1、 電力電子技術(shù)討論課電力電子技術(shù)討論課斬波、逆變及交交變換部分?jǐn)夭?、逆變及交交變換部分2013.12要要 求求u每組每組2323題（基礎(chǔ)分：題（基礎(chǔ)分：7575分）分） 評分內(nèi)容：討論分析過程、答案正確性； 討論激烈組額外加5分,討論時(shí)間30分鐘。u每組選三個(gè)代表分別上臺發(fā)言，時(shí)間控制在每組選三個(gè)代表分別上臺發(fā)言，時(shí)間控制在3 3分鐘內(nèi)。分鐘內(nèi)。 其他同學(xué)可對代表的發(fā)言進(jìn)行糾正或補(bǔ)充，上述個(gè)人額外加5分u討論過程中請不要保持安靜，積極分享自己的觀點(diǎn)！討論過程中請不要保持安靜，積極分享自己的觀點(diǎn)！主要內(nèi)容主要內(nèi)容u第一小組u第二小組u第三小組u第四小組u第五小組第一小組n如圖所示的斬波電路，設(shè)負(fù)

2、載電流保持一定，試說明換流如圖所示的斬波電路，設(shè)負(fù)載電流保持一定，試說明換流工作原理。工作原理。 答案圖圖1的換流方式稱為電壓換流。首先使的換流方式稱為電壓換流。首先使VTs導(dǎo)通給電容導(dǎo)通給電容C充電，充電，VTs自自然關(guān)斷后，使然關(guān)斷后，使VTm導(dǎo)通便開始給負(fù)載供電。導(dǎo)通便開始給負(fù)載供電。與此同時(shí)，與此同時(shí)，C的電荷通過的電荷通過VTmLVD1諧振回路放電并反充電。要諧振回路放電并反充電。要停止給負(fù)載供電時(shí)，使停止給負(fù)載供電時(shí)，使VTs導(dǎo)通即可。此時(shí)電容電壓作為反壓加在導(dǎo)通即可。此時(shí)電容電壓作為反壓加在VTm上，使上，使VTm關(guān)斷，此后電容電壓通過負(fù)載放電，并反向充電至關(guān)斷，此后電容電壓通過

3、負(fù)載放電，并反向充電至電源電壓。而電源電壓。而b點(diǎn)電位下降為零，因而點(diǎn)電位下降為零，因而VD2導(dǎo)通流過負(fù)載電流。導(dǎo)通流過負(fù)載電流。 n如圖所示的斬波電路，設(shè)負(fù)載電流保持一定，試說明換如圖所示的斬波電路，設(shè)負(fù)載電流保持一定，試說明換流工作原理。流工作原理。 7答案。圖圖2的換流方式稱為電流換流。的換流方式稱為電流換流。電流接通時(shí)，先經(jīng)過電流接通時(shí)，先經(jīng)過VD1CL負(fù)載給負(fù)載給C充電。充電。VTm導(dǎo)通，開始給導(dǎo)通，開始給負(fù)載供電；要關(guān)斷負(fù)載供電；要關(guān)斷VTm，可以使，可以使VTs導(dǎo)通。此時(shí)，導(dǎo)通。此時(shí)，C的電荷經(jīng)的電荷經(jīng)CVTsL回路振蕩翻轉(zhuǎn)，然后回路振蕩翻轉(zhuǎn)，然后VTs關(guān)斷、振蕩電流首先通過關(guān)斷

4、、振蕩電流首先通過VTm反向流反向流通，直到抵消負(fù)載電流為止。超過的電流通過通，直到抵消負(fù)載電流為止。超過的電流通過VD2流通。這期間，流通。這期間， VTm被加了反偏壓被加了反偏壓(VD2正向壓降正向壓降)而關(guān)斷。而關(guān)斷。 第二小組第二小組n圖為目前作為車輛用斬波器的電路，它采用逆導(dǎo)晶閘圖為目前作為車輛用斬波器的電路，它采用逆導(dǎo)晶閘管，設(shè)負(fù)載電流管，設(shè)負(fù)載電流Id為一定值。為一定值。 （1）說明回路工作原理，并畫出）說明回路工作原理，并畫出eTM、eTS、iTM、iTS 的的波形。波形。 （2）說明該電路的特點(diǎn)。）說明該電路的特點(diǎn)。 答案 （1）逆導(dǎo)晶閘管）逆導(dǎo)晶閘管VTM、VTS未加門極信

