电力电子学 - 快速指南

---

---

电力电子学 - 导论

电力电子学是指控制电流和电压的流动，并将其转换为适合用户负载的形式的过程。最理想的电力电子系统是效率和可靠性均为 100% 的系统。

请看下面的框图。它显示了电力电子系统的组成部分以及它们是如何相互关联的。

电力电子系统将电能从一种形式转换为另一种形式，并确保实现以下目标：

• 最大效率
• 最大可靠性
• 最大可用性
• 最低成本
• 最轻重量
• 尺寸小巧

电力电子的应用可分为两种类型：静态应用和驱动应用。

静态应用

这利用移动和/或旋转机械部件，例如焊接、加热、冷却和电镀以及直流电源。

直流电源

驱动应用

驱动应用具有旋转部件，例如电机。示例包括压缩机、泵、输送带和空调系统。

空调系统

电力电子广泛应用于空调中以控制压缩机等元件。下图显示了电力电子如何在空调中使用的示意图。

电力电子学 - 开关器件

电力电子开关器件是将已集成的有源可切换电力半导体驱动器组合在一起。开关的主要特性由其集成系统的功能和相互作用的内部相关性决定。下图显示了电力电子开关系统的工作原理。

上图中的外部电路通常相对于控制单元保持高电位。感应发射器用于支持两个接口之间所需的电位差。

电力开关器件通常根据其处理功率的额定值（即其电流和电压额定值的乘积）而不是其功耗来选择。因此，电力电子开关的主要吸引力在于其能够耗散低或几乎不耗散功率的能力。因此，电子开关能够实现低且连续的功率浪涌。

电力电子学 - 线性电路元件

线性电路元件是指电气电路中电流输入和电压输出之间呈线性关系的元件。具有线性电路的元件示例包括：

• 电阻器
• 电容器
• 电感器
• 变压器

为了更好地理解线性电路元件，有必要分析电阻元件。

电阻器

电阻器是一种限制电流流动的器件，从而导致能量转换。例如，当电流流过灯泡时，电流会转换为其他形式的能量，例如热量和/或光。元件的电阻以欧姆 (Ω) 为单位测量。

给定电路中电阻的度量由下式给出：

$$R=\rho \frac{L}{A}$$

其中 R - 电阻；ρ - 电阻率；L - 线材长度；A - 线材横截面积

各种电阻器的符号

电容器

电容器是指一种电气装置，它有两个导电材料（也称为极板），由称为介电材料的绝缘体隔开。它利用电场存储电能。当电容器连接到电池时，会产生电场，从而使正电荷积聚在一个极板上，负电荷积聚在另一个极板上。

当能量存储在电容器的电场中时，该过程称为充电，而当能量被移除时，该过程称为放电。存储在电容器中的电能水平称为电容，以法拉 (F) 为单位测量。一法拉等于每伏特一库仑，即 1 C/V。

电容器和电池的区别在于，电容器存储电能，而电池存储化学能，并以缓慢的速度释放能量。

各种电容器的符号

下表列出了电容器的各种符号。

电感器

电感器是利用磁场存储电能的电子器件。电感器最简单的形式是线圈或环形线圈，其中电感与线圈的匝数成正比。此外，电感还取决于线材的材料类型和环路的半径。

在给定的匝数和半径尺寸下，只有空心线圈才能产生最小的电感。与空气具有相同作用的介电材料包括木材、玻璃和塑料。这些材料有助于电感器的绕组过程。绕组的形状（环形）以及铁磁物质（例如铁）会增加总电感。

电感器能够存储的能量称为电感。它以亨利 (H) 为单位测量。

各种电感器的符号

变压器

这指的是一种通过称为电磁感应的过程将能量从一个能级改变到另一个能级的装置。它通常用于在利用电力的一些应用中升高或降低交流电压。

当变压器初级侧的电流变化时，在其铁芯上会产生变化的磁通量，并以磁场形式扩散到变压器的次级绕组。

变压器的工作原理依赖于法拉第电磁感应定律。该定律指出，与时间相关的磁通量变化率与导体中感应的电动势成正比。

变压器主要由三个部分组成：

• 初级绕组
• 磁芯
• 次级绕组

变压器的符号

其他器件

电磁器件

电磁概念广泛应用于技术领域，并应用于电机、发电机和电铃。例如，在门铃中，电磁组件会吸引一个敲击器，敲击器会敲击铃铛并使其发出响声。

控制器

控制器是接收从过程中测量的变量传输的电子信号，并将获得的值与控制设定点进行比较的装置。它利用数字算法来关联和比较功能。

传感器

传感器用于确定电流，电流不断变化以提供控制反馈。感测电流可以实现平滑且准确的转换器功能。电流传感器在转换器中至关重要，以便轻松共享并联或多相转换器中的信息。

滤波器

电子滤波器也用于对信号进行处理以去除不需要的频率。它们是模拟电路，并且存在于有源或无源状态。

晶闸管

晶闸管或半导体控制整流器是一种四层固态电流控制装置。“晶闸管”是通用电气公司对一种晶闸管类型的商品名称。

SCR 主要用于需要控制高电压和功率的电子设备。这使得它们适用于中高交流电源操作，例如电机控制功能。

与二极管一样，当向 SCR 应用栅极脉冲时，它就会导通。它具有四层半导体，形成两个结构，即 NPNP 或 PNPN。此外，它还有三个结，分别标记为 J1、J2 和 J3，以及三个端子（阳极、阴极和栅极）。SCR 的示意图如下所示。

阳极连接到 P 型，阴极连接到 N 型，栅极连接到 P 型，如下所示。

在 SCR 中，本征半导体是硅，其中注入所需的掺杂剂。但是，PNPN 结的掺杂取决于 SCR 的应用。

SCR 的工作模式

• 断态（正向阻断模式） - 这里阳极分配正电压，栅极分配零电压（断开），阴极分配负电压。结果，结 J1 和 J3 处于正向偏置，而 J2 处于反向偏置。J2 达到其击穿雪崩值并开始导通。在此值以下，J1 的电阻非常高，因此处于断态。

• 通态（导通模式） - SCR 通过以下两种方式之一进入此状态：将阳极和阴极之间的电位差提高到雪崩电压以上，或在栅极施加正信号。SCR 开始导通后，不再需要栅极电压来维持通态，因此通过以下方式将其关闭：

