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湖南大学现代电力电子技术第5章

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现代电力电子技术

现代电力电子技术

R
uL
u2
E
+
-
触发电路产生的触发脉冲须满足下列要求： 足够的功率； 一定的宽度； 与主电路同步； 一定的移相范围。
产生的方式： 单结晶体管触发电路； 集成触发电路。
1
2
第3节 晶闸管触发电路
一、单结晶体管触发电路
等效电路
E
B2
B1
RB2
RB1
管内基极 体电阻
E
（发射极）
B2
（第二基极）
当 L >> R时， ILT在整个周期中可近似 看做直流。
5
晶闸管的中电流
IT =
IT =
平均值:
有效值:
晶闸管的选择
晶闸管电压 > （1.5 ~ 2）U2M
晶闸管电流
> （1.5）×
二、单相桥式半控整流电路
1、
电阻性负载桥式可控整流电路
（1）电路及工作原理
u2 > 0的导通路径：
u2 (A)
三、 特性与参数
1、特性
U
I
URSM
UFSM
URRM
IH
UFRM
IF
IG1=0A
IG2
IG3
IG3
IG2
IG1
>
>
正向
反向
2、主要参数
UFRM：
正向断态重复峰值电压。（晶闸管耐压值。 一般取 UFRM = 80% UFSM 。普通晶闸管 UFRM 为 100V~3000V）
URRM：反向重复峰值电压。（控制极断路时， 可以重复作用在晶闸管上的反向重复电 压。一般取URRM = 80% URSM。普通晶 闸管URRM为100V~3000V）
电力电子技术第五版课后习题答案

电力电子技术第五版课后习题答案

电力电子技术第五版课后习题答案第二章 电力电子器件2. 使晶闸管导通的条件是什么？答：使晶闸管导通的条件是：晶闸管承受正向阳极电压，并在门极施加触发电流（脉冲）。

或：u AK >0且u GK >0。

3. 维持晶闸管导通的条件是什么？怎样才能使晶闸管由导通变为关断？ 答：维持晶闸管导通的条件是使晶闸管的电流大于能保持晶闸管导通的最小电流，即维持电流。

要使晶闸管由导通变为关断，可利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下，即降到维持电流以下，便可使导通的晶闸管关断。

4. 图2-27中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形，各波形的电流最大值均为I ，试计算各波形的电流平均值I 、I 、I 与电流有效值I 1、I 2、I 3。

π4π4π25π4a)b)c)图1-43图2-27 晶闸管导电波形解：a) I d1=π21⎰ππωω4)(sin t td I m =π2mI (122+)≈0.2717 I m I 1=⎰ππωωπ42)()sin (21t d t I m =2m I π2143+≈0.4767 I m b) I d2 =π1⎰ππωω4)(sin t td I m =πmI (122+)≈0.5434 I m I 2 =⎰ππωωπ42)()sin (1t d t I m =22mI π2143+≈0.6741I m c) I d3=π21⎰20)(πωt d I m =41I m I 3 =⎰202)(21πωπt d I m =21I m5. 上题中如果不考虑安全裕量,问100A 的晶闸管能送出的平均电流I d1、I d2、I d3各为多少？这时，相应的电流最大值I m1、I m2、I m3各为多少?解：额定电流I T(AV) =100A 的晶闸管，允许的电流有效值I =157A ，由上题计算结果知a) I m1≈4767.0I≈329.35， I d1≈0.2717 I m1≈89.48b) I m2≈6741.0I≈232.90, I d2≈0.5434 I m2≈126.56 c) I m3=2 I = 314,I d3=41 I m3=78.5第三章 整流电路1. 单相半波可控整流电路对电感负载供电，L ＝20mH ，U 2＝100V ，求当α＝0︒和60︒时的负载电流I d ，并画出u d 与i d 波形。

现代电力电子技术(完整)

