电力电子技术总复习(自动化专业适用)

1、电信工程学院 总复习 1电力电子技术电力电子技术的的3大支柱大支柱电力电力电子技术电子技术电力电力电子器件电子器件电力电子电力电子变流电路变流电路控制技术控制技术电信工程学院 总复习 2电力电力电子技术电子技术电力电力电子器件电子器件电力电子电力电子变流电路变流电路控制技术控制技术电信工程学院 总复习 3电力电子系统组成及各部分的功能电力电子系统：由电力电子系统：由控制电路、驱动电路和以电力电子器件为核心的主电路及缓冲保护电路组成 电力电子器件在实际应用中的系统组成控制电路检测电路驱动电路RL主电路V1V2锁闭电路电信工程学院 总复习 4能处理的电功率大，即器件承受电压和电流的能力大。 电力电

2、子器件一般都工作在开关状态开关状态。实用中，电力电子器件往往需要由信息电子电路来控制。 为保证不致于因损耗散发的热量导致器件温度过高而损坏，不仅在器件封装上讲究散热设计，在其工作时一般都要安装散热器。 电力电子器件的特征电信工程学院 总复习 5主要损耗通态损耗：导通时器件上有一定的通态压降断态损耗：阻断时器件上有微小的断态漏电流流过开关损耗：开通损耗：在器件开通的转换过程中产生的损耗关断损耗：在器件关断的转换过程中产生的损耗 通常电力电子器件的断态漏电流极小，因而通态损耗 是器件功率损耗的主要成因 器件开关频率较高时，开关损耗会随之增大而可能成为器件功率损耗的主要因素 电力电子器件的损耗电信工

3、程学院 总复习 6v 按照驱动电路加在器件控制端和公共端之间信号的性质， 分为两类：电压驱动型(开关频率高)、电流驱动型（通态压降低）电力电子器件的分类v 按照器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况：单极型、双极型和复合型v按照器件能够被控制电路信号所控制的程度，分为以下三类：不可控型、半控型和全控型 主要电力电子器件 电力二极管 晶闸管 GTO GTR IGBT MOSFET 掌握工作原理、电气符号、基本特性和主要参数晶闸管的工作原理 晶闸管导通的条件？如何使晶闸管由导通变为关断？u具有单向导电性，承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通。u在承受正向电压时，可通过门极控

4、制开通。u晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用。u要使晶闸管关断，只能使晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下 。晶闸管的电流定额：通态平均电流 IT（AV） 晶闸管在环境温度为40C和规定的冷却状态下，稳定结温不超过额定结温时所允许流过的最大工频正弦半波电流在一个周期内的平均值。称为晶闸管的额定电流。 如何选择晶闸管？ 晶闸管电流定额可按下式计算选择： 在实际应用中，选择晶闸管时，应从额定电压和额定电流两方面共同计算选择。 由于晶闸管承受瞬间过电压能力较差，因此选择晶闸管额定电压时，应留有充分的安全裕量，可按下式计算选择：57. 1)25 . 1 (TAVTII）MRUU)32(例如：对于一只

5、额定电流例如：对于一只额定电流I T(A V)=100A的晶闸管，的晶闸管，不考虑安全裕量时，不考虑安全裕量时，允许的电流有效值为允许的电流有效值为157A.电信工程学院 总复习 11v晶闸管的触发晶闸管的触发v典型全控型器件的驱动、保护典型全控型器件的驱动、保护v电力电子器件的选用电力电子器件的选用v电力电子器件的保护、串并联电力电子器件的保护、串并联电信工程学院 总复习 12常用电力电子开关器件性能对比BECBEC电信工程学院 总复习 13电力电力电子技术电子技术电力电力电子器件电子器件电力电子电力电子变流电路变流电路控制技术控制技术电信工程学院 总复习 14交流电源交流电源直流电源直流电

6、源直直流流负负载载交交流流负负载载整流电路整流电路直流变换电路直流变换电路交交变换电路交交变换电路逆变电路逆变电路ACACDCDCDCACACDC电信工程学院 总复习 15 晶闸管相控整流电路u 单相可控整流电路u 三相可控整流电路u 交流输入电感的影响u 全控变流电路的有源逆变工作状态u 谐波和功率因数分析v重点掌握单相全控桥和三相全控桥在不同负载条件下的工作原理、波形分析、定量计算。电信工程学院 总复习 16单相可控单相可控整流电路整流电路电信工程学院 总复习 17三相可控三相可控整流电路整流电路电信工程学院 总复习 18不同电路在不同负载条件下：不同电路在不同负载条件下：v掌握相控整流电

