《电力电子技术》复习资料

① 0~t2:V1 栅极高电平,V2 栅极低电平,因此V1 为通态,V2为断态,则负载电压uo?Um?Ud/2。 ② t2时刻:V1 开始关断,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(称为续流二极管),则负载电压uo??Um??Ud/2。直到t3时刻io降为零时,VD2 截止,V2开始导通,负载电压仍为uo??Um??Ud/2,io反向。

③ 其他时刻同理。

(4)有功功率与无功功率

① 当V1或V2 为通态时,负载电流与电压同方向,直流侧向负载提供能量。

② 当VD1 或VD2 为通态时,负载电流与电压反向,则负载电感中储存的能量向直流侧反馈,即负载电感将其吸收的无功能量反馈回直流侧,反馈回的能量暂时储存在直流侧电容中,直流侧电容器起着缓冲这种无功能量的作用。 (5)应用说明

① 上述电路中开关器件若为晶闸管,则需要使用强迫换流电路。

② 半桥逆变电路优点是结构简单,使用器件少,但缺点是输出交流电压幅值仅为Ud/2,且直流侧需要两个电容器串联。

③ 半桥逆变电路常使用在几千瓦以下的小功率逆变电源中。

4.2.2 三相电压型逆变电路

4.2.2.1 三相电压型桥式逆变电路 (1)电路图

① 开关器件为IGBT。

② 直流侧由两个电容器组成,电压中点为N?。 ③ 直流电压为Ud,因此“+”电压为Ud/2,“—”电压为?Ud/2。 ④ 负载侧中点为N。

(2)工作方式(180o导电方式)

① 每个桥臂(上或下)的导电角度为180o,同一相上下两个桥臂交替导电,各相开始导电的角度依次相差120o。

0o~60o 60o~120o 120o~180o 180o~240o 240o~300o 300o~360o V1 V6 V5

V1 V6 V2 V1 V3 V2 V4 V3 V2 - 21 -

V4 V3 V5 V4 V6 V5 ② 任一瞬间,将有三个桥臂同时导通,可能是上面一个桥臂下面两个桥臂,也可能是上面两个桥臂下面一个桥臂同时导通。

③ 每一次换流都是在同一相上下两个桥臂之间进行,即纵向换流。 (3)负载线电压波形

① 针对U相,当桥臂1导通时,uUN??Ud/2,当桥臂4导通时,uUN???Ud/2,因此uUN?是幅值为Ud/2的矩形波,V、W两相的情况与U相类似。 ② uUN?、uVN?、uWN?相位依次相差120o。

?UUV?UUN??UVN??③ 负载线电压公式:?UVW?UVN??UWN?,幅值为Ud的矩形波,相位依次相差120o。

?U?WU?UWN??UUN?

(4)负载相电压及中点电压波形

?UUN?UUN??UNN??① 负载相电压公式:?UVN?UVN??UNN?

?U?WN?UWN??UNN?其中,UNN?为负载中点N与直流电源中点N?之间的电压。 ② 上式中,通过求解UNN?才能得出负载相电压

将上式相加:UUN?UVN?UWN?UUN??UVN??UWN??3UNN? 11则:UNN??(UUN??UVN??UWN?)?(UUN?UVN?UWN)

33考虑负载侧为三相对称负载,即UUN?UVN?UWN?0

1因此:UNN??(UUN??UVN??UWN?)

3③ 中点电压UNN?的波形:矩形波,频率为UUN?的3倍,幅值为UUN?的1/3倍,即Ud/6。

?UUN?UUN??UNN??④ 负载相电压波形:?UVN?UVN??UNN?,阶梯波,幅值为2Ud/3,三相互差120o。

?U?WN?UWN??UNN?