• 将其电流降低到称为保持电流的最低值

• 使用放置在结上的晶体管。

• 反向阻断 - 这补偿了正向电压的下降。这是由于在P1中需要一个低掺杂区域。需要注意的是，正向和反向阻断的电压额定值是相等的。

电力电子学 - TRIAC

TRIAC的首字母缩写代表交流三极管。TRIAC是一种具有三个端子的半导体器件，用于控制电流的流动，因此得名Triac。与SCR不同，TRIAC是双向的，而SCR是单向的。它非常适合利用交流电源进行开关操作，因为它可以控制交流周期中两个半周的电流流动。这在下图中清楚地解释了。

TRIAC符号

TRIAC的电路图如下所示。它类似于两个背靠背放置的晶闸管。

TRIAC结构

TRIAC结构被认为是一个DIAC，其中集成了一个额外的栅极触点以确保器件控制。与其他功率器件类似，TRIAC由硅制成。因此，硅的制造过程导致了更便宜的器件的生产。如下所示，TRIAC有六个区域，即四个N型区域和两个P型区域。

TRIAC工作原理

TRIAC的工作原理基于晶闸管。它有助于交流电气组件和系统中的开关功能。它们广泛用于调光器，因为它们允许利用交流周期的两个半周。因此，这使得它们在功率使用方面更有效率。尽管可以使用晶闸管作为TRIAC，但对于需要低功率的操作来说，它在成本效益上并不高。可以从两个晶闸管的角度来查看TRIAC。

TRIAC通常用于不需要非常高功率的应用，因为它们在工作中表现出非对称开关。这对于利用高功率的应用是不利的，因为它会导致电磁干扰。因此，TRIAC用于电机控制、住宅照明调光器和小风扇以控制速度。

电力电子学 - BJT

双极结型晶体管（BJT）是一种晶体管，其工作原理取决于两个半导体的接触。它可以充当开关、放大器或振荡器。它被称为双极晶体管，因为它需要两种类型的载流子（空穴和电子）才能工作。空穴是P型半导体中的主要载流子，而电子是N型半导体中的主要载流子。

BJT的符号

BJT的结构

BJT有两个P-N结背靠背连接，并共享一个公共区域B（基极）。这确保了在所有区域（基极、集电极和发射极）中都进行了接触。PNP型双极晶体管的结构如下所示。

上面显示的BJT由两个背靠背连接的二极管组成，导致称为准中性的区域耗尽。发射极、基极和集电极的准中性宽度如上所示，分别表示为W_E'、W_B'和W_C'。它们如下获得 -

$$W_{E}^{'}=W_{E}-X_{n,BE}$$ $$W_{B}^{'}=W_{B}-X_{p,BE}-X_{p,BC}$$ $$W_{C}^{'}=W_{C}-X_{n,BC}$$

发射极、基极和集电极电流的常规符号分别用I_E、I_B和I_C表示。因此，当正电流遇到集电极或基极触点时，集电极电流和基极电流为正。此外，当电流离开发射极触点时，发射极电流为正。因此，

$$I_{E}=I_{B}+I_{C}$$

当相对于集电极和发射极在基极触点上施加正电压时，基极-集电极电压以及基极-发射极电压都变为正。

为简单起见，假设V_CE为零。

电子从发射极扩散到基极，而空穴从基极扩散到发射极。一旦电子到达基极-集电极耗尽区，它们就会被电场扫过该区域。这些电子形成集电极电流。

当BJT处于正向有源模式时，总发射极电流通过添加电子扩散电流（I_E,n）、空穴扩散电流（I_{E, p}）和基极-发射极电流获得。

$$I_{E}=I_{E,n}+I_{E,p}+I_{r,d}$$

总集电极电流由电子扩散电流（I_E,n）减去基极复合电流（I_r,B）给出。

$$I_{C}=I_{E,n}-I_{r,B}$$

基极电流I_B的总和通过添加空穴扩散电流（I_{E, p}）、基极复合电流（I_r,B）和耗尽层的基极-发射极复合电流（I_r,d）获得。

$$I_{B}=I_{E,p}+I_{r,B}+I_{r,d}$$

传输因子

这由集电极电流与发射极电流之比给出。

$$\alpha =\frac{I_{C}}{I_{E}}$$

应用基尔霍夫电流定律，发现基极电流由发射极电流和集电极电流之差给出。

电流增益

这由集电极电流与基极电流之比给出。

$$\beta =\frac{I_{C}}{I_{B}}=\frac{\alpha }{1-\alpha }$$

以上解释了BJT如何产生电流放大。如果集电极电流几乎等效于发射极电流，则传输因子（α）接近于1。因此，电流增益（β）将大于1。

为了进一步分析，传输因子（α）被重写为发射极效率（γ_E）、基极传输因子（α_T）和耗尽层复合因子（δ_r）的乘积。它被重写如下 -

$$\alpha =\gamma _{E}\times \alpha _{T}\times \delta _{r}$$

以下是讨论的发射极效率、基极传输因子和耗尽层复合因子的总结。

发射极效率

$$\gamma _{E}=\frac{I_{E,n}}{I_{E,p}+I_{E,P}}$$

基极传输因子

$$\alpha _{T}=\frac{I_{E,n}-I_{r,b}}{I_{E,n}}$$

耗尽层复合因子

$$\delta _{r}=\frac{I_{E}-I_{r,d}}{I_{E,n}}$$

电力电子学 - IGBT

绝缘栅双极晶体管（IGBT）是一种具有三个端子的半导体器件，主要用作电子开关。其特点是开关速度快、效率高，使其成为现代电器（如灯镇流器、电动汽车和变频驱动器 (VFD)）中必不可少的组件。

其能够快速开启和关闭，使其适用于放大器以处理具有脉宽调制的复杂波形。IGBT结合了MOSFET和BJT的特性，分别实现了高电流和低饱和电压容量。它集成了一个使用FET（场效应晶体管）的隔离栅以获得控制输入。

IGBT符号

IGBT的放大倍数由其输出信号与其输入信号之比计算得出。在传统的BJT中，增益（β）的程度等于其输出电流与输入电流之比。

IGBT的导通态电阻（RON）值远低于MOSFET。这意味着对于特定的开关操作，双极晶体管上的压降（I²R）非常低。IGBT的反向阻断作用类似于MOSFET。

当IGBT用作静态状态下的受控开关时，其电流和电压额定值等于BJT的额定值。相反，IGBT中的隔离栅使驱动BJT电荷更容易，因此所需的功率更少。

IGBT根据其栅极端子是否被激活或停用而接通或断开。栅极和发射极之间的恒定正电位差使IGBT保持导通状态。当输入信号被移除时，IGBT将关闭。

IGBT工作原理

与BJT不同，IGBT只需要很小的电压来维持器件的导通。IGBT是单向器件，即它只能正向导通。这意味着电流从集电极流向发射极，这与MOSFET不同，MOSFET是双向的。

