《電力電子技術(shù)》復(fù)習(xí)資料.doc

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電力電子技術(shù)第五版復(fù)習(xí)資料 第1章 緒 論 1 電力電子技術(shù)定義：是使用電力電子器件對(duì)電能進(jìn)行變換和控制的技術(shù)，是應(yīng)用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)，主要用于電力變換。 2 電力變換的種類 （1）交流變直流AC-DC：整流 （2）直流變交流DC-AC：逆變 （3）直流變直流DC-DC：一般通過(guò)直流斬波電路實(shí)現(xiàn) （4）交流變交流AC-AC：一般稱作交流電力控制 3 電力電子技術(shù)分類：分為電力電子器件制造技術(shù)和變流技術(shù)。 第2章 電力電子器件 1 電力電子器件與主電路的關(guān)系 （1）主電路：指能夠直接承擔(dān)電能變換或控制任務(wù)的電路。 （2）電力電子器件：指應(yīng)用于主電路中，能夠?qū)崿F(xiàn)電能變換或控制的電子器件。 2 電力電子器件一般都工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)，以減小本身?yè)p耗。 3 電力電子系統(tǒng)基本組成與工作原理 （1）一般由主電路、控制電路、檢測(cè)電路、驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路等組成。 （2）檢測(cè)主電路中的信號(hào)并送入控制電路，根據(jù)這些信號(hào)并按照系統(tǒng)工作要求形成電力電子器件的工作信號(hào)。 （3）控制信號(hào)通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路去控制主電路中電力電子器件的導(dǎo)通或關(guān)斷。 （4）同時(shí)，在主電路和控制電路中附加一些保護(hù)電路，以保證系統(tǒng)正?？煽窟\(yùn)行。 4 電力電子器件的分類 根據(jù)控制信號(hào)所控制的程度分類 （1）半控型器件：通過(guò)控制信號(hào)可以控制其導(dǎo)通而不能控制其關(guān)斷的電力電子器件。如SCR晶閘管。 （2）全控型器件：通過(guò)控制信號(hào)既可以控制其導(dǎo)通，又可以控制其關(guān)斷的電力電子器件。如GTO、GTR、MOSFET和IGBT。 （3）不可控器件：不能用控制信號(hào)來(lái)控制其通斷的電力電子器件。如電力二極管。 根據(jù)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的性質(zhì)分類 （1）電流型器件：通過(guò)從控制端注入或抽出電流的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通或關(guān)斷的電力電子器件。如SCR、GTO、GTR。 （2）電壓型器件：通過(guò)在控制端和公共端之間施加一定電壓信號(hào)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通或關(guān)斷的電力電子器件。如MOSFET、IGBT。 根據(jù)器件內(nèi)部載流子參與導(dǎo)電的情況分類 （1）單極型器件：內(nèi)部由一種載流子參與導(dǎo)電的器件。如MOSFET。 （2）雙極型器件：由電子和空穴兩種載流子參數(shù)導(dǎo)電的器件。如SCR、GTO、GTR。 （3）復(fù)合型器件：有單極型器件和雙極型器件集成混合而成的器件。如IGBT。 5 半控型器件—晶閘管SCR 晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理 晶閘管的雙晶體管模型 將器件N1、P2半導(dǎo)體取傾斜截面，則晶閘管變成V1-PNP和V2-NPN兩個(gè)晶體管。 晶閘管的導(dǎo)通工作原理 （1）當(dāng)AK間加正向電壓，晶閘管不能導(dǎo)通，主要是中間存在反向PN結(jié)。 （2）當(dāng)GK間加正向電壓，NPN晶體管基極存在驅(qū)動(dòng)電流，NPN晶體管導(dǎo)通，產(chǎn)生集電極電流。 （3）集電極電流構(gòu)成PNP的基極驅(qū)動(dòng)電流，PNP導(dǎo)通，進(jìn)一步放大產(chǎn)生PNP集電極電流。 （4）與構(gòu)成NPN的驅(qū)動(dòng)電流，繼續(xù)上述過(guò)程，形成強(qiáng)烈的負(fù)反饋，這樣NPN和PNP兩個(gè)晶體管完全飽和，晶閘管導(dǎo)通。 2.3.1.4.3 晶閘管是半控型器件的原因 （1）晶閘管導(dǎo)通后撤掉外部門極電流，但是NPN基極仍然存在電流，由PNP集電極電流供給，電流已經(jīng)形成強(qiáng)烈正反饋，因此晶閘管繼續(xù)維持導(dǎo)通。 （2）因此，晶閘管的門極電流只能觸發(fā)控制其導(dǎo)通而不能控制其關(guān)斷。 2.3.1.4.4 晶閘管的關(guān)斷工作原理 滿足下面條件，晶閘管才能關(guān)斷： （1）去掉AK間正向電壓； （2）AK間加反向電壓； （3）設(shè)法使流過(guò)晶閘管的電流降低到接近于零的某一數(shù)值以下。 2.3.2.1.1 晶閘管正常工作時(shí)的靜態(tài)特性 （1）當(dāng)晶閘管承受反向電壓時(shí)，不論門極是否有觸發(fā)電流，晶閘管都不會(huì)導(dǎo)通。 （2）當(dāng)晶閘管承受正向電壓時(shí)，僅在門極有觸發(fā)電流的情況下晶閘管才能導(dǎo)通。 （3）晶閘管一旦導(dǎo)通，門極就失去控制作用，不論門極觸發(fā)電流是否還存在，晶閘管都保持導(dǎo)通。 （4）若要使已導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷，只能利用外加電壓和外電路的作用使流過(guò)晶閘管的電流降到接近于零的某一數(shù)值以下。 2.4.1.1 GTO的結(jié)構(gòu) （1）GTO與普通晶閘管的相同點(diǎn)：是PNPN四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，外部引出陽(yáng)極、陰極和門極。 （2）GTO與普通晶閘管的不同點(diǎn)：GTO是一種多元的功率集成器件，其內(nèi)部包含數(shù)十個(gè)甚至數(shù)百個(gè)供陽(yáng)極的小GTO元，這些GTO元的陰極和門極在器件內(nèi)部并聯(lián)在一起，正是這種特殊結(jié)構(gòu)才能實(shí)現(xiàn)門極關(guān)斷作用。 2.4.1.2 GTO的靜態(tài)特性 （1）當(dāng)GTO承受反向電壓時(shí)，不論門極是否有觸發(fā)電流，晶閘管都不會(huì)導(dǎo)通。 （2）當(dāng)GTO承受正向電壓時(shí)，僅在門極有觸發(fā)電流的情況下晶閘管才能導(dǎo)通。 （3）GTO導(dǎo)通后，若門極施加反向驅(qū)動(dòng)電流，則GTO關(guān)斷，也即可以通過(guò)門極電流控制GTO導(dǎo)通和關(guān)斷。 （4）通過(guò)AK間施加反向電壓同樣可以保證GTO關(guān)斷。 2.4.3 電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管MOSFET （1）電力MOSFET是用柵極電壓來(lái)控制漏極電流的，因此它是電壓型器件。 （3）當(dāng)大于某一電壓值時(shí)，柵極下P區(qū)表面的電子濃度將超過(guò)空穴濃度，從而使P型半導(dǎo)體反型成N型半導(dǎo)體，形成反型層。 2.4.4 絕緣柵雙極晶體管IGBT （1）GTR和GTO是雙極型電流驅(qū)動(dòng)器件，其優(yōu)點(diǎn)是通流能力強(qiáng)，耐壓及耐電流等級(jí)高，但不足是開(kāi)關(guān)速度低，所需驅(qū)動(dòng)功率大，驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜。 （2）電力MOSFET是單極型電壓驅(qū)動(dòng)器件，其優(yōu)點(diǎn)是開(kāi)關(guān)速度快、所需驅(qū)動(dòng)功率小，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單。 （3）復(fù)合型器件：將上述兩者器件相互取長(zhǎng)補(bǔ)短結(jié)合而成，綜合兩者優(yōu)點(diǎn)。 （4）絕緣柵雙極晶體管IGBT是一種復(fù)合型器件，由GTR和MOSFET兩個(gè)器件復(fù)合而成，具有GTR和MOSFET兩者的優(yōu)點(diǎn)，具有良好的特性。 2.4.4.1 IGBT的結(jié)構(gòu)和工作原理 （1）IGBT是三端器件，具有柵極G、集電極C和發(fā)射極E。 （2）IGBT由MOSFET和GTR組合而成。 第3章 整流電路 （1）整流電路定義：將交流電能變成直流電能供給直流用電設(shè)備的變流裝置。 3.1.1 單相半波可控整流電路 （4）觸發(fā)角： 從晶閘管開(kāi)始承受正向陽(yáng)極電壓起，到施加觸發(fā)脈沖為止的電角度，稱為觸發(fā)角或控制角。 （7）幾個(gè)定義 ① “半波”整流：改變觸發(fā)時(shí)刻，和波形隨之改變，直流輸出電壓為極性不變但瞬時(shí)值變化的脈動(dòng)直流，其波形只在正半周內(nèi)出現(xiàn)，因此稱“半波”整流。 ② 單相半波可控整流電路：如上半波整流，同時(shí)電路中采用了可控器件晶閘管，且交流輸入為單相，因此為單相半波可控整流電路。 3.1.1.3 電力電子電路的基本特點(diǎn)及分析方法 （1）電力電子器件為非線性特性，因此電力電子電路是非線性電路。 （2）電力電子器件通常工作于通態(tài)或斷態(tài)狀態(tài)，當(dāng)忽略器件的開(kāi)通過(guò)程和關(guān)斷過(guò)程時(shí)，可以將器件理想化，看作理想開(kāi)關(guān)，即通態(tài)時(shí)認(rèn)為開(kāi)關(guān)閉合，其阻抗為零；斷態(tài)時(shí)認(rèn)為開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，其阻抗為無(wú)窮大。 3.1.2 單相橋式全控整流電路 3.1.2.1 帶電阻負(fù)載的工作情況 （1）單相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載時(shí)的原理圖 ① 由4個(gè)晶閘管（VT1 ~VT4）組成單相橋式全控整流電路。 ② VT1 和VT4組成一對(duì)橋臂，VT2 和VT3組成一對(duì)橋臂。 （2）單相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載時(shí)的波形圖 ① ： l VT1 ~VT4未觸發(fā)導(dǎo)通，呈現(xiàn)斷態(tài)，則、、。 l ，。 ② ： l 在角度時(shí)，給VT1 和VT4加觸發(fā)脈沖，此時(shí)a點(diǎn)電壓高于b點(diǎn)，VT1 和VT4承受正向電壓，因此可靠導(dǎo)通，。 l 電流從a點(diǎn)經(jīng)VT1 、R、VT4流回b點(diǎn)。 l ，，形狀與電壓相同。 ③ ： l 電源過(guò)零點(diǎn)，VT1 和VT4承受反向電壓而關(guān)斷，（負(fù)半周）。 l 同時(shí)，VT2 和VT3未觸發(fā)導(dǎo)通，因此、、。 ④ ： l 在角度時(shí)，給VT2 和VT3加觸發(fā)脈沖，此時(shí)b點(diǎn)電壓高于a點(diǎn)，VT2 和VT3承受正向電壓，因此可靠導(dǎo)通，。 l VT1 陽(yáng)極為a點(diǎn)，陰極為b點(diǎn)；VT4 陽(yáng)極為a點(diǎn)，陰極為b點(diǎn)；因此。 l 電流從b點(diǎn)經(jīng)VT3 、R、VT2流回b點(diǎn)。 l ，。 （3）全波整流 在交流電源的正負(fù)半周都有整流輸出電流流過(guò)負(fù)載，因此該電路為全波整流。 （4）直流輸出電壓平均值 （5）負(fù)載直流電流平均值 （6）晶閘管參數(shù)計(jì)算 ① 承受最大正向電壓： ② 承受最大反向電壓： ③ 觸發(fā)角的移相范圍：時(shí)，；時(shí)，。因此移相范圍為。 ④ 晶閘管電流平均值：VT1 、VT4與VT2 、VT3輪流導(dǎo)電，因此晶閘管電流平均值只有輸出直流電流平均值的一半，即。 