4.3 电流型逆变电路

(1)定义:直流电源为电流源的逆变电路,一般情况下为大电感形式的直流电流源。 (2)电流型三相桥式逆变电路:

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(3)电流型逆变电路的特点:

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。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 当交流侧为阻感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。

第5章 直流-直流变流电路

(1)直流-直流变流电路(DC-DC)定义:将一种直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电的装置。 (2)常见的直流-直流变流电路为直流斩波电路。

(3)基本直流斩波电路为:降压斩波电路和升压斩波电路。

5.1.1 降压斩波电路

5.1.1.1 电路原理图

(1)包含全控型器件V,由IGBT组成。

(2)包含续流二极管VD,作用是保证IGBT关断时给负载中电感电流提供通道。 (3)负载:直流电动机,两端呈现反电动势Em。

(4)分析前提:假设负载中电感值很大,即保证电流连续。 5.1.1.2 工作原理分析

(1)给出IGBT的栅射极电压UGE波形,即iG波形,周期为T。

(2)0?t1(ton)期间:IGBT导通,电源E向负载供电,负载电压Uo?E,由于电感存在,因此负载电流不能突变,所以按指数曲线上升。

(3)t1?T(toff)期间:控制IGBT关断,负载电流经过续流二极管VD续流,负载电压基本为0,负载电流呈现指数曲线下降。

(4)当负载电感值较大时,负载电流连续而且脉动小。

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5.1.1.3 公式

(1)负载电压平均值:Uo?tonE??E,其中?为占空比。 TUo?Em。 R(2)电感L极大时,负载电流平均值:Io?计算题:例5-1

5.1.1.4 总结

(1)通过改变降压斩波电路的占空比大小,就可以改变输出负载电压的平均值。

5.1.2 升压斩波电路

5.1.2.1 电路原理图

(1)包含全控型器件V,由IGBT组成。 (2)包含极大值的电感L和电容C。 (3)负载为电阻R。 5.1.2.2 工作原理分析

(1)当IGBT导通阶段:

? 电源E向电感L充电,充电电流为恒定电流I1;

? 电容C上的电压向负载R供电,因C值很大,因此输出电压为恒值Uo。 ? 通态时间为ton,此阶段电感L上积蓄能量为EI1ton。 (2)当IGBT关断阶段:

? 电源E和电感L共同向电容C充电,并向负载R提供能量。 ? 此期间,电感L释放的能量为(Uo?E)I1toff。 5.1.2.3 公式

(1)当电路处于稳态时,一个周期T中电感L积蓄的能量与释放的能量相等。 (2)输出电压平均值:EI1ton=(Uo?E)I1toff,因此Uo?Uo。 Rton?tofftoffE?TtoffE。

(3)输出电流平均值:Io?计算题:例5-3

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5.1.1.4 升压斩波电路能够保证输出电压高于电源电压的原因 (1)电感L放电时,其储存的能量具有使电压泵升的作用。 (2)电感L充电时,电容C可将输出电压保持住。

第7章 PWM控制技术

PWM控制定义:即脉冲宽度控制技术,它是对脉冲的宽度进行调制的技术,即通过对一系列脉冲的宽度进行调制,来等效的获得所需要的波形,其中包含波形的形状和幅值。

7.1 PWM控制的基本原理 7.1.1 面积等效原理

(1)冲量的定义:指窄脉冲的面积。

(2)脉冲面积等效原理:当冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时,其效果基本相同,即惯性环节的输出响应波形基本相同。

7.1.2 PWM脉冲等效为正弦半波

(1)正弦半波分成N等份,得到N个彼此相连的脉冲序列,该序列脉冲为等宽度而不等幅值,即脉冲宽度均为?/N,但脉冲幅值不等,按正弦规律变化。

(2)将上述脉冲序列采用脉冲面积等效原理进行等效:采用N个等幅值而不等宽度的矩形脉冲代替,保证矩形脉冲的中点与相应正弦半波脉冲的中点重合,且使矩形脉冲和相应正弦半波脉冲的面积(冲量)相等,这样能够保证矩形脉冲与正弦半波脉冲的作用相同。

(3)PWM波形:上述一系列等幅值而不等宽度的矩形脉冲就是PWM波形。

(4)SPWM波形:当PWM波形的脉冲宽度按正弦规律变化,与正弦波等效时,称为SPWM波形。

7.2 PWM逆变电路及其控制方法

7.2.1 PWM调制法

针对逆变电路:

调制信号:希望逆变电路输出的波形

载波:接受调制信号调制的信号,常见载波为等腰三角波或锯齿波 PWM波形:载波通过上述调制信号波调制后所得到的波形。

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