電力電子期末總復(fù)習(xí)

1、1電力電子技術(shù)School of Information Science & Engineering, Ningbo University2目錄 0 引言 1 電力電子器件 2 整流器 3 斬波器 5 逆變電路 6 PWM 技術(shù)3電力領(lǐng)域的電子技術(shù): 使用電力電子器件對電能進行變換和控制的技術(shù)，即應(yīng)用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)。模擬電子技術(shù)電子技術(shù)信息電子技術(shù)電力電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)引言逆變直流斬波直流交流電力控制變頻、變相整流交流交流直流 輸出 輸入電力電子學(xué)電子學(xué)電力學(xué)控制理論連續(xù)、離散 電路、器件靜止器、旋轉(zhuǎn)電機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。晶閘管問世，(“公元元年”)

2、IGBT及功率集成器件出現(xiàn)和發(fā)展時代晶閘管時代水銀（汞弧）整流器時代電子管問世全控型器件迅速發(fā)展時期史前期（黎明期）19041930194719571970198019902000t(年)晶體管誕生5通態(tài)損耗是器件功率損耗的主要成因。器件開關(guān)頻率較高時，開關(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)損耗開關(guān)損耗關(guān)斷損耗開通損耗1 電力電子器件1） 基本概念和器件分類不控器件：功率二極管半控器件：晶閘管全控器件：GTO,GTR,功率MOSFET,IGBT,IGCT等6其他分類電流驅(qū)動型 通過從控制端注入或者抽出電流來實現(xiàn)導(dǎo)通或者 關(guān)斷的控制。電壓驅(qū)動型 僅通過在控制端和公共端之間施

3、加一定的電壓信號就可實現(xiàn)導(dǎo)通或者關(guān)斷的控制。7功率二極管 額定電流在指定的管殼溫度和散熱條件下，其允許流過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)來定義的，使用時應(yīng)按有效值相等的原則來選取電流定額，并應(yīng)留有一定的裕量。換算關(guān)系：正弦半波電流的有效值I和平均值IF(AV)之比：()1.57F AVII2 器件8晶閘管正常觸發(fā)導(dǎo)通條件： UAK0 and UGK0關(guān)斷條件 ：使流過SCR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：l 陽極電壓升高至相當高的數(shù)值造成雪

4、崩效應(yīng)l 陽極電壓上升率du/dt過高l 結(jié)溫較高l 光觸發(fā)9晶閘管參數(shù)通態(tài)平均電流 IT(AV)使用時應(yīng)按有效值相等的原則來選取晶閘管。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 IL 晶閘管剛從斷態(tài)轉(zhuǎn)入通態(tài)并移除觸發(fā)信號后， 能維持導(dǎo)通所需的最小電流。對同一晶閘管來說，通常IL約為IH的24倍。浪涌電流ITSM 指由于電路異常情況引起的并使結(jié)溫超過額定結(jié)溫的不重復(fù)性最大正向過載電流 du/dt(斷態(tài)電壓臨界上升率)di/dt(通態(tài)電流臨界上升率)10晶閘管派生器件GTOGTO 工作原理 GTO導(dǎo)通過程與普通晶閘管一樣，只是導(dǎo)通時飽和程度較淺。 GTO關(guān)斷過程中有強烈正反饋使

5、器件退出飽和而關(guān)斷。 多元集成結(jié)構(gòu)還使GTO比普通晶閘管開通過程快，承受di/dt能力強 。11GTR 一次擊穿：集電極電壓升高至擊穿電壓時，Ic迅速增大,出現(xiàn)雪崩擊穿。 只要Ic不超過限度，GTR一般不會損壞，工作特性也不變。 二次擊穿：一次擊穿發(fā)生時，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) 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。12功率 MOSFET通態(tài)電阻 Ron具有正溫度系數(shù)，對器件并聯(lián)時的均流有利。原因是電流越大，發(fā)熱越大，通態(tài)電阻就加大，從而限制電流的加大，有利

6、于均流。功率MOSFET特點：l MOSFET的開關(guān)速度和Cin充放電有很大關(guān)系。l 可降低驅(qū)動電路內(nèi)阻Rs減小時間常數(shù)，加快開關(guān)速度。l 不存在少子儲存效應(yīng)，關(guān)斷過程非常迅速。l 開關(guān)時間在10100ns之間，工作頻率可達100kHz以上，是主要電力電子器件中最高的。l 場控器件，靜態(tài)時幾乎不需輸入電流。但在開關(guān)過程中需對輸入電容充放電，仍需一定的驅(qū)動功率。l 開關(guān)頻率越高，所需要的驅(qū)動功率越大。13IGBT一個由MOSFET驅(qū)動的厚基區(qū)PNP晶體管。擎住效應(yīng)或自鎖效應(yīng)IGBT的特點(1) 開關(guān)速度高，開關(guān)損耗小。在電壓1000V以上時，開關(guān)損耗只有GTR的1/10，與電力 MOSFET相當

7、；(2) 相同電壓和電流定額時，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一步提高，同時保持開關(guān)頻率高的特點。143 功率集成和功率模塊：了解兩個主要問題高低壓電路之間的絕緣問題溫升和散熱的處理。4 其他新型器件: 了解155 門極驅(qū)動電路 電氣隔離：光隔離一般采用光耦合器 磁隔離元件通常是脈沖變壓器,當脈沖較寬時，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 對晶

