电力电子技术_交流-直流变换技术
电力电子技术第二章直流-直流变换技术
工业自动化设备
工业自动化设备是直流-直流变换器的又一应用场景。工业 自动化设备需要大量的直流电源，如电机驱动器、传感器 等，通过直流-直流变换器为其提供稳定的电流和电压。
直流-直流变换器在工业自动化设备中具有高效率、高可 靠性、小型化等优势，能够提高设备的性能和稳定性，降 低维护成本。
航空电子设备
详细描述
升压型变换器通过控制开关管，使部分或全部输入电压被储能元件（如电感） 所吸收，并在开关管断开时将能量释放到负载上，从而实现电压的升高。其工 作原理基于电感的磁能积蓄和释放。
反极性型（Inverting）变换器
总结词
反极性型变换器是一种将输入直流电压反向并降低至所需电压的变换器。
详细描述
反极性型变换器通过控制开关管，使输入电压与储能元件（如电容）共同作用， 产生与输入电压极性相反的输出电压。其工作原理基于电容的电荷积蓄和释放。
优化控制参数
根据系统的动态特性和稳态特性，合理调整控制参数，以提高系统 的响应速度、稳定性和精度。
考虑动态特性和负载特性
根据系统的动态特性和负载特性，进行控制策略的优化，以实现更 好的系统性能。
能效优化与电磁兼容性设计
01
02
03
提高能效
通过优化电路拓扑和控制 策略，降低系统的能耗和 热损耗，提高能效。
的同步通断和变压器的工作原理。
Part
03
直流-直流变换器的应用场景 与优势
电动汽车充电系统
电动汽车充电系统是直流-直流变换器的重要应用场景之一。通过将交流电转换为直流电， 为电动汽车电池充电提供稳定的电流和电压。
直流-直流变换器在电动汽车充电系统中具有高效率、高可靠性、高功率密度等优势，能 够提高充电速度、延长电池寿命，并保障充电过程的安全可靠。
电力电子技术_交流-交流变换技术
单窄脉冲控制运行示意
宽脉冲或脉冲列控制运行示意
5.2
单相交流调压电路
参数分析（ π）
负载电压有效值：
Uorms 1 sin2 sin2( ) 2 ( 2 U sin t ) d t U rms rms π π
2
负载电流有效值：
5.2
单相交流调压电路
U orms mT Urms Tc
晶闸管交流调功器
输出电压： 输出功率： Po mT P1
Tc
两种工作模式示意
5.2
单相交流调压电路
晶闸管交流无触点开关
5.3
三相交流调压电路
三相交流调压电路常见结构
5.3
三相交流调压电路
Y型联接三相交流调压电路结构
其中：
D ton Tc
n nπD
c 2π / Tc
5.2
单相交流调压电路
常用交流开关电路结构
5.2
单相交流调压电路
常用控制模式
互补控制
uip和uin分别为交流正、负半周对应的同步信号，控制 交流开关导通的参考方向。
当uip有效时，VT1和VT3交替施加驱动信号，当uin有
负载电流等于交流电源电流
5.2
单相交流调压电路
2U rms sint 2 U rms 1 ( ) d ( t ) 2π R R
π
（3）流过晶闸管的电流平均值和有效值：
I VTrms sin2 π 1 I orms 4π 2π 2
（4）电路的功率因数：
P I orms U orms U orms sin2 π S I inrms U inrms U rms 2π π
电力电子技术在电力系统中的应用
电力电子技术在电力系统中的应用随着电子技术的迅速发展，电力电子技术得到了广泛的应用。
电力电子技术是指将电力和电子技术相结合，通过半导体器件将电力进行变换、传递和控制的技术。
在电力系统中，电力电子技术的应用已经成为了研究的热点之一。
一、电力电子技术的概述电力电子技术是一种电力工程和电子工程相结合的技术。
其主要应用在将电力进行变换、传递和控制的过程中。
电力电子技术的发展可以追溯到1960年代，当时出现了用半导体器件实现交流电到直流电的变换技术，即交流输电系统的直流输电技术（HVDC）。
这项技术实现了对远距离长距离输电的需求，缩短了电力传输距离，减少了线路损耗，提高了电力传输的效率和可靠性。
随着时代的发展，电力电子技术应用领域不断扩大，如市电变频器、电力电容、UPS等系统都是电力电子技术的代表。
电力电子技术的发展，推动了电力系统的革新，提升了电力传输的能力和效率，实现了电网智能化、数字化、可靠性和安全性的大幅提升。
