2021電力電子技術(shù)復(fù)習(xí)要點(diǎn)

2021電力電子技術(shù)復(fù)習(xí)要點(diǎn)復(fù)習(xí)要點(diǎn)電子技術(shù)包括信息電子技術(shù)和電力電子技術(shù)兩大分支。通常所說(shuō)的模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)都屬于信息電子技術(shù)。電力電子技術(shù)是應(yīng)用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)，是利用電力電子器件來(lái)轉(zhuǎn)換和控制電能的技術(shù)。信息電子技術(shù)主要用于信息處理，而電力電子技術(shù)主要用于電力變換。電力包括交流和直流兩種。從公用電網(wǎng)直接得到的是交流，從蓄電池和干電池得到的是直流。電力變換通?？煞譃樗拇箢悾航涣髯冎绷?、直流變交流、直流變直流和交流變交流。進(jìn)行電力變換的技術(shù)稱為變流技術(shù)。電力電子技術(shù)一般分為兩個(gè)分支：電力電子器件制造技術(shù)和變流器技術(shù)。變換器技術(shù)又稱電力電子器件應(yīng)用技術(shù)，包括利用電力電子器件形成各種功率變換電路并對(duì)其進(jìn)行控制的技術(shù)。電力電子器件應(yīng)用技術(shù)：用電力電子器件構(gòu)成電力變換電路和對(duì)其進(jìn)行控制的技術(shù)，及構(gòu)成電力電子裝置和電力電子系統(tǒng)的技術(shù)，是電力電子技術(shù)的核心，理論基礎(chǔ)是電路理論。電力電子器件制造技術(shù)：是電力電子技術(shù)的基礎(chǔ)，理論基礎(chǔ)是半導(dǎo)體物理。對(duì)于信息電子，器件既可工作在放大狀態(tài)，也可處于開(kāi)關(guān)狀態(tài)；而電力電子總處在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，為避免功率損耗過(guò)大。這是電力電子技術(shù)的一個(gè)重要特征。電氣工程的現(xiàn)代化。接口的強(qiáng)有力紐帶。控制理論與自動(dòng)化技術(shù)密不可分，電力電子設(shè)備是自動(dòng)化技術(shù)的基本組成部分和重要支撐技術(shù)。21術(shù)和運(yùn)動(dòng)控制一起，將和計(jì)算機(jī)技術(shù)共同成為未來(lái)科學(xué)技術(shù)的兩大支柱。計(jì)算機(jī)的作用與人腦的作用相比較。電力電子技術(shù)可以與人類的消化系統(tǒng)和循環(huán)系統(tǒng)相媲美。消化系統(tǒng)將能量轉(zhuǎn)換（將電網(wǎng)的“粗電”轉(zhuǎn)化為“精電”），然后循環(huán)系統(tǒng)將轉(zhuǎn)換后的能量傳輸?shù)酱竽X和全身。電力電子技術(shù)，連同運(yùn)動(dòng)控制，可以與人類的肌肉和四肢相比，使人們能夠鍛煉和從事勞動(dòng)。電力電子技術(shù)的誕生以1957年美國(guó)通用電氣公司研制出第一個(gè)晶閘管為標(biāo)志。IGBTMOSFETBJTMOSFETBJT模塊：為了使電力電子裝置的結(jié)構(gòu)緊湊、體積減小，常常把若干個(gè)電力電子器件及必要的輔助元件做成模塊的形式，這給應(yīng)用帶來(lái)了很大的方便。功率集成電路：驅(qū)動(dòng)、控制和保護(hù)電路與功率器件集成，形成功率集成電路（PIC）目前，它的功率仍然很小，但它代表了電力電子技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向。傳統(tǒng)的發(fā)電方式是火力發(fā)電、水力發(fā)電以及后來(lái)興起的核能發(fā)電。能源危機(jī)后，各種新能源、可再生能源及新型發(fā)電方式越來(lái)越受到重視。其中太陽(yáng)能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展較快，燃料電池更是備受關(guān)注。太陽(yáng)能發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電受環(huán)境限制，電能質(zhì)量較差。它們通常需要儲(chǔ)能裝置來(lái)緩沖和改善電能質(zhì)量，這就需要電力電子技術(shù)。當(dāng)需要與電力系統(tǒng)連接時(shí)，也離不開(kāi)電力電子技術(shù)。為了合理地利用水力發(fā)電資源，近年來(lái)抽水儲(chǔ)能發(fā)電站受到重視。其中的大型電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)和調(diào)速都需要電力電子技術(shù)。超導(dǎo)儲(chǔ)能是未來(lái)的一種儲(chǔ)能方式。