IGBT的应用

IGBT用于中功率到超高功率应用，例如牵引电机。在大功率IGBT中，可以处理数百安培的高电流和高达6kv的阻断电压。

IGBT还用于电源电子器件，如转换器、逆变器和其他需要固态开关的电器。双极晶体管具有高电流和电压。但是，它们的开关速度很慢。相反，MOSFET具有高速开关速度，尽管它们价格昂贵。

电力电子学 - MOSFET

金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）是一种用于开关电子信号的晶体管。它有四个端子，即源极（S）、漏极（D）、栅极（G）和体（B）。MOSFET的体通常连接到源极（S）端子，这导致了类似于其他场效应晶体管（FET）的三端器件。由于这两个主要端子通常通过短路互连，因此在电气图中只能看到三个端子。

它是数字和模拟电路中最常见的器件。与普通晶体管相比，MOSFET需要较小的电流（小于1毫安）即可导通。同时，它可以提供超过50安培的高电流负载。

MOSFET的工作原理

MOSFET有一层薄的二氧化硅层，充当电容器的极板。控制栅极的隔离将MOSFET的电阻提高到极高的水平（几乎无限）。

栅极端子与主电流路径隔开；因此，没有电流泄漏到栅极。

MOSFET存在两种主要形式 -

• 耗尽型 - 这需要栅极-源极电压（V_GB）来关闭组件。当栅极处于零（V_GB）时，器件通常处于导通状态，因此，它充当给定逻辑电路的负载电阻。对于使用N型耗尽的加载器件，3V是阈值电压，通过在-3V处切换栅极来关闭器件。

• 增强型 - 在这种状态下，需要栅极-源极电压（V_GB）来打开组件。当栅极处于零（V_GB）时，器件通常处于断开状态，并且可以通过确保栅极电压高于源极电压来打开它。

符号和基本结构

其中，D - 漏极；G - 栅极；S - 源极；和Sub - 基板

功率半导体器件解题示例

一个（BJT）发射电流为1mA，发射极效率为0.99。基极传输因子为0.994，耗尽层复合因子为0.997。对于BJT，计算以下内容 -

传输因子

重写的传输因子由下式给出 -

$$\alpha =\gamma _{E}\times \alpha _{T}\times \delta _{r}$$

代入数值，得到

$$\alpha =0.99\times 0.994\times 0.997=0.981$$

电流增益

电流增益由下式给出 -

$$\beta =\frac{I_{C}}{I_{B}}=\frac{\alpha }{1-\alpha }$$

代入数值，得到

$$\beta =\frac{0.981}{1-0.981}=51.6$$

集电极电流

$$I_{C}=\alpha \times I_{E}=0.981\times 1=0.981mA$$

基极电流

$$I_{B}=I_{E}-I_{C}=1-0.981=19\mu A$$

电力电子学 - 脉冲整流器

相位控制整流器

相控整流器将交流电转换为直流电（线换流）。换句话说，它用于将固定频率和固定电压的交流电源转换为可变直流电压输出。其表达方式为

• 固定输入 − 电压、频率和交流功率

• 可变输出 − 直流电压输出

输入整流器的交流电压通常为固定有效值（均方根值）和固定频率。在整流器中加入相控晶闸管可以确保获得可变的直流输出电压。这是通过改变晶闸管触发时的相位角来实现的。结果，得到了负载电流的脉动波形。

在输入电源半周期内，晶闸管处于正向偏置状态，并通过施加足够的栅极脉冲（触发）而导通。一旦晶闸管导通，电流就开始流动，即从ωt=α点到ωt=β点。当负载电流降至零时，由于线换流（自然换流），晶闸管关断。

有许多电力电子转换器利用自然换流。这些包括 −

• 交流-直流转换器
• 交流-交流转换器
• 交流电压控制器
• 环流变频器

以上电力电子转换器将在本教程的后续章节中进行解释。

2脉冲转换器

2脉冲转换器，也称为2级脉宽调制（PWM）发生器，用于为基于载波的脉宽调制转换器生成脉冲。它通过利用2级拓扑来实现这一点。此模块控制用于控制目的的开关器件，例如存在于三种类型的转换器中的IGBT和FET −

• 1臂（单相半桥）
• 2臂（单相全桥）
• 3臂（三相桥）

2脉冲转换器中的参考输入信号与载波进行比较。如果参考输入信号大于载波，则上侧器件的脉冲等于1，下侧器件的脉冲等于0。

为了控制具有单相全桥（2臂）的器件，需要应用单极性或双极性脉宽调制。在单极性调制中，两个臂中的每一个都独立控制。通过将初始参考点移动180°，在内部生成第二个参考输入信号。

当应用双极性PWM时，第二个单相全桥中下侧开关器件的状态类似于第一个单相全桥器件中的上侧开关。使用单极性调制可以产生平滑的交流波形，而双极性调制会导致电压变化较小。

3脉冲转换器

考虑一个三相3脉冲转换器，其中每个晶闸管在电源周期的三分之一时间内处于导通模式。晶闸管最早被触发导通的时间是相对于相电压的30°。

其工作原理使用三个晶闸管和三个二极管进行解释。当晶闸管T1、T2和T3被二极管D1、D2和D3替换时，导通将分别在相对于相电压u_an、u_bn和u_cn的30°角开始。因此，触发角α最初是在相对于相应相电压的30°处测量的。

电流只能通过晶闸管单向流动，这类似于功率从直流侧流向交流侧的逆变器工作模式。此外，晶闸管中的电压通过控制触发角来控制。当α=0（在整流器中可能）时，即可实现这一点。因此，3脉冲转换器充当逆变器和整流器。

6脉冲转换器

下图显示了一个连接到三相电源的六脉冲桥式可控整流器。在此转换器中，脉冲数是相数的两倍，即p = 2m。使用相同的转换器配置，可以组合两个六脉冲桥，以获得12个或更多脉冲的转换器。

当没有换流时，任何特定时间都会有两个二极管导通。此外，为了在负载上获得电压降，必须将两个二极管置于桥的相对支路。例如，二极管3和6不能同时导通。因此，直流负载上的电压降是三相电源的线电压VL的组合。

