电力电子技术复习

电力电子技术2010年——2011年度复习导论1电力电子的特点是以微信号控制大功率2电力电子变流技术是利用电力电子器件组成的电路来改变电能形式的一项技术3电力电子器件从本质上讲是一种电气开关4开关变流电路可以进行整流和逆变，并且对电压、电流或频率进行控制，这都取决于开关的控制模式（开关模式分类：相位控制——相控——通过改变控制角α来调节输出电压；斩波控制——斩控——通过控制开关的通断来改变波形调节输出电压或电流）5斩波控制又称为脉宽调制，分对三相电路分类为：180度导通型和120度导通型6120度导通：如果三相桥式逆变电路的上桥臂开关K1、K3、K5以相隔120度的顺序依次导通，下桥臂开关K2、K4、K6也以120度的间隔顺序导通，各个相邻序号开关导通相隔60度7180度导通：如果每相上下两个开关各导通180度，A、B、C三相的开关错开120度，这样相邻序号的两个开关导通间隔仍为60度电力电子器件8电力电子器件是建立在半导体原理基础上的，能承受较高的电压和电流，主要工作在开关状态，因此也简称为“开关”9电力电子器件的特点：他可以用小信号控制器件的通断，从而控制大功率电路的工作状态，这意味着器件有很高的放大倍数，他工作在开关状态时有较低的通态顺耗，提高变流电路效率10电力电子器件分类Ⅰ：（按电力电子开关器件的可控性分）不控型器件、半控型器件、全控型器件11电力电子器件分类Ⅱ：（从器件对驱动/触发信号的要求分）电流型驱动、电压型驱动12半控型器件和全控型器件统称为可控开关；产生开关控制信号的电路称为触发电路（晶闸管系列）或驱动电路（全控型器件）13电力二极管结构：在P型半导体上焊接的引出线为阳极A，在N型半导体上引出线为阴极K14电力二极管的两种偏置：正偏（当二极管接正向电压，即阳极A接电源正极，阴极K接电源负极）二极管导通电阻很小，Si管压降约0.7V；反偏（当二极管接反向电压时，即阳极A接电源负极，阴极K接电源正极）二极管截止，反向电阻很大15二极管的伏安特性：当施加在二极管上的电压大于UTO（门槛电压Si约为0.5V），二极管导通，其正向电流IA取决于外电阻R；当二极管受反向电压时，二极管仅有很小的反向漏电流（反向饱和电流），当反向电压超过二极管所能承受的最高反向电压UB（击穿电压）时，将发生“雪崩现象”（二极管被反向击穿，失去反向阻断能力，反向电流急剧增大）16电力二极管的主要参数：额定电压（最高反向重复峰值电压）URRM——能够反复施加在二极管上，二极管不会被击穿的最高反向重复峰值电压，等于击穿电压UB的三分之二，即UN=URRM或2~3UD；额定电流(通态平均电流）IAV——二极管在规定的管壳温度下，能够通过工频50HZ正弦半波电流的平均值17反向电压来衡量二极管的承受最高电压能力；通过工频交流正弦半波电流的平均值来衡量二极管的电流能力18晶闸管的结构：他是四层三端器件，最上层P1引出阳极A，最下层N2引出阴极K，在第三层P2引出门极（控制极）G19晶闸管的工作原理：晶闸管的四层P1、N1、P2、N2构成了J1、J2、J3三个PN结，若门极G开路无控制信号时，给晶闸管加正向电压时，J2反偏，晶闸管不会导通，给晶闸管加反向电压时，J1、J3反偏，晶闸管也不会导通，即门极没有给控制信号时，无论给晶闸管加正向或反向电压，晶闸管都不会导通，一直处于关断状态；若给晶闸管加正向电压的同时，在门极和阴极之间加正的控制信号或脉冲，晶闸管就可能会导通20晶闸管的伏安特性：若门极不给触发信号，外加正向电压，当大于转折电压Ubo的时候，二极管被正向击穿；若给门极触发信号，且阳极电流大于擎柱电流时，和电力二极管正向特性相似，当晶闸管导通后逐渐减小阳极电流，当小于维持电流之后，晶闸管就会关断；晶闸管的反向特性与电力二极管相似21♥晶闸管的导通条件：晶闸管受正向电压，并且有一定强度（大小和持续时间）的正触发脉冲，而且晶闸管导通后阳极电流要大于擎柱电流IL22♥晶闸管的关断条件：晶闸管受反向电压，或阳极电流下降到维持电流IH以下23晶闸管的主要参数：额定电压——一般取断态重复峰值电压UDRM和反向重复峰值电压URRM中较小的一个,即UN=2~3min（UDRM，URRM）；额定电流（通态平均电流）IAV——他是在环境温度为40度和在规定冷却条件下，稳定结温不超过额定结温时，晶闸管允许流过的最大正弦半波电流的平均值。