3.1.2.2 帶阻感負(fù)載的工作情況 （1）單相橋式全控整流電路帶阻感負(fù)載時(shí)的原理圖 （2）單相橋式全控整流電路帶阻感負(fù)載時(shí)的波形圖 l 分析時(shí)，假設(shè)電路已經(jīng)工作于穩(wěn)態(tài)下。 l 假設(shè)負(fù)載電感很大，負(fù)載電流不能突變，使負(fù)載電流連續(xù)且波形近似為一水平線。 ① ： l 在角度時(shí)，給VT1 和VT4加觸發(fā)脈沖，此時(shí)a點(diǎn)電壓高于b點(diǎn)，VT1 和VT4承受正向電壓，因此可靠導(dǎo)通，。 l 電流從a點(diǎn)經(jīng)VT1 、L、R、VT4流回b點(diǎn)，。 l 為一水平線，。 l VT2 和VT3為斷態(tài)， ② ： l 雖然二次電壓已經(jīng)過(guò)零點(diǎn)變負(fù)，但因大電感的存在使VT1 和VT4持續(xù)導(dǎo)通。 l ，，，。 ③ ： l 在角度時(shí)，給VT2 和VT3加觸發(fā)脈沖，此時(shí)b點(diǎn)電壓高于a點(diǎn)，VT2 和VT3承受正向電壓，因此可靠導(dǎo)通，。 l 由于VT2 和VT3的導(dǎo)通，使VT1 和VT4承受反向電壓而關(guān)斷。VT1 陽(yáng)極為a點(diǎn)，陰極為b點(diǎn)；VT4 陽(yáng)極為a點(diǎn)，陰極為b點(diǎn)；因此。 l 電流從b點(diǎn)經(jīng)VT3 、L、R、VT2流回b點(diǎn)，。 l 為一水平線，。 ④ ： l 雖然二次電壓已經(jīng)過(guò)零點(diǎn)變正，但因大電感的存在使VT2 和VT3持續(xù)導(dǎo)通。 l ，，，，。 （3）直流輸出電壓平均值 （4）觸發(fā)角的移相范圍 時(shí)，；時(shí)，。因此移相范圍為。 （5）晶閘管承受電壓：正向：；反向： 3.1.2.3 帶反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載時(shí)的工作情況 （1）單相橋式全控整流電路帶反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載時(shí)的原理圖 ① 當(dāng)負(fù)載為蓄電池、直流電動(dòng)機(jī)的電樞（忽略其中的電感）等時(shí)，負(fù)載可看成一個(gè)直流電壓源，即反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載。正常情況下，負(fù)載電壓最低為電動(dòng)勢(shì)。 ② 負(fù)載側(cè)只有瞬時(shí)值的絕對(duì)值大于反電動(dòng)勢(shì)，即時(shí)，才有晶閘管承受正電壓，有導(dǎo)通的可能。 （2）單相橋式全控整流電路帶反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載時(shí)的波形圖 ① ： l 在角度時(shí)，給VT1 和VT4加觸發(fā)脈沖，此時(shí)，說(shuō)明VT1 和VT4承受正向電壓，因此可靠導(dǎo)通，，。 ② ： l 在角度時(shí)，，說(shuō)明VT1 和VT4已經(jīng)開(kāi)始承受反向電壓關(guān)斷。 l 同時(shí)，由于VT2 和VT3還未觸發(fā)導(dǎo)通，因此，。 ③ ： l 此過(guò)程為VT2 和VT3導(dǎo)通階段，由于是橋式全控整流，因此負(fù)載電壓與電流同前一階段，，。 3.2 三相可控整流電路 3.2.1 三相半波可控整流電路 3.2.1.1 電阻負(fù)載 （1）三相半波可控整流電路帶電阻負(fù)載時(shí)的原理圖 ① 變壓器一次側(cè)接成三角形，防止3次諧波流入電網(wǎng)。 ② 變壓器二次側(cè)接成星形，以得到零線。 ③ 三個(gè)晶閘管分別接入a、b、c三相電源，其所有陰極連接在一起，為共陰極接法。 （2）三相半波不可控整流電路帶電阻負(fù)載時(shí)的波形圖 l 將上面原理圖中的三個(gè)晶閘管換成不可控二極管，分別采用VD1、VD2和VD3表示。 l 工作過(guò)程分析基礎(chǔ)：三個(gè)二極管對(duì)應(yīng)的相電壓中哪一個(gè)的值最大，則該相所對(duì)應(yīng)的二極管導(dǎo)通，并使另兩相的二極管承受反壓關(guān)斷，輸出整流電壓即為該相的相電壓。 ① ：a相電壓最高，則VD1導(dǎo)通，VD2和VD3反壓關(guān)斷，。 ② ：b相電壓最高，則VD2導(dǎo)通，VD3和VD1反壓關(guān)斷，。 ③ ：b相電壓最高，則VD2導(dǎo)通，VD3和VD1反壓關(guān)斷，。 ④ 按照上述過(guò)程如此循環(huán)導(dǎo)通，每個(gè)二極管導(dǎo)通。 ⑤ 自然換向點(diǎn)：在相電壓的交點(diǎn)、、處，出現(xiàn)二極管換相，即電流由一個(gè)二極管向另一個(gè)二極管轉(zhuǎn)移，這些交點(diǎn)為自然換向點(diǎn)。 （3）三相半波可控整流電路帶電阻負(fù)載時(shí)的波形圖（） 自然換向點(diǎn)：對(duì)于三相半波可控整流電路而言，自然換向點(diǎn)是各相晶閘管能觸發(fā)導(dǎo)通的最早時(shí)刻（即開(kāi)始承受正向電壓），該時(shí)刻為各晶閘管觸發(fā)角的起點(diǎn)，即。 ① ： l a相電壓最高，VT1開(kāi)始承受正壓，在時(shí)刻觸發(fā)導(dǎo)通，，而VT2和VT3反壓關(guān)斷。 l ，。 ② ： l b相電壓最高，VT2開(kāi)始承受正壓，在時(shí)刻觸發(fā)導(dǎo)通，，而VT3和VT1反壓關(guān)斷。 l ，，VT1承受a點(diǎn)-b點(diǎn)間電壓，即。 ③ ： l c相電壓最高，VT3開(kāi)始承受正壓，在時(shí)刻觸發(fā)導(dǎo)通，，而VT1和VT2反壓關(guān)斷。 l ，，VT1承受a點(diǎn)-c點(diǎn)間電壓，即。 （4）三相半波可控整流電路帶電阻負(fù)載時(shí)的波形圖（） 定義：時(shí)刻為自然換向點(diǎn)后，和時(shí)刻依次間距。 ① ： l a相電壓最高，VT1已經(jīng)承受正壓，但在時(shí)刻（即）時(shí)開(kāi)始觸發(fā)導(dǎo)通，，而VT2和VT3反壓關(guān)斷。 l ，。 ② ： l 雖然已到a相和b相的自然換向點(diǎn)，b相電壓高于a相電壓，VT2已經(jīng)開(kāi)始承受正壓，但是VT2沒(méi)有門極觸發(fā)脈沖，因此VT2保持關(guān)斷。 l 這樣，原來(lái)已經(jīng)導(dǎo)通的VT1仍然承受正向電壓（）而持續(xù)導(dǎo)通，，，。 ③ ： l b相電壓最高，VT2已經(jīng)承受正壓，時(shí)刻（即）時(shí)開(kāi)始觸發(fā)導(dǎo)通VT2，，這樣VT1開(kāi)始承受反壓而關(guān)斷。 l ，，VT1承受a點(diǎn)-b點(diǎn)間電壓，即。 ④ ： l c相電壓最高，VT3已經(jīng)承受正壓，時(shí)刻（即）時(shí)開(kāi)始觸發(fā)導(dǎo)通VT3，，這樣VT2開(kāi)始承受反壓而關(guān)斷。 l ，，VT1承受a點(diǎn)-c點(diǎn)間電壓，即。 （5）三相半波可控整流電路帶電阻負(fù)載時(shí)的波形圖（） 定義：時(shí)刻為自然換向點(diǎn)后，和時(shí)刻依次間距。 ① ： l a相電壓最高，VT1在時(shí)刻（即）時(shí)開(kāi)始觸發(fā)導(dǎo)通，即使過(guò)了自然換向點(diǎn)，但因VT2未導(dǎo)通及，而使VT1持續(xù)導(dǎo)通，，而VT2和VT3反壓關(guān)斷。 l ，。 ② ： l a相電壓過(guò)零變負(fù)（），而使VT1承受反壓關(guān)斷，而VT2（未觸發(fā)導(dǎo)通）和VT3仍為關(guān)斷。 l ，。 ③ 及期間情況分別為VT2和VT3導(dǎo)通過(guò)程，與上述相同。 （6）三相半波可控整流電路帶電阻負(fù)載不同觸發(fā)角工作時(shí)的情況總結(jié) ① 當(dāng)時(shí)，負(fù)載電流處于連續(xù)狀態(tài)，各相導(dǎo)電。 ② 當(dāng)時(shí)，負(fù)載電流處于連續(xù)和斷續(xù)的臨界狀態(tài)，各相仍導(dǎo)電。 ③ 當(dāng)時(shí)，負(fù)載電流處于斷續(xù)狀態(tài)，直到時(shí)，整流輸出電壓為零。 ④ 結(jié)合上述分析，三相半波可控整流電路帶電阻負(fù)載時(shí)角的移相范圍為，其中經(jīng)歷了負(fù)載電流連續(xù)和斷續(xù)的工作過(guò)程。 （7）數(shù)值計(jì)算 ① 時(shí)，整流電壓平均值（負(fù)載電流連續(xù)）： l l 當(dāng)時(shí)，最大，。 ② 時(shí)，整流電壓平均值（負(fù)載電流斷續(xù)）： l l 當(dāng)時(shí)，最小，。 ③ 負(fù)載電流平均值：。 ④ 晶閘管承受的最大反向電壓： 為變壓器二次側(cè)線電壓的峰值， ⑤ 晶閘管承受的最大正向電壓： 如a相，二次側(cè)a相電壓與晶閘管正向電壓之和為負(fù)載整流輸出電壓，由于最小為0，因此晶閘管最大正向電壓。 2.2.1.2 阻感負(fù)載 （1）三相半波可控整流電路帶阻感負(fù)載時(shí)的原理圖 ① 當(dāng)阻感負(fù)載中的電感值很大時(shí)，整流獲得的電流波形基本是平直的，即流過(guò)晶閘管的電流接近矩形波。 ② 當(dāng)時(shí)，整流電壓波形與電阻負(fù)載時(shí)相同，因?yàn)閮煞N負(fù)載情況下，負(fù)載電流均連續(xù)。 （2）三相半波可控整流電路帶阻感負(fù)載時(shí)的波形圖（） 定義：時(shí)刻為自然換向點(diǎn)后，和時(shí)刻依次間距。 ① ： l VT1承受正壓并觸發(fā)導(dǎo)通，過(guò)自然換向點(diǎn)后a相電壓仍大于0，VT1仍持續(xù)導(dǎo)通。 l a相過(guò)零點(diǎn)后，由于電感的存在，阻止電流下降，因而VT1仍持續(xù)導(dǎo)通。 l ，，，。 ② ： l 當(dāng)時(shí)刻，b相電壓最高，同時(shí)觸發(fā)導(dǎo)通，則VT2導(dǎo)通，這樣VT1承受反壓關(guān)斷，由VT2向負(fù)載供電。 l ，，，。 ③ ： l 工作過(guò)程與上述相同。 l ，，，。 （3）三相半波可控整流電路帶阻感負(fù)載不同觸發(fā)角工作時(shí)的情況總結(jié) ① 阻感負(fù)載狀態(tài)下，由于大電感的存在，使負(fù)載電流始終處于連續(xù)狀態(tài)，各相導(dǎo)電。 ② 當(dāng)時(shí)，負(fù)載電壓波形將出現(xiàn)負(fù)的部分，并隨著觸發(fā)角的增大，使負(fù)的部分增多。 ③ 當(dāng)時(shí)，負(fù)載電壓波形中正負(fù)面積相等，平均值為0。 ④ 結(jié)合上述分析，三相半波可控整流電路帶阻感負(fù)載時(shí)角的移相范圍為。 （4）數(shù)值計(jì)算 ① 整流電壓平均值（負(fù)載電流始終連續(xù)）：。 ② 晶閘管承受的最大正反向電壓： 為變壓器二次側(cè)線電壓的峰值， 3.2.2 三相橋式全控整流電路 三相橋式全控整流電路原理圖： （1）由6只晶閘管組成，形成三個(gè)橋臂，其中每個(gè)橋臂連接一相電源。 （2）陰極連接在一起的3只晶閘管（VT1、VT3、VT5）稱為共陰極組，處于橋臂上端。 （3）陽(yáng)極連接在一起的3只晶閘管（VT4、VT6、VT2）稱為共陽(yáng)極組，處于橋臂下端。 （4）晶閘管的導(dǎo)通順序：VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6。 3.2.2.1 帶電阻負(fù)載時(shí)的工作情況（） （1）基本說(shuō)明 ① 自然換向點(diǎn)仍為a、b、c相的交點(diǎn)。 ② 將時(shí)刻（自然換向點(diǎn)）后的一個(gè)電源周期分成6段，每段電角度為，分別為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ。 （2）波形圖分析 ① 階段Ⅰ： l a相電壓最大，b相電壓最小，觸發(fā)導(dǎo)通VT1（事實(shí)上，VT6已經(jīng)導(dǎo)通） l ，，。 ② 階段Ⅱ： l a相電壓最大，c相電壓最小，觸發(fā)導(dǎo)通VT2，則VT6承受反壓（）而關(guān)斷，VT1持續(xù)導(dǎo)通。 