電力電子技術重點知識點總結

1、電力電子技術期末復習題第1章緒論1電力電子技術定義：是使用電力電子器件對電能進行變換和控制的技術，是應用于電力領域的電子技術，主要用于電力變換。2電力變換的種類(1)交流變直流AC-DC:整流(2)直流變交流DC-AC:逆變(3)直流變直流DC-DC:一般通過直流斬波電路實現(xiàn)，也叫斬波電路(4)交流變交流AC-AC:可以是電壓或電力的變換，一般稱作交流電力控制3電力電子技術分類：分為電力電子器件制造技術和變流技術。4、相控方式；對晶閘管的電路的控制方式主要是相控方式5、斬空方式：與晶閘管電路的相位控制方式對應，采用全空性器件的電路的主要控制方式為脈沖寬度調(diào)制方式。相對于相控方式可稱之為斬空方式

2、。第2章電力電子器件1電力電子器件與主電路的關系(1)主電路：電力電子系統(tǒng)中指能夠直接承擔電能變換或控制任務的電路。(2)電力電子器件：指應用于主電路中，能夠?qū)崿F(xiàn)電能變換或控制的電子器件。廣義可分為電真空器件和半導體器件。2電力電子器件一般特征：1、處理的電功率小至毫瓦級大至兆瓦級。2、都工作于開關狀態(tài)，以減小本身損耗。3、由電力電子電路來控制。4、安有散熱器3電力電子系統(tǒng)基本組成與工作原理(1)一般由主電路、控制電路、檢測電路、驅(qū)動電路、保護電路等組成。(2)檢測主電路中的信號并送入控制電路，根據(jù)這些信號并按照系統(tǒng)工作要求形成電力電子器件的工作信號。(3)控制信號通過驅(qū)動電路去控制主電路中電

3、力電子器件的導通或關斷。(4)同時，在主電路和控制電路中附加一些保護電路，以保證系統(tǒng)正常可靠運行。4電力電子器件的分類根據(jù)控制信號所控制的程度分類(1)半控型器件：通過控制信號可以控制其導通而不能控制其關斷的電力電子器件。如SCR晶閘管(2)全控型器件：通過控制信號既可以控制其導通，又可以控制其關斷的電力電子器件。如GTO、GTR、MOSFET和IGBT。(3)不可控器件：不能用控制信號來控制其通斷的電力電子器件。如電力二極管。根據(jù)驅(qū)動信號的性質(zhì)分類(1)電流驅(qū)動型器件：通過從控制端注入或抽出電流的方式來實現(xiàn)導通或關斷的電力電子器件。如SCR、GTO、GTR。(2)電壓驅(qū)動型器件：通過在控制端

4、和公共端之間施加一定電壓信號的方式來實現(xiàn)導通或關斷的電力電子器件。如MOSFET、IGBTo根據(jù)器件內(nèi)部載流子參與導電的情況分類(1)單極型器件：內(nèi)部由一種載流子參與導電的器件。如MOSFETo(2)雙極型器件：由電子和空穴兩種載流子參數(shù)導電的器件。如SCR、GTO、GTR。(3)復合型器件：有單極型器件和雙極型器件集成混合而成的器件。如IGBTo5半控型器件一品閘管SCR2.3.1,4.4晶閘管的關斷工作原理滿足下面條件，品閘管才能關斷：(1)去掉AK間正向電壓；(2)AK間加反向電壓；(3)設法使流過晶閘管的電流降低到接近于零的某一數(shù)值以下。2.3.2.1.1晶閘管正常工作時的靜態(tài)基本特性