现代电力电子技术(完整)


s
Up Ebb Uv Ip P
e
b1
e
Ie Ee
VD A Rb1
v
Iv Ie
b1
当Ue＜UA时，二极管反向，只有很小的漏电电流。 当:
Ue UA
Rb1 Ebb Ebb Rb1 Rb 2
现代电力电子技术
讲 稿
姚河清 2002.7.27
概述
1.电力电子技术的概念 Power Electronics & Conversion technolegy 1.1电力电子技术： 电子技术在大功率方面的应用 1.2变流技术： 实现电流供流方式的转换 例如：交流---直流、直流---交流、直流--直流、交流---交流
sin 2 2
整流器输出的有功功率：
P I 2U I 2U
电源的功率因数：
2 1
p cos s
1
sin 2 2
表2—1单相全控桥整流的电压、电流比及功率因素
与控制角的关系 控制角α 0 Ud/U2 0.9 30 60 90 120 150 180
t t t t
t
VT1
i2 a)
VT3 a
id ud
R E
u1
u2
b VT2 VT4
1—4.反电动势负载分析 晶闸管最小触发角：
ud
αmin
停止导电角
sin
1
E
Hale Waihona Puke b) id

t
E 2 min 2U 2
Id
t
图2--8单相挢式全控整流电路，反 电动势负载的电路及其波形
IA IH U RRM U I DRM
湖南大学现代电力电子技术第五章 脉冲宽度调制(PWM)技术

湖南大学现代电力电子技术第五章 脉冲宽度调制(PWM)技术


urc uc 三角波 发生器
udc
图6.23 SPWM逆变器的模拟控制电路
5.2 正弦脉宽调制（SPWM)技术
四、SPWM的数字实现法
表格法(ROM法) SPWM 波形的 软件 生成法 随时计算法(RAM法)
实时计算法
等效面积法 自然采样法 规则采样法（对称和不对称规则采样法)
5.2 正弦脉宽调制（SPWM)技术
1 M sin w t 2 r D d / 2 T / 2 c
因此可得
T d ( 1 M sin w t)
c
w
2
rD
三角波一周期内，脉冲两边间隙宽度 T 1 c ' T ( 1 M sin t ) c r D 2 4
d
d
w
5.2 正弦脉宽调制（SPWM)技术
推广到三相桥逆变电路的情况 三角波载波公用，三相正弦调制波相位依次差120° 同一三角波周期内三相的脉宽分别为 t a 2 、t b 2 和 t c 2 ，脉冲两边的间 tb1 和 tc1 ， t a 3 t、 t c 3 ，同一时刻三相调制 隙宽度分别为 t a 1 、 和 b3 波电压之和为零，由上式得
O
ω t
>
u
SPWM波
ωt
u
O
>
O
> ωt
5.1 PWM技术概述
单极性SPWM
—对于正弦波的负 半 周 ， 采 取同 样 的方法，得到 PWM波形。
Ud O -U d
wt
双极性SPWM
— 根据面积等效原理， Ud 正弦波还可等效为 右图中的PWM波， O 而且这种方式在实 际应用中更为广泛。
d
2
现代电力电子技术第五讲

现代电力电子技术第五讲

电感的存在，使全控型器件关断时电流突变产 生很大的电流变化率，严重威胁器件的安全 新的措施：
反并联二极管为其提供释放能量的通道
反并联二极管后，只要负载两端电压
（直流侧）低于交流侧两端电压值，则二 极管导通（正半周期VD1、VD4导通，负半 周期VD2、VD3导通），全控型器件被旁路， 整流工作状态与二极管整流电路完全相同， 对全控型器件进行PWM控制失去作用。只 有在直流侧电压Ud 大于交流侧电压时，二 极管才不会导通，全控型器件组成的桥式 电路才可以正常工作，故为升压整流。
矩阵式变频电路拓扑
Ua
Ub
UC
Sau
Sbu
SCU
UU
Sav
Sbv
Scv Uv
Saw
Sbw
SCW
UW
图5.38 三相矩阵式变频电路
图5.39 一种双向开关单元
在任一时刻，输出三相中的任一相都可以通 过交流开关与三相电源的任一相连接 。以U相为 例，可以通过Sau、Sbu 、SCU的通断控制使UU等 于Ua 、Ub 或者UC，但三个开关同时只能有一个 导通，否则会造成电源短路。这样输出UU 就是由 输入电源Ua 、Ub 、UC三相电压的片段组合而成， 只要开关频率足够高。选择合适的导通时刻与合 适的导通时间，UU就可以为预期所希望输出频率 的交流电了。
现代电力电子技术 第五讲
PWM变流电路
基本的PWM变流电路： PWM逆变电路 直流斩波电路 PWM整流电路 矩阵式变频电路
5.1 PWM逆变电路 应用PWM控制技术的逆变电路
5.1.1 单相桥式PWM逆变电路 单极性控制、双极性控制
电路结构
+
VT1
VD1 VT3
VD3
RL
电力电子技术第五版课后习题及答案