5、號未加門極信號時(shí)，電容時(shí)，電容C通過通過VTS被充電，極性如圖被充電，極性如圖(a)所示左正右負(fù)。所示左正右負(fù)。VTM導(dǎo)通后再使導(dǎo)通后再使VTS導(dǎo)通，則導(dǎo)通，則VTM中流過中流過負(fù)載與電容放電的疊加電流。由于負(fù)載與電容放電的疊加電流。由于LC諧振諧振回路使回路使iTM減小，再次變?yōu)榱銜r(shí)，減小，再次變?yōu)榱銜r(shí)，ELC負(fù)載回路電容被充電，供下述換流使用，負(fù)載回路電容被充電，供下述換流使用，波形如圖波形如圖(b)所示。所示。 （2）器件的耐壓高、大容量容易實(shí)現(xiàn)，換流回路簡單，可實(shí)現(xiàn)開）器件的耐壓高、大容量容易實(shí)現(xiàn)，換流回路簡單，可實(shí)現(xiàn)開關(guān)的高速化，可抑制換流電流關(guān)的高速化，可抑制換流電流di/dt，換

6、流電抗及換流電容可以小，換流電抗及換流電容可以小型化。型化。 n圖（圖（a）為抽頭切換式交流調(diào)壓線路。當(dāng)延遲角）為抽頭切換式交流調(diào)壓線路。當(dāng)延遲角 時(shí)將變壓時(shí)將變壓器二次側(cè)抽頭由器二次側(cè)抽頭由2切換到切換到1，試說明電路工作原理和輸出波，試說明電路工作原理和輸出波形。形。答答 案案變壓器二次電壓變壓器二次電壓u1u20，在在u2過零時(shí)：使過零時(shí)：使VT3導(dǎo)通，然后以延遲角導(dǎo)通，然后以延遲角=30觸發(fā)觸發(fā)VT1，則，則VT3被加上反電壓，被加上反電壓，因而關(guān)斷。這樣，因而關(guān)斷。這樣，VT1觸發(fā)后觸發(fā)后uL=u1，電，電阻負(fù)載阻負(fù)載t= 時(shí)，則時(shí)，則iL=0，VT1關(guān)斷。此時(shí)關(guān)斷。此時(shí)觸發(fā)觸發(fā)VT

7、4，負(fù)半周也作相同的變化。，負(fù)半周也作相同的變化。波形如波形如 (b)所示。電壓控制范圍為所示。電壓控制范圍為U2-U1。這種電路如果增多抽頭進(jìn)行電壓的精密調(diào)這種電路如果增多抽頭進(jìn)行電壓的精密調(diào)節(jié)，在改善電源功率和降低高次諧波方面節(jié)，在改善電源功率和降低高次諧波方面都是有用的。都是有用的。 第三小組n如圖所示，如圖所示，1 1個(gè)晶閘管和個(gè)晶閘管和4 4個(gè)二極管組成單相交流調(diào)壓電路個(gè)二極管組成單相交流調(diào)壓電路，試分析其工作原理。試?yán)L出，試分析其工作原理。試?yán)L出VTVT的觸發(fā)角為的觸發(fā)角為6060時(shí)，時(shí)，R R兩端兩端的電壓波形。的電壓波形。 答案圖中，設(shè)電源圖中，設(shè)電源u上正下負(fù)，經(jīng)上正下負(fù)，經(jīng)

8、VD1、VT（某時(shí)刻觸發(fā)）、（某時(shí)刻觸發(fā)）、VD2，負(fù)，負(fù)載得到截去一部分的正半波電壓；載得到截去一部分的正半波電壓；設(shè)電源設(shè)電源u上負(fù)下正，則經(jīng)上負(fù)下正，則經(jīng)VD3、VT（某時(shí)刻觸發(fā)）、（某時(shí)刻觸發(fā)）、VD4，負(fù)載得，負(fù)載得到截去一部分的負(fù)半波電壓，實(shí)現(xiàn)了交流調(diào)壓。到截去一部分的負(fù)半波電壓，實(shí)現(xiàn)了交流調(diào)壓。所以晶閘管每個(gè)周期工作兩次，并且不承受反壓。當(dāng)負(fù)載是電感時(shí)所以晶閘管每個(gè)周期工作兩次，并且不承受反壓。當(dāng)負(fù)載是電感時(shí)，因電流波形滯后于電壓，晶閘管每半周導(dǎo)電結(jié)束立刻加上一正電，因電流波形滯后于電壓，晶閘管每半周導(dǎo)電結(jié)束立刻加上一正電壓，電壓上升率較大，容易造成誤導(dǎo)通，使電路失去控制，使用時(shí)