二、1、 HVDC交流输电系统的直流输电技术（HVDC）是电力电子技术在电力系统中的基础应用之一。
它可以将交流电转换成直流电，从而实现不同地点之间的电力互联、跨越海洋和山区、进行长距离电力输送。
HVDC技术可以提高输电线路的容量、减少输电损耗，并且提高电力传输的可靠性。
HVDC技术正在逐渐普及，已经被应用到欧洲、北美、亚洲等地区的多条输电线路中，成为了电力系统中重要的输电方式。
2、 FACTS灵活交流输电系统（FACTS）技术是一种电力电子技术，它可以根据负荷不同而调整电力系统的电压、电流和相角，从而提高电力系统的稳定性、可靠性以及抗干扰能力。
FACTS技术可以使电力系统在电力负载发生变化时，自动调整电力参数和稳定电力系统，从而提高电网的稳定性，减少配电线路的损耗，降低能源消耗和污染排放。
3、 STATCOM静止补偿器（STATCOM）是一种电力电子设备，它可以在电力系统中自动实现电容电抗补偿，从而提高电力系统的稳定性和可靠性，减少电力线路的损耗。
电力电子技术考核点总结--填空选择
1 简要说明四类基本的电力电子变流电路表答：交流变直流，即整流电路交流变交流，即交流电力控制电路或变频变相电路直流变直流，即直流斩波电路直流变交流，即逆变电；2 美国学者W.Newell用倒二角形对电力电子技术进行形象的描述，认为电力电子学是由电力学，电子学，控制理论三个学科交义而形成的。
3 电力电子技术是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术，其电力变换常分为四大类：直流变直流、直流变交流、交流变交流、交流变直流。
4 根据二极管反向恢复时间的长短，可以将二极管分为普通二极管、快恢复二极管和肖特基二极管。
5 驱动电路需要提供控制电路和主电路之间的电气隔离环节，一般采用光隔离和磁隔离。
6 电力电子装置中可能发生的过电压分为外因过电压和内因过电压，其中内因过电压包括换相过电压和关断过电压。
7 电力电子系统一般由控制电路，驱动电路，主电路组成8 电力电子器件的损耗主要包括开关损耗和通态损耗9 单相半波整流电路带阻性负载时，晶闸管触发角a移相范围是【0~π】，晶闸管导通角沒和触发角α之间的关系是α+β=π或互补10 三相半波整流电路带阻性负载时，晶闸管触发角a移相范围是0-150度，输出电压连续时触发角α移相范围是0-30度11 同步信号为锯齿波的晶闸管触发电路主耍由脉冲的形成与放大，锯齿波的形成和脉冲移相，同步环节三个基本环节12 一般来说，电力电子变流电路中换流方式有器件换流、负载换流、电网换流和强迫换流。
13 直流斩波电路主要有三种控制方式：脉宽调制、脉频调制和混合调制。
14 正弦脉宽调制（SPWM)中，根据载波比N是否为固定值，可以分为同步调制和异步调制15 PWM控制方案优劣体现在输出波形谐波的多少、直流侧电压利用率; 一个周期内的开关次数。
16 PWM整流电路根据是否引入电流反馈可分为直接电流控制和间接电流控制17 根据电力电子电路中的功率器件开关过程中是否产生损耗，其开关方式可以分为软开关和硬开关。
电力电子技术课件05直流-交流(DC-AC)变换
第五章直流-交流（DC-AC）变换一、概述DC-AC变换器（无源逆变器)V1、V4和V2、V3轮流切换导通，u o为交变电压（1）电网换流 利用电网电压换流，只适合可控整流、有源逆变电路、交—交变频器（2）负载谐振式换流 利用负载回路中形成的振荡特性，使电流自动过零，只要负载 电流超前于电压时间大于t q ，即能实现换流，分串，并联。
VT 2、VT 3通后，u 0经VT 2、VT 3反向加在VT 1、VT 4上1. 晶闸管逆变电路的换流方式换流概念：直流供电时，如何使已通元件关断VT 1导通，C 充电左（-）右（+），为换流做准备； VT 2导通，C 上电压反向加至VT 1，换流，C 反向充电。
