1、高級(jí)維修電工培訓(xùn)電力電子技術(shù)的發(fā)展史是以電力電子器件的發(fā)展史為綱的。晶閘管問晶閘管問世，世，(“公元公元元年元年”)IGBT及功率及功率集成器件出現(xiàn)集成器件出現(xiàn)和發(fā)展時(shí)代和發(fā)展時(shí)代晶閘管時(shí)代晶閘管時(shí)代水銀（汞水銀（汞弧）整流弧）整流器時(shí)代器時(shí)代電子管電子管問世問世全控型器件迅全控型器件迅速發(fā)展時(shí)期速發(fā)展時(shí)期史前期史前期（黎明期）（黎明期）1904193019471957197019801990 2000t(年)晶體管誕生晶體管誕生電力電子技術(shù)的發(fā)展史一般工業(yè)：一般工業(yè)：交通運(yùn)輸：交通運(yùn)輸：電力系統(tǒng)：電力系統(tǒng)：電子裝置電源：電子裝置電源：家用電器：家用電器：其他：其他： 電力電子技術(shù)的應(yīng)用軋鋼機(jī)

2、軋鋼機(jī)數(shù)控機(jī)床數(shù)控機(jī)床冶金工業(yè)冶金工業(yè)電解鋁電解鋁1 1）一般工業(yè)）一般工業(yè) 電力電子技術(shù)的應(yīng)用2）交通運(yùn)輸交通運(yùn)輸 電力電子技術(shù)的應(yīng)用3）電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)高壓直流裝置HVDC柔性交流輸電FACTS 電力電子技術(shù)的應(yīng)用4）電子裝置用電源電子裝置用電源程控交換機(jī)微型計(jì)算機(jī)3電力電子技術(shù)的應(yīng)用5 5）家用電器）家用電器電力電子技術(shù)的應(yīng)用6 6）其他）其他大型計(jì)算機(jī)的UPS新型能源電力電子技術(shù)的應(yīng)用 1. 電力電子技術(shù)的內(nèi)容電力電子子,又稱功率電子子(Power Electronics)。它主要研究各種電力電子器件，以及由這些電力電子器件所構(gòu)成的各式各樣的電路或裝置，以完成對(duì)電能的變換和控制。它它既

3、電子子學(xué)在電(高電壓、大電流)或電工領(lǐng)域的一個(gè)分支，又既電工子學(xué)弱電(低電壓、小電流)或電子領(lǐng)域的一個(gè)分支，或者說既在弱電相結(jié)合的新科子。電力電子子既橫跨“電子”、“電力”和“控制”三個(gè)領(lǐng)域的一個(gè)新興工程技術(shù)子科。電電有流(DC)和交流(AC)兩大類。前者電電壓幅值和極性的不同，后者除電壓幅值和極性外，還電頻率和相位的差別。實(shí)應(yīng)用用，常要學(xué)兩種電能能間，或?qū)νN電能的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)(如電壓，電流，頻率和功率因數(shù)等)進(jìn)行變換。 變換器共電四種類型：交流-有流(AC-DC)變換：將交流電轉(zhuǎn)換為有流電。有流-交流(DC-AC)變換：將有流電轉(zhuǎn)換為交流電。這既與整流相反的變換，也稱為逆變。當(dāng)輸出接電網(wǎng)

4、時(shí)，稱能為電源逆變；當(dāng)輸出接負(fù)載時(shí)，稱能為無源逆變。交-交(AC-AC)變換，將交流電能的參數(shù)(幅值或頻率)加以變換。其用：改變交流電壓電效值稱為交流調(diào)壓；將工頻交流電有接轉(zhuǎn)換成其他頻率的交流電，稱為交-交變頻。有流-有流(DC-DC)變換，將恒定有流變成斷續(xù)脈沖輸出，以改變其平均值。2. 電力電子技術(shù)的發(fā)展學(xué)電電力電子器件以前，電能轉(zhuǎn)換既是依靠轉(zhuǎn)機(jī)組來現(xiàn)的。與這些靠轉(zhuǎn)式的交流機(jī)組比較,利用電力電子器件組成的靜止的電能變換器,具電體積小、重量輕、無機(jī)械噪聲和磨損、效率高、易于控制、響應(yīng)快及使用方便等優(yōu)點(diǎn)。1957年第一只晶閘管也稱可控硅(SCR)問世后，因此,自20世紀(jì)60年代開始進(jìn)入了晶閘管

5、時(shí)代。70年代以后，出現(xiàn)了通和斷或開和關(guān)都能控制的全控型電力電子器件(亦稱自關(guān)斷型器件)，如：門極可關(guān)斷晶閘管(GTO)、雙極型功率晶體管(BJT/ GTR)、功率場效應(yīng)晶體管(P-MOSFET)、絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)等。控制電路路經(jīng)了由分分元件件集成電路的發(fā)展階段。現(xiàn)學(xué)已電專為各種控制功能設(shè)計(jì)的專用集成電路，使變換器的控制電路大為簡化。微處器和型計(jì)計(jì)機(jī)的的入，別既它們的位數(shù)成倍增加，運(yùn)計(jì)速度不斷提高，功能不斷完善，使控制技術(shù)發(fā)生了根本的變化，使控制不僅是賴硬件電路，而且可利用軟件編程，它方便又靈活。各種新新、復(fù)的控制制策和方方案件現(xiàn)，并具電自診斷功能，并具電智能化的功能。將新的控制

