电力电子技术第五章

第五章 直流—交流（DC—AC）变换

5.1 逆变电路概述

5.1.1 晶闸管逆变电路的换流问题

DC—AC变换原理可用图5-1所示单相逆变电路来说明，其中晶闸管元件VT1、VT4，VT2、VT3成对导通。当VT1、VT4导通时，直流电源E通过VT1、VT4向负载送出电流，形成输出电压 左（+）、右（-），如图5-1（a）所示。当VT2、VT3导通时，设法将VT1、VT4关断，实现负载电流从VT1、VT4向VT2、VT3的转移，即换流。换流完成后，由VT2、VT3向负载输出电流，形成左（-）、右（+）的输出电压 ，如图5-1（b）所示。这两对晶闸管轮流切换导通，则负载上便可得到交流电压 ，如图5-1（c）波形所示。控制两对晶闸管的切换导通频率就可调节输出交流频率，改变直流电压E的大小就可调节输出电压幅值。输出电流的波形、相位则决定于交流负载的性质。

图5-1 DC—AC变换原理

要使逆变电路稳定工作，必须解决导通晶闸管的关断问题，即换流问题。晶闸管为半控器件，在承受正向电压条件下只要门极施加正向触发脉冲即可导通。但导通后门极失去控制作用，只有使阳极电流衰减至维持电流以下才能关断。

常用的晶闸管换流方法有：

（1）电网换流

（2）负载谐振式换流

（3）强迫换流

5.1.2 逆变电路的类型

逆变器的交流负载中包含有电感、电容等无源元件，它们与外电路间必然有能量的交换，这就是无功。由于逆变器的直流输入与交流输出间有无功功率的流动，所以必须在直流输入端设置储能元件来缓冲无功的需求。在交—直—交变频电路中，直流环节的储能元件往往被当作滤波元件来看待，但它更有向交流负载提供无功功率的重要作用。

根据直流输入储能元件类型的不同，逆变电路可分为两种类型： 图5-4 电压源型逆变器图 5-5 无功二极管的作用

1．电压源型逆变器

电压源型逆变器是采用电容作储能元件，图5-4为一单相桥式电压源型逆变器原理图。电压源型逆变器有如下特点：

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：uAK>0且uGK>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Im，试计算各波形的电流平均值Id1、Id2、Id3与电流有效值I1、I2、I3。

0022244254a)b)c)图1-430

图2-27 晶闸管导电波形

解：a) Id1=π214)(sinttdIm=π2mI(122)0.2717 Im

I1=42)()sin(21tdtIm=2mI21430.4767 Im

b)

Id2 =π14)(sinttdIm=πmI(122)0.5434 Im

I2 =42)()sin(1tdtIm=22mI21430.6741Im

c)

Id3=π2120)(tdIm=41 Im

I3 =202)(21tdIm=21 Im

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Id1、Id2、Id3各为多少？这时，相应的电流最大值Im1、Im2、Im3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) Im14767.0I329.35， Id10.2717 Im189.48

第2章 整流电路

2. 2图2-8为具有变压器中心抽头的单相全波可控整流电路,问该变压器还有直流磁化问题吗?试说明:

晶闸管承受的最大反向电压为22U2;

当负载是电阻或电感时，其输出电压和电流的波形与单相全控桥时相同。

答：具有变压器中心抽头的单相全波可控整流电路，该变压器没有直流磁化问题。因为单相全波可控整流电路变压器二次侧绕组中，在正负半周上下绕组中的电流方向相反，波形对称，其一个周期内的平均电流为零，故不存在直流磁化的问题。

以下分析晶闸管承受最大反向电压及输出电压和电流波形的情况。

①以晶闸管VT2为例。当VT1导通时，晶闸管VT2通过VT1与2个变压器二次绕组并联，所以VT2承受的最大电压为22U2。

②当单相全波整流电路与单相全控桥式整流电路的触发角相同时，对于电阻负载：(O~)期间无晶闸管导通，输出电压为0；(~)期间,单相全波电路中VT1导通，单相全控桥电路中VTl、VT4导通，输出电压均与电源电压U2相等；( ~)期间均无晶闸管导通，输出电压为0；(~2)期间，单相全波电路中VT2导通，单相全控桥电路中VT2、VT3导通，输出电压等于－U2。

对于电感负载： ( ~)期间，单相全波电路中VTl导通，单相全控桥电路中VTl、VT4导通，输出电压均与电源电压U2相等；

(~2)期间，单相全波电路中VT2导通，单相全控桥电路中VT2、VT3导通，输出波形等于-U2。

可见，两者的输出电压相同，加到同样的负载上时，则输出电流也相同。

2.3.单相桥式全控整流电路，U2=100V，负载中R=20，L值极大，当=30时，要求：

①作出Ud、Id、和I2的波形；

②求整流输出平均电压Ud、电流Id，变压器二次电流有效值I2； ③考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。

解：①Ud、Id、和I2的波形如下图：

《电力电子技术》教案

第1 次课3 学时授课时间06.2.22 教案完成时间06.2.15

课题（章节）第一章电力电子器件1.1 1.2 1.3 (包括绪论)

教学目的与要求：

通过该部分内容学习,使学生明白什么是电力电子技术? 电力电子技术的应用领域是

什么? 电力电子技术与自动化专业、电子信息工程专业之间的的关系是什么？通过前三

节的学习，学生应了解电力二极管、晶闸管等电力电子器件的基本结构、工作原理、主

要参数、应用场合等。

教学重点、难点：

器件的动态过程的波形的理解、器件的灵活应用是本次教学的重点和难点。

教学方法及师生互动设计：

启发式，帮助学生回忆已学过的“电子技术基础”的相关知识，进而更好地理解“电力电子技术”知识，使学生建立知识的联想链。

课堂练习、作业：

1、电力电子器件与信息电子器件的区别表现在哪些方面？

2、试述在变频空调器中，哪些属于自动化技术，哪些属于电力电子技术？

本次课堂教学内容小结介绍了电力电子技术背景知识、发展趋势。介绍了电力二极管、晶闸管工作原理、

基本特性和主要参数。本次课堂教学达到预期目的，不少学生通过听讲表现出对电力电

子技术课程的兴趣，课堂提问效果较好。学好该课程需要较好的电子技术、电路方面的

基础知识。

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《电力电子技术》教案

第2 次课3 学时授课时间06.3.1 教案完成时间06.2.23

课题（章节）第一章电力电子器件1.4 1.5 1.6

教学目的与要求：

通过该部分内容学习,使学生理解典型的全控型电力电子器件的工作原理、主要参数

工程应用情况。充分了解电力电子器件的驱动方式。对其它新型器件也有所了解。

教学重点、难点：

重点介绍晶闸管、IGBT、电力MOSFET三种应用最为广泛的器件的工作原理及其主要参数和工程应用。

教学方法及师生互动设计：

以实际生活中见到的的实例，启发学生对于晶闸管、IGBT、电力MOSFET等器件的应用的理解。如：调光台灯、风扇无极调速、电磁炉等。

课堂练习、作业：