（3）强迫换流附加换流环节，任何时刻都能换流直接耦合式强迫换流2. 逆变电路的类型（1）电压源型逆变器电流源型逆变器电流源型逆变器功率流向控制（3）两类逆变器的比较比较点电流型电压型直流回路滤波环节电抗器电容器输出电压波形决定于负载，当负载为异步电动机时，近似为正弦波矩形输出电流波形矩形近似正弦波，有较大谐波分量输出动态阻抗大小续流二极管不需要需要过流及短路保护容易困难线路结构较简单较复杂适用范围适用于单机拖动，频繁加减速下运行，需经常反向的场合适用于多机供电不可逆拖动，稳速工作，快速性不高的场合二、强迫换流式逆变电路1.串联二极管式电流源型逆变器结构VT1～VT6为晶闸管C1～C6为换流电容VD1～VD6为隔离二极管2.工作过程（换流机理）（1）换流前运行阶段（2）晶闸管换流与恒流充、放电阶段（3）二极管换流阶段（4）换流后运行阶段diL dt引起三、逆变器的多重化技术及多电平化1. 多重化技术改善方波逆变的输出波形：中小容量：SPWM大容量：多重化技术思路：用阶梯波逼近正弦波（1）串联多重化特点：适合于电压源型逆变器二重化三相电压源逆变器单个三相逆变电路输出电压波形桥Ⅱ输出电压相位比桥Ⅰ滞后30º桥Ⅰ输出变压器△/Y,桥Ⅱ输出变压器△/Z变比为1变比为13二重化逆变电路输出电压比单个逆变电路输出电压台阶更多、更接近正弦。
电力电子技术
电力电子技术1.1：电力变换通常可分为四大类，即交流变直流(AC-DC)、直流变交流(DC-AC)、直流变直流(DC-DC)和交流变交流（AC-AC ）。
交流变直流称为 整流 ，直流变交流称为 逆变 。
1.2：(1)；晶闸管是通过对门极的控制能够使其导通而不能使其关断的器件，属于 半控型器型 。
对晶闸管电路的控制方式主要是相位控制方式，简称 相控方式 。
（2）；才用全控型器件的电路的主要控制方式为脉冲宽度调制(PWM)方式。
相对应相位控制方式，可称为斩波控制方式，简称 斩控方式 。
2.1.2：电力电子器件在实际应用中，一般是由 控制电路 、 驱动电路 、和以 电力电子器件 为核心的主电路组成一个系统。
2.1.3：电力电子器件分为以下三类：1）通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断的电力电子器件被称为 半控型器件 。
2）通过控制信号既可以控制其导通，又可以控制其关断的女电力电子器件被称为全控型器件 。
3）也有不能用控制信号来控制其通断的电力电子器件，因此也就不需要驱动电路，这就是 电力二极管 ，又被称为 不可控器件 。
2.2.1：从外形上看，电力二极管可以有 螺栓形 、 平板形 等多种封装。
2.3.2：晶闸管正常工作的特性如下：1）当晶闸管承受反向电压时，无论门极是否有触发电流，晶闸管都 不会导通 。
2）当晶闸管承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管 才能导通 。
3）晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用，无论门极触发电流是否还存在，晶闸管都 保持导通 。
4)若要使已导通的晶闸管 关断 ，只能利用外加电压电路的作用使流过晶闸管的电流降到接近零的某一数值以下。
2.3.4:晶闸管的派生器件分为哪几类 快速晶闸管 、 双向晶闸管 、 逆导晶闸管 、光控晶闸管 。
3.1.1：（1）从晶闸管开始承受正向阳极电压起，到施加触发脉冲止的电角度称为 触发延迟角 ，α用表示，也称 触发角 或 控制角 。
电力电子技术
拓扑结构
常见的升降压型DC/DC变换器拓 扑结构包括Buck-Boost电路、
Zeta电路等。
应用领域
升降压型DC/DC变换器在需要宽 范围电压输入的场合中得到了广 泛应用，如电动汽车充电桩、工
业自动化设备、通信设备等。
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05交流-Leabharlann 流变换技术2024/1/28
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交流调压电路原理及分类
分类
根据控制信号的性质，交流调功电路可分为 模拟控制交流调功电路和数字控制交流调功 电路。
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交流电力电子开关及应用
交流电力电子开关
是一种能够控制交流电通断的开关器件，具 有快速、可靠、节能等优点。常见的交流电 力电子开关有晶闸管、双向晶闸管、可关断 晶闸管等。