9、壓，電壓上升率較大，容易造成誤導(dǎo)通，使電路失去控制，使用時(shí)應(yīng)特別注意。應(yīng)特別注意。 n右圖所示的回路稱為輔助脈沖換流回路在電壓型逆變器右圖所示的回路稱為輔助脈沖換流回路在電壓型逆變器中被廣泛采用，試敘述其換流動(dòng)作的工作原理。中被廣泛采用，試敘述其換流動(dòng)作的工作原理。n解：解：VT1VT1流過負(fù)載電流流過負(fù)載電流i1i1時(shí)，換流電容時(shí)，換流電容C C已被充為左正右負(fù)的電已被充為左正右負(fù)的電壓。當(dāng)輔助晶閘管壓。當(dāng)輔助晶閘管VT1aVT1a被觸發(fā)，換流電容器被觸發(fā)，換流電容器C C的電荷沿的電荷沿CLCLVT1VT1和和VD1VT1aVD1VT1a回路放電，產(chǎn)生諧振電流回路放電，產(chǎn)生諧振電流icic

10、，此諧振電流為寬，此諧振電流為寬度度 的正弦半波電流的正弦半波電流。icici1i1，反并聯(lián)二極管中流過電反并聯(lián)二極管中流過電流為流為ic-i1ic-i1，與，與VD1VD1正向壓降相等的電壓反向加在晶閘管正向壓降相等的電壓反向加在晶閘管VT1VT1上上，使，使VT1VT1關(guān)斷。由于諧振電流及關(guān)斷。由于諧振電流及E-VT1a-CE-VT1a-C、LL負(fù)載的回路，負(fù)載的回路，C C被再次充電，極性為左負(fù)右正。當(dāng)被再次充電，極性為左負(fù)右正。當(dāng)icici1i1時(shí)，時(shí)，VD2VD2導(dǎo)通，負(fù)載的導(dǎo)通，負(fù)載的滯后電流沿滯后電流沿VD2-VD2-負(fù)載負(fù)載-E-E的回路返回電源。在的回路返回電源。在L L的能

11、量釋放完之的能量釋放完之前，有前，有C C的充電電流，電容的充電電流，電容C C的充電電壓可達(dá)的充電電壓可達(dá)2E2E以上。以上。TLCn若電路及其輸出波形如圖若電路及其輸出波形如圖1 1所示，請畫出開關(guān)管上的觸所示，請畫出開關(guān)管上的觸發(fā)脈沖波形。發(fā)脈沖波形。第四小組答案這種控制方式叫移相控制，這種控制方式叫移相控制，通過控制通過控制1、2和和2、3管觸發(fā)管觸發(fā)脈沖的相位可以控制逆變輸脈沖的相位可以控制逆變輸出的有效值。出的有效值。14號觸發(fā)脈沖波形見下圖號觸發(fā)脈沖波形見下圖：n分析圖分析圖2 2兩種電路能否正常工作？為什么？兩種電路能否正常工作？為什么？ 答案 /di dtdiLdt答：（答：

12、（a）不能，在）不能，在IGBT關(guān)斷的瞬間，高的電流變化率關(guān)斷的瞬間，高的電流變化率 在線路的在線路的雜散電感上會產(chǎn)生較高的感應(yīng)電壓雜散電感上會產(chǎn)生較高的感應(yīng)電壓 ，這種電壓尖峰會威脅管子的工，這種電壓尖峰會威脅管子的工作安全，同時(shí)也會造成較大的關(guān)斷損耗。作安全，同時(shí)也會造成較大的關(guān)斷損耗。 （b）可以，通過二極管形成續(xù)流回路。）可以，通過二極管形成續(xù)流回路。 圖圖3 3示為串聯(lián)式逆變電路，試敘述其工作原理，并畫出輸出示為串聯(lián)式逆變電路，試敘述其工作原理，并畫出輸出頻率不同時(shí)輸出電流波形怎樣變化？頻率不同時(shí)輸出電流波形怎樣變化？ （即分析觸發(fā)頻率為（即分析觸發(fā)頻率為f fo o，觸發(fā)頻率大于，

13、觸發(fā)頻率大于f fo o，觸發(fā)頻率小于，觸發(fā)頻率小于f fo o時(shí)時(shí)三種情況下輸出電流波形的變化）三種情況下輸出電流波形的變化）第五小組 答案 觸發(fā)晶閘管觸發(fā)晶閘管VT1VT1，在，在EVT1L1CREVT1L1CR回路便流過諧振電流回路便流過諧振電流i1i1，給電容，給電容C C充電充電，上端為正，下端為負(fù)。接著觸發(fā)晶閘，上端為正，下端為負(fù)。接著觸發(fā)晶閘管管VT2VT2，在，在RCL2VT2RCL2VT2回路流過放電回路流過放電電流。此時(shí)，電流。此時(shí)，C C的電壓雖加在的電壓雖加在L2L2和和R R上，上，但在但在L1L1也感應(yīng)出也感應(yīng)出L2L2的電壓，因而的電壓，因而VT1VT1被被反偏而

