電力電子復(fù)習(xí)整理

1、.第一章電力電子技術(shù)的概念根據(jù)電力電子器件的特性、采用一種有效的靜態(tài)變換和控制方法，將一種電能形式轉(zhuǎn)換為另一種電能形式的技術(shù)。電力電子功率變換的分類AC/DC 變換 整流器DC/AC 變換 逆變有源逆變DC/AC 變換時，交流輸出與電網(wǎng)相連。無源逆變DC/AC 變換時，交流輸出直接與負(fù)載相連。AC/AC 變換 變頻器DC/DC 變換 直流斬波第二章功率半導(dǎo)體器件分類不可控型 : 功率二極管 :導(dǎo)通和關(guān)斷均由電路潮流決定。半可控型 : 晶閘管 :在器件在承受正向電壓時，由控制信號控制器件的導(dǎo)通，而關(guān)斷狀態(tài)由電路潮流決定。全控型 :可控開關(guān):由控制信號控制器件的導(dǎo)通和關(guān)斷。絕緣柵雙極晶體管（ IG

2、BT ）門極可關(guān)斷晶閘管（ GTO）電力場效應(yīng)晶體管（ MOSFET ）雙極結(jié)型晶體管（ BJT）絕緣柵門極換流晶閘管（IGCT ）二極管的工作原理、特性和分類可編輯.當(dāng)功率二極管承受正向電壓時，它的正向?qū)▔航岛苄?，大約在1V 左右。當(dāng)功率二極管承受反向電壓時，只有極小的漏電流可通過該器件。正向平均電流 IF （AV ）設(shè)正弦半波電流的峰值為Im ，則額定電流為 :IF(AV)1sintd (I m2I mt )0額定電流有效值為：I F10(I m sint)2 d (t)I m22某電流波形的有效值與平均值之比為這個電流的波形系數(shù):K f電流有效值I F1.57電流平均值K fIF AV

3、2額定電流IF(AV) =100A 的電流功率二極管，其額定電流有效值IF = Kf IF(AV) =157A。正向壓降UF幾種常用的功率二極管肖特基二極管快恢復(fù)二極管工頻二極管晶閘管的工作原理、特性、分類和選型（電流有效值、波形系數(shù)、額定電壓和額定電流）晶閘管承受正向電壓時，在門極注入正向脈沖電流可將它觸發(fā)導(dǎo)通。晶閘管一旦開始導(dǎo)通，門極就失去控制作用。不論門極觸發(fā)電流是否存在，晶閘管都保持導(dǎo)通。通過外電路使陽極電流反向，并且降到接近于零的某一數(shù)值，可使已導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷。晶閘管通過電源電壓的正半波控制其導(dǎo)通。當(dāng)晶閘管電流開始反向時，電源電壓變負(fù)，晶閘管所承受的電壓也同時反向。理想晶閘管將會使

4、其電流在t=T/2 后立即變?yōu)?0 。波形如圖所示?？删庉?額定電壓 UR選用晶閘管時，應(yīng)使其額定電壓為正常工作電壓峰值UM 的 23 倍，以作為安全裕量。UR=(23) UM根據(jù)所使用具體電流波形來計算出允許使用的電流平均值選用晶閘管時，設(shè)三相工頻半波電流峰值為 Im 時的波形，通態(tài)平均電流為：IT(AV)1td (I m2I m sint )0正弦半波電流有效值為：I10(I m sin t)2 d(t)Im22晶閘管有效值與通態(tài)平均電流的比值為：I1.57IT AV2PUI1cos 1有效值與平均值的比為(波形系數(shù) )：IK f I d 1.57 I T ( AV )實(shí)際電路中，由于晶閘