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拓扑结构
应用领域
升压型DC/DC变换器在太阳能发电、 风力发电等新能源领域，以及电动汽 车、电动自行车等交通工具中得到了 广泛应用。
常见的升压型DC/DC变换器拓扑结构 包括Boost电路、Sepic电路等。
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升降压型DC/DC变换器
工作原理
升降压型DC/DC变换器结合了降 压型和升压型变换器的特点，可 以实现输入电压的升降压转换。
电力电子技术
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1
目录 CONTENTS
• 电力电子技术概述 • 电力电子器件 • 整流与逆变技术 • 直流-直流变换技术 • 交流-交流变换技术 • 电力电子技术应用实例分析
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01
电力电子技术概述
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3
定义与发展历程
电力电子技术概述
电力电子技术概述电力电子技术是指在电力系统中应用电子元器件和电子技术，从而实现对电能的调节、变换和控制的一门技术。
它在现代电力系统中扮演着重要的角色，对于提高电力传输、转换和利用效率起到至关重要的作用。
本文将概述电力电子技术的基本原理、应用领域和未来发展趋势。
一、基本原理电力电子技术的基本原理是通过应用晶体管、二极管、开关等电子元件，实现对电能的调节和控制。
通过改变电压、电流的形状、频率和幅值来实现对电能的变换。
电力电子技术的核心是开关技术和变换技术。
1. 开关技术：开关技术是指通过控制开关的通断状态，来控制电流和电压的变化。
常见的开关元件有晶体管、功率开关管等。
通过合理的开关控制，可以实现电流的调节、电压的变换等功能。
2. 变换技术：变换技术是指通过变换电流和电压的形状、频率和幅值，将电能从一种形式转换为另一种形式。
常见的变换技术有直流-直流变换、直流-交流变换等。
通过变换技术，可以将电能从电网中提取出来，或者将直流电能转换为交流电能。
二、应用领域电力电子技术在多个领域广泛应用，其中包括能源转换、电力传输和利用、电动汽车等。
1. 能源转换：电力电子技术在可再生能源领域发挥着重要作用。
通过电力电子技术，可以将太阳能、风能等可再生能源转换为电能，从而实现清洁能源的利用。
2. 电力传输和利用：电力电子技术在电力系统中的传输和利用环节起着关键作用。
通过电力电子技术，可以实现高压交流输电与变频无级调速控制，提高电力传输效率和系统稳定性。
3. 电动汽车：电力电子技术在电动汽车领域的应用不断增加。
通过电力电子技术，可以实现电动汽车的充电与放电控制、能量回馈、效率提升等功能，推动电动汽车的发展与普及。
三、未来发展趋势随着能源需求的不断增长和环境问题的日益突出，电力电子技术将在未来得到更广泛的应用和发展。
1. 高效能源转换：未来电力电子技术将更加注重能源转换的高效率。
通过研究和改进电力电子器件的性能，提高能源转换效率，减少能源损失，从而推动清洁能源的大规模利用。
电力电子技术第2章 交流-直流变换电路习题和答案K
一、选择题2-1、单相半波电阻性负载可控整流电路中，控制角α的最大移相范围是( D)A、0º-90°B、0º-120°C、0º-150°D、0º-180°2-2、单相半波可控整流电路输出最大直流电压的平均值等于整流前交流电压的（C）倍。
A 1，B 0.5，C 0.45，D 0.9.2-3、单相半控桥整流电路的两只晶闸管的触发脉冲依次应相差（A ）度。
A、180°，B、60°，C、360°，D、120°2-4、在单相桥式全控整流电路中，大电感负载时，控制角α的有效移相范围是（A）。
A、0°～90°B、0°～180°C、90°～180°2-5、普通的单相半控桥可控整流装置中一共用了（B ）晶闸管。
A 一只，B 二只，C 三只，D 四只。
2-6、在单相全控桥整流电路中，两对晶闸管的触发脉冲，应依次相差（A）度。