5、(1)當品閘管承受反向電壓時，不論門極是否有觸發(fā)電流，晶閘管都不會導通。(2)當品閘管承受正向電壓時，僅在門極有觸發(fā)電流的情況下品閘管才能導通。(3)品閘管一旦導通，門極就失去控制作用，不論門極觸發(fā)電流是否還存在，品閘管都保持導通。(4)若要使已導通的品閘管關斷，只能利用外加電壓和外電路的作用使流過晶閘管的電流降到接近于零的某一數(shù)值以下。2.4.1.1 GTO的結構(1) GTO與普通品閘管的相同點：是PNPN四層半導體結構，外部引出陽極、陰極和門極。(2) GTO與普通品閘管的不同點：GTO是一種多元的功率集成器件，其內(nèi)部包含數(shù)十個甚至數(shù)百個供陽極的小GTO元，這些GTO元的陰極和門極在器件

6、內(nèi)部并聯(lián)在一起，正是這種特殊結構才能實現(xiàn)門極關斷作用。2.4.1.2 GTO的靜態(tài)特性(1)當GTO承受反向電壓時，不論門極是否有觸發(fā)電流，晶閘管都不會導通。(2)當GTO承受正向電壓時，僅在門極有觸發(fā)電流的情況下品閘管才能導通。(3)GTO導通后，若門極施加反向驅(qū)動電流，則GTO關斷，也即可以通過門極電流控制GTO導通和關斷。(4)通過AK間施加反向電壓同樣可以保證GTO關斷。2.4.3 電力場效應晶體管MOSFET(1)電力MOSFET是用柵極電壓來控制漏極電流的，因此它是電壓型器件。(3)當Ugs大于某一電壓值Ut時，柵極下P區(qū)表面的電子濃度將超過空穴濃度，從而使P型半導體反型成N型半導

7、體，形成反型層。2.4.4 絕緣柵雙極晶體管IGBT(1) GTR和GTO是雙極型電流驅(qū)動器件，具優(yōu)點是通流能力強，耐壓及耐電流等級高，但不足是開關速度低，所需驅(qū)動功率大，驅(qū)動電路復雜。(2)電力MOSFET是單極型電壓驅(qū)動器件，具優(yōu)點是開關速度快、所需驅(qū)動功率小，驅(qū)動電路簡單。(3)復合型器件：將上述兩者器件相互取長補短結合而成，綜合兩者優(yōu)點。(4)絕緣柵雙極晶體管IGBT是一種復合型器件，由GTR和MOSFET兩個器件復合而成，具有GTR和MOSFET兩者的優(yōu)點，具有良好的特性。第3章整流電路(1)整流電路定義：將交流電能變成直流電能供給直流用電設備的變流裝置。2、整流電路主要分類方法有：

8、按組成的器件可分為不可控、半空、全控三種；按電路結構分為橋式電路和零式電路；按交流輸入相數(shù)分為單相電路和多相電路，按變壓器二次電流方向是單向雙向可分為單拍電路和雙拍電路。3.1.1 單相半波可控整流電路(1)觸發(fā)角：從晶閘管開始承受正向陽極電壓起，到施加觸發(fā)脈沖為止的電角度，稱為觸發(fā)角或控制角。(2)幾個定義“半波”整流：改變觸發(fā)時刻，Ud和id波形隨之改變，直流輸出電壓Ud為極性不變但瞬時值變化的脈動直流，其波形只在U2正半周內(nèi)出現(xiàn)，因此稱“半波”整流。單相半波可控整流電路：如上半波整流，同時電路中采用了可控器件晶閘管，且交流輸入為單相,因此為單相半波可控整流電路。3、帶電阻情況：Ud=0.

9、45范圍是4、帶阻感負載時；5電力電子電路的基本特點及分析方法(1)電力電子器件為非線性特性，因此電力電子電路是非線性電路。(2)電力電子器件通常工作于通態(tài)或斷態(tài)狀態(tài)，當忽略器件的開通過程和關斷過程時，可以將器件理想化，看作理想開關，即通態(tài)時認為開關閉合，其阻抗為零；斷態(tài)時認為開關斷開，其阻抗為無窮大。3.1.2 單相橋式全控整流電路3.1.2.1 帶電阻負載的工作情況1、單相橋式全控整流電路帶電阻負載時的波形圖(3)全波整流在交流電源的正負半周都有整流輸出電流流過負載，因此該電路為全波整流。(4)直流輸出電壓平均值Ud、2U2sintd(t)2.2U21cos210.9U2-cos2(5)負

