1、现代电力电子技术 现代电力电子技术 现代电力电子技术 现代电力电子技术 现代电力电子技术 现代电力电子技术 现代电力电子技术 现代电力电子技术Po we r El e c t r o n i c s Te c h n o l o g y西北工业大学 西北工业大学 李宏 李宏 王崇武 王崇武2 0 0 8年 年 6 月 月目录 目录 目录 目录 目录 目录 目录 目录 第 第 1 章 章 概述 概述 第 第 2 章 章 器件 器件 第 第 3 章 章 电力电子器件 电力电子器件 第 第 4 章 章 AC- DC 变换 变换 第 第 5 章 章 DC- DC 变换 变换 第 第 6 章 章 DC-
2、 AC 变换 变换 第 第 7 章 章 AC- AC 变换 变换 第 第 8 章 章 软开关初步 软开关初步 第 第 9 章变换器的交流小信号模型 章变换器的交流小信号模型 第 第 1 0 章几种应用设计 章几种应用设计第一章 第一章 第一章 第一章 第一章 第一章 第一章 第一章 电力电子技术综述 电力电子技术综述 电力电子技术综述 电力电子技术综述 电力电子技术综述 电力电子技术综述 电力电子技术综述 电力电子技术综述 引言 引言 引言 引言 引言 引言 引言 引言 1 . 1 简单的变换器 简单的变换器 简单的变换器 简单的变换器 简单的变换器 简单的变换器 简单的变换器 简单的变换器
3、1 . 2理想开关和实际开关 理想开关和实际开关 1 . 3 变换器分类 变换器分类 变换器分类 变换器分类 变换器分类 变换器分类 变换器分类 变换器分类 1 . 4 变换器组成 变换器组成 变换器组成 变换器组成 变换器组成 变换器组成 变换器组成 变换器组成 1 . 5 变换器中电感电容连接 变换器中电感电容连接 变换器中电感电容连接 变换器中电感电容连接 变换器中电感电容连接 变换器中电感电容连接 变换器中电感电容连接 变换器中电感电容连接 1 . 6 变换器的希望特性和考核指标 变换器的希望特性和考核指标 变换器的希望特性和考核指标 变换器的希望特性和考核指标 变换器的希望特性和考核
4、指标 变换器的希望特性和考核指标 变换器的希望特性和考核指标 变换器的希望特性和考核指标 1 . 7 变换器保护 变换器保护 变换器保护 变换器保护 变换器保护 变换器保护 变换器保护 变换器保护返回 电力电子技术（ 电力电子技术（ P o w e r E l e c t r o n i c s T e c h n o l o g y ）是研究电 ）是研究电能变换原理及功率变换装置的综合 能变换原理及功率变换装置的综合 性学科，包括电压、电流、频率和 性学科，包括电压、电流、频率和波形变换，涉及电子学、自动控制 波形变换，涉及电子学、自动控制原理和计算机技术等学科。 原理和计算机技术等学科。引
5、言 引言 引言 引言 引言 引言 引言 引言 电力电子技术与信息电子技术的主要 电力电子技术与信息电子技术的主要不同就是效率问题，对于信息处理电 不同就是效率问题，对于信息处理电 路来说，效率大于 路来说，效率大于 15%就可以接受，而 就可以接受，而对于电力电子技术而言，大功率装置 对于电力电子技术而言，大功率装置 效率低于 效率低于 85%还是无法忍受。目前能源 还是无法忍受。目前能源问题已是我国面临的主要问题之一， 问题已是我国面临的主要问题之一，提高电源变换效率是电力电子工程师 提高电源变换效率是电力电子工程师 主要任务。 主要任务。 随着电子技术的不断发展，新器件不断出现，电 随着电
6、子技术的不断发展，新器件不断出现，电力电子技术的发展方向是高频、高效、高功率密 力电子技术的发展方向是高频、高效、高功率密 度和智能化，最终使人们进入电能变换和频率变 度和智能化，最终使人们进入电能变换和频率变换更加自由的时代，并充分发挥其节能、降耗和 换更加自由的时代，并充分发挥其节能、降耗和 提高装置工作性能的作用。 提高装置工作性能的作用。 功率半导体器件是现代电力电子技术（ 功率半导体器件是现代电力电子技术（ Mo d e r n P o w e r E l e c t r o n i c s ）的基础，它的应用范围非常广 ）的基础，它的应用范围非常广阔，从毫瓦级的个人无线通信设备，到
