寧波大學(xué)電力電子復(fù)習(xí)ppt

1、1電力電子技術(shù)School of Information Science & Engineering, Ningbo University2目錄 0 引言引言 1 電力電子器件電力電子器件 2 整流器整流器 3 斬波器斬波器 5 逆變電路逆變電路 6 PWM 技術(shù)技術(shù)3電力領(lǐng)域的電子技術(shù)電力領(lǐng)域的電子技術(shù): 使用使用電力電子器件電力電子器件對(duì)電能進(jìn)行對(duì)電能進(jìn)行變換變換和和控制控制的技術(shù)，即的技術(shù)，即應(yīng)用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)。應(yīng)用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)。模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)電子技術(shù)電子技術(shù)信息電子技術(shù)信息電子技術(shù)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)引言引言逆變直流斬波直流交

2、流電力控制變頻、變相整流交流交流直流 輸出 輸入電力電力電子學(xué)電子學(xué)電子學(xué)電子學(xué)電力學(xué)電力學(xué)控制控制理論理論連續(xù)、離散 電路、器件靜止器、旋轉(zhuǎn)電機(jī)4電力電子技術(shù)的發(fā)展史是以電力電子器件的發(fā)展史為綱的。晶閘管問(wèn)世，(“公元元年”)IGBT及功率集成器件出現(xiàn)和發(fā)展時(shí)代晶閘管時(shí)代水銀（汞?。┱髌鲿r(shí)代電子管問(wèn)世全控型器件迅速發(fā)展時(shí)期史前期（黎明期）1904193019471957197019801990 2000t(年)晶體管誕生5應(yīng)用6通態(tài)損耗通態(tài)損耗是器件功率損耗的主要成因。器件開(kāi)關(guān)頻率較高時(shí)，開(kāi)關(guān)損耗開(kāi)關(guān)損耗可能成為器件功率損耗的主要因素。主要損耗通態(tài)損耗斷態(tài)損耗開(kāi)關(guān)損耗關(guān)斷損耗開(kāi)通損耗1 電

3、力電子器件電力電子器件1） 基本概念和器件分類不控器件：不控器件：功率二極管半控器件半控器件：晶閘管全控器件：全控器件：GTO,GTR,功率MOSFET,IGBT,IGCT等7其他分類其他分類電流驅(qū)動(dòng)型電流驅(qū)動(dòng)型 通過(guò)從控制端注入或者抽出電流來(lái)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通或者 關(guān)斷的控制。電壓驅(qū)動(dòng)型電壓驅(qū)動(dòng)型 僅通過(guò)在控制端和公共端之間施加一定的電壓信號(hào)就可實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通或者關(guān)斷的控制。8功率二極管功率二極管額定電流額定電流在指定的管殼溫度和散熱條件下，其允許流過(guò)的最大工頻正弦半波電流的平均值。IF(AV)是按照電流的發(fā)熱效應(yīng)來(lái)定義的，使用時(shí)應(yīng)按有效值相等的原則有效值相等的原則來(lái)選取電流定額，并應(yīng)留有一定的裕量。換算關(guān)

4、系：正弦半波電流正弦半波電流的有效值I和平均值IF(AV)之比：()1.57F AVII2 器件9晶閘管晶閘管正常觸發(fā)導(dǎo)通條件：正常觸發(fā)導(dǎo)通條件： UAK0 and UGK0關(guān)斷條件關(guān)斷條件 ：使流過(guò)：使流過(guò)SCR的電流降低至維持電流以下的電流降低至維持電流以下。 RNPNPNPAGSKEGIGEAIKIc2Ic1IAV1V2P1AGKN1P2P2N1N2a)b)其他觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通的方法：其他觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通的方法：l 陽(yáng)極電壓升高至相當(dāng)高的數(shù)值造成雪崩效應(yīng)l 陽(yáng)極電壓上升率du/dt過(guò)高l 結(jié)溫較高l 光觸發(fā)10晶閘管參數(shù)通態(tài)平均電流通態(tài)平均電流 IT(AV)使用時(shí)應(yīng)按有效值相等的原則有效值相

5、等的原則來(lái)選取晶閘管。維持電流維持電流 IH 使晶閘管維持導(dǎo)通所必需的最小電流。擎住電流擎住電流 IL 晶閘管剛從斷態(tài)轉(zhuǎn)入通態(tài)并移除觸發(fā)信號(hào)后， 能維持導(dǎo)通所需的最小電流。對(duì)同一晶閘管來(lái)說(shuō)，通常對(duì)同一晶閘管來(lái)說(shuō)，通常IL約為約為IH的的24倍。倍。浪涌電流浪涌電流ITSM 指由于電路異常情況引起的并使結(jié)溫超過(guò)額定結(jié)溫的不重復(fù)性最大正向過(guò)載電流 du/dt(斷態(tài)電壓臨界上升率斷態(tài)電壓臨界上升率) )di/dt(通態(tài)電流臨界上升率通態(tài)電流臨界上升率) )11晶閘管派生器件GTOGTO 工作原理工作原理GTO導(dǎo)通過(guò)程與普通晶閘管一樣，只是導(dǎo)通時(shí)飽和程度較淺。GTO關(guān)斷過(guò)程中有強(qiáng)烈正反饋使器件退出飽和

