电力电子技术整流总结

1 / 38 电力电子技术整流总结 电力电子技术常见的整流电路特点总结 单相半波可控整流 带电阻负载的工作情况： a u 1i R d b c d 2 / 38 e 电阻负载的特点：电压与电流成正比，两者波形相同。 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 a 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，用 表示 。 直流输出电压平均值： 1Ud? 2? ? ? 2U21?cos? 2U2sin?td(?t)?(1?cos?)? 3 / 38 2?2 (3-1) VT的 a 移相范围为 180? 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。 带阻感负载的工作情况： b c d e f 4 / 38 阻感负载的特点：电感对电流变化有抗拒作用，使得流过电感的电流不发生突变。 续流二极管 数量关 系： IdVT ?Id 2? 12? IVT?IdVDR ? ?Id(?t)?2?Id ? 5 / 38 2d ?Id 2? 12? IVDR? ? 2? ? Id(?t)?Id 2? 2 6 / 38 d a b c d e i f g V 单相半波可控整流电路的特点： 1 VT的 a 移相范围为 180?。 7 / 38 2.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。 3.实际上很少应用此种电路。 4.分析该电路的主要目的建立起整流电路的基本概念。 单相桥式全控整流电路 带电阻负载的工作情况 : b u c d V 图 3-5 单相全控桥式 带电阻负载时的电路及波形 8 / 38 数量关系： 1?22U21?cos?1?cos?Ud?2U2sin?td(?t)? ?22 a 角的移相范围为 180?。向负载输出的平均电流值为： Ud22U21?cos?U21?cos?Id? R?R2R2 流过晶闸管的电流平均值只有输出直流平均值的一半，即： (3-11) IdVT 1U21?cos?Id? 9 / 38 流过晶闸管的电流有效值： IVT 1? 2? ? 1 ? ( 2U2U1? sin?t)2d(?t)?2sin2?R?2R2? 变压器二次测电流有效值 I2与输出直流电流 I有效值相等： 10 / 38 2U2U22 ? 1? I?I2?(Rsin?t)d(?t)?R 2?sin2?IVT ?1 2I 不考虑变压器的损耗时，要求变压器的容量 S=U2I2。 2）带阻感负载的工作情况 : i V i VTu 11 / 38 V b) 总结 晶闸管 ? 晶闸管结构、电气符号及工作原理 ? 晶闸管静态伏安特性，电压数量关系 ? 了解 SCR 动态特性，掌握上升时间和下降时间的定义与影响 ? 掌握 SCR 正常导通条件，维持导通条件与关断条件， SCR非正常导通的情况 ? 掌握电流定额，定义、计算 ? 维持电流与擎住电流关系 ? 掌握 SCR 动态参数 du/dt 与 di/dt 1. 处于阻断状态的晶闸管，只有在阳极 ，且在门极12 / 38 加正向触发电压时，才能使其开通。 2. 造成在不加门极触发控制信号，即能使晶闸管从阻断状态转为导通状态的非正常转折有二种因素。一是阳极的电压上升率 du/dt太快，二是 。 3. 晶闸管变流器主电路要求触发电路的触发脉冲应具有一定的宽度，且前沿尽可能 。 4晶闸管，若断态 du/dt 过大，就会使晶闸管出现 _，若通态 di/dt过大，会导致晶闸管 _。 5对于同一晶闸管，维持电流 IH 与擎住电流 IL 的关系是( ) 6.试简述晶闸管导通的条件？维持晶闸管导通的条件是什么？怎样才能使晶闸管由导通变为关断？ 6.