8、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。 觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠的幅度。 不超過門極電壓、電流和功率定額，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)定性及與主電路的電氣隔離。166 電力電子器件器件的保護（1）電力電子裝置可能的過電壓外因過電壓和內(nèi)因過電壓外因過電壓抑制措施中，RC過電壓抑制電路最為常見(2)過流負載觸發(fā)電路開關(guān)電路過電流繼電器交流斷路器動作電流整定值短路器電流檢測電子保護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17(3) 緩沖（吸收）電路功能： 抑制器件的內(nèi)因過電壓、du/dt、過電流和di/dt，減小器件的開關(guān)損耗。b)tuCEiCOdidt抑制

9、電路無時didt抑制電路有時有緩沖電路時無緩沖電路時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 當晶閘管額定電壓小于要求時，可以串聯(lián)。 多個器件并聯(lián)來承擔(dān)較大的電流方法：考慮均壓（靜態(tài)，動態(tài)）和均流。b)a)RCRCVT1VT2RPRPIOUUT1IRUT2VT1VT2182 整流電路1: 掌握: 工作原理, 波形分析, 定量計算, 基本概念2: 掌握: 工作原理, 波形分析, 定量計算, 基本概念3 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 : X4 基本概念：a, ,

10、 相控, 續(xù)流,單雙拍2.1 Single-phase rectifier192.2 三相可控整流電路1 三相半波共陰極組連接自然換相點工作原理, 波形分析, 定量計算2 三相橋式全控整流: 掌握所有內(nèi)容3 變壓器漏抗對整流電路的影響:掌握所有內(nèi)容20整流電路定量計算整流電路定量計算可可控控整整流流電電路路 (2-3)212.5 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和電流的諧波 = 0, mk 0位移因數(shù)

11、(基波功率因數(shù))基波因數(shù)222.7 整流電路的逆變運行 min= + +mUXIBdsin21cos2233 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 , 基本的定量計算 (前3種） 相同點與不同點2 其他 (了解)245 無源逆變1 基本換流方式兩類逆變器 VSI:3相:180o導(dǎo)通方式每橋臂導(dǎo)電180，同一相上下兩臂交替導(dǎo)電，各相開始導(dǎo)電的角度差120 ?？v向換流。加入死區(qū)時間避免橋臂直通 CSI 3 相:120o 導(dǎo)通3 多電平逆變和多重連接 (了解)251 基本原理: 面積等效原理2

12、PWM逆變電路及其控制方法: 計算法和調(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 (X)6 PWM 技術(shù)技術(shù)261 1 交流調(diào)壓交流調(diào)壓2 2 交流調(diào)功交流調(diào)功3 3 控制方式控制方式 相控相控 斬控斬控 通斷控制通斷控制7 交交變換交交變換（科院不要求）（科院不要求） 27成績評定成績評定 實驗成績占總評的實驗成績占總評的30%，期末考試成績占，期末考試成績占5

13、0%，平時成績（作業(yè)平時成績（作業(yè)+課堂表現(xiàn)）占課堂表現(xiàn)）占20%。測算：測算： 若總評能達若總評能達75分分實驗約（實驗約（70-80）30%=21-24分分; 平時約（平時約（75-80）20%=15-16分分; 則期末需：（則期末需：（35-39）/0.5=70-78分分28題型 填空填空 (約約30%) 選擇題選擇題(約約20%) 簡答簡答 (約約20%)晶閘管觸發(fā)電路要求晶閘管觸發(fā)電路要求電力電子器件特點、驅(qū)動電路電力電子器件特點、驅(qū)動電路 計算計算 (約約30%)額定電流計算額定電流計算三全橋三全橋.漏感整流計算漏感整流計算單橋單橋.整流計算整流計算對晶閘管門極觸發(fā)脈沖的要求脈沖的

14、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。不超過門極電壓、電流和功率定額，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)定性及與主電路的電氣隔離。292-4圖中陰影部分為晶閘管處于通態(tài)區(qū)間的電流波形，各波形的圖中陰影部分為晶閘管處于通態(tài)區(qū)間的電流波形，各波形的電流最大值均為電流最大值均為Im，試計算各波形的電流平均值，試計算各波形的電流平均值Id1、Id2、Id3與電流與電流有效值有效值I1、I2、I3。mmmmmdIIItIttdII27. 0)22(4)2/21 (2)cos(2sin214/41mmmmmmIIItItdtItdtII48. 081163418)322sin41

15、)4(21222cos12sin2124242421mmdIttdII54. 0sin142mmmIItdtII67. 04183sin1422mmmdIItdII41)02(221203KEY:mmmIItdII21221212023305.上題中如果不考慮安全裕量上題中如果不考慮安全裕量,問問100A 的晶閘管能送出的平均的晶閘管能送出的平均電流電流Id1、Id2、Id3各為多少？這時，相應(yīng)的電流最大值各為多少？這時，相應(yīng)的電流最大值Im1、Im2、Im3各為多少各為多少?35.32948. 0I,90.2326741. 0AIAIm56.1265434. 025 .78413mIa) Im1A, Id10.2717Im1=89.48Ab) Im2 c) Im3=2I=314 A, Id3= Id2100A=?1001.57=I額定電流