7、路的工作原理、分析方法；掌握相控整流电路的工作原理、分析方法；v掌握掌握 波形的画法；波形的画法；v掌握掌握 的计算；的计算；v掌握掌握角的移相范围；晶闸管承受的最大正、角的移相范围；晶闸管承受的最大正、反向电压；反向电压；u理解三相整流电路带电阻负载时电流连续与理解三相整流电路带电阻负载时电流连续与断续的分界点断续的分界点；u理解三相全控桥各晶闸管的触发导通规律理解三相全控桥各晶闸管的触发导通规律 以及换相特点以及换相特点2IIIIUdVTVTdd、2IUIUVTdd、电信工程学院 总复习 19单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路2cos145. 0)cos1 (22)(sin22122

8、2UUttdUUdVT的的 移相范围移相范围为为180 2cos19 . 02cos122)( dsin21222UUttUUd角的角的移相范围移相范围为为180 cos9 . 0cos22)( dsin21222dUUttUU晶闸管晶闸管移相范围移相范围为为90 晶闸管承受的最大晶闸管承受的最大正反向电压正反向电压均为均为 22U单相单相桥式全桥式全控整流电路控整流电路电信工程学院 总复习 20 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路电阻负载时电阻负载时 角的角的移相范围移相范围为为150 。 整流电压平均值整流电压平均值 30 时，负载电流时，负载电流连续连续，有，有 当当 =0时，时，

9、Ud最大，为最大，为Ud=Ud0=1.17U2。 30 时，负载电流时，负载电流断续断续，晶闸管导通角减小，此时，晶闸管导通角减小，此时有有 cos17.1cos263)(sin2321226562UUttdUUd)6cos(1675.0)6cos(1223)(sin2321262UttdUUd晶闸管承受的最大晶闸管承受的最大正、正、反向电压反向电压电信工程学院 总复习 21三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路cos17.12dUU 的的移相范围移相范围为为90 。晶闸管最大正反向电压峰值均为变压器二次线电压峰值晶闸管最大正反向电压峰值均为变压器二次线电压峰值电信工程学院 总复习 22三相

10、桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路基本数量关系基本数量关系 带电阻负载时三相桥式全控整流电路带电阻负载时三相桥式全控整流电路 角的移相范围是角的移相范围是120 ，带阻感负载时，三相桥式全控整流电路的，带阻感负载时，三相桥式全控整流电路的 角移角移相范围为相范围为90 。 整流输出电压平均值整流输出电压平均值 带阻感负载时，或带电阻负载带阻感负载时，或带电阻负载 60 时时 带电阻负载且带电阻负载且 60 时时 cos34.2)(sin63123232UttdUUd)3cos(134. 2)(sin63232UttdUUd电信工程学院 总复习 23交流输入侧电感的影响交流输入侧电感的影响 工

11、作原理与波形分析 换相压降的计算 换相重叠角g 的计算 交流输入侧电感对整流电路的影响有哪些？交流输入侧电感对整流电路的影响有哪些？电信工程学院 总复习 24 dUdBIXdB2IXdB23IXdB3IXdB2ImX)cos(cosg2Bd2UXI2Bd22UXI2dB62UIX2dB62UIXmUXIsin22Bd电路形式单相全波单相全控桥三相半波三相全控桥m脉波整流电路 各种整流电路换相压降和换相重叠角的计算注：单相全控桥电路中，环流ik是从-Id变为Id。本表所列通用公式不适用；相当于m=4. 三相桥等效为相电压等于 的6脉波整流电路，故其m=6，相电压按 代入。23 U23U电信工程学

12、院 总复习 25交流输入侧电感的影响交流输入侧电感的影响重要结论: 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。电信工程学院 总复习 26 谐波和无功功率对电网和负载有哪些影响？ 单相桥、三相桥全控整流电路交流侧电流谐波的分析： 谐波特性？（含有哪些次数的谐波） 主要次数谐波有效值的计算？ 整流电路的谐波和功率因数 功率因数的计算 基波因数n =I1

