《电工电子技术及应用 第2版 教学课件 ppt 作者 申凤琴 4 第11章》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电工电子技术及应用 第2版 教学课件 ppt 作者 申凤琴 4 第11章（46页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第十一章 全控电力电子器件及其应用,第一节 全控电力电子器件,第二节 变频器的基本概念,第三节 脉宽调制型变频器,第四节 直流斩波,返回主目录,第一节 全控电力电子器件,一、电力晶体管(GTR） 二、可关断晶闸管（GTO) 三、功率场效应晶体管(Power MOSFET) 四、绝缘栅双极晶体管(IGBT),电力电子器件分类1,电力电子 器件,不控型：功率二极管,半控型：晶闸管,全控型,IGBT(绝缘栅双极晶体管),功率 MOSFET（功率场效应晶体管),GTR（电力晶体管）,GTO （可关断晶闸管),全控型电力电子器件分类2,全控型电力电子器件,单极型 （一种载流子参与导电）,双极型 （两种载
2、流子参与导电）,复合型 （由单极性和 双极型复合）,一、 电力晶体管(GTR）,图111 电路图符号,GTO,GTR,GTR的工作原理,GTR 电流控制器件,正偏（IB0）时大电流导通,反偏（IB0）时处于截止状态,二、 可关断晶闸管（GTO),GTO的等效电路,11-2,GTO的工作原理,GTO 的开通原理：同普通晶闸管,GTO的关断机理：,闭合S，门极加负偏压，IC1被抽走，形成门极负电流 - IG.,？,GTO和SCR的不同,GTO的内部包含有数百个共阳极的小GTO，这些小GTO称为GTO元。GTO元的阳极是共有的，门极和阴极分别并联在一起。这是实现门极控制关断所采取的特殊设计。,电力M
3、OSFET 结构,11-3,三、 电力场效应晶体管（MOSFET),电力,导电沟道形成,UGS,1.导通：,UGS0，导通,2. 关断： UGS0，截止,功率MOSFET 工作原理,四、 绝缘栅双极晶体管（IGBT),集MOSFET和GTR的优点于一身。 输入阻抗高，工作速度快，热稳定性好，驱动电路简单。,生产水平：2500V，1000A,IGBT的工作原理,1.导通：,UGEUT， 导通,UGE0， 截止,2. 关断：,图11-4 IGBT的等效电路与图形符号,N沟道,UCE0且,第二节 变频器的基本概念,一、变频调速的基本原理,二、变频器的分类及结构形式,三、逆变器的基本原理与换流方式,基
4、本概念,变频器：对交流电动机实现变频调速的装置称为变频器。,变频器的功能：将电网提供的恒压恒频交流电变换成为变压 变频的交流电，对交流电动机实现无级调速。,变流电路,整流,逆变,不可控整流,可控整流：将交流电变换成可调的直流电,有源逆变：将直流电变成和电网同频率 的交流电，直接送回电网。,无源逆变：,将直流电逆变成某一频率或 可变频率的交流电直接供给 负载使用。,一、变频调速的基本原理,异步电动机的转速表达式,改变 ，即可改变异步电动机的转速n0，能实现异步电动机的无级调速吗？,问题,事实上只改变 并不能正常调速，因为据电机学知,假设调速时只改变 ，设 ，则 ，于是电磁转矩 ，这样电动机的拖动
5、能力会降低，对恒转矩负载会因拖不动而堵转。若调节 ，则 ，会引起主磁通饱和，这样励磁电流急剧升高。会使定子铁心损耗 急剧增加。这两种情况都是实际运行中所不允许的。,结论,只改变 ，不能实现异步电动机的无级调速,？,实际调速方法,在调节 的同时，调节定子供电电压 的大小，通过 和 的配合，实现不同类型的调频调速。,=常数,式中， 是定子供电额定频率； 是定子供电额定电压。,二、变频器的分类及结构形式,1. 变频器的分类,变频器,交交变频器,交直交 变频器,按无功能量处理方式分,按调压方式分,电压型,电流型,脉冲幅度调制型,脉冲宽度调制型,相位控制调压,直流斩波调压,二、变频器的分类及结构形式,2
6、.变频器的结构形式,图11-5 两种类型的变频器,二、变频器的分类及结构形式,2.变频器的结构形式,图11-6 交直交电压型变频器的结构形式,三、逆变器的基本原理与换流方式,图11-7 单相桥式逆变电路工作原理,当开关S1、S4闭合，S2、S3断开时， ，反之,把直流电变成了交流电无源逆变。,四个桥臂的切换频率就等于负载电压uo的频率,换流方式,器件换流：器件自身具有的自关断能力进行换流,负载换流：输出电流超前于电压 ，超前的时间 大于晶闸管的关断时间，,强迫换流：由附加的换流回路产生脉冲，迫使 晶闸管可靠关断。,变频电路的换流方式,第三节 脉宽调制型变频器,一、PWM型变频器的基本工作原理
