3、什么是电压型逆变电路？什么是电流型逆变电路？二者各有什么特点？电压型逆变电路：直流侧是电压源或直流侧并联一个大电容。
特点:①直流侧为电压源，或并联有大电容，相当于电压源。
直流侧电压基本无脉动，直流回路呈现低阻抗。
②由于直流电压源的钳位作用，交流侧输出电压波形为矩形波，并且与负载阻抗角无关。
而交流侧输出电流波形和相位因负载阻抗情况的不同而不同。
③当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电容起缓冲无功能量的作用。
为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂都并联了反馈二极管。
电流型逆变电路：直流侧是电流源或直流侧串联一个大电感。
特点：①直流侧串联大电感，相当于电流源。
直流侧电流基本无脉动，直流回路呈现高阻抗。
②电路中开关器件的作用仅是改变直流电流的流通路径，因此交流侧输出电流为矩形波，并且与负载阻抗角无关。
而交流侧输出电压波形和相位则因负载阻抗情况的不同而不同。
③当交流侧为阻抗负载时需要提供无功功率，直流侧电感起缓冲无功能量的作用。
因为反馈无功能量时直流电流并不方向，因此不必像电压型逆变电路那样要给开关器件反并联二极管。
4、电压型逆变电路中反馈二极管的作用是什么？为什么电流型逆变电路中没有反馈二极管？答：1）在电压型逆变电路中，当交流侧为阻感负载时，需要提供无功功率。
直流侧电容起缓冲无功能量的作用。
为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂都并联了反馈二极管，当输出交流电压和电流的极性相同时，电流经电路中可控开关器件流通，而当输出电压电流极性相反时，由反馈二极管提供电流通道。
电力电子技术(第二版)第2章答案
电力电子技术 ( 第二版 ) 第 2 章答案第 2 章可控整流器与有源逆变器习题解答2-1 拥有续流二极管的单相半波可控整流电路，电感性负载，电阻为5Ω,电感为 0.2H，电源电压U2为 220V，直流均匀电流为10A，试计算晶闸管和续流二极管的电流有效值，并指出其电压定额。
解：由直流输出电压均匀值U d的关系式：1 cosU d0.45U 22已知直流均匀电流I d为10A，故得：U d I d R 10 5 50A能够求得控制角α为：2U d1250cos0.451 00.45U2220则α =90°。
因此，晶闸管的电流有效值求得，I VT1I d2d t I d 2I d1I d 5A2222续流二极管的电流有效值为： I VD R I d 8.66 A2晶闸管蒙受的最大正、反向电压均为电源电压的峰值U M2U2，考虑 2~3 倍安全裕量，晶闸管的额定电压为U TN 2~ 3U M 2~ 3 311 622~ 933V续流二极管蒙受的最大反向电压为电源电压的峰值U M2U2，考虑 2~3 倍安全裕量，续流二极管的额定电压为U TN2~ 3U M2~ 3 311 622~ 933V2-2 拥有变压器中心抽头的单相双半波可控整流电路如图2-44 所示，问该变压器能否存在直流磁化问题。
试说明晶闸管蒙受的最大反向电压是多少？当负载是电阻或许电感时，其输出电压和电流的波形与单相全控桥时能否相同。
解：因为单相双半波可控整流电路变压器二次测绕组中，正负半周内上下绕组内电流的方向相反，波形对称，其一个周期内的均匀电流为零，故不会有直流磁化的问题。
剖析晶闸管蒙受最大反向电压及输出电压和电流波形的状况：（1）以晶闸管VT2为例。
当VT1导通时，晶闸管VT2经过VT1与2个变压器二次绕组并联，因此 VT2蒙受的最大电压为 2 2U 2。
（2）当单相全波整流电路与单相全控桥式整流电路的触发角相同时，关于电阻负载：（0 ~ ）时期无晶闸管导通，输出电压为0；（~）时期，单相全波电路中 VT1 导通，单相全控桥电路中VT1、VT4导通，输出电压均与电源电压u2相等；(~)时期，均无晶闸管导通，输出电压为0；(~ 2)时期，单相全波电路中VT2导通，单相全控桥电路中VT2、VT3导通，输出电压等于u2。
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➢ Ud可通过改变来进行调节，逆变状态时Ud为负值，逆变时在 /2~ 间
8.1.1 逆变的概念
3. 逆变产生的条件
➢ 单相全波电路代替上述发电机
➢ 图2-45a M电动运行，全波电路工作在整流状态， 在0~ /2间，Ud为正值，并且Ud >EM，才能输出Id
交流电网输出电功率，电动机则输入电功率 ➢ 图2-45b M回馈制动，由于晶闸管的单向导电性，Id方向不变，
Ud>EM
1 VT1
L
0
iVT1 ud
id R
VT2
电能 -
2
iVT2
M EM +
ud
u10
u20
u10
O
wt
id
id=iVT1+iVT2
iVT1
iVT2
iVT1 Id
O
wt
O
id
id=iVT1+iVT2