10、載直流電流平均值Ud2.2U21cosldRR2(6)晶閘管參數(shù)計算0.9U21Rcos2承受最大正向電壓：如32)承受最大反向電壓：V2U2觸發(fā)角的移相范圍：O品閘管電流平均值：VT1、VT4與VT2、VT3輪流導電，因此晶閘管電流平均值只有輸出直流電流平均值的一半，即IdVTLd0.45”3。2R23.1.2.2帶阻感負載的工作情況(1)單相橋式全控整流電路帶阻感負載時的原理圖(3)直流輸出電壓平均值12.2U2Ud.2U2sintd(t)cos0.9U2cos0b(4)觸發(fā)角的移相范圍(5)晶閘管承受電壓：正向：T2u2;反向：，萬U23.2三相可控整流電路3.2.1 三相半波可控整流電

11、路3.2.1.1 電阻負載(2)三相半波不可控整流電路帶電阻負載時的波形圖按照上述過程如此循環(huán)導通，每個二極管導通120°。自然換向點：在相電壓的交點力、t2、t3處，出現(xiàn)二極管換相，即電流由一個二極管向另一個二極管轉(zhuǎn)移，這些交點為自然換向點。(3)三相半波可控整流電路帶電阻負載時的波形圖(0。)自然換向點：對于三相半波可控整流電路而言，自然換向點是各相品閘管能觸發(fā)導通的最早時刻(即開始承受正向電壓)，該時刻為各晶閘管觸發(fā)角的起點，即0°。(6)三相半波可控整流電路帶電阻負載不同觸發(fā)角工作時的情況總結 當30。時，負載電流處于連續(xù)狀態(tài)，各相導電120°。 當30。

12、時，負載電流處于連續(xù)和斷續(xù)的臨界狀態(tài)，各相仍導電120°。 當30。時，負載電流處于斷續(xù)狀態(tài)，直到150。時，整流輸出電壓為零。 結合上述分析，三相半波可控整流電路帶電阻負載時角的移相范圍為150°,其中經(jīng)歷了負載電流連續(xù)和斷續(xù)的工作過程。(7)數(shù)值計算30°時，整流電壓平均值(負載電流連續(xù))：5Ud-62U2sintd(t)3-6U2cos1.17U2cos2 _23 6當0°時，Ud最大，Ud1.17U2o30°時，整流電壓平均值(負載電流斷續(xù))1Ud二.-63.2U2sintd(t)等U21c°s(-)0.675U21c

13、6;s(-)當150°時，Ud最小，Ud0。負載電流平均化1d*品閘管承受的最大反向電壓:為變壓器二次側線電壓的峰值,.6U22.45U2品閘管承受的最大正向電壓:如a相，二次側a相電壓與晶閘管正向電壓之和為負載整流輸出電壓Ud,由于Ud最小為0,因此品閘管最大正向電壓Ufm<2U2o2.2.1.2阻感負載(3)三相半波可控整流電路帶阻感負載不同觸發(fā)角工作時的情況總結 阻感負載狀態(tài)下，由于大電感的存在，使負載電流始終處于連續(xù)狀態(tài)，各相導電120° 當30°時，負載電壓Ud波形將出現(xiàn)負的部分，并隨著觸發(fā)角的增大，使負的部分增多。 當90°時，負載電壓

