1、能方式，它需要 强 大的直流电源供电，这也离不开电力电子技术。 19 1.3 电力电子技术的应用 总之，电力电子技术的应用越来越广，其地位也越来越重要 。 新能源、可再生能源发电比如风 力发电、太阳能发电，需要用电力 电子技术来缓冲能量和改善电能质 量。当需要和电力系统联网 时，更 离不开电力电子技术。 核聚变反应堆在产生强大磁场和 注入能量时，需要大容量的脉冲电 源，这种电源就是电力电子装置。 科学实验或某些特殊场合，常常需 要一些特种电源，这也是电力电子 技术的用武之地。图1-7 风场 20 1.4 本教材的内容简介 本教材的内容 21 1.6.1 电力电子器件驱动电路概述 驱动电路主电路
2、与控制电路之间 的接口 使电力电子器件工作在较理想的开关状态，缩短开关时 间，减小开关损耗。 对装置的运行效率、可靠性和安全性都有重要的意义。 一些保护措施也往往设在驱动电路中，或通过驱动电路 实现。 驱动电路的基本任务： 将信息电子电路传来的信号按控制目标的要求，转换为 加在电力电子器件控制端和公共端之间，可以使其开通或 关断的信号。 对半控型器件只需提供开通控制信号。 对全控型器件则既要提供开通控制信号，又要提供关断 控制信号。 2 22 23 驱动电路还要提供控制电路与主电路之间的电气隔离 环节，一般采用光隔离或磁隔离。 光隔离一般采用光耦合器 磁隔离的元件通常是脉冲变压器 图1-25
3、光耦合器的类型及接法 a) 普通型 b) 高速型 c) 高传输比型 1.6.1 电力电子器件驱动电路概述 3 24 按照驱动信号的性质，可分为电流驱动型和电压驱动型 。 驱动电路具体形式可以是分立元件的，但目前的趋势是 采用专用集成驱动电路。 分类 1.6.1 电力电子器件驱动电路概述 4 25 1.6.2 晶闸管的触发电路 晶闸管的触发电路作用 产生符合要求的门极触发脉冲，保证晶闸管在需要的时刻由 阻断转为导通。 晶闸管触发电路应满足下列要求： 脉冲的宽度应保证晶闸管可靠 导通。 触发脉冲应有足够的幅度。 不超过门极电压、电流和功率 定额，且在可靠触发区域之内。 有良好的抗干扰性能、温度稳
4、定性及与主电路的电气隔离。 I IM t1t2t3t4 图1-26 理想的晶闸管触 发脉冲电流波形 t1t2脉冲前沿上升时间（E 时，晶闸管承受正电压，有导通的可能, 导通之后 2、直至|u2|=E，id即降至0使得晶闸管关断，此后 ud=E与电阻负载时相比，晶闸管提前了电角度停止 导电，称为停止导电角。 61 2.5 单相桥式半控整流电路 t t t iVT1 iVD2 iVT3 iVD2 iVT3 iVD4 iVT1 iVD4 t 2 t id VD4 VT1 VD2 VT3 u2 U1 R L a b 1、至时间段内，电流流经VT1、L、R、 VD4至变压器； 2、至+ 时间段内，电流流
5、经VT1、L、R 、VD2； 3、 + 至2时间段内，电流流经VT3、L 、R、VD2至变压器； 4、 2至2 + 时间段内，电流流经VT3、 L、R、VD4至变压器； 62 2.6 三相半波可控整流电路 变压器一次侧：三角形；二次侧：星形 。 晶闸管：共阴极接法 uaub uc t1t2t3t4 t u2 t1t2t3t4 t ud t1t2t3t4 t iVT1 t1t2t3t4 t uVT1 二极管换相：电流从一个二极管向另一 个二极管转移。 自然换相点 uabuac 自然换相点是晶闸管触发角的起点。 =0 一、电阻负载 63 =300时三相半波可控整流电路 a=30时的波形 负载电流处
6、于连续和断续之间的临界状态 ua ub uc t1 t2 t3 t4 t u2 t1 t2 t3 t4 t ud t1 t2 t3 t4 t iVT1 uabuac t1 t2 t3 t4 t uVT1 = 300 64 = 600 =600时三相半波可控整流电路 30时的波形 负载电流处于断续状态 =150时的波形 负载电压、电流为零 ua ub uc t1 t2 t3 t4 t u2 t1 t2 t3 t4 t ud t1 t2 t3 t4 t iVT1 65 三相半波可控整流电路整流电压平均值的计算 （1）a30时，负载电流连续，有 ： 当a=0时，Ud最大 （2）a30时，负载电流断续
7、，晶闸管导通角减小，此时有： 负载电流平均值为： 晶闸管承受的最大反向电压为变压器二次线电压峰值： 晶闸管阳极与阴极间的最大正向电压等于变压器二次相 电压的峰值： 66 二、阻感负载 67 例1： 在三相半波整流 电路中，如果a相的 触发脉冲消失，试绘 出在电阻性负载和电 感性负载下整流电压 ud的波形。 ua ub uc t1 t2 t3 t4 t u2 ua ub uc t1 t2 t3 t4 t ud ua ub uc t1 t2 t3 t4 t ud 68 d2 wt u2 ud wt iVT1 wt wt uVT1 d1 uaubuc 2.6 三相桥式全控整流电路 t1t3t5t6t