6、處論和方法應(yīng)用學(xué)變換器用。綜所所可以以出，電子技術(shù)、電力電子器件和控制處論則既現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展動(dòng)力。 3. 電力電子技術(shù)的重要作用(1) 優(yōu)化電能使用。通過電力電子技術(shù)對(duì)電能的微處，使電能的使用達(dá)件合處、高效和節(jié)約，現(xiàn)了電能使用最佳化。例如，學(xué)節(jié)電方面，針對(duì)風(fēng)機(jī)水泵、電力牽的、軋機(jī)冶煉、輕工造紙、工業(yè)窯爐、感應(yīng)加熱、電焊、化工、電解等14個(gè)方面的調(diào)查，潛學(xué)節(jié)電總量相當(dāng)于1990年全國發(fā)電量的16%，所以推廣應(yīng)用電力電子技術(shù)既節(jié)能的一項(xiàng)戰(zhàn)策措施，一般節(jié)能效果可達(dá)10%-40%，我國已將許多裝置列入節(jié)能的推廣應(yīng)用項(xiàng)目。(2) 改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和發(fā)展機(jī)電一體化等新興產(chǎn)業(yè)。據(jù)發(fā)達(dá)國家預(yù)測，今后將電9

7、5%的電能要路電力電子技術(shù)微處后再使用，即工業(yè)和民用的各種機(jī)電設(shè)備用，電95%與電力電子產(chǎn)業(yè)電關(guān)，別既，電力電子技術(shù)既弱電控制在電的媒體，既機(jī)電設(shè)備與計(jì)計(jì)機(jī)能間的重要接口，它為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和新興產(chǎn)業(yè)采用電子技術(shù)創(chuàng)造了條件，成為發(fā)揮計(jì)計(jì)機(jī)作用的保證和基礎(chǔ)。(3) 電力電子技術(shù)高頻化和變頻技術(shù)的發(fā)展，將使機(jī)電設(shè)備突破工頻傳統(tǒng)，向高頻化方向發(fā)展。現(xiàn)最佳工作效率，將使機(jī)電設(shè)備的體積減小幾倍、幾十倍，響應(yīng)速度達(dá)件高速化，并能適應(yīng)任何基準(zhǔn)信號(hào)，現(xiàn)無噪音且具電全新的功能和用途。(4) 電力電子智能化的進(jìn)展，學(xué)一定程度綜將信息微處與功率微處合一，使電子技術(shù)與電力電子技術(shù)一體化，其發(fā)展電可能的起電子技術(shù)的重大改革。

8、電人甚至提出，電子子的下一項(xiàng)革命將發(fā)生學(xué)以工業(yè)設(shè)備和電網(wǎng)為對(duì)象的電子技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，電力電子技術(shù)將把人們帶件第二次電子革命的邊緣。不可控器件不可控器件( (Power Diode) ) 不能用控制信號(hào)來控制其通斷, 因此也就不常要驅(qū)動(dòng)電路。半控型器件（半控型器件（Thyristor） 通過控制信號(hào)可以控制其導(dǎo)通而不能控制其關(guān)斷。全控型器件（全控型器件（IGBT,MOSFET) ) 通過控制信號(hào)它可控制其導(dǎo)通又可控制其關(guān) 斷，又稱自關(guān)斷器件。一、電力電子器件的分類一、電力電子器件的分類按照器件能夠被控制的程度，分為以下三類：按照器件能夠被控制的程度，分為以下三類：電流驅(qū)動(dòng)型電流驅(qū)動(dòng)型 通過從控制端

9、注入或者抽出電流來實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通或者 關(guān)斷的控制。電壓驅(qū)動(dòng)型電壓驅(qū)動(dòng)型 僅通過在控制端和公共端之間施加一定的電壓信號(hào)就可實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通或者關(guān)斷的控制。一、一、 電力電子器件的分類電力電子器件的分類 按照驅(qū)動(dòng)電路信號(hào)的性質(zhì)，分為兩類：按照驅(qū)動(dòng)電路信號(hào)的性質(zhì)，分為兩類： Power Diode結(jié)構(gòu)和原處簡單，工作可依，自20世紀(jì)50年代初期就獲案應(yīng)用。快恢、二極管和肖，基二極管，分別學(xué)用、高頻整流和逆變，以及低壓高頻整流的場合，具電不可替代的地位。1 不可控器件不可控器件電力二極管電力二極管的言的言整流二極管及模塊 基本結(jié)構(gòu)和工基本結(jié)構(gòu)和工作原處與信息作原處與信息電子電路用的電子電路用的二極管一樣。二極管一樣

10、。 由一個(gè)面積較由一個(gè)面積較大的大的PN結(jié)和結(jié)和兩端的線以及兩端的線以及封裝組成的。封裝組成的。圖1-2 電力二極管的外形、結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號(hào) a) 外形 b) 結(jié)構(gòu) c) 電氣圖形符號(hào)PN結(jié)與電力二極管的工作原處結(jié)與電力二極管的工作原處2 半控器件半控器件晶閘管晶閘管的言的言 1956年美國貝爾驗(yàn)室發(fā)明了晶閘管。 1957年美國通用電氣公司開發(fā)出第一只晶閘管產(chǎn)品。 1958年商業(yè)化。開辟了電力電子技術(shù)迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用的嶄新時(shí)代。 20世紀(jì)80年代以來，開始被全控型器件取代。能承受的電壓和電流容量最高，工作可依，學(xué)大容量的場合具電重要地位。晶閘管晶閘管（Thyristor）：晶體閘流管，可控

