整流器——把交流电变为固定的（或可调的）直流电。 本文来自www.eadianqi.com

    逆变器——把固定直流电变成固定的（或可调的）交流电。 本文来自www.eadianqi.com

    斩波器——把固定的直流电压变成可调的直流电压。

    交流调压器——把固定交流电压变成可调的交流电压。

    周波变流器——把固定的交流电压和频率变成可调的交流电压和频率。 本文来自www.eadianqi.com

    1、整流器 本文来自www.eadianqi.com

    整流过程是将交流信号转换为直流信号的过程，一般可通过二极管或开关器件组成的桥式电路来实现。如图1所示单相交流信号可控硅桥式整流电路。

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图1　所示单相交流可控硅桥式整流电路

a）整流电路　　　　　　　　　b）波形图 自动控制网www.eadianqi.com版权所有

    如图1中开关器件VT是可控硅（或GTR等），具有正向触发控制导通和反向自关断功能。是控制引脚，按图1中波形输入控制信号，b图中就是加载在电阻负载R上的整流电压波形。通过调整控制信号的相位角就可以实现输出直流电压的调节。

    若将开关器件VT换成二极管，则该电路变成了不可调压的整流电路。 自动控制网www.eadianqi.com版权所有

    2、斩波器

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    直流伺服电机的调速控制是通过改变励磁电压来实现的，因此把固定的直流电压变成可调的直流电压是直流伺服调速电路中不可缺少的组成部分。直流调压包括电位器调压和斩波器调压等办法。电位器调压法是通过调节与负载串联的电位器来改变负载压降，因此只适合小功率电器；斩波器调压的基本原理是通过晶闸管或自关断器件的控制，将直流电压断续加到负载（电机）上，利用调节通、断的时间变化来改变负载电压平均值。斩波器调压控制直流伺服电机速度的方法又称为脉宽调制（Pulse　Width　Modulation）直流调速。如图2所示为脉宽调速原理示意图。 本文来自www.eadianqi.com

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图2　脉宽调速示意图

a）原理图　　　　　b）加载在电机电枢上的电压波形

    将图1中的开关S周期性地开关，在一个周期T内闭合的时间为τ，则一个外加的固定直流电压U被按一定的频率开闭的开关S加到电动机的电枢上，电枢上的电压波形将是一列方波信号，其高度为U、宽度为，如图2所示。电枢两端的平均电压为： 本文来自www.eadianqi.com

    （1） 本文来自www.eadianqi.com

    式中=/T=U，（0<<1）　为导通率（或称占空比）。 自动控制网www.eadianqi.com版权所有

    当T不变时，只要改变导通时间，就可以改变电枢两端的平均电压。当从0~T改变时，由零连续增大到U。实际电路中，一般使用自关断电力电子器件来实现上述的开关作用，如GTR、MOSFET、IGBT等器件。图6-31中的二极管是续流二极管，当S断开时，由于电枢电感的存在，电动机的电枢电流可通过它形成续流回路。 自动控制网www.eadianqi.com版权所有

    图3是直流伺服电机PWM调速和实现正反转控制的应用举例。该电路是由四个大功率晶功放电路，其作用是对电压——脉宽变换器输出的信号进行放大，输出具有足够功率的信号，以驱动直流伺服电动机。

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图3　H型桥式PWM晶体管功率放大器的电路原理图 自动控制网www.eadianqi.com版权所有

图4　双极式H型可逆换器电压和电流波形 自动控制网www.eadianqi.com版权所有

    图中，大功率晶体管VT1～VT4组成H型桥式结构的开关功放电路，由续流二极管～构成在晶体管关断时直流伺服电动机绕组中能量的释放回路。Us来自于电压——脉宽变换器的输出，-可通过对+反相获得。当>0时，和导通，<0时，和导通。按照控制指令的不同情况，该功放电路及其所驱动的直流伺服电动机可有以下三种工作状态：

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    （1）当＝0时，的正、负脉宽相等，直流分量为零，和的导通时间与和的导通时间相等，流过电枢绕组中的平均电流等于零，电动机不转。但在交流分量作用下，电动机在停止位置处微振，这种微振有动力润滑作用，可消除电动机启动时的静摩擦，减小启动电压。

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    （2）当>0时，Us的正脉宽大于负脉宽，直流分量大于零，和的导通时间长于和的导通时间，流过绕组中的电流平均值大于零，电动机正转，且随着增加，转速增加。 本文来自www.eadianqi.com

