電力電子教材重點知識點總結

《電力電子技術》復習題1章緒論電力電子技術定義：是使用電力電子器件對電能進展變換和掌握的技術，是應用于電力領域的電子技術，主要用于電力變換。電力變換的種類溝通變直流AC-DC：整流直流變溝通DC-AC：逆變直流變直流DC-DC：一般通過直流斬波電路實現(xiàn)，也叫斬波電路溝通變溝通AC-AC：可以是電壓或電力的變換，一般稱作溝通電力掌握電力電子技術分類：分為電力電子器件制造技術和變流技術。4、相控方式;對晶閘管的電路的掌握方式主要是相控方式5、斬空方式：與晶閘管電路的相位掌握方式對應，承受全空件的電路的主要掌握方式為脈沖寬度調(diào)制方式。相對于相控方式可稱之為斬空方式。2章電力電子器件電力電子器件與主電路的關系主電路：電力電子系統(tǒng)中指能夠直接擔當電能變換或掌握任務的電路。電力電子器件：指應用于主電路中，能夠?qū)崿F(xiàn)電能變換或掌握的電子器件。廣義可分為電真空器件和半導體器件。電力電子器件一般特征：1、處理的電功率小至毫瓦級大至兆瓦級。2、都工作于開關狀態(tài)，以減小本身損耗。3、由電力電子電路來掌握。4、安有散熱器電力電子系統(tǒng)根本組成與工作原理一般由主電路、掌握電路、檢測電路、驅(qū)動電路、保護電路等組成。-1-檢測主電路中的信號并送入掌握電路，依據(jù)這些信號并依據(jù)系統(tǒng)工作要求形成電力電子器件的工作信號。掌握信號通過驅(qū)動電路去掌握主電路中電力電子器件的導通或關斷。同時，在主電路和掌握電路中附加一些保護電路，以保證系統(tǒng)正常牢靠運行。電力電子器件的分類依據(jù)掌握信號所掌握的程度分類半控型器件：通過掌握信號可以掌握其導通而不能掌握其關斷的電力電子器件。如SCR晶閘管。全控型器件：通過掌握信號既可以掌握其導通，又可以掌握其關斷的電力電子器GTO、GTR、MOSFET和IGBT。不行控器件：不能用掌握信號來掌握其通斷的電力電子器件。如電力二極管。依據(jù)驅(qū)動信號的性質(zhì)分類電流驅(qū)動型器件：通過從掌握端注入或抽出電流的方式來實現(xiàn)導通或關斷的電力電子器件。如SCR、GTO、GTR。電壓驅(qū)動型器件：通過在掌握端和公共端之間施加肯定電壓信號的方式來實現(xiàn)導通或關斷的電力電子器件。如MOSFET、IGBT。依據(jù)器件內(nèi)部載流子參與導電的狀況分類單極型器件：內(nèi)部由一種載流子參與導電的器件。如MOSFET。雙極型器件：由電子和空穴兩種載流子參數(shù)導電的器件。如SCR、GTO、GTR。復合型器件：有單極型器件和雙極型器件集成混合而成的器件。如IGBT。半控型器件—晶閘管SCR2.3.1.4.4晶閘管的關斷工作原理滿足下面條件，晶閘管才能關斷：-2-去掉AK間正向電壓；AK間加反向電壓；設法使流過晶閘管的電流降低到接近于零的某一數(shù)值以下。2.3.2.1.1晶閘管正常工作時的靜態(tài)根本特性當晶閘管承受反向電壓時，不管門極是否有觸發(fā)電流，晶閘管都不會導通。當晶閘管承受正向電壓時，僅在門極有觸發(fā)電流的狀況下晶閘管才能導通。晶閘管一旦導通，門極就失去掌握作用，不管門極觸發(fā)電流是否還存在，晶閘管都保持導通。假設要使已導通的晶閘管關斷，只能利用外加電壓和外電路的作用使流過晶閘管的電流降到接近于零的某一數(shù)值以下。GTO的構造GTO與一般晶閘管的一樣點：是PNPN四層半導體構造，外部引出陽極、陰極和門極。GTO與一般晶閘管的不同點：GTO是一種多元的功率集成器件，其內(nèi)部包含數(shù)十個甚至數(shù)百個供陽極的小GTO元，這些GTO元的陰極和門極在器件內(nèi)部并聯(lián)在一起，正是這種特別構造才能實現(xiàn)門極關斷作用。GTO的靜態(tài)特性GTO承受反向電壓時，不管門極是否有觸發(fā)電流，晶閘管都不會導通。GTO承受正向電壓時，僅在門極有觸發(fā)電流的狀況下晶閘管才能導通。GTO導通后，假設門極施加反向驅(qū)動電流，則GTO關斷，也即可以通過門極電流掌握GTO導通和關斷。通過AK間施加反向電壓同樣可以保證GTO關斷。MOSFET-3-〔1〕電力MOSFET是用柵極電壓來掌握漏極電流的，因此它是電壓型器件。〔3〕當U 大于某一電壓值U 時柵極下P區(qū)外表的電子濃度將超過空穴濃度從而使GS TP型半導體反型成N型半導體，形成反型層。絕緣柵雙極晶體管IGBTGTR和GTO但缺乏是開關速度低，所需驅(qū)動功率大，驅(qū)動電路簡單。電力MOSFET是單極型電壓驅(qū)動器件，其優(yōu)點是開關速度快、所需驅(qū)動功率小，驅(qū)動電路簡潔。復合型器件：將上述兩者器件相互取長補短結合而成，綜合兩者優(yōu)點。IGBTGTR和MOSFET兩個器件復合GTR和MOSFET兩者的優(yōu)點，具有良好的特性。3章整流電路〔1〕整流電路定義：將溝通電能變成直流電能供給直流用電設備的變流裝置。2、整流電路主要分類方法有：按組成的器件可分為不行控、半空、全控三種；按電路構造分為橋式電路和零式電路；按溝通輸入相數(shù)分為單相電路和多相電路，按變壓器二次電流方向是單向雙向可分為單拍電路和雙拍電路。單相半波可控整流電路觸發(fā)角：從晶閘管開頭承受正向陽極電壓起，到施加觸發(fā)脈沖為止的電角度，稱為觸發(fā)角或掌握角。幾個定義瞬時值變化的脈動直流，其波形只在u正半周內(nèi)消滅，因此稱“半波”整流。2如上半波整流，同時電路中承受了可控器件晶閘管，且交-4-流輸入為單相，因此為單相半波可控整流電路。3、帶電阻狀況：ud=0.45U2(1+cos )4、帶阻感負載時;5電力電子電路的根本特點及分析方法