8、2t4 一、电阻负载（=00） 69 =300 ud wt ia wt wt u2uaubuc d1 d2 =300时的工作情况 ： 1、晶闸管起始导通时刻推迟了30，组成ud的每 一段线电压因此推迟30 2、从t1开始把一周期等分为6段，ud波形仍由6 段 线电压构成，每一段导通晶闸管的编号等仍符合 表2-1的规律 3、变压器二次侧电流ia波形的特点：在VT1处于 通态的120期间，ia为正，ia波形的形状与同时 段的ud波形相同，在VT4处于通态的120期间， ia波形的形状也与同时段的ud波形相同，但为负 值。 70 =600 ud波形中每段线电压的波形继续后移 ，ud平均值继续降低。a
9、=60时ud出现 为零的点。 a =600 wt u2 ud wt uVT1 wt d1 d2 uaubuc uabubaucbuacucauab 71 =900 =900 小结 v 当a60时，ud波形均连续，对 于电阻负载，id波形与ud波形形状 一样，也连续； v 当a60时，ud波形每60中有一段 为零，ud波形不能出现负值； v 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 72 二、三相桥式全控整流 电路阻感负载 图1 三相桥式全控整流电路带阻感负载a =0时的 波形 图2 三相桥式全控整流电路带阻感负载a =30时的 波形 73 图3 三相桥式全控整流电路带阻感负载
10、a =90时的 波形 阻感负载时的工作情况 60时 ud波形连续，工作情况与带电阻负载时 相似，各晶闸管的通断情况、输出整流电 压ud波形、晶闸管承受的电压波形等都一 样。 60时 阻感负载时的工作情况与电阻负载时不 同，电阻负载时ud波形不会出现负的部分 ，而阻感负载时，由于电感L的作用，ud波 形会出现负的部分。带阻感负载时，三相 桥式全控整流电路的a 角移相范围为90 74 三相桥式全控整流电路定量分析 当整流输出电压连续时（即带阻感负载 时，或带电阻负载a60时）的平均值 为： 带电阻负载且a 60时，整流电压 平均值为： 输出电流平均值为 ：Id=Ud /R 当整流变压器采用星形接法
11、，带阻感负 载时，变压器二次侧电流波形为正负半 周各宽120、前沿相差180的矩形波， 其有效值为： 接反电势阻感负载时的Id为： 75 2.7 整流电路的有源逆变 逆变把直流电转变成交流电，整流的逆过程 。 l 如：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。 R EM Ud 1、两电动势同极性UdEM 电动机运转 R EM Ud 2、两电动势同极性EMUd 电动机回馈制动 R EM Ud 3、实际上形成短 路 76 逆变产生的条件 ud U1 VT1 R L VT2 id 1 0 2 t ud ud U1 VT1 R L VT2 id 1 0 2 t ud EM EM 电
12、能电能 77 单结晶体管 e b1 b2 结构示意图符号 e b2 b1 等效电路 e b2 b1 rb2 rb1 R=Rb1+Rb2 Rb1与R的比值称为分压比:h=Rb1/R 78 峰值电 压 Up UE iE 工作原理和特性曲线 IEO 截止区 谷点电 压C 负阻区 饱和区 79 单结晶体管振荡电路 Uv Up Re C R1 Uo R2 Uo 80 单结晶体管触发电路 U1 VD3 VD1 VD2 Re C R1 VT1 VT2 VD4 VD5 负载 R3 R2 81 单结晶体管触发电路 (二) 82 双向晶闸管 T1 T2G 电气符号 T1 T2 G G 等效电路 特性曲线 T1 T
13、2G 测试电路 吊 扇 调 速 电 路 83 触摸式调光台灯 84 触电的形式 85 保护接地 将电气设备在正常运行情况下 不带电的金属外壳或构架用足够粗 的金属线（例如钢筋）与接地体可 靠地链接起来，以保护人身的安全 。 86 保护接零 在1000伏以下接地良好的三相四线制系统中，例如 380/220伏系统，电气设备的外壳或构架与系统的零线相接 ，即保护接零。 87 重复接地 在采用保护接零时，除系统的中点接地外，还必须在零线上一处或者多 处进行接地。 在同一配电系统中，不允许一部分电气设备采用保护接地，而另一部分电 气设备采用保护接零。 88 89 90 第三章 直流斩波电路 直流斩波电路