    （3）当<0时，的直流分量小于零，电枢绕组中的电流千均值也小于零，电动机反转，且反转转速随着UI减小而增加。 自动控制网www.eadianqi.com版权所有

    （4）当和或和始终导通时，电动机在最高转速下正转或反转。 自动控制网www.eadianqi.com版权所有

    该电路中，跨接在电源两端的上、下两个晶体管需要交替导通和截止。由于晶体管的关断过程中有一段关断时间，在这段时间内晶体管并末完全关断，如果在此期间，另一个晶体管已经导通，则将造成上、下两管直通，从而使电源正负极短路。为了避免发生这种情况，需要设置逻辑延时环节，并保证在对一个管子发出关闭脉冲后（如图6-35中的），延时后再发出对另一个管子的开通脉冲（如）。 本文来自www.eadianqi.com

图5　考虑开通延时的基极脉冲电压信号

    如图6所示是电力晶体管的基极驱动电路及波形，电力晶体管VT（如GTR等）的基极需要有一定功率的驱动电路控制，驱动电路的任务是将控制电路的输出信号进行功率放大，使之具有足够的功率去驱动GTR。理想的基极驱动器应满足开通时过驱动；正常导通时浅饱和；关断时要反偏。图6所示就是GTR的一种驱动电路和输入输出波形。 本文来自www.eadianqi.com

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图6　电力晶体管GTR的基极驱动电路及波形

    3、逆变器 本文来自www.eadianqi.com

    将直流电变换成交流电的电路称为逆变器。当蓄电池和太阳能电池等直流电源需要向交流负载供电时，就需要通过逆变电路将直流电转换为交流电。逆变过程还往往应用在变频电路中，变频就是将固定频率的交流电变成另一种固定或可变频率的交流电。变频的方法通常有两种，一种是将交流整流成直流，再将直流逆变成负载所需要的交流（交—直—交）；另一种是直接将交流变换成负载所需要的交流（交—交）。前一种直流变交流的过程就应用了逆变的方法。

    （1）半桥逆变电路

    半桥逆变电路原理如图7所示，它有两个导电臂，每个导电臂由一个可控元件和一个反并联二极管组成。在直流侧接有两个相互串联的足够大的电容，使得两个电容的联结点为直流电源的中点。

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    设电力晶体管和基极信号在一个周期内各有半周正偏和反偏，且二者互补。当负载为感性时，其工作波形如图7b所示。输出电压波形为矩形波，其幅值为=/2输出电流波形随负载阻抗角而异。设时刻以前导通。时刻给关断信号，给导通信号，但感性负载中的电流不能立刻改变方向，于是导通续流。当时刻降至零时截止，导通，开始反向。同样，在时刻给关断信号，给导通信号后，关断，先导通续流，时刻才导通。 自动控制网www.eadianqi.com版权所有

    当或导通时，负载电流和电压同方向，直流侧向负载提供能量；而当或导通时，负载电流和电压反方向，负载中电感的能量向直流侧反馈，既负载将其吸收的无功能量反馈回直流侧。反馈回的能量暂时储存在直流侧电容中，直流侧电容起到缓冲这种无功能量的作用。二极管、是负载向直流侧反馈能量的通道，同时起到使负载电流连续的作用，、被称为反馈二极管或续流二极管。

图7　半桥逆变电路及其波形图

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    （2）负载换相全桥逆变电路

    图6-38a是全桥逆变电路应用的实例。电路中四个桥臂均由电力晶体管控制，其负载是电阻、电感串联后再和电容并联的容性负载。电容是为了改变负载功率因数而设置的。在直流电源侧串接一个很大的电感，因而在工作过程中直流侧电流基本没有波动。 自动控制网www.eadianqi.com版权所有

    电路的工作波形如8所示。因负载是并联谐振型负载，对基波阻抗很大而对谐波阻抗很小，故负载电压波形接近正弦波。由于直流接有大电感，所以负载电流为矩形波。

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图8　负载换相全桥逆变电路及波形

    设在时刻前、导通，、均为正。在时刻触发、，则负载电压加在、上使其承受反向电压u而关断，电流从、转移到、。触发、的时刻必须在过零前并留有足够的裕量，才能使换相顺利进行。

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    该逆变电路适合于负载电流的相位超前于负载电压的容性负载等场合。另外，负载为同步电机时，由于可以控制励磁使负载电流的相位超前于反电动势，因此也适用本电路。