13、 / I，即基波电流有效值和总电流有效值之比 位移因数（基波功率因数）cos j 1 11111coscoscosjnjjIIUIUISP电信工程学院 总复习 27全控整流电路的有源逆变工作状态全控整流电路的有源逆变工作状态v有源逆变产生的条件？v什么是逆变失败（逆变颠覆）?v逆变失败的原因是什么?如何防止逆变失败？v如何确定最小逆变角b min ？有源逆变产生的条件外部条件：变流器直流侧应有直流电动势，其极性和晶 闸管导通方向一致，其值大于变流器直流平 均电压。内部条件：控制角 使变流器输出电压Ud0。,2逆变失败与最小逆变角的限制什么是逆变失败（逆变颠覆）?逆变失败的原因是什么?如何确定最

14、小逆变角b min b min=d +g+q 变流器为逆变工作状态时，若发生换相失控，就会导致外接电动势通过晶闸管形成短路，或者发生输出平均电压和外接电动势顺向串联形成短路，这种情况称为逆变失败或称为逆变颠覆。电信工程学院 总复习 29 晶闸管交-交变换电路u 交流调压电路u 交流调功电路u 交流电力电子开关u 交-交变频电路（直接变频电路）u 交-直-交变频电路（间接变频电路）v重点掌握交-交变换电路的拓扑结构、控制方式、 工作原理。电信工程学院 总复习 30逆变电路u 什么是换流？换流方式主要有哪几种？u 电压源型逆变电路的特点？u 电流源型逆变电路的特点？u 单相全桥逆变电路u 三相全桥

15、逆变电路v重点掌握逆变电路的拓扑结构、控制方式、工作原理。电信工程学院 总复习 31电压型和电流型两类逆变器的比较v1)电压源型逆变器采用大电容作储能（滤波）元件，逆变器呈现低内阻特性，直流电压大小和极性不能改变，能将负载电压箝在电源电压水平上，浪涌过电压低，适合于稳频稳压电源，不可逆电力拖动系统、多台电机协同调速和快速性要求不高的应用场合。v2)电流源型逆变器输入侧电流方向不变，可通过逆变器和整流器的工作状态变化，实现能量流向改变，实现电力拖动系统的电动、制动运行，故可应用于频繁加、减速，正、反转的单机拖动系统。电信工程学院 总复习 32电压型和电流型逆变器的比较v3）电流源型逆变器因用大电

16、感储能（滤波），主电路抗电流冲击能力强，能有效抑制电流突变、延缓故障电流上升速率，过电流保护容易。电压源型逆变器输出电压稳定，一旦出现短路电流上升极快，难以获得保护处理所需时间，过电流保护困难。v4）采用晶闸管元件的电流源型逆变器依靠电容与负载电感的谐振来实现换流，负载构成换流回路的一部分，不接入负载系统不能运行。v5）电压源型逆变器必须设置反馈（无功）二极管来给负载提供感性无功电流通路，主电路结构较电流源逆变器复杂。电流源型逆变器无功功率由附加电容储存，无需二极管续流，主电路结构简单。电信工程学院 总复习 33v降压斩波电路v升压斩波电路v升降压斩波电路vCuk斩波电路v多相多重斩波电路v隔

17、离型DC-DC变换电路重点掌握DC-DC变换电路的拓扑结构、控制方式、工作原理、波形分析、数量关系。 DC-DC变换电路电信工程学院 总复习 34降压斩波器升压斩波器升降压斩波器电信工程学院 总复习 35L和C的值都很大，保证C两端的电压基本不变，过L的电流基本不变。关系推导分析时将其过L电流和C两端电压两者都视为定常值，实际工作时有小的脉动电路工作时分析的是稳态，L与C中已经储存了一定量的能量。在一个周期内两者从电源吸收的能量等于释放的能量。分析时所有的元件都是无损耗元件，电源提供的能量都被负载消耗电信工程学院 总复习 36电力电力电子技术电子技术电力电力电子器件电子器件电力电子电力电子变流电路变流电路控制技术控制技术电信工程学院 总复习 37l通过控制触发脉冲的通过控制触发脉冲的相位相位来控制直流