（通过晶闸管正弦半波电流平均值IAV=Im/π；正弦半波电流的有效值IT=Im/2；IT=1.57IAV）即IN=1.5~2IAV=1.5~2IT/1.5724电力晶闸管GTR的输出特性：（根据基极驱动情况分）截止区、放大区、饱和区，GTR一般工作在截止区（关）和饱和区（开）25电力场效应晶体管的结构：源极S、漏极D、栅极G26绝缘栅双极型晶体管IGBT的结构：门极G、集电极C、发射极E（为防止IGBT发生擎柱效应，需要慢关断技术）27电气隔离的方法分类：脉冲变压器的磁隔离、光耦器件的光隔离28♥缓冲电路（吸收电路）的作用及其优缺点：作用是抑制电力电子器件的内因过电压和过电流及du/dt、di/dt，同时减小器件的开关损耗；优点是在开关器件开关的过程中，限制了du/dt、di/dt，使得器件电压电流不能突变，从而避免了大电流，高电压的同时短暂重叠，使开关损耗减小；缺点是虽然器件开关损耗减小了，但是总体的损耗并未减小29电力电子器件的串联可以提高电压能力，但需要注意均压问题；通过并联可以提高电流能力，但需要注意均流能力30串联晶闸管的均压分类：静态均压（在各晶闸管上并联相同阻值的电阻）、动态均压（在管子上并联电阻电容电路，利用电容限制开关时电压的变化速度）交流—直流变换整流器31控制角：从晶闸管开始承受正向电压到他施加触发脉冲的这段时间，通常用电角度α表示32单相半波可控整流电路的参数：电阻负载时：Ud=0.225U2（1+cosα）α∈[0,π]Id=Ud/RU额=2~3√2U2I额=1.5~2（θ/2π）IdPin=U2*Id33单相桥式全控整流电路的参数：电阻负载时：Ud=0.45U2（1+cosα）α∈[0,π]Id=Ud/R=2IdVTU额=2~3√2U2I额=1.5~2IVT/1.57Pin=U2*√2IVT电阻大电感时：Ud=0.9U2cosαα∈[0,π/2]Id=Ud/R=2IdVT=√2IVT=I2U额=2~3√2U2I额=1.5~2IVT/1.57Pin=Ud*Id34单相桥式半控整流电路的“失控现象”避免办法：在负载两端并联反向连接的续流二极管VD35单相全波可控整流电路的优缺点:优点是结构简单，器件少；缺点是输出功率小，脉动大36三相半波可控整流电路的参数：电阻负载时：Ud=1.17U2cosαα∈[0,π/6]Ud=0.675U2[1+cos(α+π/6)]α∈[π/6,5π/6]Id=Ud/RU额=2~3√6U2I额=1.5~2IVT/1.57电阻大电感负载时：Ud=1.17U2cosαα∈[0,π/2]Id=Ud/R=√3I2=√3IVT37三相桥式可控整流电路采用的是顺相序触发：各个晶闸管按序号一个一个顺序触发，两次触发脉冲间隔60度38♥三相桥式可控整流电路的参数：电阻负载时：Ud=2.34U2cosαα∈[0,π/3]Ud=2.34U2[1+cos(α+π/3)]α∈[π/3,2π/3]Id=Ud/R=√3IVTU额=2~3√6U2I额=1.5~2IVT/1.57电阻大电感负载时：Ud=2.34U2cosαα∈[0,π/2]功率因素λ=0.96cosαId=√3IVTU额=2~3√6U2I额=1.5~2IVT/1.57第四章直流—直流变换直流斩波器39直流降压斩波电路：Ud=αE40直流升压斩波电路：Ud=E/（1-α）41直流升降压斩波电路：Ud=αE/（1-α）当α∈[0,0.5]时，是降压电路；当α∈[0.5,1)时，是升压电路42载波：锯齿波和三角波43调制波（控制波）：脉宽控制信号44单极性调制：载波没有负值45双极性调制：载波有正负值，控制信号可以是正负直流46锯齿波的周期：T=（0.7RT+3RD）CT第五章直流—交流变换逆变器47PWM控制方式有：单极性调制、双极性调制、等宽脉冲、正弦脉宽调制48SPWM调制原理:面积相等原理（冲量等效原理）49脉宽调制PWM：如果矩形脉冲是等高不等宽的脉冲序列50脉幅调制PAM（脉冲幅度调制）：如果矩形脉冲是等宽不登高的脉冲序列51单极性SPWM调制:是以三角波或锯齿波作为载波uc，以正弦波作调制波ur；在调制波的正半周，以正的载波调制，在调制波的负半周