7、百万千瓦 阔，从毫瓦级的个人无线通信设备，到百万千瓦 的高压直流输电（ 的高压直流输电（ H i g h V o l t a g e D C T r a n s m i s s i o nm ） ）系统。 系统。电力电子技术的应用领域主要有： 电力电子技术的应用领域主要有： 大功率直流电源。它的发展主要以提高单机容量 大功率直流电源。它的发展主要以提高单机容量和增加效率为主要目标。 和增加效率为主要目标。 电机控制。无论是交流电机还是直流电机均采用 电机控制。无论是交流电机还是直流电机均采用电力电子技术来完成电机的速度、转矩、跟随性 电力电子技术来完成电机的速度、转矩、跟随性等控制，但目前更多
8、的是研究直流调速不能涉及 等控制，但目前更多的是研究直流调速不能涉及 的应用领域。 的应用领域。 高压直流输电。 高压直流输电。 电源变换。它的发展主要以增加效率和提高控制 电源变换。它的发展主要以增加效率和提高控制性能为主要目标，如电焊机、电磁感应加热、电 性能为主要目标，如电焊机、电磁感应加热、电 动机车、电动汽车，电镀电源、电冰箱、洗衣机 动机车、电动汽车，电镀电源、电冰箱、洗衣机等控制。 等控制。 无功功率补偿。 无功功率补偿。 返回 1.1 简单的变换器 简单的变换器 简单的变换器 简单的变换器 简单的变换器 简单的变换器 简单的变换器 简单的变换器 如果您需要从 如果您需要从 12
9、V获得一个直流电源 获得一个直流电源3.3V，可能想到采用分压器实现，如 ，可能想到采用分压器实现，如图 图 1-1a所示。 所示。 若 若 R=1K，可以算出 ，可以算出 R2=0.379K，运用电 ，运用电工学中所学的知识，可得到所设计的 工学中所学的知识，可得到所设计的电源等效内阻为： 电源等效内阻为： 等效电路如图（ 等效电路如图（ b ）所示，输出特性显 ）所示，输出特性显然这个电源在没有电流输出时，其输 然这个电源在没有电流输出时，其输出电压为 出电压为 3.3V；有电流输出时，其输 ；有电流输出时，其输出电压为 出电压为 IO 为输出电流或负载电流。 为输出电流或负载电流。21
10、23. 312RR R =+1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e vi s i onS i z eBD a t e : 23-F e b- 2005 S he e t of F i l e : D : D e s i gn E xplor e r 99 S E l i hong.ddbD r a w n B y :V s1 2 VR 1R 2I oV o( a ) ( b ) ( c )R s+-I oV oV s1 2 V R 1R 2R LV siV o3 . 3 V1- 1 分压器、电压跟随器及输出特性o1 21 20. 275S
11、 R RR KR R= = +3 . 3 2 7 5O OV I= 可以看出，随着电流增加输出电压线性下 可以看出，随着电流增加输出电压线性下降，当输出电流为 降，当输出电流为 12mA时，所设计的电源 时，所设计的电源输出电压为零。也就是说，这个电源对负 输出电压为零。也就是说，这个电源对负载变化没有调节能力。 载变化没有调节能力。 理想电压源输出电压不会随输出电流增大 理想电压源输出电压不会随输出电流增大而下降，也就是说输出电压对负载变化应 而下降，也就是说输出电压对负载变化应 该具有 该具有 100%的调节性能，从电路角度看， 的调节性能，从电路角度看，即电源等效内阻为零。 即电源等效内
12、阻为零。 从效率方面看 从效率方面看 这个电路当输出电流为零时，电路损 这个电路当输出电流为零时，电路损 ， ，这些能量通过电阻转化为热。当输出电流为 这些能量通过电阻转化为热。当输出电流为 5 m A时，此时输出电压 时，此时输出电压 输出功率 输出功率 。 。 电压跟随器电路 电压跟随器电路 显然其输出电压较分压器稳定的多，电路中除了 显然其输出电压较分压器稳定的多，电路中除了 电阻损耗外，另附加了晶体管损耗： 电阻损耗外，另附加了晶体管损耗： 在大功率应用中，大量的能量损耗在晶体管上， 在大功率应用中，大量的能量损耗在晶体管上，这些热量必须通过散热器散掉，其效率也很低。 这些热量必须通过