电力电子技术第五版课后习题及答案

电力电子技术第五版课后习题及答案第二章电力电子器件2-1与信息电子电路中的二极管相比，电力二极管具有怎样的结构特点才使得其具有耐受高压和大电流的能力？答：1.电力二极管大都采用垂直导电结构，使得硅片中通过电流的有效面积增大，显著提高了二极管的通流能力。

2.电力二极管在P区和N区之间多了一层低掺杂N区，也称漂移区。

低掺杂N区由于掺杂浓度低而接近于无掺杂的纯半导体材料即本征半导体，由于掺杂浓度低，低掺杂N区就可以承受很高的电压而不被击穿。

2-2.使晶闸管导通的条件是什么？答：使晶闸管导通的条件是：晶闸管承受正向阳极电压，并在门极施加触发电流（脉冲）。

或：uAK>0且uGK>0。

2-3.维持晶闸管导通的条件是什么？怎样才能使晶闸管由导通变为关断？答：维持晶闸管导通的条件是使晶闸管的电流大于能保持晶闸管导通的最小电流，即维持电流。

要使晶闸管由导通变为关断，可利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下，即降到维持电流以下，便可使导通的晶闸管关断。

2-4图2-27中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形，各波形的电流最大值均为Imπ4π4π25π4a)b)c)图1-43图2-27晶闸管导电波形解：a)I d1=π21ππωω4)(sin t td I m=π2m I(122+)≈0.2717I m I1=ππωωπ42)()sin(21t d t I m=2m Iπ2143+≈0.4767I m b)I d2=π1ππωω4)(sin t td I m=πm I(122+)≈0.5434I m I 2=ππωωπ42)()sin(1t d t I m=22m Iπ2143+≈0.6741I m c)I d3=π2120)(πωt d I m=4 1I m I3=202)(21πωπt d I m=21I m2-5上题中如果不考虑安全裕量,问100A的晶闸管能送出的平均电流I d1、I d2、I d3各为多少？这时，相应的电流最大值I m1、I m2、I m3各为多少?解：额定电流I T(AV)=100A的晶闸管，允许的电流有效值I =157A，由上题计算结果知a)I m1≈4767.0I≈329.35，I d1≈0.2717I m1≈89.482/16b)I m2≈6741.0I≈232.90,I d2≈0.5434I m2≈126.56c)I m3=2I=314,I d3=41I m3=78.52-6GTO和普通晶闸管同为PNPN结构,为什么GTO能够自关断,而普通晶闸管不能?答：GTO和普通晶阐管同为PNPN结构，由P1N1P2和N1P2N2构成两个晶体管V1、V2，分别具有共基极电流增益a1和a2，由普通晶阐管的分析可得,a1+a2=1是器件临界导通的条件。