需要注意的是，脉冲数越多，转换器的利用率越高。此外，脉冲数越少，转换器的利用率越低。

电源电感的影响

大多数转换器的分析通常在理想条件下（无源阻抗）进行简化。但是，这种假设是不合理的，因为源阻抗通常是感性的，具有可忽略的电阻元件。

源电感对转换器性能有重大影响，因为它的存在会改变转换器的输出电压。结果，随着负载电流的减小，输出电压也会减小。此外，输入电流和输出电压波形也会发生显著变化。

以下两种方式分析源电感对转换器的影响。

对单相的影响

假设转换器在导通模式下工作，并且负载电流的纹波可以忽略不计，则开路电压在触发角为α时等于平均直流输出。下图显示了一个带有单相电源的全控整流器。假设当t=0时，晶闸管T₃和T₄处于导通模式。另一方面，当ωt=α时，T₁和T₂触发。

其中 −

• V_i = 输入电压
• I_i = 输入电流
• V_o = 输出电压
• I_o = 输出电压

当没有源电感时，换流将在T₃和T₄处发生。晶闸管T₁和T₂立即导通。这将导致输入极性瞬时变化。在存在源电感的情况下，极性和换流的变化不会瞬时发生。因此，T₃和T₄不会在T₁和T₂导通后立即换流。

在某个时间间隔内，所有四个晶闸管都将导通。此导通间隔称为重叠间隔（μ）。

换流期间的重叠会降低直流输出电压和熄灭角γ，当α接近180°时会导致换流失败。下图显示了波形。

对三相的影响

与单相转换器一样，由于源电感的存在，没有瞬时换流。考虑到源电感，对转换器性能的影响（定性）与单相转换器相同。下图显示了这一点。

电力电子 - 性能参数

确定不同转换器的性能参数非常重要，这些转换器的拓扑结构可以是单相或多相的。

假设

• 所使用的器件是理想的，即它们没有任何损耗
• 器件具有电阻性负载

负载上的直流电压

$$V_{DC}=\frac{1}{T} \int_{0}^{T}V_{L}\left ( t \right )dt$$

负载上的有效电压

$$V_{L}=\sqrt{\frac{1}{T}}\int_{0}^{T}V_{L}^{2}\left ( t \right )dt$$

形状因数

$$FF=\frac{V_{L}}{V_{DC}}$$

纹波因数

$$RF=\frac{\sqrt{V_{L}^{2}-V_{DC}^{2}}}{V_{DC}}=\sqrt{FF^{2}-1}$$

效率（整流因子）

$$\eta =\frac{P_{DC}}{P_{L}+P_{D}}$$

其中上述定义为 −

$P_{DC}=V_{DC}\times I_{DC}$

$P_{L}=V_{L}\times I_{L}$

$P_{D}=R_{D}\times I_{L}^{2}$（$P_{D}$是整流器损耗，$R_{D}$是电阻）

$$\eta =\frac{V_{DC}I_{DC}}{\left ( V_{L}I_{L} \right )+\left ( R_{D}I_{L}^{2} \right )}=\frac{V_{DC}^{2}}{V_{L}^{2}}\times \frac{1}{1+\frac{R_{D}}{R_{L}}}$$

但$R_{D}=0$

因此，

$$\eta =\left ( \frac{V_{DC}}{V_{L}} \right )^{2}=\left ( \frac{1}{FF}\right )^{2}$$

变压器利用率

$$TUF=\frac{P_{DC}}{VA \:额定值 \:of \:the \:Transformer }=\frac{P_{DC}}{\frac{VA_{p}+VA_{s}}{2}}$$

VA_p和VA_s是变压器的一次侧和二次侧功率额定值。

整流器的无功功率控制

在高压直流（HVDC）转换器中，换流站是线换流的。这意味着阀的初始电流只能相对于交流形式的转换器母线电压的零值延迟。因此，为了更好地控制电压，转换器母线连接到无功电源。

无功电源用于在静态系统中改变电容器。无功电源系统的响应由动态条件下的电压控制决定。

在运行不稳定的交流系统时，由于电压不稳定和过电压浪涌，往往会出现问题。需要更好地协调无功电源，以简化触发角的控制。结果，无功功率转换器的这一特性越来越多地应用于使用HVDC的现代转换器中。

稳态下的无功功率控制

将无功功率表示为有功功率函数的方程式以单位量给出。

基准转换器电压由 − 给出

$$V_{db}=3\sqrt{\frac{2}{\pi }}\times V_{L}$$

其中V_L = 线电压（绕组侧）

基准直流电流（I_db） = 额定直流电流（I_dr）

基准直流功率（P_dc） = n_b × V_db × I_db，其中n_b = 串联桥数

基准交流电压（V_b） = （V_a）

基准交流功率 = 基准直流功率

$$\sqrt{\frac{18}{\pi }}\times V_{a}\times I_{db}\times n_{b}$$

电力电子学 - 双向整流器

双重转换器主要用于变频驱动器（VFD）。在双重转换器中，两个转换器背靠背连接在一起。下图说明了双重转换器的工作原理。假设 −

• 双重转换器在其端子上是理想的（产生纯直流输出）。

• 每个两象限转换器都是一个串联二极管的可控直流电源。

• 二极管D1和D2显示电流的单向流动。

考虑到一个不带循环电流的双重转换器，交流电流被受控触发脉冲阻止流动。这确保了承载负载电流的转换器导通，而另一个转换器被阻断。这意味着转换器之间不需要电抗器。

电池充电器

电池充电器，也称为充电器，利用电流将能量存储在二次电池中。充电过程取决于电池的类型和尺寸。不同类型的电池对过充的耐受水平不同。充电过程可以通过将其连接到恒压或恒流源来实现。

充电倍率 (C)

充电倍率定义为电池充电或放电的速率，等于电池容量在一个小时内的变化量。

电池充电器的规格用其充电倍率 C 表示。例如，额定值为 C/10 的电池充电器将在 10 小时内提供充电容量，而额定值为 3C 的充电器将在 20 分钟内为电池充电。

电池充电器的类型

电池充电器的类型很多。在本教程中，我们将考虑五种主要类型。

• 简单充电器 - 通过向被充电的电池提供恒定的直流电源来工作。

• 快速充电器 - 使用控制电路快速为电池充电，并在过程中防止电池损坏。

• 感应充电器 - 使用电磁感应为电池充电。

• 智能充电器 - 用于为包含与智能充电器通信的芯片的电池充电。

• 运动供电充电器 - 利用人体运动为电池充电。通过人体运动使放置在两个弹簧之间的磁铁上下移动，从而为电池充电。

相控整流器解题示例

一台他励直流电动机的参数如下：220V、100A 和 1450 rpm。其电枢电阻为 0.1 Ω。此外，它由连接到三相交流电源的三相全控整流器供电，交流电源频率为 50 Hz，感抗为 0.5 Ω，频率为 50Hz。在 α = 0 时，电动机运行在额定转矩和速度下。假设电动机使用反向方向在额定速度下再生制动。计算换相不受影响的最大电流。