13、散热器散掉，其效率也很低。21 2104SV m WR R =+9.6O O OP V I m W= =1. 925V( )l os s S O OP V V I= 通过上述分析，可以看出变换器设计必须 通过上述分析，可以看出变换器设计必须考虑至少两个方面问题： 考虑至少两个方面问题： 输出参数（电压）的稳定问题； 输出参数（电压）的稳定问题； 变换效率问题；效率很低的变换电路几乎 变换效率问题；效率很低的变换电路几乎没有应用价值。 没有应用价值。 周期性的导通和截止直流电源，形 周期性的导通和截止直流电源，形成了方波电压，方波电压通过滤波 成了方波电压，方波电压通过滤波后得到直流电压，在周期
14、恒定时， 后得到直流电压，在周期恒定时， 控制导通时间就可控制输出电压， 控制导通时间就可控制输出电压，如图 如图 1- 2 所示。 所示。 假定开关是理想开关，则损耗为 假定开关是理想开关，则损耗为 零，效率大大增加，这就是现代电 零，效率大大增加，这就是现代电力电子技术中采用的开关工作模式。 力电子技术中采用的开关工作模式。 现代电力电子技术中的所有半导体 现代电力电子技术中的所有半导体 器件都工作于饱和导通和截止两种 器件都工作于饱和导通和截止两种工作状态，极力避免工作于放大状 工作状态，极力避免工作于放大状 态，这也是和信号电路的又一本质 态，这也是和信号电路的又一本质区别。 区别。1
15、 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m b e r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 2 3 - F e b - 2 0 0 5 S h e e t o f F i l e : D : D e s i g n E x p l o r e r 9 9 S E l i h o n g . d d bD r a w n B y :V so no f f LC +-VovotVs Vo(a)(b)返回图 1-2 PWM原理 1 . 2 理想开关和实际开关 理想开关和实际开关 理想开关和实际开关 理想开关和实际开关 理想开关和实际开关
16、 理想开关和实际开关 理想开关和实际开关 理想开关和实际开关一般认为满足如下条件就是理想开关： 一般认为满足如下条件就是理想开关： 开关处于关断状态时能够承受高的端电 开关处于关断状态时能够承受高的端电 压，并且漏电流为零； 压，并且漏电流为零； 开关处于导通状态时能够流过大电流，并 开关处于导通状态时能够流过大电流，并 且此时端电压（导通电压）为零； 且此时端电压（导通电压）为零； 导通、关断切换时所需的开关时间为零； 导通、关断切换时所需的开关时间为零； 即使反复地开关也不老化。 即使反复地开关也不老化。 小信号也能导通、关断，对信号延迟时间 小信号也能导通、关断，对信号延迟时间 为零。
17、为零。 电力半导体器件不是理想器件，实际开关特性关 电力半导体器件不是理想器件，实际开关特性关 断时能承受的端电压是有限的，关断时的阻抗也 断时能承受的端电压是有限的，关断时的阻抗也不是无穷大，总有漏电流流过，产生关断损耗。 不是无穷大，总有漏电流流过，产生关断损耗。导通时能够流过的电流是有限的，导通时阻抗也 导通时能够流过的电流是有限的，导通时阻抗也 不为零，正向导通电压和电流的乘积产生导通损 不为零，正向导通电压和电流的乘积产生导通损耗。 耗。 从关断到导通以及从导通到关断的时间也不是 从关断到导通以及从导通到关断的时间也不是零，这时的电压和电流乘积产生开关损耗。 零，这时的电压和电流乘积
18、产生开关损耗。 由于端电压有限，所以在需要耐高压时，需要将 由于端电压有限，所以在需要耐高压时，需要将电力半导体器件串联；同时由于流过的最大电流 电力半导体器件串联；同时由于流过的最大电流有限，在需要流过大电流时，需要将电力半导体 有限，在需要流过大电流时，需要将电力半导体 器件并联。 器件并联。 需要指出的是，采用理想开关并不是可以 需要指出的是，采用理想开关并不是可以解决一切问题，如果出现了理想开关，也 解决一切问题，如果出现了理想开关，也是只解决了损耗问题，与此同时会面临新 是只解决了损耗问题，与此同时会面临新的问题： 的问题： 如由于理想开关在零时间内完成开通和关 如由于理想开关在零时
19、间内完成开通和关断，即零时间强制切换大电流， 断，即零时间强制切换大电流， di / dt将非常 将非常大，由于分布电感，会产生大的过压，因 大，由于分布电感，会产生大的过压，因此抑制这个过压的安装技术改善是非常重 此抑制这个过压的安装技术改善是非常重要。 要。返回 1.3 变换器分类 变换器分类 变换器分类 变换器分类 变换器分类 变换器分类 变换器分类 变换器分类 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m b e r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 2 3 - F e b - 2 0 0 5 S h e e t o f