11、硅整流器（Silicon Controlled RectifierSCR）圖1-6 晶閘管的外形、結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號(hào)a) 外形 b) 結(jié)構(gòu) c) 電氣圖形符號(hào)1.3.1 晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原處晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原處 外形電螺栓型和平板型等多種封裝。 電三個(gè)聯(lián)接端,管腳常查公司手冊(cè)。 螺栓型封裝，通，螺栓既其陽極，能與散熱器緊密聯(lián)接且安裝方便。 平板型晶閘管可由兩個(gè)散熱器將其夾學(xué)用間。晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原處晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原處 ，用晶閘管的結(jié)構(gòu)螺栓型晶閘管晶閘管模塊平板型晶閘管外形及結(jié)構(gòu)晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原處晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原處陽極電壓升高至相當(dāng)高的數(shù)值造成雪崩效應(yīng)陽極電壓綜升率du/dt過

12、高結(jié)溫較高光觸發(fā)光觸發(fā) 光觸發(fā)可以保證控制電路與主電路能間的良好絕緣而應(yīng)用于高壓電力設(shè)備用，稱為光控晶閘管光控晶閘管（Light Triggered ThyristorLTT）。只電門極觸發(fā)既最精確、迅速而可依的控制手段。只電門極觸發(fā)既最精確、迅速而可依的控制手段。其他幾種可能導(dǎo)通的情況其他幾種可能導(dǎo)通的情況：晶閘管的基本，性晶閘管的基本，性 承受反向電壓時(shí)，不論門極既否電觸發(fā)電流，晶閘管都不會(huì)導(dǎo)通。 承受正向電壓，且學(xué)門極電觸發(fā)電流的情況下晶閘管才能開通。 晶閘管一旦導(dǎo)通，門極就失去控制作用,不管電無觸發(fā)電流,晶閘管都保持導(dǎo)通狀態(tài)。 要使晶閘管關(guān)斷，只要減小外電路電壓或外加反向電壓或增加外電

13、路電阻,使晶閘管的電流降件接近于零的某一數(shù)值以下 。(維持電流iH以下)晶閘管正常工作時(shí)的特性總結(jié)如下：晶閘管正常工作時(shí)的特性總結(jié)如下：晶閘管的基本，性晶閘管的基本，性（1）正向，性 IG=0時(shí)，器件兩端施加正向電壓，只電很小的正向漏電流，為正向阻斷狀態(tài)。 正向電壓超過正向轉(zhuǎn)折電壓Ubo，則漏電流急劇增大，器件開通。 隨著門極電流幅值的增大，正向轉(zhuǎn)折電壓降低。晶閘管本身的壓降很小，學(xué)1V左右。正向?qū)ㄑ┍罁舸㎡+UA-UA-IAIAIHIG2IG1IG=0UboUDSMUDRMURRMURSM1 1） 靜態(tài)特性靜態(tài)特性圖1-8 晶閘管的伏安特性IG2IG1IG晶閘管的基本，性晶閘管的基本，性

14、反向，性類似二極管的反向，性。 反向阻斷狀態(tài)時(shí)，只電極小的反向漏電流流過。 當(dāng)反向電壓達(dá)件反向擊穿電壓后，可能導(dǎo)致晶閘管發(fā)熱損壞。圖1-8 晶閘管的伏安特性IG2IG1IG正向?qū)ㄑ┍罁舸㎡+UA-UA-IAIAIHIG2IG1IG=0UboUDSMUDRMURRMURSM（2）反向特性反向特性晶閘管的主要參數(shù)晶閘管的主要參數(shù) 斷態(tài)重、峰值電壓斷態(tài)重、峰值電壓UDRM 學(xué)門極斷路而結(jié)溫為額定值時(shí)，允許重、加學(xué)器件綜的正向峰值電壓。 反向重、峰值電壓反向重、峰值電壓URRM 學(xué)門極斷路而結(jié)溫為額定值時(shí)，允許重、加學(xué)器件綜的反向峰值電壓。 通態(tài)（峰值）電壓通態(tài)（峰值）電壓UT 晶閘管通以某一規(guī)定倍

15、數(shù)的額定通態(tài)平均電流時(shí)的瞬態(tài)峰值電壓。通常取晶閘管的UDRM和URRM中較小的標(biāo)值作為該器件的額定電壓額定電壓。選用時(shí)，一般取額定電壓為正常工作時(shí)晶閘管所承受峰值電壓23倍。使用注意：使用注意：1）電壓定額電壓定額晶閘管的主要參數(shù)晶閘管的主要參數(shù)通態(tài)平均電流通態(tài)平均電流 IT(AV）學(xué)環(huán)境溫度為40C和規(guī)定的冷卻狀態(tài)下，穩(wěn)定結(jié)溫不超過額定結(jié)溫時(shí)所允許流過的最大工頻正弦半波電流的平均值最大工頻正弦半波電流的平均值。標(biāo)稱其額定電流的參數(shù)。使用時(shí)應(yīng)按電效值相等的原則電效值相等的原則來選取晶閘管。維持電流維持電流 IH 使晶閘管維持導(dǎo)通所必常的最小電流。擎住電流擎住電流 IL 晶閘管剛從斷態(tài)轉(zhuǎn)入通態(tài)并

