電力電子課程學(xué)習(xí)心得(共5頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)前沿在大二學(xué)習(xí)模電之后，這學(xué)期我們開始接觸電力電子器件和多種變換器。其中包括直流變直流，無源逆變電路，整流和有源逆變電路，交流變交流電路，軟開關(guān)變換器。電力電子技術(shù)（Power Electronics Technology）是研究電能變換原理及功率變換裝置的綜合性學(xué)科，包括電壓、電流、頻率和波形變換，涉及電子學(xué)、自動控制原理和計算機技術(shù)等學(xué)科。電力電子技術(shù)與信息電子技術(shù)的主要不同就是效率問題，對于信息處理電路來說，效率大于15%就可以接受，而對于電力電子技術(shù)而言，大功率裝置效率低于85%還是無法忍受。目前能源問題已是我國面臨的主要問題之一，提高電源變換

2、效率是電力電子工程師主要任務(wù).電力電子器件及應(yīng)用電力電子器件特點：1.具有較大的耗散功率2.工作在開關(guān)狀態(tài)3.需要專門驅(qū)動電路來控制4.需要緩沖和保護電路。我們在本章學(xué)習(xí)了功率二極管，場效應(yīng)二極管，電力二極管，IGBT .可控整流器與有源逆變器：主要內(nèi)容：整流器的結(jié)構(gòu)形式、工作原理，分析整流器的工作波形，整流器各參數(shù)的數(shù)學(xué)關(guān)系和設(shè)計方法;整流器工作在逆變狀態(tài)時的工作原理、工作波形。變壓器漏抗對整流器的影響、整流器帶電動機負載時的機械特性、觸發(fā)電路等內(nèi)容。 學(xué)習(xí)重點包括：(1) 學(xué)習(xí)不同型式整流電路的工作原理，波形分析與數(shù)值計算、各種負載對整流電路工作情況的影響。(2) 變壓器漏抗對整流電路的影

3、響，重點建立換相壓降、換相重疊角等概念，并掌握相關(guān)的計算，熟悉漏抗對整流電路工作情況的影響。(3) 掌握產(chǎn)生有源逆變的條件、逆變失敗及最小逆變角的限制等。(4) 熟悉鋸齒波移相觸發(fā)電路的原理，建立同步的概念，掌握同步電壓信號的選取方法。 交-交變換器：主要內(nèi)容：晶閘管單相和三相交流調(diào)壓器；全控型器件的交流斬波電路；交-交變頻器；交-交(AC-AC)變換器的應(yīng)用。交流調(diào)壓電路通常由晶閘管組成，用于調(diào)節(jié)輸出電壓的有效值。與常規(guī)的調(diào)壓變壓器相比，晶閘管交流調(diào)壓器有體積小、重量輕的特點。其輸出是交流電壓，但它不是正弦波形，其諧波分量較大，功率因數(shù)也較低?？刂品椒ǎ?1) 通斷控制。即把晶閘管作為開關(guān)，

4、通過改變通斷時間比值達到調(diào)壓的目的。這種控制方式電路簡單，功率因數(shù)高，適用于有較大時間常數(shù)的負載；缺點是輸出電壓或功率調(diào)節(jié)不平滑。 (2) 相位控制。它是使晶閘管在電源電壓每一周期中、在選定的時刻將負載與電源接通，改變選定的時刻可達到調(diào)壓的目的?；窘Y(jié)構(gòu)和工作原理單相交-交變頻電路由兩組反并聯(lián)的晶閘管整流器構(gòu)成，和直流可逆調(diào)速系統(tǒng)用的四象限變換器完全一樣，兩者的工作原理也相似。三相交-交變頻器電路是由三組輸出電壓相位互差的單相交-交變頻電路組成的。改變反并聯(lián)晶閘管的控制角，就可方便地實現(xiàn)交流調(diào)壓。當(dāng)帶電感性負載時，必須防止由于控制角小于阻抗角造成的輸出交流電壓中出現(xiàn)直流分量的情況。過零觸發(fā)是在

