电力电子技术期末复习.ppt

第1章 电力电子器件,电力电子器件的特性和使用方法。 掌握电力电子器件的工作原理、基本特性。 了解驱动电路、保护电路和串并联电路,1.1.3 电力电子器件的分类,按照器件能够被控制的程度，分为以下三类：,1）半可控器件,绝缘栅双极晶体管（Insulated-Gate Bipolar TransistorIGBT） 电力场效应晶体管（PowerMOSFET） 门极可关断晶闸管（GTO）、巨型晶体管GTR,3）不控型器件,电力二极管（Power Diode）常见的有大功率二极管、快速恢复二极管及肖特基二极管。 只有两个端子，器件的通和断是由其在主电路中承受的电压和电 流决定的。,通过控制信号既可控制其导通又可控制其关断，又称自关断器件。,晶闸管（Thyristor）及其大部分派生器件 器件的关断由其在主电路中承受的电压和电流决定,2）全控型器件,通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断。,不能用控制信号来控制其通断, 因此也就不需要驱动电路。,1.1.3 电力电子器件的分类,电流驱动型 通过从控制端注入或者抽出电流来实现导通或者 关断的控制。 如SCR、GTR、GTO等。 电压驱动型 仅通过在控制端和公共端之间施加一定的电压信号就可实现导通或者关断的控制。 如IGBT、MOSFET、MCT等。,按照驱动电路信号的性质，分为两类：,理解和掌握单相桥式、三相半波、三相桥式等整流电路的电路结构、工作原理、波形分析、电气性能、分析方法和参数计算。,重点：波形分析和基本电量计算的方法。 难点：不同负载对工况的影响和整流器交流侧电抗对整流电路的影响。,第2章 整流电路,2.1 单相可控整流电路 2.2 三相可控整流电路 2.3 变压器漏感对整流电路的影响 2.4 电容滤波的不可控整流电路 2.7 整流电路的有源逆变工作状态 本章小结,第2章 整流电路,名词术语和概念,单拍电路：指变压器副边在工作过程中只流过一个方向的电流，此时变压器有直流磁化现象； 双拍电路：指变压器副边在工作过程中流过正反双向电流； “半波”整流：ud为脉动直流，波形只在u2正半周内出现，故称之。 触发延迟角 ：从晶闸管开始承受正向阳极电压起到施加触发脉冲止的电角度,用表示,也称触发角或控制角。 导通角 ：晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度称为，用表示。在半波电路中，。 移相:改变触发脉冲出现的时刻, 即改变控制角的大小，称为移相。改变控制角的大小，使输出整流电压平均值发生变化称为移相控制。,名词术语和概念,的移相范围：指触发角可以变化的角度范围。在不同的电路中， 有不同的角度范围。如在单相半波电路中， 的移相角度范围是0。 相控方式：这种通过控制触发脉冲的相位来控制直流输出电压大小的方式称为相位控制方式，简称相控方式。 同步:使触发脉冲与可控整流电路的电源电压之间保持频率和相位的协调关系称为同步。使触发脉冲与电源电压保持同步是电路正常工作必不可少的条件。 换流:在可控整流电路中，从一路晶闸管导通变换为另一路品闸管导通的过程或电流从一条支路转移到另一条支路的过程称为换流，也称换相。,2.1 单相可控整流电路,2.1.1 单相半波可控整流电路 2.1.2 单相桥式全控整流电路 2.1.3 单相全波可控整流电路 2.1.4 单相桥式半控整流电路,重点注意： 工作原理（波形分析） 定量计算 不同负载的影响,2.1.1 单相半波可控整流电路,（一）带电阻负载的工作情况,1、电路,2、基本工作原理,3、定量计算,直流输出电压平均值Ud,直流输出电压有效值U,SCR的若干参数关系,（二）带阻感负载的工作情况,2.1.1 单相半波可控整流电路,1、电路,2、基本工作原理,3、定量计算,直流输出电压平均值Ud,直流输出电压有效值U,SCR的若干参数关系,（三）带阻感负载有续流二极管的工作情况,1、电路,2、基本工作原理,3、定量计算,VT的a 移相范围为180。 简单，但输出脉动大，变压器二次侧电流中含直流分量，造成变压器铁芯直流磁化。 实际上很少应用此种电路。 分析该电路的主要目的建立起整流电路的基本概念。