7、1. 单相桥式PWM型变频电路的工作原理 2. 三相桥式PWM变频电路的工作原理 二、PWM变频电路的调制控制方式,一、PWM型变频器的基本工作原理,PWM基本原理: 对逆变电路中的开关器件的通断进行有规律的控制，使输出端得到等幅不等宽的脉冲列，用这些脉冲列来代替正弦波。,PWM控制的重要理论依据,冲量（脉冲的面积）相等而形状不同的窄脉冲（如图11-10所示），分别加在具有惯性环节的输入端，其输出响应波形基本相同。,图11-8 形状不同而冲量相同的各种脉冲,图11-9 PWM型变频器基本原理示意图,PWM型变频器的基本工作原理,PWM逆变器的输出电压为等幅不等宽的脉冲列,异步电动机的输入电压,
8、按一定比例改变脉冲列中各脉冲的宽度，即可 改变输入电压 （与输出电压 等效）的幅值。,结论,一、PWM型变频器的基本工作原理,1. 单相桥式PWM型变频电路的工作原理,图11-10 单相桥式PWM变频电路原理图,调制控制：负载上想得到的正弦波作为调制信号ur，把接受调制的等腰三角波作为载波信号uC。,SPWM：调制信号ur为正弦波的脉冲宽度调制叫正弦波脉冲宽度调制。,一、PWM型变频器的基本工作原理,1. 单相桥式PWM型变频电路的工作原理,1) 单极性PWM控制方式工作原理,电路,图11-11 单极性SPWM调制波形,原理,单极性脉宽调制：半个周期内载波信号uC是单极性的信号。,原理分析,1
9、）当ur0时，V1通，V2断，在ur与uC正极性三角波交点处控制V4的通断。 在uruC各区间，控制V4为通态，则输出电压 ； 在uruC各区间，控制V4为断态，则 = 0，此时，负载电流可通过VD3和V1续流。,2）当ur0时，V2通，V1断，在ur与uC负极性三角波交点处控制V3的通断。 在uruC各区间，控制V3为通态，则输出电压 ； 在uruC各区间，控制V3为断态，则uo= 0，此时，负载电流可通过VD4和V2续流。,电路,波形,一、PWM型变频器的基本工作原理,1. 单相桥式PWM型变频电路的工作原理,2) 双极性PWM控制方式工作原理,电路,图11-12 双极性SPWM调制波形,
10、双极性脉宽调制：载波信号uC是双极性的信号。,原理,原理分析,逆变电路的输出的电压uo为两个方向变化等幅不等宽的脉冲列。,控制方法,uruC的各区间，V1和V4导通，V2和V3关断，则 。 uruC的各区间，V2和V3导通，V1和V4关断则， 。,结果,电路,波形,2. 三相桥式PWM变频电路的工作原理,一、PWM型变频器的基本工作原理,图11-13 三相桥式PWM变频电路原理图,波形,原理,三相桥式PWM变频电路的波形,图11-14 双极性SPWM调制波形,电路,原理,原理分析,调制信号ur的幅值和频率 将决定输出电压uo的幅值和频率。,只要 uC，就导通V1，封锁V4， ； 只要 uC，就
11、封锁V1，导通V4， 。,以U相为例，其控制规律为：,重要结论,电路,波形,二、PWM变频电路的调制控制方式,载波比：在PWM变频电路中，载波频率fC与调制信号频率fr之比。,异步调制控制方式： 控制过程中载波比N不是常数。,2.同步调制控制方式: 控制过程中保持N为常数。,图11-15 分级同步式控制方案,第四节 直流斩波,一、直流斩波器的控制方式 二、逆导晶闸管直流斩波器 三、GTO（或GTR）直流斩波器,将直流电源的恒定直流电压，通过电力电子器件的开关作用，变换成可调的直流电压的装置，称为直流斩波器。,直流斩波的定义,直流斩波电路原理,U,t,ui,0,U,t,ud,0,CH 断 ud=
12、0,CH 通 ud=U,一、直流斩波器的控制方式,图11-16,定频调宽,调频调宽,定宽调频,二、逆导晶闸管直流斩波器,逆导晶闸管,KN200/100-8,型号,晶闸管额定电流200A 二极管额定电流100A 额定电压800V,特点：正向压降小，关断时间短，高温特性好。无接线分布电感。,符号,等效电路,图11-17 a),逆导型斩波器,图11-17 b),接通,振荡放电,振荡放电波形,图11-18,三、GTO（或GTR）直流斩波器,图11-19,a)电路分析,b)电路分析,图11-19 a),对GTO施加正脉冲时VT导通，直流电源向负载供电； 当给VT门极负脉冲时，GTO便关断，直流电源停止向负载供电，负载电流经续流二极管VD续流。,图11-19 b),该电路主控开关是普通晶闸管VT1，VT2、C是为关断VT1而设的附加电路。 当要关断VT1时，触发VT2导通，与之串联的辅助关断直流电源 给VT1施加反向电压，使VT1关断，之后，再给VT2门极送入负脉冲使VT2关断。,谢谢观看！,祝同学们学习愉快！,本章电子教案制作：申凤琴,