A 、180度；B、60度；C、360度；D、120度2-7、α为( C )度时，三相半波可控整流电路电阻性负载输出电压波形处于连续和断续的临界状态。
A，0度，B，60度，C，30度，D，120度，2-8、晶闸管触发电路中，若改变（B）的大小，则输出脉冲产生相位移动，达到移相控制的目的。
A，同步电压，B、控制电压，C、脉冲变压器变比。
2-9、三相半波可控整流电路的自然换相点是( B)A、交流相电压的过零点；B、本相相电压与相邻相电压正、负半周的交点处；C、比三相不控整流电路的自然换相点超前30°；D、比三相不控整流电路的自然换相点滞后60°。
2-10、α=（ 60度）度时，三相全控桥式整流电路带电阻负载电路，输出负载电压波形处于连续和断续的临界状态。
A、0度；B、60度；C、30度；D、120度；2-11、三相全控桥式整流电路带大电感负载时，控制角α的有效移相范围是（A）度。
电力电子技术在高速列车供电系统中的应用
电力电子技术在高速列车供电系统中的应用随着科技的发展和社会对高速列车的需求增加，高速列车供电系统的可靠性、效率和稳定性变得越发重要。
在这个背景下，电力电子技术应运而生，成为高速列车供电系统的关键技术之一。
本文将探讨电力电子技术在高速列车供电系统中的应用，并分析其在提高系统效率和稳定性方面的作用。
1. 交流-直流变换器（AC/DC Converter）在高速列车供电系统中，交流-直流变换器（AC/DC Converter）是必不可少的设备。
它将来自电网的交流电转换为高速列车所需的直流电。
传统的整流器在效率和可靠性方面存在诸多问题，而采用电力电子器件构成的交流-直流变换器则具有更高的效率和更低的功率损耗。
电力电子器件的快速开关特性和可调节的电压转换功能使得交流-直流变换器能够快速响应电网电压的波动，并能够在列车启动和制动时灵活地调整输出电压。
因此，电力电子技术在交流-直流变换器中的应用显著提高了供电系统的效率和稳定性。
2. 逆变器（Inverter）除了交流-直流变换器，逆变器（Inverter）也是高速列车供电系统中重要的电力电子设备之一。
逆变器将直流电转换为交流电，为高速列车的电动驱动系统提供所需的交流电能。
传统的电力逆变器在频率和电压调节方面存在限制，而采用电力电子器件构成的逆变器具有快速调节的特性，能够在不同运行条件下灵活控制输出频率和电压。
此外，电力电子技术还可以实现逆变器的能量回馈功能，在高速列车制动时将制动能量转换为电能并反馈回电网。
因此，电力电子技术在逆变器中的应用不仅提高了供电系统的效率和稳定性，还有助于能源的节约和回收利用。
3. 高效能电机驱动系统在高速列车供电系统中，高效能电机驱动系统是实现列车高速行驶的关键。
电力电子技术在电机驱动系统中的应用能够提高动力转换效率和控制精度。
通过采用电力电子器件驱动电机，可以提供高效能的动力输出，减少能量的损耗。
此外，电力电子技术还能够实现对电机的精确控制，使得高速列车在起动、制动和转弯等运行过程中更加稳定和安全。
电力电子技术第3章 直流-交流变换电路习题和答案K
一、选择题3-1、当交流侧接在电网上，即交流侧接有电源时，称为（A ）逆变；当交流侧直接和负载连接时，称为（B ）逆变。
A、有源B、无源C、电压型D、电流型3-2、逆变电路最基本的工作原理是把直流电变成交流电，改变两组开关的切换（D ），即可改变输出交流电的频率。
A、周期B、电流C、电压D、频率3-3、不属于换流方式的是（C ）。
A、器件换流B、电网换流C、单相换流D、负载换流3-4、要实现负载换流，负载电流的相位必须（ B ）于负载电压。
A、滞后B、超前C、相同D、三个都不对3-5、可实现有源逆变的电路为（A ）。
A、三相半波可控整流电路，B、三相桥式半控整流电路，C、单相全控桥接续流二极管电路，D、单相半控桥整流电路。
3-6、在一般可逆电路中，最小逆变角βmin选在下面那一种范围合理（A ）。
A、30º-35º，B、10º-15º，C、0º-10º，D、0º。
3-7、在有源逆变电路中，逆变角β的移相范围应选（B ）为最好。
A、β=90º~180º，B、β=35º~90º，C、β=0º~90º3-8、电压型三相桥式逆变电路的基本工作方式是( C )导电方式。
A、90°B、120°C、180°D、270°3-9、PWM控制是对脉冲的（ C ）进行调制的技术。