,单相半波可控整流电路的特点,2.1.1 单相半波可控整流电路,2.1.2 单相桥式全控整流电路,1、电路,（一）带电阻负载的工作情况,2、基本工作原理,3、定量计算,（二）带电感性负载的工作情况,1、电路,2、基本工作原理,3、定量计算,2.1.2 单相桥式全控整流电路,（三）带反电动势负载时的工作情况,1、电路,2、基本工作原理,3、定量计算,2.1.3 单相全波可控整流电路,单相全波可控整流电路又称单相双半波可控整流电路。T的副边带有中心抽头。当2U2为上正下负时，VT1工作，当2U2为下正上负，VT2工作。注意此时副边的电压有效值为2U2； 单相双半波与单相全控桥从直流输出端或从交流输入端看波形均是基本一致的。,（1）从输入侧看：单相全波中变压器结构较复杂，绕组及铁芯对铜、铁等材料的消耗多。 （2）从主电路看：单相全波只用2个晶闸管，比单相全控桥少2个，；但是晶闸管承受的最大反向电压为 ，是单相全控桥的2倍。 （3）从驱动电路看：门极驱动电路只需要两个，比单相全控桥也少2个 （4）从输出侧看：单相全波导电回路只含1个晶闸管，比单相桥少1个，因而管压降也少1个 从上述（2）、（3）考虑，单相全波电路有利于在低输出电压的场合应用。,单相全波与单相全控桥的区别：,2.1.4 单相桥式半控整流电路,1.电路,2.带阻感负载的工作原理,图2-10 单相桥式半控整流电路，有续流二极管，阻感负载时的电路及波形,3.失控现象及解决办法,4.定量计算,2.2.2 三相桥式全控整流电路,(一) 带电阻负载时的工作情况,2.定量计算,(二)阻感负载时的工作情况,图2-22 三相桥式全控整流 电路带电感性负载 =0时的波形,图2-23 三相桥式全控整流 电路带电感性负载 =30时的波形,2.定量计算,2.3 变压器漏感对整流电路的影响,出现换相重叠角g ，整流输出电压平均值Ud降低。 整流电路的工作状态增多。 晶闸管的di/dt 减小，有利于晶闸管的安全开通。 有时人为串入进线电抗器以抑制晶闸管的di/dt。 换相时晶闸管电压出现缺口，产生正的du/dt，可能使晶闸管误导通，为此必须加吸收电路。 换相使电网电压出现缺口，成为干扰源。,变压器漏抗对各种整流电路的影响,课后作业同等难度的题目,逆变的条件有二：,有直流电动势，其极性和晶闸管导通方向一致，其值大于变流器直流侧平均电压。 晶闸管的控制角 /2，使Ud为负值。,半控桥或有续流二极管的电路，因其整流电压ud不能出现负值，也不允许直流侧出现负极性的电动势，故不能实现有源逆变。 欲实现有源逆变，只能采用全控电路。,逆变的概念,2.7 整流电路的有源逆变工作状态,逆变和整流的区别：控制角 不同,0 p /2 时，电路工作在整流状态。 p /2 p时，电路工作在逆变状态。,可沿用整流的办法来处理逆变时有关波形与参数计算等各项问题。 把a p /2时的控制角用p- = b表示，b 称为逆变角。 逆变角b和控制角a的计量方向相反，其大小自b =0的起始点向左方计量。,第3章 直流斩波电路,3.1.1 降压斩波电路 3.1.2 升压斩波电路 3.1.3 升降压斩波电路和Cuk斩波电路 3.1.4 Sepic斩波电路和Zeta斩波电路,1、电路结构,2、工作原理,3、数量关系,4、斩波电路三种控制方式,复合斩波电路降压斩波电路和升压斩波电路组合构成 多相多重斩波电路相同结构的基本斩波电路组合构成,图3-8 桥式可逆斩波电路,多相多重斩波电路,基本概念,多相多重斩波电路,在电源和负载之间接入多个结构相同的基本斩波电路而构成,相数,一个控制周期中电源侧的电流脉波数,重数,负载电流脉波数,第4章 交流电力控制电路和交交变频电路,交流电力控制电路的结构及类型 两个晶闸管反并联后串联在交流电路中，控制晶闸管就可控制交流电力； 交流调压电路每半个周波控制晶闸管开通相位，调节输出电压有效值； 交流调功电路以交流电周期为单位控制晶闸管通断，改变通断周期数的比，调节输出功率的平均值； 交流电力电子开关并不着意调节输出平均功率，而只是根据需要接通或断开电路。,单相交流调压电路分析,一、电阻负载,输出电压与 的关系: 移相范围为0 。 =0时，输出电压为最大， Uo=U1。随a的增大，Uo降低， =时， Uo =0。 与 的关系： =0时，功率因数=1， 增大，输入电流滞后于电压且畸变，降低。,1、工作原理 阻感负载时的移相范围 负载阻抗角： j = arctan(L / R) 晶闸管短接，稳态时负载电流为正弦波，相位滞后于u1的角度为j ； 在用晶闸管控制时，只能进行滞后控制，使负载电流更为滞后，而无法使其超前； =0时刻仍定为u1过零的时刻， 的移相范围应为j 。