电力电子技术中各图总结

1）带电带电 阻负载负载wwwwtTVTR0a)u1u2uVTudidwt 1p2ptttu2uguduVTa0b)c)d)e)00单相半波可控整流电路2) 带带阻感负载负载wttwwtwtwu20wt1p2 ptug0ud0id0uVT0ab)c)d)e)f)++续流二极管u2udiduVTiVTIdIdwt1wtwtwtwtwtwtOOOOOOp-ap+ab)c)d)e)f)g)iVDRa)数量关系(id近似恒为Id）1) 带电阻负载2OwtOwtOwtudidi2OwtOwtuVT1,4OwtOwtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4u (i )pwtwtwt000i2udidddaauVT1,4单相桥式全控整流电路2）带阻感负载 SCR移相范围为90SCR导通角θ与a无关，均为180T的二次侧电流i2正负各180的矩形波, 其相位由a角决定,有效值I2=IdSCR承受的最大正反向电压均为3） 带反电动势负载b)idOEudwtIdOwta负载为直流电动机时，如果 出现电流断续，则电动机的 机械特性将很软为了克服 此缺点，在主电路中直流输 出侧串联一个平波电抗器。

三相半波可控整流电路a =0时的波形 1)电阻负载b)c)d)e)f)u2Riduaubuca =0Owt1wt2wt3uGOudOOuabuacOiVT1uVT1wtwtwtwtwt三相半波可控整流电路 电阻负载 a=30a =30°u2uaubucOwtOwtOwtOwtOwtuGuduabuacwt1iVT 1uVT 1uac三相半波可控整流电路 电阻负载 a=60wwttwtwta =60°u2uaubucOOOOuGudiVT 1阻感负载{移相范围为90}a =60L值很大，id波形基本平直 a≤30:整流电压波形与电阻负载时相同udiauaubucibiciduacOwtOwtOOwtOOwtawtwt三相半波可控整流电路三相桥式全控整流电路电阻负载 a=0wwwwu2ud1ud2u2LuduabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuabuacubcubaucaucbuabuacⅠⅡⅢⅣⅤⅥuaucubwt1OtOtOtOta = 0°iVT1uVT1三相桥式全控整流电路wwwwud1ud2a = 30°iaOtOtOtOtuduabuacuaubucwt1uabuacubcubaucaucbuabuacⅠⅡⅢⅣⅤⅥuabuacubcubaucaucbuabuacuVT 1电阻负载 a=30•带电阻负载时三相桥式全控整流电路a角的移相范围是120wwwa = 60°ud1ud2uduacuacuabuabuacubcubaucaucbuabuacuaⅠⅡⅢⅣⅤⅥubucOtwt1OtOtuVT1电阻负载 a=60三相桥式全控整流电路ud1ud2uduaubucuaubwtOwtOwtOwtOwtOiaiduabuacubcubaucaucbuabuacubcubaiVT1电阻负载 a=90•带电阻负载时三相桥式全控整流电路a角的移相范围是120三相桥式全控整流电路的触发脉冲宽 脉 冲 双窄 脉冲 宽脉冲双窄脉冲三相桥式可控整流电路 6个晶闸管门极触发信号三相桥式全控 电阻负载a=90 （负载电流断续）宽 脉 冲双 窄 脉 冲 阻感负载 a=0ud1u2ud2 u2LudidwtOwtOwtOwtOuaa = 0°ubucwt1uabuacubcubaucaucbuabuacⅠ ⅡⅢ Ⅳ Ⅴ ⅥiVT1三相桥式全控整流电路ud1a = 30°ud2uduabuacubcubaucaucbuabuacⅠⅡⅢⅣⅤⅥwtOwtOwtOwtOidiawt1uaubuc阻感负载 a=30a = 90° ud1ud2uacubcubaucaucbuabuacuabⅠⅡⅢⅣⅤⅥ uduacuabuacwtOwtOwtOubucuawt1uVT1三相桥式全控整流电路阻感负载 a=9014/47引言■逆变的概念◆与整流相对应，直流电变成交流电。