6、而關(guān)斷。多元集成結(jié)構(gòu)還使GTO比普通晶閘管開(kāi)通過(guò)程快，承受di/dt能力強(qiáng) 。12GTR一次擊穿：一次擊穿：集電極電壓升高至擊穿電壓時(shí)，Ic迅速增大,出現(xiàn)雪崩擊穿。 只要Ic不超過(guò)限度，GTR一般不會(huì)損壞，工作特性也不變。 二次擊穿：二次擊穿：一次擊穿發(fā)生時(shí)，如不能有效的限制電流，Ic突然急劇上升，電壓陡然下降。常常立即導(dǎo)致器件的永久損壞，或者工作特性明顯衰變 。安全工作區(qū)安全工作區(qū)最高電壓UceM、集電極最大電流IcM、最大耗散功率PcM、二次擊穿臨界線限定。13功率功率 MOSFET通態(tài)電阻 Ron具有正溫度系數(shù)正溫度系數(shù)，對(duì)器件并聯(lián)時(shí)的均流有利。原因是電流越大，發(fā)熱越大，通態(tài)電阻就加大，

7、從而限制電流的加大，有利于均流。功率功率MOSFET特點(diǎn)：特點(diǎn)：l MOSFET的開(kāi)關(guān)速度和Cin充放電有很大關(guān)系。l 可降低驅(qū)動(dòng)電路內(nèi)阻Rs減小時(shí)間常數(shù)，加快開(kāi)關(guān)速度。l 不存在少子儲(chǔ)存效應(yīng)，關(guān)斷過(guò)程非常迅速。l 開(kāi)關(guān)時(shí)間在10100ns之間，工作頻率可達(dá)100kHz以上，是主要電力電子器件中最高的。l 場(chǎng)控器件，靜態(tài)時(shí)幾乎不需輸入電流。但在開(kāi)關(guān)過(guò)程中需對(duì)輸入電容充放電，仍需一定的驅(qū)動(dòng)功率。l 開(kāi)關(guān)頻率越高，所需要的驅(qū)動(dòng)功率越大。14IGBT一個(gè)由一個(gè)由MOSFET驅(qū)動(dòng)的厚基區(qū)驅(qū)動(dòng)的厚基區(qū)PNP晶體管。晶體管。擎住效應(yīng)或自鎖效應(yīng)擎住效應(yīng)或自鎖效應(yīng)IGBT的特點(diǎn)的特點(diǎn)(1) 開(kāi)關(guān)速度高，開(kāi)關(guān)損

8、耗小。在電壓1000V以上時(shí)，開(kāi)關(guān)損耗只有GTR的1/10，與電力 MOSFET相當(dāng)；(2) 相同電壓和電流定額時(shí)，安全工作區(qū)比GTR大，且具有耐脈沖電流沖擊能力；(3) 通態(tài)壓降比VDMOSFET低，特別是在電流較大的區(qū)域；(4) 輸入阻抗高，輸入特性與MOSFET類似；(5) 與MOSFET和GTR相比，耐壓和通流能力還可以進(jìn)一步提高，同時(shí)保持開(kāi)關(guān)頻率高的特點(diǎn)。153 功率集成和功率模塊：功率集成和功率模塊：了解了解兩個(gè)主要問(wèn)題高低壓電路之間的絕緣問(wèn)題溫升和散熱的處理。4 其他新型器件其他新型器件: 了解了解165 門極驅(qū)動(dòng)電路門極驅(qū)動(dòng)電路 電氣隔離：電氣隔離：光隔離一般采用光耦合器 磁隔

9、離元件通常是脈沖變壓器,當(dāng)脈沖較寬時(shí)，為避免鐵心飽和，常采用高頻調(diào)制和解調(diào)的方法。TMR1R2R3V1V2VD1VD3VD2R4+E1+E2對(duì)晶閘管門極觸發(fā)脈沖的要求對(duì)晶閘管門極觸發(fā)脈沖的要求脈沖的寬度應(yīng)保證晶閘管可靠導(dǎo)通。脈沖的寬度應(yīng)保證晶閘管可靠導(dǎo)通。觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠的幅度。觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠的幅度。不超過(guò)門極電壓、電流和功率定額，不超過(guò)門極電壓、電流和功率定額，且在可靠觸發(fā)區(qū)域之內(nèi)。且在可靠觸發(fā)區(qū)域之內(nèi)。有良好的抗干擾性能、溫度穩(wěn)定性有良好的抗干擾性能、溫度穩(wěn)定性及與主電路的電氣隔離。及與主電路的電氣隔離。176 電力電子器件器件的保護(hù)電力電子器件器件的保護(hù)（1）電力電子裝置可能的過(guò)電壓電