20、 F i l e : D : D e s i g n E x p l o r e r 9 9 S E l i h o n g . d d b D r a w n B y :V s V oI oI s变 换 器V c( a )( b )源 输出a ca cd cd c整流R e c t i f i c a t i o nC o n v e r s i o n变换 逆变I n v e r s i o na c c o n t r o l交流控制图 1-3 变换器分类 图 图 1 - 3 为一个单输入单输出变换器，电源可以是直 为一个单输入单输出变换器，电源可以是直流，也可以是交流，可以是电压源，也
21、可以是电 流，也可以是交流，可以是电压源，也可以是电 流源；负载可以是电感、电容或电阻，也可以是 流源；负载可以是电感、电容或电阻，也可以是有源负载或者是把电能转化成其它能量形式的装 有源负载或者是把电能转化成其它能量形式的装 置； 置； V c 是具有输出变量特征的控制信号，输入和 是具有输出变量特征的控制信号，输入和输出侧的电压或电流波形可以单相，也可以是三 输出侧的电压或电流波形可以单相，也可以是三 相或多相形式，变换器由开关、电感、电容和变 相或多相形式，变换器由开关、电感、电容和变压器组成，开关包含两端开关（如二极管）和三 压器组成，开关包含两端开关（如二极管）和三端开关（如 端开关
22、（如 S C R ）。 ）。 为了方便分析，假定这些器件都是理想器件，即 为了方便分析，假定这些器件都是理想器件，即具有线性、非时变特征，开关的电压和电流容量 具有线性、非时变特征，开关的电压和电流容量 满足要求。 满足要求。 1 DC-AC变换器 变换器 逆变器 逆变器 将直流电源变换成一个交流电源（单相或 将直流电源变换成一个交流电源（单相或多相）称之为逆变，这种装置称为逆变器 多相）称之为逆变，这种装置称为逆变器 (Inverter)。 。1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um b e r R e v i s i onS i z eBD a t e
23、: 23-F e b - 2 005 S h e e t o f F i l e : D : D e s i g n E x pl or e r 99 S E l i hong. ddb D r a w n B y :V so no f f+-Vo(t)vo(t)tVs(a) (b)loadV ss 2s 1s 3a相b相c相中 性 点 Neutralt120度120度120度图 1 - 4 基本的单相或三相 d c - a c 变换电路 基本电路如图 基本电路如图 1-4（ （ a ）所示，通过采用一个开关把直流电 ）所示，通过采用一个开关把直流电源变换成低频或高频交流源，输出波形为脉动直流
24、波形， 源变换成低频或高频交流源，输出波形为脉动直流波形， 输出波形经过滤波电路整形成希望的波形，一般希望输出 输出波形经过滤波电路整形成希望的波形，一般希望输出为正弦波形。 为正弦波形。 三相输出通过采用三个开关完成，如图 三相输出通过采用三个开关完成，如图 1-4（ （ b ）所示。三 ）所示。三个开关轮流导通 个开关轮流导通 120度，输出三相 度，输出三相 120度直流脉动波形。 度直流脉动波形。 交流电的频率、幅度大小和相位是交流电的三要素，使用 交流电的频率、幅度大小和相位是交流电的三要素，使用电力电子技术如何自由地变换三要素，是 电力电子技术如何自由地变换三要素，是 DC-AC变
25、换技术 变换技术研究的主要内容。 研究的主要内容。 DC-AC变换器应用范围很广，如飞机和空间站电源、 变换器应用范围很广，如飞机和空间站电源、 UPS、 、闪光灯充电、太阳能发电、交流电机调速、变速恒频电源 闪光灯充电、太阳能发电、交流电机调速、变速恒频电源和感应加热电源等，它们输出交流频率从 和感应加热电源等，它们输出交流频率从 50Hz到 到 1MHz不等。 不等。 DC-AC变换技术将在第 变换技术将在第 6 章介绍。 章介绍。 2 AC - DC 变换器 变换器 整流器 整流器 将单相或多相交流电源变换成一个直流电源称之 将单相或多相交流电源变换成一个直流电源称之为整流，这种装置成为