◆交流侧接电网，为有源逆变◆交流侧接负载，为无源逆变，本章主要讲述无源逆变 ■逆变与变频◆变频电路：分为交交变频和交直交变频两种◆交直交变频由交直变换（整流）和直交变换两部分组 成，后一部分就是逆变 ■逆变电路的主要应用◆各种直流电源，如蓄电池、干电池、太阳能电池等◆交流电机调速用变频器、不间断电源、感应加热电源 等电力电子装置的核心部分都是逆变电路15/474.1.1 逆变电路的基本工作原理■以单相桥式逆变电路负载a)b)tS1S2S3S4iouoUduo iot1t2◆当开关S1、S4闭合，S2、S3断开时，负载电压uo为正；当 开关S1、S4断开，S2、S3闭合时，uo为负◆改变两组开关的切换频率，即可改变输出交流电的频率 ◆电阻负载时，负载电流io和uo的波形相同，相位也相同◆阻感负载时，io相位滞后于uo，波形也不同图4-1 逆变电路及其波形举例 16/474.1.2 换流方式分类■换流◆电流从一个支路向另一个支路转移的过程，也称为换相 ◆研究换流方式主要是研究如何使器件关断 ■换流方式分为以下4种◆器件换流（Device Commutation）☞利用全控型器件的自关断能力进行换流。

☞在采用IGBT 、电力MOSFET 、GTO 、GTR等全控 型器件的电路中的换流方式是器件换流◆电网换流（Line Commutation）☞电网提供换流电压的换流方式☞将负的电网电压施加在欲关断的晶闸管上即可使其关 断不需要器件具有门极可关断能力，但不适用于没有 交流电网的无源逆变电路17/474.1.2 换流方式分类a)uω tω tω tω tOOOOiit1b)ouo ioiouVTiVT1iVT4iVT2iVT3uVT1uVT4图4-2 负载换流电路及其工作波形 ◆负载换流（Load Commutation）☞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☞图4-2a是基本的负载换流逆变电路，整 个负载工作在接近并联谐振状态而略呈容性 ，直流侧串大电感，工作过程可认为id基本没 有脉动√负载对基波的阻抗大而对谐波的阻抗小 ，所以uo接近正弦波√触发VT2、VT3的时刻t1必须在uo过零前 并留有足够的裕量，才能使换流顺利完成18/474.1.2 换流方式分类◆强迫换流（Forced Commutation）☞设置附加的换流电路，给欲关断的晶闸管强 迫施加反压或反电流的换流方式称为强迫换流。

☞通常利用附加电容上所储存的能量来实现， 因此也称为电容换流☞直接耦合式强迫换流√如图4-3，当晶闸管VT处于通态时，预先给 电容充电当S合上，就可使VT被施加反压而关 断√也叫电压换流 图4-3 直接耦合式强迫换流原理图 19/474.1.2 换流方式分类☞电感耦合式强迫换流√图4-4a中晶闸管在LC振荡第一个半周期内关断，图4-4b 中晶闸管在LC振荡第二个半周期内关断，注意两图中电容 所充的电压极性不同√在这两种情况下，晶闸管都是在正向电流减至零且二极 管开始流过电流时关断，二极管上的管压降就是加在晶闸 管上的反向电压 √也叫电流换流图4-4 电感耦合式强迫换流原理图 20/474.1.2 换流方式分类■换流方式总结◆器件换流只适用于全控型器件，其余三种方式主要是针对晶闸管而言的 ◆器件换流和强迫换流属于自换流，电网换流和负载换流属于外部换流◆当电流不是从一个支路向另一个支路转移，而是在支 路内部终止流通而变为零，则称为熄灭 21/474.2 电压型逆变电路4.2.1 单相电压型逆变电路4.2.2 三相电压型逆变电路22/474.2 电压型逆变电路·引言■根据直流侧电源性质的不同，可以分为两类◆电压型逆变电路：直流侧是电压源。