14、： 一般是指直接将直流电变为另一直流电，不包括直流交流直流。 开关电源向轻、小、薄、高频化、低噪声、高可靠、抗干扰的方向发展。 第一个阶段是功率半导体器件从双极型器件(SCR、GTO)发展为MOS型器件(功 率MOS-FET、IGBT、IGCT等)，使电力电子系统有可能实现高频化，并大幅度 降低导通损耗，电路也更为简单。 第二个阶段自20世纪80年代开始，高频化 和软开关技术的研究开发，使功率变换器 性能更好、重量更轻、尺寸更小。高频化 和软开关技术是过去20年国际电力电子界 研究的热点之一。 第三个阶段从20世纪90年代中期开始，集成电力电子系统和集成电力电子 模块(IPEM)技术开始发展，
15、它是当今国际电力电子界亟待解决的新问题之 一。 高频开关电源整流模块具有内置微处理器， 能提高设备管理水平。 高频开关电源综合转换效率高，多数厂家的 转换效率达到90%以上，而相控电源转换效 率一般只有60%80%。 高频开关电源整流模块具有并联运行方式下自 动均流功能。 91 MOSFET 92 电力场效应晶体管 93 电力MOSFET静态特性 转移特性： 漏极电流和栅源间电压的关系 0 10 20 30 50 40 2468 IO/A UT UGS/V 94 电力MOSFET动态特性 uGSP：非饱和区栅压 uT： 开启电压 95 IGBT的结构和工作原理 IGBT则结合了双极型功率 晶体
16、管和MOSFET的优点 ： 驱动功率小； 控制电路简单； 开关损耗小； 0.055 mJ/A 通断速度快和工作频率较高； 硬开关频率可达150kHz，软开 关电路中可达300kHz 耐压高 应用6600V，实验室8000V INFINEON TOSHIBA Mitsubishi International Rectifier 主要生产 厂家 封装小型化 结构合理化 产品标准化 集成度更高 接口更友好 更高的开关频率 ， 更高的电流容量 发展趋势 E 96 线性稳压电源方框图 220V 电源变 压器整流 电容 滤波 调整 管 比较放 大器 基准 电压 取 样 电 路 Uo Ud 输出电压稳 定，
17、纹波小 瞬态响应快 电路简单 优点 效率低 发热量大 体积大 比较笨重 缺点 97 降压斩波电路 （Buck Chopper） R Muo L E V T tontoff t io t t uo io t io t 斩波电路三种控制方式（根据对输出电压 平均值进行调制的方式不同而划分） 1、T不变，变ton 脉冲宽度调制（PWM） 2、ton不变，变T 频率调制 3、ton和T都可调，改变占空比混合型 98 升压斩波电路 (Boost Chopper ) 1、V通时，E向L充电，充电电流恒 为I1，同时C的电压向负载供电，因C值 很大，输出电压Uo为恒值。设V通的时 间为ton，此阶段L上积蓄
18、的能量为： 2、V断时，E和L共同向C充电并向负载 R供电。设V断的时间为toff，则此期间 电感L释放能量为： 99 升降压斩波电路 1、V通时，电源E经V向L供电使其贮能，此 时电流为i1。同时，C维持输出电压恒定并 向负载R供电。 2、V断时，L的能量向负载释放，电流为 i2。负载电压极性为上负下正，与电源电 压极性相反，该电路也称作反极性斩波电 路。 一个周期T内电感L两端电压uL对时间的积分为零 当V处于通态期间，uL = E；而当V处于断态期间， uL = - uo； 01/2 降压 1/2 VT1 VT2 uo u1 io L R u1 t 负载电压有效值 晶闸管电流有效值 在t
19、 = a 时刻开通VT1，负载电流满足 阻抗的模 112 = u1 t t uo t io t uVT VT1 VT2 uo u1 io L R = 113 (=0) 114 1、VT1提前导通，L被过充电，放电时间延长， VT1的导通角超过； 2、触发VT2时， io尚未过零， VT1仍导通， VT2不通； 3、io过零后， VT2导通， VT2导通角小于； 4、io由两个分量组成：正弦稳态分量、指数衰减分量；衰减过程中， VT1导通时间渐短 ， VT2的导通时间渐长，最终VT1、VT2导通角趋近于 。 115 t u1 t uo t io 三、斩控式交流 调压电路 116 4.2 三相交流
20、调压电路 星形 联接 线路控制 三角形 联接 支路控制 三角形 联接 中点控制 三角形 联接 117 ug t =00 VT1 VT2 VT3 VT5 VT6 uRA t u uaubuc VT4 三相全波星形连接的调压电路 相电压过零点定为a的起点，a =0时一 直有三个晶闸管导通； VT1- VT6,依次相差60 VT1- VT6,导通角为180 123456 118 VT5 =300 ug t uRA t u ua ub uc VT1 VT2 VT4 VT3 t=00-300 时 VT5,VT6导通， uRA=O t=300-600 VT1、VT5、VT6导通， uRA= uA t=60