,图4-2 阻感负载单相交流调压电路及其波形,二、阻感负载,4.1.1 单相交流调压电路,VT1,电流谐波次数和电阻负载时相同，也只含3、5、7等次谐波。 随着次数的增加，谐波含量减少。 和电阻负载时相比，阻感负载时的谐波电流含量少一些。 当a 角相同时，随着阻抗角j 的增大，谐波含量有所减少。,阻感负载,1) 星形联结电路,三相交流调压电路,三相三线，主要分析电阻负载时的情况,根据晶闸管导通情况以及电流是否连续可将0150的移相范围分为以下三种情况： (1)0 60：三管导通与两管导通交替，每管导通180 。但 =0时一直是三管导通 (2)60 90：两管导通，每管导通120 (3)90 150：两管导通与无晶闸管导通交替，导通角度为3002 ,4-10 不同a角时负载相电压波形 a) a =30 b) a =60 c) a =120,交流调功电路,交流调功电路与交流调压电路的异同比较,相同点 电路形式完全相同 不同点 控制方式不同 交流调压电路在每个电源周期都对输出电压波形进行控制。 交流调功电路是将负载与交流电源接通几个周期,再断开几个周期,通过通断周波数的比值来调节负载所消耗的平均功率。,通常控制晶闸管的导通时刻都是在电源电压过零的时刻，这样，在交流电源接通期间，负载电压为正弦波，不会对电网电压造成谐波污染。,4.2.2 交流电力电子开关,概念 把晶闸管反并联后串入交流电路中，代替电路中的机械开关，起接通和断开电路的作用。,优点 响应速度快，无触点，寿命长，可频繁控制通断。,与交流调功电路的区别,并不控制电路的平均输出功率。 通常没有明确的控制周期，只是根据需要控制电路的接通和断开。 控制频度通常比交流调功电路低得多。,4.3 交交变频电路,4.3.1 单相交交变频器,电路构成和基本工作原理,变流电路的换流方式； 掌握电压型逆变电路的波形及计算； 掌握单相电流型逆变电路的波形及计算； 掌握电压型逆变电路和电流型逆变电路的特点；,第5章 逆变电路,1. 器件换流,2. 电网换流,3. 负载换流,利用全控型器件的自关断能力进行换流,（Device Commutation）,（Line Commutation）,由电网提供换流电压称为电网换流 可控整流电路、交流调压电路和采用相控方式的交交变频电路 不需器件具有门极可关断能力，也不需要为换流附加元件,（Load Commutation）,由负载提供换流电压称为负载换流 负载电流相位超前于负载电压的场合，都可实现负载换流 负载为电容性负载时，负载为同步电动机时，可实现负载换流,4. 强迫换流,（Forced Commutation）,设置附加的换流电路，给欲关断的晶闸管强迫施加反向电压或反向电流的换流方式称为强迫换流,通常利用附加电容上储存的能量来实现，也称为电容换流,总共有四种换流方式,1. 器件换流,2. 电网换流,3. 负载换流,4. 强迫换流,换流方式分类,器件换流适用于全控型器件 其余三种方式针对晶闸管 器件换流和强迫换流属于自换流 电网换流和负载换流外部换流 当电流不是从一个支路向另一个支路转移，而是在支路内部终止流通而变为零，则称为熄灭,单相电压型逆变电路的特点,5.2 电压型逆变电路,1）半桥逆变电路,电路构成,工作原理,2) 全桥逆变电路,电路构成和工作原理,三相电压型逆变电路,工作原理,电流型逆变电路主要特点,电流型逆变电路,工作原理与波形分析,多重逆变电路和多电平逆变电路 （思想）,第6章 PWM控制技术,掌握PWM控制的基本原理； 掌握PWM的控制方法； 掌握PWM整流电路的控制方法；,PWM (Pulse Width Modulation)控制就是 脉宽调制技术：即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效的获得所需要的波形（含形状和幅值)。,1）重要理论基础面积等效原理,等幅PWM波,不等幅PWM波,输入电源是恒定直流,输入电源是交流或不是恒定的直流,直流斩波电路,PWM逆变电路,PWM整流电路,斩控式交流调压电路,矩阵式变频电路,基于面积等效原理进行控制，本质是相同的,3）PWM波形分类,6.1 PWM控制的基本思想,PWM波形可等效的各种波形,直流斩波电路,直流波形,SPWM波,正弦波形,等效成其他所需波形，如:,基于“面