5、電壓零點附近觸發(fā)晶閘管使其導(dǎo)通，改變晶閘管的通斷比，以實現(xiàn)交流調(diào)壓或調(diào)功。過零觸發(fā)克服了移相觸發(fā)有諧波干擾的不足。交-交變頻不通過中間直流環(huán)節(jié)而把工頻交流電直接變換成不同頻率的交流電。根據(jù)控制角變化方式的不同，有方波型交-交變頻器、正弦波型交-交變頻器之分。交-交變頻器的電流控制方式有“無環(huán)流控制”及“有環(huán)流控制”兩種；交-交變頻器效率較高；但輸出電壓的頻率較低。 直流-直流變換器： 主要內(nèi)容：降壓變換器、升壓變換器、降壓-升壓變換器的拓撲結(jié)構(gòu)、工作原理、在電流連續(xù)和斷續(xù)模式下的各物理量之間的函數(shù)關(guān)系；全橋式直流-直流變換器在單極性和雙極性控制方式時的工作原理；影響直流-直流變換器輸出電壓紋波

6、的因素；幾種不同變換器的開關(guān)利用率。 本次討論了幾種主要型式的直流-直流變換器的拓撲結(jié)構(gòu)。除了全橋式直流-直流變換器以外，其他變換器只能在電壓-電流相平面的單象限運行，即功率只能單方向傳遞。而全橋式直流-直流變換器可以在四個象限運行。直流-直流變換器也稱為斬波器，通過對電力電子器件的通斷控制，將直流電壓斷續(xù)地加到負載上，通過改變占空比改變輸出電壓平均值。直流-直流變換器主要有如下幾種基本型式：1.降壓直流-直流變換器(Buck Converter)2.升壓直流-直流變換器(Boost Converter)3.降壓-升壓復(fù)合型直流-直流變換器(Buck- Boost Converter)4.丘克

7、直流-直流變換器 5. 全橋式直流-直流變換器(Full Bridge Converter) 直流-直流變換器的控制基本的直流-直流變換器和它的輸出波形 開關(guān)管導(dǎo)通時，輸出電壓等于輸入電壓Ud；開關(guān)管斷開時，輸出電壓等于0。輸出電壓波形如上圖所示，輸出電壓的平均值Uo為式中 Ts開關(guān)周期 D開關(guān)占空比，改變負載端輸出電壓有3種調(diào)制方法：1開關(guān)周期Ts保持不變，改變開關(guān)管導(dǎo)通時間ton。也稱為脈寬調(diào)制(PWM)。2開關(guān)管導(dǎo)通時間ton保持不變，改變開關(guān)周期Ts。3. 改變開關(guān)管導(dǎo)通時間ton，同時也改變開關(guān)周期Ts。 方式1的PWM是最常見的調(diào)制方式，這主要是因為后2種方式改變了開關(guān)頻率，而輸出

8、級濾波器是根據(jù)開關(guān)頻率設(shè)計的，顯然，方式1有較好的濾波效果。給定電壓與實際輸出電壓經(jīng)誤差放大器得到誤差控制信號uco，該信號與鋸齒波信號比較得到開關(guān)控制信號，控制開關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)斷，得到期望的輸出電壓。鋸齒波的頻率決定了變換器的開關(guān)頻率。一般選擇開關(guān)頻率在幾千赫茲到幾百千赫之間。 直流-直流變換器有兩種不同的工作模式：1. 電感電流連續(xù)模式2.電感電流斷續(xù)模式在不同的情況下，變換器可能工作在不同的模式。因此，設(shè)計變換器和它的控制器參數(shù)時，應(yīng)該考慮這兩種不同的工作模式的特性。降壓變換器 降壓變換器也稱為Buck變換器，正如名字所定義的，降壓變換器的輸出電壓Uo低于輸入電壓Ud。在實際應(yīng)用中，有如