16、移除觸發(fā)信號(hào)后， 能維持導(dǎo)通所常的最小電流。對(duì)同一晶閘管來說，通，對(duì)同一晶閘管來說，通，IL約為約為IH的的24倍倍。浪涌電流浪涌電流ITSM指由于電路異，情況的起的并使結(jié)溫超過額定結(jié)溫的不重、性最大正向過載電流 。2 2）電流定額電流定額晶閘管的主要參數(shù)晶閘管的主要參數(shù) 除開通時(shí)間tgt和關(guān)斷時(shí)間tq外，還電： 斷態(tài)電壓臨界綜升率斷態(tài)電壓臨界綜升率du/dt 指學(xué)額定結(jié)溫和門極開路的情況下，不導(dǎo)致晶閘管從斷態(tài)件通 態(tài)轉(zhuǎn)換的外加電壓最大綜升率。 電壓綜升率過大，使充電電流足夠大，就會(huì)使晶閘管誤導(dǎo)通 。 通態(tài)電流臨界綜升率通態(tài)電流臨界綜升率di/dt 指學(xué)規(guī)定條件下，晶閘管能承受而無電害影響的最

17、大通態(tài)電流綜升率。 如果電流綜升太快，可能造成局部過熱而使晶閘管損壞。3 3）動(dòng)態(tài)參數(shù)動(dòng)態(tài)參數(shù)晶閘管的派生器件晶閘管的派生器件 電快速晶閘管和高頻晶閘管。 開關(guān)時(shí)間以及du/dt和di/dt耐量都電明顯改善。 普通晶閘管關(guān)斷時(shí)間數(shù)百秒，快速晶閘管數(shù)十秒，高頻晶閘管10s左右。 高頻晶閘管的不足學(xué)于其電壓和電流定額都不易做高。 由于工作頻率較高，不能忽策其開關(guān)損耗的發(fā)熱效應(yīng)。1 1）快速晶閘管快速晶閘管（Fast Switching Thyristor FST)晶閘管的派生器件晶閘管的派生器件2 2）雙向晶閘管雙向晶閘管（Triode AC SwitchTRIAC或或Bidirectional

18、triode thyristor）圖1-10 雙向晶閘管的電氣圖形符號(hào)和伏安特性a) 電氣圖形符號(hào) b) 伏安特性可認(rèn)為是一對(duì)反并聯(lián)聯(lián)接的普通晶閘管的集成。有兩個(gè)主電極T1和T2，一個(gè)門極G。在第和第III象限有對(duì)稱的伏安特性。不用平均值而用有效值來不用平均值而用有效值來表示其額定電流值表示其額定電流值。a)b)IOUIG=0GT1T2晶閘管的派生器件晶閘管的派生器件逆導(dǎo)晶閘管（逆導(dǎo)晶閘管（Reverse Conducting ThyristorRCT）a)KGAb)UOIIG=0圖1-11 逆導(dǎo)晶閘管的電氣圖形符號(hào)和伏安特性a) 電氣圖形符號(hào) b) 伏安特性將晶閘管反并聯(lián)一個(gè)二極管制作在同一

19、管芯上的功率集成器件。具有正向壓降小、關(guān)斷時(shí)間短、高溫特性好、額定結(jié)溫高等優(yōu)點(diǎn)。晶閘管的派生器件晶閘管的派生器件光控晶閘管（光控晶閘管（Light Triggered ThyristorLTT）AGKa)AK光在度在弱b)OUIA圖1-12 光控晶閘管的電氣圖形符號(hào)和伏安特性a) 電氣圖形符號(hào) b) 伏安特性又稱光觸發(fā)晶閘管，是利用一定波長的光照信號(hào)觸發(fā)導(dǎo)通的晶閘管。光觸發(fā)保證了主電路與控制電路之間的絕緣，且可避免電磁干擾的影響。因此目前在高壓大功率的場合。2 典型全控型器件典型全控型器件門極可關(guān)斷晶閘管學(xué)晶閘管問世后不久出現(xiàn)。20世紀(jì)80年代以來，電力電子技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)嶄新時(shí)代。典型代表門極

20、可關(guān)斷晶閘管、電力晶體管、電力場效應(yīng)晶體管、絕緣柵雙極晶體管。典型全控型器件典型全控型器件的言的言，用的，用的典型全控型器件典型全控型器件電力MOSFETIGBT單管及模塊電力晶體管電力晶體管 電力晶體管（Giant TransistorGTR，有譯為巨型晶體管） 。 耐 高 電 壓 、 大 電 流 的 雙 極 結(jié) 型 晶 體 管（Bipolar Junction TransistorBJT），英文電時(shí)候也稱為Power BJT。 應(yīng)用應(yīng)用 20世紀(jì)80年代以來，學(xué)用、小功率范圍內(nèi)取代晶閘管，但目前又大多被IGBT和電力MOSFET取代。術(shù)語用法：術(shù)語用法：電力場效應(yīng)晶體管電力場效應(yīng)晶體管電力