l ，，。 ③ 階段Ⅲ： l b相電壓最大，c相電壓最小，觸發(fā)導(dǎo)通VT3，則VT1承受反壓（）而關(guān)斷，VT2持續(xù)導(dǎo)通。 l ，，。 ④ 階段Ⅳ： l b相電壓最大，a相電壓最小，觸發(fā)導(dǎo)通VT4，則VT2承受反壓（）而關(guān)斷，VT3持續(xù)導(dǎo)通。 l ，，。 ⑤ 階段Ⅴ： l c相電壓最大，a相電壓最小，觸發(fā)導(dǎo)通VT5，則VT3承受反壓（）而關(guān)斷，VT4持續(xù)導(dǎo)通。 l ，，。 ⑥ 階段Ⅵ： l c相電壓最大，b相電壓最小，觸發(fā)導(dǎo)通VT6，則VT4承受反壓（）而關(guān)斷，VT5持續(xù)導(dǎo)通。 l ，，。 （3）總結(jié) ① 對(duì)于共陰極組的3個(gè)晶閘管來(lái)說(shuō)，陽(yáng)極所接交流電壓值最高的一個(gè)導(dǎo)通；對(duì)于共陽(yáng)極組的3個(gè)晶閘管來(lái)說(shuō)，陰極所接交流電壓值最低的一個(gè)導(dǎo)通。 ② 每個(gè)時(shí)刻均需2個(gè)晶閘管同時(shí)導(dǎo)通，形成向負(fù)載供電的回路，其中1個(gè)晶閘管是共陰極組的，1個(gè)是共陽(yáng)極組的，且不能為同1相的晶閘管。 ③ 對(duì)觸發(fā)脈沖的要求：6個(gè)晶閘管的脈沖按VT1—VT2—VT3—VT4—VT5—VT6的順序，相位依次差。 ④ 共陰極組VT1、VT3、VT5的脈沖依次差，共陽(yáng)極組VT2、VT4、VT6的脈沖依次差。 ⑤ 同一相的上下兩個(gè)橋臂，即VT1與VT4，VT3與VT6，VT5與VT2，脈沖相差。 ⑥ 整流輸出電壓一周期脈動(dòng)6次，每次脈動(dòng)的波形都一樣，故該電路為6脈沖整流電路。 3.2.2.2 帶電阻負(fù)載時(shí)的工作情況（） （1）基本說(shuō)明 ① 自然換向點(diǎn)仍為a、b、c相的交點(diǎn)。 ② 時(shí)刻為a相觸發(fā)角位置，將該時(shí)刻后的一個(gè)電源周期分成6段，每段電角度為，分別為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ。 （2）波形圖分析 ① 階段Ⅰ： l a相電壓最大，b相電壓最小，觸發(fā)導(dǎo)通VT1（事實(shí)上，VT6已經(jīng)導(dǎo)通） l 當(dāng)過(guò)b、c相交點(diǎn)后，雖然b電壓高于c相電壓，但是由于未觸發(fā)導(dǎo)通VT2，且a相電壓仍高于b相，因此整個(gè)階段I中，VT1和VT6持續(xù)導(dǎo)通。 l ，，。 ② 階段Ⅱ： l 分析過(guò)程同階段I，VT1和VT2持續(xù)導(dǎo)通。 l ，，。 ③ 階段Ⅲ： l 分析過(guò)程同階段I，VT2和VT3持續(xù)導(dǎo)通。 l ，，。 ④ 階段Ⅳ： l 分析過(guò)程同階段I，VT3和VT4持續(xù)導(dǎo)通。 l ，，。 ⑤ 階段Ⅴ： l 分析過(guò)程同階段I，VT4和VT5持續(xù)導(dǎo)通。 l ，，。 ⑥ 階段Ⅵ： l 分析過(guò)程同階段I，VT5和VT6持續(xù)導(dǎo)通。 l ，，。 （3）總結(jié) ① 與時(shí)相比，晶閘管起始導(dǎo)通時(shí)刻推遲了，組成的每一段線電壓因此推遲，平均值降低。 ② VT1處于通態(tài)的期間，變壓器二次側(cè)a相電流，波形與同時(shí)段的波形相同。VT4處于通態(tài)的期間，波形與同時(shí)段的波形相同，但為負(fù)值。 3.2.2.3 帶電阻負(fù)載時(shí)的工作情況（） （1）波形圖分析 ① 階段Ⅰ： l a相電壓最大，c相電壓最小，通過(guò)以往經(jīng)驗(yàn)知道VT6已經(jīng)導(dǎo)通，此時(shí)觸發(fā)導(dǎo)通VT1，不觸發(fā)VT2，則整個(gè)階段I中，VT1和VT6持續(xù)導(dǎo)通。 l ，。 ② 階段Ⅱ： l b相電壓最大，c相電壓最小，此時(shí)觸發(fā)導(dǎo)通VT2，則VT6承受電壓而關(guān)斷，而a相電壓仍比c相大，因此VT1和VT2持續(xù)導(dǎo)通。 l ，。 ③ 階段Ⅲ： l 分析過(guò)程同階段Ⅱ，VT2和VT3持續(xù)導(dǎo)通。 l ，。 ④ 階段Ⅳ： l 分析過(guò)程同階段Ⅱ，VT3和VT4持續(xù)導(dǎo)通。 l ，。 ⑤ 階段Ⅴ： l 分析過(guò)程同階段Ⅱ，VT4和VT5持續(xù)導(dǎo)通。 l ，。 ⑥ 階段Ⅵ： l 分析過(guò)程同階段Ⅱ，VT5和VT6持續(xù)導(dǎo)通。 l ，。 （2）總結(jié) ① 與時(shí)相比，晶閘管起始導(dǎo)通時(shí)刻繼續(xù)向后推遲，平均值繼續(xù)降低，并出現(xiàn)了為零的點(diǎn)。 ② 當(dāng)時(shí)，波形均連續(xù)，對(duì)于電阻負(fù)載，波形與波形的形狀一樣，保持連續(xù)。 3.2.2.4 帶電阻負(fù)載時(shí)的工作情況（） （1）時(shí)整流電路觸發(fā)脈沖要求 ① 時(shí)，負(fù)載電流將出現(xiàn)斷續(xù)狀態(tài)，這樣為確保電路的正常工作，需保證同時(shí)導(dǎo)通的2個(gè)晶閘管均有觸發(fā)脈沖。 ② 方法一：采用寬脈沖觸發(fā)，即觸發(fā)脈沖的寬度大于，一般取~。 ③ 方法二：采用雙脈沖觸發(fā)，即在觸發(fā)某個(gè)晶閘管的同時(shí)，給序號(hào)緊前的一個(gè)晶閘管補(bǔ)發(fā)脈沖。即用兩個(gè)窄脈沖代替寬脈沖，兩個(gè)窄脈沖的前沿相差，脈寬一般為~。 （2）波形圖分析 ① 階段Ⅰ： l 前半段內(nèi)，，通過(guò)以往經(jīng)驗(yàn)知道VT6已經(jīng)導(dǎo)通，此時(shí)觸發(fā)導(dǎo)通VT1，不觸發(fā)VT2，則VT1和VT6導(dǎo)通。，。 l 后半段內(nèi)，，出現(xiàn)a、b相交點(diǎn)，則過(guò)交點(diǎn)后VT6和VT1承受反壓關(guān)斷。，。 ② 階段Ⅱ： l 前半段內(nèi)，，此時(shí)觸發(fā)導(dǎo)通VT2，同時(shí)采用寬脈沖或雙脈沖方式觸發(fā)VT1導(dǎo)通。