26、整流器（ 为整流，这种装置成为整流器（ R e c t i f i e r）。 ）。1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eNu m b e r R e v i s i o nS i z eBDa t e : 2 3 - F e b - 2 0 0 5 S h e e t o f F i l e : D: D e s i g n E x p l o r e r 9 9 S E l i h o n g . d d b Dr a w n B y :V s s i n w c tD LC +-V o+-v o(t)V s s i n w c tLC +-V o+-v o(
27、t)o no f fv o(t)tV s V ov o(t)tV sV oT / 2 TT00t u r n - o n t u r n - o f f( a)( b)s i ns cV ts i ns cV t图 1-5 两种整流电路 基本电路如图 基本电路如图 1-5（ （ a ） ） (b)所示。图 所示。图 1-5（ （ a ）中交流电源通 ）中交流电源通过二极管整流，二极管阳极承受正电压时导通，承受负电压 过二极管整流，二极管阳极承受正电压时导通，承受负电压时截止，因此称二极管为不受控或极性控制开关。二极管后 时截止，因此称二极管为不受控或极性控制开关。二极管后 的波形包含交流成分和
28、直流成分，交流成分称之为纹波，因 的波形包含交流成分和直流成分，交流成分称之为纹波，因此在二极管之后需要滤波电路。 此在二极管之后需要滤波电路。 图 图 1-5（ （ b ）中用开关取代了二极管，其主要特点是可以在输 ）中用开关取代了二极管，其主要特点是可以在输入交流波形的任何时刻进行开关，而不是和二极管那样阳极 入交流波形的任何时刻进行开关，而不是和二极管那样阳极正电压时导通负电压时截止。因此可以控制输出电压的交流 正电压时导通负电压时截止。因此可以控制输出电压的交流 分量和直流分量，滤波电路仍然需要。 分量和直流分量，滤波电路仍然需要。 AC-DC变换器应用范围很广，典型如电池充电，直流电
29、机驱 变换器应用范围很广，典型如电池充电，直流电机驱动，高压直流输电，风力发电等。不控整流和受控整流在第 动，高压直流输电，风力发电等。不控整流和受控整流在第 4 章介绍。 章介绍。 3 DC - DC 变换器 变换器 将直流电源变换成一路或多路直流电源称之为 将直流电源变换成一路或多路直流电源称之为 DC-DC变换。 变换。 DC-DC变换器也可以由 变换器也可以由 DC-AC变换器和 变换器和 AC-DC变换器串联取 变换器串联取得，输入直流电压首先逆变为高频率的 得，输入直流电压首先逆变为高频率的 AC，接着把 ，接着把 AC通过 通过整流变换成 整流变换成 DC。 。 在 在 DC-D
30、C变换器中，频率提高可以减轻体积重量，如果需 变换器中，频率提高可以减轻体积重量，如果需要输入和输出隔离，频率提高也可以减小变压器的重量， 要输入和输出隔离，频率提高也可以减小变压器的重量， 同时提高输入和输出电压的变化范围。 同时提高输入和输出电压的变化范围。1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eNu m b e r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 2 3 - F e b - 2 0 0 5 S h e e t o f F i l e : D: De s i g n E x p l o r e r 9 9 S E l i h o
31、 n g . d d b D r a w n B y :Vs DC-AC AC-DC Vo+-+n : 1图 1-6 具有隔离变压器的 dc-dc变换器 4 AC - AC 变换器 变换器 将一个交流电源（单相或多相）变换成另一个交 将一个交流电源（单相或多相）变换成另一个交 流电源（单相或多相，同频率或不同频率）称之 流电源（单相或多相，同频率或不同频率）称之为 为 A C - A C 变换。 变换。 输出频率低于输入电压频率的 输出频率低于输入电压频率的 A C - A C 变换器称之为 变换器称之为周波变换器（ 周波变换器（ C y c l o - c o n v w e t e r），