9、下問題：1實際的負載應(yīng)該是感性的。即使是阻性負載，也總有線路電感，電感電流不能突變，因此，圖4-1的電路可能由于電感上的感應(yīng)電壓毀壞開關(guān)管。采用圖4-3的電路，則電感中儲存的電能可以通過二極管續(xù)流釋放給負載；2在大多數(shù)應(yīng)用中需要的是平穩(wěn)的直流電壓。而圖4-1的電路輸出電壓在0和Ud間變化。采用由電感和電容組成的低通濾波器可以得到平穩(wěn)的輸出電壓。升壓變換器 升壓變換器也稱為Boost變換器。正如名字所指的，升壓變換器的輸出電壓總是高于輸入電壓。當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時，輸入電源的電流流過電感和開關(guān)管，二極管反向偏置，輸出與輸入隔離。當(dāng)開關(guān)管斷開時，電感的感應(yīng)電勢使二極管導(dǎo)通，電感電流iL通過二極管和負載構(gòu)

10、成回路，由輸入電源向負載提供能量。在下面的穩(wěn)態(tài)分析中，輸出端的濾波電容器被假定為足夠大以確保輸出電壓保持恒定，即uo= Uo。在ucoutri，且-ucoutri，使VTA-斷開，觸發(fā)VTA+，由于電感電流不能突變，因此負載電流經(jīng)VDA+和VDB-續(xù)流，使VTA+不能導(dǎo)通，uo=Ud，同時電流上升，直至電流上升到0，VDA+和VDB-斷開，VTA+和VTB-導(dǎo)通。當(dāng)-ucoutri，使VTB-斷開，觸發(fā)VTB+，由于電流不能突變，因此負載電流經(jīng)VTA+和VDB+續(xù)流，使VTB+不能導(dǎo)通，uo=0，同時電流下降，由于電流小，電流會下降到0， VDB+斷開，負載電流經(jīng)VTB+ 和VDA+構(gòu)成電流回

11、路，電流變負；直至-ucoutri，使VTB+斷開，觸發(fā)VTB-，由于電感電流不能突變，因此負載電流經(jīng)VDA+和VDB-續(xù)流，使VTB-不能導(dǎo)通，uo=Ud，同時電流上升，直至電流上升到0，VTA+和VTB-導(dǎo)通。由此循環(huán)往復(fù)周期性的工作。 直-交變換器 ：主要內(nèi)容：直流變交流變換器是指能將一定幅值的直流輸入電壓（電流）變換成一定幅值，一定頻率的交流輸出電壓（電流）。軟開關(guān)變換器提高變換器工作頻率可以減小變換器體積，但增加工作頻率會大大增加變換器損耗，降低變換器效率，為了同時提高變換器效率和減小變換器體積，軟開關(guān)技術(shù)應(yīng)運而生。所謂軟開關(guān)技術(shù)，是指電力電子器件導(dǎo)通或關(guān)斷時損耗為零的技術(shù)，與此相應(yīng)

12、若導(dǎo)通或關(guān)斷時損耗不為零則為硬開關(guān)。電力電子技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域主要有：1.大功率直流電源。它的發(fā)展主要以提高單機容量和增加效率為主要目標(biāo)。電機控制。無論是交流電機還是直流電機均采用電力電子技術(shù)來完成電機的速度、轉(zhuǎn)矩、跟隨性等控制，但目前更多的是研究直流調(diào)速不能涉及的應(yīng)用領(lǐng)域。2.高壓直流輸電。電源變換。它的發(fā)展主要以增加效率和提高控制性能為主要目標(biāo)，如電焊機、電磁感應(yīng)加熱、電動機車、電動汽車，電鍍電源、電冰箱、洗衣機等控制。3.無功功率補償?，F(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展方向是從以低頻技術(shù)處理問題為主的傳統(tǒng)電力電子學(xué),向以高頻技術(shù)處理問題為主的現(xiàn)代電力電子學(xué)方向轉(zhuǎn)變。電力電子技術(shù)起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其發(fā)展先后經(jīng)歷了整流器時代、逆變器時代和變頻器時代,并促進了電力電子技術(shù)在許多新領(lǐng)域的應(yīng)用。八十年代末期和九十年代初期發(fā)展起來的、以功率MOSFET和IGBT為代表的、集高頻、高壓和大電流于一身的功率半導(dǎo)體復(fù)合器件,表明傳統(tǒng)電力電子技術(shù)已經(jīng)進入現(xiàn)代電力電子時代。大功率的工業(yè)用電由工頻(50Hz)交流發(fā)電機提供,但是大約20%的電能是以直流