电力电子技术第5章dPPT课件

电力电子技术第5章dPPT课件

❖ 但是，SPWM的载波频率也不易过高，除了受功率器件 的允许开关频率制约外，还要考虑开关损耗和换流损耗 会随开关频率的提高而增加。另外，开关瞬间电压或电 流的急剧变化形成很大的du/dt或di/dt，会产生强的电磁干 扰，还会在线路和器件的分布电容和电感上引起冲击电 流和尖峰电压。
5.5.2 异步调制与同步调制
不固定，正负半周期的脉冲不对称，半周期内前后1/4周期的 脉冲也不对称。 ❖ 当fr较低时，N较大，一周期内脉冲数较多，脉冲不对称产生 的不利影响都较小。 ❖ 当fr增高时，N减小，一周期内的脉冲数减少，脉冲不对称的 影响就变大。
2. 同步调制 ——载波比N等于常数，并在变频时使载波和 参考信号保持同步的调制方式。
压SPWM波由±2Ud/3、±Ud/3和0五种电平组成。
VD1
VD3
VD5
➢ 也可用等效电路法直接得到线电压
VT1
VT3
VT5
u
ZL
uuv和相电压uuN的波形。
Ud
iu v iv w
VT4
VT6
VT2
iw
ZL ZL
N
VD4
VD6
VD2
u
uru
uc
urv
urw
O
t
uuv
Ud
O
uuN
2U d 3
O
Ud
(3)输出频率和电压都在逆变器内控制和调节，其响应的速 度取决于控制回路，而与直流回路的滤波参数无关，所 以调节速度快，并且可使调节过程中频率和电压的配合 同步，以获得好的动态性能。
(4) 输出电压或电流波形接近正弦，从而减少谐波分量。
4. 关于SPWM的开关频率
❖ SPWM调制后的信号中除了含有参考信号和频率很高的载 波频率及载波倍频附近的频率分量之外，几乎不含其它 谐波，特别是接近基波的低次谐波。因此，SPWM的开关 频率越高，谐波含量越少，即载波频率越高，SPWM波越 接近正弦波。
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VD 3 V5
VD 5
N'
B
N
Ud 2
+ V4 C
VD4 V6
VD 6
V
C
2
VD 2
–
依次相差120°。 当urA>uc时，V4关断，V1或
uuuurrrUVWc
VD1导通，则uAN’=Ud/2
调制 电路
三相桥逆变电路
– 当urA<uc时， V1关断，V4 或VD4导通，则uUN’=-Ud/2
要它们的冲量即变量对时间
f (t)
f (t)
的积分相等，其作用效果基
d (t)
本相同。
– 图a-d四种激励分别加在具 有惯性的阻感负载时，其输 出响应基本相同。
O
t
O
t
c)
d)
图a、b、c、d分别为方波、三角波、正 弦半波窄脉冲、单位冲击函数δ（t） ， 面积都等于1。
-4-
电力工程系
5.1 概述
单相桥逆变桥阻感负载
V2保持导通，V1断开，
V3和V4交替通断；
uo可得-Ud和0两种电平
-13-
电力工程系
5.2.1 计算法和调制法
• 双极性PWM控制方式
u
ur uc
– 在ur的一个周期内，输出
的PWM波只有±Ud两种
O
t
电平
– ur正负半周，对各开关器
uo Ud
件的控制规律相同
uof uo
第5章 PWM控制技术
• PWM（Pulse Width Modulation）控制
– 对脉冲的宽度进行调制的技术，通过对一系列脉冲的宽度 进行调制，来等效地获得所需要的波形（含形状和幅值）。
《电力电子技术》电子课件(高职高专第5版) 5.3 交流电力电子开关

《电力电子技术》电子课件(高职高专第5版) 5.3 交流电力电子开关

图5.3.2 TSC理想投切时刻原理说明
5.3 交流电力电子开关
2、晶闸管投切时间的选择
3)电路特点：
◆由于二极管的作用，在电路不导通时uC总会维持在电源
电压峰值； ◆二极管不可控，响应速度要慢一些，投切电容器的最大
时间滞后为一个周波。
图5.3.3 晶闸管和二极管反并联方改善用电质量
◆是一种很好的无功补偿方式
图5.3.1 TSC基本原理图
5.3 交流电力电子开关
1、电路结构和工作原理（晶闸管反并联）
1）实际常用三相TSC，可三角形联 结，也可星形联结。
2）反并联的晶闸管控制C并入电网 或从电网断开，如图5.3.1（a）。
3）串联电感很小，用来抑制电容 器投入电网时的冲击电流。
4）为避免电容器组投切造成较大 电流冲击，一般把电容器分成几组，如 图5.3.1(b)所示，可根据电网对无功的 需求而改变投入电容器的容量。
图5.3.1 TSC基本原理图
5.3 交流电力电子开关
2、晶闸管投切时间的选择
1）选择原则：投入时刻交流电源电压和电容器预充电 电压相等，防止冲击电流。
2）理想选择：理想情况下，希望电容器预充电电压为 电源电压峰值，这时电源电压的变化率为零，电容投入过 程不但没有冲击电流，电流也没有阶跃变化。
电力电子技术(第5版) 第5章 交流变换电路
5.3 交流电力电子开关
作用
5.3 交流电力电子开关
将晶闸管反并联后串入交流电路代替机械开关， 起接通和断开电路的作用；
优点
◆响应速度快、无触点寿命长、可频繁控制通断；
◆控制晶闸管总是在电流过零时关断，在关断时不会 因负载或线路电感存储能量而造成过电压和电磁干扰；
特点（与交流调功电路的区别）
《电力电子技术》电子课件(高职高专第5版) 5.4 交-交变频电路

