1、 返回主目录返回主目录.电力电子电力电子 器件器件 不控型：不控型：功率二极管功率二极管 半控型：半控型：晶闸管晶闸管 全控全控型型 IGBT(绝缘栅双极晶体管绝缘栅双极晶体管)功率功率 MOSFET（功率场效应晶体管（功率场效应晶体管)GTR（电力晶体管）（电力晶体管）GTO（可关断晶闸管（可关断晶闸管).全控型全控型电力电电力电子器件子器件 单极型单极型（一种载流子（一种载流子参与导电）参与导电）双极型双极型（两种载流（两种载流子参与导电）子参与导电）复合型复合型（由单极性和（由单极性和 双极型复合）双极型复合）功率功率 MOSFET（功率场效应晶体管（功率场效应晶体管)SIT（静电感应晶
2、体管）（静电感应晶体管）GTR（电力晶体管）（电力晶体管）GTO（可关断晶闸管（可关断晶闸管)SITH(静电感应晶闸管）静电感应晶闸管）IGBT(绝缘栅双极晶体管绝缘栅双极晶体管)MCT（MOS控制晶闸管）控制晶闸管）.15-1电力晶体管电力晶体管(GTR(GTR）.GTR电流控制器件电流控制器件正偏（正偏（IB0）时大电流导通）时大电流导通反偏（反偏（IB0）时处于截止状态）时处于截止状态.单管单管达林顿管达林顿管达林顿模块达林顿模块GTR驱动管驱动管输出管输出管加速管加速管续流续流管管生产水平：生产水平：1800V，1000A 30KHZ15-2.图图15-3 GTR模块模块.GTR工作在
3、临工作在临界饱和状态，界饱和状态，一旦施加反向一旦施加反向基极电流，器基极电流，器件可迅速关断。件可迅速关断。临界饱临界饱和和.15-4.GTO 的开通原理：同普通晶闸管的开通原理：同普通晶闸管GTO的关断机理：的关断机理：闭合闭合S，门极加负偏压，门极加负偏压，IC1被抽走，形成门极负被抽走，形成门极负电流电流-IG.？.GTO的内部包含有数百个共阳极的小的内部包含有数百个共阳极的小GTO，这些小，这些小GTO称为称为GTO元。元。GTO元的阳极是共有的，门极和元的阳极是共有的，门极和阴极分别并联在一起。这是实现门极控制关断所采阴极分别并联在一起。这是实现门极控制关断所采取的特殊设计。取的特
4、殊设计。.15-5功率场效应晶体管（功率功率场效应晶体管（功率MOSFET)MOSFET).导电沟道形成导电沟道形成IDDGSUGS1.导通：导通：UGS0，导通，导通2.关断：关断：UGS0，截止，截止.集集MOSFET和和GTR的优点的优点于一身。于一身。输入阻抗高，工作速度快，输入阻抗高，工作速度快，热稳定性好，驱动电路简热稳定性好，驱动电路简单。单。生产水平：生产水平：2500V，1000A .1.导通：导通：UGEUT，导通导通UGE0，截止截止2.关断：关断：图图15-6 IGBT的等效电路与图形符号的等效电路与图形符号 N沟道沟道UCE0且且.一、变频调速的基本原理一、变频调速的
5、基本原理二、变频器的分类及结构形式二、变频器的分类及结构形式三、逆变器的基本原理与换流方式三、逆变器的基本原理与换流方式.变频器：变频器：对交流电动机实现变频调速的装置称为变频器。对交流电动机实现变频调速的装置称为变频器。变频器的功能变频器的功能：将电网提供的恒压恒频交流电变换成为变压：将电网提供的恒压恒频交流电变换成为变压 变频的交流电，对交流电动机实现无级调速。变频的交流电，对交流电动机实现无级调速。变流电路变流电路整流整流逆变逆变不可控整流不可控整流可控整流：将交流电变换成可调的直流电可控整流：将交流电变换成可调的直流电 有源逆变：将直流电变成和电网同频率有源逆变：将直流电变成和电网同频
6、率 的交流电，直接送回电网。的交流电，直接送回电网。无源逆变：无源逆变：将直流电逆变成某一频率或将直流电逆变成某一频率或可变频率的交流电直接供给可变频率的交流电直接供给负载使用。负载使用。.snspfn116001异步电动机的转速表达式异步电动机的转速表达式 式中，式中，是定子供电频率（是定子供电频率（HZ）；）；P是磁极对数；是磁极对数；s是转差是转差率；率；n是电动机转速（是电动机转速（）。）。1fminr改变改变 ，即可改变异步电动机的转速，即可改变异步电动机的转速n0，能实现异步电动，能实现异步电动机的无级调速吗？机的无级调速吗？1f问题问题.meT11mfU事实上只改变事实上只改变