A、长度B、高度C、宽度D、面积3-10、在调制法中，通常采用等腰三角波或锯齿波作为载波，其中（A ）应用最多。
A、等腰三角波B、锯齿波二、判断题3-1、有源逆变指的是把直流电能转变成交流电能送给负载。
（╳）3-2、变频调速装置是属于无源逆变的范畴。
（√）3-3、有源逆变装置是把逆变后的交流能量送回电网。
（√）3-4、无源逆变电路是把直流电能逆变成交流电能，送给电网，（╳）3-5、变频器总是把直流电能变换成50Hz交流电能。
电力电子技术在电力变换中的应用
电力电子技术在电力变换中的应用电力电子技术是现代电力系统中不可或缺的重要组成部分，它能够有效地改变电能的形式和质量，满足电力系统在传输、分配和利用过程中的不同需求。
本文将深入探讨电力电子技术在电力变换中的应用。
一、电力电子技术与电力变换的关系电力变换是指将电能从一种形式转化为另一种形式的过程，其中电力电子技术起到了至关重要的作用。
传统的电力系统中，电能的变换主要依靠传统的变压器和电动机等设备，在一定程度上受到了容量和效率的限制。
而电力电子技术的出现，则极大地拓宽了电力系统的变换能力，能够实现更加灵活、高效的电能转换。
二、电力电子技术在电力变换中的应用1. 直流/交流变换（DC/AC Conversion）直流/交流变换是电力供应系统中常见的一种电力变换形式，用于将直流电能转化为交流电能。
在这个过程中，电力电子技术被广泛应用，常见的转换设备包括逆变器和交流电机。
逆变器能够将直流电源转换为高质量的交流电，使得直流电源具备了更广泛的应用范围。
交流电机则可以将变频交流电能转化为机械能，广泛应用于工业生产和交通运输中。
2. 交流/直流变换（AC/DC Conversion）与直流/交流变换相反，交流/直流变换是将交流电能转化为直流电能的过程。
在电力系统中，交流/直流变换主要应用于直流输电和直流供电场合，例如高压直流输电和轨道交通系统。
交流/直流变换装置主要包括整流器和直流电机，通过电力电子技术实现电能从交流到直流的有效转换。
3. 直流/直流变换（DC/DC Conversion）在电力系统中，有时需要将直流电能从一种电压等级转换为另一种电压等级，或者实现电能的调节和控制。
这时，直流/直流变换技术就发挥着重要作用。
通过使用变换器、稳压器和逆变器等装置，电力电子技术能够实现高效率的直流/直流变换，满足电力系统对电能质量和电压等级的要求。
4. 交流/交流变换（AC/AC Conversion）交流/交流变换是将交流电能从一种频率或电压等级转换为另一种频率或电压等级的过程。
电力电子技术 徐德鸿版 习题解答
S1-1
R1
VD1
L1
C1
VT 1
S1-2 R2
EB
EA
VT 2
L2
VD2 C2
4、为什么当直流变换电路输入输出电压差别很大时，常常采用正激和反激电路， 而不用 Buck 电路或 Boost 电路？ 解：可以利用变压器的变比改变输出电压大小，避免控制过程的占空比过小或过 大，提高控制精度,同时有利于减轻输出电路中电力电子器件的耐压要求。
采样控制理论中有一个重要结论：形状不同但面积相等的窄脉冲加之于线性
环节时，得到的输出效果基本相同。线性系统周期性窄脉冲群的响应可以等效为
各个窄脉冲相应的叠加，这样某一以时间为自变量的激励函数加在惯性环节上的
响应可以被等效为按时间段与之面积相等的窄脉冲序列加在同一环节上得到的
响应。
利用等面积序列脉冲等效正弦半波相应时间段的面积就形成了一系列脉宽随
9、方波逆变电路如图 3－32 所示， R=1Ω,L=1mH, Ud=100V,f=100Hz, 求 MOSFET 的峰值电流，并画出输 出电压电流波形。如果 R=0,其他条 件不变，求 MOSFET 的峰值电流， 并画出输出电压电流波形。
（1）R＝1，电流指数曲线变化
VT1、3 导通： 在 π 时刻有：
+
1 × U d D(1 −
2
fL
D)
= 15A
（3）增加 L 可以使 ΔI 下降
I VTm = 110%I 0 = 11A
1 ΔI = 11 −10 = 1A 2 L=500μH
1 × U d D(1 − D) = 1A
2
fL