14、Ud波形中正負面積相等，Ud平均值為0。 結合上述分析，三相半波可控整流電路帶阻感負載時角的移相范圍為.對旦(4)數(shù)值計算 整流電壓平均值(負載電流始終連續(xù))：Ud1.17U2cos。 晶閘管承受的最大正反向電壓：為變壓器二次側線電壓的峰值，UFMURMG，'02幾22.45U23.2.2三相橋式全控整流電路3.2.2.1 帶電阻負載時的工作情況(3)總結 對于共陰極組的3個晶閘管來說，陽極所接交流電壓值最高的一個導通；對于共陽極組的3個晶閘管來說，陰極所接交流電壓值最低的一個導通。 每個時刻均需2個晶閘管同時導通，形成向負載供電的回路，其中1個晶閘管是共陰極組的，1個是共陽極組的，且

15、不能為同1相的品閘管。 對觸發(fā)脈沖的要求：6個晶閘管的脈沖按VT1VT2VT3VT4VT5VT6的順序，相位依次差60°0 共陰極組VT1、VT3、VT5的脈沖依次差120°,共陽極組VT2、VT4、VT6的脈沖依次差120°。 同一相的上下兩個橋臂，即VT1與VT4,VT3與VT6,VT5與VT2,脈沖相差180°。 整流輸出電壓ud一周期脈動6次，每次脈動的波形都一樣，故該電路為6脈沖整流電路。 與0°時相比，晶閘管起始導通時刻推遲了30°,組成Ud的每一段線電壓因此推遲30°,Ud平均值降低。VT1處于通態(tài)的120&#

16、176;期間，變壓器二次側a相電流ia0,波形與同時段的Ud波形相同。VT4處于通態(tài)的120°期間，ia波形與同時段的Ud波形相同，但為負值。與30°時相比，晶閘管起始導通時刻繼續(xù)向后推遲30°,Ud平均值繼續(xù)降低，并出現(xiàn)了為零的點。 當60°時，Ud波形均連續(xù)，對于電阻負載，id波形與Ud波形的形狀一樣，保持連續(xù)。(3)總結 當60°時，負載電流將出現(xiàn)斷續(xù)狀態(tài)。 當120°時，整流輸出電壓Ud波形全為零，因此帶電阻負載時的三相橋式全控整流電路角的移相范圍是_120°&3.2.2、2帶阻感負載時的工作情況=角的移相范

17、圍是903.2.2.7三相橋式全控整流電路的定量分析(1)帶電阻負載時的平均值特點：60°時，整流輸出電壓連續(xù)；60°120°時，整流輸出電壓斷續(xù)。整流電壓平均值計算公式：以Ud所處的線電壓波形為背景，周期為一。32o1oo160120：Ud60：Ud3<6U2sintd(t)2.34U2cos).6U2sintd(t)2.34U21cos(-3輸出電流平均值計算公式:Id3.3變壓器漏感對整流電路的影響(補)3.7整流電路的有源逆變工作狀態(tài)3.7.1逆變的概念.1什么是逆變？為什么要逆變？(1)逆變定義：生產(chǎn)實踐中，存在著與整流過程相反的要求，即要求把直流

18、電轉(zhuǎn)變成交流電，這種對應于整流的逆向過程，定義為逆變。(3)逆變電路定義：把直流電逆變成交流電的電路。(4)有源逆變電路：將交流側和電網(wǎng)連結時的逆變電路，實質(zhì)是整流電路形式。(5)無源逆變電路：如果變流電路的交流側不與電網(wǎng)連結，而直接接到負載的電路，即把直流電逆變?yōu)槟骋活l率或可調(diào)頻率的交流電供給負載的電路。(6)有源逆變電路的工作狀態(tài)：只要滿足一定條件，可控整流電路即可以工作于整流狀態(tài)，也可以工作于逆變狀態(tài)。(7)變流電路：既工作在整流狀態(tài)又工作在逆變狀態(tài)的整流電路。2逆變產(chǎn)生的條件要有直流電動勢，其極性必須和晶閘管的導通方向一致，其值應大于變流電路直流側的平均電壓。要求品閘管的控制觸發(fā)角使U