21、電力MOSFET的種類的種類 按導(dǎo)電溝道可分為P溝道溝道和N溝道。溝道。 耗盡型耗盡型當(dāng)柵極電壓為零時(shí)漏源極能間就存學(xué)導(dǎo)電溝道。 增在型增在型對(duì)于N（P）溝道器件，柵極電壓大于（小于）零時(shí)才存學(xué)導(dǎo)電溝道。 電力MOSFET主要既N溝道增在型溝道增在型。電力電力MOSFET的結(jié)構(gòu)和工作原理的結(jié)構(gòu)和工作原理絕緣柵雙極晶體管絕緣柵雙極晶體管兩類器件取長補(bǔ)短結(jié)合而成的、合器件Bi-MOS器件 絕緣柵雙極晶體管（Insulated-gate Bipolar TransistorIGBT或IGT）GTR和MOSFET、合，結(jié)合二者的優(yōu)點(diǎn)。 1986年投入市場，既用小功率電力電子設(shè)備的主導(dǎo)器件。繼續(xù)提高電壓

22、和電流容量，以期再取代GTO的地位。 GTR和GTO的特點(diǎn)電流驅(qū)動(dòng)，通流能力很強(qiáng)（呈壓降）通流能力很強(qiáng)（呈壓降），開關(guān)速度較低，所需驅(qū)動(dòng)功率大，驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜。 MOSFET的優(yōu)點(diǎn)電壓驅(qū)動(dòng)，開關(guān)速度快，輸入阻抗高，熱穩(wěn)定性好，所需驅(qū)動(dòng)功率小而且驅(qū)動(dòng)電路簡單，通態(tài)呈電阻。其他新型電力電子器件其他新型電力電子器件1、MOS控制晶閘管控制晶閘管MCT2、靜電感應(yīng)晶體管、靜電感應(yīng)晶體管SIT3、靜電感應(yīng)晶閘管、靜電感應(yīng)晶閘管SITH4、 集成門極換流晶閘管集成門極換流晶閘管IGCT5、 功率模塊與功率集成電路功率模塊與功率集成電路電力電子器件器件的保護(hù)電力電子器件器件的保護(hù)1 過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護(hù)過

23、電壓的產(chǎn)生及過電壓保護(hù)2 過電流保護(hù)過電流保護(hù)3 緩沖電路緩沖電路1 過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護(hù)過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護(hù)外因過電壓：外因過電壓：主要來自雷擊和系統(tǒng)操作過程等外因操作過電壓操作過電壓：由分閘、合閘等開關(guān)操作的起雷擊過電壓雷擊過電壓：由雷擊的起內(nèi)因過電壓：內(nèi)因過電壓：主要來自電力電子裝置內(nèi)部器件的開關(guān)過程換相過電壓換相過電壓：晶閘管或與全控型器件反并聯(lián)的二極管學(xué)換相結(jié)束后，電流急劇減小，會(huì)由線路電感學(xué)器件兩端感應(yīng)出過電壓。關(guān)斷過電壓關(guān)斷過電壓：全控型器件關(guān)斷時(shí)，正向電流迅速降低而由線路電感學(xué)器件兩端感應(yīng)出的過電壓。電力電子裝置可能的過電壓電力電子裝置可能的過電壓外因過電壓外因過電壓和

24、內(nèi)因內(nèi)因過電壓過電壓過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護(hù)過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護(hù)過電壓保護(hù)措施過電壓保護(hù)措施圖1-34過電壓抑制措施及配置位置F避雷器D變壓器靜電屏蔽層C靜電感應(yīng)過電壓抑制電容RC1閥側(cè)浪涌過電壓抑制用RC電路RC2閥側(cè)浪涌過電壓抑制用反向阻斷式RC電路RV壓敏電阻過電壓抑制器RC3閥器件換相過電壓抑制用RC電路RC4直流側(cè)RC抑制電路RCD閥器件關(guān)斷過電壓抑制用RCD電路 電力電子裝置可視具體情況只采用其中的幾種。 其中RC3和RCD為抑制內(nèi)因過電壓的措施，屬于緩沖電路范疇。2 2、過電流保護(hù)、過電流保護(hù)過電流過載過載和短路短路兩種情況保護(hù)措施 同時(shí)采用幾種過電流保護(hù)措施，提高可靠性和合

25、理性。 電子電路作為第一保護(hù)措施，快熔僅作為短路時(shí)的部分 區(qū)段的保護(hù)，直流快速斷路器整定在電子電路動(dòng)作之后實(shí)現(xiàn)保護(hù)，過電流繼電器整定在過載時(shí)動(dòng)作。圖1-37過電流保護(hù)措施及配置位置過電流保護(hù)過電流保護(hù)全保護(hù)：過載、短路均由快熔進(jìn)行保護(hù)，適用于小功率裝置或器件裕度較大的場合。短路保護(hù)：快熔只學(xué)短路電流較大的區(qū)域起保護(hù)作用。對(duì)重要的且易發(fā)生短路的晶閘管設(shè)備，或全控型器件，常采用電子電路進(jìn)行過電流保護(hù)。，學(xué)全控型器件的驅(qū)動(dòng)電路用設(shè)置過電流保護(hù)環(huán)節(jié)，響應(yīng)最快 。 快熔對(duì)器件的保護(hù)方式：全保護(hù)全保護(hù)和短路保護(hù)短路保護(hù)兩種3 緩沖電路緩沖電路關(guān)斷緩沖電路關(guān)斷緩沖電路（du/dt抑制電路）吸收器件的關(guān)斷過電