，。 l 后半段內(nèi)，，出現(xiàn)a、c相交點(diǎn)，則過(guò)交點(diǎn)后VT1和VT2承受反壓關(guān)斷。，。 ③ 階段Ⅲ： l 前半段內(nèi)，VT2和VT3持續(xù)導(dǎo)通。，，。 l 后半段內(nèi)，，。 ④ 階段Ⅳ： l 前半段內(nèi)，VT3和VT4持續(xù)導(dǎo)通。，，。 l 后半段內(nèi)，，。 ⑤ 階段Ⅴ： l 前半段內(nèi)，VT4和VT5持續(xù)導(dǎo)通。，，。 l 后半段內(nèi)，，。 ⑥ 階段Ⅵ： l 前半段內(nèi)，VT5和VT6持續(xù)導(dǎo)通。，，。 l 后半段內(nèi)，，。 （3）總結(jié) ① 當(dāng)時(shí)，負(fù)載電流將出現(xiàn)斷續(xù)狀態(tài)。 ② 當(dāng)時(shí)，整流輸出電壓波形全為零，因此帶電阻負(fù)載時(shí)的三相橋式全控整流電路角的移相范圍是。 3.2.2.7 三相橋式全控整流電路的定量分析 （1）帶電阻負(fù)載時(shí)的平均值 ① 特點(diǎn)：時(shí)，整流輸出電壓連續(xù)；時(shí)，整流輸出電壓斷續(xù)。 ② 整流電壓平均值計(jì)算公式：以所處的線電壓波形為背景，周期為。 ③ 輸出電流平均值計(jì)算公式：。 3.7 整流電路的有源逆變工作狀態(tài) 3.7.1 逆變的概念 3.7.1.1 什么是逆變？為什么要逆變？ （1）逆變定義：生產(chǎn)實(shí)踐中，存在著與整流過(guò)程相反的要求，即要求把直流電轉(zhuǎn)變成交流電，這種對(duì)應(yīng)于整流的逆向過(guò)程，定義為逆變。 （3）逆變電路定義：把直流電逆變成交流電的電路。 （4）有源逆變電路：將交流側(cè)和電網(wǎng)連結(jié)時(shí)的逆變電路，實(shí)質(zhì)是整流電路形式。 （5）無(wú)源逆變電路：將交流側(cè)不與電網(wǎng)連結(jié)，而直接接到負(fù)載的電路，即把直流電逆變?yōu)槟骋活l率或可調(diào)頻率的交流電供給負(fù)載的電路。 （6）有源逆變電路的工作狀態(tài)：只要滿足一定條件，可控整流電路即可以工作于整流狀態(tài)，也可以工作于逆變狀態(tài)。 3.7.1.3 逆變產(chǎn)生的條件 （1）單相全波電路（相當(dāng)發(fā)電機(jī)）- 電動(dòng)機(jī)系統(tǒng) （2）單相全波電路（整流狀態(tài)） - 電動(dòng)機(jī)（電動(dòng)狀態(tài)）系統(tǒng) ① 電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，全波電路處于整流工作狀態(tài)（），直流輸出電壓，而且，才能輸出電樞電流。 ② 能量流向：交流電網(wǎng)輸出電功率，電動(dòng)機(jī)輸入電功率。 （3）單相全波電路（有源逆變狀態(tài)） - 電動(dòng)機(jī)（發(fā)電回饋制動(dòng)）系統(tǒng) ① 電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電回饋制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，由于晶閘管單向?qū)щ娦?，電路?nèi)的方向依然不變。 ② 這樣，要保證電動(dòng)機(jī)有電動(dòng)運(yùn)行變成發(fā)電回饋制動(dòng)運(yùn)行，必須改變的極性，同時(shí)直流輸出電壓也改變極性（，）。 ③ 此時(shí)，必須保證，，才能把電能從直流側(cè)送到交流側(cè)，實(shí)現(xiàn)逆變。 ④ 能量流向：電動(dòng)機(jī)輸出電功率，交流電網(wǎng)吸收電功率。 ⑤ 全波電路有源逆變工作狀態(tài)下，為什么晶閘管觸發(fā)角處于，仍能導(dǎo)通運(yùn)行？ 答：主要由于全波電路有外接直流電動(dòng)勢(shì)的存在且，這是電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電回饋制動(dòng)狀態(tài)時(shí)得到的，這樣能夠保證系統(tǒng)得到很大的續(xù)流，即使晶閘管的陽(yáng)極電位大部分處于交流電壓為負(fù)的半周期，但是仍能承受正向電壓而導(dǎo)通。 （4）有源逆變產(chǎn)生的條件 ① 變流電路外側(cè)要有直流電動(dòng)勢(shì)，其極性必須和晶閘管的導(dǎo)通方向一致，其值應(yīng)大于變流電路直流側(cè)的平均電壓。 ② 要求晶閘管的控制觸發(fā)角，使為負(fù)值。 第4章 逆變電路 （1）逆變定義：將直流電能變成交流電能。 （2）有源逆變：逆變電路的交流輸出側(cè)接在電網(wǎng)上。 （3）無(wú)源逆變：逆變電路的交流輸出側(cè)直接和負(fù)載相連。 4.2 電壓型逆變電路 （1）逆變電路分類：根據(jù)直流側(cè)電源性質(zhì)可以分為電壓（源）型逆變電路和電流（源）型逆變電路。 （2）電壓（源）型逆變電路VSI：直流側(cè)為電壓源。 （3）電流（源）型逆變電路CSI：直流側(cè)為電流源。 （4）電壓型逆變電路舉例： ① 直流側(cè)為電壓源，或并聯(lián)有大電容。直流側(cè)電壓基本無(wú)脈動(dòng)，直流回路呈現(xiàn)低阻抗。 ② 由于直流電壓源的鉗位作用，交流側(cè)輸出電壓波形為矩形波，并且與負(fù)載阻抗角無(wú)關(guān)。而交流側(cè)輸出電流波形和相位因負(fù)載阻抗情況的不同而不同。 ③ 當(dāng)交流側(cè)為阻感負(fù)載時(shí)，需要提供無(wú)功功率，直流側(cè)電容起緩沖無(wú)功能量的作用。 ④ 圖中逆變橋各臂都并聯(lián)反饋二極管，為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無(wú)功能量提供通道。 4.2.1 單相電壓型逆變電路 4.2.1.1 半橋逆變電路 （1）電路原理圖 ① 由兩個(gè)橋臂組成，其中每個(gè)橋臂均包含一個(gè)可控器件和一個(gè)反并聯(lián)二極管。 ② 直流輸入側(cè)接有兩個(gè)相互串聯(lián)的足夠大的電容，兩個(gè)電容的連接點(diǎn)為直流電源的中點(diǎn)。 ③ 負(fù)載連接在直流電源中點(diǎn)和兩個(gè)橋臂連接點(diǎn)之間。 （2）柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào) ① 開(kāi)關(guān)器件V1 和V2 的柵極信號(hào)在一個(gè)周期內(nèi)半周正偏，半周反偏，且二者互補(bǔ)。 ② ：V1 柵極高電平，V2 柵極低電平。 ③ ：V2 柵極高電平，V1柵極低電平。 ④ ：V1 柵極高電平，V2 柵極低電平。 （3）電壓與電流波形圖 ① ：V1 柵極高電平，V2 柵極低電平，因此V1 為通態(tài)，V2為斷態(tài)，則負(fù)載電壓。 ② 時(shí)刻：V1 開(kāi)始關(guān)斷，但感性負(fù)載中的電流不能立即改變方向，于是VD2 導(dǎo)通續(xù)流（稱為續(xù)流二極管），則負(fù)載電壓。直到時(shí)刻降為零時(shí)，VD2 截止，V2開(kāi)始導(dǎo)通，負(fù)載電壓仍為，反向。 ③ 其他時(shí)刻同理。 （4）有功功率與無(wú)功功率 ① 當(dāng)V1或V2 為通態(tài)時(shí)，負(fù)載電流與電壓同方向，直流側(cè)向負(fù)載提供能量。 ② 當(dāng)VD1 或VD2 為通態(tài)時(shí)，負(fù)載電流與電壓反向，則負(fù)載電感中儲(chǔ)存的能量向直流側(cè)反饋，即負(fù)載電感將其吸收的無(wú)功能量反饋回直流側(cè)，反饋回的能量暫時(shí)儲(chǔ)存在直流側(cè)電容中，直流側(cè)電容器起著緩沖這種無(wú)功能量的作用。 （5）應(yīng)用說(shuō)明 ① 上述電路中開(kāi)關(guān)器件若為晶閘管，則需要使用強(qiáng)迫換流電路。 ② 半橋逆變電路優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用器件少，但缺點(diǎn)是輸出交流電壓幅值僅為，且直流側(cè)需要兩個(gè)電容器串聯(lián)。 ③ 半橋逆變電路常使用在幾千瓦以下的小功率逆變電源中。 4.2.2 三相電壓型逆變電路 4.2.2.1 三相電壓型橋式逆變電路 （1）電路圖 ① 開(kāi)關(guān)器件為IGBT。 ② 直流側(cè)由兩個(gè)電容器組成，電壓中點(diǎn)為。 ③ 直流電壓為，因此“+”電壓為，“—”電壓為。 ④ 負(fù)載側(cè)中點(diǎn)為N。 （2）工作方式（導(dǎo)電方式） ① 每個(gè)橋臂（上或下）的導(dǎo)電角度為，同一相上下兩個(gè)橋臂交替導(dǎo)電，各相開(kāi)始導(dǎo)電的角度依次相差。 V1 V1 V1 V4 V4 V4 V6 V6 V3 V3 V3 V6 V5 V2 V2 V2 V5 V5 ② 任一瞬間，將有三個(gè)橋臂同時(shí)導(dǎo)通，可能是上面一個(gè)橋臂下面兩個(gè)橋臂，也可能是上面兩個(gè)橋臂下面一個(gè)橋臂同時(shí)導(dǎo)通。 ③ 每一次換流都是在同一相上下兩個(gè)橋臂之間進(jìn)行，即縱向換流。 （3）負(fù)載線電壓波形 ① 針對(duì)U相，當(dāng)橋臂1導(dǎo)通時(shí)，，當(dāng)橋臂4導(dǎo)通時(shí)，，因此是幅值為的矩形波，V、W兩相的情況與U相類似。 ② 、、相位依次相差。 ③ 負(fù)載線電壓公式：，幅值為的矩形波，相位依次相差。 （4）負(fù)載相電壓及中點(diǎn)電壓波形 ① 負(fù)載相電壓公式： 其中，為負(fù)載中點(diǎn)與直流電源中點(diǎn)之間的電壓。 ② 上式中，通過(guò)求解才能得出負(fù)載相電壓 將上式相加： 則： 考慮負(fù)載側(cè)為三相對(duì)稱負(fù)載，即 因此： ③ 中點(diǎn)電壓的波形：矩形波，頻率為的3倍，幅值為的1/3倍，即。 ④ 負(fù)載相電壓波形：，階梯波，幅值為，三相互差。 4.3 電流型逆變電路 （1）定義：直流電源為電流源的逆變電路，一般情況下為大電感形式的直流電流源。 （2）電流型三相橋式逆變電路： （3）電流型逆變電路的特點(diǎn)： ① 直流側(cè)串聯(lián)大電感，相當(dāng)于電流源。直流側(cè)電流基本無(wú)脈動(dòng)，直流回路呈現(xiàn)高阻抗。 ② 電路中開(kāi)關(guān)器件的作用僅是改變直流電流的流通路徑，因此交流側(cè)輸出電流為矩形波，并且與負(fù)載阻抗角無(wú)關(guān)。交流側(cè)輸出電壓波形和相位則因負(fù)載阻抗情況的不同而不同。 ③ 當(dāng)交流側(cè)為阻感負(fù)載時(shí)需要提供無(wú)功功率，直流側(cè)電感起緩沖無(wú)功能量的作用。 第5章 直流-直流變流電路 （1）直流-直流變流電路（DC-DC）定義：將一種直流電變?yōu)榱硪还潭妷夯蚩烧{(diào)電壓的直流電的裝置。 （2）常見(jiàn)的直流-直流變流電路為直流斬波電路。 （3）基本直流斬波電路為：降壓斬波電路和升壓斬波電路。 5.1.1 降壓斬波電路 5.1.1.1 電路原理圖 （1）包含全控型器件V，由IGBT組成。 （2）包含續(xù)流二極管VD，作用是保證IGBT關(guān)斷時(shí)給負(fù)載中電感電流提供通道。 （3）負(fù)載：直流電動(dòng)機(jī)，兩端呈現(xiàn)反電動(dòng)勢(shì)。 （4）分析前提：假設(shè)負(fù)載中電感值很大，即保證電流連續(xù)。 5.1.1.2 工作原理分析 （1）給出IGBT的柵射極電壓波形，即波形，周期為T。 （2）（）期間：IGBT導(dǎo)通，電源E向負(fù)載供電，負(fù)載電壓，由于電感存在，因此負(fù)載電流不能突變，所以按指數(shù)曲線上升。 （3）（）期間：控制IGBT關(guān)斷，負(fù)載電流經(jīng)過(guò)續(xù)流二極管VD續(xù)流，負(fù)載電壓基本為0，負(fù)載電流呈現(xiàn)指數(shù)曲線下降。 （4）當(dāng)負(fù)載電感值較大時(shí)，負(fù)載電流連續(xù)而且脈動(dòng)小。 5.1.1.3 公式 （1）負(fù)載電壓平均值：，其中為占空比。 （2）電感L極大時(shí)，負(fù)載電流平均值：。 計(jì)算題：例5-1 5.1.1.4 總結(jié) （1）通過(guò)改變降壓斬波電路的占空比大小，就可以改變輸出負(fù)載電壓的平均值。 