2、Boost 电路如图 2.17 所示，设输入电压为 100V，电感 L 是 1000μH，电 容 C无穷大，输出接 10Ω 的电阻，电路工作频率 50kHz,MOSFET 的导通占 空比为0.5，求：（1）输出直流电压 Uo，输出直流电流 Io；
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电路稳态工作时，每组晶闸管均在另一组晶闸管触发
导通时才换流关断，每组晶闸管导通时间均为180º 。
25
26
4.3
单相桥式全控整流电路
大电感负载运行参数分析
交流电源电压 u2 2U2 sint 整流输出电压平均值
Udav 1
2U 2rms sintd(t )
直流电流平均值Idav
I dav U dav 0.9U 2rms 1 cos R R 2
23
4.3
单相桥式全控整流电路
I VTrms 2U 2rms U 2rms 1 2 ( R sint ) d(t ) 2 R 2
1
晶闸管的电流有效值（方均根值）
不控整流电路
i2=-id
i2=-id
4
4.2
不控整流电路
自然换流点的认识 0～时段
VD1、VD4导通，负载上得到正弦交流电压的正半波。
～2时段
VD2、VD3导通，负载上得到正弦交流电压的负半波 在0、、 2时刻，VD1、VD4与VD2、VD3的工作状态 （导通或阻断）由外部电源电压变化而自然变换，器件的这种 切换叫做换流或换相，对应的切换点（相应的时刻）叫做换流 点或换相点，由于不存在主动控制过程，这些换相点称为自然 换流点或自然换相点。
I VTrms
1 Id 2
变压器二次交流电流有效值
I 2rms Id
27
4.3
单相桥式全控整流电路
单相桥式全控整流电路带反电动势负载的工作波形
28
4.3
单相桥式全控整流电路
单相桥式全控整流电路带反电动势负载的工作分析
由于存在反电势负载，晶闸管提前关断
＝arcsin 停止导电角：
sin2 2
sin2 2
变压器次级电流的有效值（即直流负载电流的有效值）
I 2rms I drms
(
2U 2rms U sint )2 d(t ) 2rms R R
负载上的电压有效值Udrms
U drms 1
2 ( 2 U sin t ) d(t ) U 2rms 2rms
21
4.3
单相桥式全控整流电路
（4）移相范围：改变α使输出整流电压平均值从最大值降到最
小值（零或负最大值），α的变化范围叫做移相范围。单相 桥式整流电路电阻负载时移相范围为180º 。 （5）同步：为了使整流电路输出电压波形呈周期性地重复，触 发脉冲与整流电路的交流电压在频率和相位上必须保持某种
固定的协调关系，这种关系就叫做同步。触发脉冲与交流电
输出电流平均值： I Rav U dav
二极管电流平均值： I VDav I dav I Rav
2 2
R
二极管承受电压最大值： UVDmax 2U2rms
7
8
4.2
不控整流电路
单相桥式不控整流电路LC滤波工作波形
9
4.2
不控整流电路
倍压不控整流*
S断开：桥式整流 S合上：倍压整流
π
负载直流电流平均值: I dav U dav 0.9U 2rms
R R
负载(输入)电流的有效值: I 2rms 流过二极管的电流有效值:
2U 2rms U 2rms 1 2 ( sin t ) d ( t ) π R R 0
U 2rms 2R
3
π
I VDrms
4.2
6
4.2
不控整流电路
单相桥式不控整流电路阻容负载工作分析
二极管导通角与导通起始角关系： arctan( RC ) RC RC e e RC sin 1 (RC ) 2 输出直流电压平均值： 当满足： RC (3 ~ 5) T 2 有：Udav 1.2U 2rms
4.4
三相桥式全控整流电路
三相桥式全控整流电路电阻负载工作分析
35
4.4 三相桥式全控整流电路
36
4.4
三相桥式全控整流电路
波形分析要点
自然换流点：R、S、T、X、Y、Z，即 0o 的时刻。 触发脉冲出现的时刻： R’、S’、T’、X’、Y’、Z’，分别 与对应的自然换流点相差 电角度。 在触发脉冲出现的时刻，满足导通条件的晶闸管触发导 通，导致上半桥或下半桥晶闸管之间换流，使原来导通 的管子关断。 当 60o负载电流出现断续，晶闸管在换流之前先关断。
电力电子技术
第四章 交流－直流变换技术
1
4.1
概述