21、0-900 VT1、VT6导通， uRA= uAB/2 t=900-1200 VT1、VT2、VT6导通， uRA= uA t=1200-1500 VT1、VT2导通， uRA= uAC /2 t=1500-1800 VT1、VT2、VT3导通， uRA= uA 123456 VT6 119 =900 t=900-1500 时 VT1,VT6导通， uRA= uAB/2 t=1500-2100 VT1、VT2导通， uRA= uAC /2 t=2100-2700 VT2、VT3导通， uRA=0 t=2700-3300 VT3、VT4导通， uRA= -uAB/2 t=3300-3900 VT
22、4、VT5导通， uRA= -uAC /2 t=3900-4500 VT5、VT6导通， uRA= 0 uan t u ua ub uc VT1 VT2 VT3 VT4 5 VT6 ug t 123456 120 =1200 1 uRA t u ua ub uc ug t 1 6 2 3 4 5 总结： 1、 060三管导通与两管导通交 替，每管导通180- ，但=0时一直是三管 导通； 2、6090两管导通，每管导通120； 3、90150：两管导通与无晶闸管导通 交替，导通角度为300-2。 121 4.2 单相交交变频电路 交交变频电路把电网频率的交流电变成可调频率的交流电 ，属于直接变
23、频电路。 广泛用于大功率交流电动机调速传动系统，实用的主要是三相输出 交交变频电路。 电路构成 uaub uc P=/2P=0P=/2 1、P组工作时，负载电流io为正 ;N组工作时，io为负； 基本工作原理 2、两组变流器按一定的频率交替工作， 负载就得到该频率的交流电。改变两组变 流器的切换频率，就可改变输出频率。 3、改变变流电路的控制角a，就可以 改变交流输出电压的幅值； 4、为使uo波形接近正弦波，可按正 弦规律对a角进行调制； 5、在半个周期内让P组a 角按正弦规 律从90减到0或某个值，再增加到 90，每个控制间隔内的平均输出电压 就按正弦规律从零增至最高，再减到零 。另外半个周
24、期可对N组进行同样的控 制； 122 二、整流与逆变工作状态 整流 t uo io ip up uN iN 逆变 P组 N组 整流逆变 t1t2 t32匀漀眀愀瀀瀀栀琀洀氀怀俜/Ke前台访问/p-390801.html42.156.137.560勈証2犰憱最茀眀愀瀀漀漀欀刀攀愀搀愀猀瀀砀椀搀戀俜碣/Mg前台访问/p-3486310.html111.206.198.602%踣最瀀栀琀洀氀搀俜5Sowap前台访问/d-3088252.html116.179.32.1780聠2最茀眀愀瀀漀漀欀刀攀愀搀愀猀瀀砀椀搀昀俜/Me前台访问/p-1135014.html207.46.13.8102%攀瀀栀琀洀
25、氀栀俜/Mg前台访问/p-2302825.html207.46.13.14502%掠挀瀀栀琀洀氀樀俜碣5Smwap前台访问/d-3289902.html116.179.32.2102开礀漀漀欀刀攀愀搀愀猀瀀砀椀搀氀俜/a前台访问/BookRead.aspx?id=346423742.156.136.800聠2匀欀眀愀瀀瀀栀琀洀氀渀俜羳/a前台访问/BookRead.aspx?id=3486310111.206.198.50勈証2犰秕匀漀眀愀瀀瀀栀琀洀氀瀀俜撊/y前台访问/c-00012-4-1214137-0-0-0-0-9-0-1.html207.46.13.8102%驸欀搀栀琀洀氀爀俜搀5
26、Sowap前台访问/p-3486311.html116.179.32.16102%掠最瀀栀琀洀氀琀俜邊/Mg前台访问/p-1884784.html207.46.13.1450勈証2劰最蔀眀愀瀀漀漀欀刀攀愀搀愀猀瀀砀椀搀瘀俜退/Me前台访问/d-1833585.html207.46.13.8102%驸匀焀眀愀瀀搀栀琀洀氀砀俜邊佒5gwap前台访问/BookRead.aspx?id=3486311111.206.198.3202%驸攀瀀栀琀洀氀稀俜5Smwap前台访问/p-3439535.html116.179.32.930勈証2劰匀焀眀愀瀀瀀栀琀洀氀簀俜5Sqwap前台访问/p-3431961.html220.181.108.1840勈証仨2劰最瀀栀琀洀氀縀俜