5.1.2 升壓斬波電路 5.1.2.1 電路原理圖 （1）包含全控型器件V，由IGBT組成。 （2）包含極大值的電感L和電容C。 （3）負(fù)載為電阻R。 5.1.2.2 工作原理分析 （1）當(dāng)IGBT導(dǎo)通階段： l 電源E向電感L充電，充電電流為恒定電流； l 電容C上的電壓向負(fù)載R供電，因C值很大，因此輸出電壓為恒值。 l 通態(tài)時(shí)間為，此階段電感L上積蓄能量為。 （2）當(dāng)IGBT關(guān)斷階段： l 電源E和電感L共同向電容C充電，并向負(fù)載R提供能量。 l 此期間，電感L釋放的能量為。 5.1.2.3 公式 （1）當(dāng)電路處于穩(wěn)態(tài)時(shí)，一個(gè)周期T中電感L積蓄的能量與釋放的能量相等。 （2）輸出電壓平均值：=，因此。 （3）輸出電流平均值：。 計(jì)算題：例5-3 5.1.1.4 升壓斬波電路能夠保證輸出電壓高于電源電壓的原因 （1）電感L放電時(shí)，其儲(chǔ)存的能量具有使電壓泵升的作用。 （2）電感L充電時(shí)，電容C可將輸出電壓保持住。 第7章 PWM控制技術(shù) PWM控制定義：即脈沖寬度控制技術(shù)，它是對(duì)脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制的技術(shù)，即通過(guò)對(duì)一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，來(lái)等效的獲得所需要的波形，其中包含波形的形狀和幅值。 7.1 PWM控制的基本原理 7.1.1 面積等效原理 （1）沖量的定義：指窄脈沖的面積。 （2）脈沖面積等效原理：當(dāng)沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同，即慣性環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同。 7.1.2 PWM脈沖等效為正弦半波 （1）正弦半波分成N等份，得到N個(gè)彼此相連的脈沖序列，該序列脈沖為等寬度而不等幅值，即脈沖寬度均為，但脈沖幅值不等，按正弦規(guī)律變化。 （2）將上述脈沖序列采用脈沖面積等效原理進(jìn)行等效：采用N個(gè)等幅值而不等寬度的矩形脈沖代替，保證矩形脈沖的中點(diǎn)與相應(yīng)正弦半波脈沖的中點(diǎn)重合，且使矩形脈沖和相應(yīng)正弦半波脈沖的面積（沖量）相等，這樣能夠保證矩形脈沖與正弦半波脈沖的作用相同。 （3）PWM波形：上述一系列等幅值而不等寬度的矩形脈沖就是PWM波形。 （4）SPWM波形：當(dāng)PWM波形的脈沖寬度按正弦規(guī)律變化，與正弦波等效時(shí)，稱為SPWM波形。 7.2 PWM逆變電路及其控制方法 7.2.1 PWM調(diào)制法 針對(duì)逆變電路： 調(diào)制信號(hào)：希望逆變電路輸出的波形 載波：接受調(diào)制信號(hào)調(diào)制的信號(hào)，常見(jiàn)載波為等腰三角波或鋸齒波 PWM波形：載波通過(guò)上述調(diào)制信號(hào)波調(diào)制后所得到的波形。 7.2.1.1 單相橋式逆變電路與PWM控制技術(shù) 調(diào)制信號(hào)波為，載波為。 （1）單極性PWM控制技術(shù) 特點(diǎn)：在調(diào)制信號(hào)波半個(gè)周期內(nèi)，三角形載波只在正極性或負(fù)極性一種極性范圍內(nèi)變化 ① 調(diào)制信號(hào)波為正弦波； ② 載波在的正半周為正極性的三角波，在的負(fù)半周為負(fù)極性的三角波。 ③ 在和的交點(diǎn)時(shí)刻控制IGBT的通斷。 ④ 在的正半周，V1保持通態(tài)，V2保持?jǐn)鄳B(tài)；當(dāng)＞時(shí)使V4導(dǎo)通，V3關(guān)斷，；當(dāng)＜時(shí)使V3導(dǎo)通，V4關(guān)斷，； ⑤ 在的負(fù)半周，V1保持?jǐn)鄳B(tài)，V2保持通態(tài)；當(dāng)＜時(shí)使V3導(dǎo)通，V4關(guān)斷，；當(dāng)＞時(shí)使V3關(guān)斷，V4導(dǎo)通，； ⑥ 這樣得到的波形為SPWM波形 （2）雙極性PWM控制技術(shù) 特點(diǎn)：在調(diào)制信號(hào)波半個(gè)周期內(nèi)，三角形載波可以在正極性或負(fù)極性兩種極性范圍內(nèi)變化 ① 調(diào)制信號(hào)波為正弦波； ② 載波在的正半周或負(fù)半周均有正、負(fù)兩種極性的三角波。 ③ 在和的交點(diǎn)時(shí)刻控制IGBT的通斷。 ④ 在的正、負(fù)半周，控制規(guī)律相同：當(dāng)＞時(shí)給V1和V4導(dǎo)通信號(hào)（此時(shí)，V1和V4不一定出于通態(tài)，考慮有功和無(wú)功問(wèn)題，也可能處于續(xù)流二極管導(dǎo)通），V2和V3關(guān)斷，；當(dāng)＜時(shí)給V2和V3導(dǎo)通信號(hào)（也可能處于續(xù)流二極管導(dǎo)通），V1和V4關(guān)斷，； ⑤ 這樣得到的波形為SPWM波形 7.2.2 異步調(diào)制和同步調(diào)制 （1）載波比：載波頻率與調(diào)制信號(hào)頻率之比，。 7.2.2.1 異步調(diào)制 （1）定義：載波信號(hào)和調(diào)制信號(hào)不保持同步的調(diào)制方式，即N值不斷變化，稱為異步調(diào)制。 （2）控制方式：保持載波頻率固定不變，這樣當(dāng)調(diào)制信號(hào)頻率變化時(shí)，載波比N是變化的 7.2.2.2 同步調(diào)制 （1）定義：在逆變器輸出變頻工作時(shí)，使載波與調(diào)制信號(hào)波保持同步的調(diào)制方式，即改變調(diào)制信號(hào)波頻率的同時(shí)成正比的改變載波頻率，保持載波比N等于常數(shù)，稱為同步調(diào)制。 7.2.2.3 分段同步調(diào)制 （1）定義：把逆變電路的輸出頻率范圍劃分成若干個(gè)頻段，每個(gè)頻段內(nèi)保持載波比N為恒定（同步調(diào)制），不同頻段內(nèi)的載波比不同（異步調(diào)制）