比较晶闸管几个电压参数的大小，反向击穿电压 URO 反向断态不重复峰值电压 URSM，反向断态不重复峰值电压URSM 反向断态重复峰值电压 URRM。 13 / 38 7.已经导通了的晶闸管可被关断的条件是流过晶闸管的电流 GTO 总结 ? ? ? ? 了解 GTO 的结构构成 了解 GTO 的工作原理 电流关断增益 off 定义 1.可关断晶闸管，的电流关断增益off 的定义式为 GTR 总结 ? ? ? 了解 GTR的结构 与工作原理 了解 GTR的静态与动态特性 掌握 GTR的二次击穿现象与安全工作区 SOA 14 / 38 ? 1.功率晶体管的安全工作区由以下四条曲线限定 :集电极 -发射级允许最高击穿电压线，集电极最大允许直流功率线，集电极最大允许电流线和 ( ) 基极最大允许直流功率线 基极最大允许电压线 临界饱和线 二次击穿触发功率线 2. 功率晶体管 GTR 从高电压小电流向低电压大电流跃变的现象称为 ( ) A.一次击穿 B.二次击穿 C.临界饱和 D.反向截止 3.功率晶体管缓冲保护电路中的二极管要求采用快恢复二极管，以便与功率晶体管的开关时间相配合。 对基极驱动电路的要求是什么？ 5.什么叫 GTR的一次击穿 ?什么叫 GTR的二次击穿 ? 15 / 38 MOSFET 总结 ? ? ? ? MOS结构与工作原理 MOS的 转移特性与输出特性，转移特性的实质 MOS的动态特性，及相关参数 MOS的安全工作区 IGBT 总结 ? 了解 IGBT 结构与原理 ? 静态特性与动态特性 ? IBGT的擎住效应与安全工作区 ? 16 / 38 ? 电力电子器件的驱动、保护与串并联应用 总结 ? 常用的电气隔离手段 ? SCR 触发电路应满足的要求 ? 电流型驱动与电压型驱动的特点 ? 过压保护的种类 ? 缓冲电路的基本思想 ? SCR 串并联使用注意问题 1. 晶闸管变流器主电路要求触发电路的触发脉冲应具有一定的宽度，且前沿尽可能 。 2. 晶闸管串联时，给每只管子并联相同阻值的电阻 R 是_措施。 17 / 38 判断题 3、晶闸管并联使用时，必须注意均压问题。 单相半波可控整流 总结 ? ? ? ? ? ? 带电阻性负载工作原理，波形分析、 SCR电压分析 输出直流电压的平均值计算 的移相范围，最大值与最小值 大电感负载的工作原理，波形分析、 SCR 电压分析 分段线性等效分析方法 的移相范围，输出电压、电流等计算 单相桥式全控整流 总结 18 / 38 ? ? ? ? 带电阻性负载工作原理，波形分析、 SCR承受电压分析 输出直流电压的平均值计算，波形绘制 的移相范围， SCR 导通角 大电感负载的工作原理，波形分析、 SCR电压分析， 的移相范围， SCR导 通角 ? 的移相范围，输出电压、电流等计算，波形绘制 ? 反电势负载 波形，停止导通角 单相全波可控整流 总结 19 / 38 ? 工作原理 ? SCR 承受电压分析 ? 与桥式全控的异同点 单相桥式半控 整流 总结 ? 大电感负载，工作原理 ? 二极管的作用 ? 输出电压波形的特点 1. 单相全控桥式反电动势负载电路中，当控制角 大于停止导通角 时，晶闸管的导通角 = 。 2.单相全波可控整流电路中，晶闸管承受的最大反向电压为流电路中，晶闸管承受的最大反向电压为 。 3. 单相半波可控整流电路中，晶闸管可能承受的反向峰值电压为 20 / 38 U2 4.单相全控桥式整流大电感负载电路中，控制角 的移相范围是 ( ) 90 180 180 360 5. 半控桥整流电路，大电感负载不加续流二极管，输出电压波形中没有负向面积。 ( ) 6.在单 相半波可控整流大电感负载有续流二极管的电路中，晶闸管的控制角 的最大移相范围是多少？晶闸管的导通角、续流二极管的导通与 关系如何？ 7. 单相全控桥式整流电路接大电感负载。已知 R=10 ，=45 ， U2=100V，试计算： 计算输出整流电压 Ud，输出电流平均值 Id； 计算晶闸管电流 的有效值 IV1; 21 / 38 按裕量系数 2确定晶闸管的额定电流。 