《电力电子技术》电子课件(高职高专第5版) 5.4 交-交变频电路

图5.4.3交－交变频电路的波形图（a变化）
5.4.1 单相输出交－交变频电路
2、变频电路的工作过程（电感性负载）
图5.4.4 交-交变频电路电感性负载时的输出电压和电流波形
对于电感性负载，输出电压超前电流。一个周期可以分为六个阶段 第一阶段：输出电压过零， u0为正，i0<0，反组整流器工作在有源 逆变状态，正组整流器被封锁；
5.4.1 单相输出交－交变频电路
2、变频电路的工作过程（电感性负载）
图5.4.4 交-交变频电路电感性负载时的输出电压和电流波形
第二阶段：电流过零。为无环流死区；
第三阶段：i0>0，u0>0。正组整流器工作在整流状态，反组整流器
被封锁。
5.4.1 单相输出交－交变频电路
2、变频电路的工作过程（电感性负载）
◆以低于电源的频率切换正反组整流器 的工作状态,在负载端就可获得交变的输出 电压；（如图5.4.2 ）
◆晶闸管的开通与关断必须采用无环流 控制方式，防止两组晶闸管桥同时导通；
图5.4.2 单相交流输入时交－ 交变频电路的波形图
5.4.1 单相输出交－交变频电路
电路控制特点：
（1）一个周期内控制角a固定不变时，输出电压为含有大量的谐波矩
电源进线通过进线电抗器 接在公共的交流母线上。
电源进线端公用,故三相单 相变频电路的输出端必须隔离， 为此，交流电动机的三个绕组 必须拆开，同时引出六根线。
主要用于中等容量的交流 调速系统。
图5.4.7公共交流母线进线方式的
三相交－交变频电路原理图
5.4.2 三相输出交－交变频电路
2、输出星形联结方式
5.4.2 三相输出交－交变频电路
交－交变频器主要用于交流调速系统中， 实 际使用的主要是三相交－交变频器。
《电力电子技术》电子课件(高职高专第5版) 5.3 交流电力电子开关

《电力电子技术》电子课件(高职高专第5版) 5.3 交流电力电子开关

电力电子技术(第5版) 第5章 交流变换电路
5.3 交流电力电子开关
作用
5.3 交流电力电子开关
将晶闸管反并联后串入交流电路代替机械开关， 起接通和断开电路的作用；
优点
◆响应速度快、无触点寿命长、可频繁控制通断；
◆控制晶闸管总是在电流过零时关断，在关断时不会 因负载或线路电感存储能量而造成过电压和电磁干扰；
图5.3.2 TSC理想投切时刻原理说明
5.3 交流电力电子开关
2、晶闸管投切时间的选择
3)电路特点：
◆由于二极管的作用，在电路不导通时uC总会维持在电源
电压峰值； ◆二极管不可控，响应速度要慢一些，投切电容器的最大
时间滞后为一个周波。图5. Nhomakorabea.3 晶闸管和二极管反并联方式的TSC
4）为避免电容器组投切造成较大 电流冲击，一般把电容器分成几组，如 图5.3.1(b)所示，可根据电网对无功的 需求而改变投入电容器的容量。
图5.3.1 TSC基本原理图
5.3 交流电力电子开关
2、晶闸管投切时间的选择
1）选择原则：投入时刻交流电源电压和电容器预充电 电压相等，防止冲击电流。
2）理想选择：理想情况下，希望电容器预充电电压为 电源电压峰值，这时电源电压的变化率为零，电容投入过 程不但没有冲击电流，电流也没有阶跃变化。
◆提高功率因数、稳定电网电 压、改善用电质量
◆是一种很好的无功补偿方式
图5.3.1 TSC基本原理图
5.3 交流电力电子开关
1、电路结构和工作原理（晶闸管反并联）
1）实际常用三相TSC，可三角形联 结，也可星形联结。
2）反并联的晶闸管控制C并入电网 或从电网断开，如图5.3.1（a）。
3）串联电感很小，用来抑制电容 器投入电网时的冲击电流。

