广东海洋大学电力电子复习纲要

1、 电力电子技术课程学习纲要1 器件晶闸管SCR：正常导通关断条件：1.正向电压,门极有触发电流。2.反向电压关断；利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降到近于零的某一数值以下。晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用电流定额： I（有效值）=1.57 IT(AV)（IT(AV)-通态平均电流） 全控型 GTO IGBT MOSFET 基本特点：导通关断控制方式，工作频率，容量。 GTO IGBT MOSFET导通： 正压门极触发 UGEUGE(th) UGSUT关断： 门极负脉冲 UGE=0或反压 UGS=0或反压开关器件串联：1. 目的：增大电压容量 2. 问题：均压3. 解决方法：选件同

2、参；并阻均压；强脉冲触发开关器件并联：1. 目的：增大电流容量2. 问题：均流3. 解决方法：选件同参；串均流电抗器；强脉冲触发设备/器件保护：过压 ：阻容，压敏电阻，避雷器，静电屏蔽层过流：熔断器，过流继电器，断路器，电子电路触发电路： 有足够的幅度、陡度、宽度及良好的可靠性、抗扰性、电气隔离性。2整流电路单相全控整流电路R ，RLE负载整流计算波形R：Ud=0.9U2cos+1/2 Id=Ud/R加串L：Ud=0.9U2cos Id=Ud/R I2=IdRLE：Ud=0.9U2cos Id= (Ud-E)/r三相全控整流电路RLE负载整流逆变计算波形Ud=2.34U2cosId=(Ud-E

3、)/(R+Rx) U* U*=Ud-Rx*IdP=U*Id=0.955cos轻载断流影响: 平均值Ud增大；断流升压对电机调速不利-相当出现电压扰动。控制角输出Ud与功率因数关系： 越小，Ud越高，功率因数越高。单相三相全波整流器时交直流侧谐波（次数）单相：交流侧- n=2k+1=3,5,7谐波 直流侧-2倍次谐波（a =0）三相：交流测-n=6k1=5,7,11.次谐波直流侧-6倍次谐波（a =0）a 不为0- a 越近90谐波幅值越大交流漏感影响：出现换相重叠角 ，整流输出电压平均值Ud降低。（可等效为内阻电路）。多重化整流电路作用多重-多组串并联目的: 减小交直流谐波； 提高功率因数。整

4、流电路的有源逆变整流器输出负电压(电流恒正)-输出负功率直流功率-交流功率。逆变直流-交流。无源逆变 变流侧为负载。有源逆变 交流侧为电网。 电路:可输出负电压的整流电路。逆变的条件(1)有直流电动势E，其极性和晶闸管导通方向一致(2)有足够大的平波电抗(3) 90，使Ud为负值。=180-=090时,称逆变角逆变失败的原因1.触发电路工作不可靠，如脉冲丢失、脉冲延时等，致使晶闸管不能正常换相。2.晶闸管发生故障，该断时不断，或该通时不通。3.交流电源缺相或突然消失。4.换相的裕量角不足，引起换相失败。逆变失败（颠覆）逆变时，由于换相失败，Ud升高使Id急剧升高。有源逆变在直流输电、新能源发电

5、的应用直流可逆调速, 交流绕线机调速, 高压直流输电。晶闸管直流电动机系统：R较小, id大变化只引起n的小变化-硬特性。电流断续时特性变软, Id小变化引起n大变化。等效: Udo增加 (几倍), R大增 (十几,几十倍),不利于调速。3斩波器基本降压、升压斩波器电路；电流路径，电压电流波形降压斩波器电路 升压斩波电路 升、降、升降压型斩波器基本计算公式降压斩波电路：输出电压平均值Uo=E +Em (io不连续) =E (io连续)负载电流平均值：Io=(Uo-Em)/R 升压斩波电路：电路-利用L电势升压 电压:Uo=E/=E/(1-)电流： Io=Uo/R E*ILUo*Io IL(Uo

6、/E)Io=Io/注意:如负载开路,C将充电至很高电压升降压斩波电路： Uo=(/)E=E/(1-) =00.5: Uo E 断流影响: 电流断续则Uo被抬高实验四象限斩波器电压电流波形多重化斩波器作用脉波频率升高,有利滤波平稳电流 可增大输出容量 可冗余备用,提高抗故障能力。4 交交变流相控调压电路、输出电压功率与功率因数关系输出电压与 a 的关系： a U0 l与a 的关系： a 0功率因数 l1 a ，输入电流滞后且畸变l 。单相调压电阻负载基本波形,计算(=6090): 0 60 90P/Pm: 100% 80% 50%I/Im=U0/Ui 100% 90% 70.7%Pm为全导通功率