范圍是〔0 π〕電力電子器件為非線性特性，因此電力電子電路是非線性電路。電力電子器件通常工作于通態(tài)或斷態(tài)狀態(tài)，當無視器件的開通過程和關斷過程時，可以將器件抱負化，看作抱負開關，即通態(tài)時認為開關閉合，其阻抗為零；斷態(tài)時認為開關斷開，其阻抗為無窮大。單相橋式全控整流電路帶電阻負載的工作狀況1、單相橋式全控整流電路帶電阻負載時的波形圖全波整流在溝通電源的正負半周都有整流輸出電流流過負載，因此該電路為全波整流。直流輸出電壓平均值U 1d

sintd(t)2 2U21cos 2

2

1cos2負載直流電流平均值UI

2 2U21cos

U0.9

1cosd R R 2 R 2晶閘管參數(shù)計算-5-1(2

2U2)2②承受最大反向電壓：U22③觸發(fā)角的移相范圍： 。④晶閘管電流平均值：VT 、VT與VT 、VT輪番導電，因此晶閘管電流平均值只1 4 2 3有輸出直流電流平均值的一半，即I

dVT

1I2

0.45U21cos。R 2帶阻感負載的工作狀況〔1〕單相橋式全控整流電路帶阻感負載時的原理圖直流輸出電壓平均值U 1d

sintd(t)2

cos0.9U2

cos觸發(fā)角的移相范圍晶閘管承受電壓：正向：

2 U；反向：U2 2 23.2.1.1電阻負載〔

三相可控整流電路三相半波可控整流電路-6-三相半波不行控整流電路帶電阻負載時的波形圖120o。 ⑤自然換向點：在相電壓的交點t、t 1 2 3管向另一個二極管轉(zhuǎn)移，這些交點為自然換向點。三相半波可控整流電路帶電阻負載時的波形圖〔0o〕自然換向點：對于三相半波可控整流電路而言，自然換向點是各相晶閘管能觸發(fā)導通的最早時刻〔即開頭承受正向電壓，該時刻為各晶閘管觸發(fā)角的起點，即0o。三相半波可控整流電路帶電阻負載不同觸發(fā)角工作時的狀況總結①當30o時，負載電流處于連續(xù)狀態(tài)，各相導電120o。②當30o時，負載電流處于連續(xù)和斷續(xù)的臨界狀態(tài)，各相仍導電120o。③當30o時，負載電流處于斷續(xù)狀態(tài)，直到150o時，整流輸出電壓為零。④結合上述分析，三相半波可控整流電路帶電阻負載時角的移相范圍為150o，其中經(jīng)受了負載電流連續(xù)和斷續(xù)的工作過程。數(shù)值計算6①30o時，整流電壓平均值〔負載電流連續(xù)：61