32、其输出频率一 ），其输出频率一般是输入电源频率的几分之一。 般是输入电源频率的几分之一。 电源频率和输出频率相同的 电源频率和输出频率相同的 A C - A C 变换器称之为交 变换器称之为交流控制器。 流控制器。 另一种 另一种 A C - A C 变换器由 变换器由 a c - d c 变换器和 变换器和 d c - a c 变换器 变换器串联而成，从而得到希望的输出电压幅度、频率 串联而成，从而得到希望的输出电压幅度、频率和相数。这样的 和相数。这样的 A C - A C 变换器称之为 变换器称之为 D C - L i n k a c -a c 变换器，这种变换器输出频率与输入电源频率
33、变换器，这种变换器输出频率与输入电源频率无关。 无关。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m b e r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 2 3 - F e b - 2 0 0 5 S h e e t o f F i l e : D : D e s i g n E x p l o r e r 9 9 S E l i h o n g . d d b D r a w n B y :A C - D C D C - A CCD C - L i n ko no f f+-V o ( t )l o a dV s s i n w c
34、 tV o s i n w o tV s s i n w c tv o ( t )tV sT0s i ( )s cV ts i n ( )s cV ts i n ( )o oV tm图 1 - 7 基本的 A C - A C 变换和 D C - L i n k A C - A C变换 5 软开关与硬开关 软开关与硬开关 提高变换器工作频率可以减小变换器体 提高变换器工作频率可以减小变换器体积，但增加工作频率会大大增加变换器损 积，但增加工作频率会大大增加变换器损耗，降低变换器效率，为了同时提高变换 耗，降低变换器效率，为了同时提高变换器效率和减小变换器体积，软开关技术应 器效率和减小变换器体积
35、，软开关技术应运而生。 运而生。 所谓软开关技术，是指电力电子器件导通 所谓软开关技术，是指电力电子器件导通或关断时损耗为零的技术，与此相应若导 或关断时损耗为零的技术，与此相应若导 通或关断时损耗不为零则为硬开关。 通或关断时损耗不为零则为硬开关。 返回 1.4 变换器组成 变换器组成 变换器组成 变换器组成 变换器组成 变换器组成 变换器组成 变换器组成1 、电阻 、电阻 电阻是唯一的能量损耗器件，电阻作为单独的一个器件，在 电阻是唯一的能量损耗器件，电阻作为单独的一个器件，在变换器功率电路中是不存在的，但存在于负载和寄生参数 变换器功率电路中是不存在的，但存在于负载和寄生参数 中，例如，
36、电源的等效电阻，电感、变压器和电机中的线圈 中，例如，电源的等效电阻，电感、变压器和电机中的线圈电阻，导线电阻，电容的等效电阻等。电阻的大小与流过电 电阻，导线电阻，电容的等效电阻等。电阻的大小与流过电 阻电流的频率无关，但是，导体中的线电阻与频率有关，随 阻电流的频率无关，但是，导体中的线电阻与频率有关，随着流过电阻的电流频率增大，线电阻增大。这是由于电流流 着流过电阻的电流频率增大，线电阻增大。这是由于电流流 过导线时，导线周围产生磁场，磁场强度 过导线时，导线周围产生磁场，磁场强度 H 与距离的平方成 与距离的平方成反比，因此在导线中心磁场强度最大，因此导线中心的感抗 反比，因此在导线中
37、心磁场强度最大，因此导线中心的感抗比靠近导线表面的区域大，电流流动趋向电抗小的区域，因 比靠近导线表面的区域大，电流流动趋向电抗小的区域，因 此电流向导体表面集中，这就相当于增了导线的电阻率，这 此电流向导体表面集中，这就相当于增了导线的电阻率，这种现象称之为趋肤效应（ 种现象称之为趋肤效应（ s ki n ef f e c t ），趋肤深度与频率的平 ），趋肤深度与频率的平方根成反比。解决趋肤效应的办法就是增加导体的表面积， 方根成反比。解决趋肤效应的办法就是增加导体的表面积， 即用一束细直径导体代替大直径导体，这一束细导体称为多 即用一束细直径导体代替大直径导体，这一束细导体称为多线头导体