解答 -

我们知道，

$$V_{db}=3\sqrt{\frac{2}{\pi }}\times V_{L}-\frac{3}{\pi }\times R_{b}\times I_{db}$$

代入数值，得到，

$220=3\sqrt{\frac{2}{\pi }}\times V_{L}-\frac{3}{\pi }\times 0.5\times 100$

因此，

$V_{L}=198V$

额定速度下的电压 = $220-\left ( 100\times 0.1 \right )=210V$

在额定速度下，反向再生制动，

$=3\sqrt{\frac{2}{\pi }}\times 198\cos \alpha -\left ( \frac{3}{\pi }\times 0.5+0.1\right )\times I_{db}=-210V$

但是 $\cos \alpha -\cos \left ( \mu +\alpha \right )=\frac{\sqrt{2}}{198}\times 0.5I_{db}$

为了使换相不失效，应满足以下限制条件。

$\mu +\alpha \approx 180^{\circ}$

因此，$\quad \cos \alpha =\frac{I_{db}}{198\sqrt{2}}-1$

此外，

$\frac{3}{\pi }I_{db}-\frac{3\sqrt{2}}{\pi }\times 198-\left ( \frac{3}{\pi }\times 0.5+0.1 \right )I_{db}=-210$

这得到，$\quad 0.3771I_{db}=57.4$

因此，$\quad I_{db}=152.2A$

电力电子学 - 斩波器

斩波器使用高速连接和断开电源负载。通过连续触发电源开关的通/断，间歇性地将固定直流电压施加到电源负载。电源开关保持通或断的时间段分别称为斩波器的通态时间和断态时间。

斩波器主要应用于电动汽车、风能和太阳能转换以及直流电动机调速。

斩波器的符号

斩波器的分类

根据输出电压，斩波器分为 -

• 升压斩波器（升压变换器）
• 降压斩波器（降压变换器）
• 升降压斩波器（降压-升压变换器）

升压斩波器

升压斩波器的平均输出电压 (V_o) 大于输入电压 (V_s)。下图显示了升压斩波器的配置。

电流和电压波形

当斩波器导通时，V₀（平均输出电压）为正，当斩波器断开时，V₀为负，如下面的波形所示。

其中

T_ON – 斩波器导通的时间间隔

T_OFF – 斩波器断开的时间间隔

V_L – 负载电压

V_s – 源电压

T – 斩波周期 = T_ON + T_OFF

V_o 由下式给出 -

$$V_{0}=\frac{1}{T}\int_{0}^{T_{ON}}V_{S}dt$$

当斩波器 (CH) 导通时，负载短路，因此，T_ON期间的输出电压为零。此外，在此期间电感器充电。这使得 V_S = V_L

$L\frac{di}{dt}=V_{S},$ $\frac{\Delta i}{T_{ON}}=\frac{V_{S}}{L}$

因此，$\Delta i=\frac{V_{S}}{L}T_{ON}$

Δi = 电感器的峰峰值电流。当斩波器 (CH) 断开时，电感器 L 会放电。因此，V_s 和 V_L 的总和如下给出 -

$V_{0}=V_{S}+V_{L},\quad V_{L}=V_{0}-V_{S}$

但是 $L\frac{di}{dt}=V_{0}-V_{S}$

因此，$L\frac{\Delta i}{T_{OFF}}=V_{0}-V_{S}$

这得到，$\Delta i=\frac{V_{0}-V_{S}}{L}T_{OFF}$

将通态的 Δi 与断态的 Δi 等于得到 -

$\frac{V_{S}}{L}T_{ON}=\frac{V_{0}-V_{S}}{L}T_{OFF}$, $V_{S}\left ( T_{ON}+T_{OFF} \right )=V_{0}T_{OFF}$

$V_{0}=\frac{TV_{S}}{T_{OFF}}=\frac{V_{S}}{\frac{\left ( T+T_{ON} \right )}{T}}$

这得到平均输出电压为，

$$V_{0}=\frac{V_{S}}{1-D}$$

上述等式表明，V_o 可以从 V_S 变化到无穷大。它证明输出电压将始终大于输入电压，因此，它会提升或提高电压水平。

降压斩波器

这也被称为降压变换器。在这种斩波器中，平均输出电压 V_O 小于输入电压 V_S。当斩波器导通时，V_O = V_S，当斩波器断开时，V_O = 0

当斩波器导通时 -

$V_{S}=\left ( V_{L}+V_{0} \right ),\quad V_{L}=V_{S}-V_{0},\quad L\frac{di}{dt}=V_{S}-V_{0},\quad L\frac{\Delta i}{T_{ON}}=V_{s}+V_{0}$

因此，峰峰值负载电流由下式给出，

$\Delta i=\frac{V_{s}-V_{0}}{L}T_{ON}$

电路图

其中FD是续流二极管。

当斩波器断开时，电感器的极性反转并放电。电流通过续流二极管和电感器流向负载。这得到，

$$L\frac{di}{dt}=V_{0}........................................\left ( i \right )$$

改写为 -$\quad L\frac{\Delta i}{T_{OFF}}=V_{0}$

$$\Delta i=V_{0}\frac{T_{OFF}}{L}...................................\left ( ii \right )$$

将等式 (i) 和 (ii) 等于得到；

$\frac{V_{S}-V_{0}}{L}T_{ON}=\frac{V_{0}}{L}T_{OFF}$

$\frac{V_{S}-V_{0}}{V_{0}}=\frac{T_{OFF}}{T_{ON}}$

$\frac{V_{S}}{V_{0}}=\frac{T_{ON}-T_{OFF}}{T_{ON}}$

上述等式得到；

$$V_{0}=\frac{T_{ON}}{T}V_{S}=DV_{S}$$

等式 (i) 得到 -

$\Delta i=\frac{V_{S}-DV_{S}}{L}DT$, 来自 $D=\frac{T_{ON}}{T}$

$=\frac{V_{S}-\left ( 1-D \right )D}{Lf}$

$f=\frac{1}{T}=$斩波频率

电流和电压波形

电流和电压波形如下所示 -

对于降压斩波器，输出电压始终小于输入电压。这在下图中所示。

升降压斩波器

这也被称为降压-升压变换器。它可以提高或降低输入电压水平。下图显示了一个降压-升压斩波器。

当斩波器导通时，电感器 L 由源电压 V_s 充电。因此，V_s = V_L。

$$L\frac{di}{dt}=V_{S}$$ $$\Delta i=\frac{V_{S}}{L}T_{ON}=\frac{V_{S}}{L}T\frac{T_{ON}}{T}=\frac{DV_{S}}{Lf}$$