7、，Im为全导通电流Pm=U2/R P=I2/R三相Y/Y交流调压基本特点：器件导通数，输出电压波形与谐波1.VT1、3、5导通，a，b，c正压VT2、4、6导通，a，b，c反压 2.触发脉冲：双脉冲或宽脉冲触发 顺序 1,2,3,4,5,6.间隔60o 3.初始靠线电压导通，其0压点超前相电压30 o，故0150（以相压0点为的0点） 注：负载相电压=电源相电压 -三(管)相导通 负载相电压=电源线电压/2 -二(管)相导通(1) 0 o a 60 o：三管导通与两管导通交替;VT导通顺序:561，61（Uc=0，5断） (2）60 oa 90 o：2管导通；VT1通时uc回0,VT5断两管导

8、通,每管导通120(3)90a 交流电有源逆变-交流侧接电网无源逆变-交流侧接负载 换流电流从关断支路向导通支路的转移，也称为换相。换流方式分类: 1)器件换流-自关断换流2)电网换流-电网提供负电压关断晶闸管。例：整流与有源逆变电路。 3)负载换流-电流相位超前电压的容性负载,可负压关断晶闸管4)强迫换流-设置附加LC等电路，关断晶闸管。电压电流型逆变电路特点 电压型逆变电路特点：(1)直流侧：电压源或并联大电容，电压恒稳。 (2)输出交流侧：电压为阶梯波,电流(RL负载)近正弦波。 (3)阻感负载功率通道： 有功通道-V,感性无功通道-VD, 无功返直流源或C缓冲。电流型逆变电路特点：(1

9、)直流侧：串大电感，近电流源，电流平稳。 (2)交流侧: 电流为矩形波,负载（并电容）电压近正弦波 (3)负载的容性无功由负电压反馈到直流侧,由电感缓冲，不需逆导二极管。三相电压型输出线相电压波形多重与多电平逆变电路作用改进输出电压电流波形,减小谐波6 PWM含义：脉冲宽度调制技术其基本原理：冲量面积U*T等效原理PWM控制方法（1）计算法（2）调制法：1.三角载波调制法特点:较精确, 重心自动跟随 ,易于硬件实现， 难于软件实现。 2.中点采样法（规则采样法）特点：易软件实现，精度稍低，相位(重心)不能跟随。异步调制：异步调制-fc 不变， N 随fo 变载波与调制波不同步N整数时,uo的1

10、,1/2,1/4周的脉冲都不对称。当fo较低时，N 较大-低频模拟性能较好。当fo增高时，N 减小-高频模拟性能较差。 同步调制：载波与调制波保持同步,N=常数fo很低时， fc也低, 脉冲过宽,电流转矩脉动大-对称性,高频性能好,低频差 分段同步调制：可兼顾对称性与高低频性能。也可低频异步调制，高频同步调制，和分段同步效果接近。SPWM载波调制法特点, 空间矢量法特点 特点：每周期两点采样确定脉冲宽度和重心-较精确，重心自动跟随，难于软件实现。 空间矢量法特点：空间向量相电压方程：dS /dt = US - iS *R US s =a+b+c（s正弦分布，空间旋转）设控制周期Tc，控制方程s

11、 Us*Tc（用Us控制跟随*圆转）SPWM 频谱，谐波影响PWM整流电路特点：升压斩波器性质，可调有功无功PWM滞环电流控制：电路，控制方式，响应，谐波单相电流控制PWM整流电路，APFC电路滞环控制方式1)滞环控制PWM电流跟踪2)三相电流跟踪型PWM逆变器滞环比较方式的电流跟踪型PWM变流电路的特点 （1）硬件电路简单； （2）属于实时控制方式，电流响应快；（3）不用载波，输出电压波形中不含特定频率的谐波分量；（4）和计算法及调制法相比，相同开关频率时输出电流高次谐波含量较多；（5）属于闭环控制（这是各种跟踪型PWM变流电路的共同特点）PWM整流电路有升压斩波特性,输出Ud交流峰值电压单

12、相整流UI环APFC中i过大时,i0 ,VT应关断,UVT= UdPWM斩波器实验电压电流波形SPWM变频器实验电流电压波形7 软开关电路变流设备高频化优点与问题 优点：小型化。 问题：开关损耗、电磁干扰增大。 解决：软开关技术: 降低开关损耗和开关噪声；进一步提高开关频率。 理想软开关特点 零压导通，零流关断-开通和关断0损耗0噪声，但电路复杂。常用软开关特点 0压开关- 导通：0损耗0噪声； 关断：小损耗小噪声。0压软开关特点，实现的基本电路与控制 0压开关常用电路 开关并C； 反并D ； 配合外部L等电路 0压关断: 0压导通: 降du/dt LC等电路先导通D8 组合变流电路 基本的变流电路：AC/DC、DC/DC、AC/AC和DC/AC-四大类。组合变流电路含义：基