7、并不能正常调速，因为据电机学知并不能正常调速，因为据电机学知 1f假设调速时只改变假设调速时只改变 ，设，设 ，则，则 ，于是电磁转，于是电磁转矩矩 ，这样电动机的拖动能力会降低，对恒转矩负载会，这样电动机的拖动能力会降低，对恒转矩负载会因拖不动而堵转。若调节因拖不动而堵转。若调节 ，则，则 ，会引起主磁通饱，会引起主磁通饱和，这样励磁电流急剧升高。会使定子铁心损耗和，这样励磁电流急剧升高。会使定子铁心损耗 急剧增加。这两种情况都是实际运行中所不允许的。急剧增加。这两种情况都是实际运行中所不允许的。1f1fmeT1fmmmRI2结论结论只改变只改变 ，不能实现异步电动机的无级调速，不能实现异步
8、电动机的无级调速1f？.在调节在调节 的同时，调节定子供电电压的同时，调节定子供电电压 的大小，通过的大小，通过 和和 的配合，实现不同类型的调频调速。的配合，实现不同类型的调频调速。1f1U1f1U当当 f1f1n时，对恒转矩负载，都采用电压频率比例调节，低时，对恒转矩负载，都采用电压频率比例调节，低频段加以电压补偿的恒转矩调速方式，即频段加以电压补偿的恒转矩调速方式，即nnfUfU1111=常数常数式中，式中，是定子供电额定频率；是定子供电额定频率；是定子供电额定电压。是定子供电额定电压。nf1nU1nUU11当当f1f1n时，对近似恒功率负载，采用只调节频率时，对近似恒功率负载，采用只调
9、节频率f1，而不，而不调节电压调节电压 的控制方式，即的控制方式，即1U.1.变频器的分类变频器的分类变频器变频器 交交交变频器交变频器 交交直直交交 变频器变频器 按无功能量处理方式分按无功能量处理方式分 按调压方式分按调压方式分 电压型电压型 电流型电流型 脉冲幅度调制型脉冲幅度调制型 脉冲宽度调制型脉冲宽度调制型 相位控制调压相位控制调压 直流斩波调压直流斩波调压 .2.变频器的结构形式变频器的结构形式图图15-7 两种类型的变频器两种类型的变频器.2.变频器的结构形式变频器的结构形式图图15-8 交交直直交电压型变频器的结构形式交电压型变频器的结构形式.图图15-9 单相桥式逆变电路工
10、作原理单相桥式逆变电路工作原理 当开关当开关S1、S4闭合，闭合，S2、S3断开时，断开时，反之，反之 d0Uu dUu0把直流电变成了交流电把直流电变成了交流电无源逆变。无源逆变。四个桥臂的切换频率就等于负载电压四个桥臂的切换频率就等于负载电压uo的频率的频率 .换流方式换流方式 器件换流：器件自身具有的自关断能力进行换流器件换流：器件自身具有的自关断能力进行换流 负载换流：输出电流超前于电压负载换流：输出电流超前于电压，超前的时间，超前的时间 大于晶闸管的关断时间，大于晶闸管的关断时间，强迫换流：由附加的换流回路产生脉冲，迫使强迫换流：由附加的换流回路产生脉冲，迫使 晶闸管可靠关断。晶闸管
11、可靠关断。.PWM基本原理基本原理:对逆变电路中的开关器件的通断进行有规律对逆变电路中的开关器件的通断进行有规律的控制，使输出端得到等幅不等宽的脉冲列，用这些脉冲列的控制，使输出端得到等幅不等宽的脉冲列，用这些脉冲列来代替正弦波。来代替正弦波。PWM控制的重要理论依据控制的重要理论依据 冲量（脉冲的面积）相等而形状不同的窄脉冲（如图冲量（脉冲的面积）相等而形状不同的窄脉冲（如图15-10所所示），分别加在具有惯性环节的输入端，其输出响应波形基示），分别加在具有惯性环节的输入端，其输出响应波形基本相同。本相同。图图15-10 形状不同而冲量相同的各种脉冲形状不同而冲量相同的各种脉冲 .图图15-
12、11 PWM型变频器基本原理示意图型变频器基本原理示意图 PWM逆变器的输出电压逆变器的输出电压为等幅不等宽的脉冲列为等幅不等宽的脉冲列 0u异步电动机的输入电压异步电动机的输入电压 iu按一定比例改变脉冲列中各脉冲的宽度，即可按一定比例改变脉冲列中各脉冲的宽度，即可改变输入电压改变输入电压 （与输出电压（与输出电压 等效）的幅值。等效）的幅值。iu0u结论结论.1.单相桥式单相桥式PWM型变频电路的工作原理型变频电路的工作原理图图15-12 单相桥式单相桥式PWM变频电路原理图变频电路原理图 调制控制：调制控制：负载上想得负载上想得到的正弦波作为调制信到的正弦波作为调制信号号ur，把接受调制
13、的等，把接受调制的等腰三角波作为载波信号腰三角波作为载波信号uC。SPWM：调制信号调制信号ur为为正弦波的脉冲宽度调制正弦波的脉冲宽度调制叫正弦波脉冲宽度调制。叫正弦波脉冲宽度调制。.1.单相桥式单相桥式PWM型变频电路的工作原理型变频电路的工作原理1)单极性单极性PWM控制方式工作原理控制方式工作原理电路电路图图15-13 单极性单极性SPWM调制波形调制波形 原理原理单极性脉宽调制：单极性脉宽调制：半个周期内载波信半个周期内载波信号号uC是单极性的信是单极性的信号。号。.1）当）当ur0时，时，V1通，通，V2断，在断，在ur与与uC正极性三角波交点处正极性三角波交点处控制控制V4的通断