iVT2
iVT1
iVT2
O
wt Ud<EM
Id wt
a)
b)
图2-45
图2-45 单相全波电路的整流和逆变
8.1.1 逆变的概念
➢ 产生逆变的条 件有二：
（1）有直流电动 势，其极性和晶 闸管导通方向一 致，其值大于变 流器直流侧平均 电压
（2）晶闸管的控
制角 > /2，
使Ud为负值
1
VT1
L
0 u10
iVT1
u20VT2
2
iVT2
ud
id R
电能 + M EM -
ud u10
u20
u10
1. 逆变失败的原因
（1）触发电路工作不可靠，不能适时、准确地给各晶闸管 分配脉冲，如脉冲丢失、脉冲延时等，致使晶闸管不能 正常换相
（2）晶闸管发生故障，该断时不断，或该通时不通 （3）交流电源缺相或突然消失. （4）换相的裕量角不足，引起换相失败
返回
8.1.3 逆变失败与最小逆变角的限制
a b iVT1 c iVT2
8.1.2 三相桥整流电路的有 源逆变工作状态
➢ 每个晶闸管导通2p /3，故流过晶闸管的电流有效值为（忽略
直流电流id的脉动）
IVT
=
Id 3
= 0.577 I d
（2-106）
从交流电源送到直流侧负载的有功功率为
Pd = R Id 2 EM Id
（2-107）
➢ 当逆变工作时，由于EM为负值，故Pd一般为负值，表示功率 由直流电源输送到交流电源。
➢ 无源逆变——变流电路的交流侧不与电网联接，而直接接到负载， 将在第5章介绍
返回
8.1.1 逆变的概念
2. 直流发电机—电动机系统电能的流转
Id
G
M
EG R∑ EM
Id
G
M
EG R∑ EM
Id
EG
G
M
R∑ EM
a)
b)
c)
图2-44 直流发电机—电动机之间电能的流转
a）两电动势c）同两极电性动EG势>E反M极性b），两形电成动短势路同极性EM >EG
第八讲 整流与有源逆变(四)
8.1 整流电路的有源逆变工作状态 8.2 晶闸管直流电动机系统
8.1 整流电路的有源逆变工作状态
8.1.1 逆变的概念 8.1.2 三相桥整流电路的有源逆变工作状态 8.1.3 逆变失败与最小逆变角的限制
返回
8.1.1 逆变的概念
1. 什么是逆变？为什么要逆变？
➢ 逆变（invertion）——把直流电转变成交流电，整流的逆过程 实例：电力机车下坡行驶，机车的位能转变为电能，反送到 交流电网中去 逆变电路——把直流电逆变成交流电的电路 有源逆变电路——交流侧和电网连结 应用：直流可逆调速系统、交流绕线转子异步电动机串级调 速以及高压直流输电等 对于可控整流电路，满足一定条件就可工作于有源逆变，其 电路形式未变，只是电路工作条件转变。既工作在整流状态 又工作在逆变状态，称为变流电路
而逆变角和控制角的计量方向相反，其大小自 =0的起始点向
左方计量
➢ 三相桥式电路工作于有源逆变状态时波形如图2-46所示
➢ 有源逆变状态时各电量的计算：
Ud= -2.34U2cos = -1.35U2Lcos
输出直流电流的平均值亦可用整流的公式，即
（2-105）
Id
= U d - EM R
返回
8.1.2 三相桥整流电路的有源 逆变工作状态
u2
ua
ub
uc
ua
ub
uc
ua
ub
uc
ua
ub
O
wt
=
3
=
4
=
6
ud uab uac ubc uba uca ucb uab uac ubc uba uca ucb uab uac ubc uba uca ucb uab uac ubc
在三相桥式电路 2 = 2IVT = 3 I d = 0.816I d
（2-108）
8.1.3 逆变失败与最小逆变角的限制
➢ 逆变失败（逆变颠覆）——逆变时，一旦换相失败，
外接直流电源就会通过晶闸管电路短路，或使变流器的 输出平均电压和直流电动势变成顺向串联，形成很大短 路电流
8.1.1 逆变的概念
➢ 图2-44a M电动运转，EG>EM，电流Id从G流向M，M吸收 电功率
➢ 图2-44b 回馈制动状态，M作发电运转，此时，EM>EG， 电流反向，从M流向G 故M输出电功率，G则吸收电功率，M轴上输入的机械能 转变为电能反送给G
➢ 图2-44c 两电动势顺向串联，向电阻R 供电，G和M均输 出功率，由于R 一般都很小，实际上形成短路，在工作 中必须严防这类事故发生
8.1.1 逆变的概念
半控桥或有续流二极管的电路，因其整流 电压ud不能出现负值，也不允许直流侧出 现负极性的电动势，故不能实现有源逆变。 欲实现有源逆变，只能采用全控电路。
8.1.2 三相桥整流电路的有源逆 变工作状态
➢逆变和整流的区别：控制角 不同
▪ 0< < /2 时，电路工作在整流状态 ▪ /2< < 时，电路工作在逆变状态
wt1 wt2 wt3
O
wt
=
3
=
4
=
6
图2-46 三相桥式整流电路工作于有源逆变状态时的电压波形
8.1.2 三相桥整流电路的有 源逆变工作状态
➢ 可沿用整流的办法来处理逆变时有关波形与参数计算等各项问题
把 > /2时的控制角用- = 表示， 称为逆变角