它需要強(qiáng)大的直流電源，這也離不開(kāi)電力電子技術(shù)。電力電子裝置提供給負(fù)載的是各種不同的直流電源、恒頻交流電源和變頻交流電源，因此也可以說(shuō)，電力電子技術(shù)研究的也就是電源技術(shù)。電力電子技術(shù)對(duì)節(jié)約電能具有重要意義。特別是在大型風(fēng)機(jī)和水泵的變頻調(diào)速使用中，以及在超大照明電源的使用中，電力電子技術(shù)的節(jié)能效果非常顯著，因此也稱為節(jié)能技術(shù)。主電路（mainpowercircuit）――電氣設(shè)備或電力系統(tǒng)中，直接承擔(dān)電能的變換或控制任務(wù)的電路電力電子裝置——可直接用于主電路中處理電能以實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換或控制的電子裝置同處理信息的電子器件相比，電力電子器件的一般特征：（1）處理電力的能力，即耐受電壓和電流的能力，是最重要的參數(shù)。（2）電力電子設(shè)備通常工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)(3)實(shí)用中，電力電子器件往往需要由信息電子電路來(lái)控制。（4）為了確保設(shè)備不會(huì)因熱量損失而因溫度過(guò)高而損壞，不僅在設(shè)備包裝中注意散熱設(shè)計(jì)，而且在其工作過(guò)程中通常會(huì)安裝散熱器。電力電子系統(tǒng)：由控制電路、驅(qū)動(dòng)電路和以電力電子器件為核心的主電路組成。主電路中的電壓和電流一般都較大，而控制電路的元器件只能承受較小的電壓和電流，因此在主電路和控制電路連接的路徑上，如驅(qū)動(dòng)電路與主電路的連接處，或者驅(qū)動(dòng)電路與控制信號(hào)的連接處，以及主電路與檢測(cè)電路的連接處，一般需要進(jìn)行電氣隔離，而通過(guò)其它手段如光、磁等來(lái)傳遞信號(hào)。根據(jù)控制電路信號(hào)對(duì)裝置的控制程度，可分為以下三類：(1)半控型器件――通過(guò)控制信號(hào)可以控制其導(dǎo)通而不能控制其關(guān)斷（2）全控裝置——通過(guò)控制信號(hào)，它可以控制開(kāi)關(guān)，也稱為自動(dòng)關(guān)閉裝置。不可控裝置——它不能由控制信號(hào)控制，因此不需要驅(qū)動(dòng)電路通過(guò)從控制端注入或者抽出電流來(lái)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通或者關(guān)斷的控制。電壓驅(qū)動(dòng)——只有在控制端子和公共端子之間施加一定的電壓信號(hào)，才能實(shí)現(xiàn)接通或斷開(kāi)控制按照器件內(nèi)部電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電的情況分為三類：?jiǎn)螛O型器件――由一種載流子參與導(dǎo)電的器件雙極器件——電子和空穴載流子參與傳導(dǎo)的器件復(fù)合型器件――由單極型器件和雙極型器件集成混合而成的器件普通二極管主要用于開(kāi)關(guān)頻率較低（1kHz）5？S快恢復(fù)二極管，恢復(fù)過(guò)程很短特別是反向恢復(fù)過(guò)程很短）稱快速二極管肖特基二極管是一種基于金屬和半導(dǎo)體接觸形成的勢(shì)壘的二極管。反向恢復(fù)時(shí)間很短（10~40ns）。當(dāng)反向耐受電壓較低時(shí)，正向壓降也很小，明顯低于快恢復(fù)二極管的壓降。它的開(kāi)關(guān)損耗和正向?qū)〒p耗比快二極管小，效率高。晶閘管是一個(gè)三端四層結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體元件。主要有螺栓形和平板形兩種封裝結(jié)構(gòu)，均引出陽(yáng)極a、陰極k和門(mén)極g。晶閘管導(dǎo)通的工作原理可以用雙晶體管模型來(lái)解釋，當(dāng)外電路向門(mén)極注入電流時(shí)，雙晶體管形成強(qiáng)烈的正反饋，進(jìn)入完全飽和導(dǎo)通狀態(tài)，晶閘管導(dǎo)通。晶閘管在導(dǎo)通之后，如果撤掉門(mén)極電流，晶閘管由于內(nèi)部已形成了強(qiáng)烈的正反饋仍然維持導(dǎo)通狀態(tài)。為了關(guān)閉晶閘管，必須移除陽(yáng)極施加的正向電壓，或者必須向陽(yáng)極施加反向電壓，或者必須將流過(guò)晶閘管的電流減小到接近零的值。晶閘管在正常的門(mén)極控制導(dǎo)通之外，可能導(dǎo)通的情況：?陽(yáng)極電壓升高至相當(dāng)高的數(shù)值造成雪崩效應(yīng)?陽(yáng)極電壓上升率du/dt過(guò)高?結(jié)溫較高?光直接照射硅片，即光觸發(fā)晶閘管的基本特性?