电力电子技术第5章精品文档


-18-
电力工程系
5.2.1 计算法和调制法
• 死区时间：同一相上下两臂的驱动信号互补，为防止上下 臂直通而造成短路，在上下两臂切换时留一小段上下臂都 关断的死区时间。即先关断，后导通。
• 死区时间的长短主要由功率开关器件的关断时间决定。 • 死区时间会给输出的PWM波带来影响，使其稍稍偏离正
弦波。
电力工程系
5.2.1 计算法和调制法
• 双极性PWM控制方式
u
O
– uAN’、uBN’和uCN’的PWM
uA N'
Ud
2
O
波形只有±Ud/2两种电平
-
Ud 2
uBN '
Ud
– 线电压波形uAB的波形可
2
O
- Ud
2
由uAN’-uBN’得出
uCN'
Ud 2
O
– 逆变器输出线电压PWM uAB Ud
波由±Ud和0三种电平构
ura
uda
-
参考信号
urb
udb
发生器
-
urc
udc
-
uc
三角波 发生器
-34-
电力工程系
5.2.1 计算法和调制法
• 单极性PWM控制方式
– V1和V2通断互补，V3和
V4通断也互补，纵向换流。
V1
VD1
V3 VD3
– uo正半周：
Ud + V2
RL
uo
V4
V1保持导通，V2关断， V3和V4交替通断
信号波 ur 载波 uc
调制 电路
VD2
VD4
uo可得到Ud和0两种电平
– uo负半周：

湖南大学现代电力电子技术PPT教案


恒频恒压（CVCF）及调频调压（VVVF）两类。
研究热点集中在输出量控制技术、高频链技术、软开关技术及多电平变
换器上。
第7页/共16页
第1章 绪论
AC/AC变换器 用于将一种规格的交流电变换为另一种规格的交流电。输入和输出频率相同 的称为交流调压器，频率发生变化的称为周波变换器或变频器。AC/AC变换 器目前仍以相控方式为主，主要用于调光、调温及低速大容量交流调速系统 。中、小容量电机驱动变频器大多采用交－直－交间接变换。基于PWM理 论的矩阵变换器和许多高频链变换方式近来相继被提出，目前正处在研究阶 段。 静态开关
率因数校正（PFC）器正逐步应用于整流装置中。
DC/DC变换器 将一种电压、电流规格的直流电变换为另一种规格的直流电的装置。 主要用在直流电机驱动和开关电源中。 谐振和准谐振软开关DC/DC变换器是目前研究的热点。提高工作频率 和功率密度，是主要的目标
DC/AC变换器(逆变器)
用于将直流电变换成交流电。根据输出电压及频率的变化情况，可分为
第6页/共16页
第1章 绪论
2、电力电子装置类型
AC/DC 变换器（整流器）：
➢ 具有不控、半控、全控等控制方式以及桥式、双半波等结构。 ➢ 传统的不控和相控整流方式，控制简单、效率高，但具有滞后的功率
因数 ，且输入电流中低次谐波含量较高，对电网污染大。 ➢ 使输入电流波形接近正弦、功率因数接近1的高频整流器以及各种功
又称无触点开关，可控电力开关。 静态开关通、断时没有触点动作，从而消除了电弧的危害。且静态开关 由电子电路控制，自动化程度高。
第8页/共16页
第1章 绪论
3、电力电子技术的主要研究内容
第9页/共16页
第1章 绪论