因为 -

$D=\frac{T_{ON}}{T}$ 和 $f=\frac{1}{T} .............................................. \left ( iii \right )$

当斩波器断开时，电感器的极性反转，这导致它通过二极管和负载放电。

因此，

$$V_{0}=-V_{L}$$ $$L\frac{di}{dt}=-V_{0}$$

$L\frac{\Delta i}{T_{OFF}}=-V_{0}$, 因此 $\Delta i=-\frac{V_{0}}{L}T_{OFF}................................\left ( iv \right )$

评估等式 (iii) 和 (iv) 得到 -

$\frac{DV_{S}}{Lf}=-\frac{V_{0}}{L}T_{OFF}$, $DV_{S}=-DV_{S}=-V_{0}T_{OFF}f$

$DV_{S}=-V_{0}\frac{T-T_{ON}}{T}=-V_{0}\left ( 1-\frac{T_{ON}}{T} \right )$, $V_{0}=-\frac{DV_{S}}{1-D}$

因为 $D=\frac{T_{ON}}{T}=\frac{T-T_{OFF}}{1-D}$

这得到，

$V_{0}=\frac{DV_{S}}{1-D}$

D 可以从 0 变化到 1。当 D = 0 时；V_O = 0

当 D = 0.5 时，V_O = V_S

当 D = 1 时，V_O = ∞。

因此，在 0 ≤ D ≤ 0.5 的区间内，输出电压在 0 ≤ V_O < V_S 的范围内变化，我们得到降压或降压操作。而在 0.5 ≤ D ≤ 1 的区间内，输出电压在 V_S ≤ V_O ≤ ∞ 的范围内变化，我们得到升压或升压操作。

电力电子学 - 控制方法

在变换器中，有两种基本控制方法用于改变输出电压。它们是 -

• 时间比率控制
• 电流限制控制

时间比率控制

在时间比率控制中，由 $\frac{T_{ON}}{T}$ 给出的常数 k 发生变化。常数 k 称为占空比。时间比率控制可以通过两种方式实现 -

恒频

在这种控制方法中，频率 (f = 1/T_0N) 保持恒定，而导通时间 T 发生变化。这称为脉宽调制 (PWM)。

变频

在变频技术中，频率 (f = 1/T) 发生变化，而导通时间 T 保持恒定。这称为频率调制控制。

电流限制控制

在直流-直流变换器中，电流值在连续电压的最大值和最小值之间变化。在这种技术中，斩波器（直流-直流变换器中的开关）导通然后断开，以确保电流保持在上限和下限之间。当电流超过最大点时，斩波器断开。

当开关处于断开状态时，电流通过二极管续流并以指数方式下降。当电流达到最小电平时，斩波器导通。当导通时间 T 恒定或频率 (f=1/T) 恒定时，可以使用此方法。

电力电子 - 谐振开关

谐振开关变换器是指具有电感和电容 (LC) 网络的变换器，其电流和电压波形在每个开关周期内以正弦方式变化。有各种谐振开关变换器 -

• 谐振直流-直流变换器
• 直流-交流逆变器
• 谐振交流逆变器-直流变换器

在本教程中，我们将重点介绍谐振直流-直流变换器

谐振直流-直流变换器

下面将使用直流-直流转换器解释开关模式电源 (SMPS) 的概念。负载获得恒定的电压供应 (V_OUT)，该电压供应来自主电压源 V_IN。V_OUT 的值通过改变串联电阻 (R_S) 或并联连接的电流源 (I_S) 来调节。通过控制 V_OUT 来改变 I_S 并确保 R_S 保持恒定，转换器中会损失相当大的功率。

开关模式电源 (SMPS)

SMPS（开关模式电源）指的是一种电子设备，它使用开关稳压器以高效的方式转换电能。SMPS 从主电源线获取电源并将其传输到负载。例如，计算机在确保电压和电流特性得到转换的同时。

SMPS 和线性电源之间的区别在于，前者在低功耗期间保持开关打开和关闭，并在高功耗区域使用更少的时间。这确保了更少的能量浪费。实际上，SMPS 不会消耗任何功率。

与相同尺寸和形状的普通线性电源设备相比，SMPS 的尺寸更小，重量更轻。

下图显示了 SMPS 的电路图。当开关频率变化时，每个周期的存储能量可以变化，因此电压输出也会变化。

下面的波形是半桥转换器（也称为推挽式）的波形。它用于利用高功率的应用中。输入电压减半，如波形所示。

直流-直流转换器解题示例

一个升压斩波器的输入电压为 150V。所需的输出电压为 450V。已知晶闸管的导通时间为 150μ秒。计算斩波频率。

解 -

斩波频率 (f)

$f=\frac{1}{T}$

其中 T – 斩波周期 = $T_{ON}+T_{OFF}$

已知 - $V_{S}=150V$$V_{0}=450V$ $T_{ON}=150\mu sec$

$V_{0}=V_{S\left ( \frac{T}{T-T_{ON}} \right )}$

$450=150\frac{T}{T-150^{-6}}$ $T=225\mu sec$

因此，$f=\frac{1}{225\ast 10^{-6}}=4.44KHz$

在脉冲宽度减半后，以恒定频率运行的情况下，新的电压输出。

脉冲宽度减半得到 -

$$T_{ON}=\frac{150\times 10^{-6}}{2}=75\mu sec$$

频率恒定，因此，

$$f=4.44KHz$$ $$T=\frac{1}{f}=150\mu sec$$

输出电压由下式给出 -

$$V_{0}=V_{S}\left ( \frac{T}{T-T_{ON}} \right )=150\times \left ( \frac{150\times 10^{-6}}{\left ( 150-75 \right )\times 10^{-6}} \right )=300Volts$$