◆电流型逆变电路：直流侧是电流源 ■电压型逆变电路的特点◆直流侧为电压源或并联大电容◆输出电压为矩形波，输出电流因负载阻抗不同而不同 ◆阻感负载时需提供无功功率，为了给交流侧向直流侧 反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂并联反馈二极管图4-5 电压型逆变电路举例（全桥逆变电路） 23/474.2.1 单相电压型逆变电路a)ttOOONb)oUm-Um iot1t2t3t4 t5t6 V1V2V1V2 VD1VD2VD1VD2图4-6 单相半桥电压型逆变电路及其工作波形 ■半桥逆变电路 ◆工作原理☞设开关器件V1和V2的栅极 信号互补 ☞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 24/474.2.1 单相电压型逆变电路a)ttOOONb)oUm-Um iot1t2t3t4 t5t6 V1V2V1V2 VD1VD2VD1VD2图4-6 单相半桥电压型逆变电路及其工作波形 ☞V1或V2通时，io和uo同方向， 直流侧向负载提供能量；VD1或 VD2通时，io和uo反向，电感中贮能向直流侧反馈。

☞VD1、VD2称为反馈二极管,它又起着使负载电流连续的作用，又 称续流二极管25/474.2.1 单相电压型逆变电路■全桥逆变电路 ◆共四个桥臂，可看成两个半桥电路组合而成◆两对桥臂交替导通180° ◆输出电压和电流波形与半桥电路形状相同，但幅值高 出一倍，Um=Ud◆在这种情况下，要改变输出交流电压的有效值只能通 过改变直流电压Ud来实现 图4-5 全桥逆变电路 26/474.2.1 单相电压型逆变电路◆Ud 的矩形波uo展开成傅里叶级数得其中基波的幅值Uo1m和基波有效值Uo1分别为 图4-5 全桥逆变电路 (4-1)27/474.2.1 单相电压型逆变电路a)b) 图4-7 单相全桥逆变电路的移相调压方式 ◆移相调压方式 ☞ V3的栅极信号比V1落后（0 ＜＜180°）☞ V3、V4的栅极信号分别比V2、 V1的前移180°-输出电压是正负 各为 的脉冲28/474.2.1 单相电压型逆变电路a)b) 图4-7 单相全桥逆变电路的移相调压方式 ☞工作过程√t1时刻前V1和V4导通， uo=Ud √t1时刻V4截止，而因负载电感 中的电流io不能突变，V3不能立刻导 通，VD3导通续流，uo=0。

√t2时刻V1截止，而V2不能立刻 导通，VD2导通续流，和VD3构成电 流通道，uo=-Ud√到负载电流过零并开始反向时 ，VD2和VD3截止，V2和V3开始导通 ，uo仍为-Ud√t3时刻V3截止，而V4不能立刻 导通，VD4导通续流，uo再次为零☞改变 就可调节输出电压29/474.2.1 单相电压型逆变电路图4-8 带中心抽头变压器的逆变电路 ■带中心抽头变压器的逆变电路◆交替驱动两个IGBT，经变 压器耦合给负载加上矩形波交流 电压◆两个二极管的作用也是提供 无功能量的反馈通道◆ Ud和负载参数相同，变压器 匝比为1：1：1时，uo和io波形及 幅值与全桥逆变电路完全相同◆与全桥电路相比较☞比全桥电路少用一半开关 器件☞器件承受的电压为2Ud， 比全桥电路高一倍☞必须有一个变压器 30/474.2.2 三相电压型逆变电路■三相桥式逆变电路◆基本工作方式是180°导电方式◆同一相（即同一半桥）上下两臂交替导电，各相开始导 电的角度差120 °，任一瞬间有三个桥臂同时导通◆每次换流都是在同一相上下两臂之间进行，也称为纵向 换流图4-9 三相电压型桥式逆变电路 假想中点31/474.2.2 三相电压型逆变电路tOtOtOtOtOtOtOtOa)b)c)d)e)f)g)h)uUN'uUNuUViUiduVN'uWN'。