《电力电子技术》电子课件(高职高专第5版) 5.1 交流调压电路

一些； 4） 角相同时，随着阻抗角的增大，谐波含量有所
减少；
5.1.2 三相交流调压电路
1、三相四线制调压电路特点：
1）相当于三个独立的单相交流调压 电路组合而成的；
2）存在中性线，但是3次谐波在中 线中的电流大，故中线的导线截面要求 与相线一致；
3）晶闸管的门极触发脉冲信号，同 相间两管的触发脉冲要互差180°。
)e tan
]dt
IT
1
(
2U
) 2 [s in(t
)
sin(
t
)e tan
]2
dt
2 Z
U sin cos(2 )
Z
cos
(5.1.9) (5.1.10)
(5.1.11)
IO 2IT
(5.1.12)
5.1.1 单相交流调压电路
调压电路在不同α时的工作情况
2、α =ф
由
式中 n=1为基波，n=3,5,7,…为奇次谐波。随着谐波次数n的增加，谐 波含量减少。
5.1.1 单相交流调压电路
2、阻感性负载 （R-L负载）
单相交流电压器带阻感负载时， 工作情况同可控整流电路带电感负 载相似；
当电源电压反向过零时，负载 电感产生感应电动势阻止电流的变 化，故电流不能立即为零；
1、α>ф，导通角θ≺1800，正负半波电流断续。α愈大，θ愈小， 波形断续愈严重。
负载电压的有效值UO、晶闸管电流平均值IdT、电流有效值IT以及负 载电流有效值IO分别为：
U 0
1
(
2U
sint)2 dt U
sin2 sin2( )
I dT
1 2
[sin(t
)
sin(
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n次谐波含有率（HR: harmonic ratio）
HRU n
Vn V1
100 %
HRI n
In I1
100 %
总谐波畸变率（THD: total Harmonic distortion）
M
M
Vn2
I
2 n
THDV
n2
V1
100%
THDI
n2
I1
100%
➢ 电压THD通常是一个有意义的数据，但对电流来说，较小幅值的谐波电
➢ 等效成其他所需波形，如:
20V
0V -20V
0s
5ms
10ms
15ms
20ms
25ms
30ms
所需波形 等效的PWM波
5.1 PW畸变的周期性电压和电流的傅立叶级数
M
v(t) 2Vn sin(nw1t n ) n1
M
i(t) 2I n sin(nw1t n ) n1
5.1 PWM技术概述
重要理论基础——面积等效原理
➢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。
冲量
窄脉冲的面积
效果基本相同
环节的输出响应波形基本相同
f (t)
f (t)
f (t)
f (t)
d (t)
O
tO
tO
tO
t
a)矩形脉冲
b)三角形脉冲 c)正弦半波脉冲 d)单位脉冲函数
其中 w1: 基波角频率 n : 谐波次数 M : 所考虑谐波最高次数
Vn, In : 第n次谐波电压和电流的均方根值
an, bn : 第n次谐波电压和电流的初相角
均方根值
V
1 T v2 (t)dt T0
M
V12 Vn2
n2
I
1 T i2 (t)dt T0
M
I12
I
2 n
n2
5.1 PWM技术概述
在 ur 和 uc 交点时刻
控 制 IGBT
—单相桥逆变
的通断
➢ ur正半周，V1保持通，V2保持断 ——当ur>uc时，使V4通，V3断，uo=Ud ；
u
uc ur
——当ur<uc时，使V4断，V3通，uo=0 。
➢ ur负半周，V1保持断，V2保持通
O
wt
——当ur>uc时，使V4通，V3断，uo=0； ——当ur<uc时，使V4断，V3通，uo=-Ud。 uo
-Ud
5.2 正弦脉宽调制（SPWM)技术
双极性调制和单极性调制的比较
u uc ur
u
ur uc
O
O
wt
wt
uo
uo
Ud
uof
uo
u of
uo
Ud
O
O
wt
wt
-Ud
-Ud
