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电力电子技术教案 电力电子技术教案应用电子技术教研室电力电子技术教案第1讲:绪论1什么是电力电子技术2电力电子技术发展概况3电力电子技术的应用4课程内容、任务及要求第1章电力电子器件1.1电力电子器件概述讲述电力电子器件的特征、发展以及分类1.2电力二极管1.PN结与电力二极管的工作原理电力二极管的基本特征重点掌握动态特性的关断特性和开通特性电力二极管的主要参数快速恢复二极管第2讲:1.3晶闸管1.晶闸管的结构与工作原理PNPN四层三端结构重点掌握晶闸管的开通、关断条件2.晶闸管的基本特征静态特性和门极伏安特性,重点掌握动态特性的开通和关断过程3.晶闸管的主要参数电压定额电流定额选取SCR电流额定值时,依有效值相等的原则选取动态参数di/dt,dv/dt门极参数4.晶闸管的派生器件第3讲:1.4典型全控型器件门极可关断晶闸管GTO重点掌握与普通晶闸管设计的不同全控型器件动态特性注意关端过程的储存时间最大可关端阳极电流电流关断增益2.电力晶体管GTR采用达林顿接法大容量二次击穿问题电力场效应晶体管MOSFET用栅极电压来控制漏极电流垂直导电机制体内反并联二极管栅源电压大于20V将导致绝缘层击穿,并联15V稳压管保护绝缘栅双极晶体管IGBT体内寄生PNP晶体管带来电导调制机制擎住效应(动态、静态)1.6电力电子器件的驱动分为电流型和电压型器件的驱动晶闸管触发电路的要求电力MOSFET的驱动电路1.7电力电子器件的保护过电压保护过电流保护缓冲电路(吸收电路)第4讲:第2章整流电路本章强调波形分析方法2.1单相可控整流电路2.1.1单相半波可控整流电路存在直流磁化问题,很少应用阻性负载电路工作原理与工作波形数量关系(Ud、Id、IVT)阻感负载理解关键:电感对电流变化有抗拒作用电路工作原理与工作波形电路特点带续流二极管时工作情况2.1.2单相桥式全控整流电路阻性负载阻感性负载反电动势负载电路特点注意停止导电角概念2.1.3单相全波可控整流电路注意与单相桥式全控整流电路的不同点2.1.4单相桥式半控整流电路带续流二极管工作,否则会发生失控现象,相当于单相半波不可控电路第5讲:2.2三相可控整流电路2.2.1三相半波可控整流电路存在直流磁化问题,输出电压波形一周期脉动3次阻性负载(1)原理分析与工作波形注意自然换向点,=30o(2)数量关系移相范围150o,30o,输出电压、电流断续阻感负载原理分析与工作波形由于存在电感,使输出电流连续,输出电压出现负值数量关系移相范围90o第6讲:2.2.2三相桥式全控整流电路不存在直流磁化问题,输出电压波形一周期脉动6次特别注意:输出电压在线电压波形上注意管子排列序号自然换向点在线电压60o处阻性负载(1)=0o、=30o、=60o工作波形(2)同时导通的2个晶闸管均有触发脉冲宽脉冲触发双窄脉冲触发(3)重要分析结论(4)数量关系阻感负载(1)原理分析与工作波形由于存在电感,使输出电流连续,输出电压出现负值(2)数量关系移相范围90o第7讲:2.3变压器漏抗对整流电路的影响换向重叠现象换向压降换向重叠角的计算2.5整流电路的谐波和功率因数2.5.1谐波和无功功率分析基础谐波分析的基础功率因数的基本概念2.5.2带阻感负载时可控整流电路交流侧谐波和功率因数分析讲述单相桥式第8讲:2.5.3整流输出电压和电流的谐波分析结论:含有m的倍数次谐波随谐波次数增加,谐波幅值下降增加m,可使谐波含量减少2.6大功率可控整流电路2.6.1带平衡电抗器的双反星形可控整流电路电路形式平衡电抗器的作用及电路工作原理输出电压波形及其平均值关于平衡电抗器数值的选取结论第9讲:整流电路的有源逆变工作状态2.7.1逆变的概念什么是逆变?为什么要逆变?直流发电机电动机系统电能的流转有源逆变产生的条件及逆变工作原理2.7.2三相有源逆变电路自然换相点同整流一样,只是在负半周90o,输出电压为负值,工作于逆变状态三相半波逆变工作原理三相桥式逆变工作原理从自然换相点向左数角度,画输出电压波形第10讲:2.7.3逆变失败及最小逆变角限制何为逆变失败?原因?