电力电子学 - 逆变器类型

逆变器指的是一种电力电子设备，它将直流形式的电源转换为所需频率和电压输出的交流形式。

逆变器分为两大类 -

• 电压源逆变器 (VSI) - 电压源逆变器具有刚性直流电源电压，即直流电压在逆变器输入端具有有限或零阻抗。

• 电流源逆变器 (CSI) - 电流源逆变器由具有高阻抗的直流电源提供可变电流。产生的电流波不受负载影响。

单相逆变器

单相逆变器有两种类型 - 全桥逆变器和半桥逆变器。

半桥逆变器

这种类型的逆变器是全桥逆变器的基本构建块。它包含两个开关，并且每个电容的电压输出等于 $\frac{V_{dc}}{2}$。此外，开关互补，即一个开关打开时，另一个开关关闭。

全桥逆变器

此逆变器电路将直流电转换为交流电。它通过按正确的顺序闭合和打开开关来实现这一点。它有四种不同的工作状态，这些状态基于哪些开关闭合。

三相逆变器

三相逆变器将直流输入转换为三相交流输出。它的三个臂通常延迟 120° 的角度，以便产生三相交流电源。逆变器开关的比例均为 50%，并且每隔 T/6 时间 T（60° 角间隔）切换一次。开关 S1 和 S4、开关 S2 和 S5 以及开关 S3 和 S6 互补。

下图显示了三相逆变器的电路图。它只不过是三个单相逆变器跨接在同一个直流电源上。三相逆变器中的极电压等于单相半桥逆变器中的极电压。

以上两种类型的逆变器具有两种导通模式 - 180° 导通模式和120° 导通模式。

180° 导通模式

在这种导通模式下，每个器件都处于 180° 的导通状态，它们以 60° 的间隔打开。端子 A、B 和 C 是桥的输出端子，它们连接到负载的三相三角形或星形连接。

平衡星形连接负载的操作在下图中说明。在 0° - 60° 的时间段内，点 S1、S5 和 S6 处于导通模式。负载的端子 A 和 C 连接到其正极的电源。端子 B 连接到其负极的电源。此外，中性点和正极之间存在电阻 R/2，而中性点和负极之间存在电阻 R。

180° 导通模式的波形

120° 导通模式

在这种导通模式下，每个电子器件都处于 120° 的导通状态。它最适合负载中的三角形连接，因为它会导致其任何相位出现六步类型的波形。因此，在任何时刻只有两个器件导通，因为每个器件仅导通 120°。

负载上的端子 A 连接到正极，而端子 B 连接到电源的负极。负载上的端子 C 处于称为浮动状态的条件。此外，相电压等于负载电压，如下所示。

相电压 = 线电压

V_AB = V

V_BC = −V/2

V_CA = −V/2

120° 导通模式的波形

电力电子 - 脉宽调制

PWM 是一种用于降低负载电流中总谐波失真 (THD) 的技术。它使用矩形/方波形式的脉冲波，在脉冲宽度调制后，产生可变平均波形值 f(t)。调制周期由 T 给出。因此，波形的平均值为

$$\bar{y}=\frac{1}{T}\int_{0}^{T}f\left ( t \right )dt$$

正弦脉宽调制

在简单的电源逆变器中，可以根据需要打开和关闭开关。在每个周期中，开关打开或关闭一次。这会导致方波。但是，如果开关打开多次，则会获得改进波形的谐波轮廓。

正弦 PWM 波形是通过将所需的调制波形与高频三角波形进行比较而获得的。无论信号电压是小于还是大于载波波形电压，直流母线的输出电压均为负或正。

正弦幅度为 A_m，载波三角形的幅度为 A_c。对于正弦 PWM，调制指数 m 由 A_m/A_c 给出。

改进的正弦波形 PWM

改进的正弦 PWM 波形用于功率控制和功率因数优化。其主要概念是通过修改 PWM 转换器将延迟在电网上的电流转移到电压电网。因此，功率效率得到提高，功率因数也得到优化。

多路 PWM

多路 PWM 具有许多输出，这些输出的值不相同，但产生这些输出的时间周期对于所有输出都是恒定的。具有 PWM 的逆变器能够在高电压输出下工作。

下面的波形是由多路 PWM 产生的正弦波

电压和谐波控制

具有频率的周期性波形，该频率是基波功率的整数倍，频率为 60Hz，称为谐波。另一方面，总谐波失真 (THD) 指所有谐波电流频率的总贡献。

谐波以表示给定电路中使用的整流器数量的脉冲为特征。计算如下 -

$$h=\left ( n\times P \right )+1 \quad or \quad -1$$

其中 n - 是一个整数 1、2、3、4….n

P - 整流器的数量

在下表中进行了总结 -

谐波会影响电压和电流输出，可以使用隔离变压器、线路电抗器、电源系统重新设计和谐波滤波器来减少谐波。

串联谐振逆变器

谐振逆变器是一种电力逆变器，其工作原理是谐振电流的振荡。在此，开关器件和谐振元件串联连接。由于电路的自然特性，流过开关器件的电流降至零。

这种类型的逆变器在 20kHz-100kHz 范围内产生非常高的频率的正弦波形。因此，它最适合需要固定输出的应用，例如感应加热和荧光照明。它的尺寸通常很小，因为它的开关频率很高。

谐振逆变器有多种配置，因此将其分为两类 -

• 具有单向开关的
• 具有双向开关的

电力电子 - 逆变器解题示例

一个单相半桥逆变器的电阻为 2.5Ω，输入直流电压为 50V。计算以下内容 -

解答 -

a. 基波频率下出现的 RMS 电压

$E_{1RMS}=0.9\times 50V=45V$

b. 输出功率

RMS 输出电压 $E_{ORMS}=E=50V$

输出功率 $=E^{2}/R=\left ( 50\right )^{2}/2.5=1000W$

c. 峰值电流和平均电流

峰值电流 $I_{p}=E_{0}/R=50/2.5=20A$

平均电流$=I_{p}/2=20/2=10A$

d. 谐波有效值电压

$E_{n}=\left \{ \left ( E_{ORMS} \right )^{2}-\left ( E_{1RMS} \right )^{2} \right \}^{0.5}=\left [ 50^{2} -45^{2}\right ]^{0.5}=21.8V$

e. 总谐波失真

$E_{n}/E_{1RMS}=21.8/45=0.48\times 100\%=48\%$

单相交流电压控制器

单相交流控制器（电压控制器）用于在交流电压施加到负载电路后改变其值。在负载和恒定交流电压源之间也放置了一个晶闸管。

通过改变晶闸管的触发角来调节交流电压的均方根值。在相位控制的情况下，晶闸管用作开关，在每个输入周期内建立从交流输入电源到负载电路的连接。对于每个正输入电压，都会发生斩波，并且电压会降低。