38、。 线头导体。2 、电感 、电感 电感是储能器件，除了作为一个器件存在于变换 电感是储能器件，除了作为一个器件存在于变换 器中，同时还有寄生电感，如负载的寄生电感， 器中，同时还有寄生电感，如负载的寄生电感，配电系统中导线的自感，变压器和电机的漏感。 配电系统中导线的自感，变压器和电机的漏感。 电感的电压电流关系为： 电感的电压电流关系为： 在 在 时间内，流过一个大电感的电流可以认为是 时间内，流过一个大电感的电流可以认为是常数，这是因为： 常数，这是因为： 因此，可以认为在 因此，可以认为在 时间内，大电感的模型可用 时间内，大电感的模型可用电流源代替。 电流源代替。( ) 010 tLL
39、 L L Ld iv L i I v d td t L= = + d t0L Ldi vdt L= d t3 、电容 、电容 电容也是一个储能器件，在变换器中作为一个器件存在， 电容也是一个储能器件，在变换器中作为一个器件存在，同时还存在寄生电容，如变压器中的匝间电容和层间电 同时还存在寄生电容，如变压器中的匝间电容和层间电容，二极管、晶体管、晶闸管等内部的固有电容。电容的 容，二极管、晶体管、晶闸管等内部的固有电容。电容的 电压电流关系为： 电压电流关系为： 当以恒定电流充电时，可写为 当以恒定电流充电时，可写为 即恒流源向电容充电时，电容两端电压线性增加。在 即恒流源向电容充电时，电容两端
40、电压线性增加。在 时 时间内，大电容的电压可以认为是常数： 间内，大电容的电压可以认为是常数： 因此，可以认为在 因此，可以认为在 dt 时间内，大电容的模型可以用电压源 时间内，大电容的模型可以用电压源代替。 代替。( ) 010 tCC C C cdvi C v V i dtdt C= = + ( ) ( )010 0t sC C c C Iv V i d t V tC C= + = +d t0C Cdv idt C= 4 、电源 、电源 变换器的能量由输入电源提供，电源 变换器的能量由输入电源提供，电源可以有多种划分方法，如：电压源， 可以有多种划分方法，如：电压源，电流源；直流电源，交
41、流电源；总是 电流源；直流电源，交流电源；总是 提供恒定幅度电压的电源称为直流电 提供恒定幅度电压的电源称为直流电压源（ 压源（ dc volt a ge s ourc e ）。基于交流 ）。基于交流电源的相数多少，交流电源可进一步 电源的相数多少，交流电源可进一步划分为：单相交流源，三相交流源， 划分为：单相交流源，三相交流源， 多相交流源。 多相交流源。 1)电压源和电流源，如图 电压源和电流源，如图 1-8所示。 所示。 电压源端电压是流过其电流的函数： 电压源端电压是流过其电流的函数： 一般情况下电流流出正端子，但有时电流反向流动，因 一般情况下电流流出正端子，但有时电流反向流动，因
42、此，端电压在幅度和波形上与电源内部电压不同。理想 此，端电压在幅度和波形上与电源内部电压不同。理想电压源的源阻抗为零，因此其端电压和电流无关。 电压源的源阻抗为零，因此其端电压和电流无关。 电流源流出的电流与其端电压有关： 电流源流出的电流与其端电压有关： 端电压或正或负，端电流在幅度和波形上与电源内部电 端电压或正或负，端电流在幅度和波形上与电源内部电 流不同。理想电流源的源阻抗无穷大，因此流出其端子 流不同。理想电流源的源阻抗无穷大，因此流出其端子的电流与端电压无关。 的电流与端电压无关。1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m b e r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 2 4 - F e b - 2 0 0 5 S h e e t o f F i l e : D : D e s i g n E x p l o r e r 9 9 S E l i h o n g . d d b D r a w n B y :Z s+-isVsa voltage souseZ sisa current souse+-vs( ) ( ) ( )t S S Sv t v t Z i t= ( ) ( ) ( )St SSv ti t i tZ= 图 1-8 电压源和电流源