14、關(guān)斷。這樣，周而復(fù)始地工作下反偏而關(guān)斷。這樣，周而復(fù)始地工作下去。去。 如果負(fù)載為電阻性負(fù)載，兩種回路狀態(tài)方程為：如果負(fù)載為電阻性負(fù)載，兩種回路狀態(tài)方程為：VT1VT1導(dǎo)通時(shí)：導(dǎo)通時(shí)： VT2VT2導(dǎo)通時(shí)：導(dǎo)通時(shí)： 1111+=diLRiidt EdtC2221+=0diLRii dtdtC所以，回路的諧振頻率為：所以，回路的諧振頻率為：201122RfLCL 當(dāng)當(dāng)VT1VT1、VT2VT2的觸發(fā)頻率小于的觸發(fā)頻率小于f0f0時(shí)，輸出的電流波形如圖時(shí)，輸出的電流波形如圖b b所示。所示。當(dāng)當(dāng)VT1、VT2的觸發(fā)頻率等于的觸發(fā)頻率等于f0時(shí)，輸出的電流波形大體上時(shí)，輸出的電流波形大體上是一個(gè)正弦

15、波，如圖是一個(gè)正弦波，如圖c所示。所示。當(dāng)當(dāng)VT1、VT2的觸發(fā)頻率的觸發(fā)頻率大于大于f0時(shí)，輸出的電流波時(shí)，輸出的電流波形如圖形如圖d所示。所示。n 圖示為并聯(lián)改進(jìn)逆變器（方形波逆變器），試分析圖示為并聯(lián)改進(jìn)逆變器（方形波逆變器），試分析電路工作原理，并說明反饋二極管電路工作原理，并說明反饋二極管VD1VD1和和VD2VD2在此回路中在此回路中的作用。的作用。 設(shè)晶閘管設(shè)晶閘管VT1導(dǎo)通時(shí)，直流電壓導(dǎo)通時(shí)，直流電壓E加在變壓器加在變壓器Oa上，在二次繞組內(nèi)流上，在二次繞組內(nèi)流過負(fù)載電流。與此同時(shí)，由于自耦變壓器作用，過負(fù)載電流。與此同時(shí)，由于自耦變壓器作用，Ob也產(chǎn)生電壓也產(chǎn)生電壓E，電容，

16、電容C被充電到被充電到2E，右正左負(fù)。，右正左負(fù)。當(dāng)晶閘管當(dāng)晶閘管VT2導(dǎo)通時(shí)，導(dǎo)通時(shí)，VT 1由于由于C的反壓而關(guān)斷。的反壓而關(guān)斷。C的電荷經(jīng)的電荷經(jīng)EOaCVT2L回路放電?；芈贩烹?。L上的電壓，當(dāng)電流增大時(shí)上端為正，減少時(shí)變?yōu)樯系碾妷?，?dāng)電流增大時(shí)上端為正，減少時(shí)變?yōu)橄露藶檎?。下端為正時(shí)，由于下端為正。下端為正時(shí)，由于VD2導(dǎo)通，因而導(dǎo)通，因而LVD2VT2回路產(chǎn)生環(huán)回路產(chǎn)生環(huán)流，把流，把L的能量消耗掉。如果負(fù)載的能雖沒有釋放完，在負(fù)載回路滯后的的能量消耗掉。如果負(fù)載的能雖沒有釋放完，在負(fù)載回路滯后的電流繼續(xù)流過，在一次繞組將感生出電流繼續(xù)流過，在一次繞組將感生出b端為負(fù)的電壓，因而端為負(fù)的電壓，因而VD2導(dǎo)通，導(dǎo)通，在在VD2一一b一一O一一E回路產(chǎn)生反饋電流?；芈樊a(chǎn)生反饋電流。答案反饋的二極管在此電路中的作用：反饋的二極管在此電路中的作用：（1）無功功率的處理由反饋二極管進(jìn)行，所以）無功功率的處理由反饋二極管進(jìn)行，所以C的容量可以減小。的容量可以減小。（2）如果）如果a或或b的電位降到零以下，則的電位降到零以下，則VD1和和VD2導(dǎo)通，所以導(dǎo)通，所以O(shè)a或或Ob的電的電壓保持為壓保持為E，即使負(fù)載變動(dòng)電壓也