5、管的熱容量小，過載能力低，因此在實(shí)際選擇時，一般取1.52 倍的安全系數(shù)，故在給定晶閘管的額定電流后，可計算出該晶閘管的任意波形時允許的電流平均值為：I d1.57IT( AV )(1.5 2) K f半導(dǎo)體功率器件開關(guān)能量損耗的計算可編輯.PU d I 0 f s (tc( on )t)s1c(off )2可控開關(guān)的理想特性描述 關(guān)斷時，不論正、反向阻斷電壓有多高，都沒有電流流過該器件。 導(dǎo)通時，壓降為零，此時可傳導(dǎo)任意大的電流。 該器件一旦被觸發(fā)，立即從導(dǎo)通狀態(tài)到關(guān)斷狀態(tài)，反之亦然。 該器件只需很小的電流就能觸發(fā)。BJT、達(dá)林頓管、 MOSFET、GTO 和 IGBT 的基本原理IGBT像

6、 MOSFET 一樣， IGBT 的輸入阻抗高，只需很小的能量來開關(guān)器件。如同 BJT 一樣，即使當(dāng)它承受較高電壓時，它的導(dǎo)通壓降也很小。與 GTO 類似， IGBT 能夠被設(shè)計承受一定的反向壓降。IGBT 的耐壓可以做得較高，最大允許電壓UCEM 可達(dá) 4500V 以上。第三章似穩(wěn)態(tài)過程的概念電力電子技術(shù)的應(yīng)用中非正弦的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行過程。網(wǎng)絡(luò)換流整流器單相橋路：視在功率，有功功率，畸變功率和諧波S=UI=UIdP2 2 UI d cosQ12 2 UI d sinDS2P2Q12D182 U I d畸變功率與控制角a 無關(guān)，但在電壓、電流中產(chǎn)生以下特征頻率分量:網(wǎng)絡(luò)電流 :n = 1,3,5,7

7、,9,11,?輸出電壓 :m = 0,2,4,6,8,?可編輯.網(wǎng)絡(luò)換流整流器三相橋路：視在功率，有功功率，畸變功率和諧波交流側(cè)總電流is 和對應(yīng)的基波電流有效值is1分別為：I s2 I d I s12 3 I dDS2P 2Q123S3UI s2UI dP3 2 UI d cosQ13 2 UI d sinD2UI d 192此處的畸變功率與控制角a 無關(guān) 與單相整流橋路相同，但沒有3 及 3 的倍數(shù)次諧波n = 1， 5， 7， 11，13， 17， 19 直流電壓中的諧波m = 0，6，12， 18 直流電流的諧波次數(shù)：m = k×p， k = 0,1,2,3,?交流側(cè)電流中

8、的諧波次數(shù)n = k× p± 1， k=1,2,3,以上各式中，p 為每周期的脈沖次數(shù)。穩(wěn)態(tài)下的非正弦波形： THD ，PF, DPF，浪涌（峰值）系數(shù)的計算電流的總諧波含有量為：I disI s2I s122%THDiI sh100100100I s1I s1h 1 I s1浪涌系數(shù) :電流峰值和電流有效值的比值非正弦量的功率因數(shù)（PF） :PF=P/SI s. peakI s可編輯.UsIs1 cos1Is1PFIcos1V Iss s位移功率因數(shù)（ DPF ):DPS=cosj1非正弦電流條件下的功率因數(shù):PFIs1DPFIs傅立葉級數(shù)的展開方法，及其在諧波分析中的應(yīng)

9、用（基波和諧波的表達(dá)式、幅值、有效值的計算）方波： f (t )4A sin( t)1 sin(3 t )1 sin(5 t ) L35第四章單相橋式二極管整流電路Ls=0 的波形和計算 (輸出電壓、交流側(cè)電流有效值、諧波表達(dá)式、基波分量、諧波分量、功率因數(shù)）.U d 02 2U s0.9U sIs=IdI s120.9I d2I d0為偶數(shù)I shhI s1/h為奇數(shù)h諧波總畸變率為： THD=48.43%is1 波形曲線與 us 波形同相位 : DPF=1.0可編輯.PF DPFI s10.9I s右圖所示單相二極管整流電路，Ls 為零，直流側(cè)為恒定電流，Id=10A。試計算負(fù)載所吸收的平