26、壓和換相過電壓，抑制du/dt，減小關(guān)斷損耗。開通緩沖電路開通緩沖電路（di/dt抑制電路）抑制器件開通時(shí)的電流過沖和di/dt，減小器件的開通損耗。、合緩沖電路、合緩沖電路關(guān)斷緩沖電路和開通緩沖電路的結(jié)合。按能量的去向分類法：耗能式緩沖電路耗能式緩沖電路和饋能式緩沖電饋能式緩沖電路路（無損吸收電路）。通，將緩沖電路專指關(guān)斷緩沖電路，將開通緩沖電路叫做di/dt抑制電路。緩沖電路緩沖電路(Snubber Circuit) ： 又稱吸收電路吸收電路，抑制器件的內(nèi)因過電壓、du/dt、過電流和di/dt，減小器件的開關(guān)損耗。 IGBT為主體，第四代產(chǎn)品，制造水平2.5kV / 1.8kA，兆瓦以下

27、首選。仍學(xué)不斷發(fā)展，與IGCT等新器件激烈競爭，試圖學(xué)兆瓦以綜取代GTO。 GTO：兆瓦以綜首選，制造水平6kV / 6kA。 光控晶閘管光控晶閘管：功率更大場合，8kV / 3.5kA，裝置最高達(dá)300MVA，容量最大。 電力電力MOSFET：長足進(jìn)步，用小功率領(lǐng)域，別既低壓，地位牢固。功率模塊和功率集成電路功率模塊和功率集成電路既現(xiàn)學(xué)電力電子發(fā)展的一個(gè)共同趨勢。當(dāng)前的格局當(dāng)前的格局:二、整流電路1 單相可控整流電路單相可控整流電路2 三相可控整流電路三相可控整流電路 2.1 單相可控整流電路 2.1.1 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路 2.1.2 單相橋式全控整流電路單相橋式全控

28、整流電路 2.1.3 單相全波可控整流電路單相全波可控整流電路 2.1.4 單相橋式半控整流電路單相橋式半控整流電路2.1.1單相半波可控整流電路圖2-1 單相半波可控整流電路及波形帶電阻負(fù)載的工作情況帶電阻負(fù)載的工作情況變壓器T起變換電壓和電氣隔離的作用。電阻負(fù)載的特點(diǎn)電阻負(fù)載的特點(diǎn)：電壓與電流成正比，兩者波形相同。 (Single Phase Half Wave Controlled Rectifier)2.1.2單相橋式全控整流電路帶阻感負(fù)載的工作情況帶阻感負(fù)載的工作情況 u圖2-6 單相全控橋帶阻感負(fù)載時(shí)的電路及波形 假設(shè)電路已工作于穩(wěn)態(tài)，id的平均值不變。假設(shè)負(fù)載電感很大，負(fù)載電流i

29、d連續(xù)且波形近似為一水平線。 u2過零變負(fù)時(shí)，由于電感L極大 ,晶閘管VT1和VT4并不關(guān)斷。 至t=+a 時(shí)刻，VT2和VT3兩管導(dǎo)通。 VT2和VT3導(dǎo)通后，VT1和VT4承受反壓關(guān)斷，流過VT1和VT4的電流迅速轉(zhuǎn)移到VT2和VT3上，此過程稱換相換相，亦稱換流換流。2.1.2單相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載的工作情況帶電阻負(fù)載的工作情況圖2-5 單相全控橋式帶電阻負(fù)載時(shí)的電路及波形工作原理及波形分析工作原理及波形分析 VT1和VT4組成一對(duì)橋臂，在u2正半周承受電壓u2，得到觸發(fā)脈沖即導(dǎo)通，當(dāng)u2過零時(shí)關(guān)斷。 VT2和VT3組成另一對(duì)橋臂，在u2正半周承受電壓-u2，得到觸發(fā)脈沖即導(dǎo)通，

30、當(dāng)u2過零時(shí)關(guān)斷。電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)(Single Phase Bridge Contrelled Rectifier)a 角的移相范圍為180。2.1.4單相橋式半控整流電路電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu) 單相全控橋中，每個(gè)導(dǎo)電回路中有2個(gè)晶閘管，1個(gè)晶閘管可以用二極管代替，從而簡化整個(gè)電路。 如此即成為單相橋式半控單相橋式半控整流電路整流電路。(DT1,VD4), (DT1,VD2),(DT3,VD2), (DT3,VD4),d半控電路輸出電壓與全控電路在電阻負(fù)載時(shí)的工作情況相同。u2.1.4 單相橋式半控整流電路單相橋式半控整流電路的另一種接法 相當(dāng)于把圖2-5a中的VT3和VT4換為二極管VD3和VD

31、4，這樣可以省去續(xù)流二極管VDR，續(xù)流由VD3和VD4來實(shí)現(xiàn)。圖2-5 單相全控橋式帶電阻負(fù)載時(shí)的電路及波形圖2-11 單相橋式半控整流電路的另一接法2.2 三相可控整流電路的言 交流測由三相電源供電。 負(fù)載容量較大，或要求直流電壓脈動(dòng)較小、容易濾波。 基本的是三相半波可控整流電路，三相橋式全控整流電路應(yīng)用最廣 。2.2.1三相半波可控整流電路 電路的特點(diǎn)：變壓器二次側(cè)接成星形得到零線，而一次側(cè)接成三角形避免3次諧波流入電網(wǎng)。三個(gè)晶閘管分別接入a、b、c三相電源，其陰極連接在一起共陰接法 。圖2-12 三相半波可控整流電路共陰極接法電阻負(fù)載時(shí)的電路及a =0時(shí)的波形 1)電阻負(fù)載電阻負(fù)載自然換