8.现有单相半波、单相桥式、三相半波三种整流电路带电阻性负载，负载电流 Id都是 40A，问流过与晶闸管串联的熔断器的平均电流、有效电流各为多大 ? 9. 单相全控桥式有源逆变电路，变压器二次电压交有效值U2=200V，回路总电阻 R= 平波电抗器 L足够大，可使负载电流连续，当 =450 ， Ed=-188V时，按要求完成下列各项： 画出输出电压 Ud的波形； 画出晶闸管的电流波形； 计算晶闸管电流的平均值。 三相半波可控整流 总结 电阻性负载 原理，波形分析与绘制、 SCR承受电压 22 / 38 输出直流电压的平均值计算 的移相范围，电流连续与断续的临界值 大电感负载的工作原理，波形分析、 SCR电压分析 的移相范围，输出电压、电流等计算 三相桥式全控整流 总结 电阻性负载 原理，波 形分析与绘制、 SCR承受电压 输出直流电压的平均值计算 的移相范围，电流连续与断续的临界值 三相桥式全控整流的特点 大电感负载的工作原理，波形分析、 SCR电压分析 23 / 38 的移相范围，输出电压、电流等计算 变压器漏感对整流电路的影响 总结 ? 以三相半波可控整流为例分析换相重叠角与换相压降 ? 换相重叠角与控制角、导 通角、输出电流之间的关系 ? 换相压降与哪些参数有关系 1. 三相全控桥式有源逆变电路，每个晶闸管导通角 1200，每隔 产生一次换相。 2.要使三相全控桥式整 流电路正常工作，对晶闸管触发方法有两种，一是用 触发；二是用 触发。 3对于三相半波可控整流电路，换相重叠角的影响，将使用输出电压平均值 。 24 / 38 4. 为 度时，三相桥式全控整流电路，带电阻性负载，输出电压波形处于连续和断续的临界 状态。 A、 0度。 B、 60度。 C、 30度。 D、 120度 5.三相半波可控整流电路的自然换相点是 ( ) A.交流相电压的过零点 B.本相相电压与相邻相电压正半周的交点处 C.比三相不控整流电路的自然换相点超前 30 D.比三相不控整流电路的自然换相点滞后 60 6.三相全控桥式整流电路，阻性负载，控制角 的最大移相范围是 0 ( ) 7.三相半波可控整流电路，阻性负载，导通角 的最大变化范围是 0 ( ) 25 / 38 8. 有一个三相全控桥整流电路如图所示。已知电感负载 L=, =300, R=4, 变压器二次相电压 U2=220V。试画出 Ud的波形，计算负载的平均整流电压 Ud和负载电流 Id,计算晶变压器二次电流的有效值 I2。 整流电路的有源逆变工作状态 总结 ? 有源逆变的概念，与无源逆变的区别 ? 直流发电机与直流电动机之间的电能流转 ? 产生逆变的条件 ? 逆变角与控制角的关系 ? 逆变失败的原因 ? 最小逆变角限制与取值 26 / 38 1.确定最小逆变角 min 要考虑的三个因素是晶闸管关断时间 taf所对应的电角度 ，安 全裕量角 和 。 2. 三相全控桥式变流电路工作于有源逆变 状态，处于关断状态时晶闸管承受反向电压期间对应的电角度为 120 120 - 180 3. 三相全控桥式变流电路工作于有源逆变状态，输出电压平均值 Ud 的表达式是 Ud= - Ud= Ud= Ud= - 判断： 4、无源逆变指的是把直流电能转变成交流电能回送给电网。 5、 实现有源逆变必须满足哪些必不可少的条件？ 6、有源逆变最小逆变角受哪些因素限制，为什么？ 27 / 38 7三相全控桥式有源逆变电路如图所示，变压器二次侧相电压有效值 U2=220V，回路总电阻 R= ，平波电抗器 L 足够大，可使负载电流连续，若 Ed=-280V，要求电机在制动过程中的负载电流 Id=，试回答下列各题： 求出此时的逆变控制角 ； 计算变压器二次侧的总容量 S2。 8设交流电源相电压 U2=220V，变流器为三相全控桥式电路，R= ， L 。