5 3 2Ud23

66

2U2sintd(t)2U2cos1.17U2cosd d 2當0o時，U 最大，U 1.17d d 2②30o時，整流電壓平均值〔負載電流斷續(xù)：U

1

2U sintd(t)32U[1cos(

)]0.675U[1cos(

)]d 3

26

2 2 6 2 6d 當150o時，U 最小，U 0d Id

Ud。R④晶閘管承受的最大反向電壓：-7-為變壓器二次側(cè)線電壓的峰值，URM⑤晶閘管承受的最大正向電壓：

2 6U22.45U2如a相，二次側(cè)a相電壓與晶閘管正向電壓之和為負載整流輸出電壓U ，由于U 最d d0，因此晶閘管最大正向電壓UFM2.2.1.2阻感負載

2U 。2三相半波可控整流電路帶阻感負載不同觸發(fā)角工作時的狀況總結120o。d②當30o時，負載電壓u 波形將消滅負的局部，并隨著觸發(fā)角的增大，使負的局部增多。d③當 90o時，負載電壓u 波形中正負面積相等，u 平均值為d d④結合上述分析，三相半波可控整流電路帶阻感負載時角的移相范圍為90o。數(shù)值計算 ①整流電壓平均值〔負載電流始終連續(xù)：U 1.1U cos d 2②晶閘管承受的最大正反向電壓： FM RM

2 6U22.45U2三相橋式全控整流電路3.2.2.1帶電阻負載時的工作狀況〔3〕總結3321陰極組的，11-8-③對觸發(fā)脈沖的要求：6VT1

—VT2

—VT3

—VT4

—VT5

—VT6

的挨次，相位依次差60o。VT

、VT

、VT

的脈沖依次差120oVT

、VT

、VT

的脈沖依次差120o。

1 3 5

2 4 6⑤同一相的上下兩個橋臂，即VT1

與VT4

，VT3

與VT6

，VT5

與VT2

，脈沖相差180o。⑥整流輸出電壓u 一周期脈動6次，每次脈動的波形都一樣，故該電路為6脈沖整流d電路。d①與0o時相比晶閘管起始導通時刻推遲了30o組成u 的每一段線電壓因此推遲30o，du 平均值降低。d1②VT處于通態(tài)的120oa相電流i1a

0波形與同時段的u 波形一樣。d4VT處于通態(tài)的120o期間，i波形與同時段的u 波形一樣，但為負值。4a dd①與30o時相比晶閘管起始導通時刻連續(xù)向后推遲30o，u 平均值連續(xù)降低并消滅了為零的點。d②當 60o時，u 波形均連續(xù)，對于電阻負載，i波形與d d d〔3〕總結①當60o時，負載電流將消滅斷續(xù)狀態(tài)。d②當120o時整流輸出電壓u 波形全為零因此帶電阻負載時的三相橋式全控整流電路角的移相范圍是120o。d3.2.2、2帶阻感負載時的工作狀況903.2.2.7三相橋式全控整流電路的定量分析〔1〕帶電阻負載時的平均值-9-①特點：60o60o120o時，整流輸出電壓斷續(xù)。②整流電壓平均值計算公式：以ud