10、均功率。若 us 為正弦電壓曲線，Us = 120V，頻率 50Hz；若 us 為下圖所示的矩形波。(1) us 為正弦電壓曲線， Us = 120V，Ud=0.9Us=108VPd= UdId=1080W(2) 根據(jù)整流電路的工作原理可知， 直流輸出電壓波形如圖所示， 所求平均電壓和負(fù)載吸收的功率分別為：2001200602002U d180133.33V3Pd U d I d1333.3W單相橋式二極管整流電路Ls>0 的波形和計算 (換相重疊角、輸出電壓）換流：電流從一個二極管轉(zhuǎn)到另一個二極管的過程。換流重疊角 :換流時間所對應(yīng)的電角度用符號r 表示Ls I d單相半波：cos12

11、U sU d00.45U sALs I dU d22U d0.45U sLs I d2可編輯.單相全波cos12 LsI d2U sU dU d0A0.9U s2 Ls I d分析圖中電路的換流基本過程，其中us 為正弦電壓曲線， Id = 10A。Us=120V ，頻率 50Hz， Ls=0 ，計算 Ud和平均功率Pd；Us = 120V，頻率 50Hz， Ls=5mH ，計算 g、 Ud 和 Pd；(1)Ls=0U d0.9 U s0.4512054V2PdU d I d54 10540W(2)Ls=5 mHcosLsI d250510 310 r = 24.85°12U s12

12、 1200.9074U d0.45U sLsI d 0.45120250 5 10310 51.5V Pd U d I d 51.510 515W22三相橋式二極管整流電路Ls=0 的波形和計算 (輸出電壓、交流側(cè)電流有效值、諧波表達(dá)式、基波分量、諧波分量、功率因數(shù)） .可編輯.六脈動整流電路直流電壓由 6 個線電壓的部分區(qū)間所形成，每個二極管導(dǎo)通120°U d01/62U LL cost d(t )32U LL 1.35U LL/ 3 /6U d 02.34U線電流is的有效值I s2I d0.816I d is 的基波分量 is13的有效值為 : I s116I d0.78I d

13、is1 與相電壓 us 同相位 ,所以：DPF=1.0I s1h = 5， 7， 11， 13，I shh3PF0.955三相橋式二極管整流電路Ls>0 的波形和計算 (換相重疊角、輸出電壓）cos12 L s I d2U LLU dLs I d3 LsI d/ 3U dU d0U d1.35U LL3Ls I d第五章單相全控橋整流電路Ls=0 （純電阻負(fù)載、阻感負(fù)載、反電動勢負(fù)載）的波形和計算(輸出電壓、交流側(cè)電流有效值、諧波表達(dá)式、基波分量、諧波分量、功率因數(shù)）可編輯.U d 012U s sint d( t )22 U s 0.9U s0U d12U s sin t d (t )

14、2 2 U s cos0.9U s cos0U dU d 0U d0.9U s (1cos)交 流 有 效 值 等 于 對 應(yīng) 的 直 流 電 流 : Is =I dI s120.9I dI s12I dI shh位移功率因數(shù)為： DPF=cos=cosaPFI s1 DPF0.9 cosI s單相全控橋整流電路Ls>0 的波形和計算 (換相重疊角、輸出電壓）cos()2LsI dcos2U sU dA2 Ls I dU d2LsI d0.9U s cos已知圖中，交流電的額定電壓為230V，工作頻率為 50Hz，線路電感 Ls 上的壓降為額定電壓的 5%，線路的傳輸容量S=5kVA 、

15、控制角a=30o、有功消耗為 3kW。試計算在額定輸入電壓下的換流重疊角r 和 Ud 各為多少？根據(jù)已知條件，求得線路電流的額定值為S5000I s21.74 AU s230系統(tǒng)等效阻抗的模數(shù)為：Zb=Us /Is=10.58 歐線路的等效電感為： Ls=0.05· Zb /w=1.684mH可編輯.根據(jù)Ud0.9Uscos2L Ids整流器吸收的有功功率為：P U d I d0.9U sI d cos2LsI d23kW將已知條件代入上式中得：I d2640.236 I d10714.320 Id=17.196A將 Id=17.196A 分別代入cos(2LsI dU d0.9U