10、力電子裝置可能的過(guò)電壓外因過(guò)電壓外因過(guò)電壓和內(nèi)因過(guò)電壓內(nèi)因過(guò)電壓外因過(guò)電壓抑制措施中，RC過(guò)電壓抑制電路最為常見(jiàn)(2)過(guò)流負(fù)載觸發(fā)電路開(kāi)關(guān)電路過(guò)電流繼電器交流斷路器動(dòng)作電流整定值短路器電流檢測(cè)電子保護(hù)電路快速熔斷器變流器直流快速斷路器電流互感器變壓器18(3) 緩沖（吸收）電路緩沖（吸收）電路功能： 抑制器件的內(nèi)因過(guò)電壓、du/dt、過(guò)電流和di/dt，減小器件的開(kāi)關(guān)損耗。b)tuCEiCOdidt抑制電路無(wú)時(shí)didt抑制電路有時(shí)有緩沖電路時(shí)無(wú)緩沖電路時(shí)uCEiC圖1-38di/dt抑制電路和充放電型RCD緩沖電路及波形a) 電路 b) 波形7 電力電子器件器件的串聯(lián)和并聯(lián)使用電力電子器件器件

11、的串聯(lián)和并聯(lián)使用當(dāng)晶閘管額定電壓小于要求時(shí)，可以串聯(lián)。多個(gè)器件并聯(lián)來(lái)承擔(dān)較大的電流方法：考慮均壓（靜態(tài)，動(dòng)態(tài)）和均流。方法：考慮均壓（靜態(tài)，動(dòng)態(tài)）和均流。b)a)RCRCVT1VT2RPRPIOUUT1IRUT2VT1VT2192 整流電路整流電路1: 掌握: 工作原理, 波形分析, 定量計(jì)算, 基本概念2: 掌握: 工作原理, 波形分析, 定量計(jì)算, 基本概念3 其他單相整流電路其他單相整流電路: (1) 單相全波可控整流 (了解 )(2) 單相橋式半控整流 : 掌握電阻負(fù)載波形分析情況。4 基本概念：a, , 相控, 續(xù)流,單雙拍, 失控2.1 Single-phase rectifier

12、202.2 三相可控整流電路1 三相半波共陰極組連接自然換相點(diǎn)工作原理, 波形分析, 定量計(jì)算2 三相橋式全控整流三相橋式全控整流: 掌握所有內(nèi)容掌握所有內(nèi)容3 變壓器漏抗對(duì)整流電路的影響變壓器漏抗對(duì)整流電路的影響:掌掌握所有內(nèi)容握所有內(nèi)容（科院不要求）（科院不要求）21整流電路定量計(jì)算整流電路定量計(jì)算可可控控整整流流電電路路 (2-3)222.5 整流電路的諧波和功率因數(shù)整流電路的諧波和功率因數(shù)基本概念可控整流電路帶電感性負(fù)載，交流側(cè)電流的諧波和功率因數(shù)p 單相橋式全控整流電路交流側(cè)電流中僅含奇次諧波,三相橋式全控整流電路包含 6k1.p 單相橋式全控整流電路p 三相橋式全控整流電路輸出電壓

13、和電流的諧波 = 0, mk 0位移因數(shù)位移因數(shù) (基基波功率因數(shù)波功率因數(shù))基波因數(shù)基波因數(shù)232.7 整流電路的逆變運(yùn)行整流電路的逆變運(yùn)行 min= + +mUXIBdsin21cos2243 斬波器斬波器1 6 種斬波電路 Buck 、 Boost 、 升降壓斬波電路、Cuk斬波電路、Sepic斬波電路和Zeta斬波電路電路結(jié)構(gòu), 原理 , 基本的定量計(jì)算 (前3種）相同點(diǎn)與不同點(diǎn)2 其他 (了解)255 無(wú)源逆變無(wú)源逆變1 基本換流方式基本換流方式2兩類逆變器兩類逆變器 VSI:3相相:180o導(dǎo)通方式每橋臂導(dǎo)電每橋臂導(dǎo)電180，同一相上下兩臂交替導(dǎo)電，各相，同一相上下兩臂交替導(dǎo)電，各

14、相開(kāi)始導(dǎo)電的角度差開(kāi)始導(dǎo)電的角度差120 ?？v向換流。縱向換流。加入死區(qū)時(shí)間避免橋臂直通 CSI 3 相:120o 導(dǎo)通3 多電平逆變和多重連接多電平逆變和多重連接 (了解了解)261 基本原理: 面積等效原理2 PWM逆變電路及其控制方法: 計(jì)算法和調(diào)制法，自然采樣, 規(guī)則采樣, 特定諧波消除, 同步調(diào)制和異步調(diào)制 (掌握) PWM逆變電路輸出諧波t : SPWM波中諧波主要是角頻率為wc、2wc及其附近的諧波; 提高直流電壓利用率的方法和降低器件的開(kāi)關(guān)順序: 梯形波調(diào)制,線電壓控制方式(了解) PWM 逆變器的多重連接 (了解)6 PWM 技術(shù)技術(shù)271 1 交流調(diào)壓交流調(diào)壓2 2 交流調(diào)功交流調(diào)功7 交交變換交交變換（科院不要求）（