所處的線電壓波形為背景，周期為。360o：U

1

3

6U

cos d 2 23 331160

120o：Udo3o

3

[1cos(2

)]Id

Ud。R變壓器漏感對整流電路的影響〔補〕-10-整流電路的有源逆變工作狀態(tài)逆變的概念.1什么是逆變？為什么要逆變？〔1〕逆變定義：生產(chǎn)實踐中，存在著與整流過程相反的要求，即要求把直流電轉(zhuǎn)變成溝通電，這種對應于整流的逆向過程，定義為逆變。逆變電路定義：把直流電逆變成溝通電的電路。有源逆變電路：將溝通側(cè)和電網(wǎng)連結時的逆變電路，實質(zhì)是整流電路形式。無源逆變電路：假設變流電路的溝通側(cè)不與電網(wǎng)連結，而直接接到負載的電路，即把直流電逆變?yōu)槟骋活l率或可調(diào)頻率的溝通電供給負載的電路。有源逆變電路的工作狀態(tài)：只要滿足肯定條件，可控整流電路即可以工作于整流狀態(tài)，也可以工作于逆變狀態(tài)。變流電路：既工作在整流狀態(tài)又工作在逆變狀態(tài)的整流電路。逆變產(chǎn)生的條件①要有直流電動勢，其極性必需和晶閘管的導通方向全都，其值應大于變流電路直流側(cè)的平均電壓。d②要求晶閘管的掌握觸發(fā)角，使U為負值。d2三相橋整流電路工作于有源逆變狀態(tài)。逆變失敗：逆變運行時，一旦發(fā)生換相失敗，外接得直流電源就會通過晶閘管電路形成短路，或者使逆變的輸出的平均電壓和直流電動勢變成順向串聯(lián)。由于逆變電路內(nèi)阻很小，就會形成很大的短路電流。、逆變失敗的緣由：-11-A、觸發(fā)電路工作不行靠，不能準時、準確的給各晶閘管安排脈沖B、晶閘管發(fā)生故障，在應當阻斷器件，器件失去阻斷力量，或在應當導通時，器件不能導通，造成逆變失敗C、在逆變工作中，溝通電源發(fā)生缺相或突然消逝，由于直流電動勢的存在，晶閘管仍可導通，此時變流器的溝通側(cè)由于失去了同直流電動勢極性相反的溝通電壓，因此直流電動勢將通過晶閘管使電路短路D影響。50，而且不能太小，必需限制在某一允許的最小角度內(nèi)。

4章逆變電路逆變定義：將直流電能變成溝通電能。有源逆變：逆變電路的溝通輸出側(cè)接在電網(wǎng)上。無源逆變：逆變電路的溝通輸出側(cè)直接和負載相連。換流方式分類：器件換流、電網(wǎng)換流、負載換流、強迫換流。電壓換流：給晶閘管加上反向電壓使其關斷電流換流：先使晶閘管電流減為零，然后通過反并聯(lián)二極管使其加上反向電壓。電壓型逆變電路逆變電路分類：依據(jù)直流側(cè)電源性質(zhì)可以分為電壓〔源〕型逆變電路和電流〔源〕型逆變電路。電壓〔源〕型逆變電路VSI：直流側(cè)為電壓源。電流〔源〕型逆變電路CSI：直流側(cè)為電流源。電壓型逆變電路特點-12-①直流側(cè)為電壓源，或并聯(lián)有大電容。直流側(cè)電壓根本無脈動，直流回路呈現(xiàn)低阻抗。②由于直流電壓源的鉗位作用，溝通側(cè)輸出電壓波形為矩形波，并且與負載阻抗角無關。而溝通側(cè)輸出電流波形和相位因負載阻抗狀況的不同而不同。③當溝通側(cè)為阻感負載時，需要供給無功功率，直流側(cè)電容起緩沖無功能量的作用。④圖中逆變橋各臂都并聯(lián)反響二極管，為了給溝通側(cè)向直流側(cè)反響的無功能量供給通道?！?〕電流型逆變電路的特點：①直流側(cè)串聯(lián)大電感，相當于電流源。直流側(cè)電流根本無脈動，直流回路呈現(xiàn)高阻抗。②電路中開關器件的作用僅是轉(zhuǎn)變直流電流的流通路徑，因此溝通側(cè)輸出電流為矩形波，并且與負載阻抗角無關。溝通側(cè)輸出電壓波形和相位則因負載阻抗狀況的不同而不同。③當溝通側(cè)為阻感負載時需要供給無功功率，直流側(cè)電感起緩沖無功能量的作用?！惭a充些公式〕5章直流-直流變流電路直流-直流變流電路〔DC-DC〕定義：將一種直流電變?yōu)榱硪还潭妷夯蚩烧{(diào)電壓的直流電的裝置。升降壓斬波電路、CUK斬波電路、SepicZeta斬波電路。-13-根本直流斬波電路為：降壓斬波電路和升壓斬波電路。降壓斬波電路降壓斬波電路：輸出到負載的電壓平均值U0最大為E，減小占空比，U0隨之減小。公式負載電壓平均值：Uo

tonEE，其中為占空比。T電感L