对照两图可见，单极性调制和双极性调制都适用于单相桥式电路。由于 对开关器件通断控制的规律不同，两种调制方式存在差异：1、输出波形有 较大的差别；2、一个正弦周期的开关损耗不同；3、产生IGBT驱动信号的难 易程度不同。
—对于正弦波的负 Ud
半周，采取同样
的方法，得到 O
wt
PWM波形。
-U d
➢ 双极性SPWM
—根据面积等效原理， 正弦波还可等效为 U d
右图中的PWM波，
而且这种方式在实 O
wt
际应用中更为广泛。
- Ud
5.1 PWM技术概述
PWM波可等效的各种波形
➢ 直流斩波电路
直流波形
➢ SPWM波
正弦波形
流可能导致较大的THD 值，而此时电力系统受到的威胁并不大。
总谐波畸变因数与基波和均方根的关系
THDV
V V1
2
1
V V1 1 THDV2
5.2 正弦脉宽调制（SPWM)技术
一、SPWM生成的基本思想
目前所采用的一种
u
基于等效原理的易
实现的方法:就是使
逆变器的输出波形
为一系列与正弦波
0
等效的等幅不等宽 的矩形脉冲波形.
u
wt
等效的原则:每一等
分区间内正弦波的
面积与矩形波的面
积相等,具体等效方
O
法如右图示.
wt
根据正弦波频率、幅值和半周期脉冲数，准确计算PWM波 各脉冲宽度和间隔，据此控制逆变电路开关器件的通断，就 可得到所需SPWM波形。
5.2 正弦脉宽调制（SPWM)技术
二、三角波SPWM的调制方法
单极性SPWM
wt
——io>0时，V1和V4工作，uo=Ud ；
——io<0时，VD1和VD4工作，uo=Ud 。 u o ➢ 当ur >uc时，V2和V3导通，V1和V4关断 U d
u of
uo
——io<0时，V2和V3工作，uo=-Ud ；
O
——io>0 时 ，VD2 和 VD3 工作 ， uo=-Ud 。
wt
现代电力电子技术
湖南大学 电气与信息工程学院
第5章 脉冲宽度调制(PWM)技术
5.1 PWM技术概述 5.2 正弦PWM技术 5.3 空间矢量调制技术 5.4 电流跟踪控制技术 5.5 电流型逆变器PWM技术
5.1 PWM技术概述
一、PWM技术原理
PWM 技术：脉宽调制技术(Pulse Width Modulation) ，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（含形状和幅值)。
5.1 PWM技术概述
➢PWM调制思想
u
固定幅值，使
波形调制方案更
具可实现性
O
ω>t
u
SPWM波 u
O
ω>t
O
ω> t
5.1 PWM技术概述
PWM的调制原理
u
O
ω>t
u
SPWM波 u
O
ω>t
O
按同一比例改变 各脉冲宽度 在脉冲周期不变 的条件下， 改变脉冲个数
ω> t
5.1 PWM技术概述
➢ 单极性SPWM
5.2 正弦脉宽调制（SPWM)技术
三相SPWM的调制方法
➢ 三相的PWM 控制公用三角 波载波uc
➢ 三相的调制信 号urU、urV和 urW依次相差 120°
5.2 正弦脉宽调制（SPWM)技术
相电压分析：
➢ urU>uc 时 ， V1 通 ， V4 断 ，
u
uUN’=Ud/2；
Ud
uo uof
O
wt
表示uo的基波分量 -Ud
5.2 正弦脉宽调制（SPWM)技术
双极性SPWM —单相桥逆变
特点：
在ur的半个周期内，三角波载 波有正有负，所得PWM波也有正 有负，其幅值只有±Ud两种电 平。
在ur和uc的 交点时刻 控 制 IGBT 的通断
u
ur uc
➢ 当ur >uc时，V1和V4导通，V2和V3关断 O
➢ PWM控制的思想源于通信技术，全控型器件的发展使得实现PWM控 制变得十分容易。
➢ PWM技术的应用十分广泛，它使电力电子装置的性能大大提高，因此 它在电力电子技术的发展史上占有十分重要的地位。
➢ PWM控制技术正是有赖于在逆变电路中的成功应用，才确定了它在电 力电子技术中的重要地位。现在使用的各种逆变电路都采用了PWM技 术，因此，本章能使我们对逆变电路有完整地认识。