，以负的载波调制，载波只有正或负的单一极性52输出交流的调频调压控制：脉冲的宽度随调制波ur的幅值变化而变化，交流输出电压的频率随调制波ur的频率变化而变化53调制比M：调制波幅值ur与载波幅值uc之比,改变他可以调节输出交流电压M=urm/ucm54载波比N：载波频率fc与调制波频率fr之比，他决定了一周期中组成输出交流电的脉冲个数N=fc/fr55双极性调制的高灵敏度:如果载波比N足够大，调制比M≤1，则基波电压幅值U1m≈M*Ud，输出交流电压有效值为U01=0.707M*Ud，而采用180度方波调制时输出交流电压基波有效值可以达到U01=0.9Ud56PWM调制优点之一：在输出电压中可以消除N-2次以下的谐波57PWM调制的两种方式：（根据载波比的情况分）异步调制、同步调制58异步调制：载波频率fc保持不变，而调制波频率fr可调，N也随之变化（低频可用，在高频段，载波比较低脉冲个数少，不对称）59同步调制：载波比N保持不变，载波频率fc随调制波频率fr变化而变化（全频可用，高频最优，在低频段，脉冲个数较少，输出含有较多的低次谐波）60分段同步调制：将交流输出频率划分为若干段，各输出频率段内，采用同步调制方法，保持载波比不变，在各段之间，低频段输出时，采用较高的载波比，在高频段时，采用较低的载波比61SPWM控制的数字化生成方法：自然采样法（直接计算交点）、规则采样法62规则采样法原理：固定在三角波的谷底时刻tp采样正弦波ur的值，并以此值计算与三角波两条边的交点时刻tA和tB，时刻tA和tB是驱动信号的开关时间第六章交流—交流变换交流调压和变频63交流调压电路的方式：晶闸管的相控、全控器件的斩控64相控式单相交流调压参数：电阻负载时：Uo=U1√[（sin2α/2π）+（π-α）/π）]Io=Uo/R=√2IVT功率因素λ=√[（sin2α/2π）+（π-α）/π）]U额=2~3√2U1I额=1.5~2IVT/1.57感性负载时：当φ≤α≤π时，可以调压；当0≤α≤φ时，尽管改变α，但输出均不变化，因此交流调压RL负载晶闸管的有效移相范围是α∈[φ,π]65♥余弦交点法：他的目标是使交交变频器的输出电压基本为正弦波，工作原理是——Ur是调制波，实际输出的交流电Uo是由电源线线电压Uab等的各个片段组成，在换流点C以前，Ur—Uab＜Uac—Ur，在C点两者相等，在C点以后，前者大于后者，则在C点应是从Uab切换到Uac片段的换流时刻，并且换流点C的轨迹是Uta=（Uab+Uac）/2第七章软开关变换技术66电力电子器件的损耗：通态损耗、开关损耗67开关=软开关（零开关（零电压开通/零电流关断）、软开通/软关断）、硬开关68零电压开通ZVS：在电力电子器件开通的过程中，采取措施使得器件端电压下降为0后才驱动开关器件，使电流上升，在电流建立的过程中，因为电压为0，开通损耗为069零电流关断ZCS:在电力电子器件关断的过程中，采取措施使得器件电流下降为0后，才撤除驱动信号，这时器件内阻增加，端电压上升，管子关断，在电压上升的过程中因为电流为0,关断损耗亦为070软开通：如果在电力电子器件开通过程中，使得端电压较快下降或限制电流上升率，以减小开通损耗71软关断：如果在电力电子器件关断过程中，使得电流下降时保持器件仍有较低的端电压，以减小关断损耗72软开关的原理：谐振原理，利用LC谐振时的电压过零或电流过零，使开关在零电压或零电流状态下通断，减小开关损耗第八章交流电路的组合73相控整流电路串并联的目的：提高输出电压和电流，或改善输出的波形74带隔离变压器的DC/DC变换电路分类：单端电路（单端变换器变压器磁通只在一个方向上变化，正激、反激电路属于单端电路）、双端电路（双端变换器变压器磁通做正反方向变化，半桥、全桥电路属于双端电路）75单端正激变换器输出电压：Uo=(ton*N2*Ud)/(T*N1)=α*k*Ud76单端反激变换器输出电压：Uo=（α*N2*Ud）/[(1-α)*N1]77双端半桥式变换器输出电压：Uo=αN2Ud/N178双端全桥式/推挽式变换器输出电压：Uo=2αN2Ud/N1第九章电力电子装置的谐波和功率因素79描述波形的各种方法和频谱：有效值：A=√（A02+A12+A22+……）A1m=√2A1波形因素