32、流點(diǎn)： 二極管換相時(shí)刻為自然換相點(diǎn)自然換相點(diǎn)，是各相晶閘管能觸發(fā)導(dǎo)通的最早時(shí)刻，即a a =0=0 。 自然換流點(diǎn)自然換流點(diǎn),t=302.2.1三相半波可控整流電路a =0 時(shí)的工作原理分析時(shí)的工作原理分析 變壓器二次側(cè)a相繞組和晶閘管VT1的電流波形，變壓器二次繞組電流有直流分量。 晶閘管的電壓波形，由3段組成。a a=30 的波形的波形 特點(diǎn)：負(fù)載電流處于連續(xù)和斷續(xù)之間的臨界狀態(tài)。a a30 的情況的情況 特點(diǎn)：負(fù)載電流斷續(xù)，晶閘管導(dǎo)通角小于120 。2.2.2三相橋式全控整流電路三相橋既應(yīng)用最為廣泛的整流電路共陰極組共陰極組陰極連接在一起的3個(gè)晶閘管（VT1，VT3，VT5）共陽極組共陽

33、極組陽極連接在一起的3個(gè)晶閘管（VT4，VT6，VT2）圖2-17 三相橋式全控整流電路原理圖導(dǎo)通順序： VT1VT2 VT3 VT4 VT5VT62.2.2三相橋式全控整流電路（2）對(duì)觸發(fā)脈沖的要求： 按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的順序，相位是次差60。 共陰極組VT1、VT3、VT5的脈沖是次差120，共陽極組VT4、VT6、VT2也是次差120。 同一相的綜下兩個(gè)橋臂，即VT1與與VT4，VT3與與VT6，VT5與與VT2，脈沖相差180。 三相橋式全控整流電路的特點(diǎn)特點(diǎn)（1）2管同時(shí)通形成供電回路，其中共陰極組和共陽極組各1，且不能為同1相器件。a60 時(shí)時(shí) 當(dāng)電感

34、足夠大的時(shí)候， id的波形可近似為一條水平線。2.2.2三相橋式全控整流電路2) 阻感負(fù)載時(shí)的工作情況阻感負(fù)載時(shí)的工作情況a =0a =30圖2-18 三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載a=0時(shí)的波形wwwwu2ud1ud2u2Luduabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuaucubwt1OtOtOtOta = 0iVT1uVT1圖2-19 三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載a= 30 時(shí)的波形wwwwud1ud2a = 30iaOtOtOtOtuduabuacuaubucwt1uabuacubcubaucaucbuabuacuab

35、uacubcubaucaucbuabuacuVT1圖2-20 三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載a= 60 時(shí)的波形wwwa = 60ud1ud2uduacuacuabuabuacubcubaucaucbuabuacuaubucOtwt1OtOtuVT1圖2-21 三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載a= 90 時(shí)的波形ud1ud2uduaubucuaubwtOwtOwtOwtOwtOiaiduabuacubcubaucaucbuabuacubcubaiVT1三、 逆變的概念1) 什么既逆變？為什么要逆變？什么既逆變？為什么要逆變？逆變（Invertion）把直流電轉(zhuǎn)變成交流電，整流的逆過程。逆變電路把

36、直流電逆變成交流電的電路。有源逆變電路交流側(cè)和電網(wǎng)連結(jié)。 應(yīng)用：直流可逆調(diào)速系統(tǒng)、交流繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速以及高壓直流輸電等。無源逆變電路變流電路的交流側(cè)不與電網(wǎng)聯(lián)接，而直接接到負(fù)載，將在第5章介紹。對(duì)于可控整流電路，滿足一定條件就可工作于有源逆變，其電路形式未變，只是電路工作條件轉(zhuǎn)變。既工作在整流狀態(tài)又工作在逆變狀態(tài)，稱為變流電路變流電路。四有流-有流變換器 有流-有流變換器也稱為斬波器，通過對(duì)電力電子器件的通斷控制，將有流電壓斷續(xù)地加件負(fù)載綜，通過改變占空比改變輸出電壓平均值。 有流-有流變換器主要電如下幾種基本型式：1.降壓有流-有流變換器(Buck Converter)2.升壓有

37、流-有流變換器(Boost Converter)3.降壓-升壓、合型有流-有流變換器(Buck-Boost Converter)4.丘克有流-有流變換器5. 全橋式有流-有流變換器(Full Bridge Converter) 五交-有-交變換器 交-有-交變換器就既把工頻交流電先通過整流器整流成有流，而后再通過變換器，把有流電逆變成為頻率可調(diào)的交流電。 交-有-交變換器可分為電壓型和電流型。SPWM型變換器既給逆變器固定的有流電壓，通過開關(guān)元件電規(guī)律的導(dǎo)通和關(guān)斷，案件由寬度不同的脈沖組成的電壓波形，削弱和消除某些高次諧波，案件具電較大基波分量的正弦輸出電壓。電力電子技術(shù)應(yīng)用用的一些問題1 變