19、d為負值3三相橋整流電路工作于有源逆變狀態(tài)4逆變失敗：逆變運行時，一旦發(fā)生換相失敗，外接得直流電源就會通過晶閘管電路形成短路，或者使逆變的輸出的平均電壓和直流電動勢變成順向串聯(lián)。由于逆變電路內(nèi)阻很小，就會形成很大的短路電流。4.1、逆變失敗的原因：A、觸發(fā)電路工作不可靠，不能及時、準確的給各品閘管分配脈沖B、晶閘管發(fā)生故障，在應該阻斷器件，器件失去阻斷能力，或在應該導通時，器件不能導通，造成逆變失敗C、在逆變工作中，交流電源發(fā)生缺相或突然消失，由于直流電動勢的存在，晶閘管仍可導通，此時變流器的交流側由于失去了同直流電動勢極性相反的交流電壓，因此直流電動勢將通過品閘管使電路短路D換相的裕量角不足

20、，引起換相失敗，應考慮變壓器漏抗引起重疊角對逆變電路換相的影響。5、防止：為防止逆變失敗逆變角不能等于0,而且不能太小，必須限制在某一允許的最小角度內(nèi)。第4章逆變電路(1)逆變定義：將直流電能變成交流電能。(2)有源逆變：逆變電路的交流輸出側接在電網(wǎng)上。(3)無源逆變：逆變電路的交流輸出側直接和負載相連。4.1 換流方式分類：器件換流、電網(wǎng)換流、負載換流、強迫換流。電壓換流：給晶閘管加上反向電壓使其關斷電流換流：先使晶閘管電流減為零，然后通過反并聯(lián)二極管使其加上反向電壓。4.2 電壓型逆變電路(1)逆變電路分類：根據(jù)直流側電源性質(zhì)可以分為電壓(源)型逆變電路和電流(源)型逆變電路。(2)電壓(

21、源)型逆變電路VSI:直流側為電壓源。(3)電流(源)型逆變電路CSI:直流側為電流源。(4)電壓型逆變電路特點直流側為電壓源，或并聯(lián)有大電容。直流側電壓基本無脈動，直流回路呈現(xiàn)低阻抗。由于直流電壓源的鉗位作用，交流側輸出電壓波形為矩形波，并且與負載阻抗角無關。而交流側輸出電流波形和相位因負載阻抗情況的不同而不同。 當交流側為阻感負載時，需要提供無功功率，直流側電容起緩沖無功能量的作用。 圖中逆變橋各臂都并聯(lián)反饋二極管，為了給交流側向直流側反饋的無功能量提供通道。(3)電流型逆變電路的特點： 直流側串聯(lián)大電感，相當于電流源。直流側電流基本無脈動，直流回路呈現(xiàn)高阻抗。 電路中開關器件的作用僅是改

22、變直流電流的流通路徑，因此交流側輸出電流為矩形波，并且與負載阻抗角無關。交流側輸出電壓波形和相位則因負載阻抗情況的不同而不同。 當交流側為阻感負載時需要提供無功功率，直流側電感起緩沖無功能量的作用。(補充些公式)第5章直流-直流變流電路(1)直流-直流變流電路(DC-DC)定義：將一種直流電變?yōu)榱硪还潭妷夯蚩烧{(diào)電壓的直流電的裝置。(2)常見的直流-直流變流電路為直流斬波電路。包括：降壓斬波電路、升壓斬波電路、升降壓斬波電路、CUK斬波電路、Sepic波電路和Zeta斬波電路。-8-(3)基本直流斬波電路為：降壓斬波電路和升壓斬波電路5.1.1降壓斬波電路5.1.1.2 降壓斬波電路：輸出到負載的電壓平均值U0最大為E,減小占空比，U0隨之減小。5.1.1.3 公式(1)負載電壓平均值：Uo，EE,其中為占空比。(2)電感L極大時，負載電流平均值：IoUoEm。R#斬波電路的三種控制方式：1)保持開關周期T不變，調(diào)節(jié)開關導通時間ton,稱為脈沖寬度調(diào)制2)保持開關導通時間ton不變，