试求当电动机在提升重物时，负载电流Id=200A，反电势 E=180V 时，变流器的控制角应为 何值 ?变流器处于何种工作状态 ?又当电机在降落重物时，起制动作用的负载电流 Id=200A，与电机转速相对应的电势 E=180V，试求此时变流器的控制角应为何值 ?并分析能量传输关系。 1设交流电源相电压 U2=220V，变流器为三相全控桥式电路，R= ， L 。试求当电动机在提升重物时，负载电流Id=200A，反电势 E=180V 时，变流器的控制角应为何值 ?变流器处于何种工作状态 ?又当电机在降落重物时 ，起制动作用的负载电流 Id=200A，与电机转速相对应的电势 E=180V，试求此时变流器的控制角应为何值 ?并分析能量传输关系。 28 / 38 2有一个三相全控桥整流电路如图所示。已知电 感负载 L=， =300 ， R=2 ，变压器二次相 电压 U2=220V。试画出 Ud的波形，计算负载的 平均整流电压 Ud和负载电流 Id，计算晶变压器二 次电流的有效值 I2。 3三相全控桥式整流电路带大电感负载， L 值极 大，负载电阻 Rd=4 ，要求 Ud从 0220V之间 变化。试求： 不考虑控制角裕量时，整流变压 器二次侧线电压； 计算 晶闸管电压、额定电流 值。 4三相全控桥式有源逆变电路如图所示，变压器二次侧相29 / 38 电压有效值 U2=220V，回路总电阻 R= ，平波电抗器 L 足够大，可使负载电流连续，若 Ed=-280V，要求电机在制动过程中的负载电流 Id=，试回答下列各题： 求出此时的逆变控制角 ； 计算变压器二次侧的总容量 S2。 电力电子技术总结 1 晶闸管是三端器件，三个引出电极分别是阳极，门极和阴极。 2 单向半波可控整流电路中，控制角 最大移相范围是0180 3 单相半波可控整流电路中，从晶闸管开始导通到关断之间的角度是导通角 4 在电感性负载三相半波可控整流电路中，晶闸管 承受的最大正向电压为 6U2 30 / 38 5 在输入相同幅度的交流电压和相同控制角的条件下，三相可控整流电路与单相可控整流电路比较，三相可控可获得较高的输出电压 6 直流斩波电路是将交流电能转化为直流电能的电路 7 逆变器分为有源逆变器和无源逆变器 8 大型同步发电机励磁系统处于灭磁运行时，三相全控桥式变流器工作于有源逆变 9 斩波器的时间比控制方式分为点宽调频，定频调宽，调宽调频三种 10 DC/DC 变换的两种主要形式为斩波电路控制型和直交直电路 11 在三相全控桥式变流电路中，控制角和逆变角的关系为+= 12三相桥式可控整流电路中，整流二极管在每个输入电压基波周期内环流次数为 6 次 13 在三相全控桥式整流逆变电路中，直流侧输出电压 Ud=- 31 / 38 14 在大多数工程应用中，一般取最小逆变角 的范围是=30 15 在桥式全控有源逆变电路中，理论上你逆变角 的范围是 030 16单相桥式整流电路能否用于有源逆变电路中 是 17改变 SPWM逆变器中的调制比，可以改变输出电压的幅值 电流型逆变器中间直流环节贮能元件是大电感 19三相半波可控整流电路能否用于有源逆变电路中？ 能 20 在三相全控整流电路中交流非线性压敏电阻过电压保护电路的连接方式有星型和三角形 21 抑制过电压的方法之一是用储能元件吸收可能产生过电压的能量，并用电阻将其消耗 22 为了利用功率晶闸管的关断，驱动电流后延应是一个负脉冲 23 180 导电型电压源型三相桥式逆变电路，其换相是在32 / 38 同一桥臂的上下两个开关元件之间进行 24 改变 SPWM 逆变器的调制波频率，可以改变输出电压的基波频率。 25 恒流驱动电路中抗饱和电路的主要作用是减小器件的存储时间，从而加快关断时间。 