整流电路的概念
交流-直流变换电路又叫做整流电路（Rectifier），是将 交流电能变换成直流电能的电路。
整流电路的分类
按电路结构：分为全波整流、半波整流和PWM整流等 按电路器件：分为不可控整流、半控整流和全控整流 按交流电源：分为单相整流、三相整流和多相整流
19
4.2
单相可控整流电路
20
4.3
单相桥式全控整流电路
几个概念
（1）触发延迟角α：从晶闸管自然换流点开始到施加触发脉冲 时刻所对应的电角度，叫做触发延迟角，也叫控制角，用α 表示，在自然换流点触发延迟角 0o 。 （2）导通角 ：晶闸管在一个交流电源周期内导通的时间所对 应的电角度，叫做导通角，也叫导电角，用 表示。单相桥 式整流电路电阻负载时 ＝ 。 （3）移相：改变触发脉冲出现的时刻，即改变α的大小，叫做 移相。改变α的大小，也就控制了整流电路输出电压的大小， 这种方式也叫做“相控”。
17
4.2
不控整流电路
三相桥式不控整流电路阻容负载工作参数
输出电压平均值：
Udav的变化范围：在2.34U2rms～2.45U2rms之间
输出电流平均值： I U dav Rav R 二极管电流平均值： I VDav
I dav I Rav 3 3
二极管承受最高电压： UVD max 6U2rms
iL iL1 iL2 2iL1
11
4.2
不控整流电路
三相桥式不控整流电路纯电阻负载工作分析
电路结构 共阴极组电压最高相导通 共阳极组电压最低相导通
12
4.2
不控整流电路
1 输出直流电压平均值： U dav π 二极管承受电压峰值： 6U2rms 3
纯电阻负载下工作波形
5
4.2
不控整流电路
自然换流点的概念
自然换流点是后续晶闸管相控整流电路的一个重要概念， 是晶闸管整流电路控制和分析的基础概念之一。 对于任何一个晶闸管相控整流电路，把电路中的晶闸管 换为二极管，此时电路的换流点即为该晶闸管相控整流 电路的自然换流点，它是相对应晶闸管触发脉冲最早允
许出现的时刻（即晶闸管最早允许导通的时刻）。
30
4.3
单相桥式全控整流电路
反电动势负载的改进措施
一般在反电动势负载的直流回路中串联一个平波电抗器，抑 制电流脉动和延长晶闸管导通时间。当电感量足够大时，电流连
续，输出电压、电流波形与阻感性负载类似，Udav的计算亦相同。
保证负载电流连续的电感量：
U 2rms L 2.87 10 (H) I davmin
π
当α≥δ时，输出直流电压
Udav 1 E π
E 2U 2rms
2U 2rms (cos cos ) E π π
( 2U 2rms sint E )d(t )
当α<δ时，要求触发脉冲有足够的宽度，保证 刻触发脉冲存在，此时晶闸管导通
Udav 1 E π
10
4.2
不控整流电路
倍流不控整流*
0～t1时段： VD1截止，VD2导通，
iL iL1 iL2 2iL1
iL iL1 iL2 2iL1
t2～t3时段： VD2截止，VD1导通，
iL iL1 iL2 2iL1
t1～t2及t3～ t4时段：
uT 0 ，VD1、VD2导通，
源电压保持同步是可控整流电路正常工作必不可少的条件。
22
4.3
单相桥式全控整流电路
u2 2U2rms sint
单相桥式全控整流电路电阻负载运行参数分析
输入电压
负载整流电压平均值Udav
Udav 2U 2rms 1 2U 2rms sintd(t ) (1 cos ) 0.9U 2rms 1cos 2 π π
2π 3
6U 2rms sintd(t ) 2.34U 2rms
3
13
4.2
不控整流电路
三相桥式不控整流电路阻容负载工作分析
电路结构
14
4.2
不控整流电路
工作波形
RC 3
id断续
15
4.2
不控整流电路
工作波形
id临界连续
id连续
16
LC 滤 波 三 相 不 控 整 流 波 形
2 2U 2rms
cos 0.9U 2rms cos
输出电流id为平直的直流电流：
I d I drms I dav
1 2
晶闸管导通角θ与α无关，均为180º ，电流的有效值
U dav U 0.9 2rms cos R R
2 ( I ) d d(t )
整流电路的应用
直流电动机的调速、蓄电池充电、电解和电镀、电子、通信 系统中的基础电源等
2
4.2
不控整流电路