16、s cos2) cos2U sLsI d解得： r= 5.9oUd = 173.47V有源逆變產(chǎn)生的原理和條件，逆變失敗的原因及其防止措施。條件：直流側(cè)要有電動勢，其極性須和晶閘管的導(dǎo)通方向一致，其值應(yīng)大于變流電路直流側(cè)的平均電壓；要求晶閘管的控制角>/2 ，使 Ud 為負(fù)值。逆變失敗的原因：逆變運(yùn)行時，一旦發(fā)生換流失敗，外接的直流電源就會通過晶閘管電路形成短路，或者使變流器的輸出平均電壓和直流電動勢變?yōu)轫樝虼?lián)，由于逆變電路內(nèi)阻很小，形成很大的短路電流，稱為逆變失敗或逆變顛覆。防止逆變失敗的方法有：采用精確可靠的觸發(fā)電路，使用性能良好的晶閘管，保證交流電源的質(zhì)量，留出充足的換向裕量角等

17、。整流電路多重化的目的一是可以使裝置總體的功率容量大二是能夠減少整流裝置所產(chǎn)生的諧波和無功功率對電網(wǎng)的干擾三是提高功率因素第六章直流斬波的基本概念、基本的斬波電路類型利用一個或多個開關(guān)將某個直流電壓等級轉(zhuǎn)換成另一個電壓等級。降壓斬波器 Buck 斬波電路可編輯.升壓斬波器 Boost 斬波電路降壓 / 升壓斬波器 Buck-Boost斬波電路Cúk斬波器全橋斬波器降壓斬波電路的工作原理和計算在開關(guān)閉合期間， 圖中的二極管變?yōu)榉聪蚱茫?此時，輸入電源將能量送到負(fù)載和電感中。在開關(guān)斷開時，電感中的電流則經(jīng)過二極管將它所儲存的能量轉(zhuǎn)移到負(fù)載中。(U dU 0 ) tonU 0 (Tsto

18、n )U 0tonDU dTs升壓斬波電路的工作原理和計算當(dāng)開關(guān)器件處于導(dǎo)通狀態(tài)時，電源將能量傳送到電感中；當(dāng)開關(guān)器件處于斷開狀態(tài)時，電源和電感同時都向輸出部分提供能量。可編輯.U d ton (U d U 0 )toff 0 U 0Ts1U dToff1 D升降壓斬波電路的工作原理和計算當(dāng)開關(guān)閉合時，電感從電源得到能量，此時二極管由于反偏而處于截止?fàn)顟B(tài)；當(dāng)開關(guān)斷開時，儲存在電感中的能量轉(zhuǎn)移到輸出負(fù)載之中，而電源此時并不提供任何能量給負(fù)載。U 0Ts1U 0tonD 可得U 01由U dToff1 D與U dTsU dD1 DU 01U d DTs( U 0 ) (1 D )Ts 0 移項得：

19、 U dD1 D第七章?lián)Q流方式：熄滅：換流電流不是從一個支路向另一個支路的轉(zhuǎn)移，而是在支路內(nèi)部終止而變?yōu)榱恪？删庉?反饋二極管：負(fù)載向直流側(cè)提供反饋能量通道的二極管續(xù)流二極管：使負(fù)載電流連續(xù)作用的二極管。控制方式：方波控制方式和PWM 控制方式SPWM 波的基本原理、波形，幅值調(diào)制比、頻率調(diào)制比?？刂菩盘?uctr 是正弦波，逆變器輸出的是幅值和頻率均可控的正弦波。直流交流逆變電路中的控制信號uctr 可以是恒定的或隨時間變化，該調(diào)制信號的輸出是這個調(diào)制信號與開關(guān)頻率恒定的三角波進(jìn)行比較后產(chǎn)生。SPWM 通過改變占空比實(shí)現(xiàn)控制，它不僅可有效的控制平均直流輸出電壓的幅值，而且還能根據(jù)調(diào)制信號的頻率來控制逆變器的基波輸出頻率。maU ctrmfsU trimmff1Uctrm：:控制信號峰值Utrim ：三角波信號幅值f1:調(diào)制頻率fs:三角波 utri 的頻率 , 載波頻率 , 開關(guān)頻率 (Uctrm Utrim)SPWM 波的諧