26 在三相全控桥式整流电路单脉冲触发方式中，要求脉冲宽度大于 60 27整流电路的总的功率因数 P/S 28 PWM跟踪控制法的常用的有滞环比较方式和三角波比较方式 29 单相 PWM 控制整流电路中，电源 IsY 与 Us 完全相位时，该电路工作在整流状态 30 PWM 控制电路中载波比为载波频率与调制信号之比 Fc/Fr 31 电力电子就是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术，是应用于电力领域的电子技术，主要用于电力变换。分为电力电子器件制造技术和变流技术 33 / 38 32电力电子系统由主电路，控制电路，检测电路，驱动电路和保护电路组成。 33整流电路：将交流电能变成直 流电能供给直流用电设备的变流装置。 34逆变电路定义：把直流电逆变为交流电的电路 35有源逆变电路：将交流侧和电网连接时的逆变电路，实质是整流电路形式。 36无源逆变电路 ：将交流侧不与电网连接，而直接接到负载的电路。 逆变电路分类：为电压型逆变电路和电源型逆变电路 38 PWM控制定义：脉冲宽度控制技术 39 SPWM 波形： PWM 波形脉冲宽度按正弦规律变化，与正弦波等效时。 40异步调制：载波信号和调制信号不保持同步的调制方式，即 N 值不断变化。 41 控制方式：保持载波频率 Fc 固定不变，这样当调制信号34 / 38 频率 Fr变化时，载波比 N 试变化的 42同步调制：在逆变器输出变频工作时，使载波与调制信号波保持同步的调制方式，即改变调制信号波频 率的同时成正比的改变载波频率，保持载波比 N 等于常数。 43分段同步调制：把逆变电路的输出频率范围划分成若干个频段，每个频段内保持载波比 N为恒定，不同频段内的载波比不同。 电力电子技术课程总结 截止到第十七周，意义非比寻常的电力电子技术课程就要结束了，本人对这门课程开始就是心怀重视态度对待它，奈何一看教学模式竟然是考查，然后又见到旁边那么多的同学都是采取消极的态度，所以本人的态度也是一落千丈，至此就是心情好时就听老师讲，心情不好抑或是有其他比较有趣的事情的时候就干自己的事情去了，虽然偶尔也会忌惮于老师的发威而艰难的将眼睛往黑板上挪，但心中始终想的是自己的事情，好了，废话不扯了，还是说正事吧，以下就是我本人对电力电子的一些想法和理解以及从网上了解的相关应用，当 然这些仅仅只是从我听了课的那几次课来介绍，其他35 / 38 没有介绍的请见谅 (原因就不多说了哈 )。 首先解释一下，什么是电力电子技术。书本上如是说：电力电子技术就是应用于电力领域的电子技术。我理解是，就是强电模块的电力和弱电模块的电子相结合从而形成的一门新兴技术，主要是由电力学，电子学以及控制理论三个学科相互交叉相互补充而成的，已经成为现代电气工程与自动化专业不可缺少的一门专业基础课程。 然后就是介绍一些相关的但是比较重要的电力电子器件。首先是种类： 不可控器件 半控型器件 (SCR) 开通条件、关断条件 全控型器件 (GTO、 GTR、 MOSFET、 IGBT) 其中器件的典型代表就是晶闸管，谈到晶闸管必须讨论一下这原件的两个主要功能：整流和续流。我只介绍关于整流方面的相关类容。经过 36 / 38 VT 我的听课，整流电路是电路中保证稳定的一个必要因素，也是不可缺少的因素，由于可控元件的不同导致导通角和关断角都会不一样，至于工作原理，波形以及管压降就请自行查阅相关书本。整流电路中存在几种特殊的状态依次是：逆变；整流以及无环流。整流电路又可以分为 几种类型分别是：单相半波整流电路、单相桥式全控整流电路、单相全波可控整流电路、单相桥式半控整流、电路三相半波可控整流电路、三相桥式全控整流电路 ，其中整流电路的负载又有以下三种：电阻、阻感、反电势。下面仅仅附上最简单的单相半波可控整流电路的电路原理图，其他相关波形请查阅书本。 T 单 相半波可控整流电路如右 U1 图所示： idUd U2 UVT UVTR 除了整流电路之外，比较重要的电力电子概念就是斩波电路，斩波，顾名思义就是将波形斩断，做到输出可调，其中的直流斩波电路又有升压和降压两种。牵涉到的相关