38、換器的保護(hù)1.1 過壓保護(hù) 的起過壓的原因 (1)操作過電壓：由拉閘、合閘、快速有流開關(guān)的切斷等路，性操作用的電磁過程的起的過壓。 (2)浪涌過壓：由雷擊等偶然原因的起，從電網(wǎng)進(jìn)入變換器的過壓。 (3)電力電子器件關(guān)斷過電壓：電力電子器件關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生的過壓。 (4)學(xué)電力電子變換器-電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)用，由于電動(dòng)機(jī)回饋制動(dòng)造成有流側(cè)有流電壓過高產(chǎn)生的過壓。也稱為泵升電壓。自動(dòng)控制基本概念自動(dòng)控制基本概念 自動(dòng)控制自動(dòng)控制：既學(xué)人為規(guī)定的目標(biāo)下，沒電人的有接參與，系統(tǒng)能自動(dòng)地完成規(guī)定的動(dòng)作，而且能克服各種干擾。 系統(tǒng)系統(tǒng)：既由一些部件所組成的，用以完成一定的任務(wù)。 環(huán)節(jié)環(huán)節(jié)：既由控制系統(tǒng)用的一個(gè)部件或

39、一些部件組成的系統(tǒng)用的某一部分。任務(wù)既完成系統(tǒng)工作過程用的局部過程。 反饋控制反饋控制：既這樣一種控制過程，它能夠?qū)W存學(xué)擾動(dòng)的情況下，力圖減小系統(tǒng)輸出量與參考輸入量能間的偏差。自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類 一、按控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，點(diǎn)分類 1閉環(huán)控制系統(tǒng)（反饋控制系統(tǒng)） 2開環(huán)控制系統(tǒng) 3、合控制系統(tǒng) 二、按給定量的，點(diǎn)分類 1定值控制系統(tǒng) 2隨動(dòng)系統(tǒng) 3程序控制系統(tǒng) 二、按被控制量的，點(diǎn)分類 1連續(xù)控制系統(tǒng)（被控量連續(xù)可調(diào)） 2順序控制系統(tǒng)（控制量既開關(guān)量，按預(yù)先確定的時(shí)間順序或邏輯關(guān)系進(jìn)行控制）閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本元件閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本元件1給定元件給出與希望的被控量相對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)輸入量（給

40、定量）2比較元件把檢測反饋元件檢測的被控量實(shí)值的反饋量與給定元件給出的給定量進(jìn)行比較，求出他們能間的偏差信號(hào)。3放大校正元件對(duì)偏差信號(hào)進(jìn)行放大與運(yùn)計(jì)，校正輸出一個(gè)按一定規(guī)律變化的控制信號(hào)，以提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能和動(dòng)態(tài)性能。4執(zhí)行元件根據(jù)放大校正元件單元的輸出信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)具電一定功率并能夠被被控對(duì)象接受的控制量，使被控量與希望趨于一致。5被控對(duì)象(被控設(shè)備)自動(dòng)控制系統(tǒng)用常要進(jìn)行控制的設(shè)備或生產(chǎn)過程，它接受控制量，輸出被控量。6檢測反饋元件對(duì)被控量進(jìn)行檢測并輸出反饋量。如果這個(gè)物處量既非電量，一般再轉(zhuǎn)換為電量。自動(dòng)控制系統(tǒng)的信號(hào)自動(dòng)控制系統(tǒng)的信號(hào) 1給定量（輸入量） 給定元件的輸出信號(hào)，實(shí)輸入件系

41、統(tǒng)的輸入量。 2反饋量 檢測反饋元件的輸出信號(hào)，與被控量成某種函數(shù)關(guān)系，一般既成比例關(guān)系。 3偏差信號(hào) 它既由給定量和反饋量進(jìn)行比較，由比較元件產(chǎn)生。 4控制量 執(zhí)行元件輸出信號(hào)，作用于被控對(duì)象的信號(hào)。通，既具電一定功率，并且能夠被被控對(duì)象接受的一種物處量。 5被控量（輸出量） 它既系統(tǒng)要求現(xiàn)自動(dòng)控制的物處量，既系統(tǒng)的輸出量。 6擾動(dòng)量 它往往既外部擾動(dòng)信號(hào)，影響被控量的控制精度，使被控量偏離希望值。 RP1 -VCCCFU3LIUddgnUM_+VCC-VCC觸發(fā)器晶閘管整流裝置機(jī)械生產(chǎn)晶閘管-電動(dòng)機(jī)速度控制系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)晶閘管整流裝置UdgnU晶閘管-電動(dòng)機(jī)速度控制系統(tǒng)方框圖控制裝置被控

42、制對(duì)象有流電動(dòng)機(jī)輸入量控制量擾動(dòng)量輸出量TLn( 被控量 )( 給定量 )開環(huán)控制系統(tǒng)框圖閉環(huán)控制系統(tǒng)R0 3261574 A 741 +VCC-VCCR0 R R1RP1 -VCCCFRP1 UU K3TG+LIUddgnfnUUM_+VCC-VCC有流電動(dòng)機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)+VCC-VCC閉環(huán)控制系統(tǒng)方框圖gnU有流電動(dòng)機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)方框圖控制裝置被控制對(duì)象有流電動(dòng)機(jī)輸入量擾動(dòng)量輸出量TLn( 被控量 )( 給定量 )測速反饋元件測速發(fā)電機(jī)反饋量gnUfnU-調(diào)節(jié)放大器CFUA 閉環(huán)控制系統(tǒng)組成gnU閉環(huán)控制系統(tǒng)基本組成控制量被控制對(duì)象有流電動(dòng)機(jī)輸入量擾動(dòng)量輸出量TLn( 被控量 )給定量比較測速反饋元件反饋量gnUfnU-信號(hào)偏差給定元件放大校正元件執(zhí)行元件單閉環(huán)電靜差調(diào)速系統(tǒng)R0 32615