带电阻负载的电路图

在一个半周期内，晶闸管开关导通以使电压输入出现在负载两端。之后是后半周期的断开状态，以便将负载与电源电压断开。

当控制触发角α时，负载上的电压的RMS值也得到控制。因此，触发角α定义为晶闸管导通时的ωt值。

交流变流器的多级顺序控制

当连接两个或多个顺序控制级时，可以改善功率因数并进一步降低THD（总谐波失真）。n级顺序控制变流器在变压器二次侧有n个绕组，每个绕组额定为e_s/n（电源电压）。

当两个交流变流器并联放置时，会产生零序路径。两个变流器之间的一点差异会导致很大的零序环流电流。下图显示了变流器的并联系统。电流方向相对于电压系统为逆时针方向。

电力电子学 - 循环转换器

循环变流器指的是一种频率转换器，可以将交流电从一个频率转换为另一个频率的交流电。此过程称为交流-交流转换。它主要用于电力牵引、变速交流电机和感应加热。

循环变流器可以在一个阶段实现频率转换，并确保电压和频率可控。此外，不需要使用换向电路，因为它利用自然换向。循环变流器内的功率传输是双向的。

循环变流器的一个主要问题是，当它在小电流下工作时，会产生由于触发延迟造成的效率低下。此外，只有在频率不等于输入频率一半时，操作才平滑。这是因为循环变流器是一种相位控制的交流-交流变流器。因此，为了获得所需的交流输出电压，它必须通过应用线路（自然）换向来选择电压输入段。这就解释了为什么输出频率低于输入频率。

循环变流器中的谐波主要受控制方法、重叠效应、给定周期内的脉冲数、工作模式和导通模式的影响。

循环变流器有两种类型：

• 升压循环变流器 - 这些类型使用自然换向，并提供比输入频率更高的输出频率。

• 降压循环变流器 - 此类型使用强迫换向，并产生输出频率低于输入频率的输出。

循环变流器进一步分为三类：

• 单相到单相 - 这种类型的循环变流器有两个全波整流器背靠背连接。如果一个整流器正在工作，则另一个整流器被禁用，没有电流通过它。

• 三相到单相 - 此循环变流器在四个象限中工作，即（+V，+I）和（-V，-I）为整流模式，（+V，-I）和（-V，+I）为逆变模式。

• 三相到三相 - 这种类型的循环变流器主要用于运行在三相感应电机和同步电机上的交流电机系统。

电力电子 - 整周期控制

整周期控制器是可以执行无损直接开关的变流器。该过程直接将交流电转换为交流电，而无需执行交流电转换为直流电，然后再将直流电转换为交流电的中间过程。

基本的整周期控制是正弦波形的。它通过组合和消除交流输入中的较高频率半周期来工作。控制器通常在输入电压为零的半周期内导通或断开，因为仅使用全周期或半周期。因此，整周期电路在无需谐振电路的情况下实现了零电压开关。

下图显示了一个简单的整周期控制器。它包含一个负载和一个电源开关，执行直接转换。该图显示了源频率从三倍转换为一倍的转换。

功率因数控制

功率因数控制，也称为功率因数校正，是减少无功功率的过程。在这种情况下使用的电力电子器件称为功率因数控制器 (PFC)。从功率三角形（包括无功功率、有功功率和视在功率）来看，无功功率与有功功率成直角（90°），用于励磁磁场。虽然无功功率在电子设备中没有实际值，但电费包括有功功率和无功功率的成本。这使得在电子设备中使用功率因数控制器成为必要。

功率因数 (k) 定义为有功功率（以 kW 为单位）与无功功率（以 kVAr 为单位）的比率。其值范围为 0 到 1。如果设备的功率因数为 0.8 或以上，则表示该设备正在高效地使用功率。集成 PFC 可确保功率因数范围从 0.95 到 0.99。功率因数控制器主要用于工业设备，以最大限度地减少荧光灯和电动机产生的无功功率。

为了确保功率因数得到改善且不会造成谐波失真，不应使用传统的电容器。相反，使用谐波抑制滤波器（电容器和电抗器的组合）。下图显示了一个谐波滤波器。

上述类型的谐波滤波器称为单调谐滤波器。该滤波器的品质因数 Q 定义为其在 Q（调谐频率）处的电抗 (X_L) 的品质因数，其中 Q 由 (nX_L/R) 给出。

电力电子学 - 矩阵变换器

矩阵变流器定义为具有单级转换的变流器。它利用双向受控开关来实现交流电到交流电的自动功率转换。它为 PWM 电压整流器（双面）提供了一种替代方案。

矩阵变流器的特点是输入和输出开关频率显示为正弦波形。双向开关可以实现可控的输入功率因数。此外，没有直流环节确保其具有紧凑的设计。矩阵变流器的缺点是它缺乏能够完全控制并在高频下工作的双向开关。其电压比（即输出电压与输入电压之比）是有限制的。

矩阵变流器控制有三种方法：

• 空间矢量调制
• 脉宽调制
• 文丘里 - 传递函数分析

矩阵变流器电路

下图显示了一个单相矩阵变流器。

它包含四个双向开关，每个开关都能够进行正向阻断和反向电压传导。

空间矢量调制 (SVM)

SVM 指的是用于控制 PWM 的算法方法。它创建交流波形，以不同的速度驱动交流电机。对于具有直流电源的三相逆变器，其输出的三个主要支路连接到三相电机。

开关处于受控状态，以确保同一支路中的两个开关不会同时导通。同时导通状态会导致直流电源短路。这导致八个开关矢量，其中两个为零，六个为开关的有效矢量。

交流到直流变流器解题示例

一个单相交流电压变流器具有以下详细信息：

导通时间 = 6 分钟，断开时间 = 4 分钟，频率 = 50Hz，并且

电压源 V_o = 110V

计算以下内容。

触发角α

解答 -

$T=2\times \left ( T_{ON}+T_{OFF} \right )$ 但 $f=50Hz,$ $T=2\times \left ( 6+4 \right )=20mins$

$360^{\circ}=20min,$ $1min=18^{\circ}$

因此，$T_{OFF}=4min$

然后，

$$\alpha =\frac{4}{0.1}\times 1.8=72^{\circ}$$

输出电压

解答 -

$$V_{0}=\left ( V_{S}\times D \right ),\quad where \quad D=\frac{T_{ON}}{T_{ON}+T_{OFF}}=\frac{6}{10}=0.6$$ $$T_{ON}=6min,\quad T_{OFF}=4 min,\quad V_{S}=110V$$ $$V_{0}\left ( 输出电压 \right )=V_{S}\times D=110\times 0.6=66Volts$$