承受反向電壓時(shí)，不論門(mén)極是否有觸發(fā)電流，晶閘管都不會(huì)導(dǎo)通?承受正向電壓時(shí)，僅在門(mén)極有觸發(fā)電流的情況下晶閘管才能開(kāi)通?晶閘管一旦導(dǎo)通，門(mén)極就失去控制作用?要關(guān)閉晶閘管，晶閘管的電流只能降至接近零的某個(gè)值以下通常取晶閘管的斷態(tài)重復(fù)峰值電壓udrm和反向重復(fù)峰值電壓urrm中較小的標(biāo)值作為該器件的額定電壓。選用時(shí)，額定電壓要留有一定裕量,一般取額定電壓為正常工作時(shí)晶閘管所承受峰值電壓2~3倍40°C在規(guī)定的冷卻狀態(tài)下，當(dāng)穩(wěn)定結(jié)溫不超過(guò)額定結(jié)溫時(shí)，允許流動(dòng)的最大工頻正弦波半波電流的平均值被確定為晶閘管的額定電流。應(yīng)根據(jù)實(shí)1.5~2保持當(dāng)前IH――使晶閘管維持導(dǎo)通所必需的最小電流。它通常是幾十到幾百毫安，這與結(jié)溫度有關(guān)。結(jié)溫越高，IH越小。保持當(dāng)前的IL一晶閘管來(lái)說(shuō)，通常ilih2~4du/dt它是指在額定結(jié)溫和柵極打開(kāi)的條件下，不導(dǎo)致晶閘管從斷開(kāi)狀態(tài)轉(zhuǎn)換為接通狀態(tài)的施加電壓的最大上升率。通態(tài)電流臨界上升率di/dtigbt(1)1000vgtr1/10，與電力mosfet（2）在相同的電壓和電流額定值下，安全工作區(qū)域大于全球技術(shù)法規(guī)，并具有承受脈沖電流沖擊的能力(3)通態(tài)壓降比vdmosfet低，特別是在電流較大的區(qū)域(4)輸入阻抗高，輸入特性與mosfet類似（5）MOSFETGTR率的特性2080模塊可縮小裝置體積，降低成本，提高可靠性對(duì)于工作頻率較高的電路，可以大大降低線路電感，從而簡(jiǎn)化保護(hù)和緩沖電路的要求將器件與邏輯、控制、保護(hù)、傳感、檢測(cè)、自診斷等信息電子電路制作在同一芯片上，稱為功率集成電路。功率集成電路的主要技術(shù)難點(diǎn)：高低壓電路之間的絕緣以及溫升和散熱的處理。電力電子裝置可能的過(guò)電壓―外因過(guò)電壓和內(nèi)因過(guò)電壓外因過(guò)電壓主要來(lái)自雷擊和系統(tǒng)中的操作過(guò)程等外因操作過(guò)電壓：由分閘、合閘等開(kāi)關(guān)操作引起雷電過(guò)電壓：由雷擊引起內(nèi)因過(guò)電壓主要來(lái)自電力電子裝置內(nèi)部器件的開(kāi)關(guān)過(guò)程(1)換相過(guò)電壓：晶閘管或與全控型器件反并聯(lián)的二極管在換相結(jié)束后不能立刻恢復(fù)阻斷，因而有較大的反向電流流過(guò)，當(dāng)恢復(fù)了阻斷能力時(shí)，該反向電流急劇減小，會(huì)由線路電感在器件兩端感應(yīng)出過(guò)電壓電感產(chǎn)生的過(guò)電壓過(guò)電流分過(guò)載和短路兩種情況。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(guò)電流繼電器整定在過(guò)載時(shí)動(dòng)作晶閘管串聯(lián)目的：當(dāng)晶閘管額定電壓小于要求時(shí)，可以串聯(lián)問(wèn)題：理想的串聯(lián)要求器件的分壓相等，但由于特性不同，器件的電壓分布不均勻壓不等承受電壓高的器件首先達(dá)到轉(zhuǎn)折電壓而導(dǎo)通，使另一個(gè)器件承擔(dān)全部電壓也導(dǎo)通，失去控制作用在反向情況下，其中一個(gè)設(shè)備可能會(huì)先反向擊穿，然后另一個(gè)可能會(huì)擊穿。應(yīng)采取均壓措施挑選特性參數(shù)盡量一致的器件。采用電阻實(shí)現(xiàn)靜態(tài)均壓。采用阻容實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)均壓。晶閘管的并聯(lián)用途：多個(gè)設(shè)備并聯(lián)以承受大電流問(wèn)題：會(huì)分別因靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性參數(shù)的差異而電流分配不均勻均流措施盡可能選擇特性參數(shù)一致的設(shè)備。采用均流電抗器。用門(mén)極強(qiáng)脈沖觸發(fā)也有助于動(dòng)態(tài)均流。當(dāng)需要同時(shí)串聯(lián)和并聯(lián)晶閘管時(shí)，通常采用先串聯(lián)后并聯(lián)的方法。變換電路：對(duì)于電力電子轉(zhuǎn)換電路，我們必須了解各種電路的原理和概念，能夠分析電路，繪制波形等。以下是需要掌握的各種電路和概念。1、單相整流電路單相半波整流電路單相橋式整流電路單相橋式半控整流電路單相全波整流電路2.三相整流電路