14、。的通断。在在uruC各区间，控制各区间，控制V4为通态，则输出电压为通态，则输出电压 ；在在uruC各区间，控制各区间，控制V4为断态，则为断态，则 =0，此时，负载电，此时，负载电流可通过流可通过VD3和和V1续流。续流。0udouu 2）当）当ur0时，时，V2通，通，V1断，在断，在ur与与uC负极性三角波交点处负极性三角波交点处控制控制V3的通断。的通断。在在uruC各区间，控制各区间，控制V3为通态，则输出电压为通态，则输出电压 ；在在uruC各区间，控制各区间，控制V3为断态，则为断态，则uo=0，此时，负载电流，此时，负载电流可通过可通过VD4和和V2续流。续流。douu电路电
15、路波形波形.1.单相桥式单相桥式PWM型变频电路的工作原理型变频电路的工作原理2)双极性双极性PWM控制方式工作原理控制方式工作原理电路电路图图15-14 双极性双极性SPWM调制波形调制波形 双极性脉宽调制：双极性脉宽调制：载波信号载波信号uC是双是双极性的信号。极性的信号。原理原理.逆变电路的输出的电压逆变电路的输出的电压uo为两个方向变化为两个方向变化等幅不等宽的脉冲列。等幅不等宽的脉冲列。控制方法控制方法 uruC的各区间，的各区间，V1和和V4导通，导通，V2和和V3关断，则关断，则 。uruC的各区间，的各区间，V2和和V3导通，导通，V1和和V4关断则，关断则，。douu dou
16、u结果结果电路电路波形波形.一、一、PWM型变频器的基本工作原理型变频器的基本工作原理图图15-15 三相桥式三相桥式PWM变频电路原理图变频电路原理图 波形波形原理原理.图图15-16 双极性双极性SPWM调制波形调制波形 电路电路原理原理.调制信号调制信号ur的幅值和频率的幅值和频率将决定输出电压将决定输出电压uo的幅值和频率。的幅值和频率。只要只要 uC，就导通，就导通V1，封锁，封锁V4，；只要只要 uC，就封锁，就封锁V1，导通，导通V4，。2dNUUurUu2dNUUurUu以以U相为例，其控制规律为：相为例，其控制规律为：重要结论重要结论电路电路波形波形.载波比：载波比：在在PW
17、M变频电路中，载波频率变频电路中，载波频率fC与调制信号频率与调制信号频率fr之比。之比。rcffN 1.异步调制控制方式：异步调制控制方式：控制过程中载波比控制过程中载波比N不是常数。不是常数。2.同步调制控制方式同步调制控制方式:控制过程中保持控制过程中保持N为常数。为常数。图图15-17 分级同步式控制方案分级同步式控制方案 .将直流电源的将直流电源的恒定直流电压恒定直流电压，通过电力电子器件的，通过电力电子器件的开关作用，变换成开关作用，变换成可调可调的的直流电压直流电压的装置，称为直流斩的装置，称为直流斩波器。波器。.Utui0Utud0CH 断断ud=0CH 通通ud=U.图图15
18、-18定频调宽定频调宽调频调宽调频调宽 定宽调频定宽调频 .逆导晶闸管逆导晶闸管KN200/100-8型号型号晶闸管额定电流晶闸管额定电流200A二极管额定电流二极管额定电流100A额定电压额定电压800V特点：正向压降小，关断时间短，高温特性好。无接线分布特点：正向压降小，关断时间短，高温特性好。无接线分布电感。电感。符号符号等效等效电路电路图图15-19 a).图图15-19 b)接通接通_+_振荡放电振荡放电TCii diCi振荡放电振荡放电 振荡放振荡放电波形电波形.图图15-2000itt-EEcuLuu.图图15-21a)电路分析电路分析b)电路分析电路分析.图图15-21 a)对
19、对GTO施加正脉冲时施加正脉冲时VT导导通，直流电源向负载供电；通，直流电源向负载供电；当给当给VT门极负脉冲时，门极负脉冲时，GTO便关断，直流电源停便关断，直流电源停止向负载供电，负载电流止向负载供电，负载电流经续流二极管经续流二极管VD续流。续流。.图图15-21 b)该电路主控开关是普通晶闸管该电路主控开关是普通晶闸管VT1，VT2、C是为关断是为关断VT1而而设的附加电路。设的附加电路。当要关断当要关断VT1时，触发时，触发VT2导通，导通，与之串联的辅助关断直流电源与之串联的辅助关断直流电源 给给VT1施加反向电压，使施加反向电压，使VT1关关断，之后，再给断，之后，再给VT2门极送入负门极送入负脉冲使脉冲使VT2关断。关断。FU.本章电子教案制作：申凤琴本章电子教案制作：申凤琴.