脉冲丢失、脉冲延迟晶闸管发生故障交流电源异常换向裕量角不足最小逆变角的限制2.8晶闸管直流电动机系统2.8.1工作于整流状态时负载电流连续时电动机的机械特性负载电流断续时电动机的机械特性2.8.2工作于逆变状态时负载电流连续时电动机的机械特性负载电流断续时电动机的机械特性第11讲:2.8.3直流可逆电力拖动系统两组变流器的反并联可逆电路每组变流器都有2种工作状态整流和逆变正反两组有4种工作状态电动机4象限运行2.9相控电路的驱动控制2.9.1同步信号为锯齿波的触发电路同步环节锯齿波形成环节移相控制环节第12讲:脉冲形成与放大环节强触发与隔离输出环节双窄脉冲形成环节脉冲封锁环节2.9.3触发电路的定相同步电压滞后于主电路电压180o,即满足晶闸管对同步的要求确定整流变压器和同步变压器的接法,即可选定每一晶闸管的同步信号第13讲:第3章直流斩波电路3.1基本斩波电路3.1.1降压斩波电路电路拓扑工作原理分析三种控制方式电路解析,注意使电流连续的最小电感值3.1.2升压斩波电路电路拓扑工作原理分析升压斩波电路的典型应用3.1.3升降压斩波电路和CuK斩波电路此两种电路输出与输入电压极性相反Boost-Buck电路稳态时,电感电压在一周期的平均值为零CUK斩波电路稳态时,电容电流在一周期的平均值为零第14讲:3.2复合斩波电路和多相多重斩波电路3.2.1电流可逆斩波电路1.V1和VD1构成降压斩波器2.V2和VD2构成升压斩波器3.两斩波器交替工作3.2.2桥式可逆斩波电路视为两个电流可逆斩波电路的组合3.2.3多相多重斩波电路注意相数和重数的概念习题课:讲解第1、2章作业第15讲:实验1第16讲:实验2第17讲:实验3第18讲:第4章交流电力控制和交交变频电路4.1交流调压电路4.1.1单相交流调压电路阻性负载阻感负载负载电流分解为稳态分量和暂态分量,得出结论:时,;时,斩控式交流调压电路4.1.2三相交流调压电路相当于3个单相交流调压电路的组合6只晶闸管触发顺序,脉冲间隔60o画o时a相负载电压波形第19讲:4.2其它交流电力控制电路4.2.1交流调功电路4.2.2交流电力电子开关4.3交交变频电路4.3.1单相交交变频电路电路构成和基本工作原理整流与逆变工作状态由i0决定哪组晶闸管工作由io和u0方向决定整流或逆变第20讲:输出正弦波电压的调制方法注意余弦交点法求交点法的基本公式输入输出特性输出上限频率输入功率因数4.3.2三相交交变频电路三相交交变频电路的主电路联结方式公共交流母线进线方式输出星形联结方式输入输出特性输出上限频率和输出电压谐波输入电流谐波输入功率因数第21讲:逆变电路5.1换流方式5.1.1逆变电路的基本工作原理5.1.2换流方式分类器件换流电网换流负载换流强迫换流5.2电压型逆变电路注意电路特点5.2.1单相电压型逆变电路半桥逆变电路第22讲:2.全桥逆变电路视为两个半桥电路的组合两对桥臂交替180o导通3.电压型逆变电路输出电压的调节方式调节直流侧电压移相控制PWM调压控制方式4.带中间抽头变压器的逆变电路5.2.2三相桥式电压型逆变电路视为三个半桥组合而成,负载星形联结基本工作方式为180o导电方式注意电路特点简单的定量分析分析线电压和相电压的有效值、基波幅值和谐波第23讲:5.3电流型逆变电路注意电路特点5.3.1单相电流型逆变电路工作原理重点理解换流过程、保证可靠换流的条件换相时间、反压时间、触发引前角及相位超前角定量分析输出电流负载电压有效值和直流电压的关系关于逆变工作频率他励方式自励方式第24讲:5.4多重化逆变电路和多电平逆变电路5.4.1多重逆变电路以二重单相电压型逆变电路为例5.4.2多电平逆变电路三电平逆变电路通过二极管导通,把U(V、W)点电位箝位在输入电压中点电位输出波形接近正弦波,抑制谐波第6章PWM控制技术6.1PWM控制的基本原理PWM控制的理论支持PWM波脉冲列第25讲:6.2PWM逆变电路及其控制方法6.2.1计算法和调制法计算法调制法调制信号载波信号控制原理单极性控制双极性控制三相桥式PWM逆变电路第26讲:特定谐波消去法目的是消除特定次谐波,尤其低次谐波如果输出电压半周期开通、关断各K次,则可消去K-1个频率的特定谐波6.2.2异步调制和同步调制载波比定义异步调制同步调制基本同步调制分段同步调制6.2.3规则采样法自然采样法规则采样法后者比前者计算量小得多,而二者效果接近第27讲:实验4第28讲:6.3PWM跟踪控制技术属于闭环控制6.3.1滞环比较方式使用滞环逻辑控制器,控制精度高,实时控制6.3.2三角波比较方式无一定的环宽,控制精度低6.4PWM整流电路及其控制方法6.4.1PWM整流电路的工作原理单相PWM整流电路单相全桥PWM整流电路理解工作原理结论:通过改变整流桥交流输入端电压的相位和幅值,使交流电流超前于交流电压的相位为任意角度,可以实现三相PWM整流电路第29讲:6.4.2PWM整流电路的控制方法实现整流目标:=1的控制方法间接电流控制仅直流电压环计算功能用到电路参数,影响控制效果直接电流控制直流电压闭环加交流电流闭环响应速度快,稳定性好软开关技术7.1软开关的基本概念7.1.1硬开关与软开关采用软开关,使开通和关断功率损耗为零7.1.2零电压开关与零电流开关7.2软开关电路的分类准谐振电路零开关PWM电路零